第一篇：實驗設計與數(shù)據(jù)處理心得

實驗設計與數(shù)據(jù)處理心得體會

剛開始選這門課的時候，我覺得這門課應該是很難懂的課程，首先我們做過不少的實驗了，當然任何自然科學都離不開實驗，大多數(shù)學科（化工、化學、輕工、材料、環(huán)境、醫(yī)藥等）中的概念、原理和規(guī)律大多由實驗推導和論證的，但我覺得每次到處理數(shù)據(jù)的時候都很困難，所以我覺得這是門難懂的課程，卻也是很有必要去學的一門課程，它對于我們工科生來說也是很有用途的，在以后我們實驗的數(shù)據(jù)處理上有很重要的意義。

如何科學的設計實驗，對實驗所觀測的數(shù)據(jù)進行分析和處理，獲得研究觀測對象的變化規(guī)律，是每個需要進行實驗的人員需要解決的問題。“實驗設計與數(shù)據(jù)處理”課程就是是以概率論數(shù)理統(tǒng)計、專業(yè)技術(shù)知識和實踐經(jīng)驗為基礎，經(jīng)濟、科學地安排試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進行計算分析，最終達到減少試驗次數(shù)、縮短試驗周期、迅速找到優(yōu)化方案的一種科學計算方法。它主要應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究過程中的科學試驗，是產(chǎn)品設計、質(zhì)量管理和科學研究的重要工具和方法，也是一門關(guān)于科學實驗中實驗前的實驗設計的理論、知識、方法、技能，以及實驗后獲得了實驗結(jié)果，對實驗數(shù)據(jù)進行科學處理的理論、知識、方法與技能的課程。

通過本課程的學習，我掌握了試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基本原理，并能針對實際問題正確地運用，為將來從事專業(yè)科學的研究打下基礎。這門課的安排很合理,由簡單到復雜、由淺入深的思維發(fā)展規(guī)律，先講單因素試驗、雙因素試驗、正交試驗、均勻試驗設計等常用試驗設計方法及其常規(guī)數(shù)據(jù)處理方法、再講誤差理論、方差分析、回歸分析等數(shù)據(jù)處理的理論知識，最后將得出的方差分析、回歸分析等結(jié)論和處理方法直接應用到試驗設計方法。

比如我對誤差理論與誤差分析的學習：在實驗中，每次針對實驗數(shù)據(jù)總會有誤差分析，誤差是進行實驗設計和數(shù)據(jù)評價最關(guān)鍵的一個概念，是測量結(jié)果與真值的接近程度。任何物理量不可能測量的絕對準確，必然存在著測定誤差。通過學習，我知道誤差分為過失誤差，系統(tǒng)誤差與隨機誤差，并理解了他們的定義。另外還有對準確度與精密度的學習，了解了他們之間的關(guān)系以及提高準確度的方法等。對誤差的學習更有意義的應該是如何消除誤差，首先消除系統(tǒng)誤差，可以通過對照試驗，空白試驗，校準儀器以及對分析結(jié)果的校正等方法來消除；其次要減小隨機誤差，就是要在消除系統(tǒng)誤差的前提下，增加平行測定次數(shù)，可以提高平均值的精密度。

比如我對方差分析的理解:方差分析是實驗設計中的重要分析方法，應用非常廣泛，它是將不同因素、不同水平組合下試驗數(shù)據(jù)作為不同總體的樣本數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計分析，找出對實驗指標影響大的因素及其影響程度。對于單因素實驗的方差分析，主要步驟如下：建立線性統(tǒng)計模型，提出需要檢驗的假設；總離差平方和的分析與計算；統(tǒng)計分析，列出方差分析表。對于雙因素實驗的方差分析，分為兩種，一種是無交互作用的方差分析，另一種是有交互作用的方差分析，對于這兩種類型分別有各自的設計方法，但是總體步驟都和單因素實驗的方差分析一樣。除了以上一些實驗設計與數(shù)據(jù)處理方法外，學習這門課程最大的收獲就是對chemdraw及origin兩個軟件的學習。計算機軟件的應用是計算機學科在化學領(lǐng)域中的最主要的應用之一，它不僅解決了化學計算中的復雜問題，而且利用虛擬的程序把化學世界的微觀結(jié)構(gòu)、光譜形態(tài)等形象地展現(xiàn)出來，以致把化學學科的教育和科研的革命推向一個嶄新的階段。Chemdraw軟件。

ChemDraw是為輔助專業(yè)學科工作者及相關(guān)科技人員的交流活動和研究開發(fā)工作而設計的。它給出了直觀的圖形界面，開創(chuàng)了大量的變化功能，只要稍加實踐，便會很容易地繪制出高質(zhì)量的化學結(jié)構(gòu)圖形。因而，可為化學界出版物、手稿、報告、CAI軟件、涉及化學結(jié)構(gòu)圖形的軟件的編寫制作等提供高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)圖形、3D轉(zhuǎn)換、基本的分子模型及化學數(shù)據(jù)管理功能等。ChemDraw為此已成為世界上最流行、最受歡迎和最有應用價值的化學繪圖軟件。

這個軟件對于我們化工專業(yè)的學生來說是很有用途的。我們會經(jīng)常寫一些化學反應式或反應機理，但每次在Word文檔中都無法輸入正常的分子式或根本無渠道來表達反應式。但通過對Chemdraw軟件的學習，顯然給我們帶來了極大的方便.它給出了直觀的圖形界面，用起來方便，也很容易學習，不需要我們再去一條線一條線的來畫，而是可以直接用鼠標點一下就可以插入，像苯環(huán)及其衍生物，而且很多反應式可以極其形象的表達出來，給我們的學習帶來極大的方便。Origin軟件 Origin為OriginLab公司出品的較流行的專業(yè)函數(shù)繪圖軟件，是公認的簡單易學、操作靈活、功能強大的軟件，既可以滿足一般用戶的制圖需要，也可以滿足高級用戶數(shù)據(jù)分析、函數(shù)擬合的需要。而使用Origin就像使用Excel和Word那樣簡單，只需點擊鼠標，選擇菜單命令就可以完成大部分工作，獲得滿意的結(jié)果。像Excel和Word一樣，Origin是個多文檔界面應用程序。它將所有工作都保存在Project(*.OPJ)文件中。該文件可以包含多個子窗口，如Worksheet，Graph，Matrix，Excel等。各子窗口之間是相互關(guān)聯(lián)的，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時更新。子窗口可以隨Project文件一起存盤，也可以單獨存盤，以便其他程序調(diào)用。

Origin的數(shù)據(jù)分析主要包括統(tǒng)計、信號處理、圖像處理、峰值分析和曲線擬合等各種完善的數(shù)學分析功能。準備好數(shù)據(jù)后，進行數(shù)據(jù)分析時，只需選擇所要分析的數(shù)據(jù)，然后再選擇相應的菜單命令即可。Origin的繪圖是基于模板的，Origin本身提供了幾十種二維和三維繪圖模板而且允許用戶自己定制模板。繪圖時,只要選擇所需要的模板就行。用戶可以自定義數(shù)學函數(shù)、圖形樣式和繪圖模板；可以和各種數(shù)據(jù)庫軟件、辦公軟件、圖像處理軟件等方便的連接。Origin可以導入包括ASCII、Excel、pClamp在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)。另外，它可以把Origin圖形輸出到多種格式的圖像文件，譬如JPEG、GIF、EPS、TIFF等等。Origin里面也支持編程，以方便拓展Origin的功能和執(zhí)行批處理任務。Origin里面有兩種編程語言—LabTalk和Origin C。在Origin的原有基礎上，用戶可以通過編寫X-Function來建立自己需要的特殊工具。

Origin軟件也是非常實用的一個軟件，在數(shù)據(jù)處理方面帶給我們極大方便。在平時的實驗中，往往都需要將測得的數(shù)據(jù)用圖表表示出來，以便觀察規(guī)律，但由于原理可能較復雜，圖表表達起來很困難，而且就算畫得出來，也是有很大的誤差，往往也會給實驗結(jié)果帶來偏差。學習了這個軟件之后，感覺實驗數(shù)據(jù)的處理問題不再那么難以解決了，這個軟件最突出的特點就是它的操作靈活與功能強大，只需要我們將數(shù)據(jù)輸入，就可以看到形象的圖示，而且點圖，線圖，或者點線連接都能顯示出來，更方便的是，只需要點一下鼠標，不需要我們再去算，就可以通過擬合將圖形的方程及參數(shù)寫出來。這些對于我們以后的實驗是有非常重要的意義的。

總之，這門課帶給了我意想不到的收獲，為我以后的學習帶來了極大的方便與樂趣。對于實驗設計與數(shù)據(jù)處理方法，我們在以后的實驗中要不斷去實踐與體會，而對于Chemdraw及Origin兩個軟件的學習，雖然我們只有三個小時的上機時間，卻讓我深刻體會到了它們的實用性，在以后也會將這兩個軟件好好學習一番。以上就是我對《實驗設計與數(shù)據(jù)處理》這門課程的一點體會，很感謝老師給我們帶來這么多有用的知識，在以后的學習生活中我也會牢記這些知識，不斷的實踐。

第二篇：實驗設計與數(shù)據(jù)處理課程的教學改革探討（共）

實驗設計與數(shù)據(jù)處理課程的教學改革探討

摘要：針對《實驗設計與數(shù)據(jù)處理》課程的現(xiàn)狀與存在問題進行了分析，從教學實施過程中的教學內(nèi)容、教學思想、教學方法及實踐性環(huán)節(jié)這幾個方面進行了教學探討。關(guān)鍵詞：實驗設計與數(shù)據(jù)處理；教學方法；教學改革

《實驗設計與數(shù)據(jù)處理》旨在培養(yǎng)學生合理設計實驗，并對實驗數(shù)據(jù)進行科學分析和處理的技能，最終達到提高學生分析問題和解決問題的能力（如確定最優(yōu)工藝條件或配方）的目的。本課程具有理論性強、涉及面廣、實踐性要求高等特點，它以概率理論、數(shù)理統(tǒng)計、專業(yè)技術(shù)知識和實踐經(jīng)驗為基礎，不僅要求培養(yǎng)學生的理論思維方式，更注重培養(yǎng)學生認識

[1-3]與解決工業(yè)實際問題的能力，是一門理論性與應用性并重的課程。教師如何講好《實驗設計與數(shù)據(jù)處理》課程、學生怎樣高效的學以致用，探討這一問題有助于對學生科學素質(zhì)的培養(yǎng)，因此是非常值得研究的問題。

筆者結(jié)合本校實際教學情況，改革傳統(tǒng)教學觀念，強調(diào)以“學生”為中心，引導學生掌握本課程的基本原理和應用方法，學會學習，提高理論聯(lián)系實際的能力；力爭通過教學方法和教學手段的改革，把本校《實驗設計與數(shù)據(jù)處理》課程的教學工作開展好，培養(yǎng)能解決實際問題的應用型人才。

一、合理組織教學內(nèi)容，整體優(yōu)化內(nèi)容體系

《實驗設計與數(shù)據(jù)處理》課程只有24學時。本課程涉及的計算公式較多、課程比較抽象，需要用微積分、統(tǒng)計學等數(shù)學知識來計算，計算過程比較復雜，在如此有限的時間內(nèi)，要教學好這門課程。為了降低學習難度，突出學習內(nèi)容的實用性，需要對教學內(nèi)容進行精心設置。

本課程的教學內(nèi)容主要分為兩大部分，一是實驗設計，二是數(shù)據(jù)處理。其中實驗設計方法主要包括優(yōu)選法、正交實驗設計、均勻設計、配方設計等；數(shù)據(jù)處理方法主要包括誤差分析、表圖表示方法、方差分析、回歸分析等。在課程的結(jié)構(gòu)層次上，我們需要理清不同內(nèi)容間的區(qū)別和聯(lián)系，使學生能夠全面把握課程的整體構(gòu)架，正確理解本課程的基本概念，能夠靈活應用基本原理解決實際問題，做到原理和應用相互呼應，使學生對公式的學習不覺得枯燥，在應用時又有據(jù)可依。

我校化學工程與工藝、能源化學工程和環(huán)境工程專業(yè)使用的教材是化學工業(yè)出版社李云

[4]雁主編的《試驗設計與數(shù)據(jù)處理》，該書涵蓋了我們要選擇的內(nèi)容，難度適宜，實用性強，每一章內(nèi)容都用一定的篇幅介紹常用的數(shù)據(jù)處理工具excel的應用。如對雙因素重復試驗進行方差分析時，需要計算出平均值、離差、平方和、自由度、均方、F值，然后查F分布表，進行比較，得出結(jié)論，如果采用計算器計算，由于誤差傳遞性導致結(jié)果準確度較低，并且計算量大。而采用Excel中分析工具庫的“方差分析：可重復雙因素分析”，只需輸入數(shù)據(jù)，選擇所需要的選項，即可立刻得到方差分析表，速度快且準確。

在學習實驗設計方法中，掌握各個方法的使用范圍，更能快速的采用合適方法來安排實驗方案，確定最優(yōu)方案。如，優(yōu)選法適用于實驗指標與因素間不能用數(shù)學形式表達或者表達式很復雜；正交實驗設計適用于多因素的實驗，因素的水平數(shù)較少時；均勻設計適用于實驗因素變化范圍較大嗎，需要取較多水平時；配方實驗設計適用于因素是配比（百分比、百分率等），因素一般是不獨立的。

在數(shù)據(jù)處理過程中，涉及大量的數(shù)學理論公式和原理推導等，學生難以在有限的學時內(nèi)充分理解，掌握其全部內(nèi)容，更難以將所學的理論知識運用于分析實際問題。因此，不必對教材內(nèi)容面面俱到地講授，重點講解分析步驟和公式的應用，并結(jié)合化工、環(huán)工等各專業(yè)的特點多講解例題，強調(diào)數(shù)據(jù)處理方法在實際生產(chǎn)中的應用，激發(fā)學生的學習興趣，加深他們對數(shù)學處理方法的理解。

二、調(diào)整教學思想，豐富教學手段，貫徹“以應用為主要目的”的教學思路

學以致用，教學如果脫離了應用，也就脫離了其發(fā)展土壤。實踐教學發(fā)現(xiàn)，學習原理公式太多，用處不大，雖然依照實例能夠解決某些問題，但是在靈活應用原理解決實際問題方面不夠理想，主要原因是教材的理論知識與實際應用脫節(jié)。為了將學科的前沿知識和最新的科研成果融入到課堂教學中，教師應該在圖書館或網(wǎng)上廣泛搜集相關(guān)資料，以文獻的形式穿插到教學體系。以經(jīng)典的方差分析、回歸分析、正交實驗設計、均勻設計為基礎，逐漸增加一些相關(guān)科研論文的講解。例如，2017年第4期《安陽工學院學報》期刊“方差分析在汽車主觀評價中的應用”、2016年第9期《廣西植物》期刊“油棕鮮果穗產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性和回歸分析”、2017年第5期《中國現(xiàn)代中藥》期刊“正交試驗設計篩選黃連總生物堿的提取純化工藝研究”、2017年第17期《食品研究與開發(fā)》期刊“均勻設計法優(yōu)化超臨界CO2萃取丁香精油工藝研究”。

三、改進教學方法，培養(yǎng)學生學習主動性

《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》中明確指出：教育現(xiàn)代化，具體包括教育觀念現(xiàn)代化、教育內(nèi)容現(xiàn)代化、教育裝備現(xiàn)代化、師資隊伍現(xiàn)代化等。因此，在授課過程中，教學方法的現(xiàn)代化非常重要。在教學中，應始終以學生為本，無論是在課堂教授中，還是在課件制作中，時刻要考慮學生的感受，是否能接受，是否聽得懂。制作的課件一定要生動活潑、易于理解；并注意信息輸出速率與思維速度匹配問題。充分運用多媒體教學的優(yōu)勢，輔以傳統(tǒng)板書教學的嚴謹和條理。板書和多媒體誰優(yōu)誰劣仍然存在爭論，但學習效率和激發(fā)了多少腦部興奮區(qū)域有關(guān)，手、眼、口、耳都參加的活動肯定比坐著光用眼睛看的學習更有效率，更加印象深刻。多媒體包括了彩色文字、圖片、動漫、視頻等現(xiàn)代表現(xiàn)手段，能充分調(diào)動同學們的好奇心和求知欲。故在教學過程中，充分運用多媒體信息量大、方式多樣、圖文并茂的特點使同學們對此有更直觀的認識；同時，輔以必要的板書，尤其在重要的公式推

[5]導過程中使用板書，取得較好的教學效果。

啟發(fā)式教學對于激發(fā)學生的學習興趣和提高教學質(zhì)量往往能達到事半功倍的效果。在講授基本概念時，可以先提出解決問題的客觀需要，再講解概念的準確定義，并結(jié)合實例或例題加以說明。這樣的教學方式可以在提高學生學習興趣的同時，加深他們對基本概念的理解。比如，在學習回歸正交實驗設計時，向?qū)W生提出“如果要在某因素的實驗范圍內(nèi)選擇適當?shù)膶嶒烖c，該如何確定最優(yōu)方案？”這樣的問題，引出回歸正交實驗設計。前面學習的正交設計的優(yōu)方案只能限制在已定的水平上，而不是一定實驗范圍內(nèi)的最優(yōu)方案。回歸正交實驗設計可以在因素的實驗范圍內(nèi)選擇適當?shù)膶嶒烖c，用較少的實驗建立回歸方程，能解決實驗優(yōu)化問題。

為達到更好的教學效果，每二到三節(jié)課，利用數(shù)分鐘至十分鐘都布置一道課堂練習題，并且在下次課時對上次布置的練習題作講解。這些練習與課后布置的習題起到相輔相成的作用，進一步加深了對所學知識的掌握。同時，習題課采用討論式，讓學生自由上臺發(fā)表意見，調(diào)動學習主動性，發(fā)揮學生的積極性，活躍課堂氣氛。學生之間充分討論后再由教師進行總結(jié)歸納，講解解題的關(guān)鍵，指出所用到的知識點，強調(diào)可能出錯的地方及原因嗎，以此加深學生對理論知識的理解和掌握。例如，在學習“實驗數(shù)據(jù)誤差的統(tǒng)計檢驗”這一節(jié)內(nèi)容時，隨機誤差和系統(tǒng)誤差的檢驗其方法容易混淆，只要掌握引起隨機誤差和系統(tǒng)誤差的原因以及各個方法適用的條件就可以牢固掌握其檢驗方法。

四、加強實踐性環(huán)節(jié)，強化能力的培養(yǎng) 教學與科研是相輔相成的，將科研與實驗很好地結(jié)合起來，對提高實驗教學質(zhì)量有很大好處。我們從教師的科研中選取一部分較成熟的內(nèi)容，加強了工藝類的實驗和計算機的應用。由于這一類的實驗是科研的一部分，內(nèi)容比較新，與實際聯(lián)系較緊密，盡管有時影響因素較難控制，但學生做起來很感興趣，在一定程度上提高學生主動學習的積極性，開闊視野，取得較好的學習效果。另一方面，吸收一些學有余力的學生參與教師的科研工作，在教師指導[6]下進行一些科學研究。如，甲醛是來自家具和裝修材料中最嚴重的污染物，它是一種具有較高毒性的物種，長期接觸低劑量的甲醛可引起呼吸道疾病、細胞核的基因突變、白血病等

[7]疾病，因此，選用催化劑來催化氧化甲醛，將其分解成CO2和H2O，影響甲醛轉(zhuǎn)化率的因素主要有反應溫度、催化劑種類兩個因素，每個因素的水平數(shù)為4，試用正交設計表來設計實驗方案，這是一個典型的正交實驗設計，并且與我們的日常生活緊密相連，這樣讓同學們感受到學以致用的快感，從而加深對正交實驗設計的理解，并靈活運用到實際中。

五、結(jié)論

《實驗設計與數(shù)據(jù)處理》課程是一門實用性非常強的學科，同時也是一門與時俱進的學科。通過以上的教學改革，較好的解決了現(xiàn)階段我校《實驗設計與數(shù)據(jù)處理》教學過程中所遇到的問題，使同學們在縮短了的教學時段里，掌握本課程的中心內(nèi)容及解決實際問題所必須具備的方法技巧，更是同學們在學習的過程中，不感到枯燥乏味，始終保持較高的學習熱情和求知欲望，為培養(yǎng)實用型創(chuàng)新人才打下了有利的基礎。

參考文獻

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[7]張長斌，賀泓，王蓮，等．負載型貴金屬催化劑用于室溫催化氧化甲醛和室內(nèi)空氣凈化[J]．科學通報，54（3）:278-286．

第三篇：數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計 教案（模版）

數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

一．教學目標： 1．知識與技能：

理解公式、函數(shù)、地址、數(shù)據(jù)引用的含義； 熟練掌握公式和函數(shù)的應用； 2．過程與方法：

培養(yǎng)學生動手操作和觀察交流的能力；

培養(yǎng)自我解決問題、自我發(fā)展、合作學習的能力。3．情感態(tài)度價值觀：

培養(yǎng)學生在研究中學習、在學習中探索的意識。二．教學重點與難點： 1．教學重點：

運用公式、函數(shù)進行數(shù)據(jù)運算； 2．教學難點：

運用公式、函數(shù)進行數(shù)據(jù)運算； 掌握相對引用、絕對引用的使用； 三．教學過程： 1．導入

展示學習目標，學生自學P62-P66的內(nèi)容，完成操作題的第1小題。5分鐘以后，學生回答，請學生總結(jié)單元格地址是怎么構(gòu)成的。單元格地址由行標和列標組成，列標在前，行標在后。2．請同學們做操作題第2題。發(fā)現(xiàn)：“F8”單元格中顯示的是輸入的內(nèi)容，“F9”單元格中顯示的是計算后的結(jié)果。為什么會顯示的結(jié)果不同呢？比較“F8”、“F9”單元格中輸入的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)“F9”中輸入的內(nèi)容比“F8”中輸入的內(nèi)容多了一個“=”，“F8”中只是直接輸入了一個代數(shù)式，而“F9”是利用公式計算代數(shù)式的值。公式的定義：以=開始的代數(shù)式 利用公式計算的步驟：1．“=”，2．輸入代數(shù)式，3．回車鍵 3．請同學們利用公式，完成操作題的第3題和第4題。

發(fā)現(xiàn)：用單元格中的內(nèi)容和單元格地址分別進行計算，結(jié)果相同。可見，計算式中直接用到了單元格地址，這就是單元格地址的引用。既然結(jié)果相同，那我們在平時的應用當中是用單元格中的內(nèi)容還是用引用單元格地址的方法呢？ 4．用引用單元格地址的方法，計算剩下的居民所用的總用電量。

5．我們發(fā)現(xiàn)這樣的計算方法還是比較麻煩的，有沒有更方便一點的方法呢？Excel為我們提供了“自動填充”功能。老師演示。單擊單元格“D8”，指針指向這個單元格右下角，當出現(xiàn)一個實心的“+”，這個就是填充柄，向下拖動填充柄，其他單元格顯示對應的結(jié)果。當我們將指針指向剛剛被填充的單元格，發(fā)現(xiàn)單元格中的公式它們的運算關(guān)系沒變，只有單元格地址作了自動調(diào)整。這就是單元格地址的“相對引用”。利用“自動填充”功能重新計算居民的總用電量；

6．請同學們完成操作題第5題，利用所學知識計算所有用戶的電費。

發(fā)現(xiàn)只有D8單元格中的結(jié)果是正確的，而自動填充的數(shù)據(jù)，結(jié)果是錯誤的，這是什么原因呢？

在整個計算過程中，C4和C5必須保持不變的，在C4和C5的行號、列號前添加符號“$”，即$C$

4、$C$5，用這種方式引用地址稱為“絕對引用”。

7．在Excel中，還有很多預先定義好的公式叫函數(shù)，我們可以直接引用函數(shù)來進行計算。

常用函數(shù)：求和

SUM平均值

AVERAGE 最大值

MAX 最小值

MIN 以求峰時用電的平均用電量為例作講解。請同學們完成操作題的第6題。8．結(jié)束語

學生總結(jié)：本節(jié)課所學內(nèi)容。

第四篇：實驗設計與分析讀書報告

實驗設計與分析讀書報告

[摘要]實驗設計與分析是用于經(jīng)濟地、科學地安排試驗的一項技術(shù)。《試驗設計與分析》是實驗設計與分析領(lǐng)域的名著，全書內(nèi)容廣泛，實例豐富。可作為自然科學研究人員、工程技術(shù)人員、管理人員進行科學實驗設計與分析的參考書，是產(chǎn)品設計和開發(fā)、工序設計和改進等方面非常實用的工具。

本文首先講述了實驗設計分析的原理、方法、特點、步驟以及實驗設計及統(tǒng)計分析的注意事項，然后介紹了幾種常用的實驗設計方法的原理、特點及用法，最后總結(jié)了學習《實驗設計與分析》后的一些心得體會。

[關(guān)鍵詞]：實驗設計與分析；正交實驗；穩(wěn)健設計；統(tǒng)計設計；響應變量；統(tǒng)計設計

目錄

1.2.引言...................................................................................................................................1 實驗設計與分析簡介.......................................................................................................1 2.1 什么是實驗設計...........................................................................................................1 2.2 發(fā)展歷史及分類...........................................................................................................2 2.3.實驗設計的目的.........................................................................................................2 2.4.基本原理.....................................................................................................................2 2.5.實驗設計實施的方法與步驟.....................................................................................3 2.6.實驗設計的應用.........................................................................................................3 2.7.注意事項.....................................................................................................................3 3.實驗設計方法介紹...........................................................................................................4 3.1 全面實驗.......................................................................................................................4 3.2 正交實驗.......................................................................................................................4

3.2.1 正交實驗的特點：...........................................................................................4 3.2.2 正交實驗的類型和分析方法...........................................................................4 3.2.3 實施正交實驗的基本步驟和方法...................................................................5 3.3 穩(wěn)健設計.......................................................................................................................5

3.3.1 穩(wěn)健設計的優(yōu)點...............................................................................................5 3.3.2 穩(wěn)健設計的實施步驟.......................................................................................5

結(jié)束語.............................................................................................................................................6 參考文獻.........................................................................................................................................6

1.引言

現(xiàn)代科技的發(fā)展離不開實驗分析，現(xiàn)代實驗不單是通過觀察現(xiàn)象和測試數(shù)據(jù)來驗證假設，更重要的是現(xiàn)代科技創(chuàng)新和發(fā)明的重要手段。所有理論分析不能解決的問題均可利用實驗的手段去摸索，特別是在工程領(lǐng)域內(nèi)。科研是很注重實際應用效果，無論是對零件、部件和整機的結(jié)構(gòu)、性能研究，還是對新配方、新工藝的探索，實驗都是必須的手段。幾乎沒有一項應用研究成果是不需要實驗分析和實驗論證的。

如果要最有效地進行科學實驗，必須用科學方法來設計。所謂實驗的統(tǒng)計設計，就是設計實驗的過程，使得收集的數(shù)據(jù)適合于用統(tǒng)計方法分析，得出有效的和客觀的結(jié)論。如果想從數(shù)據(jù)作出有意義的結(jié)論，用統(tǒng)計方法作實驗設計是必要的。當問題涉及到受實驗誤差影響的數(shù)據(jù)時，只有統(tǒng)計方法才是客觀的分析方法。這樣一來，任一實驗問題就存在兩個方面：實驗的設計和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。這兩個課題是緊密相連的，因為分析方法直接依賴于所用的設計。實驗設計方法已在很多學科中得到廣泛的應用。

《實驗設計與分析》作為實驗設計與分析領(lǐng)域的名著，是作者在亞利桑那州立大學、華盛頓大學和佐治亞理工學院三所大學近40年實驗設計教學經(jīng)驗的基礎上編寫的。

全書內(nèi)容廣泛，包括實驗設計與分析的基本原理、特點、方法、發(fā)展及應用等，而且實例豐富，簡單比較實驗、析因設計、分式析因設計、擬合回歸模型、響應曲面方法和正交設計、穩(wěn)健參數(shù)設計和過程穩(wěn)健性研究、含隨機因子的實驗、嵌套設計和裂區(qū)設計等。

通過本書的學習讓我對實驗設計與分析有了更深入的了解，對設計實驗與分析的有了科學和系統(tǒng)的認識，明確了設計思路、方向，學習了多種實驗設計與分析方法，為以后科研實驗提供了極大的參考及指導作用。

2.實驗設計與分析簡介

2.1 什么是實驗設計

實驗是研究者實際上在各個研究領(lǐng)域進行的，通常是發(fā)現(xiàn)關(guān)于一個特定過程或系統(tǒng)的某些事情。一個實驗是一個試驗，一個設計的實驗是一個試驗或一系列試驗，它對一個過程或系統(tǒng)的輸入變量(人、機、料、法、環(huán))作一些有目的的改變，以使能夠觀察到和識別出引起輸出響應變化的緣由。

通常形象地將過程看作是人，機，料，法，環(huán)的一種組合，它把一些輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸粋€或多個可觀察的響應的一種輸出，過程的一些變量x1,x2,...Xn是可控制的，.過程的另一些變量z1,z2,...Zn是不可控制的，響應是可以觀察或測量的一個或多個的輸出。

2.2 發(fā)展歷史及分類

早期的實驗設計與分析法(ANOVA)于1920由英國生物統(tǒng)計學家、數(shù)學家費歇(RA Fisher)提出，F(xiàn)isher首先開發(fā)并應用了方差分析作為實驗設計中的統(tǒng)計分析基本方法，最初主要應用農(nóng)業(yè)、生物學、遺傳學等方面的研究。隨后英、美、蘇對之進行研究推廣到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的正交實驗(Orthogonal array)于1950由日本田口玄一(Taguchi)等創(chuàng)造，隨后迅速推廣到日本工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，成為日本工商企業(yè)管理界人員必備的技術(shù)。

穩(wěn)健設計法(Robustness)于1970由日本田口玄一(Taguchi)等創(chuàng)造，穩(wěn)健設計是對傳統(tǒng)正交實驗的改進，最初主要應用于二戰(zhàn)之后的日本，隨后在日本，美國等國家的許多公司得到成功的應用和發(fā)展。

現(xiàn)代還出現(xiàn)了多元化的實驗方法，包括：殘差分析(Residual analysis)、應用回歸分析(Regression)、分式析因?qū)嶒?Fractional factorial design)、曲面響應和調(diào)優(yōu)運算(RSM & EVOT)等。

2.3.實驗設計的目的

1)確定哪些變量對響應輸出Y最有影響，即找出最顯著因素；

2)確定有影響的變量x設置在何處可使響應輸出Y幾乎總是接近所期望的額定值； 3)確定有影響的變量x設置在何處可使響應輸出Y的變異性較小； 4)確定有影響的變量x設置在何處使得不可控的變量z的效應最小。

2.4.基本原理

一種實驗要最有效地實行的話，必須用科學方法來設計實驗。所謂實驗的統(tǒng)計設計，就是設計實驗的過程，使得收集的數(shù)據(jù)適合于用統(tǒng)計方法分析，得出有效的和客觀的結(jié)論。如果想從數(shù)據(jù)作出有意義的結(jié)論，用統(tǒng)計方法做實驗設計是必要的。

實設計有三個基本原理：重復，隨機化和區(qū)組化。

1)重復即基本實驗的重復進行，它有兩條重要的性質(zhì)：第一，允許實驗者得到實驗

誤差的一個估計量；這個誤差的估量值成為確定數(shù)據(jù)的觀察差是否是統(tǒng)計上的實際差的基本度量單位。第二，如果用樣本均值作為實驗中一個因素的效應的估計量，則重復允許實驗者求得這一效應的更為精確的估計量。

2)隨機化是實驗設計使用統(tǒng)計方法的基石，所謂隨機化即實驗材料的分配和實驗進行的次序都是隨機地確定的，統(tǒng)計方法要求觀察值（或誤差）是獨立分布的隨機變量，有助于“平均出“可能出現(xiàn)的外來因素的效應。

3)區(qū)組化是用來提高實驗精確度的一種方法。一個區(qū)組是實驗材料的一個部分，相比于實驗材料的全體，它們本身的性質(zhì)應該更為類似。對實驗進行區(qū)組，有助于提高實驗的精確度。

2.5.實驗設計實施的方法與步驟

在設計和分析一個實驗時要使用統(tǒng)計方法的話，和實驗有關(guān)的每個人必須預先對所研究的問題究竟是什么，如何收集數(shù)據(jù)，要有清晰的認識，至少對如何分析這些數(shù)據(jù)要有定性的了解，推薦的實驗設計實施的方法與步驟如下：

1)問題的識別和問題的提法； 2)因素和水平的選擇； 3)響應變量的選擇； 4)實驗的設計的選擇； 5)進行實驗； 6)數(shù)據(jù)的分析； 7)結(jié)論和建議。

2.6.實驗設計的應用

實驗設計方法可以應用在很多領(lǐng)域中。實際上我們可以把實驗本身看作為科學方法的一部分，看作是探索系統(tǒng)或過程如何工作的一種途徑。

將實驗設計應用在工序的早期開發(fā)中，可以提高產(chǎn)量；可以減少變異性，與目標值更為一致；減少工序的開發(fā)時間；減少工序開發(fā)的總成本。

將實驗設計應用在開發(fā)新產(chǎn)品和改進老產(chǎn)品的工程設計活動中，使產(chǎn)品較容易制造；提高產(chǎn)品適應現(xiàn)場條件的性能；提高產(chǎn)品的可靠性；降低產(chǎn)品的成本；縮短產(chǎn)品設計和開發(fā)的時間。

2.7.注意事項

在工程、科學和工業(yè)中大多的研究工作都是以經(jīng)驗為根據(jù)的，并且廣泛使用實驗方法。統(tǒng)計方法大大提高了這些實驗的效率并經(jīng)常強化了由此得出的結(jié)論。在實驗方法中要明智的使用統(tǒng)計方法就要求實驗者在思想上牢記下列各點：

1)必需對所研究的問題非常熟悉，需要有豐富的實踐經(jīng)驗和扎實的理論知識； 2)使實驗和分析盡可能的簡單；

3)正確評價實際的顯著性和統(tǒng)計的顯著性之間的差別； 4)通過序貫迭代的方法進行安排實驗。

3.實驗設計方法介紹

實驗設計是影響研究成功與否最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，是提高實驗質(zhì)量的重要基礎。目前，已建立起許多實驗設計方法。前面已經(jīng)介紹了實驗設計方法的發(fā)展歷史，下面簡單介紹幾種具體的實驗設計方法。

3.1 全面實驗

所謂全面實驗，就是對影響響應輸出的各個因素的所有的可能的水平組合進行實驗。全面實驗的優(yōu)點：實驗數(shù)據(jù)充分全面。全面實驗的缺點：實驗次數(shù)太多；處理數(shù)據(jù)麻煩；浪費人力、物力；根本無法進行多因素，多水平的復雜實驗。基于上述特點全面實驗只實用于少因素、少水平的簡單實驗。為此，人們創(chuàng)造了正交實驗方法，用正交實驗方法來安排實驗會使實驗次數(shù)大大減少，而且統(tǒng)計分析的計算也變得非常簡單。

3.2 正交實驗

正交實驗設計法是研究與處理多因素實驗的一種科學方法。它利用一種規(guī)格化的表格—正交表，挑選實驗條件，安排實驗計劃和進行實驗，并通過較少次數(shù)的實驗，找出較好的生產(chǎn)條件，即最優(yōu)或較優(yōu)的實驗方案。3.2.1 正交實驗的特點

1)合理安排實驗，簡少實驗次數(shù)； 2)找出較好的實驗方案；

3)找出質(zhì)量指標與影響因素之間的關(guān)系； 4)找到進一步改進產(chǎn)品品質(zhì)的實驗方向； 5)減少人力，物力的支出； 6)簡化實驗數(shù)據(jù)分析的計算。

正因為用正交表安排實驗具有“均勻分散性”與“整齊可比性”這兩個特點，所以它能大大的減少實驗的次數(shù)，甚至比簡單地比較全面實驗結(jié)果有可能提供更多的信息。3.2.2 正交實驗的類型和分析方法

正交實驗類型包括下面幾種：單指標的正交實驗、多指標的正交實驗、水平數(shù)相同的正交實驗、混水平的正交實驗、有交互作用的正交實驗和帶重復實驗的正交實驗。

可以用直觀分析法、方差分析法和綜合評分法等不同的方法進行分析。

3.2.3 實施正交實驗的基本步驟和方法

1)明確實驗目的，確定考察的指標； 2)挑選因素，選水平，制定因素水平表； 3)選擇合適的正交表，進行表頭設計； 4)明確實驗方案，進行實驗，測定實驗結(jié)果；

5)對實驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得出因素的主次順序，確定最優(yōu)方案； 6)進行驗證實驗，作進一步分析。

3.3 穩(wěn)健設計

為了盡量降低誤差因素的作用，使實驗響應輸出因誤差因素變化而變化的敏感性最小，即使實驗響應輸出對誤差因素具有穩(wěn)健性，基于這種指導思想來進行的設計叫做穩(wěn)健設計。

穩(wěn)健設計的兩個主要工具是信噪比（信號功率/ 噪聲功率(Signal/Noise)）和正交表。用信噪比作為特征數(shù)來衡量質(zhì)量，用正交表合理安排實驗來選擇最佳的參數(shù)組合。所以從某種意義上說，穩(wěn)健設計就是信噪比的正交實驗。3.3.1 穩(wěn)健設計的優(yōu)點

1)使產(chǎn)品性能對原材料的改變不敏感，從而可以使用價錢便宜的原材料； 2)使產(chǎn)品性能對制造上的變差不敏感，從而降低加工成本； 3)使產(chǎn)品性能對環(huán)境的變差不敏感，從而降低操作成本。3.3.2 穩(wěn)健設計的實施步驟

1)確定主要功能，邊緣效果和失效的樣式；

2)識別噪聲因子，確定估算質(zhì)量損失的實驗條件，并做到對噪聲因子的靈敏度最小化；

3)根據(jù)具體問題確定質(zhì)量特征數(shù)和優(yōu)化的目標函數(shù)； 4)確定可控因子和它們的可選水平； 5)進行正交實驗設計； 6)進行實驗，收集實驗數(shù)據(jù)；

7)進行數(shù)據(jù)分析，確定可控因子的最適當水平； 8)進行核實實驗，并計劃進一步的工作。

結(jié)束語

通過對書本的學習，我們能有效的掌握各種實驗設計與分析的方法步驟，能夠應用到不同的場合解決各種問題。在今后的科研工作中，為了提高實驗質(zhì)量，就要確保實驗設計實現(xiàn)如下指標：

第一是明確衡量產(chǎn)品質(zhì)量的指標，這個質(zhì)量指標必須是能夠量化的指標，在實驗設計中稱為實驗指標，也稱為響應變量(response variable）或輸出變量。

第二是尋找影響實驗指標的可能因素（factor)，也稱為影響因子和輸入變量。因素變化的各種狀態(tài)稱為水平，要求根據(jù)專業(yè)知識初步確定因素水平的范圍。

第三是根據(jù)實際問題，選擇適用的實驗設計方法。實驗設計的方法有很多，每種方法都有不同的適用條件，選擇了適用的方法就可以事半而功倍，選擇的方法不正確或者根本沒有進行有效的實驗設計就會事倍而功半。

第四是科學地分析實驗結(jié)果，包括對數(shù)據(jù)的直觀分析、方差分析、回歸分析等多種統(tǒng)計分析方法。

但是，沒有一種“放之四海而皆準”的問題解決方案，實驗設計同樣不能提供解決所有問題的途徑，要全面考慮解決問題的方式，選取最有效、最經(jīng)濟的解決途徑。即使決定采用實驗設計，也不能生搬硬套地使用書本上的“實驗設計步驟”。跟據(jù)實際情況和要求，有時可以省去其中的某幾步，有時還會在同一個項目中重復循環(huán)地跳幾輪；除了實驗設計涉及的因素外，要盡量確保所有的環(huán)境因素是穩(wěn)定和符合現(xiàn)實的。如果條件所限，如果做不到這一點，不妨可以用隨機化、區(qū)組化、仿行等方法來盡量避免；保證實驗的仿真性，避免一些理想的實驗環(huán)境，比如實驗室；不要一味地排斥實驗設計執(zhí)行之前的歷史數(shù)據(jù)。相反，適當?shù)乩闷髽I(yè)信息化的成果，從ERP、MES中的海量數(shù)據(jù)中進行“數(shù)據(jù)挖掘”，很可能會減少實驗投資，細化因素水平的選取。這也是當前實驗設計應用領(lǐng)域中的新趨勢之一；為了保險起見，在得到最終的最佳參數(shù)水平組合后，還要進行一些驗證實驗來檢驗結(jié)果，實在沒有條件實施驗證實驗的，也要通過模型的“模擬仿真”來完成這個工作。

工欲善其事，必先利其器。為了提高實驗設計的效率和解決問題的成功率，設計者自身也應加強相關(guān)知識學習，增加實驗設計經(jīng)驗積累，提高自身素質(zhì)水平。

參考文獻

[1] Douglas C.Montgomery.譯著.傅玨生，張健，王振羽，解燕.實驗設計與分析.人民郵電出版社，2009.10.[2] 蘇均和.試驗設計.上海財經(jīng)大學出版社，2005:98-118.

第五篇：高中生物實驗設計專題復習與總結(jié)

高中生物實驗設計專題復習與總結(jié)

實驗設計是生物實驗中的一種常見題型，它能較全面的考查學生的實驗知識和基本技能，分析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)造能力，因而在高考中相對穩(wěn)定。由于學生缺乏實驗設計系統(tǒng)的理論知識，因此，遇到這類題型，就會感到無從下手，導致考試中嚴重失分。現(xiàn)將有關(guān)實驗設計的基本理論、實驗設計的思路方法和常見的題型等進行歸納總結(jié)，增加學生理論知識，提高學生分析問題和解決問題的能力。

一、實驗設計的基本內(nèi)容

（一）實驗名稱或課題（是關(guān)于什么內(nèi)容的實驗）；

（二）實驗目的（要探究或者驗證的問題或事實）；

（三）實驗原理（進行實驗所依據(jù)的科學道理，隱含著實驗假設和預期）；

（四）實驗材料和條件（進行實驗的主要對象，完成該實驗必備的儀器、設備、藥品等）；

（五）實驗方法與步驟（實驗采用的方法及必需的操作程序）；

（六）實驗測量或觀擦與記錄（對實驗過程及結(jié)果應有科學的測量手段、觀擦指標與準確的記錄）；

（七）實驗結(jié)果預測及分析（能夠預測可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果并分析其原因）；

（八）實驗結(jié)論：對實驗結(jié)果進行準確的描述并給出科學的結(jié)論。

二、實驗設計的基本原則

（一）科學性原則。所謂科學性，是指實驗目的要明確，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設計思路和實驗方法的確定都要依據(jù)生物學基本知識和基本原理，不能主觀臆造。如：酸堿度對酶活性的影響，酶的高效性實驗的順序等。

（二）單一變量原則

1、變量：或稱因子，是指實驗過程中所被操作的特定因素或條件。按性質(zhì)不同，通常可分為兩類：

（1）實驗變量與反應變量。實驗變量，也稱為自變量，指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件。反應變量，亦稱因變量，指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果。通常，實驗變量是原因，反應變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如，在“溫度對酶活性的影響”的實驗中，所給定的低溫（冰塊）、適溫（37℃）、高溫（沸水浴）就是實驗變量。而由于低溫、適溫、高溫條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應結(jié)果也隨之變化，這就是反應變量，該實驗即在于獲得和解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應變量）的因果關(guān)系。

（2）無關(guān)變量與額外變量。無關(guān)變量，也稱控制變量，指實驗中除實驗變量以外的影響實驗現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件。額外變量，也稱干擾變量，指實驗中由于無關(guān)變量所引起的變化和結(jié)果。顯然，額外變量會對反應變量有干擾作用，例如，上述實驗中除實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管潔凈程度、唾液新鮮程度、可溶性淀粉濃度和純度、試劑溶液的劑量、濃度和純度，溫度處理的時間長短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對低溫、適溫、高溫3組實驗是等同、均衡、穩(wěn)定的；如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素或條件，對3個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會在實驗結(jié)果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。實驗的關(guān)鍵之一在于控制無關(guān)變量或減少額外變量，以減少誤差。

（二）單一變量。在實驗設計中僅僅改變實驗中的某一項變量，其它因子不變，在此條件下，觀察、研究該變量對實驗材料和實驗結(jié)果的影響。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，其他實驗條件要做到前后一致。綜合研究多變量時，也要求先研究一個變量，再研究一另個變量。

（三）對照性原則。對照是實驗控制的重要手段之一，目的還是在于平衡或消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的干擾。通過設置實驗進行對照，可排除無關(guān)變量的影響，也可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。

通常，一個實驗可為實驗組和對照組。實驗組：是接受實驗變量處理的對象組；對照組：也稱控制組，對實驗假設而言，是不接受實驗變量處理的對象組，至于哪個作為實驗組，哪個作為對照組，一般是隨機決定的，這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組的差異，則可認定為是來自實驗變量的效果，這樣的實驗結(jié)果是可信的。按對照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有以下對照類型：

1、空白對照：指不做任何實驗處理的對象組。例如，在“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實驗中，向甲試管溶液加入試劑，而乙試管溶液不加試劑，一起進行沸水浴，比較它們的變化。這樣，甲為實驗組，乙為對照組，且乙為典型的空白對照。空白對照能明白地對比和襯托出實驗組的變化和結(jié)果，增強了說服力。

2、自身對照：指實驗與對照在同一對象上進行，即不另設對照組。單組法和輪組法，一般都包含有自身對照。如“植物細胞質(zhì)壁分離和復原”實驗，就是典型的自身對照。自身對照，方法簡便，關(guān)鍵是要看清楚實驗處理前后現(xiàn)象變化的差異，實驗處理前的對象狀況為對照組，實驗處理后的對象變化則為實驗組。

3、條件對照：指雖給對象施以某種實驗處理，但這種處理是作為對照意義的，或者說這種處理不是實驗假設所給定的實驗變量意義的。例如。“動物激素飼喂小動物”的實習實驗，采用等組實驗法，其實驗設計方案是：

甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組）；

乙組：飼喂甲狀腺抑制劑（條件對照組）；

丙組：不飼喂藥劑（空白對照組）；

雖然，乙組為條件對照。該實驗即設置了條件對照，又設置了空白對照，通

過比較、對照、更能充分說明實驗變量--甲狀腺激素能促進小動物的生長發(fā)育。

4、相互對照：指不另設對照組，而是幾個實驗組相互進行對照，在等組實驗法中，大都是運用相互對照，如“植物的向性運動”的等組實驗中，5個實驗組采用的都是相互對照，較好的平衡和抵消了無關(guān)變量的影響，使實驗結(jié)果更具有說服力。

四）可重復性原則。指控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復實驗，觀察其對實驗結(jié)果影響的程度。目的在于盡可能消除無關(guān)變量所造成的實驗誤差，體現(xiàn)實驗的準確性與科學性。

（五）簡單可行性原則。指實驗材料容易獲得，實驗裝置簡化，實驗藥品便宜，實驗操作簡便，實驗效果明顯并能在較短時間內(nèi)完成。從實驗目的、實驗原理到材料用品的選擇、實驗操作等，都要符合實驗者的一般認知水平，滿足現(xiàn)有的條件，具有實驗和完成實驗的可能性。

三、實驗設計的基本思路

（一）準確把握實驗目的：看清題意是要求設計實驗方案、步驟還是分析實驗結(jié)果，是探究性實驗還是驗證性實驗。

（二）明確實驗原理：要解決題目所給的問題，要用到生物學上什么原理。

（三）確定實驗思路：根據(jù)原理對實驗作出假設，并充分利用實驗材料設計實驗思路。

（四）精心設計實驗步驟：根據(jù)實驗目的、原理和思路，設計合理的實驗裝置和實驗操作步驟。并設置好實驗組和對照組，遵循實驗設計的原則。并將觀察到的現(xiàn)象如實進行記錄。

（五）準確預期實驗結(jié)果并分析得出結(jié)論：實驗步驟一般不連續(xù)描述，要分段敘述；試管、燒杯等要給予編號。在敘述實驗步驟及預期結(jié)果時結(jié)論時，語言文字要簡明扼要，準確科學。

四、實驗設計的基本題型

類型一：設計實驗方案型

給出實驗用具、材料、藥品、實驗目的，或只給實驗目的，實驗器材自選，設計實驗方案。

［例1］請根據(jù)下述條件設計一個實驗，鑒別兩種不同濃度的蔗糖溶液，寫出實驗步驟并分析結(jié)果。一瓶10%蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液，250ml燒杯一只，半透膜制成的透析袋l只，刻度玻璃管l只，細線一根，支架l個。

(一)實驗步驟：

(二)結(jié)果分解：

［解析］本實驗是考查滲透作用的原理和動手設計實驗的能力，解題的關(guān)鍵是如何利用透析袋和兩種液體形成一個滲透系統(tǒng)。當將兩種液體之一放入透析袋，另一液體放大燒杯中，然后將盛放液體的透析袋用線扎實(插入刻度玻璃管)并浸浴在燒杯的液體中時，由于兩液體具有濃度差，水分子便通過透析袋發(fā)生滲透作用，觀察刻度玻璃液面數(shù)值變化即可將二者區(qū)別開來。根據(jù)實驗設計理論，把所給器材的作用分析清楚，有助實驗設計思路的形成。［答案］(1)實驗步驟：①將一瓶中的液體倒入燒杯中；②將另一瓶中的液體倒?jié)M透析袋，刻度玻璃管插入袋內(nèi)液體中，用線將袋口和玻璃管扎緊；③將插有刻度玻璃管的透析袋放入盛有液體的燒杯中，垂直固定于支架上，記錄玻璃管液面刻度；④一段時間后，觀察玻璃管液面刻度，確定液面上升還是下降。

(三)結(jié)果分析：如液面上升，則透析袋中的溶液為30%蔗糖溶液，燒杯中的溶液為10%的蔗糖溶液。反之，可推測透析袋中是10%蔗糖溶液，燒杯中的液體是30%的蔗糖溶液。類型二：評價和糾正型

分析已有實驗設計方案中不科學性，并提出改進。

［例2］北阿爾伯達的一個工廠把產(chǎn)酸的化學品排入到空氣中，工廠東面有一個湖，湖底是石灰石的。但湖水的pH值已從原來的6兒降低到5.7。雖然酸性沉積一直在增加，湖水的pH值仍保持5.7不變。湖中原有的魚是河鱸和鯉魚。釣魚愛好者抱怨說，自從工廠開辦以來，魚資源已經(jīng)減少。工廠的工人設計了一個實驗，證明工廠排放出去的化學藥品與魚資源的減少沒有關(guān)系。

工人取一只大容器，盛放湖水，維持pH值在5.7。從湖里找來大魚放在該容器內(nèi)，喂以蛋白質(zhì)飼料。在這樣的條件下，魚正常成長。

假定你是一個獨立的仲裁員，受雇于垂釣愛好委員會委拖，來對該項實驗進行評估，列出你要得到的附加信息，并列舉說明你要用什么方法去得到這些信息。

［解析］本實驗設計方案中沒有考慮魚的生活中受著多種因素影響，這與單一變量原則是相違背的。分析問題不全面，只考慮單一因素的影響，設計實驗無說服力，也不符合實驗設計的要求。本題考查思維的全面性，在認定兩個問題時，除了看有無直接聯(lián)系外，也要注意考慮間接聯(lián)系

［答案］該實驗設計測量不出下列因素。而這些因素都是對河鱸和鯉魚的影響的：（l）酸對河鱸和鯉魚的食物數(shù)量多少的影響；

（2）酸對河鱸和鯉魚的魚卵或幼魚的影響；

（3）由于春季干涸造成pH值季節(jié)性漲落的影響；

（4）由于酸的分解作用而進入水域的重金屬量是多少；

為了說明上述第一點，必須完成一項研究，即確定各種浮游生物，水生昆蟲和小魚的多少。如果這個食物網(wǎng)的某些環(huán)節(jié)正在喪失，則有必要去研究酸是否對此有影響。為了說明上述第二點，可以在酸化水中飼養(yǎng)魚卵和幼魚。魚的數(shù)量減少可能是上述第一點和第二點結(jié)合的產(chǎn)物，所以人工飼養(yǎng)幼魚可能會給出不可靠的結(jié)果。

對于季節(jié)性漲落，應該對全湖長期取水樣。做仔細徹底的記錄至少一年。這一因素可能和第二點相符合，因為魚卵或繁殖更受低pH值的影響。重金屬是累積的有毒物質(zhì)，人工飼養(yǎng)和魚與湖里吃污染食物的魚相比，并不處在相同水平的毒素中。應該在湖水中、魚飼料中以及河鱸和鯉魚身體中檢測如鉛這樣的重金屬含量。

所有這些因素都說明，酸的影響是長期的，在容器里短期飼養(yǎng)的魚不可能給出可靠的結(jié)果。這種研究必須以年為周期來實施，而且要與該工區(qū)其他湖水情況作比較。

類型三：補充完善型

對已有的實驗設計進行補充和完善。

［例3］向你提供的條件僅有健康活潑的家兔一只，75%酒精、無菌干棉球、解剖刀、潔凈的載玻片10塊(編號為A、B、C、D、E、F、G、H、I、L)、紅墨水、秒表，請在上述提供的條件范圍內(nèi)，設計一個測定血液凝固時間的實驗。

實驗步驟：①用酒精棉球消毒兔耳；②用消毒解刮刀剖開兔耳邊緣的小靜脈；請將實驗步驟補充完整：

［解析］這類題目的題干中已經(jīng)提供了一定的信息，基本上劃定了答題的模式，目的明確，前面的方法步驟等信息已為續(xù)答作了鋪墊，只要明確題目中的實驗變量和反應變量，然后設計對照組，再根據(jù)有關(guān)原理分析，一般就能比較正確地寫出答案。本實驗設計方案很巧妙地看出血液是否凝固。

［答案］③把從刀口流出的血液分別在ABCDEFGJIL10塊載玻片上滴一滴(第一滴血棄去不用)；④取血后對兔耳刀口外進行消毒止血；⑤在L載玻片上滴一滴紅墨水(起對照作用)；⑥開始記錄時間，過l分鐘后將A載玻片豎立，第二分鐘后將B載玻片豎立(在它們豎立的同時，都將L載玻片豎立)，其余類推，看血液是否完全凝固(血液不向下流，且血液表面保持半球形而不改變?yōu)槟?；⑦血液完全凝固，而墨水仍然流動，即為血液凝固時間。

五、生物實驗設計題解題策略

（一）生物高考實驗設計的三種題型雖然在形式上有一定的差異，但在答題中卻有共同

點，先要認真研究課題，找出其中的實驗變量和反應變量，其次是構(gòu)思實驗變量的控制方法和實驗結(jié)果的顯示方法，最后再選擇適宜的實驗材料，在注意實驗步驟邏輯性的前提下表達實驗的方法步驟。在實驗方法和步驟設計中最重要的是把握好變量控制。

（二）重視課本實驗的復習，掌握書本知識是提高實驗設計能力的基礎。要熟悉教材，心中有書。題在書外，理在書內(nèi)。因此要深入理解與靈活應用基礎知識。在考試說明中明確提出了，要求“理解所學實驗的實驗內(nèi)容，包括實驗原理、方法和操作步驟、實驗變量的控制、掌握相關(guān)的操作技術(shù)”。

（三）挖掘課本中所蘊含的實驗因素，深刻領(lǐng)會教材有關(guān)實驗的本質(zhì)與特點是提高實驗設計能力的前提。要認真分析教材所涉及的實驗，包括學生實驗，演示實驗，經(jīng)典實驗等。生物學的每一個知識結(jié)論都是在觀察、實驗的基礎上得出的，在平時的復習中要注意多挖掘知識結(jié)論中所蘊含的科學思想和方法，深入分析實驗的條件、過程、現(xiàn)象、結(jié)果和結(jié)論的科學性。例：生長素的發(fā)現(xiàn)過程中，涉及生長素產(chǎn)生的部位、感光的部位、作用的部位、運輸?shù)姆较虻龋@些都可以思考如何設計實驗來證明。

（四）學會對已知實驗進行變換和轉(zhuǎn)化是提高實驗設計能力的有效手段。求變、求異思維的發(fā)展有助于提高實驗設計能力。善思會變才能應答自如，通過換位思考提高素質(zhì)，才能將所學知識，技能遷移到新情景中來，才能依據(jù)實驗目的、原理和材料安排實驗步驟等，并作出分析、評價和結(jié)論。