实验设计
实验设计(pdf 98页)
图 1-1
一个系统示意图：Input 输入; Output 输出; Controllable input factors 可控的输入参数 X1,X2,…,Xp; Uncontrollable input factors 不可控的输入参数 Z1,Z2,…,Zq。
DOE-
2
DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计
实验设计的目的可能包括: (1)确定哪些参数对响应的影响最大; (2)确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使响应达到或尽可能靠近 希望值(On target)； (3)确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使响应的分散度(或方差) 尽可能减小。 (4)确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使不可控参数（噪声参数） 对响应的影响尽可能减小。
解决这个问题,就是要找到参数 T、C 和 O 的最佳值,以使不含裂纹的弹簧 比例(响应)达到最高。这个问题的最终解决要靠实验。但是,在开始作实验以 前,最好能知道有意义的影响参数的大致数值或范围。如果存在工程方程描述 影响参数与响应之间的关系,可以用计算机模拟来确定这种数值或范围。但如 果没有这种工程方程,便无法利用计算机模拟,这时可以靠找前人总结的有关 工程经验来确定这种数值或范围。教科书、专著、论文、工程手册等文献中 便包含有很多这种工程经验。从有关的工程手册中查到,参数 T、C 和 O 应该 取如下数值:
DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计
Design of Experiments （DOE） 实验设计
DOE-
1
DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计
Design of Experiments（DOE） 实验设计
什么是实验设计？
什么是实验设计？实验设计是科学实验过程中最关键的一环。
实验设计的合理性和科学性可以直接决定实验的可靠性，进而影响到科学研究的发展进程。
下面将为大家介绍实验设计的概念、目的以及实施过程。
一、实验设计的概念实验设计是科学实验的核心，指的是设计出一个可靠的实验方案，并按照方案执行实验。
其目的是为了获得有足够信度的结果，同时排除可能对结果产生干扰的因素。
实验设计中的关键环节包括实验对象的选择、实验方案的制定、实验条件的控制以及数据收集和分析等。
一个好的实验设计要求实验方案的完善、实验条件的严格把控、数据的真实可靠。
二、实验设计的目的实验设计的主要目的是为了解决科学问题，推进科学研究进程。
一个好的实验设计可以使各种因素相互配合，真实反映研究对象的性质，减少干扰因素对实验结果的影响。
同时，实验设计的优越性还在于它具有可重复性。
只有拥有可重复性的实验结果才能被其他科学家所认同，并作为科学理论的发展点被广泛应用。
三、实验设计的实施实验设计的实施是整个科学研究过程中最关键和最复杂的环节，其步骤主要包括以下几个方面：1.确定研究对象研究对象是进行实验设计的首要步骤，其选择必须符合科学研究的目的和规范，同时要考虑实验的可操作性和实施难度。
2.总体设计方案设计出总体的实验方案，这个方案需要让各种因素能够联动起来，特别是控制因素的数量和强度。
3.确定实验过程中的各项控制要素实验设计的实施还需要确定实验过程中的各项控制要素，包括实验环境、实验设备、实验人员等。
在实验管理中，更好的控制可以更好地确保实验稳定和结果可靠性。
4.数据的收集和分析数据的收集和分析是实验设计的关键阶段，包括通过实验的方法收集数据、对数据进行处理和分析，进而得出相应的结论和结果。
5.结果的报告报告实验结果是实验设计的最后阶段，涵盖着实验过程的总结、实验结果的展示和结论的得出。
这也是实验设计的最终目的所在，因为可以将实验研究的成果向其他科学家展示，在科学领域推动相关研究的发展。
实验设计方案范例5篇
实验设计方案范例5篇通过组织“班级读书会”、美文诵读角逐、读书演讲角逐、故事会、书签制作、小小报、报刊剪辑、古诗擂台赛等各类读书活动，激发阅读兴趣，呈现读书成果。
2、主动开展小课题争论。
在全校“主题学习”试验的大框架下，各试验老师可依据个人状况和学段特点申报开展小课题争论，例如：“主题学习”课型、教学模式、小组建设、导学案设计、主题作文教学、阅读呈现汇报、语文综合性学习、单元集中识、亲子共读、师生共读等等，并将争论成果在校内推广，丰富试验争论的内涵，提升试验争论的效果。
3、认真开展试验争论。
依据试验目标的要求，深入到到理解“语文主题学习”的理念实质，努力开展语文课堂教学争论。
要转变传统的教学模式，探究符合实际的操作方法。
尝试学案导学，单元集中授课，制定科学细致的教学方案，合理支配教学课时。
建设自主互助学习型高效课堂，最大限度地调动同学学习的主动性，激发课堂活力，提高教学效率。
留意培育同学科学的阅读方法、良好的阅读习惯和深厚的阅读兴趣，全面提高同学的语文素养和综合素养。
4、留意积累试验成果。
试验老师要留意收集积累试验过程性材料，结合试验经受认真撰写试验论文、教学反思、个案报告、试验总结等，并将试验取得成果和存在问题通过学校组织的老师论坛、试验论证会、小课题相互沟通会、成果推动前进会等途径进行汇报、相互沟通、研讨。
(三)同学层面1、适应自主合作探究的学习方式。
在老师指导下组建学习小组，通过“学案”进行小组互助自学，合作探究，相互沟通呈现。
2、在老师指导下完成语文教材和《主题学习丛书》的学习，多读书、读好书，在读书中养成科学的阅读方法、良好的阅读习惯和深厚的阅读兴趣，提高自己的语文素养和综合素养。
3、主动参预班级和学校组织的各种读书活动，在活动中呈现自我，在实践中体验成功，争当“阅读之星”。
(四)家长层面1、支持孩子购买《语文主题学习丛书》和课外阅读书籍。
2、协作语文老师开展试验争论，指导孩子认真完成课文预习和课外阅读任务。
课程设计实验报告10篇
课程设计实验报告10篇（经典版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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实验设计方案(10篇)
实验设计方案（10篇）1. 实验名称：植物生长与光照关系研究实验目的：探究不同光照条件下植物生长的变化情况。
实验材料：同种植物、不同光照强度的光源、土壤、水等。
实验步骤：（1）将同种植物分成三组，每组10株。
（2）第一组植物置于自然光照下，第二组植物置于较弱的光照下，第三组植物置于较强的光照下。
（3）每天观察并记录每组植物的生长情况，包括高度、叶片数量等。
（4）实验持续一个月，实验结束后，分析各组植物的生长情况，得出结论。
2. 实验名称：不同水温对鱼类生存的影响实验目的：研究不同水温对鱼类生存的影响。
实验材料：同种鱼类、不同温度的水源、鱼缸等。
实验步骤：（1）将同种鱼类分成三组，每组10条。
（2）第一组鱼类置于正常水温的鱼缸中，第二组鱼类置于较低水温的鱼缸中，第三组鱼类置于较高水温的鱼缸中。
（3）每天观察并记录每组鱼类的生存情况，包括活动频率、食欲等。
（4）实验持续一个月，实验结束后，分析各组鱼类的生存情况，得出结论。
3. 实验名称：土壤类型对植物生长的影响实验目的：研究不同土壤类型对植物生长的影响。
实验材料：同种植物、不同类型的土壤、水等。
实验步骤：（1）将同种植物分成三组，每组10株。
（2）第一组植物种植在沙质土壤中，第二组植物种植在粘质土壤中，第三组植物种植在壤土中。
（3）每天观察并记录每组植物的生长情况，包括高度、叶片数量等。
（4）实验持续一个月，实验结束后，分析各组植物的生长情况，得出结论。
4. 实验名称：不同饲料对家禽生长的影响实验目的：研究不同饲料对家禽生长的影响。
实验材料：同种家禽、不同类型的饲料、养殖环境等。
实验步骤：（1）将同种家禽分成三组，每组10只。
（2）第一组家禽喂养普通饲料，第二组家禽喂养高蛋白饲料，第三组家禽喂养高纤维饲料。
（3）每天观察并记录每组家禽的生长情况，包括体重、羽毛颜色等。
（4）实验持续一个月，实验结束后，分析各组家禽的生长情况，得出结论。
5. 实验名称：不同肥料对植物生长的影响实验目的：研究不同肥料对植物生长的影响。
实验设计的基本方法
实验设计的基本方法
实验设计的基本方法包括确定研究目的、制定假设、选择适当的实验设计，确定实验组和对照组，进行实验前的准备工作，收集数据并进行分析和结果解释。
在确定研究目的时，需要明确研究想要解决的问题或验证的假设；制定假设是为了在实验中进行检验和验证；选择适当的实验设计是为了保证实验结果的可靠性和科学性；确定实验组和对照组是为了对比实验结果的差异性；进行实验前的准备工作包括准备实验材料、设备和人员，并进行实验步骤的训练；最后，在收集数据后进行分析和结果解释，以验证研究的假设或解决问题。
这些基本方法是科学实验设计的重要步骤，能够帮助研究者合理安排实验过程，获得准确可靠的实验结果。
什么是实验设计
PPM
试验设计是一种研究与处理多因素试验的科学方法
6西格玛方法是研究作用因素（XS）与CTQ（Y）关键 质量之间的关系的方法论。 输入(XS) 制造 过程 制造过程 输入(XS) 设计 过程 设计过程
输出 (y)
输出 (y)
PPM
试验设计方法允许在同一试验中包含多个变量
传统的试验分析方法是多次单因素试验将影响输出的 众多输入变量在同一时间只允许有一个变量变化，其 它相对固定，如下图所示：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
PPM
试验设计在6 试验设计在6西格玛系统中的应用
测量 鉴定 6西格玛 突破策略 优化 控制 从上图可以看出，6西格玛方法认为在工作成果中，最 易得到的是凭直觉判断取得的，最甜的成果是流程设 计，树的较低处的果实是一般QC工具，而中间的大量 果实均是通过6西格玛改善取得。 分析 改善 试验设计用以对大量的输入 变量进行筛选 用以确定关键的少数输入变量 并确定其对输出变量的影响
PPM
另一个主要6σ工具 另一个主要6σ工具 试验设计（DOE） 试验设计（DOE）
PPM
试验设计(DOE) 试验设计(DOE)
消除自变量对响应变量的影响。 消除自变量对响应变量的影响。
X Y
过程
• 术语 - 因子 – 一个独立变量（自变量） 一个独立变量（自变量） - 水平 – 因子的一个值 - 响应 – 输出结果
PPM
试验设计的用途
通过试验我们可以达成以下目标 1、确定、验证和优化制造过程的主要影响变量及其影响。 2、创造对物料和部品变化不敏感的制造过程。 3、设计对使用环境不敏感（即受环境的影响小）的产品。 4、降低总的设计周期。 5、减少ECN（设计变更通知书）数量。 6、改进与CTQ有关的产品品质、成本和性能指标。 7、提高新设计产品的工艺性。 8、为制造过程列出问题及解决方案。 9、减少对产品的检查和测试。
实验设计方案范文5篇
实验设计方案范文5篇实验设计方案1药品：半枝莲、95%乙醇、盐酸小檗碱对照品、蒸馏水、盐酸溶液、氢氧化钠溶液、碘-碘化钾试剂仪器：722型紫外分光光度计、电子分析天平、电热恒温水浴锅、数据超声波清洗器、微型植物粉碎机、PH计、加热板、循环水式多用真空泵实验方法：超生波提取法、半仿生法、正交实验、生物碱的鉴定方法实验步骤：一、药品、仪器的准备二、对照品溶液的制备、波长的测定、标准曲线的制作、推算出回归方程三、样液的制备四、用半仿生法提取半枝莲中生物碱1、单因素实验(1)温度对提取效果的影响(2)酸度对提取效果的影响(3)碱度对提取效果的影响(4)料液比对提取效果的影响2、因素、水平的确定及进行正交实验设计：由单因素温度、酸度、碱度和料液比作为正交试验的四个水平进行正交实验以确定半仿生法中最优的提取条件五、超声波辅助半仿生法提取半枝莲生物碱：在上述半仿生法得到的最优提取条件下进行超声波提取1、单因素实验(1)温度对提取效果的影响(2)提取次数对提取效果的影响(3)酒精浓度对提取效果的影响2、因素、水平的确定及进行正交实验设计：由单因素温度、提取次数、酒精浓度作为正交试验的三个水平进行正交实验以确定在超声波辅助半仿生法提取中的最优条件六、在超声波辅助半仿生法提取的最优条件下提取半枝莲中生物碱七、利用紫外分光光度计测定上述提取到的生物碱的吸光度，与标准曲线进行比较，计算出生物碱的量及产率。
八、生物碱的鉴定：生物碱沉淀反应1、碘化铋钾试剂反应取渗漉液1ml，加碘化铋钾试剂1滴～2滴，生成棕色至棕红色者为阳性反应在。
2、碘-碘化钾试剂反应取渗漉液1ml，加碘-碘化钾试剂1滴～2滴，生成棕黄色沉淀者为阳性反应。
3、硅钨酸试剂反应取渗漉液1ml，加硅钨酸试剂数滴，生成淡黄色沉淀者为阳性反应。
实验设计方案2一、【实验题目】：印刷条件对预涂膜覆膜质量影响探究二、【实验设计思路】：影响覆膜质量因素主要分为两类，即覆膜工艺的影响和印刷条件的影响。
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第十三章实验设计一、教学大纲要求（一）掌握内容1. 实验设计的基本原则随机化原则、对照的原则（对照的类型,对照的设置）、重复的原则。
2. 实验设计的基本内容和步骤3. 常用的实验设计方法（1）随机化分组方法；（2）完全随机分组设计；（3）配对设计；（4）配伍组设计及随机分组方法。
4．确定样本含量确定样本含量应当具备的条件：α、1-β、δ、σ 。
(二) 熟悉内容1. 常用的估计样本含量的计算方法及估计该试验的检验效能的方法。
（1）两样本均数比较。
（2）配对试验。
（3）样本均数与总体均数的比较。
（4）两样本率的比较。
（5）配对资料进行卡方检验时的样本含量估计。
（6）抽样调查估计总体均数的样本含量。
（7）抽样调查估计总体率的样本含量。
2. 一致性检验：Kappa值的意义及计算。
（三）了解内容1 实验设计的特点和分类。
2.临床设计书的主要内容。
3.Kappa值的抽样误差和假设检验。
二、教学内容精要（一）实验设计的特点和分类实验研究(experimental study)是指研究者根据研究目的（或研究假设），主动加以干预措施，并观察总结其结果，回答假设研究所提出的问题的一种研究方法。
实验研究可根据研究对象的不同分为两类：以动物或标本为研究对象的实验研究（experiment）和以人为研究对象的临床试验（clinical trial）。
（二）实验设计的基本原则1.随机化原则总体中的每一个观察单位都有同等的机会被选入实验组和对照组或进入样本，保证了非处理因素在各组间均衡一致而使样本具有代表性。
2.对照原则正确的设立对照可可控制实验过程中非实验因素的影响和偏倚，从而使处理因素的效应充分的显露出来。
设立对照组的常见方法有：空白对照、安慰剂（placebo）对照、实验对照、标准对照及自身对照。
3.重复的原则保证每一个处理都有足够的重复数（样本量），避免把偶然性或巧合的现象当作必然的规律性现象，并能正确的估计实验误差。
（三）实验设计的基本内容和步骤1.建立研究假设在选题时应当考虑题目的科学性、新颖性、可行性以及所选课题是否是当前社会需要解决的主要问题。
根据研究目的确定本研究需要解决的主要问题（primary question）及相应的辅助问题（secondary question）。
2.明确研究范围审慎考虑规定适当的纳入标准（inclusion criteria）和排除标准（exclusion criteria），选择适宜本次实验的受试对象。
3.确立处理因素分清处理因素和非处理因素，并注意处理因素的标准化。
4.明确观察指标选用客观性较强，易于量化，灵敏性和特异性均较高的指标。
5.控制误差和偏倚采取各种有效措施控制误差（error）和偏倚（bias），使处理措施的效果能够真正的体现出来，是实验设计的重要任务之一。
（1）误差：泛指实测值与真值之差。
随机误差：随机误差（random error）它是一类不恒定的、随机、变化的误差，是不可避免的，但随机误差服从正态分布，可以用医学统计学的方法进行分析和推断。
系统误差：系统误差（systematic error）是指实验过程中产生的一些误差，它们的值是恒定不变或者是遵循着一定的规律变化。
这两种误差都是人为因素产生的，可控制的。
（2）偏倚：属于系统误差，它是指在实验中由于某些非实验因素的干扰所形成的，歪曲了处理因素的真实效应。
选择性偏倚：选择性偏倚（selection bias）是由于纳入观察对象的方法不正确而产生的偏倚。
它产生于实验研究的开始阶段，即研究对象的选择时产生。
测量性偏倚：测量性偏倚（measurement bias）是在实验过程中对研究对象进行观察或测量而造成的偏倚。
它产生于实验进行的过程中。
在实验研究中，特别是在社区实验研究中，产生测量性偏倚的常见因素有：沾染（contamination）、干扰（intervention）、依从（compliance）和非依从（noncompliance）、失访（lost of follow-up）、检查和诊断结果的不一致（disagreement）、观察记录的失误、心理因素的干扰。
防止测量性偏倚的主要方法：盲法（blind method）、签订实验合同、检查实验对象的依从情况、注意医德、注意医德、定期检查研究记录、对每一种实验方法、诊断标准，重复判断的一致性应在实验前作出估计。
混杂性偏倚：混杂性偏倚（confounding bias ）由于某些非实验因素与实验因素同时并存的作用影响到观察的结果，造成混杂性偏倚。
它产生于总结分析阶段。
可通过对资料进行分层分析或采取配比法控制混杂性偏倚。
（四）常用的实验设计方法1. 随机对照试验随机对照实验（randomized control trial ）由于采取了随机化的分配原则，增强了各比较组间的可比性，避免了某些非实验因素的干扰，使实验因素能充分的显露出来，由于随机化，满足了统计学假设检验的要求，使检验结果更能反映它们之间存在的真实差异；设立对照组，更好的控制非实验因素对实验因素的影响，有效的控制了偏倚和误差，有利于反映所比较组间所存在的真实差异。
随机双盲对照实验，是目前国际上认为值得提倡的实验设计方案，特别适用于临床治疗效果、疾病的预后和诊断实验的研究。
2. 配对设计配对设计（paired design ）可增强处理组间的均衡性，提高实验效率。
3. 配伍组设计又称随机单位区组设计（randomized block design ）是配对设计的扩大（处理数大于2）。
（五）确定样本含量1.确定样本含量的意义确定适当的样本含量，可节约资源，并防止因为样本含量过少引起的检验效能偏低，出现了非真实的阴性结果，这是当前医学研究中值得注意的问题。
2.确定样本含量时应当具备的条件建立检验假设；确立检验水准α；提出在特定检验水准的条件下，所期望的检验效能1-β；总体参数间的差值δ；估计的总体标准差σ及估计的总体率π。
3.确定样本含量的用途保证科研设计有适当的样本含量，而且可考察当前的样本含量是否能够保证足够大的检验效能。
4.常用的估计样本含量的方法（1）两样本均数比较()22⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=δσβαu u N （13-1） 注意：上式中N 为两组合计的样本含量，α有单双侧之分，β只取单侧。
αβσδu N u -=2 （13-2） 上式是已知样本含量时（试验结束后），估计其检验效能是否足够大。
方法是根据βu 查正态分布表得β，得到检验效能1-β。
（2）配对试验()2⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=δσβαd u u N （13-3） N 为观察的对子数。
估计检验效能：αβσδu Nu d -= （13-4）（3）样本均数与总体均数的比较 ()2⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=δσβαu u N （13-5） αβσδu Nu -= （13-6）（4）两样本率比较，当例数相等时()()2212)14ππππβα--+=c c u u N （ （13-7） ()αβππππu N u c c ---=1221 （13-8）式中1π、2π分别代表两组的总体率，c π代表两组的合并率。
N 为两组合计之样本含量。
（5）配对分类资料多用2χ检验进行处理的资料的样本含量估计⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+=-++--++-ππππππβαc c u u N 22 （13-9） b a b +=-+π c a c +=+-π 2+--++=πππc cc u N u ππππππαβ-++--++---=22 （13-10） （6）抽样调查估计总体均数的样本含量2⎪⎭⎫ ⎝⎛=δσαu N （13-11） （7）抽样调查估计总体率的样本含量()221δππα-=u N （13-12）5.一致性检验Kappa 值是判断一致性和信度评价的常用的重要指标。
ee A P P P Kappa --=1 （13-13） Kappa 值愈大，一致程度愈好，一般来说，Kappa 值≥0.75，说明已取得相当满意的一致程度，若小于0.4，说明一致程度不够理想。
三、典型试题分析（一）名词解释实验效应。
答：实验效应（experimental effect ）主要指处理因素作用于实验对象的反应，这种效应将通过实验中观察指标显示出来。
（二）填空题实验研究与调查研究的区别在于 。
答：前者主动施加干预措施而后者不。
[评析]实验研究是指研究者根据研究目的，主动加以干预措施，并观察总结其结果，回答研究假设所提出的问题。
而调查研究旨在客观的描述总体，未加任何干预措施。
（三） 是非题1. 实验效应选择特异性高的指标可减少假阳性率（ ）。
答：正确。
[ 评析] 实验效应选择特异性高的指标减少假阳性率，而敏感度高的指标减少假阴性率。
2. 随机对照实验中所谓随机化就由受试对象随便选择进入实验组或对照组（ ）。
答：错。
[评析] 随机不等于随便，所谓随机是指总体中的每一个观察单位都有同等的机会被选入样本或进入实验研究的各处理组中。
（四） 简答题在选取实验效应时应考虑那几方面的问题？答：应考虑选用客观性较强，易于量化，灵敏度高精确性较强的指标。
（五） 计算题1. 为考虑某疫苗的疗效，拟进行一场实验，该传染病的发病率一般为10%，接种组降低发病率5%以上才有推广价值，问两组各需多少人？（0.05,α=检验效能90%）。
答：由原题可知接种疫苗后只会降低发病率，α=0.05（单侧）,0.05 1.64u =， β=0.10, 10.0u =1.28，1π =0.1，05.02=π，δ =0.05，c π=0.075代公式：212()4(1)(1.64 1.28)40.0750.925946()0.05c c u u N αβππππ+⨯-+⨯⨯⨯===-人 两组共需946，即每组473人。
2. 新生儿的出生体重其均数为3200g ，标准差为467g 。
欲研究妇女在怀孕期间服用某药物是否会影响新生儿体重，假设服用该药后出生的新生儿将比一般的新生儿平均增重220g ，假设单侧检验，α=0.05。
问：（1） 如果取1-β=0.08，两组样本含量相等时需要多大的样本含量才能发现其差异？（2） 如果1-β为0.90，取两组相等时，需要多大的样本含量？（3） 如果每组各有120人进入研究，仍采用单侧检验α=0.05，检验效能为多大？答：（1）代入公式 ()22N αβμμσδ⎡⎤+=⎢⎥⎢⎥⎣⎦=()221.640.84467220+⎡⎤⎢⎥⎣⎦=111 两组样本含量相等时，需要112例样本才能发现其差异。
（2）代入公式 ()22N αβμμσδ⎡⎤+=⎢⎥⎢⎥⎣⎦=()221.64 1.28467220+⎡⎤⎢⎥⎣⎦=154 取两组相等时，需要154例样本。
（3）代入公式 00.264.146722402202=-⨯=-=αβσδu N u 解得：βμ=2.00，查表得：β=0.02，power =1-0.02=0.98。