試驗設計基礎課件

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1.1試驗設計的意義和任務

試驗設計是數(shù)理統(tǒng)計學的一個重要分支，是進行科學研究的重要工具。它域生產(chǎn)實踐和科學研究緊密結合，在理論上和方法上不斷地豐富和發(fā)展，廣泛應用于各個領域。

在食品生產(chǎn)和科學研究中，為了革新生產(chǎn)工藝，開發(fā)新產(chǎn)品，尋求優(yōu)質、高效、低耗的方法等，經(jīng)常要進行各種試驗。如何合理安排試驗，如何對結果進行科學分析，是食品生產(chǎn)、科研工作者經(jīng)常遇到的現(xiàn)實問題。試驗設計的好壞直接影響試驗的結果和試驗效率，所以試驗工作前有必要對試驗進行良好設計。1試驗設計概述下一張主頁退出上一張1試驗設計的任務就是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計知識為理論基礎，結合專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，經(jīng)濟的、科學的、合理地安排試驗；有效地控制試驗干擾；力求用較少的人力、物力、財力和時間，最大限度地獲得豐富而可靠的資料；充分利用和科學地分析所獲取得試驗信息，從而達到能明確回答研究項目所提出的問題和盡快獲得最優(yōu)方案的目的。試驗設計的任務就是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計知識為理論基礎，結合專業(yè)1.2試驗設計的作用（1）通過試驗設計可以分清各試驗因素對試驗指標的影響大小順序，找出主要因素，抓住主要矛盾。（2）通過試驗設計可以了解因素與水平指標間的規(guī)律性，即每個因素水平改變時，指標是怎樣變化的。（3）通過試驗設計可以各試驗因素之間的相互影響情況，即因素間的交互作用。1.2試驗設計的作用（1）通過試驗設計可以分清各試驗因素對（4）通過試驗設計可以迅速地找出最優(yōu)生產(chǎn)條件或工藝條件，確定最優(yōu)方案，并能預估在最優(yōu)生產(chǎn)條件下或工藝條件下的試驗指標值及其波動范圍。（5）通過試驗設計可以正確估計和有效控制、降低試驗誤差，從而提高試驗精度。（6）通過對試驗結果的分析，可以明確進一步試驗的研究方向。（4）通過試驗設計可以迅速地找出最優(yōu)生產(chǎn)條件或工藝條件，確定

2試驗設計的基本概念

在試驗設計中，根據(jù)試驗的目的而選定的用來衡量試驗結果好壞或處理效應高低的質量指標稱為試驗指標。由于試驗目的不同，選擇的試驗指標亦不相同。試驗指標可分為定量指標和定性指標兩類。能用數(shù)量表示的指標稱為定量指標或數(shù)量指標。不能用數(shù)量表示的指標稱為定性指標。食品的感官指標多為定性指標。

單指標試驗和多指標試驗2.1試驗設計常用術語（1）試驗指標（experimentalindex）2試驗設計的基本概念在試驗設計中，根

試驗中，凡對試驗指標可能產(chǎn)生影響的原因或要素，都稱為因素，因子。試驗中所研究的影響試驗指標的因素叫試驗因素。試驗因素常用大寫字母A、B、C、…等表示。把除試驗因素以外的其它所有對試驗指標有影響的因素統(tǒng)稱為條件因素，又稱試驗條件（expermentalconditions）。如研究研究增稠劑用量、pH值和殺菌溫度對豆奶穩(wěn)定性的影響時，增稠劑用量、pH值和殺菌溫度即為試驗因素。當試驗中考察的因素只有一個時，稱為單因素試驗；若同時研究兩個或兩個以上的因素對試驗指標的影響時，則稱為兩因素或多因素試驗。下一張

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（2）試驗因素（experimentalfactor）試驗中，凡對試驗指標可能產(chǎn)生影響的原因或要素

試驗因素所處的各種狀態(tài)或數(shù)量等級稱為因素水平，簡稱水平。在試驗設計中，1個因素選幾個水平，就稱該因素為幾水平因素。如微生物的培養(yǎng)溫度A（℃）設計30，40，50三個級別，培養(yǎng)溫度為3水平因素；培養(yǎng)時間B（min）設置20，40，60，80四個水平，培養(yǎng)時間為4水平因素。如比較3個品種奶牛產(chǎn)奶量的高低，這3個品種就是奶牛品種這個試驗因素的3個水平。表示方式？

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（3）因素水平（leveloffactor）試驗因素所處的各種狀態(tài)或數(shù)量等級稱為因素水平，簡稱

事先設計好的實施在試驗單元上的具體措施叫試驗處理，簡稱處理。單因素試驗時，試驗因素的一個水平就是1個處理。多因素試驗中，由于因素和水平較多，可以形成若干個水平組合（處理），每個水平組合就是1個處理。處理的多少等于參試各因素水平的乘積。如3因素3水平試驗共有3×3×3=27個處理。下一張

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（4）試驗處理（treatment）事先設計好的實施在試驗單元上的具體措施叫試驗處理，

在試驗中接受不同試驗處理的試驗載體叫試驗單位。在畜禽、水產(chǎn)試驗中，一只家禽、一頭家畜、一只小白鼠、一尾魚，即一個動物；或幾只家禽、幾頭家畜、幾只小白鼠、幾尾魚，即一組動物都可作為試驗單位。1個蘋果、1聽罐頭、幾袋面粉等。試驗單位往往也是觀測數(shù)據(jù)的單位。下一張

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（5）試驗單位（元）（experimentalunit）

在試驗中，將一個處理實施在兩個或兩個以上的試驗單位上，稱為重復；1處理實施的試驗單位數(shù)稱為處理的重復數(shù)。（6）重復（repetition）在試驗中接受不同試驗處理的試驗載體叫試驗單位。（7）全面試驗（overallexperiment）

對試驗因素的所有水平組合都進行實施的試驗稱為全面試驗。優(yōu)點：能夠獲得全面的試驗信息，無一遺漏，各因素及各級交互作用對試驗指標的影響剖析的比較清楚，又稱全面析因試驗（factorialexperiment）。缺點：隨著試驗因素和水平的增多，試驗處理數(shù)目會劇增，試驗次數(shù)急劇增加。（8）部分實施（fractionalenforcement）由全面試驗中選取部分有代表性的處理進行試驗（7）全面試驗（overallexperiment）**試驗計劃與方案1.

試驗計劃的內容及要求進行任何一項科學試驗，在試驗前必須制定一個科學的、全面的試驗計劃，以便使該項研究工作能夠順利開展，從而保證試驗任務的完成。試驗計劃的內容一般應包括以下幾個方面：下一張

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**選講內容**試驗計劃與方案1.試驗計劃的內容及要求下一張主（1）課題選擇與試驗目的

科研課題的選擇是整個研究工作的第一步。課題選擇正確，此項研究工作就有了很好的開端。一般來說，試驗課題通常來自兩個方面。一是國家或企業(yè)指定的試驗課題，這些試驗課題不僅確定了科研選題的方向，而且也為研究人員選題提供了依據(jù)，并以此為基礎提出最終的目標和題目。二是研究人員自己選定的試驗課題。下一張

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（1）課題選擇與試驗目的下一張主頁退出上

研究人員自選課題時，首先應該明確為什么要進行這項科學研究，也就是說，應明確研究的目的是什么，解決什么問題，以及在科研和生產(chǎn)中的作用、效果如何等。

研究人員自選課題時，首先應該明確為什么要進

選題時應注意以下幾點：

①實用性

要著眼于畜牧、水產(chǎn)等科研和生產(chǎn)中急需解決的問題，同時從發(fā)展的觀點出發(fā)，適當照顧到長遠或不久將來可能出現(xiàn)的問題。

②先進性

在了解國內外該研究領域的進展、水平等基礎上，選擇前人未解決或未完全解決的問題，以求在理論、觀點及方法等方面有所突破。下一張

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選題時應注意以下幾點：下一張主頁退

③

創(chuàng)新性

研究課題要有自己的新穎之處。

④可行性

就是完成科研課題的可能性，無論是從主觀條件方面，還是客觀條件方面，都要能保證研究課題的順利進行。③創(chuàng)新性

（2）研究依據(jù)、內容及預期達到的經(jīng)濟技術指標

課題確定后，通過查閱國內外有關文獻資料，明確項目的研究意義和應用前景，國內外在該領域的研究概況、水平和發(fā)展趨勢，理論依據(jù)、特色與創(chuàng)新之處；明確項目的具體研究內容和重點解決的問題，以及取得成果后的應用推廣計劃，預期達到的經(jīng)濟技術指標及預期的技術水平等。下一張

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（2）研究依據(jù)、內容及預期達到的經(jīng)濟技術指標下一

（3）試驗方案和試驗設計方法

試驗方案是全部試驗工作的核心部分，主要包括研究的因素、水平的確定等。方案確定后，結合試驗條件選擇合適的試驗設計方法下一張

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（3）試驗方案和試驗設計方法下一張主頁退（4）供試材料的數(shù)量及要求

試驗材料或試驗對象選擇正確與否，直接關系到試驗結果的正確性。因此，試驗材料應力求比較均勻一致。

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（5）試驗記錄的項目與要求

為了收集分析結果需要的各個方面資料，應事先以表格的形式列出需觀測的指標與要求。（4）供試材料的數(shù)量及要求下一張主頁退出上（6）試驗結果分析與效益估算

試驗結束后，對各階段取得的資料要進行整理與分析，所以應明確采用統(tǒng)計分析的方法，如t檢驗，方差分析、回歸與相關分析。如果試驗效果顯著，同時應計算經(jīng)濟效益。下一張

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（6）試驗結果分析與效益估算下一張主頁退出

（7）已具備的條件和研究進度安排

已具備的條件主要包括過去的研究工作基礎或預試情況，現(xiàn)有的主要儀器設備，研究技術人員及協(xié)作條件，從其他渠道已得到的經(jīng)費情況等。研究進度安排可根據(jù)試驗的不同內容按日期、分階段進行安排，定期寫出總結報告。

（8）試驗所需的條件

除已具備的條件外，本試驗尚需的條件，如經(jīng)費、材料、儀器設備的數(shù)量和要求等。

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（7）已具備的條件和研究進度安排下一張主

（9）研究人員分工

一般分為主持人、主研人、參加人。在有條件的情況下，應以學歷、職稱較高并有豐富專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗的人員擔任主持人或主研人，高、中、初級專業(yè)人員相結合，老、中、青相結合，使年限較長的研究項目能夠后繼有人，保持試驗的連續(xù)性、穩(wěn)定性和完整性。

（10）試驗的時間，地點和工作人員

試驗的時間，地點要安排合適，工作人員要固定，并參加一定培訓，以保證試驗正常進行。下一張

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（9）研究人員分工下一張主頁退出（11）成果鑒定及撰寫學術論文

這是整個研究工作的最后階段，凡屬國家課題應召開鑒定會議，由同行專家作出評價。個人選擇課題可以撰寫學術論文發(fā)表自己的研究成果，根據(jù)試驗結果作出理論分析，闡明事物在內在規(guī)律，并提出自己的見解和新的學術觀點。一些重要的個人研究成果，也可以申請相關部門鑒定和國家專利。下一張

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（11）成果鑒定及撰寫學術論文下一張主頁退

2試驗方案的擬定

（1）試驗方案的基本概念

試驗方案（experimentalscheme）是指根據(jù)試驗目的與要求而擬定的進行比較的一組試驗處理的總稱。試驗方案是整個試驗工作的核心部分，因此，須周密考慮，慎重擬定。試驗方案按供試因素的多少可區(qū)分為單因素試驗方案、多因素試驗方案。下一張

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2試驗方案的擬定下一張主頁退出上一張①單因素試驗方案

單因素試驗（single-factorexperiment）是指整個試驗中只比較一個試驗因素的不同水平的試驗。單因素試驗方案由該試驗因素的所有水平構成。這是最基本、最簡單的試驗方案。下一張

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②多因素試驗方案

多因素試驗是指在同一試驗中同時研究兩個或兩個以上試驗因素的試驗。多因素試驗方案由該試驗的所有試驗因素的水平組合（即處理）構成。多因素試驗方案分為完全方案和不完全方案兩類。

①單因素試驗方案下一張主頁退出上一張

完全方案

在列出因素水平組合（即處理）時，要求每一個因素的每個水平都要碰見一次，這時，水平組合（即處理）數(shù)等于各個因素水平數(shù)的乘積。例如以3種飼料配方對3個品種肉鴨進行試驗。兩個因素分別為飼料配方（A）、品種（B）。飼料配方（A）分為A1、A2、A3水平，品種（B）分為B1、B2、B3水平。共有A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3共3×3=9個水平組合（處理）。這9個水平組合（處理）就構成了這兩個因素的試驗方案。下一張

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完全方案下一張主頁退出上一張

根據(jù)完全試驗方案進行的試驗稱為全面試驗。全面試驗既能考察試驗因素對試驗指標的影響，也能考察因素間的交互作用，并能選出最優(yōu)水平組合，從而能充分揭示事物的內部規(guī)律。多因素全面試驗的效率高于多個單因素試驗的效率。全面試驗的主要不足是，當因素個數(shù)和水平數(shù)較多時，水平組合（處理）數(shù)太多，以至于在試驗時，人力、物力、財力、場地等都難以承受，試驗誤差也不易控制。因而全面試驗宜在因素個數(shù)和水平數(shù)都較少時應用。下一張

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根據(jù)完全試驗方案進行的試驗稱為全面試驗。全面試驗

（2）不完全方案

它是將試驗因素的某些水平組合在一起形成少數(shù)幾個水平組合。這種試驗方案的目的在于探討試驗因素中某些水平組合的綜合作用，而不在于考察試驗因素對試驗指標的影響和交互作用。這種在全部水平組合中挑選部分水平組合獲得的方案稱為不完全方案。根據(jù)不完全方案進行的試驗稱為部分試驗。動物試驗的綜合性試驗、正交試驗都屬于部分試驗。下一張

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（2）不完全方案下一張主頁退出上一張

綜合性試驗是針對起主導作用且相互關系已基本清楚的因素設置的試驗，它的水平組合就是一系列經(jīng)過實踐初步證實的優(yōu)良水平的配套。

正交試驗是在全部水平組合中選出有代表性的部分水平組合設置的試驗，具體內容見第八節(jié)。

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下一張主頁退出上一張（2）擬定試驗方案的要點

1、根據(jù)試驗的目的、任務和條件挑選試驗因素

擬定方案時，在正確掌握生產(chǎn)中存在的問題后，對試驗目的、任務進行仔細分析，抓住關鍵，突出重點。首先要挑選對試驗指標影響較大的關鍵因素。若只考察一個因素，則可采用單因素試驗。若是考察兩個以上因素，則應采用多因素試驗。如進行豬飼料添加某種微量元素的飼養(yǎng)試驗，在擬定試驗方案時，設置一個添加一定劑量微量元素的處理和不添加微量元素的對照，得到一個包含2個處理的單因素試驗方案；

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（2）擬定試驗方案的要點下一張主頁退出上

或設置幾個添加不同劑量微量元素的處理和一個不添加微量元素的對照，得到一個包含多個處理的單因素試驗方案。進行微量元素不同添加劑量與不同品種豬的飼養(yǎng)試驗，則安排一個二因素試驗方案。應該注意，一個試驗中研究的因素不宜過多，否則處理數(shù)太多，試驗過于寵大，試驗干擾因素難以控制。凡是能用簡單方案的試驗，就不用復雜方案。

2、根據(jù)各試驗因素的性質分清水平間差異

各因素水平可根據(jù)不同課題、因素的特點及動物的反應能力來確定，以使處理的效應容易表現(xiàn)出來。

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或設置幾個添加不同劑量微量元素的處理和一個不

（1）水平的數(shù)目要適當

水平數(shù)目過多，不僅難以反映出各水平間的差異，而且加大了處理數(shù)；水平數(shù)太少又容易漏掉一些好的信息，至使結果分析不全面。（2）水平間的差異要合理

有些因素在數(shù)量等級上只需少量的差異就反映出不同處理的效應。如飼料中微量元素的添加等。而有些則需較大的差異才能反應出不同處理效應來，如飼料用量等。下一張

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（1）水平的數(shù)目要適當下一張主頁退

（3）試驗方案中各因素水平的排列要靈活掌握

一般可采用等差法（即等間距法）、等比法和隨機法3種。我們結合肉牛埋植玉米赤霉醇為例說明。

等差法是指各相鄰兩個水平數(shù)量之差相等，如賦形劑（不含玉米赤霉醇）各水平的排列為：10mg、20mg、30mg，其中20mg為中心水平，向上向下都相隔10mg。

等比法是指各相鄰兩個水平的數(shù)量比值相同，如賦形劑各水平的排列為7.5mg、15mg、30mg、60mg,相鄰兩水平之比為1:2。下一張

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（3）試驗方案中各因素水平的排列要靈活掌握下一張

隨機法是指因素各水平隨機排列，如賦形劑各水平排列為15mg、10mg、40mg、30mg各水平的數(shù)量無一定關系。

3、試驗方案中必須設立作為比較標準的對照

動物試驗的目的就是通過比較來鑒別處理效應大小、好壞等。為了達到這一目的，試驗方案應當包括各試驗處理，以及作為比較的對照。任何試驗都不能缺少對照，否則就不能顯示出試驗的處理效果。根據(jù)研究的目的與內容，可選擇不同的對照形式。例如，進行添加微量元素的飼養(yǎng)試驗，添加微量元素為處理，不添加添加微量元素為對照，這樣的對照為空白對照。進行幾微量元素添加量的比較試驗，隨機法是指因素各水平隨機排列，如賦形劑各水平各個處理可互為對照，不必再設對照。在對某種動物作生理生化指標檢驗時，所得數(shù)據(jù)是否異常應與動物的正常值作比較，動物的正常值就是所謂的標準對照。在雜交試驗中，要確定雜交優(yōu)勢的大小，必須以親本作對照，這就是試驗對照。另外，還有一種自身對照，即處理與對照在同一動物上進行，如病畜用藥前與用藥后生理指標的比較等。下一張

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各個處理可互為對照，不必再設對照。在對某種動物作生理生化指標

4、試驗處理（包括對照）之間應遵循唯一差異原則

這是指在進行處理間比較時，除了試驗處理不同外，其它所有條件應當盡量一致或相同，使其具有可比性，才能使處理間的比較結果可靠。下一張

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4、試驗處理（包括對照）之間應遵循唯一差異原則下3試驗設計的基本原則

3.1試驗誤差的來源

（1）試驗誤差

在科學研究中，試驗處理常常受到各種非處理因素的影響，使試驗處理的效應不能真實地反映出來，也就是說，試驗所得到的觀測值，不但有處理的真實效應，而且還包含其它因素的影響，這就出現(xiàn)了實測值與真值的差異，這種差異在數(shù)值上的表現(xiàn)稱為試驗誤差。

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由于產(chǎn)生誤差的原因和性質不同，試驗誤差可分為系統(tǒng)誤差（片面誤差）、隨機誤差（抽樣誤差）兩類。3試驗設計的基本原則3.1試驗誤差的來源下一張主

系統(tǒng)誤差影響試驗的準確性，隨機誤差影響試驗的精確性。為了提高試驗的準確性與精確性，即提高試驗的正確性，必須避免系統(tǒng)誤差，降低隨機誤差。為了有效地避免系統(tǒng)誤差，降低隨機誤差，必須了解試驗誤差的來源。試驗誤差的主要來源有：試驗材料、測試方法、儀器設備及試劑、試驗環(huán)境條件和試驗操作等。下一張

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（2）試驗中誤差的來源系統(tǒng)誤差影響試驗的準確性，隨機誤差影響試驗的精確3.2試驗設計的基本原則

統(tǒng)計學上通過合理的試驗設計既能獲得試驗處理效應與試驗誤差的無偏估計，也能控制和降低隨機誤差，提高試驗的精確性。在試驗設計時必須遵循3個基本原則－重復、隨機化、局部控制。下一張

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3.2試驗設計的基本原則下一張主頁退出上一（1）重復原則

重復是指在試驗中每種處理至少實施兩次以上。重復試驗是估計和減少隨機誤差的基本手段。設置重復的主要作用在于估計試驗誤差和降低試驗誤差。由于隨機誤差是客觀存在的和不可避免的，如果一個處理只實施一次，那么只能得到一個觀測值，則無法估計出隨機誤差的大小。只有在同一條件下重復試驗，獲得兩個或兩個以上的觀測值時，才能估計出試驗誤差。隨機誤差有大有小，時正時負，隨著試驗次數(shù)的增加，正負相互抵消，隨機誤差平均值趨于零。因此，多次重復試驗的平均值的隨機誤差比單次試驗值的隨機誤差小。下一張

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（1）重復原則下一張主頁退出上一張

在前章內容中講到，樣本標準誤與標準差的關系是

即平均數(shù)抽樣誤差的大小與重復次數(shù)的平方根成反比，故重復次數(shù)多可以降低試驗誤差。但在實際應用時，重復數(shù)太多，試驗材料、儀器設備、操作等試驗條件不易控制一致，反而會增大試驗誤差。為避免這一問題，可在“局部控制原則”的前提下增加重復次數(shù)。重復數(shù)的多少可根據(jù)試驗的要求和條件而定。如果供試材料間差異較大，重復數(shù)應多些；差異較小，重復數(shù)可少些。Note：相同條件下的重復試驗不能發(fā)現(xiàn)和減小系統(tǒng)誤差。在前章內容中講到，樣本標準誤與標準差的

隨機化原則，就是在試驗中，每一個組合處理及其每一個重復都有同等機會被安排在某一特定空間和時間微環(huán)境中，以消除某些組合處理或重復可能占有的“優(yōu)勢”或“劣勢”，保證試驗條件在空間和時間上的均勻性。隨機化可使系統(tǒng)誤差轉化為隨機誤差，從而可正確、無偏地估計試驗誤差，并可保證試驗數(shù)據(jù)的獨立性和隨機性，以滿足統(tǒng)計分析的基本要求。下一張

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（2）隨機化原則Note：在試驗中，遵循隨機化原則是消除系統(tǒng)誤差的有效手段。隨機化原則，就是在試驗中，每一個組合處理及其每一個

在試驗中，當試驗環(huán)境或試驗單元差異較大時，僅根據(jù)重復和隨機化兩原則進行設計不能將試驗環(huán)境或試驗單位差異所引起的變異從試驗誤差中分離出來，因而試驗誤差大，試驗的精確性與檢驗的靈敏度低。為解決這一問題，在試驗環(huán)境或試驗單位差異大的情況下，可將整個試驗環(huán)境或試驗單位分成若干個小環(huán)境或小組，使小環(huán)境或小組內使非試驗因素盡量一致，這就是局部控制。每個比較一致的小環(huán)境或小組，稱為單位組（或區(qū)組）。下一張

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（3）局部控制─試驗條件的局部一致性在試驗中，當試驗環(huán)境或試驗單元差異較大時，僅單位組（區(qū)組）之間的差異可在方差分析時從試驗誤差中分離出來。所以，局部控制能較好地降低試驗誤差。

重復、隨機化、局部控制稱為費雪（R.A.Fisher）三原則，是試驗設計中必須遵循的原則。

試驗設計三原則的關系和作用見圖9-1所示。單位組（區(qū)組）之間的差異可在方差分析時從試驗誤差中分離出來。下一張

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圖8-1下一張主頁退出上一張圖8-1提高試驗準確性和精確性，保證統(tǒng)計推斷的可靠性隨機化排列設置重復局部控制消除系統(tǒng)誤差，無偏估計試驗誤差估計和降低隨機誤差與隨機化相結合，分離系統(tǒng)誤差，降低隨機誤差試驗設計三原則關系提高試驗準確性和精確性，保證統(tǒng)計推斷的可靠性隨機化排列設置重試驗設計基礎下一張

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試驗設計基礎下一張主頁退出上一張1試驗設計概述下一張

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1.1試驗設計的意義和任務

試驗設計是數(shù)理統(tǒng)計學的一個重要分支，是進行科學研究的重要工具。它域生產(chǎn)實踐和科學研究緊密結合，在理論上和方法上不斷地豐富和發(fā)展，廣泛應用于各個領域。

在食品生產(chǎn)和科學研究中，為了革新生產(chǎn)工藝，開發(fā)新產(chǎn)品，尋求優(yōu)質、高效、低耗的方法等，經(jīng)常要進行各種試驗。如何合理安排試驗，如何對結果進行科學分析，是食品生產(chǎn)、科研工作者經(jīng)常遇到的現(xiàn)實問題。試驗設計的好壞直接影響試驗的結果和試驗效率，所以試驗工作前有必要對試驗進行良好設計。1試驗設計概述下一張主頁退出上一張1試驗設計的任務就是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計知識為理論基礎，結合專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，經(jīng)濟的、科學的、合理地安排試驗；有效地控制試驗干擾；力求用較少的人力、物力、財力和時間，最大限度地獲得豐富而可靠的資料；充分利用和科學地分析所獲取得試驗信息，從而達到能明確回答研究項目所提出的問題和盡快獲得最優(yōu)方案的目的。試驗設計的任務就是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計知識為理論基礎，結合專業(yè)1.2試驗設計的作用（1）通過試驗設計可以分清各試驗因素對試驗指標的影響大小順序，找出主要因素，抓住主要矛盾。（2）通過試驗設計可以了解因素與水平指標間的規(guī)律性，即每個因素水平改變時，指標是怎樣變化的。（3）通過試驗設計可以各試驗因素之間的相互影響情況，即因素間的交互作用。1.2試驗設計的作用（1）通過試驗設計可以分清各試驗因素對（4）通過試驗設計可以迅速地找出最優(yōu)生產(chǎn)條件或工藝條件，確定最優(yōu)方案，并能預估在最優(yōu)生產(chǎn)條件下或工藝條件下的試驗指標值及其波動范圍。（5）通過試驗設計可以正確估計和有效控制、降低試驗誤差，從而提高試驗精度。（6）通過對試驗結果的分析，可以明確進一步試驗的研究方向。（4）通過試驗設計可以迅速地找出最優(yōu)生產(chǎn)條件或工藝條件，確定

2試驗設計的基本概念

在試驗設計中，根據(jù)試驗的目的而選定的用來衡量試驗結果好壞或處理效應高低的質量指標稱為試驗指標。由于試驗目的不同，選擇的試驗指標亦不相同。試驗指標可分為定量指標和定性指標兩類。能用數(shù)量表示的指標稱為定量指標或數(shù)量指標。不能用數(shù)量表示的指標稱為定性指標。食品的感官指標多為定性指標。

單指標試驗和多指標試驗2.1試驗設計常用術語（1）試驗指標（experimentalindex）2試驗設計的基本概念在試驗設計中，根

試驗中，凡對試驗指標可能產(chǎn)生影響的原因或要素，都稱為因素，因子。試驗中所研究的影響試驗指標的因素叫試驗因素。試驗因素常用大寫字母A、B、C、…等表示。把除試驗因素以外的其它所有對試驗指標有影響的因素統(tǒng)稱為條件因素，又稱試驗條件（expermentalconditions）。如研究研究增稠劑用量、pH值和殺菌溫度對豆奶穩(wěn)定性的影響時，增稠劑用量、pH值和殺菌溫度即為試驗因素。當試驗中考察的因素只有一個時，稱為單因素試驗；若同時研究兩個或兩個以上的因素對試驗指標的影響時，則稱為兩因素或多因素試驗。下一張

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（2）試驗因素（experimentalfactor）試驗中，凡對試驗指標可能產(chǎn)生影響的原因或要素

試驗因素所處的各種狀態(tài)或數(shù)量等級稱為因素水平，簡稱水平。在試驗設計中，1個因素選幾個水平，就稱該因素為幾水平因素。如微生物的培養(yǎng)溫度A（℃）設計30，40，50三個級別，培養(yǎng)溫度為3水平因素；培養(yǎng)時間B（min）設置20，40，60，80四個水平，培養(yǎng)時間為4水平因素。如比較3個品種奶牛產(chǎn)奶量的高低，這3個品種就是奶牛品種這個試驗因素的3個水平。表示方式？

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（3）因素水平（leveloffactor）試驗因素所處的各種狀態(tài)或數(shù)量等級稱為因素水平，簡稱

事先設計好的實施在試驗單元上的具體措施叫試驗處理，簡稱處理。單因素試驗時，試驗因素的一個水平就是1個處理。多因素試驗中，由于因素和水平較多，可以形成若干個水平組合（處理），每個水平組合就是1個處理。處理的多少等于參試各因素水平的乘積。如3因素3水平試驗共有3×3×3=27個處理。下一張

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（4）試驗處理（treatment）事先設計好的實施在試驗單元上的具體措施叫試驗處理，

在試驗中接受不同試驗處理的試驗載體叫試驗單位。在畜禽、水產(chǎn)試驗中，一只家禽、一頭家畜、一只小白鼠、一尾魚，即一個動物；或幾只家禽、幾頭家畜、幾只小白鼠、幾尾魚，即一組動物都可作為試驗單位。1個蘋果、1聽罐頭、幾袋面粉等。試驗單位往往也是觀測數(shù)據(jù)的單位。下一張

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（5）試驗單位（元）（experimentalunit）

在試驗中，將一個處理實施在兩個或兩個以上的試驗單位上，稱為重復；1處理實施的試驗單位數(shù)稱為處理的重復數(shù)。（6）重復（repetition）在試驗中接受不同試驗處理的試驗載體叫試驗單位。（7）全面試驗（overallexperiment）

對試驗因素的所有水平組合都進行實施的試驗稱為全面試驗。優(yōu)點：能夠獲得全面的試驗信息，無一遺漏，各因素及各級交互作用對試驗指標的影響剖析的比較清楚，又稱全面析因試驗（factorialexperiment）。缺點：隨著試驗因素和水平的增多，試驗處理數(shù)目會劇增，試驗次數(shù)急劇增加。（8）部分實施（fractionalenforcement）由全面試驗中選取部分有代表性的處理進行試驗（7）全面試驗（overallexperiment）**試驗計劃與方案1.

試驗計劃的內容及要求進行任何一項科學試驗，在試驗前必須制定一個科學的、全面的試驗計劃，以便使該項研究工作能夠順利開展，從而保證試驗任務的完成。試驗計劃的內容一般應包括以下幾個方面：下一張

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**選講內容**試驗計劃與方案1.試驗計劃的內容及要求下一張主（1）課題選擇與試驗目的

科研課題的選擇是整個研究工作的第一步。課題選擇正確，此項研究工作就有了很好的開端。一般來說，試驗課題通常來自兩個方面。一是國家或企業(yè)指定的試驗課題，這些試驗課題不僅確定了科研選題的方向，而且也為研究人員選題提供了依據(jù)，并以此為基礎提出最終的目標和題目。二是研究人員自己選定的試驗課題。下一張

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（1）課題選擇與試驗目的下一張主頁退出上

研究人員自選課題時，首先應該明確為什么要進行這項科學研究，也就是說，應明確研究的目的是什么，解決什么問題，以及在科研和生產(chǎn)中的作用、效果如何等。

研究人員自選課題時，首先應該明確為什么要進

選題時應注意以下幾點：

①實用性

要著眼于畜牧、水產(chǎn)等科研和生產(chǎn)中急需解決的問題，同時從發(fā)展的觀點出發(fā)，適當照顧到長遠或不久將來可能出現(xiàn)的問題。

②先進性

在了解國內外該研究領域的進展、水平等基礎上，選擇前人未解決或未完全解決的問題，以求在理論、觀點及方法等方面有所突破。下一張

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選題時應注意以下幾點：下一張主頁退

③

創(chuàng)新性

研究課題要有自己的新穎之處。

④可行性

就是完成科研課題的可能性，無論是從主觀條件方面，還是客觀條件方面，都要能保證研究課題的順利進行。③創(chuàng)新性

（2）研究依據(jù)、內容及預期達到的經(jīng)濟技術指標

課題確定后，通過查閱國內外有關文獻資料，明確項目的研究意義和應用前景，國內外在該領域的研究概況、水平和發(fā)展趨勢，理論依據(jù)、特色與創(chuàng)新之處；明確項目的具體研究內容和重點解決的問題，以及取得成果后的應用推廣計劃，預期達到的經(jīng)濟技術指標及預期的技術水平等。下一張

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（2）研究依據(jù)、內容及預期達到的經(jīng)濟技術指標下一

（3）試驗方案和試驗設計方法

試驗方案是全部試驗工作的核心部分，主要包括研究的因素、水平的確定等。方案確定后，結合試驗條件選擇合適的試驗設計方法下一張

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（3）試驗方案和試驗設計方法下一張主頁退（4）供試材料的數(shù)量及要求

試驗材料或試驗對象選擇正確與否，直接關系到試驗結果的正確性。因此，試驗材料應力求比較均勻一致。

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（5）試驗記錄的項目與要求

為了收集分析結果需要的各個方面資料，應事先以表格的形式列出需觀測的指標與要求。（4）供試材料的數(shù)量及要求下一張主頁退出上（6）試驗結果分析與效益估算

試驗結束后，對各階段取得的資料要進行整理與分析，所以應明確采用統(tǒng)計分析的方法，如t檢驗，方差分析、回歸與相關分析。如果試驗效果顯著，同時應計算經(jīng)濟效益。下一張

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（6）試驗結果分析與效益估算下一張主頁退出

（7）已具備的條件和研究進度安排

已具備的條件主要包括過去的研究工作基礎或預試情況，現(xiàn)有的主要儀器設備，研究技術人員及協(xié)作條件，從其他渠道已得到的經(jīng)費情況等。研究進度安排可根據(jù)試驗的不同內容按日期、分階段進行安排，定期寫出總結報告。

（8）試驗所需的條件

除已具備的條件外，本試驗尚需的條件，如經(jīng)費、材料、儀器設備的數(shù)量和要求等。

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（7）已具備的條件和研究進度安排下一張主

（9）研究人員分工

一般分為主持人、主研人、參加人。在有條件的情況下，應以學歷、職稱較高并有豐富專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗的人員擔任主持人或主研人，高、中、初級專業(yè)人員相結合，老、中、青相結合，使年限較長的研究項目能夠后繼有人，保持試驗的連續(xù)性、穩(wěn)定性和完整性。

（10）試驗的時間，地點和工作人員

試驗的時間，地點要安排合適，工作人員要固定，并參加一定培訓，以保證試驗正常進行。下一張

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（9）研究人員分工下一張主頁退出（11）成果鑒定及撰寫學術論文

這是整個研究工作的最后階段，凡屬國家課題應召開鑒定會議，由同行專家作出評價。個人選擇課題可以撰寫學術論文發(fā)表自己的研究成果，根據(jù)試驗結果作出理論分析，闡明事物在內在規(guī)律，并提出自己的見解和新的學術觀點。一些重要的個人研究成果，也可以申請相關部門鑒定和國家專利。下一張

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（11）成果鑒定及撰寫學術論文下一張主頁退

2試驗方案的擬定

（1）試驗方案的基本概念

試驗方案（experimentalscheme）是指根據(jù)試驗目的與要求而擬定的進行比較的一組試驗處理的總稱。試驗方案是整個試驗工作的核心部分，因此，須周密考慮，慎重擬定。試驗方案按供試因素的多少可區(qū)分為單因素試驗方案、多因素試驗方案。下一張

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2試驗方案的擬定下一張主頁退出上一張①單因素試驗方案

單因素試驗（single-factorexperiment）是指整個試驗中只比較一個試驗因素的不同水平的試驗。單因素試驗方案由該試驗因素的所有水平構成。這是最基本、最簡單的試驗方案。下一張

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②多因素試驗方案

多因素試驗是指在同一試驗中同時研究兩個或兩個以上試驗因素的試驗。多因素試驗方案由該試驗的所有試驗因素的水平組合（即處理）構成。多因素試驗方案分為完全方案和不完全方案兩類。

①單因素試驗方案下一張主頁退出上一張

完全方案

在列出因素水平組合（即處理）時，要求每一個因素的每個水平都要碰見一次，這時，水平組合（即處理）數(shù)等于各個因素水平數(shù)的乘積。例如以3種飼料配方對3個品種肉鴨進行試驗。兩個因素分別為飼料配方（A）、品種（B）。飼料配方（A）分為A1、A2、A3水平，品種（B）分為B1、B2、B3水平。共有A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3共3×3=9個水平組合（處理）。這9個水平組合（處理）就構成了這兩個因素的試驗方案。下一張

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完全方案下一張主頁退出上一張

根據(jù)完全試驗方案進行的試驗稱為全面試驗。全面試驗既能考察試驗因素對試驗指標的影響，也能考察因素間的交互作用，并能選出最優(yōu)水平組合，從而能充分揭示事物的內部規(guī)律。多因素全面試驗的效率高于多個單因素試驗的效率。全面試驗的主要不足是，當因素個數(shù)和水平數(shù)較多時，水平組合（處理）數(shù)太多，以至于在試驗時，人力、物力、財力、場地等都難以承受，試驗誤差也不易控制。因而全面試驗宜在因素個數(shù)和水平數(shù)都較少時應用。下一張

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根據(jù)完全試驗方案進行的試驗稱為全面試驗。全面試驗

（2）不完全方案

它是將試驗因素的某些水平組合在一起形成少數(shù)幾個水平組合。這種試驗方案的目的在于探討試驗因素中某些水平組合的綜合作用，而不在于考察試驗因素對試驗指標的影響和交互作用。這種在全部水平組合中挑選部分水平組合獲得的方案稱為不完全方案。根據(jù)不完全方案進行的試驗稱為部分試驗。動物試驗的綜合性試驗、正交試驗都屬于部分試驗。下一張

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（2）不完全方案下一張主頁退出上一張

綜合性試驗是針對起主導作用且相互關系已基本清楚的因素設置的試驗，它的水平組合就是一系列經(jīng)過實踐初步證實的優(yōu)良水平的配套。

正交試驗是在全部水平組合中選出有代表性的部分水平組合設置的試驗，具體內容見第八節(jié)。

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下一張主頁退出上一張（2）擬定試驗方案的要點

1、根據(jù)試驗的目的、任務和條件挑選試驗因素

擬定方案時，在正確掌握生產(chǎn)中存在的問題后，對試驗目的、任務進行仔細分析，抓住關鍵，突出重點。首先要挑選對試驗指標影響較大的關鍵因素。若只考察一個因素，則可采用單因素試驗。若是考察兩個以上因素，則應采用多因素試驗。如進行豬飼料添加某種微量元素的飼養(yǎng)試驗，在擬定試驗方案時，設置一個添加一定劑量微量元素的處理和不添加微量元素的對照，得到一個包含2個處理的單因素試驗方案；

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（2）擬定試驗方案的要點下一張主頁退出上

或設置幾個添加不同劑量微量元素的處理和一個不添加微量元素的對照，得到一個包含多個處理的單因素試驗方案。進行微量元素不同添加劑量與不同品種豬的飼養(yǎng)試驗，則安排一個二因素試驗方案。應該注意，一個試驗中研究的因素不宜過多，否則處理數(shù)太多，試驗過于寵大，試驗干擾因素難以控制。凡是能用簡單方案的試驗，就不用復雜方案。

2、根據(jù)各試驗因素的性質分清水平間差異

各因素水平可根據(jù)不同課題、因素的特點及動物的反應能力來確定，以使處理的效應容易表現(xiàn)出來。

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或設置幾個添加不同劑量微量元素的處理和一個不

（1）水平的數(shù)目要適當

水平數(shù)目過多，不僅難以反映出各水平間的差異，而且加大了處理數(shù)；水平數(shù)太少又容易漏掉一些好的信息，至使結果分析不全面。（2）水平間的差異要合理

有些因素在數(shù)量等級上只需少量的差異就反映出不同處理的效應。如飼料中微量元素的添加等。而有些則需較大的差異才能反應出不同處理效應來，如飼料用量等。下一張

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（1）水平的數(shù)目要適當下一張主頁退

（3）試驗方案中各因素水平的排列要靈活掌握

一般可采用等差法（即等間距法）、等比法和隨機法3種。我們結合肉牛埋植玉米赤霉醇為例說明。

等差法是指各相鄰兩個水平數(shù)量之差相等，如賦形劑（不含玉米赤霉醇）各水平的排列為：10mg、20mg、30mg，其中20mg為中心水平，向上向下都相隔10mg。

等比法是指各相鄰兩個水平的數(shù)量比值相同，如賦形劑各水平的排列為7.5mg、15mg、30mg、60mg,相鄰兩水平之比為1:2。下一張

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（3）試驗方案中各因素水平的排列要靈活掌握下一張

隨機法是指因素各水平隨機排列，如賦形劑各水平排列為15mg、10mg、40mg、30mg各水平的數(shù)量無一定關系。

3、試驗方案中必須設立作為比較標準的對照

動物試驗的目的就是通過比較來鑒別處理效應大小、好壞等。為了達到這一目的，試驗方案應當包括各試驗處理，以及作為比較的對照。任何試驗都不能缺少對照，否則就不能顯示出試驗的處理效果。根據(jù)研究的目的與內容，可選擇不同的對照形式。例如，進行添加微量元素的飼養(yǎng)試驗，添加微量元素為處理，不添加添加微量元素為對照，這樣的對照為空白對照。進行幾微量元素添加量的比較試驗，隨機法是指因素各水平隨機排列，如賦形劑各水平各個處理可互為對照，不必再設對照。在對某種動物作生理生化指標檢驗時，所得數(shù)據(jù)是否異常應與動物的正常值作比較，動物的正常值就是所謂的標準對照。在雜交試驗中，要確定雜交優(yōu)勢的大小，必須以親本作對照，這就是試驗對照。另外，還有一種自身對照，即處理與對照在同一動物上進行，如病畜用藥前與用藥后生理指標的比較等。下一張

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各個處理可互為對照，不必再設對照。在對某種動物作生理生化指標

4、試驗處理（包括對照）之間應遵循唯一差異原則

這是指在進行處理間比較時，除了試驗處理不同外，其它所有條件應當盡量一致或相同，使其具有可比性，才能使處理間的比較結果可靠。下一張

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4、試驗處理（包括對照）之間應遵循唯一差異原則下3試驗設計的基本原則

3.1