第九章 实验设计

1、生物学是一门实验性科学。生物学是一门实验性科学。收集资料，确定课题制订方案，可行性分析进行实验，得出结论 物质条件，技术方法 仪器设备的精度要求 制订方案数据分析实验技术123试验方案设计合理精心组织操作统计方法进行分析客观 理想的结果试验设计及其原理第九章一、试验设计的意义一、试验设计的意义二、生物学试验的基本要求二、生物学试验的基本要求三、试验设计的基本要素三、试验设计的基本要素四、试验误差及其控制途径四、试验误差及其控制途径试验设计试验设计(experimental design)五、试验设计的基本原理五、试验设计的基本原理一 试验设计的意义(一）概念课题的名称课题的名称试验目的试验目的

2、研究依据、内容研究依据、内容试验方案试验方案试验单位的选取试验单位的选取试验记录项目和要求试验记录项目和要求试验结果的分析方法试验结果的分析方法经济或社会效益分析经济或社会效益分析已备条件已备条件尚缺少的条件尚缺少的条件参加研究人员参加研究人员试验时间、地点试验时间、地点成果形式成果形式学术论文撰写学术论文撰写试验单位的重复数试验单位的重复数进度安排、经费预算进度安排、经费预算研究的预期效果研究的预期效果试验单位的分组试验单位的分组试验单位的选取试验单位的选取试验单位的重复数试验单位的重复数试验单位的分组试验单位的分组广 义狭 义一 试验设计的意义(二）目的避免系统误差，控制、降低试验误差，避

3、免系统误差，控制、降低试验误差，无偏估计处理效应，从而对样本所在无偏估计处理效应，从而对样本所在总体作出可靠、正确的推断。总体作出可靠、正确的推断。一 试验设计的意义(三）任务在研究工作进行之前，根据研究项目的需要，应用数在研究工作进行之前，根据研究项目的需要，应用数理原理，作出周密安排，力求用较少的人力、物力和理原理，作出周密安排，力求用较少的人力、物力和时间，最大限度地获得丰富而可靠的资料，通过分析时间，最大限度地获得丰富而可靠的资料，通过分析得出正确的结论，明确回答研究项目所提出的问题。得出正确的结论，明确回答研究项目所提出的问题。如果设计不合理，不仅达不到试验的目的，甚至导致如果设计不

4、合理，不仅达不到试验的目的，甚至导致整个试验的失败。整个试验的失败。能否合理地进行试验设计，关系到科研工作的成败。能否合理地进行试验设计，关系到科研工作的成败。一 试验设计的意义(四）意义节省人力、物力、财力和时间节省人力、物力、财力和时间减少试验误差，提高试验的精确度，减少试验误差，提高试验的精确度，取得真实的试验资料，为统计分析取得真实的试验资料，为统计分析得出正确的判断和结构打下基础。得出正确的判断和结构打下基础。12试验目的明确试验目的明确试验条件要有代表性试验条件要有代表性试验结果可靠试验结果可靠试验结果可重演试验结果可重演二 生物学试验的基本要求准确度精确度试验中同一性状的重复观测

5、试验中同一性状的重复观测值彼此接近的程度，即试验值彼此接近的程度，即试验误差的大小。误差的大小。试验中某一性状的观测值与其试验中某一性状的观测值与其相应真值的接近程度，不易确相应真值的接近程度，不易确定。定。试验结果可靠严格要求试验的正确执行和试验条件的代表性；注意试验的环节，全面掌握试验的条件，详实的试验记载考虑季节变异的特点，克服年份、地点环境条件的差异在相同的条件下，再进行试验在相同的条件下，再进行试验或实践，应能重复获得与原试或实践，应能重复获得与原试验结果相类似的结果。验结果相类似的结果。123试验结果重演三、试验设计的基本要素基本要素处理因素受试对象处理效应处理（因素）概念概念 对

6、受试对象给予的某种外部干预（或措施）特点特点 人为设置单因素处理单因素处理多因素处理多因素处理三、试验设计的基本要素处处理理因因素素实验中注意主要因素实验中注意主要因素控制非处理因素控制非处理因素处理因素标准化处理因素标准化123受试对象处理因素的客体，即根据研处理因素的客体，即根据研究目的而确定的观测总体。究目的而确定的观测总体。必须对其具体条件做出严格必须对其具体条件做出严格规定，保证其规定，保证其同质性同质性。三、试验设计的基本要素三、试验设计的基本要素处理效应处理效应处理因素作用于受试对象处理因素作用于受试对象的反应的反应误差效应误差效应试验效应试验效应？研究结果的最终体现研究结果的最

7、终体现12三、试验设计的基本要素 试验误差的概念试验误差的概念来源来源控制途径控制途径表示方法表示方法四、试验误差及其控制途径（一）概念（一）概念处理的真实效应不能完全一致的其他因素的偶然影响四、试验误差及其控制途径处理效应处理效应误差效应误差效应试验效应试验效应观测值使观测值偏离试验处理使观测值偏离试验处理真值的偶然影响称为试真值的偶然影响称为试验误差或误差验误差或误差(error)。（一）概念（一）概念四、试验误差及其控制途径（试验）误差影响试验的精确度和准确度。影响试验的精确度和准确度。试验误差是衡量试验精确度的依据，误差小表示试验误差是衡量试验精确度的依据，误差小表示精确度高，误差差，

8、则比较的可靠性较差，而要精确度高，误差差，则比较的可靠性较差，而要使处理间的差异达到指定的显著水平就很困难。使处理间的差异达到指定的显著水平就很困难。系统误差（片面误差）系统误差（片面误差）：由于试验处理以：由于试验处理以外的其他条件明显不一致所产生的带有倾外的其他条件明显不一致所产生的带有倾向性的或定向性的偏差。向性的或定向性的偏差。 随机误差（偶然误差）随机误差（偶然误差）：由于试验中许多：由于试验中许多无法控制的偶然因素所造成的试验结果与无法控制的偶然因素所造成的试验结果与真实结果之间产生的误差。真实结果之间产生的误差。人为误差四、试验误差及其控制途径试验误差可以避免不可避免试验材料固有

9、的差异试验材料固有的差异试验条件不一致试验条件不一致操作技术不一致操作技术不一致偶然性因素的影响偶然性因素的影响疏忽大意造成疏忽大意造成（二）试验误差的来源（二）试验误差的来源四、试验误差及其控制途径绝对误差 观测值与真值之差相对误差 绝对误差与真值之比平均值标准差（三）试验误差的表示（三）试验误差的表示四、试验误差及其控制途径保证实验材料的均一性及实验环境的稳定性改进操作管理制度，使之标准化消除系统误差精心选择试验单位采用合理的试验设计（四）试验误差的控制（四）试验误差的控制四、试验误差及其控制途径重重 复复估计试验误差估计试验误差五 试验设计的基本原理重复：试验中同一处理实施在两个或两个以

10、上重复：试验中同一处理实施在两个或两个以上的试验单位上。的试验单位上。如果同一处理只实施在一个试验单位上，那么如果同一处理只实施在一个试验单位上，那么只能得到一只能得到一 个观测值，则无从看出差异，因而个观测值，则无从看出差异，因而无法估计试验误差的大小无法估计试验误差的大小 。只有当同一处理实施在两个或两个以上的试验只有当同一处理实施在两个或两个以上的试验单位上，获得两个或两个以上的观测值时，才单位上，获得两个或两个以上的观测值时，才能估计出试验误差。能估计出试验误差。重重 复复降低试验误差降低试验误差五 试验设计的基本原理平均数抽样误差的大小与重复次数平均数抽样误差的大小与重复次数n的平方

11、根的平方根成反比，所以成反比，所以n增加，可以降低试验误差。增加，可以降低试验误差。但在实际应用时，重复数太多，试验材料的初但在实际应用时，重复数太多，试验材料的初始条件不易控制，也不一定能降低误差。始条件不易控制，也不一定能降低误差。重复数的多少可根据试验的要求和条件而定。重复数的多少可根据试验的要求和条件而定。nssx随随 机机无偏的估计试验误差无偏的估计试验误差五五 试验设计的基本原理试验设计的基本原理随机化是指在对试验材料分组时必须使用随机随机化是指在对试验材料分组时必须使用随机的方法，使供试材料进入各试验组的机会是相的方法，使供试材料进入各试验组的机会是相等，以避免试验材料分组时试验

12、人员主观倾向等，以避免试验材料分组时试验人员主观倾向的影响。的影响。这是在试验中排除非试验因素干扰的重要手段，这是在试验中排除非试验因素干扰的重要手段，目的是为了获得无偏的误差估计量。目的是为了获得无偏的误差估计量。局部控制局部控制五五 试验设计的基本原理试验设计的基本原理局部控制是指在试验时采取一定的技术措施或方局部控制是指在试验时采取一定的技术措施或方法来控制或降低非试验因素对试验结果的影响。法来控制或降低非试验因素对试验结果的影响。在试验中，当试验环境或试验单位差异较大时，在试验中，当试验环境或试验单位差异较大时，仅根据重复和随机化两原则进行设计，不能将试仅根据重复和随机化两原则进行设计

13、，不能将试验环境或试验误差所引起的变异从试验误差中分验环境或试验误差所引起的变异从试验误差中分离出来，因而误差较大，试验的精确性与检验的离出来，因而误差较大，试验的精确性与检验的灵敏度降低。灵敏度降低。局部控制降低试验误差降低试验误差五五 试验设计的基本原理试验设计的基本原理在试验环境或试验单位差异较大的情况下，根据在试验环境或试验单位差异较大的情况下，根据局部控制原则，可将整个试验环境或试验单位分局部控制原则，可将整个试验环境或试验单位分成若干小环境或小组，称为单位组（或区组）。成若干小环境或小组，称为单位组（或区组）。因为单位组之间的差异可在方差分析时从试验误因为单位组之间的差异可在方差分

14、析时从试验误差中分离出来，所以局部控制原则能较好地降低差中分离出来，所以局部控制原则能较好地降低试验误差。试验误差。五五 试验设计的基本原理试验设计的基本原理重复、随机、局部控制三个基本原则是试验重复、随机、局部控制三个基本原则是试验设计中必须遵循的原则，再采用相应的统计设计中必须遵循的原则，再采用相应的统计分析方法，就能最大程度地降低并无偏估计分析方法，就能最大程度地降低并无偏估计试验误差，无偏估计处理效应，从而对于各试验误差，无偏估计处理效应，从而对于各处理间的比较作出可靠的结论。处理间的比较作出可靠的结论。随 机重 复局部控制无偏估计误差无偏估计误差降低误差降低误差五五 试验设计的基本原理试验设计的基本原理估计误差估计误差统计推断统计推断提高精确性提高精确性三三原原则则作作用用样本容量的确定nx22xnxnssxnssxxstx05.