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第一章 绪论
第二章 实验研究的基本要素及人员条件
第三章 文献综述及文献检索
第四章 科学研究的选题和设计
第五章 数据的记录于处理
第六章 实验报告与论文的撰写
第七章 医学实验的数学建模
第八章 基础医学实验常用仪器及器件
第九章 医学实验动物及其操作技术
第十章 血液流变学检测
第十一章 膜片钳技术
第十二章 组织细胞培养技术
第十三章 染色体分析技术
第十四章 分子生物学技术
第十五章 免疫学技术
第十六章 细菌学实验技术
第十七章 组织学技术
第十八章 流式细胞术及其应用
第十九章 电镜技术与生物医学超微结构
第二十章 激光扫描共聚焦显微镜技术
第二十一章 模拟实验
第二十二章 生理学实验
第二十三章 药理学实验
第二十四章 形态学实验
第二十五章 分子生物学实验
第二十六章 微生物学实验
第二十七章 免疫学实验
第二十八章 医学化学实验
第二十九章 药学实验
第三十章 实验动物行为学实验方法
第三十一章 综合实验
附录

 
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第二节 实验设计的基本知识
2009-06-02 15:08  

实验设计是实验研究计划和方案的制订。实验设计是研究工作的一个极其重要的组成部分。良好的设计不仅是实验过程的依据和处理结果的一个先决条件,也是使科研获得预期结果的一个重要保证。实验设计的意义在于能用比较经济的人力、物力和时间,获得较为可靠的结果,使误差减至最低限度,还可以使多种处理因素包含在很少的几个实验中,达到高效的目的。

一、实验设计的基本原则

1. 对照原则(control) 为避免非实验因素造成的干扰,设立对照以消除无关因素。从实验组与对照组两组效应指标的数据差别中,发现实验因素的本质所在。

对照有多种形式,可根据实验研究的目的和内容加以选择。

1)空白对照:亦称正常对照,对照组不加任何处理因素。如观察某降压药的作用时,实验组动物服用降压药,对照组动物不服药或服安慰剂。

2)自身对照:对照与实验在同一受试动物上进行。例如,用药前、后的对比,先用A药后用B药的对比,均为自身对照。

3)相互对照:又称组间对照。不专门设立对照组,而是几个实验组之间相互对照。例如用几种药物治疗同一疾病,对比这几种药物的效果,即为相互对照。

4)标准对照:不设立对照组,实验结果与标准值或正常值对比。在动物实验中,采用较多的是前三种对照方式。

2. 随机原则(randomization) 在将实验对象分配到各实验组或对照组时,实验个体的机会是均等的。如果在同一实验中存在数个处理因素(如先后观察数种药物的作用),则各处理因素施加顺序的机会也是均等的。通过随机化,尽量使抽取的样本能够代表总体,减少抽样误差;使各组样本的条件尽量一致,消除或减小组间人为的误差,从而使处理因素产生的效应更加客观,便于得出正确的实验结果。

随机化的方法很多,如抽签法、随机数字表法、随机化分组表法等,具体可参阅《医学统计学》。

下面通过随机数字表法介绍完全随机化分组。如需将12个受试对象分为两组:设AB分别代表对照组和干预组。分组步骤是先将受试者对象编号,按照统计学教材等提供的随机数字表,给每个受试对象一个随机数字,将随机数按大小排序,最后根据序号大小等决定组别,序号16A组,序号712B组,见表4-1

3. 可重复性原则(replication) 重复是指受试对象应具有一定的数量。重复表现为样本含量的大小或试验重复次数多少。在抽样中,随着样本含量的增大或重复次数的增加,抽样误差将逐渐减小。

4. 均衡原则(balance) 均衡原则也称为齐同原则,就是在相互比较的各组间(实验组与对照组间、实验组与实验组间),除了要研究的处理因素外,其他因素要尽量一致。在动物实验中,往往要求各组间动物的数量、种系、性别、年龄、体重、毛色等尽量一致,实验仪器、药品、时间等其他方面也应一致,这样才能有效减少实验误差。

二、实验设计的内容

1. 题目 题目是实验设计的出发点和归结点,也是实验内容的集中体现,题目应简明扼要。

2. 作者及单位 署名和联系方式。

3. 实验目的及意义 应简单说明为什么要进行本实验(目的),设计本实验的理论根据和实验依据(依据),与本课题相关的最新进展。本实验拟解决哪些问题,本实验的特点或创新点以及进行本实验的意义等。

4. 实验研究的内容和技术路线 将简要介绍实验的主要项目或内容及技术路线。

5. 材料与方法

1)器材及药品:写明所需的动物、器材、仪器、药品及数量。

2)方法与步骤:应详细写明实验的步骤,包括动物的处理、手术操作、刺激及记录方法、给药途径及用量等。

3)观察指标:观察指标应明确可靠,易观察,重复性好。实验项目不宜过多。写明用何种方法处理资料和数据。

6. 需说明的问题 可提出需要说明的有关问题。

7. 参考文献 列出主要的参考文献。

8. 经费预算 尽可能列出详细的预算,尤其是费用高的项目更应列出。

三、实验设计的注意事项

除遵循实验设计的基本原则外,还应注意以下事项:

1. 条件一致 在实验中待测因素本身的条件必须前后一致(例如电刺激的强度、频率、波宽,药物的剂量、剂型、给药途径、批号等),不能在实验过程中随意改变,以免一些未知因素干扰实验结果,给实验结果的分析带来困难。

2. 量效关系 如果待测的因素(或条件)与某种反应或实验结果间存在内在联系,则二者之间不仅表现出一般的因果关系,而且会表现出一定的量效关系。例如观察电刺激与肌肉收缩的关系时,就应测试不同刺激强度、不同刺激频率时肌肉的收缩反应;了解某一药物的作用时,则应观察不同药物浓度时的反应。量效关系可以是线性,也可是非线性;可以是正性的,也可是负性的。量效关系曲线常可提供一些有意义的线索。

3. 观察指标 是反映实验对象所发生的生理现象或病理现象的标志。指标分为计数指标和计量指标以及主观指标和客观指标等。所选定的指标,应符合下列基本条件:

1)特异性:能特异地反映某一特定的现象,不致与其他现象相混淆。

2)客观性:最好选用可用具体数值或图形表达的指标(如心电图、化验检查等)。因为主观指标易受主观因素的影响而造成较大的误差。

3)重现性:能较真实地反映实际情况。重现性越高偏差越小。

4)灵敏性:是测量结果准确的保证。

5)可能性:尽量选用灵敏客观、切合本单位和研究者技术和设备实际的指标。

6)有依据:现成指标必须有文献依据,自己创立的指标必须经过专门的实验鉴定。

4. 全程观察 由于待检因素的作用常常有一个时间过程,有快有慢,所以应观察实验的全过程。从每一次未加入待检因素之前的基础机能水平,一直观察到该因素引起的反应或变化结束;或从撤除被检因素后开始,一直观察到机能恢复正常为止。对作用时间较长的缓慢变化,可定时地间断性观察,要精确记录待检因素作用的时程变化,如开始的时间、出现变化的时间、恢复到正常水平的时间等。

5. 统计处理 实验结果常常受到实验动物本身的机能状况、环境条件等多方面的影响,实验结果的数据不可能完全一样。必须经过统计学处理,才能判定哪些差异是显著的。

四、学员探索性实验的组织实施

1. 布置任务 学员探索或设计实验一般安排在上实验课时进行,指导教师可提前13个月给学员讲解设计实验的目的和基本要求,介绍实验室的现有条件,包括现有实验动物、仪器、药品、器材等。以便使每个学员能利用课余时间进行充分准备。

2. 撰写设计 学员依据选题,写出实验设计方案。

3. 报告论证 对每人设计出的实验进行报告和论证,主要评估其实验设计是否合理,是否可行,还有哪些不足之处需要补充,然后选出一个优化方案,按优选的设计进行实验。

4. 实验准备 论证后,应根据确定的优选设计方案进行准备,包括实验动物、药品、器材等。

5. 实验实施 实验时,学员自己主持进行实验操作,教师作指导、观察和当“顾问”,在关键步骤上把好关,以免由于学员操作不熟练而造成整个实验的失败。

6. 实验总结 整理记录实验结果,分析实验数据,最后撰写实验报告或论文。

 

  思 考 题

 

1. 选题的基本原则有哪些?

2. 实验设计的内容是什么?

 

                                                                (刘利兵) 
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