模块二 试验的设计与实施

学习目标

1.了解试验设计的常用术语。

2.了解试验设计的基本原则。

3.掌握试验设计的基本内涵。

4.掌握制定试验方案的要点。

5.掌握试验方案的实施要领。

任务描述

1.通过学习试验设计常用的总体与样本、参数与统计量等术语的概念，有助于更规范地进行试验设计，并严格按照设计方案搜集、整理、分析和表达试验数据资料。

2.通过学习试验设计的基本原则，培养学生在设计试验过程中严格遵守基本原则，避免试验出现基本错误。

3.通过学习试验计划与方案的制定，培养学生申请课题、实施试验方案及撰写试验总结报告的能力。

项目一 试验设计常用术语

一、总体与样本

1.总体

在统计学中，根据一定的研究目的和要求所确定的研究对象的全体称为总体（population）；而把组成总体的每一个对象称为个体（individual）。例如，在研究某批酸乳的发酵情况时，该批酸乳的全体就组成了总体，而其中每一瓶酸乳就是一个个体。但对于具体问题，由于关心的不是每个个体的种种具体特性，而仅仅是它的某一项或几项数量指标X（可以是向量）和该数量指标X在总体的分布情况。在上述例子中X是表示酸乳的发酵情况。在试验中，抽取了若干个个体就观察到了X的这样或那样的数值，因而这个数量指标X是一个随机变量（或向量），而X的分布就完全描写了总体中我们所关心的那个数量指标的分布状况。由于所关心的正是这个数量指标，因此就把总体和数量指标X可能取值的全体组成的集合等同起来。

对总体的研究，就是对相应的随机变量X的分布研究，所谓总体的分布也就是数量指标X的分布，因此，X的分布函数和数字特征分别称为总体的分布函数和数字特征。今后将不区分总体与相应的随机变量，笼统称为总体X。根据总体中所包括个体的总数，将总体分为：有限总体（finite population）和无限总体（infi-nite population）。有限总体中观察单位数是有限的或可知的，而无限总体的观察单位数是无限的或不可知的。在实际工作中，对总体特征与性质的认识，一般情况下是没有必要甚至也不可能去对总体中每个观察单位进行全面的逐个研究，而常常是从总体中抽取部分个体来进行抽样研究。

2.样本

为了对总体的分布进行各种研究，就必须对总体进行抽样观察。抽样是指从总体中按照一定的规则抽出一部分个体的行动。一般都是从总体中抽取一部分个体进行观察，然后根据观察所得数据来推断总体的性质。样本（sample）是从总体中随机抽取的具有代表性的一组个体（X₁，X₂，…，X_n）的集合。

为了能更多更好地得到总体的信息，需要进行多次重复、独立的抽样观察（一般进行n次），对抽样有以下要求。

①代表性：每个个体被抽到的机会一样，保证了（X₁，X₂，…，X_n）的分布相同，与总体一样。

②独立性：（X₁，X₂，…，X_n）相互独立。那么，符合“代表性”和“独立性”要求的样本（X₁，X₂，…，X_n）称为简单随机样本。通常来讲，X＜30的样本称作小样本，X＞30的样本叫大样本。统计分析通常是通过样本来了解总体，这是因为有的总体是无限的、假想的，即使是有限的但包含的个体数目也很多，要获得全部观测值需花费大量的人力、物力和时间，或者观测值的获得带有破坏性。研究的目的是要了解总体，然而能观测到的却是样本，通过样本来推断总体是统计分析的基本特点。

二、参数与统计量

为了表示总体和样本的数量特征，需要计算出几个特征数。反映总体的统计指标叫参数（parameter），常用希腊字母表示参数，如用μ表示总体平均数，用σ表示总体标准差。反映样本的统计指标称为统计量（statistic），常用拉丁字母表示统计量，如用x-表示样本平均数，用S表示样本标准差。总体参数由相应的统计量来估计，如用x-估计μ，用S估计σ等。

三、试验指标

试验指标（experimental index）：在试验设计中，根据试验的目的而选定的用来衡量或考核试验效果质量的特性称为试验指标，又称试验效果，通常用y表示。它可以是单一的指标（包括综合评价指标），也可以是多个指标。例如，在考查加热温度和加热时间对杀灭牛乳中沙门氏菌的影响时，沙门氏菌的杀灭程度就是试验指标；在考察储存方式对香椿维生素C含量的影响时，香椿的维生素C的含量就是试验指标。

试验指标可分为数量指标（如质量、强度、精度、合格率、寿命、成本等）和非数量指标（如光泽、颜色、味道、手感等）。试验设计中，应该尽量使非数量指标数量化。试验指标还可分为定性指标与定量指标。定性指标是指不能用数量表示的，而是由人的感官直接评定的指标，如苹果的色泽、草莓的风味、蜂蜜的口感、面粉的手感等。定量指标是指能用某种仪器或工具准确测量的，能够用数量表示的指标，如梨子的糖度、酸度、pH、吸光度和合格率等。

试验指标可以是一个也可以同时是几个，前者称单指标试验设计，后者称多指标试验设计。不论是单项指标还是多项指标，都是以专业为主确定的，并且要尽量满足用户和消费者的要求，指标值应从本质上表示出某项性能，绝不能用几个重复的指标值表示某一性能。

四、试验因素及水平

1.试验因素（experimental factor）

在试验过程中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素，都称为因素或者因子。通常把研究试验中影响试验指标的因素称为试验因素，通常用A、B、C、D……大写字母表示。把除试验因素外其他所有对试验指标有影响的因素称为条件因素，又称试验条件（experimental conditions）。如，在研究不同储藏条件下的番茄保鲜情况时，温度、保鲜试剂、气调保鲜膜等都是影响试验效果的因素。这几个因素以外的其他所有影响番茄保鲜情况的因素都是条件因素。它们在一起构成了本试验的试验条件。考查一个试验因素的试验叫单因素试验，考查两个因素的试验叫双因素试验，考查3个或3个以上试验因素的试验叫多因素试验。

在许多试验中，不仅因素对指标有影响，而且因素之间还会联合起来对指标发生作用。因素对试验总效果是由每一因素对试验的单独作用再加上各个因素之间的联合作用决定的。这种联合搭配作用称作因素间交互作用。因素A和因素B的交互作用以A×B表示。

因素有多种分类方法，可以把因素分为可控因素和不可控因素。加热温度、熔化温度等人们可以控制和调节的因素，称为可控因素；机床的微振动、刀具的微磨损等人们暂时不能控制和调节的因素，称为不可控因素。试验设计中，一般仅适于可控因素。试验因素又可分为数量因素和非数量因素。数量因数——依据数量划分水平的因素，如温度、pH、时间等；非数量因素——不是依据数量划分水平，如酶的种类等。

2.因素水平（level of factor）

因素水平又称因子水平或叫位级，是指在试验设计中，为考查试验因素对试验指标的影响情况，要使试验因素处于不同的状态，把试验因素所处的各种状态称为试验水平，如研究不同杀菌温度对罐头的货架期的影响试验中，不同的温度条件（135℃、140℃、145℃、150℃）就是因素水平。因素水平一般在代表该因素的字母下添加下角标1、2、3 ……来表示。如A₁、A₂、A₃……，B₁、B₂、B₃……，C₁、C₂、C₃……。

在选取水平时，应注意以下三点。①宜选取三水平。这是因为三水平的因素试验结果分析的效应图分布多数呈二次函数曲线，而二次函数曲线有利于观察试验结果的趋势，这对试验分析是有利的。②取等间隔的原则，水平的间隔宽度是由技术水平和技术知识范围所决定的，水平的等间隔一般是取算术等间隔值，在某些场合下也可取对数等间隔值。由于各种客观条件的限制和技术上的原因，在取等间隔区间时可能有些差值，但可以把这个差值尽可能地取小些，一般不超过20%的间隔值。③所选取的水平应是具体的，即水平应该是可以直接控制的，并且水平的变化要能直接影响试验指标有不同程度的变化。

五、试验处理与试验单位

1.试验处理（experimental treatment）

试验处理是指事先设计好的实施在试验单位上的一种具体措施或步骤。在单因素试验中，试验的1个水平就是1个处理。在多因素试验中，由于因素和水平较多，可以形成若干个水平组合。如研究2种不同温度（A₁、A₂）、不同时间（B₁、B₂）和不同菌粉添加量（C₁、C₂）对酸乳发酵效果的影响，可以形成A₁B₁C₁、A₁B₁C₂，A₁B₂C₁、A₁B₂C₂，A₂B₁C₁、A₂B₁C₂，A₂B₂C₁、A₂B₂C₂8个水平组合，所以在多因素试验中，试验因素的一个水平组合就是一个处理。

2.试验单位（experimental unit）

在试验过程中，能接受不同试验处理的独立试验载体称作试验单位。它是试验中实施试验处理的基本对象，如在生物、医学试验中的小白鼠等。

六、全面试验与部分试验

1.全面试验（overall experiment）

在试验过程中，对所选取的试验因素的所有水平组合全部给予实施的试验称为全面试验。全面试验的优点是能够获得全面的试验信息，各因素及各级交互作用对试验指标的影响剖析得比较清楚。但是当试验因素和水平较多时，试验处理的数目会急剧增加，因而试验次数也会急剧增加。当试验还要设置重复时，试验规模就会非常庞大，以致在实际操作过程中难以实施。如4因素试验，每个因素取4个水平，则需要做4⁴=256次试验，这在实践中通常是做不到的。因此，全面试验是有局限性的，它只适用于因素和水平数目均不多的试验。

2.部分实施（fractional experiment）

在全面试验中，由于试验因素和水平数增多会使处理数量急剧增加，以致难以实施。此外，当试验因素及其水平数较多时，即使全面试验能够实施，通常也并不是一个经济有效的方法。因此，在实际试验研究中，常采用部分实施方法，即从全部试验处理中选取部分有代表性的试验进行处理，如正交试验设计和均匀设计都是部分试验。

项目二 试验设计的基本原则

一、重复原则

重复原则：指在一个试验中，将一个处理实施在两个或两个以上的试验单位上。一个处理实施的试验单位数称为该处理的重复数，或者说某个处理重复n次试验，这个处理的重复数就是n。重复通常有三层含义，分别是重复试验、重复测量和重复取样。试验设计中所讲的重复原则指的是重复试验。重复试验是指在相同的试验条件下，进行两次或两次以上独立的试验，目的是为了降低以估计和减小随机误差为主的各种试验误差。因此，在条件允许的情况下，应尽量多做几次试验。但也并非重复试验次数越多越好，因为无指导的盲目多次重复试验，不仅无助于试验误差的减少，而且造成人力、物力、财力和时间的浪费。

二、随机化原则

随机化原则：在试验中，每一个处理及每一个重复都有同等的机会被安排在某一特定的空间和时间环境中，以消除某些处理或其重复可能占有的“优势”或“劣势”，保证试验条件在空间和时间上的均匀性。

随机化原则贯穿于整个试验过程中，特别是对试验结果可能产生影响的环节必须坚持随机化原则。一般而言，不仅在处理实施到试验单位时要进行随机化，而且在试验单位的抽取、分组、每个试验单位的空间位置、试验处理的实施顺序以及试验指标的度量等每个步骤都应该考虑要不要实施随机化的问题。应当注意的是，随机化不等于随意性，随机化也不能克服不良的试验技术所造成的误差。

三、对照原则

对照原则：设计和实施试验的准则之一，通过设置试验对照进行比对，消除无关变量对试验结果的影响。试验组：是接受试验变量处理的对象组。对照组：亦称控制组，对试验假设而言，是不接受试验变量处理的对象组。

从理论上说，由于试验组与对照组的无关变量的影响是相等的、被平衡了的，故试验组与对照组两者之间的差异，则可被认定为是来自试验变量的效果，这样的试验结果是可信的。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下几种对照类型。

（1）空白对照 指不做任何试验处理的对象组。例如在“生物组织中可溶性糖的鉴定”试验中，假如用两个试管，向甲试管溶液加入试剂，而乙试管溶液不加试剂，一起进行沸水浴，比较它们的变化。这样，甲为试验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照。空白对照能清楚地对比和衬托出试验组的变化和结果，增加了说服力。

（2）自身对照 指试验与对照在同一对象上进行，即不另设对照。如“植物细胞质壁分离和复原”试验，则是典型的自身对照。自身对照的方法简便，关键是要看清楚试验处理前后现象变化的差异，试验处理前的对象状况为对照组，试验处理后的对象变化则为试验组。

（3）条件对照 指虽给对象施以某种试验处理，但这种处理作为对照意义的，或者这种处理不是试验假设所给定的试验变量意义的，或不是所要研究的处理因素。例如，“动物激素饲喂小动物”试验，其试验设计方案为，甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）；乙组：饲喂甲状腺抑制剂（条件对照组）；丙组：不饲喂药剂（空白对照组）。显然，乙组为条件对照。该试验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照，更能充分说明试验变量的作用。

（4）相互对照 指不另设对照组，而是几个试验组相互对比对照。以上是对照实验的几种类型，不同的类型，试验组和对照组的判断是不同的。

项目三 试验计划与方案

一、试验计划

在进行任何一项科学试验前，必须要制定一个科学、全面的试验计划书，以便使该项研究工作能够顺利开展，从而保证试验任务的完成。虽然科研项目的种类、大小有所不同，但是基本要求是一致的。

1.课题名称、试验目的

科研课题的选择是整个研究工作的第一步，也是最为重要的一步。科学研究的基本要求是探新、创新。研究课题的选择决定了该项研究创新的潜在可能性。

一般来说，研究课题的来源不外乎两个方面：一方面是国家（包括省、市、区）指定的项目，这类课题不仅保证了科研选题的正确性，而且也为个人选题提供了方向性指导，并提出明确的研究目的和最终的目标要求；另一方面是研究人员选定的课题，首先应该明确“为什么要进行这项科学研究”，亦即通过此项研究达到的目的是什么，解决什么问题，以及在科研生产中的效果如何。

选题时应注意以下几点。

（1）重要性 不论是理论性研究还是应用性研究，选题时必须明确其意义或重要性。理论性研究着重看所选课题在未来学科发展上的重要性；而应用性研究则着重看其对未来生产发展的作用和潜力。

（2）必要性和实用性 要着眼于本学科、行业科学研究和生产中急需解决的问题，同时从发展的观点出发，适当考虑长远或不久的将来可能出现的问题。

（3）先进性和创新性 在了解国内外在该研究领域的进展、水平等基础上，选择前人未解决或未完全解决的问题，以期在理论、观点、方法或应用等方面有所突破，即要有自己的新颖之处。

（4）可行性 即完成科研课题的可能性，无论是从主观条件还是客观条件方面，都要能保证完成研究课题。

2.研究依据、内容及预期达到的经济技术指标

课题明确后，通过查阅国内外有关文献资料，阐明项目的科学意义和应用前景、国内外学术界在该领域的研究概况、水平和发展趋势以及理论依据、特色和创新之处，详细说明项目的具体研究内容和重点解决的问题，以及取得成果后应用推广计划，预期达到的经济技术指标及预期的技术或理论水平等。

3.拟采取的试验设计方法及试验方案

试验方案是全部试验工作的核心部分，主要包括所研究的因素、水平的选择及试验设计方法的确定。方案确定后要结合试验条件适时调整试验设计方法，通过设计使方案进一步具体化、最优化。

4.试验结果的分析、研究成果的经济或社会效益估算

试验结束后，对各阶段取得的资料要进行整理分析，要明确应采用的统计分析方法。每一种试验设计都有相应的统计分析方法，分析方法不正确，必然会导致错误的结论。同时，应估算研究成果可能获得的经济或社会效益。

5.研究所需要的条件

除已具备的条件外，本试验研究尚需的条件还包括试剂、仪器设备以及受试材料等物品数量和要求等。受试材料即受试对象。首先应当明确受试对象所组成的研究总体，然后正确选择受试材料。受试材料选择的正确与否直接关系到试验结论的正确性。因此，受试材料力求均匀一致，应明确规定受试材料的入选标准和排除标准。

6.试验记录的项目与要求

为收集分析结果所需要的各方面资料，事先以表格的形式列出需要观察的指标与要求等。

7.已具备的基础条件和研究进度安排

已具备的基础条件主要包括过去的研究工作基础或预试情况、现有的主要仪器设备、研究技术人员及协作条件、经费情况等。研究进度安排可根据不同内容按日期、分阶段进行，定期撰写总结报告。

8.参加研究人员的分工

一般分为主持人、参加人。课题组成人员的结构应合理、优势互补，确保试验研究的连续性、稳定性及完整性。

9.试验的时间、地点和工作人员

试验的时间、地点要安排合理，工作人员要固定并参加相关培训，以保证试验正常进行。

10.成果鉴定及发表学术论文

这是整个研究工作的最后阶段。课题结束后，应召开鉴定会议，由同行专家作评价。研究者应以撰写学术论文、研究报告的方式发表自己的研究成果，根据试验结果做出理论分析，阐明事物的内在规律，提出自己的见解、新的学术观点或新的研究内容，将研究引向深入。

二、试验方案

试验方案（experimental scheme）是根据试验目的和要求进行制定的一组试验处理的总称，是整个试验工作的核心部分。因此，要经过周密的考虑和讨论，慎重制定。主要包括试验因素的选择、水平的确定等内容。试验方案按其试验因素的多少可分为以下三类。

1.单因素试验方案

单因素试验（single factor experiment）是指在整个试验中只变更一个试验因素的不同水平，其他作为试验条件的因素均严格控制一致的试验。这是一种最基本、最简单的试验方案。例如，某试验因素A在一定试验条件下，分3个水平A₁、A₂、A₃，每个水平重复5次进行试验，这就构成了一个重复5次的单因素3水平试验方案。

2.多因素试验方案

多因素试验（multiple—factor or factorial experiment）是指同一个试验中包含两个或两个以上的试验因素，各个因素都分为不同水平，其他试验条件均应严格控制一致的试验。多因素试验方案由所有试验因素的水平组合构成。安排时有完全试验方案和不完全试验方案两种。

3.综合性试验方案

综合性试验（comprehensive experiment）也是一种多因素试验，但与上述多因素试验不同。综合性试验中各因素的水平不构成平衡的水平组合，而是将若干因素的某些水平结合在一起形成少数几个水平组合。这种试验方案的目的在于探讨一系列供试因素某些水平组合的综合作用，而不在于检测因素的单独作用和相互作用。单因素和多因素试验多是分析性的试验；综合性试验则是在对于起主导作用的那些因素及其相互关系基本研究清楚的基础上设置的试验。它的水平组合是一系列经过实践初步证实的优良水平的配套。例如选择一种或几种适合当地的综合性优质高产技术作为试验处理与常规技术作比较，从中选出较优的综合性处理。

试验方案是达到试验目的的途径。一个周密而完善的试验方案可使试验多、快、好、省地完成，获得正确的试验结论。如果试验方案制定不合理，如因素水平选择不当，或不完全方案中所包含的水平组合代表性差，试验将得不出应有的结果，甚至导致试验的失败。因此，试验方案的制定在整个试验工作中占有极其重要的位置。

三、制定试验方案的要点

制定一个正确的试验方案，应认真考虑以下几个方面的问题。

1.明确试验目的及需要解决的问题

制定试验方案前应通过回顾以往研究的进展、调查交流、文献检索等信息，明确为达到本试验的目的需解决的主要的、关键的问题，形成对所研究主题及外延的设想，使制定的方案能针对主题有效地解决问题。

2.根据试验的任务和条件确定试验因素

在正确掌握生产或以往研究中存在的问题后，对试验目的、任务进行仔细分析，抓住关键点和重点问题。首先要选择对试验指标影响较大的关键因素、尚未完全掌握其规律的因素和未曾考察过的因素。试验因素一般不宜过多，应该抓住一两个或少数几个主要因素来解决关键问题。如果涉及试验因素较多，一时难以取舍，或者对各因素最佳水平的可能范围难以做出估计，那么可将试验分为两个阶段进行。即先进行单因素的预备试验，通过拉大水平幅度，多选几个水平点，进行初步观察，然后根据预备试验的结果再精选因素和水平进行正式试验。预备试验常采用较多的处理数，可不设重复；正式试验则应精选因素和水平，设置较多的重复。为不使试验规模过大而失控，试验方案力求简单，单因素试验能解决的问题，就不用多因素试验。

3.确定试验因素水平间隔

一般的试验因素有“质性”和“量性”之分，对于前者，应根据实际情况取适量的水平数。如不同的原材料、添加剂、生产工艺、包装方式等。对于后者应认真考虑其控制范围及水平间隔，如温度、时间、压力、添加剂的添加量，均应确定其所应控制的范围及在该范围内确定几个水平点和水平间隔等。

对于“量性”试验因素水平的确定应根据专业知识、生产经验、各因素的特点及试验材料的反应等综合考虑，基本原则是以处理效果容易表现出来为准。可以参考以下几点要求。

（1）水平数目要适当 水平数目过多，不仅难以反映出各个水平间的差异，而且加大了处理数；水平数目太少又容易漏掉一些好的信息，使结果分析地不够全面。平均数目一般不少于3个，最好包括对照采用5个水平点。若考虑到尽量缩小试验规模，也可确定2～4个水平。

（2）水平范围及间隔大小要合理 原则是试验指标对其反应灵敏的因素，水平少应小些，反之应大些。要尽可能把水平值取在最佳区域或接近最佳区域。

（3）要以正确方法设置水平间隔 水平间隔的排列方法一般有等差法、等比法、0.618法和随机法等。

等差法是指因素水平的间隔是等差的，如温度可采用30℃、40℃、50℃、60℃和70℃等水平。等差法一般适于试验效应与因素水平呈直线相关的试验。

等比法是指因素水平的间隔是等比的。一般适用于试验效应与因素水平呈对数或指数关系的试验。如某试验中时间因素的水平可选用5min、10min、20min和40min等，另一个试验中添加剂因素水平可选100mg/kg、150mg/kg、200mg/kg和250mg/kg，这种间隔法能使试验效应变化率大的地方因素水平间隔小一点，而试验效应变化率小的地方水平间隔大一点。

0.618法一般适用于试验效应与因素水平呈二次曲线型反应的试验设计。0.618法是以试验因素水平的上限与下限为两个端点，以上限与下限之差和0.618的乘积为水平间隔从两端向中间展开的。例如，果冻中加0.5%～4.0%的琼脂可达到硬度要求。可选用0.5%～4.0%为两个端点，再以4.0-0.5=3.5与0.618的乘积2.163为水平间隔从两端向中间扩展为0.5 +2.163≈2.7和4-2.163≈1.8。这样，包括对照有0%、0.5%、1.8%、2.7%和4.0%共5个水平。在试验中，选取效果较好的两个水平。如果有必要，可在下次试验时，以这两点的水平间隔与0.618的乘积为水平间隔，从两端向中间扩展，直到找到理想点。

随机法是指因素水平随机排列，各个水平的数量大小无一定的关系。如，赋形剂各个水平的排列为15mg、10mg、30mg、40mg等。这种方法一般适用于试验效应与因素水平变化关系不是十分明确的情况，在预备试验中用得较多。在多因素试验的预备试验中，可根据上述方法确定每个因素的水平，而后视情况决定是否需要调整。

4.正确选择试验指标

试验效应是试验因素作用于试验对象的反应，这种效应将通过试验中的观察指标显示出来。因而，试验指标的选择也是试验方案中应当认真对待的问题。在确定试验指标时应考虑如下因素：

（1）选择的指标应与研究的目的有本质联系，能确切地反映出试验因素的效应。

（2）选用客观性较强的指标。最好选用易于量化（即经过仪器测量和检验而获得）的指标。若研究中一定要采用主观指标，则必须采取措施以减少或消除主观因素影响。

（3）要考虑指标的灵敏性与准确性。应当选择对试验因素水平变化反应较为灵敏而又能够准确地度量的指标。

（4）选择指标的数目要适当。食品试验研究中，试验指标数目的多少没有具体规定，要依据研究目的而定。指标不是越多越好，但也不能太少。因为如果试验中出现差错，同时指标又很少，这会降低研究工作的效益，甚至使整个研究工作半途而废。

总之，试验指标应当精选，与研究目的密切相关的不应丢掉，而无关的指标不宜列入。经过对试验指标的比较分析，要能够较为圆满地回答试验中提出的问题。

5.设立作为比较标准的对照处理

根据研究目的与内容，可选择不同的对照形式，如空白对照、标准对照、试验对照，互为对照和自身对照等。

6.注意比较间的唯一差异原则

这是指在进行处理间比较时，除了试验处理不同外，其他所有条件应当一致或相同，使其具有可比性。只有这样，才能使处理间的比较结果可靠。例如，在对香椿喷洒多菌灵保鲜剂以提高其保鲜性能的试验中，如果只设喷多菌灵（A）和不喷多菌灵（B）两个处理，则两者的差异含有多菌灵的作用，也有水的作用，这时多菌灵和水的作用混杂在一起解析不出来。若再加喷水（C）的处理，则多菌灵和水的作用可以分别从A与C及B与C的比较中解析出来，因而可进一步明确多菌灵和水的相对重要性。

项目四 试验实施

一、试验准备

在进行试验之前，应对试验所需的仪器、设备、材料、试剂等做好准备，还应对试验环境进行科学合理的布置，以保证各处理有较为一致的环境条件。

1.材料的准备与处理

对于多数食品与生物试验来说，选择和处理好试验材料，直接影响到试验结果。因为当材料选择得好时，在试验过程中才能操作方便，这样才能便于试验结果的观察和测定。例如，在测定食品样品中金属元素和某些非金属元素（如砷、硫、氮、磷等）的含量时，由于这些元素常与蛋白质等紧密结合形成难溶、难离解的化合物，测定时就需要对试验材料进行有机物破坏处理。首先将样品置于坩埚中进行炭化，再在高温下灼烧，炭化了的样品在空气中氧的作用下，分解成二氧化碳、水和其他挥发气体，剩下的就是供测定的无机物。

2.仪器用具的准备

仪器用具能否正常使用，直接关系到试验的成败。应严格按照试验计划的要求，将所需仪器、用品进行检验后，按要求的次序摆放在实验台上，保证试验能按步骤顺利进行。例如，每次使用显微镜之前，都要进行检测，尤其是带有测微尺的显微镜，各个部件都应按照统一标准进行维护和组装，目镜也要通过指针安装调试好。

对色谱分析类仪器来说，除了试验材料要进行预处理外，仪器本身的预热和正确准备也很重要。例如，气相色谱仪在开机之前应做到如下几点。

①检查仪器电路和气路，确保正常。

②打开载气钢瓶总阀，调节减压阀，使出口压力为686～784KPa。

③调节流量控制器右侧的载气压力调节旋钮，使压力为490～588KPa。

④调节流量控制器右侧的两个载气流量控制旋钮，使载气流量为40～60mL/min。

对分光光度计类仪器来说，新安装的仪器或使用过的仪器，在重新使用前都必须进行性能指标检验，检验内容主要包括以下几个方面。

（1）指示波长准确度的检验。

（2）透光度准确度的检验。

（3）杂散光的检验。

（4）分辨率的检验。

（5）基线稳定度与平直度检验。

（6）吸收池配套性的检验。除性能指标检验外，在使用前应开机预热20min以上。

3.试剂的配制

试剂配制是否符合试验要求，直接影响着试验的结果。例如，苏丹红、龙胆紫、亚甲基蓝、双缩脲试剂、斐林试剂等常用的生物组织染色、显色试剂，其组成、浓度、配制方法等，都有严格的规定，稍有差错就会影响试验效果。有些试剂还需做必要的调整才可用于试验。

4.试验场所的准备

试验场所的准备主要是对实验室的环境和用具进行清洁和消毒，同时检查水、电、通风、光照等设备能否正常运转。

二、预试验

所谓预试验，就是在正式试验之前先做的一个试验，这样可以为试验摸索出进一步的条件。也可以检验试验设计的科学性与可行性，以免由于设计不周，盲目开展试验造成人力、物力、财力的浪费。所以，预试验必须与正式试验一样认真对待。

通过预备试验，可以检验出材料准备是否成功，仪器用具是否齐备及能否正常使用，化学试剂的配制是否符合试验要求等。同时也能检验试验的方法、步骤是否正确、简明，是否符合试验设计的要求等。通过预备试验，也可以较好地控制无关变量。在试验过程中，控制无关变量很重要，如果控制不好或者不控制无关变量，就不能得出因变量与自变量之间的必然联系。要准确的控制好这些无关变量，试验前不仅要预试验，而且要经过多次预试验才能把握准确。

由于预试验对正式试验的意义非常重大，因此，要做好以下几点要求：

（1）细致多想，充分准备 细致多想是指在进行预实验时，对所准备的试验进行认真思考。正式试验时就要把预试验所使用的器械、药品、试剂一一罗列出来，进行充分的准备。这需要了解试验目的与方法，细致解读试验步骤，详细列表，以避免在正式试验过程中出现仪器没有调试好、材料不合适以及结果不理想等情况。比如形态学实验“小鼠腹水肝癌淋巴道转移实验研究”，对小鼠的固定要用到苯板，按照以往的经验只要是苯板就行，但是在做预实验过程中，找到的苯板又薄又疏松，无法固定小鼠，于是在正式实验时及时更换了材料。看似一个小细节，如果没有做过预实验，只是按照经验，必然在正式试验中引起混乱，影响试验进展。

（2）反复多做，保证结果 反复多做是指在进行预试验时，如果对试验结果不是很满意，或者与规定的试验结果不相符，应该积极、主动地查找原因，反复进行试验，保证试验结果的准确性，而不应该把无现象说成有现象，把错误现象说成正确现象。

（3）积极多学，努力提高 所谓多学，就是指以实践学习为主，加强理论知识的学习，提高技术水平，熟练掌握各个学科的知识，融会贯通，提高自己的综合业务素质是非常必要的。

（4）善于反思，及时总结 失败并不可怕，关键是要善于思考，及时总结，将自己的经验与体会记录下来，和大家分享成果、交流经验、共同提高。实验准备是脑力劳动和体力劳动的结合，是实验技术和基本理论的结合。只有在实验准备过程中不断积累、创新、总结经验，才能不断提高自己的业务能力，从而促进教学质量的提高。

总之，在思想上要重视试验准备工作，而预试验是正式试验成功与否的关键。因此，应切实做好预实验，为提高试验质量做出努力。

三、正式试验

1.试验条件

试验的基本条件是为了更好地反映试验的代表性和可行性。室内试验的基本条件主要应阐述实验室环境控制、供试验材料情况及有关仪器设备是否能满足试验指标的分析测定；室外试验的基本条件包括试验的地点、供试材料、土壤类型及土壤肥力状况、试验地的地形地势、前茬作物、排灌条件等内容。

2.试验方法或试验设计

主要叙述采用的试验设计方法，试验单元的大小、重复次数、重复（区组）的排列方式等内容。如室内试验的试验单元设计主要写明每个单元包含多少个培养皿、多少根试管、几个袋子、几个三角瓶等。

3.试验管理措施

简要介绍对试剂和材料的培养或处理措施。对食品检测等方面的室内试验来说，主要介绍样品的准备、样品处理措施、检测方法要求等方面。

4.试验结果观察记载和数据分析测定

观察记载、分析测定是积累试验资料、建立试验档案的主要手段，也是整个试验中很重要，很琐碎，又很容易在细节上出现问题的一项工作。观察记载、分析测定项目设置是否全面，直接影响到今后对试验结果的分析是否合理、准确、完整、系统，因此要尽可能详细地观察所有对试验有影响的环境条件及试验过程中出现的各种情况表现。

5.试验资料的整理和分析

试验资料的统计分析方法一定要与试验设计方案相匹配，且不可玩数学游戏。例如随机区组设计、拉丁方设计、裂区设计等试验资料采用方差分析比较好，而正交设计采用方差分析就不是很理想。

6.试验进度及经费预算

试验进度安排说明试验的起止时间和各阶段工作任务安排。经费预算要在不影响课题完成的前提下，充分利用现有设备，节约各种物资材料。如果必须增添设备、人力、材料，应当将需要开支项目的名称、数量、单价、预算金额等详细写在试验计划上（若开支项目太多，最好能列表），以便早作准备如期解决，以防止阻碍试验顺利进行。

四、试验总结报告的书写

在食品科学与生物技术的研究中，为了创造新品种、探索新技术等，在试验指标调查、观察记载和统计分析等完成后，最后获得试验结果，一般都要求书写一份试验总结。它是对研究成果的总结和记录，是进行新技术推广的重要手段。因此，把表达试验全过程的文字材料称试验报告，或称试验总结。

1.试验总结的主要内容

试验总结的主要内容包括以下几个方面。

（1）标题 标题是试验总结报告内容的高度概括，也是读者窥视全文的窗口，因此一定要下功夫拟好标题。标题的拟定要满足以下几点要求：一是确切，即用词准确、贴切，标题的内涵和外延应能清楚且恰如其分地反映出研究的范围和深度，能够准确地表述报告的内容，名副其实；二是具体，就是不笼统、不抽象。例如内容非常具体的一个标题：《草莓风味酸乳预拌粉的制备及其发酵特性的研究》，若改成《草莓风味酸乳粉的制备及其特性》就显得笼统。三是精短，即标题要简短精练，文字得当，忌累赘烦琐。四是鲜明，即表述观点不含混，不模棱两可。五是有特色，标题要突出论文中的独创内容，使之别具特色。

拟写标题时还要注意：一要题文相符，若研究工作不多或仅做了平常的试验，却冠以“×××的研究”或“×××机理的探讨”等就不太恰当，如果改成“× ××问题的初探”或“对×××观察”等较为合适；二要语言明确，即试验报告的标题要认真推敲，严格限定所述内容的深度和范围；三要新颖简要，标题字数一般以9～15字为宜，不宜过长；四要用语恰当，不宜使用化学式、数学公式及商标名称等；五要居中书写，若字数较多需转行，断开处在文法上要自然，且两行的字数不宜有过大悬殊。

（2）署名 标题下要写出作者姓名及工作单位。个人总结报告，个人署名；集体撰写总结报告，要按贡献大小依次署名。署名人数一般不超过六人，多出者以脚注形式列出，工作单位要写全称。

（3）摘要 摘要写作时要求做到短、精、准、明、完整和客观。“短”即行文简短扼要，字数一般在150～300字；“精”即字字推敲，添一字则显多余，减一字则显不足；“准”即忠实于原文，准确、严密地表达论文的内容；“明”即表述清楚明白、不含混；“完整”即应做到结构严谨、语言连贯、逻辑性强；“客观”即如实地浓缩本文内容，不加任何评论。摘要有时在试验总结中也可省略。

（4）正文 正文主要包括以下内容。

①引言：主要写试验研究的背景、理由、范围、方法、依据等内容。写作时要注意谨慎评价，切忌自我标榜、自吹自擂；不说客套话，长短适宜，一般为300～500字。

②材料和方法：要将试验材料、仪器、试剂、设计和方法写清楚，力求简洁。试验方法要说明采用何种方法、试验过程、观察与记载项目和方法等。

③结果与分析：是论文的“心脏”，其内容包括：逐项说明试验结果；对试验结果做出定性、定量分析，说明结果的必然性。在写作时要注意：围绕主题，略去枝蔓。选择典型、最有说服力的资料，紧扣主题。实事求是反映结果。层次分明、条理有序。多种表述，配合适宜，要合理使用表、图、公式等。

④总结：写作时要注意几点如下。第一，措辞严谨、贴切，不模棱两可。对有把握的结论，可用“证明”“证实”“说明”等表述，否则在表述时要留有余地；第二，实事求是地说明结论适用的范围；第三，对一些概括性或抽象性词语，必要时可举例说明；第四，结论部分不得引入新论点；第五，只有在证据非常充分的情况下，才能否定别人结论。有时在总结末尾还要写出致谢、参考文献等内容。

2.试验总结书写的特点和要求

（1）试验总结书写特点 试验总结既有情报交流作用，又有资料保留作用。不少试验总结本身就是很有学术价值的科技文献。因此，试验总结在写作时要体现以下特点。

①尊重客观事实，书写试验总结必须尊重客观事实，以试验获得的数据为依据。真正反映客观规律，一般不加入个人见解。对试验的内容，观察到的现象和所作的结论，都要从客观事实出发，不弄虚作假。

②以叙述说明为主要表达方式，要如实地将试验的全过程，包括方案、方法、结果等，进行解说和阐述。切记用华丽的词语来修饰。

③兼用图表公式，将试验记载获得的数据资料加以整理、归纳和运算，概括为图、表或经验公式，并附以必要的文字说明，不仅节省篇幅，而且有形象、直观的效果。

（2）试验总结的书写要求 试验总结报告是科技工作者写作时经常使用的文体，因此，应熟知其写作要求。试验总结报告的写作要求如下。

①阅读对象要明确，在动手写试验报告时，要弄清是为哪些人写的，如果是写给上级领导看的，就应该了解他是否是专家。如果不是，在写作时就要尽可能通俗，少用专业术语，如果使用术语则要加以说明，还可以用比喻、对比等手法使文章更生动。如果文章的读者是本行专家，文章就应尽可能简洁，大量地使用专业术语、图、表及数字公式。

②内容要可靠，试验报告的内容必须忠实于客观实际，向告知对象提供可靠的报告。无论是陈述研究过程，还是举出收集到的资料、调查的事实、观察试验所得到的数据，都必须客观、准确无误。

③论述要有条理，试验报告的文体重条理和逻辑性，也就是说只要把情况和结论有条理地、依一定逻辑关系提出来，达到把情况讲清楚的目的即可。

④篇幅要短，试验报告的篇幅不要过长，如果内容过多，应用摘要的方式首先说明主要的问题和结论，同时还应把内容分成章节，并用适当的标题把主要问题突出出来。

⑤观点要明确，客观材料和别人的思考方法要与作者的见解严格地区分开。作者要在报告中明确地表示出哪些是自己的观点。

练习题

1.试验设计的基本原则是什么？

2.试验因素，因素水平，试验指标的概念是什么？

3.如何拟定试验的程序？

4.试验研究方案有哪些类型？

5.不完全试验方案及综合性试验方案的区别是什么？

6.拟定试验方案应注意的问题哪些？

7.试验方案的概念是什么？

8.制定试验方案的要点有哪些？

9.结合自己做过的试验或实训内容撰写一份试验设计方案。