生態(tài)學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

生態(tài)學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵實(shí)驗(yàn)：根據(jù)研究目的，利用科學(xué)儀器和設(shè)備，人為地控制或模擬自然現(xiàn)象（自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)）和社會現(xiàn)象（社會科學(xué)實(shí)驗(yàn)），排除干擾，突出主要因素，在有利的條件下研究和探索自然規(guī)律和社會規(guī)律。實(shí)驗(yàn)法：研究者按照研究目的，經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)，充分地控制實(shí)驗(yàn)的環(huán)境，創(chuàng)設(shè)一定的實(shí)驗(yàn)條件，科學(xué)地選擇研究對象，以確立自變量與因變量之間的因果關(guān)系，探索研究對象的本質(zhì)和規(guī)律的一種研究方法。2實(shí)驗(yàn)法的基本要素一個完整的實(shí)驗(yàn)，需要具備自變量與因變量、實(shí)驗(yàn)組與控制組、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果五個因素。1.自變量與因變量自變量：指不受其他研究變量影響而自身變化的變量。因變量：指隨著研究變量變化而變化的變量。在實(shí)驗(yàn)研究中，自變量是我們做實(shí)驗(yàn)控制的變量，而因變量是因?yàn)樽宰兞扛淖兌l(fā)生改變的變量，也就是實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)研究的基本目標(biāo)是探討變量之間的因果關(guān)系，研究自變量對因變量的影響。32.實(shí)驗(yàn)組與控制組實(shí)驗(yàn)組：實(shí)驗(yàn)過程中接受實(shí)驗(yàn)剌激的那一組對象?？刂平M：也稱為對照組，它是各方面與實(shí)驗(yàn)組都相同，但在實(shí)驗(yàn)過程中并不給予實(shí)驗(yàn)刺激的一組對象。實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)中增加一個控制組，將實(shí)驗(yàn)組和控制組放到相同的環(huán)境條件下，給實(shí)驗(yàn)組加以實(shí)驗(yàn)刺激，而控制組沒有實(shí)驗(yàn)刺激。然后比較實(shí)驗(yàn)組和控制組的前測和后測的結(jié)果。如兩組的前測和后測結(jié)果的變化情況不同，說明實(shí)驗(yàn)刺激的因素產(chǎn)生了作用。反之，情況是一樣的，說明這種變化是由其他因素引起的。43.實(shí)驗(yàn)環(huán)境實(shí)驗(yàn)環(huán)境是與實(shí)驗(yàn)對象密切相關(guān)的外部條件。實(shí)驗(yàn)環(huán)境包括硬性實(shí)驗(yàn)環(huán)境與軟性實(shí)驗(yàn)環(huán)境兩部分：硬性實(shí)驗(yàn)環(huán)境指實(shí)驗(yàn)中必備的儀器、設(shè)備、軟件、場所等。軟性實(shí)驗(yàn)環(huán)境指實(shí)驗(yàn)中所涉及到的專業(yè)知識、歷史資料、規(guī)章制度、行為規(guī)范等。54.實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作是實(shí)驗(yàn)的各個環(huán)節(jié)中所進(jìn)行的具體活動，是在一定的環(huán)境中為了既定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩鴮?shí)施的實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容主要包括：確定實(shí)驗(yàn)自變量的操作原則、方法與實(shí)施程序；規(guī)定實(shí)驗(yàn)對象的選擇原則、分組方法和實(shí)施程序；制定無關(guān)變量控制的目標(biāo)、原則、方法與程序；提出階段性實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)達(dá)成的評價標(biāo)準(zhǔn)和方法以及終級目標(biāo)達(dá)成的評價標(biāo)準(zhǔn)和方法，即進(jìn)行因變量觀測設(shè)計(jì)；確定實(shí)驗(yàn)資料的積累要求、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。65.實(shí)驗(yàn)結(jié)果在既定目的的指引下，在有控制的環(huán)境中，通過實(shí)驗(yàn)操作，能重現(xiàn)部分事實(shí)，展現(xiàn)一些現(xiàn)實(shí)中尚未發(fā)現(xiàn)或是不能隨時發(fā)生的現(xiàn)象，通過反復(fù)操作能使實(shí)驗(yàn)者全面清晰地認(rèn)識事物的客觀發(fā)展?fàn)顟B(tài)，這些情況往往以數(shù)據(jù)或是文字的形式記錄保存下來，就是實(shí)驗(yàn)結(jié)果。利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與現(xiàn)實(shí)狀況進(jìn)行比較分析，就可以深入把握事物本質(zhì)和客觀規(guī)律。7實(shí)驗(yàn)法的特征實(shí)驗(yàn)法具有主動性、可控制性、可重復(fù)性、精確性和因果性等一些基本特點(diǎn)。1.主動性在實(shí)驗(yàn)中研究者處于主動狀態(tài)，可以主動地操縱實(shí)驗(yàn)條件，人為地改變對象的存在方式和變化過程，使它服從于認(rèn)識的需要。2.可控制性沒有控制，便無所謂實(shí)驗(yàn)。包括主動操縱自變量，客觀地測定因變量，嚴(yán)格地控制無關(guān)變量。83.可重復(fù)性實(shí)驗(yàn)是可以重復(fù)驗(yàn)證的，對同一被試或相似被試在相似的控制條件下，應(yīng)得出相似的研究結(jié)果。這種重復(fù)驗(yàn)證的程度越高，實(shí)驗(yàn)研究的可靠性和有效性也就越高。4.精確性實(shí)驗(yàn)研究使研究者有可能準(zhǔn)確地、精細(xì)地、分別地研究問題的各個層面或組成部分的某個具體問題，深入細(xì)致地研究某些特定因素（自變量）對現(xiàn)象（因變量）的影響。5.因果性實(shí)驗(yàn)以發(fā)現(xiàn)、確認(rèn)事物之間的因果聯(lián)系為直接宗旨和主要任務(wù)，本質(zhì)上是按因果推論邏輯設(shè)計(jì)與實(shí)施的，它是揭示事物之間的因果聯(lián)系的有效工具和必要途徑。9實(shí)驗(yàn)法的局限性1.研究周期較長，成本較高；2.無關(guān)變量的控制難度較大；3.一些復(fù)雜的問題很難進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。10一、實(shí)驗(yàn)法的分類隨著自然科學(xué)的不斷進(jìn)步、實(shí)驗(yàn)手段的日益提高，實(shí)驗(yàn)方法的種類也越來越多。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施場所不同，可以分為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)（laboratoryexperiment）、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)（fieldexperiment）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)控制條件的嚴(yán)密程度不同，可以分為前實(shí)驗(yàn)（pre-experiment）、真實(shí)驗(yàn)（trueexperiment）和準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)（quasi-experiment）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)在科學(xué)研究過程中的不同作用，可以分為對比實(shí)驗(yàn)（contrastexperiment）、析因?qū)嶒?yàn)（factorialexperiment）、探索性實(shí)驗(yàn)（exploratoryexperiment）和模擬實(shí)驗(yàn)（simulationexperiment）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的性質(zhì)不同，可以分為定性實(shí)驗(yàn)（qualityexperiment）和定量實(shí)驗(yàn)（quantityexperiment）。11二、實(shí)驗(yàn)法的操作程序一項(xiàng)完整的實(shí)驗(yàn)操作程序通常包括為：選擇研究課題，提出研究假設(shè)→確定研究變量，給出其操作定義→選擇實(shí)驗(yàn)對象，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境→操縱自變量，控制無關(guān)變量→實(shí)驗(yàn)實(shí)施，進(jìn)行前測和后測→整理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。12（一）選擇研究課題，提出研究假設(shè)

必須從理論和實(shí)際的需要以及現(xiàn)實(shí)可行性出發(fā)，選擇學(xué)科核心領(lǐng)域的前沿性專題和重大科學(xué)問題。整個實(shí)驗(yàn)過程圍繞著驗(yàn)證研究假設(shè)展開的，假設(shè)是實(shí)驗(yàn)研究的核心。13（二）確定研究變量，給出操作定義

變量：具有變動特點(diǎn)并可以進(jìn)行量度的概念稱為變量。操作：是把抽象定義所界定的概念一步一步從抽象層次下降到經(jīng)驗(yàn)層次，分解為一些具體的、可測量的指標(biāo)，這些指標(biāo)一般都是與概念中的變量相對應(yīng)的。操作關(guān)鍵就是尋找一定的、能夠明顯區(qū)分的測量指標(biāo)來說明概念的屬性。14（三）選擇實(shí)驗(yàn)對象，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境實(shí)驗(yàn)對象要具有充分的代表性。選擇實(shí)驗(yàn)對象要按照隨機(jī)原則從調(diào)查對象的總體中抽取。這種方法適用于調(diào)查對象總體中個體單位較多、個體之間同質(zhì)性較強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)者對調(diào)查對象總體情況了解較少的情況。要特別注意實(shí)驗(yàn)對象和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的匹配問題，所有實(shí)驗(yàn)對象和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的各方面狀況應(yīng)盡可能相同或相似。15（四）操縱自變量，控制無關(guān)變量

自變量是變化的措施和條件，又稱實(shí)驗(yàn)處理。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖强醋宰兞康慕槿霑鸨辉囌呤裁捶磻?yīng)和變化。對引入自變量的控制主要是在實(shí)驗(yàn)激發(fā)的過程中，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案，有計(jì)劃地、系統(tǒng)地安排實(shí)驗(yàn)激發(fā)的環(huán)境和程度，使它們有序地作用于被試。無關(guān)變量也就是非實(shí)驗(yàn)因素，主要來自實(shí)驗(yàn)者、實(shí)驗(yàn)對象和實(shí)驗(yàn)環(huán)境三個方面。對無關(guān)變量的控制，就是要從這三個方面著手，努力排除或減少非實(shí)驗(yàn)因素對實(shí)驗(yàn)過程的干擾。16（五）實(shí)施實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行前測和后測

實(shí)驗(yàn)的前測：指實(shí)驗(yàn)前對被試進(jìn)行的與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的某些特質(zhì)的測驗(yàn)。通過前測可以使實(shí)驗(yàn)者了解被試某些特質(zhì)的現(xiàn)有水平，從而為判斷實(shí)驗(yàn)效果建立一個基準(zhǔn)，同時可以利用前測進(jìn)行取樣和分組。進(jìn)行前測要注意以下問題：前測必須測出實(shí)驗(yàn)所研究的特質(zhì)；前測要客觀，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化測驗(yàn)；在測驗(yàn)過程中，測驗(yàn)人員不要給被試任何暗示。實(shí)驗(yàn)的后測是和實(shí)驗(yàn)前測相對而言的，沒有后測，實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)工作就無從進(jìn)行，也無法得出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。前測和后測是實(shí)驗(yàn)（處理）前后的比較設(shè)計(jì)。（六）整理分析資料，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告對在實(shí)驗(yàn)過程中積累起來的資料，采用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，一般是先用描述統(tǒng)計(jì)的方法把反映結(jié)果的原始資料加以列表、圖示或計(jì)算該資料的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和相關(guān)系數(shù)等，然后再用統(tǒng)計(jì)的方法來檢驗(yàn)自變量與因變量之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)最后的一個工作，就是撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告書的格式和內(nèi)容，依實(shí)驗(yàn)研究問題的性質(zhì)而定。一般地說，實(shí)驗(yàn)報(bào)告書的內(nèi)容包括：①實(shí)驗(yàn)研究的問題；②實(shí)驗(yàn)的目的；③實(shí)驗(yàn)的計(jì)劃；④實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析；⑤實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)效度（experimentalvalidity）是指實(shí)驗(yàn)方法能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡某潭取?shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證假設(shè)，驗(yàn)證自變量和因變量之間的關(guān)系，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推論可用以解釋和預(yù)測其他同類現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)效度主要包括內(nèi)部效度和外部效度。19一、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)部效度及其影響因素實(shí)驗(yàn)的內(nèi)部效度實(shí)質(zhì)上反映了實(shí)驗(yàn)對變量間因果關(guān)系揭示的準(zhǔn)確程度，即因變量Y的變化在多大程度上來自自變量X。要使一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)達(dá)到較高的內(nèi)部效度，首先必須明確影響實(shí)驗(yàn)內(nèi)部效度的各種因素，然后采取各種有效措施，控制這些影響因素。美國學(xué)者坎貝爾和斯坦利認(rèn)為以下八種因素是影響實(shí)驗(yàn)內(nèi)部效度的主要因素：1．歷史因素假定研究者所用研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為：O1XO2。即在給予實(shí)驗(yàn)處理（X）之前進(jìn)行測驗(yàn)（O1），實(shí)驗(yàn)處理（X）之后再進(jìn)行測驗(yàn)（O2），自O(shè)1至O2這段期間內(nèi)，影響因變量O2的因素，除了X之外，可能還有某些特殊事件。這些特殊事件干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果即為歷史效應(yīng)。2．成熟因素成熟因素是指實(shí)驗(yàn)對象在實(shí)驗(yàn)期間隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的推移而產(chǎn)生的生理與心理的發(fā)展、成長(知識、技能、經(jīng)驗(yàn))和變化。3．測試經(jīng)驗(yàn)研究者為了取得實(shí)驗(yàn)前被試的初始狀態(tài)的成績，常常對被試實(shí)施前測驗(yàn)，這種前測驗(yàn)可能會積極或消極地影響實(shí)驗(yàn)處理實(shí)施后所進(jìn)行的測驗(yàn)，特別是當(dāng)前測驗(yàn)與后測驗(yàn)的內(nèi)容是相同的時候，它對后測驗(yàn)的影響就更大。4．測量工具的使用在實(shí)驗(yàn)過程中，測量工具不同，控制方式的不一致都會影響實(shí)驗(yàn)處理的效應(yīng)。5．統(tǒng)計(jì)回歸效應(yīng)統(tǒng)計(jì)回歸現(xiàn)象指被試的測量分?jǐn)?shù)在第二次測量時，有向團(tuán)體平均數(shù)回歸（趨近）的傾向。6．差異的選擇在實(shí)驗(yàn)過程中，由于沒有采用隨機(jī)化的方法選擇和分配被試，因而造成在實(shí)驗(yàn)處理前實(shí)驗(yàn)組與控制組之間被試在能力和特質(zhì)方面存在著較大的差異，實(shí)驗(yàn)結(jié)果中出現(xiàn)的差異就有可能是由原來研究組之間所存在的差異所造成的，而非實(shí)驗(yàn)處理的結(jié)果。7．實(shí)驗(yàn)消耗實(shí)驗(yàn)消耗也稱為被試流失，這是指在實(shí)驗(yàn)過程中，參加實(shí)驗(yàn)的被試數(shù)量和結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)組與控制組的測量結(jié)果的不具可比性，混淆了實(shí)驗(yàn)處理的效應(yīng)，降低了實(shí)驗(yàn)的內(nèi)部效度。8．樣本選擇與其他因素之間的交互作用在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，如果研究者對變量缺乏精確控制，上述諸因素常會產(chǎn)生交互作用的效果，這一效果與實(shí)驗(yàn)處理的效果相混淆，使研究者無法確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的來源，而誤認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)處理的作用。23二、實(shí)驗(yàn)的外部效度及其影響因素外部效度是指實(shí)驗(yàn)和研究的結(jié)果能夠推廣到其他總體、時間和情境中去的程度，即實(shí)驗(yàn)效果的普遍性。美國學(xué)者坎貝爾和斯坦利（Cambell&Stanley，1963）認(rèn)為，前測驗(yàn)的反作用、選擇偏差與實(shí)驗(yàn)變量的交互作用效果、實(shí)驗(yàn)安排的反作用效果和多重實(shí)驗(yàn)處理的干擾是影響實(shí)驗(yàn)外部效度的主要因素。241．前測驗(yàn)的反作用效果前測驗(yàn)的反作用影響是指前測對后測的作用。由于被試在前測驗(yàn)時已經(jīng)察覺本身正處在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，所以對后來進(jìn)行的測驗(yàn)就比較注意，致使他們本來的特征被有意或無意地掩蓋下來。2．選擇偏差與實(shí)驗(yàn)變量的交互作用效果由于種種原因，研究者所選擇的樣本總是很難完全代表總體的，這種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可推論性也將受到極大的限制。253．實(shí)驗(yàn)安排的反作用效果在實(shí)驗(yàn)研究過程中，如果被試了解了實(shí)驗(yàn)的安排或因參加實(shí)驗(yàn)而受刺激，那么他們就可能會產(chǎn)生霍桑效應(yīng)。即在實(shí)驗(yàn)中接受實(shí)驗(yàn)刺激的被試在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)與平時大大不同。參加實(shí)驗(yàn)的被試往往可能為投實(shí)驗(yàn)者所好，而改變正常的行為方式，努力表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者所期望的行為。4．多重實(shí)驗(yàn)處理的干擾同一組被試在短期內(nèi)接受兩種或兩種以上的實(shí)驗(yàn)處理時，前一實(shí)驗(yàn)處理往往會對后一實(shí)驗(yàn)處理產(chǎn)生積極或消極的影響，使被試產(chǎn)生練習(xí)效應(yīng)或疲勞效應(yīng)，因此用這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到的結(jié)果就不能適用于單因素實(shí)驗(yàn)處理的情境。26三、實(shí)驗(yàn)控制的基本方法實(shí)驗(yàn)控制基本原則就是最大最小控制原則，意思是使自變量產(chǎn)生最大變化，使其他無關(guān)變量與誤差產(chǎn)生最小的影響。271．物理控制實(shí)驗(yàn)情境的物理?xiàng)l件是否保持恒定，刺激的呈現(xiàn)是否標(biāo)準(zhǔn)，以及反應(yīng)的記錄是否客觀一致等物理性因素的控制。2．隨機(jī)化控制在研究設(shè)計(jì)中采用隨機(jī)化程序可以避免許多無關(guān)變量，通過隨機(jī)化可以將被試間的差異減小到最低限度，可以保證邏輯上的合理性等。3．平衡控制平衡是指通過設(shè)立控制組，將無關(guān)變量的影響平均分配到實(shí)驗(yàn)組和控制組當(dāng)中，使各組之間的差異盡可能相等，組與組之間保持同質(zhì)。284.對外部情境的控制實(shí)驗(yàn)研究要解釋自變量和因變量的關(guān)系必須排除無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)處理的干擾。5．對人為因素的控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中還必須考慮人為因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響。296．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式的控制在實(shí)驗(yàn)中人們常常用不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式來控制無關(guān)變量。不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式是針對特定的無關(guān)變量控制而設(shè)計(jì)的，每一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉加凶约禾囟ǖ目刂茥l件。7.對外在效度的檢驗(yàn)可采用以下一些方法：由其他研究者通過重復(fù)來驗(yàn)證；以實(shí)際效果來驗(yàn)證；用元分析的互證來驗(yàn)證；與其他研究成果比較來驗(yàn)證。30實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的發(fā)展簡史問世于1920年代，由英國生物物理學(xué)家R.A.Fisher首創(chuàng)，發(fā)展成為統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的一個重要分支，早期應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、生物學(xué)和遺傳學(xué)研究中30~40年代在英美各國發(fā)展推廣，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的技術(shù)革新，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。1949年，日本研究人員田口玄一進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。50年代后期，信噪比設(shè)計(jì)法和三次設(shè)計(jì)法的提出使得實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理論方法走向成熟。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的評判標(biāo)準(zhǔn)（1）最少的重復(fù)數(shù)得到足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（2）根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)要求制定完整的實(shí)驗(yàn)方案；（3）實(shí)驗(yàn)者要有實(shí)事求是的科學(xué)精神，認(rèn)真負(fù)責(zé)的科學(xué)態(tài)度。2.生態(tài)學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則

（1）重復(fù)原則（replication）試驗(yàn)中同一處理設(shè)置的小區(qū)數(shù)，稱為重復(fù)次數(shù)。重復(fù)的作用是估計(jì)實(shí)驗(yàn)誤差，同一處理的幾個重復(fù)之間的差異可以估計(jì)試驗(yàn)誤差；重復(fù)的另一作用是降低試驗(yàn)誤差，試驗(yàn)誤差的大小與重復(fù)的平方根成反比。（2）隨機(jī)原則（randomassortment）隨機(jī)排列是指一個區(qū)組中每一個處理都有同等的機(jī)會設(shè)置在任何一個試驗(yàn)小區(qū)上，以避免任何主觀因素的干擾。假重復(fù)最簡單常見的假重復(fù)：是每一種處理只有一次重復(fù)。例如：在兩大塊燒過或未被燒過的樣地中分別取幾個1m2的樣方，這些樣方不是重復(fù)而是亞樣方，它們不能用于比較燒與未燒的t-檢驗(yàn)中。犧牲的假重復(fù)：指有一個合理地重復(fù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，但在統(tǒng)計(jì)分析之前，重復(fù)的數(shù)據(jù)就被匯集在一起。時間上的假重復(fù)：在一個時間系列中積累的數(shù)據(jù)，如我們在2個月內(nèi)每周測量一次。在一個實(shí)驗(yàn)單元中時序上的連續(xù)樣本顯然不是彼此獨(dú)立的樣本。2.生態(tài)學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則試驗(yàn)設(shè)計(jì)三原則的關(guān)系和作用局部控制重復(fù)隨機(jī)化無偏估計(jì)誤差誤差估計(jì)降低試驗(yàn)誤差統(tǒng)計(jì)推斷提高精確性三原則作用實(shí)驗(yàn)計(jì)劃書的編制封面：實(shí)驗(yàn)名稱、計(jì)劃書編制者和編制小組以及設(shè)計(jì)時間；國內(nèi)外研究動態(tài)；實(shí)驗(yàn)?zāi)康模活A(yù)期結(jié)果；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的選擇:a因素和水平的選擇；b響應(yīng)變量的選擇；c實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的選擇；實(shí)驗(yàn)方法的確定:a試驗(yàn)材料的來源；b實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備；c試劑；d實(shí)驗(yàn)流程；e經(jīng)費(fèi)核算。田間規(guī)劃:a實(shí)驗(yàn)地的選擇；b隔離區(qū)的設(shè)置；c小區(qū)編號；d田間規(guī)劃圖。實(shí)驗(yàn)記錄表a實(shí)驗(yàn)室日志：記錄每天自己的工作和發(fā)生的各種情況；b儀器使用登記表；c借物登記表；d實(shí)驗(yàn)原始記錄：試劑配制、實(shí)驗(yàn)流程、結(jié)果記載、意外現(xiàn)象記錄、數(shù)據(jù)記錄等；e田間記錄：田間管理表、物候調(diào)查表、病蟲害記錄表等。實(shí)驗(yàn)誤差定義：是實(shí)驗(yàn)測量值（包括直接和間接測量值）與真值（客觀存在的準(zhǔn)確值）之差。實(shí)驗(yàn)誤差分類系統(tǒng)誤差由某些固定不變的因素引起的。在相同條件下進(jìn)行多次測量，其誤差數(shù)值的大小和正負(fù)保持恒定，或誤差隨條件改變按一定規(guī)律變化。隨機(jī)誤差由某些不易控制的因素造成的。在相同條件下作多次測量，其誤差數(shù)值和符號是不確定的，即時大時小，時正時負(fù)，無固定大小和偏向。隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，其誤差與測量次數(shù)有關(guān)。隨著測量次數(shù)的增加，平均值的隨機(jī)誤差可以減小，但不會消除。粗大誤差與實(shí)際明顯不符的誤差，主要是由于實(shí)驗(yàn)人員粗心大意，如讀數(shù)錯誤，記錄錯誤或操作失敗所致。這類誤差往往與正常值相差很大，應(yīng)在整理數(shù)據(jù)時依據(jù)常用的準(zhǔn)則加以剔除。實(shí)驗(yàn)誤差特點(diǎn)非零性實(shí)驗(yàn)誤差永遠(yuǎn)不等于零。不管人們主觀愿望如何，也不管人們在測量過程中怎樣精心細(xì)致地控制，誤差還是要產(chǎn)生的，不會消除，誤差的存在是絕對的。隨機(jī)性實(shí)驗(yàn)誤差具有隨機(jī)性。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，對同一個研究對象反復(fù)進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)、測試或觀察，所得到的竟不是一個確定的結(jié)果，即實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有不確定性。未知性實(shí)驗(yàn)誤差是未知的。通常情況下，由于真值是未知的。研究誤差時，一般都從偏差入手。實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生原因：a實(shí)驗(yàn)材料本身的內(nèi)在差異；b重復(fù)之間的環(huán)境異質(zhì)性；c實(shí)驗(yàn)操作的不均一性。減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法:

a選定合適的實(shí)驗(yàn)儀器。工欲善其事，必先利其器，需要仔細(xì)考慮；

b嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟、方法操作；

c熟練掌握各種測量器具的使用方法，準(zhǔn)確讀數(shù)；

d多進(jìn)行幾次實(shí)驗(yàn)；

e定期用標(biāo)準(zhǔn)的

度量衡校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀器（年檢）；簡單實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成組比較實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：將實(shí)驗(yàn)材料隨機(jī)分成兩組，每組各接受一種處理。（1）成組比較實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注意的問題：a一定要用隨機(jī)化方法劃分兩組實(shí)驗(yàn)材料；b實(shí)驗(yàn)組和對照組的選擇；c樣本量的選擇；d對照組的設(shè)置；e實(shí)驗(yàn)誤差。配對比較實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)配對設(shè)計(jì)是將受試對象按配對條件配成對子，每對中的個體接受不同的處理。配對的雙方一定要有內(nèi)在的聯(lián)系，否則不能組成配對。

單因素試驗(yàn)（single-factorexperiment）整個試驗(yàn)過程中只改變、比較一個試驗(yàn)因素（factor）的不同水平（level），其他作為試驗(yàn)條件的因素均嚴(yán)格控制一致。這是一種最基本的最簡單的試驗(yàn)方案。但如果選取的因素恰當(dāng)也是很有意義的。

多因素試驗(yàn)（multiple-factorexperiment）同一試驗(yàn)方案中包含兩個或兩個以上的試驗(yàn)因素，各個因素都分為不同的水平，其他試驗(yàn)條件均應(yīng)嚴(yán)格控制一致。各因素不同水平的組合成為處理組合（treatmentcombination），處理組合數(shù)是各供試因素水平數(shù)的乘積。這種試驗(yàn)的目的一般在于明確各因素的相對重要性和相互作用，并從中評選出一個或幾個最優(yōu)的處理組合。

綜合性試驗(yàn)（comprehensiveexperiment）綜合性試驗(yàn)實(shí)際上也是一種多因素試驗(yàn)，但與上述多因素試驗(yàn)不同。綜合性試驗(yàn)中各因素的各水平不構(gòu)成平衡的處理組合，而是將若干因素的某些水平結(jié)合在一起形成少數(shù)幾個處理組合。這種試驗(yàn)方案的目的在于探討一系列供試因素某些處理組合的綜合作用，而不在于檢測因素的單獨(dú)效應(yīng)和相互作用。單因素試驗(yàn)和多因素試驗(yàn)是分析性試驗(yàn)；綜合性試驗(yàn)則是在對其主導(dǎo)作用的那些因素及其相互關(guān)系已經(jīng)基本清楚的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的試驗(yàn)。它的處理組合就是一系列經(jīng)過試驗(yàn)初步證實(shí)的優(yōu)良水平的組合。單因素方差分析常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法(1)完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)(completelyrandomizeddesign):完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)：又稱單因素設(shè)計(jì),或成組設(shè)計(jì)，將同質(zhì)的受試對象隨機(jī)地分配到各處理組中進(jìn)行同期平行觀察,?或從不同總體中隨機(jī)抽樣進(jìn)行對比研究。（2）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(randomizedblocksdesign):根據(jù)“局部控制”的原則，將試驗(yàn)地按肥力程度分為等于重復(fù)次數(shù)的區(qū)組，一區(qū)組安排一個重復(fù)，區(qū)組內(nèi)各處理都獨(dú)立地隨機(jī)排列。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)（randomizedblocksdesign）8個品種4個重復(fù)的隨機(jī)區(qū)組排列74211317368548732164524887566532ⅠⅡⅢⅣ16個品種3個重復(fù)的隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)布置成兩排ⅠⅡⅢ381107151492147914131027916813510613416112125158631112516141231461115該設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是：a設(shè)計(jì)簡單，容易掌握；b單因素、多因素以及綜合性的試驗(yàn)都可以應(yīng)用；c能提供無偏的誤差估計(jì)；d對實(shí)驗(yàn)地的地形要求不嚴(yán)，必要時不同區(qū)組可分散地設(shè)置在不同的地段上。該設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn):a盡量保持區(qū)組內(nèi)的條件一致；b不允許處理太多。（3）拉丁方設(shè)計(jì)（latinsquaredesign）將處理從縱橫兩個方向排列為區(qū)組（或重復(fù)），使每個處理在每一列和每一行中出現(xiàn)的次數(shù)相等（通常一次），所以它是比隨機(jī)區(qū)組多一個方向進(jìn)行局部控制的隨機(jī)排列的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)是，處理數(shù)、重復(fù)數(shù)、直行數(shù)、橫行數(shù)均相等，具有雙向控制異質(zhì)性的作用，因而具有較高的精度。但實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)無伸縮性，重復(fù)數(shù)必須等于處理數(shù)，處理數(shù)太多會導(dǎo)致重復(fù)數(shù)過多。處理數(shù)太少又會影響試驗(yàn)誤差的自由度。通常拉丁方設(shè)計(jì)只限于4-8個處理。（3）拉丁方設(shè)計(jì)（latinsquaredesign）ABCBCACABABCDBADCCDBADCABABCDEBAECDCDAEBDEBACECDBAABCDEFBFDCAECDEFBADAFECBECABFDFEBACDABCDEFGBCDEFGACDEFGABDEFGABCEFGABCDFGABCDEGABCDEF偏差又稱為表觀誤差，是指個別測定值與測定的平均值之差，它可以用來衡量測定結(jié)果的精密度高低。均方和方差的本質(zhì)區(qū)別就是對象不一樣，方差是總體的指標(biāo)，均方是樣本的指標(biāo)，均方也可以稱為樣本方差，均方除以自由度即個數(shù)減一是因?yàn)橹灰纍-1個樣本值和均方，第n個值就可以求出來。自由度(degreeoffreedom,df)指的是計(jì)算某一統(tǒng)計(jì)量時，取值不受限制的變量個數(shù)。通常df=n-k。其中n為樣本數(shù)量，k為被限制的條件數(shù)或變量個數(shù)，或計(jì)算某一統(tǒng)計(jì)量時用到其它獨(dú)立統(tǒng)計(jì)量的個數(shù)。第一類錯誤：原假設(shè)是正確的，卻拒絕了原假設(shè)。第二類錯誤：原假設(shè)是錯誤的，卻沒有拒絕原假設(shè)。第一類錯誤即I型錯誤是指拒絕了實(shí)際上成立的H0，為“棄真”的錯誤，其概率通常用α表示，這稱為顯著性水平。α可取單側(cè)也可取雙側(cè)，可以根據(jù)需要確定α的大小，一般規(guī)定α=0.05或α=0.01。第二類錯誤即Ⅱ型錯誤是指不拒絕實(shí)際上不成立的H0，為“存?zhèn)巍钡腻e誤，其概率通常用β表示。β只能取單尾，假設(shè)檢驗(yàn)時一般不知道β的值，在一定條件下(如已知兩總體的差值δ、樣本含量n和檢驗(yàn)水準(zhǔn)α)可以測算出來。F值是兩個均方的比值，效應(yīng)項(xiàng)/誤差項(xiàng)，不可能出現(xiàn)負(fù)值。F值越大與給定顯著水平的標(biāo)準(zhǔn)F值相比較，說明處理之間效果差異越明顯，誤差項(xiàng)越小說明試驗(yàn)精度越高雙因素方差分析常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

（1）兩因素交叉分組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所謂交叉分組就是A因素每個水平與B因素的每個水平都要搭配，實(shí)驗(yàn)因素AB在實(shí)驗(yàn)中處于平等地位。包括有重復(fù)觀測值和無重復(fù)觀測值兩種類型。無重復(fù)觀測值有重復(fù)觀測值兩因素隨機(jī)區(qū)組化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)各處理間的比較：各因素水平間的最佳搭配不能簡單的由各因素的最佳水平組合而成，而應(yīng)在各處理的水平間比較而出。裂區(qū)設(shè)計(jì)（split-potdesign）

先按第一個因素設(shè)置各個處理（主處理）的小區(qū)，然后在這個主處理的小區(qū)內(nèi)引進(jìn)第二個因素的各個處理（副處理）的小區(qū)；按主處理所劃分的小區(qū)稱為主區(qū)（mainplot）,亦稱為主區(qū)或整區(qū)，整區(qū)內(nèi)按各個副處理所劃分的小區(qū)稱為副區(qū)，也稱裂區(qū)（split-plot）。該設(shè)計(jì)方法通常用于以下幾種情況：1.在一個因素的各種處理比另一個因素的各種處理需要更大面積時，便于管理；2.實(shí)驗(yàn)?zāi)骋灰蛩氐闹餍П攘硪灰蛩氐闹餍Ц鼮橹匾?，要求有更精確的比較；3.根據(jù)以往研究得知，某些要素的效應(yīng)比另一些要素的效應(yīng)更大時，將可能表現(xiàn)較大差異的因素作為主處理；4.有時，一個試驗(yàn)已經(jīng)在進(jìn)行，但臨時又發(fā)現(xiàn)必須加上另一個試驗(yàn)因素，這時也可以將已經(jīng)進(jìn)行試驗(yàn)的各小區(qū)（主區(qū)）再劃分成若干個較小的區(qū)域（副區(qū)），將新增試驗(yàn)因素（副區(qū)因素）的各水平設(shè)置上去。與二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)相比，裂區(qū)設(shè)計(jì)總實(shí)驗(yàn)次數(shù)不變，但主區(qū)的操作次數(shù)減少，因而減少了實(shí)驗(yàn)工作量和成本。

二因素隨機(jī)區(qū)組的兩個因素重復(fù)次數(shù)一樣多，而裂區(qū)設(shè)計(jì)的副區(qū)因素比主區(qū)因素重復(fù)次數(shù)多。裂區(qū)設(shè)計(jì)中，每個主區(qū)因素在每一區(qū)組中僅重復(fù)一次，而副區(qū)在一個區(qū)組中重復(fù)的次數(shù)等于主區(qū)的水平數(shù)。這樣，主區(qū)的重復(fù)數(shù)等于試驗(yàn)的重復(fù)數(shù)（區(qū)組數(shù)），副區(qū)的重復(fù)數(shù)等于區(qū)組數(shù)×主區(qū)水平數(shù)。裂區(qū)設(shè)計(jì)與二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的區(qū)別

正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(Orthogonalexperimentaldesign)當(dāng)試驗(yàn)涉及的因素在3個或3個以上，而且因素間可能有交互作用時，試驗(yàn)工作量就會變得很大，甚至難以實(shí)施。一個非常自然的想法就是從析因設(shè)計(jì)的水平組合中，選擇一部分有代表性水平組合進(jìn)行試驗(yàn)。因此就出現(xiàn)了分式析因設(shè)計(jì)(fractionalfactorialdesigns)。日本著名的統(tǒng)計(jì)學(xué)家田口玄一將正交試驗(yàn)選擇的水平組合列成表格，稱為正交表。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要工具是正交表，試驗(yàn)者可根據(jù)試驗(yàn)的因素?cái)?shù)、因素的水平數(shù)以及是否具有交互作用等需求查找相應(yīng)的正交表，再依托正交表的正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)以最少的試驗(yàn)次數(shù)達(dá)到與大量全面試驗(yàn)等效的結(jié)果，因此應(yīng)用正交表設(shè)計(jì)試驗(yàn)是一種高效、快速而經(jīng)濟(jì)的多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。正交表是一整套規(guī)則的設(shè)計(jì)表格Ln(tc)，用L為正交表的代號，n為試驗(yàn)的次數(shù)，t為水平數(shù)，c為列數(shù)，也就是可能安排最多的因素個數(shù)。例如L9(34)它表示需作9次實(shí)驗(yàn)，最多可觀察4個因素，每個因素均為3水平。正交表具有三條性質(zhì)：(1)每一列中各數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)都一樣多。(2)任何兩列所構(gòu)成的各有序數(shù)對出現(xiàn)的次數(shù)都一樣多。(3)均勻分散性，整齊可比”。也就是每個因素的每個水平與另一個因素各水平各碰一次，這就是正交性。例：某礦物氣體還原試驗(yàn)中，要考慮還原時間(A)、還原溫度(B)、氣體流速(C)、還原氣體比例(D)這四個因子對全鐵合量X〔越高越好)、金屬化率Y(越高越好)、二氧化鈦含量Z(越低越好)這三項(xiàng)指標(biāo)的影響。希望通過試驗(yàn)找出主要影響因素，確定最適工藝條件。首先根據(jù)專業(yè)知以確定各因子的水平：時間：A1=3(小時)，A2=4(小時)，A3=5(小時)溫度：B1=1000(℃)，B2=1100(℃)，B3=1200(℃)流速：Cl=600(毫升/分)，C2=400(毫升/分)，C3=800(毫升/分)

CO:H2：D1=1:2，D2=2:1，D3=1:1這是四因子3水平的多指標(biāo)(X、Y、Z)問題，如果做全面試驗(yàn)需3^4=81次試驗(yàn)，而用L9(34)來做只要9次。析因設(shè)計(jì)（factorialdesign）

又