理工医科类学术论文写作中的实验设计

　　设计和开展科学实验是理工医科类学术论文写作的最主要研究方法。科学实验是科学研究者为获得预定的研究目标，在人工控制的条件下，通过于预和控制实验对象而观察和探索实验对象有关规律和机制的一种研究方法，它是人类获得知识、检验知识的一种实践形式。科学实验和科学观察是科研工作者搜集科学事实、获得感性材料的基本方法，同时也是检验科学假说，形成科学理论的实践基础。
　　
　　实验设计是以概率论与数理统计为理论基础，合理安排实验进程，对实验过程中的要素进行改变并观测其变化结果的过程。广义的实验设计是指自然科学研究的全部过程，即从问题的提出、假说的形成，到实验变量的选择、具体操作实验，再到对实验结果的分析，最终形成论文的全部过程。狭义的实验设计仅仅指根据研究目的制定一定的实验计划和方法策略，具体实施实验的过程。
　　
　　实验研究主要关注如何高效而经济地获取数据信息，并对实验结果进行科学的分析处理，得出正确的结论。科学实验对于撰写理工医科论文而言具有至关重要的作用。
　　
　　对于相同的研究方向、类似的研究课题，较好的实验设计能够快速地得出准确的结论，也能直接体现出科研工作者的学术水平。要开展有效的科学研究，就必须用科学的方法来设计实验。
　　
　　（一）科学实验的类型划分
　　
　　科学实验按照不同的分类方法，可以分为不同的种类。按照实验对象的不同，可以分为物理实验、化学实验、生命实验、人体实验等。
　　
　　按照实验因素的多少，可以分为单因素实验和多因素实验。单因素实验是指在实验中只对一个实验因素进行比较的实验，这是最基本、最简单的实验方案。多因素实验是在一个实验中同时研究两个或两个以上的实验因素。
　　
　　按照实验目的的不同，可以分为定性实验、定量实验、结构分析实验、测量实验、对照实验、验证性实验、判定性实验和中间实验等。
　　
　　根据实验手段是否直接作用于被研究对象，可以分为直接实验和模型实验。
　　
　　根据实验对象的透明度，可以分为黑箱实验、灰箱实验和白箱实验等。
　　
　　（二）实验设计的基本程序
　　
　　一是实验变量的选择。在开始实验设计之前，必须选择实验的若干观测变量。在选择实验变量时，科研工作者要通过理论计算或逻辑推理得知此变量会为研究提供哪些有用的信息。通常是选取测量特性的平均值或标准差作为应变量。
　　
　　二是实验因素的考量。研究者必须确定实验中所要涉及的相关因素，并规定这些因素的水平值，同时要考虑在包含实验因素在内的各类条件下能否获得所希望的实验数值。在影响实验的各类因素考量过程中，要重点研究那些重要的影响因素，并尽量避免受到过去经验的干扰。特别是实验测试中仪表仪器性能是一个需要特别考虑的因素，这对实验结果的准确与否具有重大的影响。
　　
　　三是实验问题的提出。这一步骤看起来很简单，但如何将选定的课题题目转化成实验中的研究问题是一个十分复杂的过程，需要理顺研究课题的主旨方向，熟悉有关实验的基本原理和方法，要对实验的目的有深刻理解。实验设计要考虑实验中的样本量，选择合适的试验次序，确定是否划分区域组、对比组，或是否设计其他随机化约束条件。在进行实验时要细心观察实验过程以确保实验按照事先规划好的方式进行，其中一些微小的失误都会破坏实验的有效性。要在实验过程中及时地观察实验现象，准确地记录实验数据。
　　
　　四是数据分析的方法。在对实验结果进行数据分析时要用统计学的若干方法，确保得到的结果和结论都是客观的，不是主观臆断。理工医科类研究在进行数据分析时，可以适当使用相关数据处理软件和有关图解法。
　　
　　（三）实验设计的基本原则
　　
　　理工医科类研究的实验设计要遵循局部控制性原则、重复性原则、随机化原则等原则方法。
　　
　　局部控制性原则是指在实验时采取一定的技术措施或方法来减少非实验因素给实验造成的影响。当实验环境或实验单位差别较大时，仅仅用控制变量的方法不能够消除环境变化给实验带来的影响，会影响实验的准确性，因此，在实验设计中要遵循局部控制原则，将整个实验环境或实验单位分成若干个小组，在同一个小组内确保非实验处理因素尽量保持一致，这样就能够较好地降低实验误差。
　　
　　重复性原则是指科学实验必须在同一环境条件下反复进行、多次实验，这也是理工医科类研究具有科学性的基本标志。重复性实验是对某一基础实验进行重复而不是简单地对一次实验的结果进行反复测量，这样可以避免由于实验操作失误带来的实验误差。一般认为，能重复五次以上的实验才具有较高的可信度。重复性实验具有两种重要性质：一是允许实验有一定误差，但误差必须是在可以接受的范围内；二是如果经过重复实验得出了一个平均样本值，则可以再次经过重复让实验者得出这一实验更为精确的估量值。
　　
　　随机化原则是实验设计和进行过程中使用统计方法的基础。统计学是建立在独立随机变量的基础之上的，研究对象是随机变量。因此在做统计推断时，所获得的样本必须是随机样本，否则就不能用统计学的方法来推断。理工医科类学术论文研究的随机化原则就是指实验材料的分配和实验处理的顺序，都是随机确定的。在实验室的实际操作过程中，可以运用随机数字表、随机排练表来尽量确保实验的随机性。
　　
　　另外，在实验设计的过程中，还需要遵循对照原则、（四）拟定实验方案实验方案是根据课题研究的目的与要求，阐述实验的知识背景、理论基础和实验目的，具体设计实验方法和步骤（包括统计学考虑、试验执行和完成的条件）。实验方案是整个实验工作的核心部分，需要周密考虑，慎重决定。实验方案必须由课题研究的主要责任人制定和执行。
　　
　　要拟定一个正确、可行的实验方案，首先要明确实验目的，了解实验所要达到的目标，根据任务和条件来考虑实验因素。要认真考虑实验的因素和水平对实验可能造成的影响，并选择合理的范围。要在实验中设立作为比照标准当然，还有一点必须强调，科学实验毕竟只是科学研究的重要手段和丁具，科学实验不能完全代替理论研究。
　　
　　任何实验方法都是有其局限性的，因为任何实验都是在一定的特殊环境条件下和有限的范围内开展的，实验的结果与普遍的理论之间总是存在距离的，许多科学问题是无法完全通过实验来解决的。