常用试验设计及其统计分析含讲稿.ppt

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1、常用试验设计及其统计分析含第一页，讲稿共五十一页哦第八章常用试验设计常用试验设计及其统计分析及其统计分析 第二页，讲稿共五十一页哦p最近广州一所小学在三四年级学生中推广“三碗米饭实验”,就是因为看了纪录片(江本胜的水知道答案)。据说,对米饭的态度不同,结果也会不同:说好话的会发酵,散发出香气；用力骂的会变黑发臭；而不理不睬的更糟糕,甚至会流出脏水。据媒体报道,这些小学生做这个实验,最后只有一个坚持下来做了一个月,发现一直被赞美的米饭还是白白的,只有一点黄,被用力骂的米饭变得又黑又臭,原本应该变得更臭的不理不睬的米饭,只是变黄了。p报道对这项活动赞不绝口,认为它培养了小学生的爱心,改变了他们的行

2、为。并采访当地一位“心理专家”作证:“米饭实验得到了心理学和量子物理学的理论支持,是真实可信的。”p我们不必怀疑做实验的小学生造假,即便如此,这个实验结果就值得我们相信吗?第三页，讲稿共五十一页哦p一个实验结果要让人信服,必须符合概率统计规律。p而且,有很多因素会影响到米饭发生的变化,例如饭量的多少,环境温度的高低,米饭从冰箱取出放在室温下的时间长短。p一个可信的科学实验还应该尽量避免主观偏差。香和臭的差别有时很模糊,容易受心理因素的影响。要避免主观倾向,就要采取盲法。p科学实验的结果还必须具有可重复性,是别人能够重复出来的,而不是只有某个人能够做出来。否则的话,就可能是因为偶然因素、主观偏差

3、甚至有意造假导致的。p不寻常的主张需要不寻常的证据，一个主张越是不寻常，支持它的证据就要越确凿、越充分，才能让人信服。在见到确凿的证据之前，我们不仅不相信水或米饭能够感知人的感情，而且还要把这种说法称之为伪科学。第四页，讲稿共五十一页哦试验的规划与设计围绕检验假说而开展的试验，需要全面、仔细地规划与设计。试验所涉及的范围要覆盖假说涉及的各个方面，以便对待检验的假说作出无遗漏的判断。注意：生物学试验中结果的“重演性”及比较试验中的“唯一差异性原则”。在试验条件相当的情况下，重复试验应得到相同的试验结果。除需要比较的因素以外，其余的因素必须保持在同一水平。第五页，讲稿共五十一页哦生物学是一门实验性

4、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第六页，讲稿共五十一页哦试验设计的意义节省人力、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，取得真实的减少试验误差，提高试验的精确度，取得真实的试验资料，为统计分析得出正确的判断和结构打试验资料，为统计分析得出正确的判断和结构打下基础。下基础。12第一节：试验设计的基本原理第七页，讲稿共五十一页哦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

5、服年份、地点环境条件的差异在相同的条件下，再进行试验或实践，应能重复获得与原试验结果相类似的结果。123试验结果重演第八页，讲稿共五十一页哦受试对象受试对象处理因素的客体，即根据研究目的而确定的观测总体。必须对其具体条件做出严格规定，保证其同质性。试验设计的基本要素第一节：试验设计的基本原理第九页，讲稿共五十一页哦试验材料固有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试验误差的来源第一节：试验设计的基本原理你还能提出哪些因素？你还能提出哪些因素？第十页，讲稿共五十一页哦保证实验材料的均一性及实验环境的

6、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试验误差的控制第一节：试验设计的基本原理第十一页，讲稿共五十一页哦重重 复复估计试验误差估计试验误差重复：试验中同一处理实施在两个或两个以上的试验单位上。如果同一处理只实施在一个试验单位上，那么只能得到一 个观测值，则无从看出差异，因而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。第一节：试验设计的基本原理第十二页，讲稿共五十一页哦重重 复复降低试验误差降低试验误差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 n的平方根成

7、反比，所以的平方根成反比，所以n n增加，可以降增加，可以降低试验误差。低试验误差。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。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第一节：试验设计的基本原理第十三页，讲稿共五十一页哦随随 机机无偏的估计试验误差无偏的估计试验误差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等，以避免试验材料分组时试验人员主观倾向的影响。这是在试验中排除非试验因素干扰的重要手段，目的是为

8、了获得无偏的误差估计量。第一节：试验设计的基本原理第十四页，讲稿共五十一页哦局部控制局部控制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。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，仅根据重复仅根据重复和随机化两原则进行设计，和随机化两原则进行设计，不能将试验环境或试验误差所引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离出来，因而误差较大，试验的精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灵敏度降低。确性

9、与检验的灵敏度降低。第一节：试验设计的基本原理第十五页，讲稿共五十一页哦局部控制降低试验误差降低试验误差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成若干小环境或小组，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）。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差中分离出因为单位组之间的差异可在方差分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试验误差。来，所以局部控制原则能较好地降低试验误差。第一节：试验设计的基本原理第十六页，讲稿共五十一页哦重复

10、、随机、局部控制三个基本原则重复、随机、局部控制三个基本原则是试验设计中必须是试验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试验误差，无偏估计处理效应，从而对地降低并无偏估计试验误差，无偏估计处理效应，从而对于各处理间的比较作出可靠的结论。于各处理间的比较作出可靠的结论。第一节：试验设计的基本原理第十七页，讲稿共五十一页哦p试验方案中必须设立作为比较标准的对照 p动物试验的目的就是通过比较来鉴别处理效应大小、好坏等。为了达到这一目的，试验方案应当包括各试验处理，以及作为比较的对照。p任何试验都不能缺少对照，否则

11、就不能显示出试验的处理效果。根据研究的目的与内容，可选择不同的对照形式。p要掌握一个基本原则：除去所要比较的因素之外，其他各方面都应与处理一致，否则，便没有比较的意义了。第二节：简单实验设计第十八页，讲稿共五十一页哦p例如，进行添加微量元素的饲养试验，添加微量元素为处理，不添加添加微量元素为对照，这样的对照为空白对照。进行几微量元素添加量的比较试 验，各个处理可互为对照，不必再设对照。p在对某种动物作生理生化指标检验时，所得数据是否异常应与动物的正常值作比较，动物的正常值就是所谓的标准对照。p在杂交试验中，要确定杂交优势的大小，必须以亲本作对照，这就是试验对照。p另外，还有一种自身对照，即处理

12、与对照在同一动物上进行，如病畜用药前与用药后生理指标的比较等。p常用的还有：安慰剂对照；历史对照等。第二节：简单实验设计第十九页，讲稿共五十一页哦第二节：简单实验设计对比法：一种最简单的试验设计方法适用于单因素试验。例如，在对小麦进行叶面喷施P肥的试验中，如果只设施P（A）与不施P（B）两个处理，因为P肥是兑在水中然后喷到小麦叶面上的，两者的差异可能有P的作用，也可能有水的作用，无法将它们区分开。如果再加入一个喷施等量清水的处理（C），则P和水的作用可分别从A与C及B与C的比较中解析出来。第二十页，讲稿共五十一页哦第二节：简单实验设计成组比较实验设计类别因素：比较两种不同药物的治疗作用，可随机

13、将实验动物分两组，一组服用A药，一组服用B药。因素？水平？数量因素：一组每只每天补加10mgVit，一组每只每天补加20mgVit。因素？水平？注意：随机；样本含量；对照；实验误差；第二十一页，讲稿共五十一页哦第二节：简单实验设计配对试验设计。把窝别、性别相同、年龄、体重相近的两个动物配成一对，然后用随机的方法将每对的两头动物分别安排到两组中。动物试验中称为配对试验设计。同一对动物之间差异要尽量小些，不同对之间的动物可以有差异。也可进行同一只动物前后两次进行不同的处理，对处理前后的结果进行比较。第二十二页，讲稿共五十一页哦设计示例有三种生长激素，分别用A、B、C代替，测定其对小麦株高的影响，包

14、括对照（用等量的清水）在内，共4个处理，进行盆栽试验，每盆小麦为一个单元，每处理用4盆（重复4次）共16盆。第一步：用数字代表处理A：14，B：58，C：912，CK：1316第二步：抽签或查随机数字表，得到随机数字14、9、7、1、5、12、16、3、11、8、4、2、6、13、10、15第二节：简单实验设计第二十三页，讲稿共五十一页哦第三步：将随机数字对应的处理安排到相应的盆内。ckCBABCckACBAABckCck第二步：抽签或查随机数字表，得到随机数字14、9、7、1、5、12、16、3、11、8、4、2、6、13、10、15第一步：用数字代表处理A：14，B：58，C：912，CK

15、：1316第二十四页，讲稿共五十一页哦第三节：随机区组设计(randomized block design)例：研究4种不同化疗药物对动物白细胞含量的影响。可将16只动物随机化的方法，将它们均等分配到4个处理中。将16只动物放在一起进行随机化，对动物的同质性要求是很困难的。怎么办？第二十五页，讲稿共五十一页哦可以选择前后出生的4窝动物，每窝选出4只相似的个体，如性别相同、出生体重相同等，这4只动物称为一个区组，分别接受四种不同药物，在区组内哪一只动物接受哪一种药物完全是随机的。动物号窝别134.733.227.132.9233.32623.331.4326.228.627.825.7431.6

16、32.326.728第二十六页，讲稿共五十一页哦第三节：随机区组设计(randomized block design)随机区组设计是根据局部控制和随机原理进行的它在完全随机设计的基础上增加了局部控制的原则，从而将试验环境均匀性的控制范围从整个试验地缩小到一个区组，区组间的差异可以通过统计分析方法使其与试验误差分离，所以随机区组设计的试验精确度较高。设计特点第二十七页，讲稿共五十一页哦例：5种中草药饲料添加剂分别以A1、A2、A3、A4、A5表示，供试4窝仔猪分别按体重依次编号为：1-5号为第组，6-10号为第组，11-15号为第组，16-20为第组。试按随机单位组设计将试验仔猪分组。第二十八页

17、，讲稿共五十一页哦3因素因素3水平水平3327影响某种鸡的生产性能有影响某种鸡的生产性能有3个因素个因素A因素：饲料配方，因素：饲料配方，A1、A2、A3B因素：光照，因素：光照，B1、B2、B3C因素：温度，因素：温度，C1、C2、C3第二十九页，讲稿共五十一页哦 33试验的全面试验方案试验的全面试验方案C1C2C3A1B1A1B1C1A1B1C2A1B1C3B2A1B2C1A1B2C2A1B2C3B3A1B3C1A1B3C2A1B3C3A2B1A2B1C1A2B1C2A2B1C3B2A2B2C1A2B2C2A2B2C3B3A2B3C1A2B3C2A2B3C3A3B1A3B1C1A3B1C2

18、A3B1C3B2A3B2C1A3B2C2A3B2C3B3A3B3C1A3B3C2A3B3C3第三十页，讲稿共五十一页哦对于单因素或两因素试验，因其因素少，试验的设计、实施与分析都比较简单。在实际工作中，常需要同时考察3个或3个以上的试验因素，若进行全面试验，则试验的规模很大，往往因试验条件的限制而难以实施。3因素3水平33274因素4水平44256第四节：正交设计第三十一页，讲稿共五十一页哦正交设计正交设计正交设计正交设计正交设计就是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法。在试验的全部处理组合中，仅挑选部分有代表性的水平组合（最优组合）进行试验。特点用部分试验来代替全面试验，

19、通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的情况。第三十二页，讲稿共五十一页哦)3(49L一 正交表及特点正交表因素的水平数最多可安排的因素（互作）数试验次数（水平组合数）第三十三页，讲稿共五十一页哦 A B C D 1 2 3 41 1 1 1 12 1 2 2 23 1 3 3 34 2 1 2 35 2 2 3 16 2 3 1 27 3 1 3 28 3 2 1 39 3 3 2 1)3(49L此表共有4列，可以安排4个因素;每一列有1、2、3三种数字，代表各因素的不同水平;表中有9行，代表9个不同处理组合。第三十四页，讲稿共五十一页哦 1 2 3 4 5 6 71 1 1 1 1 1 1

20、 12 1 1 1 2 2 2 23 1 2 2 1 1 2 24 1 2 2 2 2 1 15 2 1 2 1 2 1 26 2 1 2 2 1 2 17 2 2 1 1 2 2 18 2 2 1 2 1 1 2)2(78L右图是一典型的正交表.“L”L”表示此为正交表,“8”“8”表示试验次数,“2”“2”表示两水平,“7”“7”表示试验最多可以有7个因素 (包括单个因素及其交互作用).第三十五页，讲稿共五十一页哦正交表的两条重要性质:1)每列中不同数字出现的次数是相等的，如L9(34)中，每列中不同的数字是1，2，3，它们各出现3次；2)在任意两列中，将同一行的两个数字看成一个有序数对，

21、则每一数对出现的次数是相等的，如L9(34)中有序数对共有9个:(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3),它们各出现一次。所以，用正交表来安排试验时，各因素的各种水平的搭配是均衡的，这是正交表的优点。第三十六页，讲稿共五十一页哦正交设计一般有以下几个步骤：(一)确定因素和水平 影响试验结果的因素很多，我们不可能把所有影响因素通过一次试验都予以研究，只能根据以往的经验，挑选和确定若干对试验指标影响最大、有较大经济意义而又了解不够清楚的因素来研究。同时还应根据实际经验和专业知识，定出各因素适宜的水平，列出因素水平表。例：在进行矿物质

22、元素对架子猪补饲试验中，考察补饲配方、用量、食盐3个因素，每个因素都有3个水平。试安排一个正交试验方案。第三十七页，讲稿共五十一页哦 (二)选用合适的正交表 选用正交表的原则是：p既要能安排下试验的全部因素，又要使部分水平组合数（处理数）尽可能地少。p一般情况下，试验因素的水平数应恰好等于正交表记号中括号内的底数；p因素的个数（包括交互作用）应不大于正交表记号中括号内的指数；p各因素及交互作用的自由度之和要小于所选正交表的总自由度，以便估计试验误差。p若各因素及交互作用的自由度之和等于所选正交表总自由度，则可采用有重复正交试验来估计试验误差。第三十八页，讲稿共五十一页哦此例有3个3水平因素，若

23、不考察交互作用，则各因素自由度之和为因素数个数(水平数-1)=3(3-1)=6，小于L9(34)总自由度9-1=8，故可以选用L9(34)；若要考察交互作用，则应选用L27(313)，此时所安排的试验方案实际上是全面试验方案。第三十九页，讲稿共五十一页哦(三)表头设计 所谓表头设计，就是把挑选出的因素和要考察的交互作用分别排入正交表的表头适当的列上。在不考察交互作用时，各因素可随机安排在各列上；若考察交互作用，就应按该正交表的交互作用列表安排各因素与交互作用。此例不考察交互作用，可将矿物质元素补饲配方(A)、用量(B)和食盐(C)依次安排在L9(34)的第1、2、3列上，第4列为空列，见表12

24、-23。第四十页，讲稿共五十一页哦(四)列出试验方案 把正交表中安排各因素的每个列(不包含欲考察的交互作用列)中的每个数字依次换成该因素的实际水平，就得到一个正交试验方案。表12-24就是例12.4 的正交试验方案。第四十一页，讲稿共五十一页哦根据表根据表12-2412-24，1 1 号试验处理是号试验处理是 A A1 1B B1 1C C1 1，即配，即配 方方I I、用量、用量15g15g、食、食盐为盐为0 0；2 2号试验处理是号试验处理是A A1 1B B2 2C C2 2，即配方，即配方II II、用用 量量 25g 25g、食、食 盐盐 为为 4g4g，；9 9号试验处理为号试验处

25、理为A A3 3B B3 3C C2 2，即配方，即配方IIIIII、用量、用量20g20g、食盐、食盐4g4g。第四十二页，讲稿共五十一页哦例如：某水稻栽培试验选择了3个水稻优良品种（A）：二九矮、高二矮、窄叶青，3种密度（B）：15、20、25（万苗/亩），3种施氮量（C）：3，5，8（kg/亩），可以用L9(34)正交表安排试验如下：试验号试验因素ABC111121223133421252236231731383219332第四十三页，讲稿共五十一页哦实验设计例题分析例题分析例1 研究性学习小组的同学在某电镀厂排水口采集重金属污染液l00OmL。利用以下实验材料和器材设计实验，探究不同浓

26、度重金属污染液对水稻种子萌发和生长的影响。实验材料和器材：水稻种子；试管；培养皿；尺子（l00mm)；纱布；恒温光照培养箱，温度设定为28，光强度为200O Lux；蒸馏水；(实验材料和器材的数量不限)根据给出的实验材料和器材，请设计实验方法和步骤，预测实验结果并作出分析。(1)方法和步骤：(2)结果预测和分析：第四十四页，讲稿共五十一页哦实验设计例题分析例题分析（1）方法和步骤：用蒸馏水将重金属污染液逐级稀释1、5、10、50倍（稀释过程中pH值的变化可不作考虑），获得4种不同浓度的污染液；挑选籽粒饱满、大小一致的水稻种子250粒，随机分成5组，50粒组；取5只培养皿，垫上纱布；其中4只培养

27、皿加入等体积的不同浓度重金属污染液（浸润纱布即可），另1只培养皿加入等体积的蒸馏水作为对照；在每只培养皿的纱布上，均匀放置50粒水稻种子；将5只培养皿置于恒温光照培养箱培养；每天实验组补充等量蒸馏水，以保持纱布的湿润；1周后统计各组的发芽率；用尺子测量幼苗株高（或根长），计算其平均值。（2）结果预测和分析：不同浓度的重金属污染液对水稻种子的萌发均有抑制作用，随着浓度的增加，萌发率逐渐降低；不同浓度的重金属污染液对水稻幼苗的生长均有抑制作用，随着浓度的增加，株高（或根长）逐渐降低。第四十五页，讲稿共五十一页哦实验设计例题分析例题分析例2利用以下实验材料和器材设计实验，实验材料和器材：雄性小鼠（出

28、生时间相同，10窝每窝6只）；小鼠饲养笼；小鼠颗粒饲料；40%酒精;饮水器；注射器；灌胃器；生理盐水；生物机能实验系统（测小鼠血压、心率等指标）等。探究长期不同程度酗酒对动物血压、心率的影响。第四十六页，讲稿共五十一页哦选择体重相等健康活泼的雄性小鼠60只；分酒精实验组设1ml、2ml、3ml、4ml（可变）四个水平；生理盐水对照组、空白对照组共6组，把每60只小鼠随机分到6组中；相同条件下分开饲养；酒精实验组每天灌胃40%酒精1ml、2ml、3ml、4ml，生理盐水对照组每天灌胃蒸馏水2ml；空白对照组不做处理；一月（可变，不宜太短）后用生物机能实验系统测小鼠血压、心率等指标，三组进行比较。

29、第四十七页，讲稿共五十一页哦为探讨三聚氰胺的危害，兴趣小组想利用以下材料，设计实验探究三聚氰胺是否可能造成动物结石，请你完成实验设计和预测实验结果并分析。材料用具：大鼠若干只；鼠料；三聚氰胺晶体；其它所需条件均满足（如何检测检测肾部结石不做要求，为统一评价，检测结果只以大鼠肾部结石发生率做为指标）。步骤设计：第四十八页，讲稿共五十一页哦参考答案：第一步：配制三聚氰胺溶液A、B、C（分别为低、中、高浓度），选取身体健康、发育正常、体重相当的大鼠若干，随机平均分成四组，并编号甲、乙、丙、丁，分别饲养。第二步：甲组每天饲喂普通饲料伴三聚氰胺溶液A；乙组每天饲喂普通饲料伴三聚氰胺溶液B；丙组每天饲喂普

30、通饲料伴三聚氰胺溶液C；丁组每天饲喂普通饲料伴等量纯净水，且四个组每天饲喂量相等且适量的饲料第三步：在相同且适宜的条件下饲养一段时间。实验结果预测与分析：如果四个组的大鼠肾部结石发生率相同，说明三聚氰胺不会诱导大鼠肾部结石的发生如果四个组的大鼠肾部结石的发生率依次是：丙乙甲丁，说明三聚氰胺会诱导大鼠肾部结石的发生，而且剂量越高，诱导大鼠肾部结石的发生率越高如果甲组、乙组、丙组大鼠肾部结石的发生率相近，且高于丁组，说明三聚氰胺会诱导大鼠肾部结石的发生，但跟剂量大小关系不大（其他合理的预测与分析也可）第四十九页，讲稿共五十一页哦例：将青蛙脑破坏保留脊髓，在脊柱下部打开脊椎骨，剥离出脊髓一侧的一对脊

31、神经根（包含一个脊神经根和一个腹根，见图）。分别电刺激背根与腹根均可引起蛙同侧后肢发生运动反应。已知背根含有传入神经，腹根含有传出神经，背根和腹根合并成脊神经。请根据上述提供的实验材料（实验用具自选）设计实验步骤，并预测实验结果，以分别验证背根具有传入功能，腹根具有传出功能。第五十页，讲稿共五十一页哦实验步骤1：在背根中央处剪断（或用麻醉药阻断），分别电刺激背根向中段、外周段，观察蛙后肢是否发生运动反应。预期结果：电刺激背根向中段发生蛙后肢运动反应；电刺激背根外周段不发生反应，说明背根具有传入功能。实验步骤2：在腹根中央处剪断（或用麻醉药阻断），分别电刺激腹根向中段、外周段，观察蛙后肢是否发生运动反应。预期结果：电刺激腹根向中段不发生反应，电刺激腹根外周段应发生蛙后肢运动反应，说明腹根具有传出功能。第五十一页，讲稿共五十一页哦