第十九章 医学科学研究设计的基本原理和方法
第一节 医学科学研究的基本要素
与其它学科—样，医学科学研究由三个基本部分组成：实验因素、实验对象和实验效应，通常将这三个组成部分称为科学研究的三大要素。正确选择这三大要素是科研设计成功的关键。
一、实验因素
实验因素也称处理因素，一般是指为解决某种医学问题而选择的特定因素，用该因素施加于实验对象，观察其产生的生物学效应，以判断工作设想的真伪。
选择什么作为实验因素，取决于实验目的。实验因素是整个研究工作的主体，必须非常明确，否则将影响整个研究工作。通常简单的实验中只选定一个实验因素，解决一个问题。对能影响实验结果的其他非实验因素的作用要在实验设计中加以排除。
实验因素确定之后，要选择正确的实验因素的水平，即选定实验因素的刺激强度（或量)。实验因素水平的选择，取决于实验的目的和性质。同一个实验因素对于生理学实验、病理学实验、药理学实验或毒理学实验，其刺激强度（量)的选择可有很大悬殊。因此正确选定实验因素的水平十分重要。
依照研究因素与水平的数目，可以设计四个不同类型的实验，即单因素单水平、单因素多水平、多因素单水平和多因素多水平的实验。
为保证实验结果的可比性，实验因素施加的途径要合理化，施加的方法要标准化，施加的时间要固定化。
二、实验对象
受试对象的确定取决于试验目的。基础医学研究的实验对象绝大多数是动物。可以动物整体作为实验对象，进行体内实验；也可采用器官、组织、细胞、亚细胞或分子作为实验对象，将相应样本取出，进行体外实验。整体试验较好地反映体内的实际情况，实验结果对临床医学参考意义较大。然而体内影响因素十分复杂，为了深入探讨作用机制，往往需要配合适当的体外实验。
在基础医学研究中，所选实验对象首先必须具备两个基本条件：一是对实验因素敏感；二是反应比较稳定。其次，实验对象必须具有可行性，不仅易于取样，而且安全性好。
对实验对象的影响因素必须进行控制。不同性别与年龄的激素、代谢与器官功能均有一定差异，这些因素对实验因素的反应都有一定的影响，因此实验组与对照组的性别和年龄要均衡。此外，室温、光线、饲料等因素均需注意。
三、实验效应
实验因素作用于实验对象所引起的实验效应或反应需要通过具体实验指标加以观察、测量和记录，因此效应指标的正确选定是非常重要的。选用的观测指标必须与所研究的题目具有本质的联系，且能确切反映实验因素的效应。所选指标是否符合关联性要求，这往往反映科研工作者的专业知识与技术水平。由于科学技术不断发展，研究人员应当及时了解最新信息，使自己的研究工作应用的指标更好地反映实验效应的本质。
实验效应指标可分主观指标和客观指标，这是由指标数据来源决定的。指标数据是由观察者或受试对象根据主观感受程度判定的，称为主观指标；指标数据由仪表指示的，叫做客观指标。主观指标易受心理状态与暗示程度的影响，并且感觉器官的感受往往由于背景条件与对比诱导可发生较大的差异，因此在科研中应尽量少用。但是，目前生物科学技术还不够发达，有些反应尚无适当的客观指标，有些客观指标灵敏度远不如主观感受，因此有些实验中还可选用。
实验效应观测指标要有一定的的灵敏度。灵敏度通常是由该指标所能正确反映的最小数量级或水平来确定。作为研究指标，要求其灵敏度能正确反映实验因素对实验对象所引起的反应，并不是灵敏度越高越好。
实验效应指标还应当有一定的特异性和精确性。所谓精确性有着指标的精密度与准确度的双重含义。准确度是测定值与真实值接近的程度，也就是说，准确度是测定正确性的量度。
对于不同的实验和不同的指标，准确度和精密度要求是不同的。
第二节 实验设计的基本原则
一、对照原则
对照(control)是实验设计的基本原则中的首要原则。对照原则是指为保证实验结果的可比性和实验结论的正确性，在实验设计中要设立合适的对照组，除了实验因素外，其它一切条件尽量与实验组相同，以排除非实验因素的影响。根据不同的实验和要求，通常采用以下对照方法。
(一)空白对照与实验对照
空白对照(blank control)是指不给任何处理的对照。而实验对照(experimentalcontrol)是指除了实验因素，采用与实验组操作条件一样的干预措施，进行对照。如假手术对www.med126.com/yaoshi/照、药物溶媒对照、pH对照等等。
(二)安慰剂对照
安慰剂(placebo)是用无药理活性的物质代替药物的一种实验对照，多用于临床实验。不仅安慰剂可以产生安慰剂效应，语言、文字、诊断治疗的环境与操作也可产生类似安慰剂的效应，称为安慰作用。
(三)阳性对照
阳性对照也称有效对照或标准治疗对照，在观察评价某种药物或疗法的疗效时，为不延误病人的治疗，不能用安慰剂对照，但可用已知的有效药物、有效的疗法或公认的标准疗法作对照。在应用有效对照或标准治疗对照时，要注意选择疗效被公认或肯定的药物或疗法，而且与所试验的药物或疗法是属于同—类型。而不应为抬高所试药物的疗效而选用疗效差的药物或减少剂量缩短疗程作为对照疗法。
二、随机化原则
随机化(randomization)是指从实验对象的“总体”中抽取一定数量的“样本”进行研究的过程要随机化，避免研究者的主观性，让机遇起作用，以反映“总体”的客观情况。
随机不是随便或随意，随机抽样要按一定的方法进行。随机抽样的基本方法有抽签、随机数目表、计算器随机数目法等。
1．抽签法：将实验对象逐个编制成签，充分混合后，从中依次抽签分组即可。
2．随机数目表法：随机数目表根据随机抽样的原理编制而成，可查阅有关统计学书籍。表中各个数字都是彼此独立的，无论按上下、左右或斜向的顺序都是随机出现，因此可以从任意一处按任意方向的顺序进行。
3．计算器随机数法：科学型计算器均有随机数发生键(按INVRAN)，具体操作参见计算器使用有关书籍。
三、重复原则
重复(replication)原则的含义有二：一是实验样本数必须够大，在一次实验中有充分的重复；二是如果一批实验结果可靠，应经得起重复实验的考验。重复实验是检查科研结果可靠性的唯一方法。
决定重复数(样本数)的因素很多，如处理效果差异程度、抽样误差和实验误差的大小等，可用有关统计学方法估计。可能条件下，应尽量使各组样本数相等或接近。可能条件下，应尽量使各组样本数相等或接近。
第三节 科技论文的撰写
科学研究的结果多数以论文的形式发表公布。科技论文的编写有严格的要求和规定，一是写作格式的标准化；二是文字技术表达的规范化，包括名词术语、数字、量和单位、数学式、化学式、插图、表格和参考文献等；三是科技语言和标点符号的运用要正确。
一、题名
题名是科技论文的必要组成部分，是论文的总纲，也是一篇论文的最重要的信息点。题名应以最简洁、恰当的词组来反映论文的特定内容，使之具于画龙点晴、启迪读者兴趣的功能。
题名应能准确地表达中心内容，恰如其分地反映研究的范围和达到的深度，还要简短精炼，便于记忆。题名一般不宜超过20个字，外文题名一般不宜超过10个实词。题名应避免使用化学结构式、数学公式、不常规的缩略词、首字母缩写字和不太为同行所熟悉的符号及简称。
二、署名
作者署名是科技论文的必要组成部分。署名是作为拥有著作权的声明，任何人和单位不得侵犯。同时署名表示文责自负的承诺，论文一经发表，署名者就对论文负有法律上、政治上、科学上和道义上的责任。当然，署名也便于建立作者与读者的联系。
只有对论文所涉及的研究工作有实质性贡献的人，即在论文主题内容的构思、具体研究工作的执行及撰写等方面的全部或局部上做出主要贡献的人员，能对论文主要内容负责答辩的人，才是论文的法定主权人和责任者，才能署名。
三、摘要
摘要是科技论文的必要组成部分。摘要是以提供文献（论文)内容梗概为目的，不加评论和补充解释，简明、确切地记述文献重要内容的短文。
编写摘要应掌握目的、方法、结果和结论四要素。其中目的是指论文的主题范围；方法是指所用原理、理论、工艺、材料、手段和装备等；结果是指实验研究的结果、数据、性能和得到的效果；结论是指对结果的分析、评价和建议等。
编写摘要要用第3人称，不可使用“本人”、“作者”和“我厂”等字样。摘要一般不用非共知共用的符号和术语，不使用图、表、化学结构式和数字公式。
四、关键词
标引关键词有助于读者从大量的书刊中，用较短的时间寻找到所需的文献。标引关键词也是为了适应计算机自动检索的需要。
科技期刊的每篇论文应在摘要下方给出3—8个关键词（或叙词)。关键词的标引应按规定进行。
五、引言
引言是可酌情取舍的概述要素。它是向读者简要交代论文研究的来龙去脉，以使读者对论文有一个大概的总体的了解。引言的撰写要言简意赅，突出重点。若正文中采用比较专业化的术语或缩写词时，最好先在引言中定义。
六、正文
正文是论文的论证部分，也是论文的核心部分。论文的论点、论据和论证都在正文这一部分阐述，占主要篇幅。它包括调查对象、仪器设备、材料与原料、实验与观察方法、计算方法与编程原理、数据资料与图表、形成的论点和导出的结论等。
正文内容一般应包括理论分析、材料和方法、结果及其分析、讨论和结论等几部分。撰写时应注意以下几个方面。
1．正文应充分阐明论文的观点、原理、方法和经过定量与定性分析后所得出的结果。注意要突出一个“新”字，以反映论文具有的首创性。
2.正文论述的内容要尊重客观，实事求是，事实、数据、计算和语意应准确无误。
3．要求正文层次分明，思路清晰、合乎逻辑，文字简练，避免重复、繁琐，避免用图、表重复反映同一组数据，引用的资料要标明出处。
4．对须保密的资料应作技术处理，不得泄密。
有关正文中的图、表、法定计量单位、数字、符号和名词术语等均应符合有关的国家标准。
七、结论
结论部分是论文最后的总体的结论，不是正文中各段小结的简单重复。若不可能导出应有的结论，也可以没有结论而进行必要的讨论。
这部分的内容应包括：
1．实验结果所提示的原理及其普遍性，即通过研究得出了什么规律性的东西，解决了什么理论或实际问题；
2．研究中有无发现例外，或本论文尚难以解释和解决的问题；
3．与他人和自己以前已发表过的研究课题哪些相一致，哪些又不一致，是否作了修正、补充和发展或否定；
4. 本论文在理论上与实用上的意义与价值；
5．对进一步研究该课题的建议、设想。
结论的撰写要求概括准确，措词严谨，简短精练，明确具体，不作自我评价。
八、致谢
科学技术研究工作往往不是一个人能独立完成的，需要他人的合作和帮助。因此，当研究成果以论文形式发表时，作者应对他人的劳动给予充分地肯定，并对他们表示谢意。致谢的对象就是对考察、实验过程中做出某些卫生资格考试网贡献的人员，和给予技术、信息、物质或经费帮助的团体或个人。
九、参考文献
参考文献要严格按相关期刊规定标引，并且一般只引用近五年的相关文献。
十、附录
附录是论文的附件、补充说明项目，不是论文必要组成部分。它在不增加论文正文部分的篇幅和不影响正文主体内容叙述连贯性的前提下，向读者提供论文中部分内容的详细推导、演算、证明、仪器、装备或解释、说明，以及提供有关数据、曲线、照片、计算机的框图和程序软件等。
第四节 科学研究程序与探索性实验
一、科学研究程序
自然科学研究的过程基本上可分为五个环节：选题----设计----实验----统计处理----分析归纳。这五个环节中每个环节都很重要，其中选题的正确性和先进性对整个研究的成败以及研究水平的高低、成果的大小具有决定作用。选题过程集中体现了研究者的科学思维、学术水平、实验能力及其预期目的。
选题过程中首先是发现问题、提出问题，可以从自己的观察中，也可以在科学文献中发现问题。提出问题需反复思考和谨慎分析。提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题主要是一个实验上的技术过程；而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象能力，而且标志着科学的真正进步。提出问题的同时和之后都要集中时间查阅有关文献，熟悉所研究问题的来龙去脉和现状，掌握动态，写出综述，并且逐渐形成工作假说。工作假说是研究者发挥创造性的想象能力，从已知的知识入手对所研究的未知问题提出的预设答案。
对选定的课题有了工作假说之后，就要开始对课题进行实验设计，实验设计要遵循上述“三大因素”和“三大原则”提出具体方案。设计方案的预期结果必须能够判定工作假说正确与否。
实验阶段是实践设计方案的具体过程。一般包括三个内容：一是学习和熟练实验技术；二是预备实验，以探明虚实；三是正式实验。整个实验过程必须做好详细的原始实验记录，保存好各种观察测量的原始数据。
实验过程所获得的结果必须进行统计学分析，以排除偶然，发现必然，才能从实验结果推导出正确的结论。
实验结果经过统计学处理排除偶然性之后，就要根据实际结果对照工作假说进行全面分析，推导结论。这个过程要特别注意三点：一是力求创新，对有新意的材料信息要充分摄取，切勿忽略；二是只能在设计方案所确定的学术范围内推导结论，结论不能无限扩大，超越设计范围；三是阴性结果同样重要，对出现的意外结果更不可随意忽略或舍弃。
二、科研标书的填写
研究课题，尤其基础研究的课题，一般都要填写申请书向有关部门单位申报，以求对课题的确认和资金的支持。课题申请书的内容大致如下。
（一)摘要
简要表达课题的中心内容和意义，体现课题的核心和研究者的学术水平，应该精心编写。
（二)立题依据
主要写明研究意义和研究现状，着重阐述课题的依据，研究的必要性和可能性，指出国内外研究动态和水平，以及解决这个问题的学术理论意义和社会、经济效益。书写内容要有理有据，提供足够的文献资料，以提高说服力。
（三)研究方案
这部分是科研标书的主体，要认真细致编写，让审阅者知情知理，感受到研究者的学术水平和相关技术的熟悉程度。这部分的内容包括：
（1)研究目标、研究内容、拟解决的关键问题；
（2)拟采取的研究方法、技术路线、实验方案以及可行性分析；
（3)特色与创新；
（4)研究进程和预期成果。
（四)研究基础
这部分主要填写与本课题有关的研究工作积累和已经取得的研究工作成绩，写明研究者进行过与本课题有关的实验技术，特别要注明预备实验和初试等准备工作情况；要填写已经具备的实验条件、尚缺少的条件设备以及拟解决的办法；最后还应该说明研究者研究能力和技术水平，包括主要研究人员的学历和研究工作简历、发表的有关著作和论文等。
（五)经费预算
实事求是地提出合理的经费预算安排，包括科研业务费、实验材料费、仪器设备费、实验室改装费、协作费和管理费等。
（六)推荐意见
不具备高级专业技术职务的研究者，申报课题时要请两位具有高级专业技术职务的专家推荐，介绍申请者的业务基础、研究能力和研究条件等。
三、探索性实验
为培养、训练学生的生理机能学实验技能，从教学上考虑，上述各章节安排了若干基础性实验和扩展性实验，通过模仿、重复一些成熟的、已知的实验，以求学生掌握生理机能实验的基本技术和分析实验的思路。在学习、掌握了实验基本操作、常用仪器性能、常用液体配制以及疾病模型复制等方法之后，安排学生完成一个探索性实验，在教师指导下发挥各自的创新精神，自己选题自己设计，探索解决一个问题。由于这种实验要回答的是未知的问题，而且方案由学生自行设计，实验也由学生自己执行，所以称之为探索性实验。
由于时间所限，同学最好量力而行，选择一些内容较简单、目标较明确的题目。基本程序简要归纳如下：
（1)查阅文献，请教有经验的教师，选定题目；
（2)开动脑筋，充分发挥想象力，提出工作假说；
（3)根据实验室提供的条件，做出符合要求的实验设计方案，撰写标书；
（4)经指导老师同意后，小组做好分工，开始执行实验，做好实验记录；
（5)收集整理实验结果，数据进行统计学处理，充分摄取可用的信息；
（6)针对实验结果查阅相关文献，比较异同，发掘创新点；
（7)整个课题思路清晰之后，执笔撰写论文初稿，之后三天一读一改，至少反复三次。
这里最有难度的可能是选题。同学们可先从生理学、病理生理学和药理学范围内寻找自己感兴趣的章节入手，查阅一些相关期刊，如《生理科学进展》、《国外医学生理、病理科学与临床分册》等类似刊物，组织小组成员一起漫谈，互相启发，再确定题目的方向。题目方向的范围可以包括：
（1)创建某一种疾病或病理过程的动物模型；
（2)研究某种刺激或体液因子的生理学或病理学作用；
（3)观察某种药物对某种疾病的药效及作用；
（4)某种功能检测方法的改进等等。
