章緒論科學試驗及其誤差市公開課金獎市賽課一等獎課件

第一章緒論—科學試驗及其誤差1第1頁第1頁1.1

科學研究與科學試驗1.1.1生物學領域科學研究1.1.2科學研究基本過程和辦法2第2頁第2頁1.1.1生物學領域科學研究自然科學:理論科學試驗科學主要用推理辦法（演繹、歸納）進行研究主要通過周密設計試驗進行摸索科學研究是人類結識自然、改造自然、服務社會原動力。3第3頁第3頁生物學領域中所涉及學科大多屬于試驗科學。科學試驗抽樣調查慣用研究辦法:4第4頁第4頁一、科學研究基本過程1.對研究命題形成一個結識或假說2.依據假說涉及內容安排相斥試驗或抽樣調查3.依據試驗或調查資料進行推理,必定或否認或修改假說,從而形成結論。1.1.2科學研究基本過程和辦法形成假說試驗驗證結論5第5頁第5頁二、科學研究基本辦法1.選題課題選擇決定了研究創(chuàng)新潛在也許性。選題時必須明確其意義與主要性。理論性研究注重在未來學科發(fā)展上主要性。應用性研究注重對未來生產發(fā)展作用和潛力。興趣：6第6頁第6頁2.文獻科學發(fā)展是累積性，通過對文獻理解能夠把研究者推到研究頂層，避免少走彎路。選題要有文獻依據，設計研究內容和辦法更需文獻啟示。7第7頁第7頁3.假說假說概念：假說是依據已知科學事實和科學原理，對所研究自然現(xiàn)象及其規(guī)律性提出一個假定性推測和闡明。構成假說基本要素：事實基礎，背景理論對現(xiàn)象、規(guī)律猜想，推導出預言和預見。8第8頁第8頁比如大陸飄移,是一個著名假說。人們發(fā)覺,非洲西部海岸線和南美東部海岸線彼此形狀相吻合。對此,當初地質學理論,如地球收縮說,就不能解釋。19,德國地球物理學家魏根納依據已知力學原理、海岸形狀、地質和古氣候方面有限數量科學材料,提出了大陸不是固定,而是能夠飄移假定。9第9頁第9頁4.假說檢查假說檢查辦法：邏輯分析和實踐檢查兩個環(huán)節(jié)。邏輯分析：判斷假說可檢查性。實踐檢查：分為直接檢查和間接檢查。直接檢查:即用觀測和試驗直接觀測科學假說實質內容，以證實或否證科學假說。間接檢查：即用觀測和試驗觀測來檢查假說基本命題所推表演來結論或預言。通慣用邏輯推演與實踐證實相結合方式。10第10頁第10頁5.試驗規(guī)劃與設計圍繞檢查假說而開展試驗，需要全面、仔細地規(guī)劃與設計。試驗所涉及范圍要覆蓋假說涉及各個方面，以便看待檢查假說作出無漏掉判斷。注意：生物學試驗中結果“重演性”及比較試驗中“唯一差別性原則”。在試驗條件相稱情況下,重復試驗應得到相同試驗結果。除需要比較原因以外,其余原因必須保持在同一水平。11第11頁第11頁1.2

試驗誤差及其控制1.2.1試驗數據誤差和準確性1.2.2試驗誤差起源1.2.3試驗誤差規(guī)律性1.2.4試驗誤差層次性12第12頁第12頁1.2.1試驗數據誤差和準確性

觀測值(observation):將每次所取樣品測定結果稱為一個觀測值，記為yi。比如：測定綿農4號小麥品種株高，得到下列數值(單位：cm)：90、91.5.93、89、90.8其中每一個數值就是一個觀測值。假如沒有誤差，上述觀測值就不會出現(xiàn)差別，并始終保持一個恒定值，這個值稱為理論值或真值，以μ表示。13第13頁第13頁由于誤差是客觀存在，因此:觀測值＝真值＋誤差用代數式表示為:yi＝μ＋εi式中εi代表誤差，故:εi＝y(tǒng)i－μ誤差(error):觀測值與真值之間差別。14第14頁第14頁誤差分類:隨機誤差(randomerror):完全是偶然，找不出確切原因引起誤差，也稱偶然性誤差(spontaneous)。系統(tǒng)誤差(systematicerror):有一定原因引起誤差，也稱偏差(bias)。15第15頁第15頁準確性:觀測值與理論值之間符合程度。準確性:指觀測值之間符合程度。下面用例子闡明誤差與準確性和準確性之間關系。系統(tǒng)誤差使數據偏離了其理論值,影響數據準確性。偶然誤差使數據互相分散,影響了數據準確性。16第16頁第16頁1.2.2試驗誤差起源系統(tǒng)誤差起源于各種研究領域中,也許產生、有一定原因系統(tǒng)偏差。隨機誤差起源于試驗過程中各種偶然原因影響,試驗環(huán)節(jié)愈多,時間愈長,隨機誤差發(fā)生也許性及波動性便愈大。17第17頁第17頁1.2.3試驗誤差規(guī)律性系統(tǒng)誤差源自某種系統(tǒng)性原因,它規(guī)律性比較明顯。隨機誤差就個體而言,很難尋找它規(guī)律性；但對一個比較大群體,也有規(guī)律可循。如數量性狀隨機誤差在理論上服從正態(tài)分布。18第18頁第18頁1.2.4試驗誤差層次性這里用一個例子闡明誤差層次性問題:取100個30g大豆種子樣品測定蛋白質含量。第一層次誤差:起源于抽樣引起誤差。第二層次誤差:從30g種子中取2g進行分析，要求測定兩次，兩次測定結果若相差太大還需進行第三次測定。可見第二層次誤差起源于測定過程誤差。19第19頁第19頁1.3

生物統(tǒng)計學概念定義:生物統(tǒng)計學是以概率理論為基礎，碩士命科學中隨機現(xiàn)象規(guī)律性辦法論科學。20第20頁第20頁生物學是一門試驗科學。無論你從事是生物學哪一個分枝,都不也許完全脫離試驗,只進行邏輯推理。而試驗所得到結果幾乎無例外地都帶有或多或少不擬定性,即試驗誤差。在這種情況下不用統(tǒng)計學要想得到正確結論是不也許。能夠毫不夸張地說,作為一個試驗科學工作者,離開了統(tǒng)計學就寸步難行。希望大家通過這門課程學習,能夠掌握慣用統(tǒng)計辦法,尤其是它們條件,合用范圍、優(yōu)缺點等,從而能夠應用它們去處理實踐中碰到問題。21第21頁第21頁1.4

生物統(tǒng)計學主要內容1、提供整理和描述數據科學辦法我們用教材P37表3.1例子來闡明這個問題。2.提供由樣本推論總體科學辦法所謂總體（Population)就是由性質相同個體所構成集團。統(tǒng)計學上所涉及總體，其中個體數（總體容量）N普通情況下趨于無窮大。因此無法對總體進行研究。比如：計算總體平均數22第22頁第22頁這個公式十分簡樸，把總體中所有觀測值相加，再除以觀測值個數就行了，但由于N→∞，我們無法完畢計算。樣本（Sample):是總體一部分。其容量用n表示，樣本容量n普通都不是很大，因而，能夠計算出樣本平均數:因此統(tǒng)計學主要任務之一,就是用樣本結果去推斷總體結果。23第23頁第23頁3.提供通過誤差分析以鑒定處理效應科學辦法比如有兩個小麥品種A和B，A品種每公頃產量為5000kg，B品種每公頃產量為4500kg，兩個品種之間相差500kg。是否能夠下結論說：A品種比B品種產量高？答案是：否！由于：yA＝μA＋εiyB＝μB＋εi24第24頁第24頁4.提供摸索事物間互相聯(lián)系科學辦法。5.提供進行科學試驗設計普通辦法和主要原則。yA與之間yB差別有兩種也許:其一:μA與μB之間存在差別（但我們無法計算）其二:誤差影響。25第25頁第25頁1.5

試驗統(tǒng)計學發(fā)展及其學習要求1.5.1試驗統(tǒng)計學發(fā)展1.5.2講課計劃學習要求26第26頁第26頁17世紀Pascal和Fermat概率論18世紀DeMoiver、Laplace和Gauss正態(tài)分布理論19世紀達爾文碩士物界連續(xù)變異；孟德爾發(fā)覺性狀分離、獨立分派遺傳規(guī)律；KarlPearson研究進化問題,創(chuàng)建了Biometrika雜志；Glaton研究了親子身高回歸問題。20世紀以來,Gosset發(fā)覺了t分布Fisher提出了方差分析、建立了試驗設計三大原理、并提出了隨機區(qū)組、拉丁方等試驗設計,尤其是1925年出版“StatisticalMethodsforReasarchWorkers”形成了試驗統(tǒng)計學較為完整體系。1.5.1生物統(tǒng)計學發(fā)展

27第27頁第27頁Yates、Yule等發(fā)展了一系列試驗設計。Neyman和E.S.Pearson建立了統(tǒng)計推斷理論。Snedecor建立了統(tǒng)計試驗室并出版了“StatisticalMethodsAppliedtoExperimentinAgricultureandBiology”。Wald建立了序貫分析和統(tǒng)計決議函數理論。Cochran和Cox系統(tǒng)地歸納了試驗設計和抽樣辦法研究進展,出版了“ExperimentalDesign”和“SamplingTechnique”。28第28頁第28頁1.5.2講課內容與學習要求講課內容第一章緒論第二章次數分布和平均數、變異數第三章理論分布與抽樣分布第四章統(tǒng)計推斷第五章方差分析第六章