科研方法学概论医学

医学科研实验 方法 通过课堂讲授、实例讨论和实用训练，了解医学 科研的基本内容、基本方法、创新思维的基本形式 和科学与人文的关系； 熟悉文献检索和误差分析的基本要求、实验动物 的基本概念、医学科研论文写作的基本格式、科学 研究需要遵守的道德规范； 掌握医学科研的基本逻辑思维方式，实验研究的 基本要素，实验设计的基本原则和方法等内容。 学习目标 1李楚杰著 . 医学科学研究方法学 . （自编教材） 2邓宇斌，吴伟康主编 . 医学科研概论 . 第 1版 . 北 京：人民军医出版社， 2004. 教材与主要参考文献 考核形式：开卷考试（笔试） 考核形式与成绩计算 成绩计算： 平时成绩所占百分比： 25 考试成绩所占百分比： 75 教学内容 章 目 教学内容 教学 时 数 教学手段和方法 一 医学科研概 论 4 讲 授（多媒体） 二 医学科研思 维 与方法 2 讲 授（多媒体） 三 文献 检 索 2 讲 授 (多媒体 )+ 实 例 练习 四 实验设计 2 讲 授（多媒体） +实 例 练习 五 误 差分析 2 讲 授（多媒体） +实 例 练 习 六 实验动 物 2 讲 授（多媒体） 七 科研 论 文写作 2 讲 授（多媒体） 八 考 试 2 笔 试 医学科研概 论 n 医学 科研是什 么 n 医学科研的发展 n 医学科研的特点及类型 n 医学科研的基本步骤 n 医学科研的选题 n 观察 n 医学科研道德 科研是什么 运用科学的方法，探索未知的现象，揭示 客观规律，创造新理论、新技术、开辟新应用 领域的智力性劳动。 物格而后知至，知至而后意诚，意诚而后 心正，心正而后身修，身修而后家齐，家齐而 后国治，国治而后天下平。 礼记 大学 格物致知真正的意义有两个方面 ：第一，寻求真理的唯一途径是对事 物客观的探索；第二，探索的过程不 是消极的袖手旁观，而是有想象力的 有计划的探索。 应有格物致知精神 丁肇中 科研是什么 科学研究 是指对一些现象或问题经过调查、 验证、讨论及思维，然后进行推论、分析和 综合，来获得客观事实的过程。 其 一般程序 大致分五个阶段：选 择研究课题、研究设计阶段、搜 集资料阶段、整理分析阶段、得 出结果阶段 。 科研是什么 1探索性与创新性 2继承性和积累性 科研活动的主要特征 如果说我比别人看得更远些 ,那是因为我 站在了巨人的肩上。 牛顿 1、知道是什么（ Know-what）， 指具有正确观 察事物，获取客观事实的能力。 2、知道为什么（ Know-why）， 指具有探讨原 理和规律方面的基础知识和思维能力。 3、知道怎么做（ Know-how）， 指掌握实际 操作的技能，包括相关技术、经验等。 4、知道属于谁（ Know-who）， 在特定社会 关系中，发扬团队精神，共享社会资源，也包括 管理方面的知识和能力。 做一个科学工作者的基本要求： Science 学问、知识 ( The observation, identification, description, experimental investigation, and theoretical explanation of phenomena. ) 关于科研的几个概念性问题 （一）科学 Technique 熟练，技巧、工 艺 Technology 完美而实用的 技艺 （二）技术 （三）科学与技术的关系和区别 关系 ：互相依存，共同发展 区别 ： 科学 探索知识，认识世界 解决是什么和为什么的问题 技术 用于实践，改造世界 解决做什么和怎么做的问题 一种探索知识和应用知识的活动。 科学研究特点： 创新 发现新的事实 阐明新的规律 发明新的技术 （四）科学研究 科技创造分为科学发现和技术发 明。 科学发现 是指把被掩盖的东西揭 示出来，即把已经存在却不为人知的 事物找出来，或把客观存在的规律加 以阐明。 技术发明 是指研制或创造出过去 不曾存在的东西，即生产出世上本没 有的器物、技术、方法等。 （ 五）当代科学研究发展趋势 研究领域不断扩大，学科不断分化渗透 研究难度加大，成本增高 科研规模宏大，参加人员众多 强调科研的应用性 科研发展趋势带来的思考： 要拓宽知识面，注意多学科的渗透， 要有耐心，持之以恒，不要轻易放弃 要重视应用研究和开发研究，不要对此不屑一顾 （ 五）当代科学研究发展趋势 研究领域不断扩大，学科不断分化渗透 研究难度加大，成本增高 科研规模宏大，参加人员众多 强调科研的应用性 科研发展趋势带来的思考： 要拓宽知识面，注意多学科的渗透， 要有耐心，持之以恒，不要轻易放弃 要重视应用研究和开发研究，不要对此不屑一顾 假如我们停止科学的进步而只留意科学的应用，我 们很快就会退化成中国人那样，多少代人以来他们都没 有什么进步，因为他们只满足于科学的应用，却从来没 有追问过他们所做事情中的原理。这些原理就构成了纯 科学。中国人知道火药的应用已经若干世纪，如果他们 用正确的方法探索其特殊应用的原理，他们就会在获得 众多应用的同时发展出化学，甚至物理学。因为只满足 于火药能爆炸的事实，而没有寻根问底，中国人已经远 远落后于世界的进步，以至于我们现在只将这个所有民 族中最古老、人口最多的民族当成野蛮人。 为纯科学呼吁 亨利 奥古斯特 罗 兰 Science 1883.8 .24 医学科学研究简称医学科研，是在医学专业理论的 指导下，围绕人类身心健康，对尚未研究或者尚未深入 研究的健康相关事务、现象进行探讨，旨在揭示健康与 疾病的联系和客观规律，从而提出新观点、新理论和新 技术，并对其进行评价。是提高对健康和疾病的认识， 比较医疗方法的重要途径，其目的是为了改进医疗和保 健措施等提供科学依据。 医学科研的最终对象是人，人类不仅有生理活动， 还有心理活动和明显的社会属性，所以医学是兼具自然 科学和社会科学属性的综合性学科，其研究方法的药就 更高更严。 医学科研方法 医学科研的发展 有了人类就有了医疗活动 巴普洛夫 古代经验医学 奠基阶段 近代实验医学 发展阶段 现代医学 新石器时代人类的头骨，有明显被锯开和 伤口边缘癒合的痕迹。手术的目的仍属未 知，可能是为了释出附身的魔鬼。 殷商时代的甲骨文中找不到醫 字，却找得到毉字，暗示 著当时巫医相混的情况。 中国的炎帝神农氏。相传他曾尝百 草，并教导人民耕种。传说他所编 纂的本草经是中国的第一本药 书，记载了三百六十五种他亲尝过 的草药。 从史前到远古 手持蛇杖的希腊医神 Asclepius，身边阅读卷轴的 小孩则是他的儿子康复之神 Telesphoros。相传西 方医学之父希波克拉提斯的医术是在 Asclepius的 神殿中学会的，这也许是西方医学传统以蛇杖为 标志沿用至今的原因。 公元前四世纪的希腊浮雕，显示 医神 Asclepius正在治疗一位沉睡 中的女病患，随侍在后的是他的 女儿健康女神 Hygeia。当时希腊盛行神殿睡眠的疗法， 患者沐浴、祈祷、献礼后在神像下过夜，等待医神显灵给予治疗。 从史前到远古 希波克拉提斯 ( Hippocrates， 450 - 370 B.C. ) 希 腊医学家，西方医学之父。 盖伦 ( Claudius Galen， 129 - 200 A.D.) 盖伦所提出的循环系统模型 理性医学的诞生 准许我进入医业时： 我郑重地保证自己要奉献一切为人类服务。 我将要给我的师长应有的崇敬及感戴； 我将要凭我的良心和尊严从事医业； 病人的健康应为我的首要的顾念； 我将要尊重所寄托予我的秘密； 我将要尽我的力量维护医业的荣誉和高尚的传统； 我的同业应视为我的同胞； 我将不容许有任何宗教、国籍、种族、政见或地位 的考虑介乎我的职责和病人之间； 我将要最高地维护人的生命，自从受胎时起； 即使在威胁之下，我将不运用我的医业知识去违反人权。 我郑重地、自主地并且以我的人格宣誓以上的约言。 【 世界医学协会 1948年日内瓦大会採用之医师就职宣言 】 哈维 ( William Harvey， 1578 - 1657 ) 英国医师，近代生理学之父。他以活体动物 解剖的实验证明了血液是在密闭系统中沿著 单一方向流动，在 1616年提出了循环论。十 二年后他出版心脏的运动一书，提出了 心房的用处和血液在心脏各部流动的方向。 他将数学应用於心搏频率和血液流量的计算 ，是生命科学定量研究的创始人。 哈维书中的插图， 科学革命与医学 哈维细心地计算了心脏的容量，心脏流出 的血量和回心血量，血液流动时间。 证明心脏是血液循环的原动力。 1.左右心室各容血液 2 英两 2.脉搏每分钟 72 次 3.一小时脉搏 7260 4320次 4.一小时内，从左心室流入主动脉的血量和右心 室流入肺动脉的血量就分别为 24320 8640 英两，约合 540磅。 5.如此大量的血液远远超出饮食物所能提供的， 同样也远远超出人体本身的重量。 雷文霍克 ( Antoni van Leeuwenhoek， 1632 - 1723 ) 微生物学之父。他从未受过科学训练，而却 造出了显微镜。他制造的显微镜可以放大两 百七十倍，品质之佳在十九世纪前无人能及 。藉此他描绘出许多种微生物的构造，成为 细菌学研究的先驱。他也是第一个辨认出血 球和精子，发现骨骼肌有横纹的人。 席登汉 ( Thomas Sydenham， 1624 - 1689 )，近代临床医学之父。他相信疾病的成因 与治疗之道都可从自然中寻得，重视病程的 观察与记录，强调床边对待病人的态度，因 此被称为英国的希波克拉提斯。他认为每个 病人都是独特的案例，经由观察病人归纳出 许多疾病的普遍特性，对痛风、麻疹、猩红 热等疾病均有极精闢的描述。 莫尔加尼 ( Giovanni Battista Morgagni, 1682 - 1771 ) 病 理学之父。他视生命为机械复合 体，认为临床症状是器官机件运 作不协调的结果。他将临床症状 与内部病灶相连，开创了病理解 剖学，并坚持诊治病患为最终的 目标。 奥地利医生奥 恩布鲁格 (Auenbrugger ， L 1722 1809) Leopold Auenbrugger (1722-1809) discovered the diagnostic value of percussion in Vienna in 1781, 现代医学 巴斯德 ( Louis Pasteur， 1822 - 1895 ) 微生物学之父 李斯特 ( Joseph Lister ， 1827 - 1912 ) 提出了无菌手术的观 念 南丁格尔 ( Florence Nightingale， 1820-1910 ) 立志是一种很重要的事情。工作随着志 向走，成功随着工作来，这是一定的规律。 立志、工作、成功，是人类活动的三大要素 。立志是事业的大门，工作是登堂入室 的旅程，这旅程的尽头就是成功在等 待着，来庆祝你努力的结果。 巴斯德 二十世纪医学科学的特征在十九世纪末就已充分展 现：基础科学与临床医学携手并进，新知识与新科技全 面转化为临床上诊断与治疗的应用。磺胺药物和抗生素 的问世刷新了感染症的治疗方式，针对其他疾病的新药 也陆续出现，艾尔利希所预告的 【 化学治疗 】 纪元终於 波澜壮阔地展开。临床试验的发达与统计学的应用证明 了医学科学的成效，至此现代医学的专业权威已完全确 立。近年来遗传学与分子生物学的发展神速，更将疾病 的诊断与治疗推进到分子的层次。 当代医学的发展 1.人类基因组计划（ HGP） 2.DNA芯片技术 ( gene chip) 3.克隆技术 医学科学发展的几个重大前沿领域 一 基因组学 二 组织工程 （ 1） Tissue engieering： （ 2） Biomolecular engineering： （ 3） Cellular engineering： 三 阮病毒 四 神经科学 五 细胞信号传导 六 后基因组时代的生物信息学 七 蛋白质组学等 21世纪将是分子医学及组织医学的世纪 医学科研的特 点 n 研究对象的特殊性 n 研究方法困难 n 研究工作的多学科交叉综 合性 n 研究目的和结果的社会公 益性 （一）根据研究内容分类： 基础研究 揭示客观事物的本质和规律 ，提出新的理论 应用研究 为实际需要而探索新方法、 新工艺 开发研究 利用已有的知识（成果）进 行技术改造、工艺革新等。 医学科学研究的分类 1、基础研究 (Fundamental research) 指以探索未知、认识自然现象、揭示客观 规律为主要目的的科学活动，它不具有特定 的商业目的；是造就高级科技人才，发展科 学、文化，推动社会进步的巨大力量；是新 技术新发明的源 泉和先导；它帮助人们认识世界，一旦有 重大突破，会对社会和经济产生巨大的带 动作用。 C. elegans: A cell constant nematode (959 body cells in total) 可以分为应用基础研究和应用研究 （ 1） 应用基础研究 ：是应用研究中基础性研究 工作，指围绕重大或广泛的应用目标，探索新原理 、新方法，开拓新领域的定向研究。 （ 2） 应用研究 ：指有明确的应用目的，为了进 一步发展某门技术、提高生产率、拓宽应用领域、 开辟新的生产力和生产方向所进行的研究活动。医 学 应用 研究主要是以解决临床上诊断和治疗的问题 为目的，诊断试剂、诊断方法和诊断、治疗仪器的 研究，药物、药剂和保健品的研究大都归于这一类 。 2、应用研究 (Applied research) 罗伯特 爱德华兹、莉沙 布朗、世界上第一个 “试 管婴儿 ”路易丝 布朗，以及路易丝的儿子 2010诺贝尔医学奖 3、开发研究 (Experimental development) 指从事生产的技术改造、工艺革新、产 品更新等科学活动，是科学知识转化为生产 力的主要环节。将科研成果转化为生产力， 将样品转化为产品、商品的研究。 保罗 劳特伯 彼得 曼斯菲尔德 “for their discoveries concerning magnetic resonance imaging 2003诺贝尔医学奖 开发研究 （二）根据研究方法分类 普查 横断面研究 随机抽样调查 非随机抽样调查 描述性观察 随访调查 观察性研究 纵 向 调 查 疾病监控 病例对照研究 分析性观察 队列研究（随访研究） 医学研究方法 在体试验 动物实验 实验性研究 临床试验 社区干预试验和整群随机试验 离体试验 理论性研究 1、观察性研究 （ 1）实际调查 卫生学调查 流行病学调查 病因学调查 人体正常值测定调查 平均寿命、出生率，死亡率，死因调查等 2、理论性研究 例如计算机辅助药物设计 , 生物大分 子三维结构模拟 , 分子结构与分子动力学 特征模拟等 DNA分子 双螺旋结构模型 由于沃森、克里克和威 尔金斯在 DNA分子研究方面 卓越的贡献，他们分享了 1962年的诺贝尔生理学或医 学奖 3、实验研究 实验研究就是人工地制造条件，人为地控制 条件，应用实验的方法，根据科学研究的需要 ，有目的有计划地去观察新现象或验证工作假 说。 实验研究是医学科研中给予研究对象干预 最多的一种研究方法。 实验研究的特点： 必须先有工作假说 在工作假说的指导下进行严密的实验设计 实验研究和数据处理必须严格按照实验设 计的 方案进行 实验研究的优越性 能严格控制条件，严格设置对照， 有利于确定或排除某一因素的作用。 有目的地对受试对象进行观察，可 以得到临床观察不易得到的资料。 运用实验材料和实验动物进行研究 ，可以避免社会学和伦理学方面的某些限 制。 可以有条件地扩大研究规模，加快 研究进程，缩短研究周期。 （一）基本程序 1、初始意念或提出问题 （ original ideas or problems） “提出正确的问题， 往往等于解决了问题的大半 ”。 海森堡 医学科学研究的基本程序 科研的起点是什么？ 科学和技术研究是始于问题（ problem） 还是始于观察和实验（或试验）？ 爱因斯坦论对问题的解释 “ 提出一个问题往往比解决一个问题更重 要，因为解决一个问题也许仅仅是一个数学或 是实验上的技能而已。而提出新的问题，新的 可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有 创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步 。 ” 血液循环的发现 盖仑观点的： 第一，静脉双向潮汐运动； 第二，动脉的单向吸收； 第三，静脉通过左右心室之间的小孔输入到动 脉 问题 : 维萨留斯发现，左右心室并不直接相通 塞尔维特发现肺循环：血液由右心室经肺动 脉进入肺静脉再流入左心室（左右心是相通的 ） 哈维细心地计算了心脏的容量， 心脏流出 的血量和回心血量，血液流动时间。 证明心脏是血液循环的原动力。 左右心室各容血液 2 英两 脉搏每分钟 72 次 一小时脉搏 7260 4320次 一小时内，从左心室流入主动脉的 血量和右心室流入肺动脉的血量就分 别为 24320 8640英两，约合 540磅。 如此大量的血液远远超出饮食物所 能提供的，同样也远远超出人体本身 的重量。 2、 文献查阅 （ critical review of literatures） 查阅文献的目的，就是要充分了解该课题的 历史，现状和发展趋势。 科学研究都有一定继承性，科学文献记载着 历代科学家辛勤劳动的成果。做好文献工作，可 以受到启发，从而对所研究的课题，产生科学预 见，自觉地合理地确定研究方向和调整思路，创 造性地开辟新的研究途径。做好文献工作，才能 避免重复走他人走过的老路，取得事半功倍的效 果。 3、 形成假说 （ formation of hypothesis） 工作假说就是研究者本人对所研究的课 题的科学预见和假定答案。 （ 1）有一定的科学事实根据，运用逻 辑思维而产生。 （ 2）它具有一定的推测性质，是根据 已知科学事实和理论而作出的推想。有待 于实践的验证。 直到 马尔皮基 (Malpighi， 1628-1694)于 1661 年发现毛细血管存在，才建立起微循环的概念，血 液循环学说得到最终的证实。 Harvey 1578 1657 哈维提出血液循环学说时 只是证明心脏是血液循环的原 动力。血液循环学说仍然是一 个需要进一步证明的假说。 （ 1）通过充分实验或临床观察证明假说是错误 的，代之以新的假说， （ 2）实验或临床资料与假说基本符合，但在某 些方面有出入，需根据新实验或临床资料对原有 假说进行若干修正；或在原假说的基础上建立起 新的假说。 （ 3）假说得以验证并发展为比较完善的科学理 论。 工作假说的发展可能有下列几种结果： 命题就是以文字的形式来表达所要研究的 课题，提出计划任务书。计划或任务书是要提 交主管机关审批和要求经济支持的。因此，为 了便于审批者的了解，题目必须概括得一清二 楚，要明确研究的目的和所要探索的问题，文 字力求通顺易懂，使阅者一目了然。 4、陈述问题（命题） （ statement of problem ） 5、实验设计（ experiment design） 一项科研工作，经过选题和命题两个阶段 之后，便会形成一套比较成熟的全面设想。将 这一设想加以条理化，系统的说明研究者对此 问题的认识，拟进行何种实验或观察，具体做 法如何，预期的目标是什么，用多长时间来完 成，需要给予哪些帮助和支持等，按照一定的 格式编写成的文字资料，即为科研设计。 6、实验观察 （ experimental investigation） 是人们有目的地、有计划地感知和描述客 观事物、获取感性材料的基本手段。观察可以 分为直接观察和间接观察：直接观察就是依靠 人的器官观察；间接观察就是借助仪器的观察 。 不干预观察对象 : 又叫观察归纳法：首先要不带偏见地 搜集事实；其次是分类和鉴别；最后是归纳 ，形成科学研究的结论。 干预观察对象 : 又叫实验观察法 : 根据研究目的的需要 ，人工制造和控制条件，对观察对象施加处 理因素，有目的有计划地观察新现象或验证 工作假说。 观察的特性： 选择性：选择性： 所谓选择性 ,就是要从实验所发生 的诸现象中 ,捉住主要的观察目标。 敏锐性：敏锐性： 所谓观察的敏锐性 ,就是要抓住那 些往往比较隐蔽的往往又是本质性的现象和过程 。 速度：速度： 观察的速度 ,体现于能否迅速捉住那 些稍纵即逝的物理过程的能力。 准确性准确性 ： 观察的准确性 ,就是要缩小由于观 察带来的误差。 分辨力：分辨力： 所谓分辨力 ,就是在程度相差不大 的情况下 ,能够分辨出事物的区别。 1928年 弗莱明发现青霉 素 （ Penicillin） 1935年 英国牛津大学病 理学 家弗洛里和德国 生 物化学家钱恩合 作 解决了青霉素浓 缩 问题，使青霉素 批 量生产成为可能 。 1943年 青霉素第一次成 功地 用于治疗病人。 英国细菌学家弗莱明 Alexander Fleming 1881-1955 科学观察的经典案例 糖尿病病因和 胰岛素的发现 Frederick Banting Charles Best Discovery of Insulin in 1922 一天，法国生理学家贝尔纳注意到从市场上买 来的兔排出的尿清亮而带酸性，不象寻常食草 动物那样混浊而带碱性。 他推断，多半是由于没有喂食，兔从自己身 体的组织中吸取养分，因而处于食肉动物营养 状况。 他用喂食和禁食互相交替的方法证实了这个观 点，这种作用过程果然使兔尿反应发生了预期 变化。 贝尔纳并未到此为止。他用肉喂兔求 “反证 ”， 果然不出所料，兔尿呈酸性。 贝尔纳最后对兔做了剖检，观察到了胰导管与 小肠中白色乳糜的关系，从而发现了胰液在脂 肪消化中的作用。 观察 推论 验证 反证 深入 雷奈克 (Laennec 1781-1826)， 发明听诊器 现在，我们可以用膀胱镜、支气管镜、 胃镜、喉镜、食道镜、超声仪器、 X射线检 测装置等观察体内各个部位的结构与功能。 体温计的发明和应用 显微镜开启了现代医学的道路 7、 数据资料的积累 （ accumulation of raw data)） 8、 数据资料的处理与统计分析 （ treatment of raw data and statistical analysis） 9、 提出结论（ conclusion) 医学科研的选题 医学科研选题的意义 n 确定科研目标 n 明确科研主线 n 决定科研价值 选择课题是科研的战略起点 贝尔纳 医学科研选题的类型 n 基础研究 n 应用基础研究 n 应用研究 n 基础医学研 究 n 临床医学研 究 n 预防医学研 究 n 其他研究 1.按科研活动类型分类 2.按学科属性分类 选题的一般程序 提出问题 文献查阅与调研 建立假说 确立选题 确定申报部门与学科 科研选题的原则 科学性原则 创新性原则 可行性原则 实用性原则 1、科学性原则 选题必须要有依据，一切科研发展都以 前人的科研结果作为基础的，立论要有依 据，不是凭空的遐想； 选题要符合客观规律，实事求是。 科研设计必须科学，符合逻辑性。 2、创新性原则 创新包括理论创新和技术创新，如提出 新的概念、新的理论、新的原理、新的设 计思想和新的工艺方法等。 选题前要特别清楚本课题研究领域国 内外研究状况、研究方法及研究水平。 3、可行性原则 可行性是指研究课题的主要目标和研究内容实 现的可能性，包括： 科研设计方案和技术路线的科学性、可行性 ； 研究者具备完成课题的研究能力和组织能力 ，并具有与之相适应的专业知识水平； 具备完成课题的仪器设备，实验室条件，合 格的动物实验设施，合格的实