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统计设计在体育科研中的应用（一）

实验研究是使设计的实验因素在其它非实验因素被严格控制的条件下，对实验效应进行观察。统

计设计就是应用统计学原理对实验因素作合理的、有效的安排，最大限度地减少实验误差，使其达到

高度，快速和经济的目的，故统计设计通常也称实验设计。实验设计在体育研究实际中有广泛的应用，

实验设计安排得当，可以用较少的实验次数，得到较满意的结果。反之，则事倍功半，导致实验的失

败，因而，前功尽弃。因此，实验设计十分重要。

1.实验设计的基本要素

1.1实验因素（experimentfactor）：在实验设计中，实验因素是研究者根据研究目的而确定的施加在

实验单位上的人为干预因素，如药物、缺氧、温度和病毒等物理、化学、生物等因素。任何一项实验

都是由各方面因素所组成，而研究者不可能，也不必要把所知的一切因素都放在一次或几次实验之中。

因此在统计设计之前必须明确有几个实验因素，根据实验因素的多少决定选择单因素实验设计或多因

素实验设计，某个实验因素又可根据研究需要分为若干水平。所谓实验因素的水平，就是实验中所要

考察某个实验因素的定量值或者是某种实验因素不同类别而产生的状态，同时还需要明确处理组数和

非实验因素。

1.1.1处理组数：处理是根据实验因素确定的人为设置的具体的干预措施,也是实验分组的标志。在单

因素实验设计中处理组数就是实验因素的水平数，通常所说的对照也被看作一种处理。

1.1.2非实验因素：是实验中非人为干预的因素。虽然研究者对这些因素并不感兴趣，但应特别注意

区分出那些对实验结果有影响的非实验因素，并通过相应的实验设计方法使其在各处理组中的分布一

致。如果这些因素在各处理组中的分布不均衡，则实验结果无法唯一地用实验因素来解释，从而导致

实验的彻底失败。

1.2实验单位：指接受处理的基本单位（对象）。实验单位根据处理作用的部位可划分为若干等级。作

为实验单位应具备2个基本条件1).对实验因素敏感。2).对实验因素具有特异性。

1.3实验效应：指实验因素在对实验单位施加处理后所起的作用，任何效应都是通过具体的指标观察

检测出来的，所以指标是鉴定效应的尺度。

2．实验设计的基本原则

2.1对照：设立对照就是确定实验中相互比较的实验组和对照组，对各组给予不同的处理（对照在实

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验研究中也被看作是一种处理）然后观察其效应。对照的基本要求是除实验因素作有计划的变化处，

实验组与对照组的其它条件尽量保持一致。

2.2随机：在研究中，设计模型的要求实验单位的分组及施于实验单位的实验顺序等必须遵守随机化

的原则。随机化可使每一个实验单位有同等到机会被抽出并分配到各处理组中去，以抵消非实验因素

对实验结果的影响。因此，在实验单位分组时必须采用随机化方法。

2.3重复：各处理组的实验单位都要有一定的数量，即要考虑样本含量的大、小。随机化能在很大程

度上避免非实验因素产生的偏性，但若观察例数太少，实验结果可能受到个别极端值的影响，仍可产

生较大的误差。在实验研究中对样本含量的要求是既要保证实验结果可靠又要避免不必要的浪费，这

就要求实验单位具有较好的同质性，精选的小样本优于庞大的大样本，设计样本含量时各组数量最好

相等。

2.4均衡：要求各处理组非实验因素的条件均衡一致，以消除非实验因素对实验的影响。

3.方案

实验研究的统计设计方案较多，按实验因素的多少有单因素实验设计和多因素实验设计。这里仅

产生单因素实验设计方案，其中按对非实验因素控制多少分为完全随机分组设计、随机单位组设计、

拉丁方设计、交叉设计和平衡不完全单位组设计等。

3.1交叉设计

3.1.1设计方案说明

如果一个实验因素有Ａ、Ｂ两种处理，并要求将Ａ、Ｂ两种处理先后施于同一批实验对象随机地

使半数对象先接受Ａ，后接受Ｂ；另一半对象先接受Ｂ，后接受Ａ。两种处理在全部实验过程中“交

叉”进行称为交叉实验。字母Ａ、Ｂ分别代表两种处理。Ａ和Ｂ处于先后两个实验阶段的机会是相等

的。试验结果可以记录在Ａ、Ｂ两个字母之后。由于处理Ａ和Ｂ处于先后两个实验阶段的机会相等,

因此，平衡了实验顺序的影响。而且能把处理方法之间的差别、时间先后之间的差别、受试者个体间

的差别分开来分析。因此，该设计的实验效率较高，但对Ａ、Ｂ两种处理如果存在较长时间的后效应

者，会影响其实验结果。

3.1.2例子sav

为检查Ａ、Ｂ两台肺活量计的测定结果是否相同，以条件相近似的1０名健康的女大学生为测试

对象，试作交叉设计。

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表1-1