科研设计的要素与原则

一、科研设计的要素与原则

（一）科研设计的基本要素

任何一项探索性实验总要包括受试对象、处理因素、观察指标或效应指标三个基本要素。

1．受试对象

受试对象是指接受实验的动物或人，又称实验对象、研究对象或观察对象。受试对象的选择非常重要，它对实验结果有着极为重要的影响。受试对象的选择合适与否，对实验成败是很关键的。如果进行动物实验，对实验动物的基本要求是对拟施加的处理因素反应敏感且稳定，尽可能近似于人，并且经济可行，容易获得。特殊要求是健康合格，种属一致，品系相同，年龄、窝别、体重差别不大，性别要求雌雄各半。

2．处理因素

为了不同的研究目的，加给实验对象以物理的、化学的或生物的各种条件被称为处理因素。由于因素不同和同一因素不同水平而造成因素的多样性，因此在实验设计时有单因素和多因素之分。一次实验只观察一个因素的效应称为单因素。一次实验中同时观察多种因素的效应称为多因素。一次实验的处理因素不宜过多，否则会使分组过多，方法繁杂，受试对象增多，实验时难以控制。而处理因素过少又难以提高实验的广度、深度及效率，同时所需时间较长，费用也高。因此需根据研究目的确定几个主要的、带有关键性的因素。处理因素在整个实验过程中应保持不变，即应标准化，否则会影响对实验结果的评价。例如，电刺激的强度（如电压、持续时间、频率等）、药物质量（如来源、成分、纯度、生产厂家、批号、配制方法等）、仪器的参数等应作出统一的规定，并在实验的过程中严格按照这一规定实施，这样研究结果才有可比性，才能最终得出可信的结论。

3．观察指标或效应指标

处理因素作用于受试对象所显示出的结果被称为效应。实验效应主要指选用什么样的标志或指标来表达处理因素对受试对象所产生的有、无、大、小等各种影响。这些指标包括计数指标（定性指标）和计量指标（定量指标），主观指标和客观指标等。指标的选择应符合以下原则。

1）特异性

特异性即观察指标应能特异性地反映某一特定的现象，而不致于与其他现象相混淆。

2）客观性

客观性即所观察的指标应避免受主观因素干扰而造成较大误差。最好选用易于量化的、经过仪器测量和检验而获得的指标。

3）重现性

重现性即在相同条件下，指标可以重复出现。为提高重现性，须注意仪器的稳定性，减少操作的误差，控制动物的功能状态和实验环境条件。

4）精确度

精确度包括精密度与准确度。精密度指重复观察时各观察值与其平均值的接近程度，其差值属于随机误差。准确度指观察值与其真实值的接近程度，主要受系统误差的影响。实验指标要求既精密又准确。

5）灵敏度

灵敏度高的指标能使处理因素引起的微小效应显示出来。灵敏度低的指标会使本应出现的变化不易出现，造成“假阴性”的结果。指标的灵敏度受测试技术、测量方法、仪器精密度等的影响。

6）可行性和认可性

可行性是指研究者的技术水平和实验室设备的实际条件能够完成本实验指标的测定。认可性是指经典的（公认的）实验测定方法，必须有文献依据。自己创立的指标测定方法必须经过与经典方法作系统比较并有优越性，方可获得学术界的认可。此外，在选择指标时，还应注意以下关系：客观指标优于主观指标；计量指标优于计数指标；变异小的指标优于变异大的指标；动态指标优于静态指标，如体温、体内激素水平变化等，可按时、日、年龄等做动态观察；所选的指标要便于统计分析。

（二）实验设计的基本原则

1．对照原则

对照原则就是确定实验中相互比较的实验组和对照组，对各组给予不同的处理，然后观察其效应。对照的意义在于消除和减少实验误差。对照基本要求是除了实验因素作有计划的变化外，实验组与对照组的其他条件应尽量保持一致。

根据实验研究目的和要求的不同，可选用不同的对照形式。

1）空白对照

空白对照又称正常对照，在不加任何处理的空白条件下给予安慰剂及安慰措施进行观察对照。

2）实验对照组

实验对照组又称假处理对照，是指在某种有关的实验条件下进行观察对照。动物经过相同的麻醉、注射，甚至进行假手术、做切开、分离等，但不用药或不进行关键处理，以此作为手术对照，以排除手术本身的影响。

3）标准对照

标准对照指用标准值或正常值作为对照。

4）自身对照

自身对照是指将同一受试对象实验后的结果与实验前的资料进行比较。例如，用药前与用药后的对比。

5）相互对照

相互对照又称组间对照，指不专门设立对照组，而是几个实验组、几种处理方法之间互为对照。例如，几种药物治疗某种疾病时，可观察几种药物的疗效，各给药组间互为对照。

2．重复原则

重复是保证科研成果可靠性的重要措施之一。重复有两层含义，一是指实验过程是多次重复进行的，这一点与实验的样本大小有关，样本大重复的机会多，样本小重复的机会少；二是按设计中提出的方法，别人也能重复进行。

3．随机原则

随机原则是指在实验研究中，使每一个个体都有均等机会被分配到任何一个组别中，分组结果不受人为因素的干扰和影响，而是按照随机的次序来安排操作的顺序。通过随机化的处理，可使抽取的样本能够代表总体，以减少抽样误差；还可使各组样本的条件尽量一致，以消除或减少小组间人为的误差，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。这是在资料分析时进行统计推断的前提。常用的随机化法有抽签法、抓阄法、扔硬币法、随机数字表法等。具体使用哪种方法，应根据实际情况来定。

4．均衡原则

均衡原则是对实验对象的要求，即除了要观察某种实验因素外，其他一切条件应该尽可能均衡一致。