第9章 定量研究

第九章

定量研究本章概要第一节定量研究概述第二节常用定量研究的设计第三节常见实验研究设计方案第一节定量研究概述一、基本概念二、定量研究的特征三、定量研究与定性研究的区别与联系第一节定量研究概述一、基本概念

定量研究是与定性研究相对的概念，也称量化研究，是社会科学领域的一种基本研究范式，也是科学研究的重要步骤和方法之一。第一节定量研究概述一、基本概念

1.定性研究（Studyonmeasurement，Quantitativeresearch）是以研究者本人作为研究工具，在自然情境下采用多种资料收集方法对社会现象进行整体性研究，使用归纳法分析资料和形成理论，通过与研究对象互动对其行为和意义建构获得解释性理解的一种活动。第一节定量研究概述一、基本概念

2.定量研究（Qualitativeresearch）是一种对事物可以量化的部分进行测量和分析，以检验研究者自己关于该事物的某些理论假设的研究方法。第一节定量研究概述二、定量研究的特征

1.定量研究者在实验室条件下进行研究，以便把

研究目标以外的种种影响排斥在研究之外。2.定量研究主要应用量化的方法。3.定量研究只关注事前与事后的测量。4.定量研究主要运用演绎法，自上而下的形成理论。5.定量研究中研究者与研究对象相互独立，彼此

分离。第一节定量研究概述三、定量研究与定性研究的区别与联系

定量研究定性研究可提供事物发生的量变信息可发现、解决问题以及回答为什么会发生只提供粗略的解释对问题和现象提供较深入的解释结果可推论到总体（随机抽样）结果不能推论到总体结论是演绎性的结论是归纳性的资料可做统计分析资料不适合做统计分析研究活动研究动机总结性的探索性的提供信息来验证假设帮助建立假设（一）定量研究与定性研究的区别（二）定量研究与定性研究的联系第一、任何事物的质变总是从量变开始的，只

有量变积累到一定程度时才会引起质变。第二、两种研究方法可以互相提供帮助与支持。第三、两种研究方法可以穿插使用，相互借鉴、相互结合。第二节常用定量研究的设计一、实验设计的基本要素二、实验设计的基本原则第二节常用定量研究的设计

定量研究设计的主要方法有

调查法、相关法、实验法本章主要介绍实验法第二节常用定量研究的设计

一、实验设计的基本要素1.实验对象（subjects）2.实验因素（factor）3.实验效应（effect）第二节常用定量研究的设计

一、实验设计的基本要素1.1实验对象（subjects）是由研究目的决定的具有某种特征的个体组成的群体，是实验因素所作用的对象，也是实验者所要认知的对象第二节常用定量研究的设计

一、实验设计的基本要素1.2选择实验对象的基本原则（1）入选的实验对象能够从科研中受益：如评价药物的疗效，研究人员应清楚地掌握该药的作用机理、适应证、禁忌证或敏感菌株等资料。（2）实验对象应具有代表性：被选入的研究对象在病型、病情以及年龄、性别等方面应具备某病的特征，即代表性强。（3）实验对象应具有客观性：当选择人体（健康人或病人）作为实验对象时，社会因素是另一个不容忽视的方面。第二节常用定量研究的设计

一、实验设计的基本要素1.2选择实验对象的基本原则（4）实验对象应具有依从性：依从性是指实验对象能按照预定计划接受实验因素的合作程度。（5）实验对象应有一定的样本含量：为了使研究的结果具有真实性和可重复性，应保证实验对象有一定的样本含量。（6）注意志愿者（volunteer）作为实验对象对研究结果的影响：一般来说，志愿者多有难言的苦衷，如经济困难或自身患病求医心切等，这些均可对研究结果产生影响。第二节常用定量研究的设计

一、实验设计的基本要素2.1实验因素（factor）又可称为受试因素，是指为达到实验目的所采用的作用于实验对象身上的因素。第二节常用定量研究的设计

一、实验设计的基本要素2.2实验因素的选择注意以下几个问题（1）实验因素的强度（2）主要实验因素和次要实验因素（3）单因素和多因素（4）单水平和多水平第二节常用定量研究的设计

一、实验设计的基本要素2.3实验因素的标准化和稳定性（1）实验因素的标准化是通过查阅文献或预备性实验筛选确定的“最适宜的因素”，对构成实验因素的多组成分亦有明确的规定。（2）实验因素的稳定性是指构成研究因素的多个组分及有关条件在研究过程中保持恒定不变，同时要求可能影响实验效应的非实验因素处于均衡状态。第二节常用定量研究的设计

一、实验设计的基本要素2.4严格控制非处理因素控制非实验因素就是在实验过程中要严格控制，使各组在基本相同条件下进行实验，即实验组与对照组除了实验因素不同外，其他条件应尽可能一致，以便观察该实验因素所产生的实验效应。第二节常用定量研究的设计

一、实验设计的基本要素3.1实验效应（effect）是指实验因素作用于实验对象所呈现的反应。实验效应主要是通过具体指标来反映。第二节常用定量研究的设计

一、实验设计的基本要素3.2指标选定的原则（1）指标的关联性（2）指标的客观性（3）指标的灵敏性（4）指标的精确性（5）指标的特异性第二节常用定量研究的设计

二、实验设计的基本原则1.随机化原则2.对照原则3.盲法原则4.重复原则

第二节常用定量研究的设计

二、实验设计的基本原则1.1随机化原则的意义

所谓“随机化”即指研究中的每一个实验对象都有均等的机会被分配到任何一个组中去，分组的结果不受人为因素的干扰和影响。实验设计中必须遵循随机化的原则，这是保证试验中非处理因素均衡可比的重要手段。

第二节常用定量研究的设计

二、实验设计的基本原则1.2随机化原则的实施

随机化包括两方面的内容：随机化抽样和随机化分组第二节常用定量研究的设计

二、实验设计的基本原则2.1设立对照的意义

在科学研究中，除了实验因素与实验效应有关外，还有其他许多非研究因素影响研究结果。这些因素可以分为：（1）不能预知结局的因素（2）霍桑效应（hawthorneeffect）（3）安慰剂效应第二节常用定量研究的设计

二、实验设计的基本原则2.2设立对照的原则

设立对照应满足“均衡”的原则考察实验组与对照组是否均衡，可用t检验、方差分析、χ2检验等方法作均衡性检验。第二节常用定量研究的设计

二、实验设计的基本原则2.3常见的对照类型

（1）空白对照（2）安慰剂对照（3）实验对照（4）标准对照（5）自身对照（6）历史对照第二节常用定量研究的设计

二、实验设计的基本原则3.1盲法是指实验的研究者或实验对象一方或双方都不知道实验对象的分组情况（接受的是实验措施还是对照措施）的一种设计方法。

第二节常用定量研究的设计

二、实验设计的基本原则3.2盲法的分类根据盲法设置程度不同一般可分为以下几类：（1）开放实验（2）单盲实验（3）双盲实验（4）三盲实验

第二节常用定量研究的设计

二、实验设计的基本原则4.重复原则

重复是指在相同条件下进行多次观察或多次研究以提高科研的科学性和可靠性。重复设计要求样本适量，确定样本含量的原则是：在保证研究结论具有一定可靠性（精度和检验效能）的前提下，确定最小的样本例数。

第三节常见实验研究设计方案一、完全随机设计二、配对设计三、配伍组设计四、拉丁方设计五、析因设计六、正交设计第三节常见实验研究设计方案

一、完全随机设计

（一）基本概念

完全随机设计（completelyrandomdesign）将实验对象按随机原则分配到不同处理组，然后分别给予处理因素，再对它们的效应进行同期对比观察。第三节常见实验研究设计方案

一、完全随机设计（二）应用范围

凡两组实验无法配对或多组实验无法配伍的情况，均可采用完全随机设计。第三节常见实验研究设计方案

一、完全随机设计

（三）设计模式假设N为实验对象的总体，Ne为纳入的合格实验对象，R为随机，I、II…K为组别，D为实验效应，T为处理因素。

研究对象N合格对象Ne随机R统计分析Ⅰ组

Ⅱ组

….

K组D0

D1

….

Dk

分组施加因素效应T1因素T2因素Tk因素….第三节常见实验研究设计方案

一、完全随机设计（四）样本含量估计 （1）定量资料的完全随机设计实验，在组与组之间样本含量相等（n1=n2）条件下，每组样本含量（n）的计算公式如下：

式中s为标准差；d为预定差数；zα与zβ分别为规定的α与β在正态分布曲线下面积的正z值与负z值，计算时均取绝对值。第三节常见实验研究设计方案

一、完全随机设计

（四）样本含量估计 （2）定性资料的完全随机设计实验，在n1=n2条件下，每组样本含量n的计算公式如下：

第三节常见实验研究设计方案

一、完全随机设计

（四）样本含量估计 （3）若多组共用一个对照组时，则共用对照组的样本含量n应当随处理组组数扩大而增加，通常应是：

式中n为各处理组样本含量；k为处理组组数（不含对照组）。第三节常见实验研究设计方案

一、完全随机设计（五）数据分析1.定量资料（1）两组定量资料的比较（2）多组定量资料的比较

宜采用方差分析或Kruskal-Wallis法

正态性检验满足正态分布且方差齐不满足正态分布与方差齐t检验t'检验或秩和检验第三节常见实验研究设计方案

一、完全随机设计（五）数据分析2.定性资料（1）当样本量较大时，np＞5且n（1-p）＞5，可采用z检验。（2）无序分类变量：①二分类资料：当n＞40，且Tmin＞5时可采用Pearsonχ2检验；当n＞40，且1＜Tmin＜5时，应采用连续校正χ2检验；当n≤40，或Tmin≤1时，可用Fisher精确概率法；②多分类资料可采用的行×列表χ2检验。（3）有序分类资料：如临床疗效的痊愈、显效、有效、无效与恶化；检验结果的－、±、＋、＋＋、＋＋＋等，可采用Ridit检验或成组设计的秩和检验。

第三节常见实验研究设计方案

一、完全随机设计（六）注意事项1.尽量使各组样本间具有均衡性，减少抽样误差。2.完全随机设计各组样本含量可以不等，但在总样本量不变的条件下，n1=n2的设计效率高于n1≠n2的设计。3.根据研究目的确定实验组数。第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计定义：配对设计（matched-pairsdesign）是将实验对象按某些特征或条件配成对子，然后再把每对中的两个实验对象随机分配到实验组与对照组，给予不同的处理措施。第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（一）前后配对设计1.基本概念

前后配对设计也称自身配对（self-matching）是指同一实验对象先后接受两种不同的处理，即实验对象要接受前后两个阶段、两种不同的处理措施，然后对处理措施的效果进行对比研究。第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（一）前后配对设计2.应用范围前后配对设计主要应用于急性与短期的实验，对于病情稳定的慢性疾病也可采用这种设计。有3种情况下不能采用自身前后对照：①自限性疾病；②有季节性、随时间变化的疾病；③以主观指标为测量指标的疾病，但这并不是绝对的。第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（一）前后配对设计3.设计模式

假设N为实验对象的总体，Ne为符合纳入标准的实验对象，D为实验效应，C为对照措施，T为实验措施。T因素C因素研究对象N合格对象NeD0

D1

统计分析第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（一）前后配对设计4.样本含量估计

式中s为标准差，d为预定差数，zα与zβ分别为规定的α和β在正态分布曲线下面积的正z值与负z值，计算均取绝对值。

第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（一）前后配对设计5.数据分析（1）定量资料：当差值呈正态分布或经转换后成正态分布者均可采用配对T检验。资料不符合正态分布，采用非参数检验的符号秩和检验。（2）有序分类资料：可采用符号检验法及配对秩和检验法。（3）无序分类资料：两组间的差异比较可用配对χ2检验，Kappa检验通常用于一致性检验评价。

第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（一）前后配对设计6.注意事项（1）洗脱期要求足够长，不能将第一个阶段的治疗效应带到第二阶段（2）自身配对设计一定包括前后两个阶段的两种处理措施（3）必要时应另安排配对或改为异体配对设计（4）个体间差异较大时，可用相对差数进行分析

第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（二）左右配对设计1.基本概念

左右配对设计（left-rightpaireddesign）是指两种不同处理分别施加于同一实验对象两个对称部位、器官的设计，也是自身配对的一种形式。

第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（二）左右配对设计2.注意事项（1）若研究目的是利用病理模型观察不同处理因素的疗效，应尽量做到条件齐同，保证两侧模型病变程度的一致性（2）处理组和对照组的左右分配可用简单随机方法决定

第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（三）异体配对设计1.基本概念

异体配对设计（individualmatchedpaireddesign）是将实验对象按照一定的条件（依专业知识确定），将条件相同的个体配成对子，然后将对子内的两个实验对象随机分配至实验组与对照组，最后对其结果以配对分析的统计分析方法加以处理。第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（三）异体配对设计2.应用范围由于异体配对设计进行同期平行观察，不仅适于急性实验，也可用于慢性实验或较长期观察。第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（三）异体配对设计3.设计模式以N代表总体，Ne代表纳入的合格实验对象，P为配对，R为随机，C为对照措施，T为实验措施，D代表效应指标数据配对P研究对象N合格对象NeT因素C因素随机RΙ组II组D0

D1

统计分析分组施加因素效应第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计（三）异体配对设计4.样本含量估计1:1异体配对设计实验的样本含量估算公式与自身前后配对设计相同。但求得n在自身配对设计中为实验对象数，在异体配对设计中则是实验对象的对子数，即每组样本例数。第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（三）异体配对设计5.数据分析（1）配对t检验：考虑到组间的齐同性问题，异体配对设计实验资料分析一般先对处理前两组资料进行配对t检验，以检验配对是否成功（2）符号秩和检验：应为两组前后的差值或对子差值的统计分析（3）定性资料的差异比较可用配对χ2检验第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（三）异体配对设计6.注意事项（1）配对时应尽量做到对子本身的齐同，配对条件应包括所有主要影响因素（2）慢性实验中或长期观察过程中应设法保持非处理因素的可比性，如生存条件和饲养条件等必须全程保持齐同（3）尽管处理前两组比较P＞0.05，甚至P＞0.2，但并不意味着两组处理前基线水平完全相等，应以两组对子前后差值的差数作配对t检验（4）对处理前两组对子的齐同性只能是表观认可，在这种情况下，若配对设计实验两组处理后数据经配对t检验结果P＞0.05，此时可试作成组t检验；在某些情况下，不可能取得处理前数据（如比较两组内脏病变），可直接进行处理后的比较，其样本含量应适当增大第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（四）交叉设计1.基本概念

交叉设计（cross-overdesign）是一种特殊的自身对照设计。是将一组实验对象随机分为两组，一组接受甲种处理，一组接受乙组处理，待第一阶段处理作用完全消失后，两组交换处理进行第二阶段实验，最后对两种处理的效应进行比较分析。

第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（四）交叉设计2.设计模式以N为实验对象的总体，Ne为纳入的合格实验对象，R为随机，T为实验措施，D代表实验效应第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计（四）交叉设计3.适用范围

主要用于样本来源较少且实验对象状态比较恒定的情况临床上适用于目前尚无特殊治疗而病情稳定的慢性病患者的对症治疗效果观察实验室研究中适用于离体器官的研究设计

第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（四）交叉设计4.样本含量估计

交叉设计的样本含量估计与异体配对设计相同，由于较省样本，实际上可略少些。第三节常见实验研究设计方案

二、配对设计

（四）交叉设计5.数据分析（1）定量资料：通常可采用T检验、方差分析或秩和检验进行统计分析，但常用的是方差分析。（2）分类资料：列联表的χ2检验第三节常见实验研究设计方案

三、配伍组设计

（一）基本概念

配伍组设计又称随机区组设计或随机单位组设计（randomizedblockdesign），是配对设计的扩大化，也可视为1:R的配比设计。它是按照一定的条件，将几个条件相同或条件近似的实验对象划成一个配伍组或区组，而后在每个区组内部按随机原则，将每个研究对象分配到各组，每组分别予以不同处理，然后对其结果进行统计分析。第三节常见实验研究设计方案

三、配伍组设计

（二）应用范围（1）若实验目的是回答两种因素（研究因素、配伍组因素）各自的差异有无统计学意义的情况，不管是两个或多个处理组（水平），均可采用配伍组设计（2）同一个研究对象用不同的方法或在不同的部位、不同时间对某一指标的测定也是一种随机区组设计第三节常见实验研究设计方案

三、配伍组设计（三）设计模式

若以N为实验对象的总体，Ne为纳入的合格样本，B代表区组划分条件，R代表在区组内随机，I、II…K为不同的处理组，D为实验效应第三节常见实验研究设计方案

三、配伍组设计

（四）数据分析1.定量资料：定量的实验结果如满足正态分布与方差齐性的要求，则按两因素方差分析进行处理2.缺失值处理：能补做的应当重新实验，在无法重做的条件下，可按以下公式对个别缺项进行估算。随机区组实验缺失一项的缺项值（x）估算公式如下：3.定性资料：Friedman秩和检验第三节常见实验研究设计方案

三、配伍组设计

（五）均衡不完全配伍组设计均衡不完全配伍组设计应当符合以下3个条件：

①k＞m；②kn=bm；③λ（k-l）=n（m-l），即λ=n(m-l)/(k-l)，要求λ必须是自然数。第三节常见实验研究设计方案

三、配伍组设计

（六）层次分组设计1.基本概念在医学研究中，实验对象可按照A因素分为几个大组，而后按B因素又可将大组分为几个小组，每个小组又可依C因素分为几个亚组……，这种设计称为组内分组设计或系统分组设计。因为这种设计是依照不同因素将实验对象进行分层，层内再分层，所以又称为层次分组设计（hierarchicalclassificationdesign）第三节常见实验研究设计方案

三、配伍组设计

（六）层次分组设计2.设计模式两层次分组设计思路第三节常见实验研究设计方案

四、拉丁方设计（一）基本概念拉丁方是指用r个拉丁字母排成r行r列的方阵，且每行每列中的每个字母只能出现一次，这样的方阵叫r阶拉丁方或r×r拉丁方。按拉丁方的字母及其行和列来安排各因素的实验设计叫拉丁方设计（Latinsquaredesign）第三节常见实验研究设计方案

四、拉丁方设计

（二）适用范围凡三因素实验，若每个因素的水平数相等且因素间无交互时均可采用拉丁方设计。第三节常见实验研究设计方案

四、拉丁方设计

（三）设计模式在拉丁方设计中，正确安排3个因素是首要环节。一般实验单位按两种属性（非处理因素）形成区组，即每个实验对象既属于一个行区组，又属于一个列区组。因此，拉丁方设计的基本单位是一个“方格”第三节常见实验研究设计方案

四、拉丁方设计

（四）数据分析

拉丁方实验数据通常采用方差分析，其变异来源分为处理间、区组间、序列间、误差4项。

第三节常见实验研究设计方案

四、拉丁方设计（四）数据分析拉丁方设计方差分析表格见下表。

变异来源SSνMSFP处理组间SS处理ν处理=k-1MS处理=SS处理/ν处理F处理=MS处理/MS误差列间SS列ν列=k-1MS列=SS列/ν列F列=MS列/MS误差行间SS行ν行=k-1MS行=SS行/ν行F行=MS行/MS误差误差SS误差=SS总-SS处理-SS列-SS行ν误差=(k-1)(k-2)MS误差=SS误差/ν误差总变异SS总ν总=k2-1第三节常见实验研究设计方案

四、拉丁方设计

（五）注意事项1．除样本分配需要在区组内随机外，处理因素诸水平与拉丁字母关系的确定也要随机化。2．必须明确3个因素彼此之间无交互作用。3.为提高结论的可靠性，应用另一个或两个拉丁工作方进行重复。

第三节常见实验研究设计方案

五、析因设计

（一）基本概念

析因设计（factorialdesign）全因子实验设计或完全交叉分组实验设计，是指将两个或多个因素的各个水平进行排列组合，交叉分组进行实验

第三节常见实验研究设计方案

五、析因设计（二）设计模式

若以N为实验对象的总体，Ne代表纳入的合格实验对象，R为随机，Ⅰ～Ⅳ为4个组，D为实验效应，A，B为两因素，则22析因设计的模型如图第三节常见实验研究设计方案

五、析因设计

（三）数据分析应采用析因设计的方差分析方法，两因素析因设计方差分析表见表，其中假设A因素有I水平，B因素有J水平，A×B表示两因素的交互作用。第三节常见实验研究设计方案

五、析因设计

（三）数据分析两因素析因设计方差分析表

变异来源SSνMSFPAB处理间A×BSSAνA=I-1MSA=SSA/νAFA=MSA/MS误差SSBνB=J-1MSB=SSB/νBFB=MSB/MS误差SS交互ν交互=νAνBMS交互=SS交互/ν交互F交互=MS交互/MS误差误差SS误差ν误差=ν总-νA-νB-ν交互MS误差=SS误差/ν误差总变异SS总ν总=n-1第三节常见实验研究设计方案

五、析因设计

（四）注意事项（1）若研究侧重在了解两个因素的主次与交互作用时，在设计上易犯的毛病就是只设3个组，即A因素、B因素、A+B因素，实际上这是不妥的。这种情况应采用22析因设计，除这3个组外，还应设立一个空白对照组。在临床疗效研究中，由于不宜设空白对照组，各组均应在常规治疗基础上进行，此时空白（指无A无B）对照组就是单纯的常规治疗组（2）样本分配是随机的，应尽量保持组间样本的均衡性（3）被试因素数与水平数应当尽量少而精，以避免工作量过大第三节常见实验研究设计方案

六、正交设计

（一）基本概念

正交设计（orthogonaldesign）是利用一套规格化的表格（正交表和相应的交互表）进行的实验设计，它是进行多因素多水平实验的效率很高的设计方法。

第三节常见实验研究设计方案

六、正交设计

（二）适用范围正交设计不仅能明确各因素的主次地位，而且可以知道哪些因素存在交互影响，还可以找出诸因素各个水平的最佳