设计性实验方案

《遗传学-细胞生物学综合设计性实验》第二部分：

《设计性实验方案》

一、教学目的

训练学生查阅文献，灵活运用所学知识和技能设计实验，完成实验，以培养学生发现问题、分析问题和解决某一问题的能力，培养学生的创新意识和创新能力。

二、实施步骤

（一）选题

实验以4人一组，教师介绍实验室所具备的实验条件，明确选题的范围并指导学生查阅文献，学生灵活运用所学知识和技能自行选题并设计实验。

选题范围：取材——生物材料；目的——遗传改造；方法——不限。

（二）设计及撰写实验方案

查阅文献后，以4人小组为单位讨论并制定出完整的实验方案，除实验题目外，还包括以下内容：

1 实验目的

2 基本原理

3 仪器和材料

3.1仪器设备（名称与数量）

3.2材料（名称与数量）

3.3试剂（名称与数量）

4 实验方法

4.1 操作步骤（实验测试手段要建立在自身的认知水平及实验室现有条件基础上）

4.2 流程图（或技术路线，关键步骤标注主要实验方法名称）

5 预期结果和创新点

6 主要参考文献

完整的实验方案交由教师评阅后，根据评阅意见再修改、完善。

（三）实施实验

1．择优实施，以第二课堂学生科技创新实验形式进行，时间另定。

2. 入选实验方案的小组根据实验设计，进行实验准备工作，包括试剂的配制、实验器具和实验材料的准备。

3．按实验设计方案的方法步骤，完成实验的全过程，并做详细的实验记录。

附录：

实验设计的意义、三要素和六原则

（一）实验设计的意义

实验设计是科学研究计划内关于研究方法与步骤的一项内容。在科研工作中，在制订研究计划时，都应根据实验的目的和条件，结合统计学的要求，针对实验的全过程，认真考虑实验设计问题。一个周密而完善的实验设计，能合理地安排各种实验因素，严格地控制实验误差，从而用较少的人力、物力和时间，最大限度地获得丰富而可靠的资料。反之，如果实验设计存在着缺点，就可能造成不应有的浪费，且足以减损研究结果的价值。总之，实验设计是实验过程的依据，是实验数据处理的前提，也是提高科研成果质量的一个重要保证。

一般来说，完善的设计方案需具备以下几个条件：实验所需的人力、物力和时间资源；实验设计的“三要素”和“六原则”均符合专业和统计学要求，对实验数据的收集、整理、分析等有一套规范的规定和正确的方法。而其中准确把握统计研究设计的“三要素和六原则”，是科学实验设计的核心。

（二）实验设计的“三要素”

1. 实验对象：实验所用的材料即为实验对象。如用小鼠做实验，小鼠就是本次实验的实验对象，或称为受试对象。实验对象选择的合适与否直接关系到实验实施的难度，以及别人对实验新颖性和创新性的评价。一个完整的实验设计中所需实验材料的总数称为样本含量。最好根据特定的设计类型估计出较合适的样本含量。样本过大或过小都有弊端。

2. 实验因素，又称为被试因素：所有影响实验结果的条件都称为影响因素，实验研究的目的不同，对实验的要求也不同。影响因素有客观与主观，主要与次要因素之分。研究者希望通过研究设计进行有计划的安排，从而能够科学地考察其作用大小的因素称为实验因素（如药物的种类、剂量、浓度、作用时间等）；对评价实验因素作用大小有一定干扰性且研究者并不想考察的因素称为区组因素或称重要的非实验因素（如动物的窝别、体重等）；其他未加控制的许多因素的综合作用统称为实验误差。最好通过一些预实验，初步筛选实验因素并确定取哪些水平较合适，以免实验设计过于复杂，实验难以完成。

3. 实验效应：实验因素取不同水平时在实验单位上所产生的反应称为实验效应。实验效应是反映实验因素作用强弱的标志，它必须通过具体的指标来体现。要结合专业知识，尽可能多地选用客观性强的指标，在仪器和试剂允许的条件下，应尽可能多选用特异性强、灵

敏度高、准确可靠的客观指标。对一些半客观（比如读pH试纸上的数值）或主观指标（对一些定性指标的判断上），一定要事先规定读取数值的严格标准，只有这样才能准确地分析自己的实验结果，从而也大大提高了自己实验结果的可信度。

（三）实验设计的“六原则”

1. 随机原则：即运用“随机数字表”实现随机化；运用“随机排列表”实现随机化；运用计算机产生“伪随机数”实现随机化。尽量运用统计学知识来设计自己的实验，减少外在因素和人为因素的干扰。

2. 对照原则，包括空白对照和阳性对照：空白对照组的设立——只有通过对照的设立我们才能清楚地看出实验因素在当中所起的作用。当某些处理本身夹杂着重要的非处理因素时，还需设立仅含该非处理因素的实验组为实验对照组；历史或中外对照组的设立一一这种对照形式应慎用，其对比的结果仅供参考，不能作为推理的依据；多种对照形式同时并存。

3. 重复原则，包括两层含义，即重现性和重复数：所谓重复原则，就是在相同实验条件下必须做多次独立重复实验。一般认为重复一定次数以上的实验才具有较高的可信度。

4. 均衡原则：一个实验设计方案的均衡性好坏，关系到实验研究的成败。应充分发挥具有各种知识结构和背景的人的作用，群策群力，方可有效地提高实验设计方案的均衡性。在实验设计的过程中要注意时间上的分配，只有在时间上分配好了，才不会出现一段时间特别忙而一段时间特别闲的情况。

5. 弹性原则：所谓空格，指的是在时间分配图上留有空缺。适当的空缺是非常必要的，只有这样才能富有弹性的实施实验计划，并不断地调整好自己的实验进度。

6. 经济原则：不论什么实验，都有它的最优选择方案，这包括在资金的使用上，也包括人力时间的损耗上，必要时可以预测一下自己实验的产出和投入的比值，这个比值越大越好，当然是以你所拥有的实验条件作基础的