第一篇：實驗設(shè)計的要素與原則

第一節(jié)

實驗設(shè)計的基本要素

一個良好的科學(xué)實驗設(shè)計是順利進(jìn)行科學(xué)研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的前提，同時也是或得預(yù)期結(jié)果的重要保證。一個完善的統(tǒng)計學(xué)研究設(shè)計包括三個基本要素：受試對象、處理因素和試驗效應(yīng)。例如，研究某降壓藥對原發(fā)性高血壓患者的降壓效果，其中高血壓患者即為受試對象，這種降壓藥為處理因素，血壓的變化便是試驗效應(yīng)?？蒲泄ぷ髡咴谶M(jìn)行醫(yī)藥方面的科學(xué)研究之前，必須要制定完善的統(tǒng)計研究設(shè)計方案，如何選擇這三個要素，是實驗成敗的關(guān)鍵。因此，任何實驗研究在設(shè)計時，必須明確這三個要素。

一、受試對象

受試對象是處理因素作用的客體，應(yīng)該根據(jù)研究目的來確定。受試對象的選擇一般有以下幾種情形：l、一般醫(yī)學(xué)科研——常用動物、離體標(biāo)本或人體內(nèi)取得的某些樣本作為受試對象；

2、新藥的臨床前試驗——一般用動物作為受試對象；3．新藥的臨床試驗階段——一般用人作為受試對象。新藥臨床試驗一般分為4期，在1期臨床試驗階段，通常用健康志愿者作為受試對象；而在其他各期臨床試驗階段，常用患特定疾病的患者作為受試對象。選擇什么樣的患者，應(yīng)有嚴(yán)格的規(guī)定。

選擇受試對象應(yīng)有明確的納入標(biāo)準(zhǔn)和排除標(biāo)準(zhǔn)。首先，受試對象應(yīng)滿足兩個基本條件：一是對處理因素敏感；二是反應(yīng)必須穩(wěn)定。其次是為是研究結(jié)果普遍性和推廣價值，需保證受試對象的同質(zhì)性和代表性。

二、處理因素

處理因素是研究者根據(jù)研究目的而施加的特定的實驗因素，例如給予的某種降壓藥。實驗研究的目的不同，對實驗的要求也不同。若在整個實驗過程中影響觀察結(jié)果的因素很多，就必須結(jié)合專業(yè)知識，對眾多的因素做全面分析，必要時做一些預(yù)實驗，區(qū)分哪些是重要的實驗因素，哪些是非重要的實驗因素，以便選用合適的實驗設(shè)計方法妥善安排這些因素。水平選取的過于密集，實驗次數(shù)就會增多，許多相鄰的水平對結(jié)果的影響十分接近，不僅不利于研究目的的實現(xiàn)，而且將會浪費(fèi)人力、物力和時間；反之，該因素的不同水平對結(jié)果的影響規(guī)律不能真實地反映出來，易于得出錯誤的結(jié)論。除此以外，處理因素應(yīng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化，在實驗過程中同一處理組的處理因素應(yīng)始終保持不變，包括處理因素的施加方法、強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時間等。在缺乏經(jīng)驗的前提下，應(yīng)進(jìn)行必要的預(yù)實驗或借助他人的經(jīng)驗，選取較為合適的若干個水平，如藥物的種類、處理方法的種類等。應(yīng)結(jié)合實際情況和具體條件，選取質(zhì)最因素的水平，千萬不能不顧客觀條件而盲目選取。

三、實驗效應(yīng)

實驗效應(yīng)是反映在處理因素的作用下，受試對象的反應(yīng)或結(jié)局，它必須通過具體的指標(biāo)來體現(xiàn)。要結(jié)合專業(yè)知識，盡可能多地選用客觀性強(qiáng)的指標(biāo)，在儀器和試劑允許的條件下，應(yīng)盡可能多選用特異性強(qiáng)、靈敏度高的客觀指標(biāo)。對一些半客觀（如讀取病理切片或X片上所獲得的結(jié)果）或主觀指標(biāo)（如給某些定性實驗結(jié)果人為打分或賦值），一定要事先規(guī)定讀取數(shù)值的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，必要時還應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一的技術(shù)培訓(xùn)。此外，指標(biāo)的觀察應(yīng)避免帶有偏性或偏倚，否則會影響結(jié)果的比較和分析，為消除或最大限度的減少這種偏性，在實驗設(shè)計時通常采用盲法。

第二節(jié)

實驗設(shè)計的基本原則

在實驗設(shè)計時，為了更好地控制非處理因素對結(jié)果的影響，取得更為可靠的信息，達(dá)到比較高的科研目的，必須遵循實驗設(shè)計的四大原則，即隨機(jī)、對照、重復(fù)和均衡原則。

一、隨機(jī)原則

隨機(jī)化是采用隨機(jī)的方式，使每個受試對象都有同樣的機(jī)會被抽到或分配到實驗組和對照組。隨機(jī)化使大量的難以控制的非處理因素在試驗組和對照組中的影響相當(dāng)，并可歸于實驗誤差之中；它是對資料進(jìn)行統(tǒng)計推斷的前提，各種統(tǒng)計分析方法都是建立在隨機(jī)化的基礎(chǔ)之上。

隨機(jī)化應(yīng)貫穿于實驗研究的全過程，在受試對象的抽樣、分組以及試驗實施過程中均應(yīng)遵循隨機(jī)化原則。主要體現(xiàn)在以下兩方面：一是隨機(jī)抽樣：每個符合條件的受試對象被抽取的機(jī)會相等，即總體中的每一個個體都有相同的機(jī)會被抽到樣本中去；二是隨機(jī)分組：每個受試對象被分到個處理組的機(jī)會相等，它保證了大量難以控制的非處理因素在對比盡可能地均衡，以提高組間的可比性。

隨機(jī)原則的實施主要是通過運(yùn)用“隨機(jī)數(shù)”實現(xiàn)隨機(jī)化，在一般情況下運(yùn)用“隨機(jī)排列表”和“計算機(jī)（或計算器）產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)”實現(xiàn)隨機(jī)化。

二、對照原則

在確定接受處理因素的試驗組時，應(yīng)同時設(shè)立對照組，只有通過設(shè)立對照，才能使處理因素的效應(yīng)顯示出來，消除了非處理因素的影響。同時設(shè)立對照還可消除和減少試驗誤差，如果在試驗中不設(shè)立對照，往往會將非處理因素造成的偏倚當(dāng)成處理因素造成的效應(yīng)，從而得出錯誤的結(jié)論。

對照有多種形式，可根據(jù)研究的目的和內(nèi)容不同而加以選擇。常用的有以下幾種選擇：

1.空白對照

對照組不施加任何處理因素，在動物實驗和實驗室方式研究中最常見，常用于評價測量方法的準(zhǔn)確度，評價實驗是否處于正常狀態(tài)等。在臨床試驗中，空白對照雖簡單易行，但涉及倫理學(xué)方面的問題，且實施過程中容易引起試驗組和對照組在心理上的差異，從而影響結(jié)果的可靠性，因此較少使用。

2.實驗對照

對照組不施加處理因素，但施加某種實驗因素。例如觀察賴氨酸對兒童發(fā)育的影響，實驗組兒童間施加賴氨酸的面包，對照組為不加賴氨酸的面包。處理因素是賴氨酸，而面包量這一實驗因素保持相同，使兩組均衡。

3.自身對照

對照與實驗在同一受試對象身上進(jìn)行，例如身體對稱部位或?qū)嶒炃昂髢呻A段分別接受不同的實驗因素，一個為對照，一個為實驗，比較其差異。

4.標(biāo)準(zhǔn)對照

不設(shè)立對照組，而是用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)或正常值作為對照。此種方法在臨床試驗中用的較多，因為在很多情況下不給患者任何治療是不道德的。例如試驗指標(biāo)收縮壓的對比，即可用正常值90~120mmHg作對照。實驗研究一般不用標(biāo)準(zhǔn)對照，因為實驗條件不一致，常常影響對比結(jié)果。

5.相互對照

指不另設(shè)對照組，而是幾個實驗組相互對比對照，在等組實驗法中，大都是運(yùn)用對照，如“植物的向性”的等組實驗中，幾個個實驗組所采用的都是相互對照，較好的平衡和抵消了無關(guān)變量的影響，使實驗結(jié)果更具有說服力

6.歷史對照

又稱為文獻(xiàn)對照或回顧對照，此種方法也無對照組，它是與他人或本人過去研究的結(jié)果進(jìn)行對比。由于這種比照不易均衡，所以一般不宜使用，只能作為討論的參考。

三、重復(fù)原則

重復(fù)是消除非處理因素影響的又一重要手段。重復(fù)程度表現(xiàn)為樣本含量的大小和重復(fù)次數(shù)的多少，即就是在相同實驗條件下必須做多次獨(dú)立重復(fù)實驗，以提高實驗的可靠性和科學(xué)性。廣義上講，重復(fù)包括三種情形：

1.整個實驗的重復(fù)：它確保了實驗的重現(xiàn)性，從而提高了實驗的可靠性。不可重復(fù)的實驗是沒有科學(xué)性的。

2.用多個受試對象進(jìn)行重復(fù)：它避免了把個別情況誤認(rèn)為普遍情況，把偶然或巧合的現(xiàn)象當(dāng)成必然的規(guī)律，將實驗結(jié)果錯誤的推廣到群體。

3.同一受試對象的重復(fù)觀察：它確保了觀察結(jié)果的精密度。例如測量脈搏時可連續(xù)測量3次，以3次的平均數(shù)作為最終結(jié)果。

四、均衡原則

所謂均衡，就是指在設(shè)立對照時除給予的處理因素不同外，對照組和試驗組的其他重要的、可控制的非處理因素應(yīng)保持一致。在整個實驗過程中應(yīng)該嚴(yán)格控制這種一致性，一致性越好，就能越顯示實驗的處理因素，從而減少非處理因素對結(jié)果的影響。一個實驗設(shè)計方案的均衡性好壞，關(guān)系到實驗研究的成敗。應(yīng)充分發(fā)揮具有各種知識結(jié)構(gòu)和背景的人的作用，群策群力，方可有效地提高實驗設(shè)計方案的均衡性。

第二篇：通州畢業(yè)考試實驗設(shè)計原題

37.實驗桌上有如下實驗器材：符合實驗要求的低壓電源一個（由于分度值過大不能讀出電壓具體數(shù)值），阻值已知的定值電阻R1，R2，電壓表一塊，開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。請利用上述實驗器材設(shè)計實驗證明：在串聯(lián)電路中，當(dāng)R1，R2阻值不變時，R1兩端的電壓U1和電源兩端電壓U的關(guān)系為U1=KU。畫出實驗電路圖，寫出實驗步驟，并設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表。

第三篇：實驗設(shè)計與分析讀書報告

實驗設(shè)計與分析讀書報告

[摘要]實驗設(shè)計與分析是用于經(jīng)濟(jì)地、科學(xué)地安排試驗的一項技術(shù)?！对囼炘O(shè)計與分析》是實驗設(shè)計與分析領(lǐng)域的名著，全書內(nèi)容廣泛，實例豐富?？勺鳛樽匀豢茖W(xué)研究人員、工程技術(shù)人員、管理人員進(jìn)行科學(xué)實驗設(shè)計與分析的參考書，是產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)、工序設(shè)計和改進(jìn)等方面非常實用的工具。

本文首先講述了實驗設(shè)計分析的原理、方法、特點、步驟以及實驗設(shè)計及統(tǒng)計分析的注意事項，然后介紹了幾種常用的實驗設(shè)計方法的原理、特點及用法，最后總結(jié)了學(xué)習(xí)《實驗設(shè)計與分析》后的一些心得體會。

[關(guān)鍵詞]：實驗設(shè)計與分析；正交實驗；穩(wěn)健設(shè)計；統(tǒng)計設(shè)計；響應(yīng)變量；統(tǒng)計設(shè)計

目錄

1.2.引言...................................................................................................................................1 實驗設(shè)計與分析簡介.......................................................................................................1 2.1 什么是實驗設(shè)計...........................................................................................................1 2.2 發(fā)展歷史及分類...........................................................................................................2 2.3.實驗設(shè)計的目的.........................................................................................................2 2.4.基本原理.....................................................................................................................2 2.5.實驗設(shè)計實施的方法與步驟.....................................................................................3 2.6.實驗設(shè)計的應(yīng)用.........................................................................................................3 2.7.注意事項.....................................................................................................................3 3.實驗設(shè)計方法介紹...........................................................................................................4 3.1 全面實驗.......................................................................................................................4 3.2 正交實驗.......................................................................................................................4

3.2.1 正交實驗的特點：...........................................................................................4 3.2.2 正交實驗的類型和分析方法...........................................................................4 3.2.3 實施正交實驗的基本步驟和方法...................................................................5 3.3 穩(wěn)健設(shè)計.......................................................................................................................5

3.3.1 穩(wěn)健設(shè)計的優(yōu)點...............................................................................................5 3.3.2 穩(wěn)健設(shè)計的實施步驟.......................................................................................5

結(jié)束語.............................................................................................................................................6 參考文獻(xiàn).........................................................................................................................................6

1.引言

現(xiàn)代科技的發(fā)展離不開實驗分析，現(xiàn)代實驗不單是通過觀察現(xiàn)象和測試數(shù)據(jù)來驗證假設(shè)，更重要的是現(xiàn)代科技創(chuàng)新和發(fā)明的重要手段。所有理論分析不能解決的問題均可利用實驗的手段去摸索，特別是在工程領(lǐng)域內(nèi)?？蒲惺呛茏⒅貙嶋H應(yīng)用效果，無論是對零件、部件和整機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能研究，還是對新配方、新工藝的探索，實驗都是必須的手段。幾乎沒有一項應(yīng)用研究成果是不需要實驗分析和實驗論證的。

如果要最有效地進(jìn)行科學(xué)實驗，必須用科學(xué)方法來設(shè)計。所謂實驗的統(tǒng)計設(shè)計，就是設(shè)計實驗的過程，使得收集的數(shù)據(jù)適合于用統(tǒng)計方法分析，得出有效的和客觀的結(jié)論。如果想從數(shù)據(jù)作出有意義的結(jié)論，用統(tǒng)計方法作實驗設(shè)計是必要的。當(dāng)問題涉及到受實驗誤差影響的數(shù)據(jù)時，只有統(tǒng)計方法才是客觀的分析方法。這樣一來，任一實驗問題就存在兩個方面：實驗的設(shè)計和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。這兩個課題是緊密相連的，因為分析方法直接依賴于所用的設(shè)計。實驗設(shè)計方法已在很多學(xué)科中得到廣泛的應(yīng)用。

《實驗設(shè)計與分析》作為實驗設(shè)計與分析領(lǐng)域的名著，是作者在亞利桑那州立大學(xué)、華盛頓大學(xué)和佐治亞理工學(xué)院三所大學(xué)近40年實驗設(shè)計教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上編寫的。

全書內(nèi)容廣泛，包括實驗設(shè)計與分析的基本原理、特點、方法、發(fā)展及應(yīng)用等，而且實例豐富，簡單比較實驗、析因設(shè)計、分式析因設(shè)計、擬合回歸模型、響應(yīng)曲面方法和正交設(shè)計、穩(wěn)健參數(shù)設(shè)計和過程穩(wěn)健性研究、含隨機(jī)因子的實驗、嵌套設(shè)計和裂區(qū)設(shè)計等。

通過本書的學(xué)習(xí)讓我對實驗設(shè)計與分析有了更深入的了解，對設(shè)計實驗與分析的有了科學(xué)和系統(tǒng)的認(rèn)識，明確了設(shè)計思路、方向，學(xué)習(xí)了多種實驗設(shè)計與分析方法，為以后科研實驗提供了極大的參考及指導(dǎo)作用。

2.實驗設(shè)計與分析簡介

2.1 什么是實驗設(shè)計

實驗是研究者實際上在各個研究領(lǐng)域進(jìn)行的，通常是發(fā)現(xiàn)關(guān)于一個特定過程或系統(tǒng)的某些事情。一個實驗是一個試驗，一個設(shè)計的實驗是一個試驗或一系列試驗，它對一個過程或系統(tǒng)的輸入變量(人、機(jī)、料、法、環(huán))作一些有目的的改變，以使能夠觀察到和識別出引起輸出響應(yīng)變化的緣由。

通常形象地將過程看作是人，機(jī)，料，法，環(huán)的一種組合，它把一些輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸粋€或多個可觀察的響應(yīng)的一種輸出，過程的一些變量x1,x2,...Xn是可控制的，.過程的另一些變量z1,z2,...Zn是不可控制的，響應(yīng)是可以觀察或測量的一個或多個的輸出。

2.2 發(fā)展歷史及分類

早期的實驗設(shè)計與分析法(ANOVA)于1920由英國生物統(tǒng)計學(xué)家、數(shù)學(xué)家費(fèi)歇(RA Fisher)提出，F(xiàn)isher首先開發(fā)并應(yīng)用了方差分析作為實驗設(shè)計中的統(tǒng)計分析基本方法，最初主要應(yīng)用農(nóng)業(yè)、生物學(xué)、遺傳學(xué)等方面的研究。隨后英、美、蘇對之進(jìn)行研究推廣到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的正交實驗(Orthogonal array)于1950由日本田口玄一(Taguchi)等創(chuàng)造，隨后迅速推廣到日本工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，成為日本工商企業(yè)管理界人員必備的技術(shù)。

穩(wěn)健設(shè)計法(Robustness)于1970由日本田口玄一(Taguchi)等創(chuàng)造，穩(wěn)健設(shè)計是對傳統(tǒng)正交實驗的改進(jìn)，最初主要應(yīng)用于二戰(zhàn)之后的日本，隨后在日本，美國等國家的許多公司得到成功的應(yīng)用和發(fā)展。

現(xiàn)代還出現(xiàn)了多元化的實驗方法，包括：殘差分析(Residual analysis)、應(yīng)用回歸分析(Regression)、分式析因?qū)嶒?Fractional factorial design)、曲面響應(yīng)和調(diào)優(yōu)運(yùn)算(RSM & EVOT)等。

2.3.實驗設(shè)計的目的

1)確定哪些變量對響應(yīng)輸出Y最有影響，即找出最顯著因素；

2)確定有影響的變量x設(shè)置在何處可使響應(yīng)輸出Y幾乎總是接近所期望的額定值； 3)確定有影響的變量x設(shè)置在何處可使響應(yīng)輸出Y的變異性較小； 4)確定有影響的變量x設(shè)置在何處使得不可控的變量z的效應(yīng)最小。

2.4.基本原理

一種實驗要最有效地實行的話，必須用科學(xué)方法來設(shè)計實驗。所謂實驗的統(tǒng)計設(shè)計，就是設(shè)計實驗的過程，使得收集的數(shù)據(jù)適合于用統(tǒng)計方法分析，得出有效的和客觀的結(jié)論。如果想從數(shù)據(jù)作出有意義的結(jié)論，用統(tǒng)計方法做實驗設(shè)計是必要的。

實設(shè)計有三個基本原理：重復(fù)，隨機(jī)化和區(qū)組化。

1)重復(fù)即基本實驗的重復(fù)進(jìn)行，它有兩條重要的性質(zhì)：第一，允許實驗者得到實驗

誤差的一個估計量；這個誤差的估量值成為確定數(shù)據(jù)的觀察差是否是統(tǒng)計上的實際差的基本度量單位。第二，如果用樣本均值作為實驗中一個因素的效應(yīng)的估計量，則重復(fù)允許實驗者求得這一效應(yīng)的更為精確的估計量。

2)隨機(jī)化是實驗設(shè)計使用統(tǒng)計方法的基石，所謂隨機(jī)化即實驗材料的分配和實驗進(jìn)行的次序都是隨機(jī)地確定的，統(tǒng)計方法要求觀察值（或誤差）是獨(dú)立分布的隨機(jī)變量，有助于“平均出“可能出現(xiàn)的外來因素的效應(yīng)。

3)區(qū)組化是用來提高實驗精確度的一種方法。一個區(qū)組是實驗材料的一個部分，相比于實驗材料的全體，它們本身的性質(zhì)應(yīng)該更為類似。對實驗進(jìn)行區(qū)組，有助于提高實驗的精確度。

2.5.實驗設(shè)計實施的方法與步驟

在設(shè)計和分析一個實驗時要使用統(tǒng)計方法的話，和實驗有關(guān)的每個人必須預(yù)先對所研究的問題究竟是什么，如何收集數(shù)據(jù)，要有清晰的認(rèn)識，至少對如何分析這些數(shù)據(jù)要有定性的了解，推薦的實驗設(shè)計實施的方法與步驟如下：

1)問題的識別和問題的提法； 2)因素和水平的選擇； 3)響應(yīng)變量的選擇； 4)實驗的設(shè)計的選擇； 5)進(jìn)行實驗； 6)數(shù)據(jù)的分析； 7)結(jié)論和建議。

2.6.實驗設(shè)計的應(yīng)用

實驗設(shè)計方法可以應(yīng)用在很多領(lǐng)域中。實際上我們可以把實驗本身看作為科學(xué)方法的一部分，看作是探索系統(tǒng)或過程如何工作的一種途徑。

將實驗設(shè)計應(yīng)用在工序的早期開發(fā)中，可以提高產(chǎn)量；可以減少變異性，與目標(biāo)值更為一致；減少工序的開發(fā)時間；減少工序開發(fā)的總成本。

將實驗設(shè)計應(yīng)用在開發(fā)新產(chǎn)品和改進(jìn)老產(chǎn)品的工程設(shè)計活動中，使產(chǎn)品較容易制造；提高產(chǎn)品適應(yīng)現(xiàn)場條件的性能；提高產(chǎn)品的可靠性；降低產(chǎn)品的成本；縮短產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的時間。

2.7.注意事項

在工程、科學(xué)和工業(yè)中大多的研究工作都是以經(jīng)驗為根據(jù)的，并且廣泛使用實驗方法。統(tǒng)計方法大大提高了這些實驗的效率并經(jīng)常強(qiáng)化了由此得出的結(jié)論。在實驗方法中要明智的使用統(tǒng)計方法就要求實驗者在思想上牢記下列各點：

1)必需對所研究的問題非常熟悉，需要有豐富的實踐經(jīng)驗和扎實的理論知識； 2)使實驗和分析盡可能的簡單；

3)正確評價實際的顯著性和統(tǒng)計的顯著性之間的差別； 4)通過序貫迭代的方法進(jìn)行安排實驗。

3.實驗設(shè)計方法介紹

實驗設(shè)計是影響研究成功與否最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，是提高實驗質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。目前，已建立起許多實驗設(shè)計方法。前面已經(jīng)介紹了實驗設(shè)計方法的發(fā)展歷史，下面簡單介紹幾種具體的實驗設(shè)計方法。

3.1 全面實驗

所謂全面實驗，就是對影響響應(yīng)輸出的各個因素的所有的可能的水平組合進(jìn)行實驗。全面實驗的優(yōu)點：實驗數(shù)據(jù)充分全面。全面實驗的缺點：實驗次數(shù)太多；處理數(shù)據(jù)麻煩；浪費(fèi)人力、物力；根本無法進(jìn)行多因素，多水平的復(fù)雜實驗?；谏鲜鎏攸c全面實驗只實用于少因素、少水平的簡單實驗。為此，人們創(chuàng)造了正交實驗方法，用正交實驗方法來安排實驗會使實驗次數(shù)大大減少，而且統(tǒng)計分析的計算也變得非常簡單。

3.2 正交實驗

正交實驗設(shè)計法是研究與處理多因素實驗的一種科學(xué)方法。它利用一種規(guī)格化的表格—正交表，挑選實驗條件，安排實驗計劃和進(jìn)行實驗，并通過較少次數(shù)的實驗，找出較好的生產(chǎn)條件，即最優(yōu)或較優(yōu)的實驗方案。3.2.1 正交實驗的特點

1)合理安排實驗，簡少實驗次數(shù)； 2)找出較好的實驗方案；

3)找出質(zhì)量指標(biāo)與影響因素之間的關(guān)系； 4)找到進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)的實驗方向； 5)減少人力，物力的支出； 6)簡化實驗數(shù)據(jù)分析的計算。

正因為用正交表安排實驗具有“均勻分散性”與“整齊可比性”這兩個特點，所以它能大大的減少實驗的次數(shù)，甚至比簡單地比較全面實驗結(jié)果有可能提供更多的信息。3.2.2 正交實驗的類型和分析方法

正交實驗類型包括下面幾種：單指標(biāo)的正交實驗、多指標(biāo)的正交實驗、水平數(shù)相同的正交實驗、混水平的正交實驗、有交互作用的正交實驗和帶重復(fù)實驗的正交實驗。

可以用直觀分析法、方差分析法和綜合評分法等不同的方法進(jìn)行分析。

3.2.3 實施正交實驗的基本步驟和方法

1)明確實驗?zāi)康模_定考察的指標(biāo)； 2)挑選因素，選水平，制定因素水平表； 3)選擇合適的正交表，進(jìn)行表頭設(shè)計； 4)明確實驗方案，進(jìn)行實驗，測定實驗結(jié)果；

5)對實驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出因素的主次順序，確定最優(yōu)方案； 6)進(jìn)行驗證實驗，作進(jìn)一步分析。

3.3 穩(wěn)健設(shè)計

為了盡量降低誤差因素的作用，使實驗響應(yīng)輸出因誤差因素變化而變化的敏感性最小，即使實驗響應(yīng)輸出對誤差因素具有穩(wěn)健性，基于這種指導(dǎo)思想來進(jìn)行的設(shè)計叫做穩(wěn)健設(shè)計。

穩(wěn)健設(shè)計的兩個主要工具是信噪比（信號功率/ 噪聲功率(Signal/Noise)）和正交表。用信噪比作為特征數(shù)來衡量質(zhì)量，用正交表合理安排實驗來選擇最佳的參數(shù)組合。所以從某種意義上說，穩(wěn)健設(shè)計就是信噪比的正交實驗。3.3.1 穩(wěn)健設(shè)計的優(yōu)點

1)使產(chǎn)品性能對原材料的改變不敏感，從而可以使用價錢便宜的原材料； 2)使產(chǎn)品性能對制造上的變差不敏感，從而降低加工成本； 3)使產(chǎn)品性能對環(huán)境的變差不敏感，從而降低操作成本。3.3.2 穩(wěn)健設(shè)計的實施步驟

1)確定主要功能，邊緣效果和失效的樣式；

2)識別噪聲因子，確定估算質(zhì)量損失的實驗條件，并做到對噪聲因子的靈敏度最小化；

3)根據(jù)具體問題確定質(zhì)量特征數(shù)和優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)； 4)確定可控因子和它們的可選水平； 5)進(jìn)行正交實驗設(shè)計； 6)進(jìn)行實驗，收集實驗數(shù)據(jù)；

7)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定可控因子的最適當(dāng)水平； 8)進(jìn)行核實實驗，并計劃進(jìn)一步的工作。

結(jié)束語

通過對書本的學(xué)習(xí)，我們能有效的掌握各種實驗設(shè)計與分析的方法步驟，能夠應(yīng)用到不同的場合解決各種問題。在今后的科研工作中，為了提高實驗質(zhì)量，就要確保實驗設(shè)計實現(xiàn)如下指標(biāo)：

第一是明確衡量產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)，這個質(zhì)量指標(biāo)必須是能夠量化的指標(biāo)，在實驗設(shè)計中稱為實驗指標(biāo)，也稱為響應(yīng)變量(response variable）或輸出變量。

第二是尋找影響實驗指標(biāo)的可能因素（factor)，也稱為影響因子和輸入變量。因素變化的各種狀態(tài)稱為水平，要求根據(jù)專業(yè)知識初步確定因素水平的范圍。

第三是根據(jù)實際問題，選擇適用的實驗設(shè)計方法。實驗設(shè)計的方法有很多，每種方法都有不同的適用條件，選擇了適用的方法就可以事半而功倍，選擇的方法不正確或者根本沒有進(jìn)行有效的實驗設(shè)計就會事倍而功半。

第四是科學(xué)地分析實驗結(jié)果，包括對數(shù)據(jù)的直觀分析、方差分析、回歸分析等多種統(tǒng)計分析方法。

但是，沒有一種“放之四海而皆準(zhǔn)”的問題解決方案，實驗設(shè)計同樣不能提供解決所有問題的途徑，要全面考慮解決問題的方式，選取最有效、最經(jīng)濟(jì)的解決途徑。即使決定采用實驗設(shè)計，也不能生搬硬套地使用書本上的“實驗設(shè)計步驟”。跟據(jù)實際情況和要求，有時可以省去其中的某幾步，有時還會在同一個項目中重復(fù)循環(huán)地跳幾輪；除了實驗設(shè)計涉及的因素外，要盡量確保所有的環(huán)境因素是穩(wěn)定和符合現(xiàn)實的。如果條件所限，如果做不到這一點，不妨可以用隨機(jī)化、區(qū)組化、仿行等方法來盡量避免；保證實驗的仿真性，避免一些理想的實驗環(huán)境，比如實驗室；不要一味地排斥實驗設(shè)計執(zhí)行之前的歷史數(shù)據(jù)。相反，適當(dāng)?shù)乩闷髽I(yè)信息化的成果，從ERP、MES中的海量數(shù)據(jù)中進(jìn)行“數(shù)據(jù)挖掘”，很可能會減少實驗投資，細(xì)化因素水平的選取。這也是當(dāng)前實驗設(shè)計應(yīng)用領(lǐng)域中的新趨勢之一；為了保險起見，在得到最終的最佳參數(shù)水平組合后，還要進(jìn)行一些驗證實驗來檢驗結(jié)果，實在沒有條件實施驗證實驗的，也要通過模型的“模擬仿真”來完成這個工作。

工欲善其事，必先利其器。為了提高實驗設(shè)計的效率和解決問題的成功率，設(shè)計者自身也應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)知識學(xué)習(xí)，增加實驗設(shè)計經(jīng)驗積累，提高自身素質(zhì)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] Douglas C.Montgomery.譯著.傅玨生，張健，王振羽，解燕.實驗設(shè)計與分析.人民郵電出版社，2009.10.[2] 蘇均和.試驗設(shè)計.上海財經(jīng)大學(xué)出版社，2005:98-118.

第四篇：高中生物實驗設(shè)計專題復(fù)習(xí)與總結(jié)

高中生物實驗設(shè)計專題復(fù)習(xí)與總結(jié)

實驗設(shè)計是生物實驗中的一種常見題型，它能較全面的考查學(xué)生的實驗知識和基本技能，分析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)造能力，因而在高考中相對穩(wěn)定。由于學(xué)生缺乏實驗設(shè)計系統(tǒng)的理論知識，因此，遇到這類題型，就會感到無從下手，導(dǎo)致考試中嚴(yán)重失分?，F(xiàn)將有關(guān)實驗設(shè)計的基本理論、實驗設(shè)計的思路方法和常見的題型等進(jìn)行歸納總結(jié)，增加學(xué)生理論知識，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

一、實驗設(shè)計的基本內(nèi)容

（一）實驗名稱或課題（是關(guān)于什么內(nèi)容的實驗）；

（二）實驗?zāi)康模ㄒ骄炕蛘唑炞C的問題或事實）；

（三）實驗原理（進(jìn)行實驗所依據(jù)的科學(xué)道理，隱含著實驗假設(shè)和預(yù)期）；

（四）實驗材料和條件（進(jìn)行實驗的主要對象，完成該實驗必備的儀器、設(shè)備、藥品等）；

（五）實驗方法與步驟（實驗采用的方法及必需的操作程序）；

（六）實驗測量或觀擦與記錄（對實驗過程及結(jié)果應(yīng)有科學(xué)的測量手段、觀擦指標(biāo)與準(zhǔn)確的記錄）；

（七）實驗結(jié)果預(yù)測及分析（能夠預(yù)測可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果并分析其原因）；

（八）實驗結(jié)論：對實驗結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的描述并給出科學(xué)的結(jié)論。

二、實驗設(shè)計的基本原則

（一）科學(xué)性原則。所謂科學(xué)性，是指實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當(dāng)，整個設(shè)計思路和實驗方法的確定都要依據(jù)生物學(xué)基本知識和基本原理，不能主觀臆造。如：酸堿度對酶活性的影響，酶的高效性實驗的順序等。

（二）單一變量原則

1、變量：或稱因子，是指實驗過程中所被操作的特定因素或條件。按性質(zhì)不同，通常可分為兩類：

（1）實驗變量與反應(yīng)變量。實驗變量，也稱為自變量，指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件。反應(yīng)變量，亦稱因變量，指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果。通常，實驗變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如，在“溫度對酶活性的影響”的實驗中，所給定的低溫（冰塊）、適溫（37℃）、高溫（沸水?。┚褪菍嶒炞兞俊６捎诘蜏?、適溫、高溫條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是反應(yīng)變量，該實驗即在于獲得和解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應(yīng)變量）的因果關(guān)系。

（2）無關(guān)變量與額外變量。無關(guān)變量，也稱控制變量，指實驗中除實驗變量以外的影響實驗現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件。額外變量，也稱干擾變量，指實驗中由于無關(guān)變量所引起的變化和結(jié)果。顯然，額外變量會對反應(yīng)變量有干擾作用，例如，上述實驗中除實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管潔凈程度、唾液新鮮程度、可溶性淀粉濃度和純度、試劑溶液的劑量、濃度和純度，溫度處理的時間長短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對低溫、適溫、高溫3組實驗是等同、均衡、穩(wěn)定的；如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素或條件，對3個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會在實驗結(jié)果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。實驗的關(guān)鍵之一在于控制無關(guān)變量或減少額外變量，以減少誤差。

（二）單一變量。在實驗設(shè)計中僅僅改變實驗中的某一項變量，其它因子不變，在此條件下，觀察、研究該變量對實驗材料和實驗結(jié)果的影響。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，其他實驗條件要做到前后一致。綜合研究多變量時，也要求先研究一個變量，再研究一另個變量。

（三）對照性原則。對照是實驗控制的重要手段之一，目的還是在于平衡或消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的干擾。通過設(shè)置實驗進(jìn)行對照，可排除無關(guān)變量的影響，也可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。

通常，一個實驗可為實驗組和對照組。實驗組：是接受實驗變量處理的對象組；對照組：也稱控制組，對實驗假設(shè)而言，是不接受實驗變量處理的對象組，至于哪個作為實驗組，哪個作為對照組，一般是隨機(jī)決定的，這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組的差異，則可認(rèn)定為是來自實驗變量的效果，這樣的實驗結(jié)果是可信的。按對照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有以下對照類型：

1、空白對照：指不做任何實驗處理的對象組。例如，在“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實驗中，向甲試管溶液加入試劑，而乙試管溶液不加試劑，一起進(jìn)行沸水浴，比較它們的變化。這樣，甲為實驗組，乙為對照組，且乙為典型的空白對照?？瞻讓φ漳苊靼椎貙Ρ群鸵r托出實驗組的變化和結(jié)果，增強(qiáng)了說服力。

2、自身對照：指實驗與對照在同一對象上進(jìn)行，即不另設(shè)對照組。單組法和輪組法，一般都包含有自身對照。如“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”實驗，就是典型的自身對照。自身對照，方法簡便，關(guān)鍵是要看清楚實驗處理前后現(xiàn)象變化的差異，實驗處理前的對象狀況為對照組，實驗處理后的對象變化則為實驗組。

3、條件對照：指雖給對象施以某種實驗處理，但這種處理是作為對照意義的，或者說這種處理不是實驗假設(shè)所給定的實驗變量意義的。例如。“動物激素飼喂小動物”的實習(xí)實驗，采用等組實驗法，其實驗設(shè)計方案是：

甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組）；

乙組：飼喂甲狀腺抑制劑（條件對照組）；

丙組：不飼喂藥劑（空白對照組）；

雖然，乙組為條件對照。該實驗即設(shè)置了條件對照，又設(shè)置了空白對照，通

過比較、對照、更能充分說明實驗變量--甲狀腺激素能促進(jìn)小動物的生長發(fā)育。

4、相互對照：指不另設(shè)對照組，而是幾個實驗組相互進(jìn)行對照，在等組實驗法中，大都是運(yùn)用相互對照，如“植物的向性運(yùn)動”的等組實驗中，5個實驗組采用的都是相互對照，較好的平衡和抵消了無關(guān)變量的影響，使實驗結(jié)果更具有說服力。

四）可重復(fù)性原則。指控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實驗，觀察其對實驗結(jié)果影響的程度。目的在于盡可能消除無關(guān)變量所造成的實驗誤差，體現(xiàn)實驗的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。

（五）簡單可行性原則。指實驗材料容易獲得，實驗裝置簡化，實驗藥品便宜，實驗操作簡便，實驗效果明顯并能在較短時間內(nèi)完成。從實驗?zāi)康?、實驗原理到材料用品的選擇、實驗操作等，都要符合實驗者的一般認(rèn)知水平，滿足現(xiàn)有的條件，具有實驗和完成實驗的可能性。

三、實驗設(shè)計的基本思路

（一）準(zhǔn)確把握實驗?zāi)康模嚎辞孱}意是要求設(shè)計實驗方案、步驟還是分析實驗結(jié)果，是探究性實驗還是驗證性實驗。

（二）明確實驗原理：要解決題目所給的問題，要用到生物學(xué)上什么原理。

（三）確定實驗思路：根據(jù)原理對實驗作出假設(shè)，并充分利用實驗材料設(shè)計實驗思路。

（四）精心設(shè)計實驗步驟：根據(jù)實驗?zāi)康?、原理和思路，設(shè)計合理的實驗裝置和實驗操作步驟。并設(shè)置好實驗組和對照組，遵循實驗設(shè)計的原則。并將觀察到的現(xiàn)象如實進(jìn)行記錄。

（五）準(zhǔn)確預(yù)期實驗結(jié)果并分析得出結(jié)論：實驗步驟一般不連續(xù)描述，要分段敘述；試管、燒杯等要給予編號。在敘述實驗步驟及預(yù)期結(jié)果時結(jié)論時，語言文字要簡明扼要，準(zhǔn)確科學(xué)。

四、實驗設(shè)計的基本題型

類型一：設(shè)計實驗方案型

給出實驗用具、材料、藥品、實驗?zāi)康?，或只給實驗?zāi)康模瑢嶒炂鞑淖赃x，設(shè)計實驗方案。

［例1］請根據(jù)下述條件設(shè)計一個實驗，鑒別兩種不同濃度的蔗糖溶液，寫出實驗步驟并分析結(jié)果。一瓶10%蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液，250ml燒杯一只，半透膜制成的透析袋l只，刻度玻璃管l只，細(xì)線一根，支架l個。

(一)實驗步驟：

(二)結(jié)果分解：

［解析］本實驗是考查滲透作用的原理和動手設(shè)計實驗的能力，解題的關(guān)鍵是如何利用透析袋和兩種液體形成一個滲透系統(tǒng)。當(dāng)將兩種液體之一放入透析袋，另一液體放大燒杯中，然后將盛放液體的透析袋用線扎實(插入刻度玻璃管)并浸浴在燒杯的液體中時，由于兩液體具有濃度差，水分子便通過透析袋發(fā)生滲透作用，觀察刻度玻璃液面數(shù)值變化即可將二者區(qū)別開來。根據(jù)實驗設(shè)計理論，把所給器材的作用分析清楚，有助實驗設(shè)計思路的形成。［答案］(1)實驗步驟：①將一瓶中的液體倒入燒杯中；②將另一瓶中的液體倒?jié)M透析袋，刻度玻璃管插入袋內(nèi)液體中，用線將袋口和玻璃管扎緊；③將插有刻度玻璃管的透析袋放入盛有液體的燒杯中，垂直固定于支架上，記錄玻璃管液面刻度；④一段時間后，觀察玻璃管液面刻度，確定液面上升還是下降。

(三)結(jié)果分析：如液面上升，則透析袋中的溶液為30%蔗糖溶液，燒杯中的溶液為10%的蔗糖溶液。反之，可推測透析袋中是10%蔗糖溶液，燒杯中的液體是30%的蔗糖溶液。類型二：評價和糾正型

分析已有實驗設(shè)計方案中不科學(xué)性，并提出改進(jìn)。

［例2］北阿爾伯達(dá)的一個工廠把產(chǎn)酸的化學(xué)品排入到空氣中，工廠東面有一個湖，湖底是石灰石的。但湖水的pH值已從原來的6兒降低到5.7。雖然酸性沉積一直在增加，湖水的pH值仍保持5.7不變。湖中原有的魚是河鱸和鯉魚。釣魚愛好者抱怨說，自從工廠開辦以來，魚資源已經(jīng)減少。工廠的工人設(shè)計了一個實驗，證明工廠排放出去的化學(xué)藥品與魚資源的減少沒有關(guān)系。

工人取一只大容器，盛放湖水，維持pH值在5.7。從湖里找來大魚放在該容器內(nèi)，喂以蛋白質(zhì)飼料。在這樣的條件下，魚正常成長。

假定你是一個獨(dú)立的仲裁員，受雇于垂釣愛好委員會委拖，來對該項實驗進(jìn)行評估，列出你要得到的附加信息，并列舉說明你要用什么方法去得到這些信息。

［解析］本實驗設(shè)計方案中沒有考慮魚的生活中受著多種因素影響，這與單一變量原則是相違背的。分析問題不全面，只考慮單一因素的影響，設(shè)計實驗無說服力，也不符合實驗設(shè)計的要求。本題考查思維的全面性，在認(rèn)定兩個問題時，除了看有無直接聯(lián)系外，也要注意考慮間接聯(lián)系

［答案］該實驗設(shè)計測量不出下列因素。而這些因素都是對河鱸和鯉魚的影響的：（l）酸對河鱸和鯉魚的食物數(shù)量多少的影響；

（2）酸對河鱸和鯉魚的魚卵或幼魚的影響；

（3）由于春季干涸造成pH值季節(jié)性漲落的影響；

（4）由于酸的分解作用而進(jìn)入水域的重金屬量是多少；

為了說明上述第一點，必須完成一項研究，即確定各種浮游生物，水生昆蟲和小魚的多少。如果這個食物網(wǎng)的某些環(huán)節(jié)正在喪失，則有必要去研究酸是否對此有影響。為了說明上述第二點，可以在酸化水中飼養(yǎng)魚卵和幼魚。魚的數(shù)量減少可能是上述第一點和第二點結(jié)合的產(chǎn)物，所以人工飼養(yǎng)幼魚可能會給出不可靠的結(jié)果。

對于季節(jié)性漲落，應(yīng)該對全湖長期取水樣。做仔細(xì)徹底的記錄至少一年。這一因素可能和第二點相符合，因為魚卵或繁殖更受低pH值的影響。重金屬是累積的有毒物質(zhì)，人工飼養(yǎng)和魚與湖里吃污染食物的魚相比，并不處在相同水平的毒素中。應(yīng)該在湖水中、魚飼料中以及河鱸和鯉魚身體中檢測如鉛這樣的重金屬含量。

所有這些因素都說明，酸的影響是長期的，在容器里短期飼養(yǎng)的魚不可能給出可靠的結(jié)果。這種研究必須以年為周期來實施，而且要與該工區(qū)其他湖水情況作比較。

類型三：補(bǔ)充完善型

對已有的實驗設(shè)計進(jìn)行補(bǔ)充和完善。

［例3］向你提供的條件僅有健康活潑的家兔一只，75%酒精、無菌干棉球、解剖刀、潔凈的載玻片10塊(編號為A、B、C、D、E、F、G、H、I、L)、紅墨水、秒表，請在上述提供的條件范圍內(nèi)，設(shè)計一個測定血液凝固時間的實驗。

實驗步驟：①用酒精棉球消毒兔耳；②用消毒解刮刀剖開兔耳邊緣的小靜脈；請將實驗步驟補(bǔ)充完整：

［解析］這類題目的題干中已經(jīng)提供了一定的信息，基本上劃定了答題的模式，目的明確，前面的方法步驟等信息已為續(xù)答作了鋪墊，只要明確題目中的實驗變量和反應(yīng)變量，然后設(shè)計對照組，再根據(jù)有關(guān)原理分析，一般就能比較正確地寫出答案。本實驗設(shè)計方案很巧妙地看出血液是否凝固。

［答案］③把從刀口流出的血液分別在ABCDEFGJIL10塊載玻片上滴一滴(第一滴血棄去不用)；④取血后對兔耳刀口外進(jìn)行消毒止血；⑤在L載玻片上滴一滴紅墨水(起對照作用)；⑥開始記錄時間，過l分鐘后將A載玻片豎立，第二分鐘后將B載玻片豎立(在它們豎立的同時，都將L載玻片豎立)，其余類推，看血液是否完全凝固(血液不向下流，且血液表面保持半球形而不改變?yōu)槟?；⑦血液完全凝固，而墨水仍然流動，即為血液凝固時間。

五、生物實驗設(shè)計題解題策略

（一）生物高考實驗設(shè)計的三種題型雖然在形式上有一定的差異，但在答題中卻有共同

點，先要認(rèn)真研究課題，找出其中的實驗變量和反應(yīng)變量，其次是構(gòu)思實驗變量的控制方法和實驗結(jié)果的顯示方法，最后再選擇適宜的實驗材料，在注意實驗步驟邏輯性的前提下表達(dá)實驗的方法步驟。在實驗方法和步驟設(shè)計中最重要的是把握好變量控制。

（二）重視課本實驗的復(fù)習(xí)，掌握書本知識是提高實驗設(shè)計能力的基礎(chǔ)。要熟悉教材，心中有書。題在書外，理在書內(nèi)。因此要深入理解與靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識。在考試說明中明確提出了，要求“理解所學(xué)實驗的實驗內(nèi)容，包括實驗原理、方法和操作步驟、實驗變量的控制、掌握相關(guān)的操作技術(shù)”。

（三）挖掘課本中所蘊(yùn)含的實驗因素，深刻領(lǐng)會教材有關(guān)實驗的本質(zhì)與特點是提高實驗設(shè)計能力的前提。要認(rèn)真分析教材所涉及的實驗，包括學(xué)生實驗，演示實驗，經(jīng)典實驗等。生物學(xué)的每一個知識結(jié)論都是在觀察、實驗的基礎(chǔ)上得出的，在平時的復(fù)習(xí)中要注意多挖掘知識結(jié)論中所蘊(yùn)含的科學(xué)思想和方法，深入分析實驗的條件、過程、現(xiàn)象、結(jié)果和結(jié)論的科學(xué)性。例：生長素的發(fā)現(xiàn)過程中，涉及生長素產(chǎn)生的部位、感光的部位、作用的部位、運(yùn)輸?shù)姆较虻?，這些都可以思考如何設(shè)計實驗來證明。

（四）學(xué)會對已知實驗進(jìn)行變換和轉(zhuǎn)化是提高實驗設(shè)計能力的有效手段。求變、求異思維的發(fā)展有助于提高實驗設(shè)計能力。善思會變才能應(yīng)答自如，通過換位思考提高素質(zhì)，才能將所學(xué)知識，技能遷移到新情景中來，才能依據(jù)實驗?zāi)康?、原理和材料安排實驗步驟等，并作出分析、評價和結(jié)論。

第五篇：實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理心得

實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理心得體會

剛開始選這門課的時候，我覺得這門課應(yīng)該是很難懂的課程，首先我們做過不少的實驗了，當(dāng)然任何自然科學(xué)都離不開實驗，大多數(shù)學(xué)科（化工、化學(xué)、輕工、材料、環(huán)境、醫(yī)藥等）中的概念、原理和規(guī)律大多由實驗推導(dǎo)和論證的，但我覺得每次到處理數(shù)據(jù)的時候都很困難，所以我覺得這是門難懂的課程，卻也是很有必要去學(xué)的一門課程，它對于我們工科生來說也是很有用途的，在以后我們實驗的數(shù)據(jù)處理上有很重要的意義。

如何科學(xué)的設(shè)計實驗，對實驗所觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，獲得研究觀測對象的變化規(guī)律，是每個需要進(jìn)行實驗的人員需要解決的問題?！皩嶒炘O(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程就是是以概率論數(shù)理統(tǒng)計、專業(yè)技術(shù)知識和實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)、科學(xué)地安排試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，最終達(dá)到減少試驗次數(shù)、縮短試驗周期、迅速找到優(yōu)化方案的一種科學(xué)計算方法。它主要應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究過程中的科學(xué)試驗，是產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量管理和科學(xué)研究的重要工具和方法，也是一門關(guān)于科學(xué)實驗中實驗前的實驗設(shè)計的理論、知識、方法、技能，以及實驗后獲得了實驗結(jié)果，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理的理論、知識、方法與技能的課程。

通過本課程的學(xué)習(xí)，我掌握了試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基本原理，并能針對實際問題正確地運(yùn)用，為將來從事專業(yè)科學(xué)的研究打下基礎(chǔ)。這門課的安排很合理,由簡單到復(fù)雜、由淺入深的思維發(fā)展規(guī)律，先講單因素試驗、雙因素試驗、正交試驗、均勻試驗設(shè)計等常用試驗設(shè)計方法及其常規(guī)數(shù)據(jù)處理方法、再講誤差理論、方差分析、回歸分析等數(shù)據(jù)處理的理論知識，最后將得出的方差分析、回歸分析等結(jié)論和處理方法直接應(yīng)用到試驗設(shè)計方法。

比如我對誤差理論與誤差分析的學(xué)習(xí)：在實驗中，每次針對實驗數(shù)據(jù)總會有誤差分析，誤差是進(jìn)行實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)評價最關(guān)鍵的一個概念，是測量結(jié)果與真值的接近程度。任何物理量不可能測量的絕對準(zhǔn)確，必然存在著測定誤差。通過學(xué)習(xí)，我知道誤差分為過失誤差，系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差，并理解了他們的定義。另外還有對準(zhǔn)確度與精密度的學(xué)習(xí)，了解了他們之間的關(guān)系以及提高準(zhǔn)確度的方法等。對誤差的學(xué)習(xí)更有意義的應(yīng)該是如何消除誤差，首先消除系統(tǒng)誤差，可以通過對照試驗，空白試驗，校準(zhǔn)儀器以及對分析結(jié)果的校正等方法來消除；其次要減小隨機(jī)誤差，就是要在消除系統(tǒng)誤差的前提下，增加平行測定次數(shù)，可以提高平均值的精密度。

比如我對方差分析的理解:方差分析是實驗設(shè)計中的重要分析方法，應(yīng)用非常廣泛，它是將不同因素、不同水平組合下試驗數(shù)據(jù)作為不同總體的樣本數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計分析，找出對實驗指標(biāo)影響大的因素及其影響程度。對于單因素實驗的方差分析，主要步驟如下：建立線性統(tǒng)計模型，提出需要檢驗的假設(shè)；總離差平方和的分析與計算；統(tǒng)計分析，列出方差分析表。對于雙因素實驗的方差分析，分為兩種，一種是無交互作用的方差分析，另一種是有交互作用的方差分析，對于這兩種類型分別有各自的設(shè)計方法，但是總體步驟都和單因素實驗的方差分析一樣。除了以上一些實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理方法外，學(xué)習(xí)這門課程最大的收獲就是對chemdraw及origin兩個軟件的學(xué)習(xí)。計算機(jī)軟件的應(yīng)用是計算機(jī)學(xué)科在化學(xué)領(lǐng)域中的最主要的應(yīng)用之一，它不僅解決了化學(xué)計算中的復(fù)雜問題，而且利用虛擬的程序把化學(xué)世界的微觀結(jié)構(gòu)、光譜形態(tài)等形象地展現(xiàn)出來，以致把化學(xué)學(xué)科的教育和科研的革命推向一個嶄新的階段。Chemdraw軟件。

ChemDraw是為輔助專業(yè)學(xué)科工作者及相關(guān)科技人員的交流活動和研究開發(fā)工作而設(shè)計的。它給出了直觀的圖形界面，開創(chuàng)了大量的變化功能，只要稍加實踐，便會很容易地繪制出高質(zhì)量的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖形。因而，可為化學(xué)界出版物、手稿、報告、CAI軟件、涉及化學(xué)結(jié)構(gòu)圖形的軟件的編寫制作等提供高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)圖形、3D轉(zhuǎn)換、基本的分子模型及化學(xué)數(shù)據(jù)管理功能等。ChemDraw為此已成為世界上最流行、最受歡迎和最有應(yīng)用價值的化學(xué)繪圖軟件。

這個軟件對于我們化工專業(yè)的學(xué)生來說是很有用途的。我們會經(jīng)常寫一些化學(xué)反應(yīng)式或反應(yīng)機(jī)理，但每次在Word文檔中都無法輸入正常的分子式或根本無渠道來表達(dá)反應(yīng)式。但通過對Chemdraw軟件的學(xué)習(xí)，顯然給我們帶來了極大的方便.它給出了直觀的圖形界面，用起來方便，也很容易學(xué)習(xí)，不需要我們再去一條線一條線的來畫，而是可以直接用鼠標(biāo)點一下就可以插入，像苯環(huán)及其衍生物，而且很多反應(yīng)式可以極其形象的表達(dá)出來，給我們的學(xué)習(xí)帶來極大的方便。Origin軟件 Origin為OriginLab公司出品的較流行的專業(yè)函數(shù)繪圖軟件，是公認(rèn)的簡單易學(xué)、操作靈活、功能強(qiáng)大的軟件，既可以滿足一般用戶的制圖需要，也可以滿足高級用戶數(shù)據(jù)分析、函數(shù)擬合的需要。而使用Origin就像使用Excel和Word那樣簡單，只需點擊鼠標(biāo)，選擇菜單命令就可以完成大部分工作，獲得滿意的結(jié)果。像Excel和Word一樣，Origin是個多文檔界面應(yīng)用程序。它將所有工作都保存在Project(*.OPJ)文件中。該文件可以包含多個子窗口，如Worksheet，Graph，Matrix，Excel等。各子窗口之間是相互關(guān)聯(lián)的，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時更新。子窗口可以隨Project文件一起存盤，也可以單獨(dú)存盤，以便其他程序調(diào)用。

Origin的數(shù)據(jù)分析主要包括統(tǒng)計、信號處理、圖像處理、峰值分析和曲線擬合等各種完善的數(shù)學(xué)分析功能。準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時，只需選擇所要分析的數(shù)據(jù)，然后再選擇相應(yīng)的菜單命令即可。Origin的繪圖是基于模板的，Origin本身提供了幾十種二維和三維繪圖模板而且允許用戶自己定制模板。繪圖時,只要選擇所需要的模板就行。用戶可以自定義數(shù)學(xué)函數(shù)、圖形樣式和繪圖模板；可以和各種數(shù)據(jù)庫軟件、辦公軟件、圖像處理軟件等方便的連接。Origin可以導(dǎo)入包括ASCII、Excel、pClamp在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)。另外，它可以把Origin圖形輸出到多種格式的圖像文件，譬如JPEG、GIF、EPS、TIFF等等。Origin里面也支持編程，以方便拓展Origin的功能和執(zhí)行批處理任務(wù)。Origin里面有兩種編程語言—LabTalk和Origin C。在Origin的原有基礎(chǔ)上，用戶可以通過編寫X-Function來建立自己需要的特殊工具。

Origin軟件也是非常實用的一個軟件，在數(shù)據(jù)處理方面帶給我們極大方便。在平時的實驗中，往往都需要將測得的數(shù)據(jù)用圖表表示出來，以便觀察規(guī)律，但由于原理可能較復(fù)雜，圖表表達(dá)起來很困難，而且就算畫得出來，也是有很大的誤差，往往也會給實驗結(jié)果帶來偏差。學(xué)習(xí)了這個軟件之后，感覺實驗數(shù)據(jù)的處理問題不再那么難以解決了，這個軟件最突出的特點就是它的操作靈活與功能強(qiáng)大，只需要我們將數(shù)據(jù)輸入，就可以看到形象的圖示，而且點圖，線圖，或者點線連接都能顯示出來，更方便的是，只需要點一下鼠標(biāo)，不需要我們再去算，就可以通過擬合將圖形的方程及參數(shù)寫出來。這些對于我們以后的實驗是有非常重要的意義的。

總之，這門課帶給了我意想不到的收獲，為我以后的學(xué)習(xí)帶來了極大的方便與樂趣。對于實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理方法，我們在以后的實驗中要不斷去實踐與體會，而對于Chemdraw及Origin兩個軟件的學(xué)習(xí)，雖然我們只有三個小時的上機(jī)時間，卻讓我深刻體會到了它們的實用性，在以后也會將這兩個軟件好好學(xué)習(xí)一番。以上就是我對《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》這門課程的一點體會，很感謝老師給我們帶來這么多有用的知識，在以后的學(xué)習(xí)生活中我也會牢記這些知識，不斷的實踐。