科技論文書寫第四章實驗設(shè)計的原則

1、第四章第四章 實驗設(shè)計的原則實驗設(shè)計的原則 對照原則對照原則 實驗設(shè)計的基本原則實驗設(shè)計的基本原則 隨即原則隨即原則 重復(fù)原則重復(fù)原則一、對照原則一、對照原則（一）對照的意義（一）對照的意義u定義：定義：是隨機選取一組或幾組同質(zhì)的研究對象，分別接受與實驗組不同的吃力，是隨機選取一組或幾組同質(zhì)的研究對象，分別接受與實驗組不同的吃力，以比較對照與實驗組之間的差異，說明研究因素的效應(yīng)大小以比較對照與實驗組之間的差異，說明研究因素的效應(yīng)大小 是否采用了合理的對照，關(guān)系到醫(yī)學(xué)科研成果和論文的價值。無對照或無合理是否采用了合理的對照，關(guān)系到醫(yī)學(xué)科研成果和論文的價值。無對照或無合理的對照與虛假的對照是醫(yī)學(xué)科

2、研和論文中存在的主要問題。設(shè)立合理的對照，能有的對照與虛假的對照是醫(yī)學(xué)科研和論文中存在的主要問題。設(shè)立合理的對照，能有效地抑制假陽性結(jié)果的發(fā)生效地抑制假陽性結(jié)果的發(fā)生1.1.通過對照可排除或控制自然變化和非處理因素對觀察結(jié)果的影響通過對照可排除或控制自然變化和非處理因素對觀察結(jié)果的影響 如通過對照可排除或抑制受試對象的生理、疾病現(xiàn)象因自然發(fā)展的波動以及疾病如通過對照可排除或抑制受試對象的生理、疾病現(xiàn)象因自然發(fā)展的波動以及疾病的自然恢復(fù)、好轉(zhuǎn)、加重或死亡的影響；有些疾?。ㄈ绺忻啊⑦^敏性支氣管炎、過的自然恢復(fù)、好轉(zhuǎn)、加重或死亡的影響；有些疾?。ㄈ绺忻?、過敏性支氣管炎、過敏性皮炎、早期高血壓等疾?。?/p>

3、，有的病人可不藥而愈或癥狀緩解；只有通過對照敏性皮炎、早期高血壓等疾?。械牟∪丝刹凰幎虬Y狀緩解；只有通過對照才能確定觀察結(jié)果的成因才能確定觀察結(jié)果的成因 再者，疾病除與治療因素有關(guān)外，還與氣候、營養(yǎng)、休息、精神狀態(tài)等相關(guān)，只再者，疾病除與治療因素有關(guān)外，還與氣候、營養(yǎng)、休息、精神狀態(tài)等相關(guān)，只有通過對照，才能鑒別處理因素與非處理因素的差異有通過對照，才能鑒別處理因素與非處理因素的差異2.2.通過對照可消除或減少實驗誤差通過對照可消除或減少實驗誤差 對照是為了使實驗組和對照組的非處理因素處于相等狀態(tài)，從而消除或減少實驗對照是為了使實驗組和對照組的非處理因素處于相等狀態(tài)，從而消除或減少實驗

4、誤差誤差 t + s e + s t + s e + s對于實驗組（施加處理因素）：總效應(yīng)對于實驗組（施加處理因素）：總效應(yīng)= e + s= e + s 處理因素處理因素 t t 引起的實驗效應(yīng)引起的實驗效應(yīng) = e= e對于空白對照組：總效應(yīng)對于空白對照組：總效應(yīng)= s= s3.3.對照的其它作用對照的其它作用通過對照可找出綜合因素中的主要有效因素通過對照可找出綜合因素中的主要有效因素驗證實驗方法的可靠性驗證實驗方法的可靠性休整實驗數(shù)據(jù)休整實驗數(shù)據(jù)找出實驗的最適條件找出實驗的最適條件分析實驗中的問題或差錯的原因分析實驗中的問題或差錯的原因（二）設(shè)立對照的注意事項（二）設(shè)立對照的注意事項1.1

5、.組間應(yīng)具有可比性組間應(yīng)具有可比性2.2.以人作為試驗對象的研究，組間對比時應(yīng)考慮受試者心理因素的影響，以人作為試驗對象的研究，組間對比時應(yīng)考慮受試者心理因素的影響， 需采用安慰劑和盲法進(jìn)行觀察需采用安慰劑和盲法進(jìn)行觀察3.3.對照組與試驗組的例數(shù)應(yīng)均衡，不能相差太大對照組與試驗組的例數(shù)應(yīng)均衡，不能相差太大4.4.自身前后對照應(yīng)注意評價指標(biāo)是否隨時間的先后而變化自身前后對照應(yīng)注意評價指標(biāo)是否隨時間的先后而變化5.5.受試對象的病理強度應(yīng)較輕，否則實驗效應(yīng)不易顯示出來受試對象的病理強度應(yīng)較輕，否則實驗效應(yīng)不易顯示出來（三）對照的形式（三）對照的形式1.1.空白對照：空白對照：不加任何處理的不加任

6、何處理的“空白空白”條件下進(jìn)行觀察對照。如條件下進(jìn)行觀察對照。如“安慰劑安慰劑”2.2.實驗對照：實驗對照：在某種有關(guān)的實驗條件下進(jìn)行觀察的對照。即在某種有關(guān)的實驗條件下進(jìn)行觀察的對照。即“樣品陰性對照樣品陰性對照”3.3.標(biāo)準(zhǔn)對照：標(biāo)準(zhǔn)對照：不設(shè)立對照組，而是用標(biāo)準(zhǔn)值或正常值作對照不設(shè)立對照組，而是用標(biāo)準(zhǔn)值或正常值作對照4.4.自身對照：自身對照：對照與實驗在同一受試對象身上進(jìn)行。如用藥前后比較實驗指標(biāo)對照與實驗在同一受試對象身上進(jìn)行。如用藥前后比較實驗指標(biāo) 的變化的變化5.5.相互對照：相互對照：不設(shè)立對照組，而是幾個有效的實驗組相互對照不設(shè)立對照組，而是幾個有效的實驗組相互對照6.6.配

7、對對照：配對對照：不是組間相互比較，而是將研究對象選擇不是組間相互比較，而是將研究對象選擇條件相同條件相同的兩個配成一的兩個配成一 對，分別給以不同的處理因素，對比兩者之間的不同效應(yīng)對，分別給以不同的處理因素，對比兩者之間的不同效應(yīng)二、隨機原則二、隨機原則（一）隨機的意義（一）隨機的意義 實驗研究中，貫徹隨機話原則是提高組間均衡性的重要手段，是進(jìn)實驗研究中，貫徹隨機話原則是提高組間均衡性的重要手段，是進(jìn)行資料統(tǒng)計的前提條件；在實驗和調(diào)查研究時，貫徹隨機化原則，才不行資料統(tǒng)計的前提條件；在實驗和調(diào)查研究時，貫徹隨機化原則，才不會因人為因素造成各組間的不均衡性，所得資料才具有統(tǒng)計學(xué)意義會因人為因素

8、造成各組間的不均衡性，所得資料才具有統(tǒng)計學(xué)意義1.1.避免有意無意夸大或縮小組間差別所導(dǎo)致的實驗結(jié)果的偏差避免有意無意夸大或縮小組間差別所導(dǎo)致的實驗結(jié)果的偏差2.2.各種統(tǒng)計分析方法都是建立在隨機化基礎(chǔ)上的，只有實驗過程中貫徹各種統(tǒng)計分析方法都是建立在隨機化基礎(chǔ)上的，只有實驗過程中貫徹 了隨機化原則，統(tǒng)計分析才有意義，統(tǒng)計的結(jié)果才有說服力了隨機化原則，統(tǒng)計分析才有意義，統(tǒng)計的結(jié)果才有說服力（二）隨機化方法（二）隨機化方法 可供選擇的隨機化方法有：抽簽法、拈鬮法、隨機數(shù)字表法，根據(jù)具可供選擇的隨機化方法有：抽簽法、拈鬮法、隨機數(shù)字表法，根據(jù)具體情況選用。在研究中廣泛應(yīng)用的是隨機數(shù)字表法，隨機數(shù)字

9、表是隨機化體情況選用。在研究中廣泛應(yīng)用的是隨機數(shù)字表法，隨機數(shù)字表是隨機化的重要工具的重要工具1.1.隨機數(shù)字表隨機數(shù)字表 隨機數(shù)字表內(nèi)的數(shù)字相互獨立，無論從橫行、縱列或斜向等各種順序隨機數(shù)字表內(nèi)的數(shù)字相互獨立，無論從橫行、縱列或斜向等各種順序讀取，均呈隨機狀態(tài)。使用隨機數(shù)字表法時可從任何一個數(shù)字開始，按任讀取，均呈隨機狀態(tài)。使用隨機數(shù)字表法時可從任何一個數(shù)字開始，按任何一個順序采用何一個順序采用 舉例（舉例（p19p19）2.2.隨機排列表隨機排列表 使用于分組、排列等的隨機化，用法比隨機數(shù)字表更簡單使用于分組、排列等的隨機化，用法比隨機數(shù)字表更簡單 舉例（舉例（p19p19）三、重復(fù)原則三

10、、重復(fù)原則（一）重復(fù)的意義（一）重復(fù)的意義u重復(fù)：重復(fù)：指在相同試驗條件下進(jìn)行試驗全過程，其表現(xiàn)形式有重復(fù)例數(shù)和重指在相同試驗條件下進(jìn)行試驗全過程，其表現(xiàn)形式有重復(fù)例數(shù)和重復(fù)次數(shù)復(fù)次數(shù) 隨機原則能在很大程度上抵消非處理因素造成的偏差，但由于受試對隨機原則能在很大程度上抵消非處理因素造成的偏差，但由于受試對象的個體差異、觀察例數(shù)少及其它偶然因素的的影響，一次實驗結(jié)果往往不象的個體差異、觀察例數(shù)少及其它偶然因素的的影響，一次實驗結(jié)果往往不可靠，需增加觀察例數(shù)，多次重復(fù)實驗，以驗證結(jié)果的真實可靠。重復(fù)是消可靠，需增加觀察例數(shù)，多次重復(fù)實驗，以驗證結(jié)果的真實可靠。重復(fù)是消除非處理因素影響的又一重要手段

11、除非處理因素影響的又一重要手段 重復(fù)例數(shù)大和重復(fù)次數(shù)多都將增加控制實驗條件的難度，且增加實驗重復(fù)例數(shù)大和重復(fù)次數(shù)多都將增加控制實驗條件的難度，且增加實驗成本；若樣本含量過少，所用指標(biāo)又不穩(wěn)定，貫徹重復(fù)原則，可保證在樣本成本；若樣本含量過少，所用指標(biāo)又不穩(wěn)定，貫徹重復(fù)原則，可保證在樣本含量較小的條件下，實驗結(jié)果可靠穩(wěn)定含量較小的條件下，實驗結(jié)果可靠穩(wěn)定（二）樣本含量的估計（二）樣本含量的估計1.1.影響樣本含量的因素影響樣本含量的因素 資料性質(zhì)資料性質(zhì) 一般，計量資料的樣本量可比記數(shù)資料少，只要誤差控制較一般，計量資料的樣本量可比記數(shù)資料少，只要誤差控制較 好，設(shè)計均衡，好，設(shè)計均衡，10102

12、020例即可，但不能少于例即可，但不能少于5 5例；記數(shù)資料例；記數(shù)資料 的樣本量應(yīng)大些，一般在的樣本量應(yīng)大些，一般在3030100100例之間例之間誤差大小誤差大小 誤差大的所需樣本多，誤差小者樣本例數(shù)可少些誤差大的所需樣本多，誤差小者樣本例數(shù)可少些樣本的均衡性樣本的均衡性 均衡性好則所需樣本量少；均衡性差則所需樣本量多均衡性好則所需樣本量少；均衡性差則所需樣本量多實驗效應(yīng)強弱實驗效應(yīng)強弱 實驗組數(shù)據(jù)與對照組差異大（效應(yīng)強）則所需樣本例數(shù)實驗組數(shù)據(jù)與對照組差異大（效應(yīng)強）則所需樣本例數(shù) 少；反之則多少；反之則多2.2.統(tǒng)計學(xué)上的基本要求統(tǒng)計學(xué)上的基本要求第一類錯誤的概率第一類錯誤的概率（檢驗

13、水平）（檢驗水平） u概念：概念：檢驗水平在統(tǒng)計學(xué)上成第一類錯誤，即指比較的兩組（或多組）作假設(shè)檢驗檢驗水平在統(tǒng)計學(xué)上成第一類錯誤，即指比較的兩組（或多組）作假設(shè)檢驗時，的出假陽性錯誤的概率（用時，的出假陽性錯誤的概率（用表示）表示） 值越小，所需樣本量越大；反之則少值越小，所需樣本量越大；反之則少檢驗效能（檢驗效能（1-1-）u概念：概念：也稱把握度，指在特定的也稱把握度，指在特定的水平下，若總體間確實存在差異，本次試驗?zāi)馨l(fā)水平下，若總體間確實存在差異，本次試驗?zāi)馨l(fā)現(xiàn)此差異的概率現(xiàn)此差異的概率u：指第二類錯誤的概率，即得出假陰性錯誤的概率指第二類錯誤的概率，即得出假陰性錯誤的概率 1-1-定

14、得越大，則所需的樣本量越大定得越大，則所需的樣本量越大總體標(biāo)準(zhǔn)差（總體標(biāo)準(zhǔn)差（） 通常用預(yù)試驗的樣本標(biāo)準(zhǔn)差估計通常用預(yù)試驗的樣本標(biāo)準(zhǔn)差估計所比較的兩個總體參數(shù)間的差值所比較的兩個總體參數(shù)間的差值u兩總體參數(shù)間差（兩總體參數(shù)間差（）：）：用預(yù)試驗或?qū)I(yè)上認(rèn)為有意義的差值代替用預(yù)試驗或?qū)I(yè)上認(rèn)為有意義的差值代替3.3.應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍達(dá)到有統(tǒng)計學(xué)意義的最低樣本含量達(dá)到有統(tǒng)計學(xué)意義的最低樣本含量例如例如 兩樣本均數(shù)比較兩樣本均數(shù)比較 根據(jù)參考文獻(xiàn)與預(yù)試驗，估計根據(jù)參考文獻(xiàn)與預(yù)試驗，估計=1 1-2 2，期望達(dá)到檢驗效能（，期望達(dá)到檢驗效能（1-1-）=1-0.10=0.90=1-0.10=0.90，

15、按規(guī)定的檢驗水平按規(guī)定的檢驗水平=0.05=0.05，取兩樣本例數(shù)相等，則兩組總樣本例數(shù)為，取兩樣本例數(shù)相等，則兩組總樣本例數(shù)為估計檢驗效能估計檢驗效能 由參考文獻(xiàn)得知某研究的試驗樣本量由參考文獻(xiàn)得知某研究的試驗樣本量 n n，根據(jù)總體的差值估計此試驗的檢驗效能，根據(jù)總體的差值估計此試驗的檢驗效能是否足夠大是否足夠大例如例如 兩樣本均數(shù)比較，當(dāng)兩樣本例數(shù)相等時兩樣本均數(shù)比較，當(dāng)兩樣本例數(shù)相等時估計總體參數(shù)的差異（估計總體參數(shù)的差異（） 根據(jù)已知條件初步確定樣本含量根據(jù)已知條件初步確定樣本含量 n n，并規(guī)定期望的檢驗效能，并規(guī)定期望的檢驗效能p powerower=1-=0.90=1-=0.9

16、0，估計總，估計總體參數(shù)的差值體參數(shù)的差值例如例如 兩樣本均數(shù)比較兩樣本均數(shù)比較 2)(snunu2nuu)(24.4.常用于估計樣本含量的方法常用于估計樣本含量的方法（1 1）樣本均數(shù)與總體均數(shù)比較）樣本均數(shù)與總體均數(shù)比較 n n為所需觀察的例數(shù)，為所需觀察的例數(shù)，s s：為標(biāo)準(zhǔn)差：為標(biāo)準(zhǔn)差()()， ：兩樣本均數(shù)差值，：兩樣本均數(shù)差值，與與分分別代表別代表=0.05=0.05、0.01,=0.10.01,=0.1時的概率值時的概率值 2)(sn5455.536.350.89)282.1648.1()(22sn例例1 1 用某藥物治療矽肺患者，估計可增加尿矽的排除，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差為用某藥物治療矽肺

17、患者，估計可增加尿矽的排除，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差為89mmol/l89mmol/l，=0.05,=0.1=0.05,=0.1的概率，能分辨尿矽排除量平均增加的概率，能分辨尿矽排除量平均增加35.6mmol/l,35.6mmol/l,需要觀察多需要觀察多少例矽肺患者？少例矽肺患者？計算法計算法: : 的概率的概率: : =0.050.05 =1.648 =1.648，的概率的概率: : = = 0.10.1=1.282=1.282=35.6=35.6，s =89.0s =89.0 所以該研究需觀察約所以該研究需觀察約5454例矽肺患者。若該藥確實能夠增加尿矽排出量，則例矽肺患者。若該藥確實能夠增加尿矽排出量

18、，則有有90%90%（即（即1-1-）的把握可以得到有差別的結(jié)論）的把握可以得到有差別的結(jié)論查表法查表法：查表：查表13(p187)13(p187)：: : =0.1 =0.1 1-=0.9,=0.05( 1-=0.9,=0.05(單單),),選擇列選擇列 /=35.6/89=0.4, /=35.6/89=0.4, 選擇行選擇行 得得n=55 n=55 （2 2）兩樣本均數(shù)比較）兩樣本均數(shù)比較 兩樣本均數(shù)相等兩樣本均數(shù)相等 n n為所需觀察的例數(shù)為所需觀察的例數(shù) s s：標(biāo)準(zhǔn)差：標(biāo)準(zhǔn)差() () ：兩樣本均數(shù)差值：兩樣本均數(shù)差值2)(2sn例例2 2 a,ba,b兩種處理的動物冠狀靜脈竇血流量

19、實驗，兩種處理的動物冠狀靜脈竇血流量實驗，a a處理平均增加血流量處理平均增加血流量1.8ml/min,b1.8ml/min,b處理平均增加血流量處理平均增加血流量2.4ml/min2.4ml/min。已知兩處理標(biāo)準(zhǔn)差相等，。已知兩處理標(biāo)準(zhǔn)差相等，均為均為1.0ml/min1.0ml/min，=0.05=0.05、=0.1,=0.1,要得出兩處理有差別的結(jié)論要得出兩處理有差別的結(jié)論, ,需要觀需要觀察多少實驗動物。察多少實驗動物。解：解：本例本例=2.4-1.8=0.6=2.4-1.8=0.6，(s)=1.0(s)=1.0，雙側(cè)，雙側(cè)=0.05=0.05，0.05=1.960.05=1.96，

20、=0.1=0.1，0.1 =1.2820.1 =1.282a.a.計算方法：計算方法： 兩組合計所需兩組合計所需117117例，平均每組約需動物例，平均每組約需動物5959例例b.b.查表查表1414(p(p188188) )： 選擇行選擇行 選擇列選擇列 得出每組得出每組6060例例 78.1166.01*)282.1960.1(2)(222sn9 . 0105. 06 . 00 . 18 . 14 . 221雙側(cè)兩樣本均數(shù)不等兩樣本均數(shù)不等 2212112)(qqnn n為所需觀察的例數(shù)為所需觀察的例數(shù)q q1 1與與q q2 2分別代表兩組樣本含量的比例，分別是分別代表兩組樣本含量的比例

21、，分別是q q1 1與與q q2 2的倒數(shù)的倒數(shù) 例例3 3 用新藥降底高血脂患者的膽固醇，研究者規(guī)定實驗組與對照組（安慰劑）用新藥降底高血脂患者的膽固醇，研究者規(guī)定實驗組與對照組（安慰劑）相比，平均降低相比，平均降低20mg/l20mg/l以上，才有實際推廣應(yīng)用價值。從參考文獻(xiàn)中得知膽以上，才有實際推廣應(yīng)用價值。從參考文獻(xiàn)中得知膽固醇的標(biāo)準(zhǔn)差為固醇的標(biāo)準(zhǔn)差為30mg/l30mg/l。規(guī)定單側(cè)。規(guī)定單側(cè)= 0.05= 0.05，= 0.1= 0.1，要求估計樣本含量。，要求估計樣本含量。因難以做到因難以做到n n1 1 = n= n2 2 ，規(guī)定，規(guī)定q q1 1 = 0.4= 0.4，q q

22、2 2 = 0.6= 0.6。解：解：本題本題=0.05=0.05，單側(cè)，單側(cè)0.050.05=1.645=1.645，=0.1=0.1，0.10.1=1.282=1.282，=20=20，=30=30 a.a.計算法計算法: : 40% 40%為實驗組為實驗組, ,需要需要80800.4 = 320.4 = 32例例 總例數(shù)總例數(shù)80 80 60% 60%為對照組為對照組, ,需要需要80800.6 = 480.6 = 48例例b.b.無查表方法無查表方法 8020)282. 1645. 1)(6 . 04 . 0(30)(2112212112qqn（3 3）配對、交叉及試驗前后比較）配對、

23、交叉及試驗前后比較 2)(dnn n 為所需觀察的對子數(shù)，為所需觀察的對子數(shù)， 為對子差值的標(biāo)準(zhǔn)差為對子差值的標(biāo)準(zhǔn)差d例例4 4 研究碳酸鋁對白細(xì)胞減少癥的治療效果。已知患者白細(xì)胞數(shù)治療研究碳酸鋁對白細(xì)胞減少癥的治療效果。已知患者白細(xì)胞數(shù)治療后比治療前增加后比治療前增加109/l109/l，標(biāo)準(zhǔn)差為，標(biāo)準(zhǔn)差為1.2 1.2 109/l109/l。規(guī)定雙側(cè)。規(guī)定雙側(cè)= 0.05= 0.05，= 0.1= 0.1，求樣本含量。，求樣本含量。解：解：本題本題0.05 0.05 = 1.96= 1.96，0.10.1=1.282=1.282，=109/l =109/l ，d d=1.2 =1.2 10

24、9/l109/la.a.計算法計算法，代入公式：，代入公式：b.b.查表法：查表法：查表查表13(p13(p187187):): 行行: :/ /= 1 /1.2 =0.83= 1 /1.2 =0.83 列列: :雙側(cè)雙側(cè)=0.05=0.05，1-=0.91-=0.9 得出得出: 18: 18例例1510)102.1)(282.196.1()(992dn（4 4）兩樣本率比較）兩樣本率比較兩樣本例數(shù)相等兩樣本例數(shù)相等 n n為所需觀察兩組的總例數(shù)，為所需觀察兩組的總例數(shù)，1 1與與2 2分別為兩組的總體率，分別為兩組的總體率， 表示兩組表示兩組的合并率的合并率 2212)()1 (4)(n例例5 5 用舊藥治療慢性腎炎的近控率為用舊藥治療慢性腎炎的近控率為30%30%，現(xiàn)試驗新藥療效，新藥的近控，現(xiàn)試驗新藥療效，新藥的近控率須要達(dá)到率須要達(dá)到50%50%。才有推廣應(yīng)用意義。問兩組需要樣本含量多少。如新藥。才有推廣應(yīng)用意義。問兩組需要樣本含量多少。如新藥組占組占60%60%，舊藥占，舊藥占40%40%各需要多少。各需要多少。解解: :本題本題1 1=30%=30%，2 2=50%=50%，合并