已有 24712 次阅读 2015-1-31 14:16|个人分类:科研与教育|系统分类:科研笔记
实验方案设计的前提是必须明确要解决的问题，然后是分析问题和做实验方案。分析问题也是一个很重要的步骤，甚至分析问题，进行文献调研和现场调研，前期实验所花费的时间并不比正式解决问题的实验时间短，三个月，半年甚至一年都有。在前一篇博文《科研问题的四个层次》中也有提到，但太粗略，本篇想从实际操作层面讲讲，当然这个也只是我的个人经验，如有不对和补充，请多指点。另外由于学科的不同，可能也有局限，因此如有不对，请指正，如有补充，请多指点。
先将前面一文关于实验方案设计部分的内容摘过来，这是个纲，是总体思路。节选如下“实验方案的设计，主要是二三四层的体现。这里建议实验方案也分成三种，每一种对应一个层次。第二层次对应的实验方案基本上就等同与论文前面的绪论了，你为什么要干这个，解决什么问题，别人怎么做，做到什么程度，你打算怎么做，为什么这么做？最后做哪些实验，如何串联，画个图。第三层次的实验方案要求说明，你想说明一个什么问题，如何说明这个问题，哪些步骤？这些可靠否？可行否？为什么？依据？别人工作的相关的关键性图表证据是什么？这里面学生容易犯的是：根据书上的理论应该会有生成，而前期工作中也有，于是这个可行，真的可行？这样的论述是不完备的，因为我们的目标光是有还不行，必须要一定的规格，你如何保证他达到这个规格，这是个技术问题，他的原理是什么？规律是什么？要继续深查，如果查不到，就做前期试验，确定目前可控因素下的规律分析，讨论可行性。第四个层次的方案，如果前面的两个方案做扎实了，可以简化点：学生做哪个检测前，要把别人的工作中最能说明问题，最具代表性的，最理想预期的那张图表带在身边，然后再去做，这样，有的放矢。”。
设计实验方案的第一步是：搞清你要解决是什么问题。这个一般没什么问题。当然有的放羊式的管理，老师没有给你很明确的问题，这就让人比较迷茫了。对于一个完全没有经验的新人，那么首先去调研，优先看实验室前人的论文，也可以去企业调研或者文献调研，可能对于学生文献调研的多，那么首先看看这个大方向里大家都在干什么，解决的是什么问题？性能？成本？可靠性？看综述和硕博士论文，然后选择其中一个点，我建议选择一个热门的，实验室前辈们有相关工作的点，因为热门意味着矿多，你可以参考的文献也多，选一个生僻的点，不一定错，但是对一个新人而言，自己单打独斗，感觉不是很适合。如果实验室前人有相关工作说明实验室有一定的条件，可以来做，也可以提供一定的思路。
问题有了，第二步接下来是要解决的关键技术问题和科学问题。那么就关心两个问题，一是别人做的工作还存在什么问题，为什么这个问题还没有解决？二是实验室前人工作的特点是什么?这个特点是否真的可以有助于解决问题。对于第一个问题主要通过文献阅读来解决，文献阅读后面会讲。可能有的人我师兄们没啥特色的地方，都是跟别人一样的啊，很传统的材料，很传统的工艺，别人也都这么干的，基本上他用的是猫，不过我们用的是狗，那就跳过这个问题，后面会谈到。当然对于一个新手可能想不清楚这些问题，尤其是里面的科学问题和关键技术，这个想不清楚就先放一放，因为文献看多了，没有做实验，总是很迷糊，没有感性认识。“思而不学则殆，学而不思则罔”，下面是第三步。
第三步是尝试性的做一点实验，目的是先将别人的东西先重复出来，这个也不用多，就选择一个点，重复一下。当然有的人说我们的实验贼老贵，一个试剂盒就干好几千，重复不起，我这不是说的是那种老师完全不管的，极端情况么?如果实验真的那么贵，老师肯定不会这么不管。老师要是管的话，那就按照老师说的办。
第四步：在初步重复出来后，将实验过程程序化，变的只是某些参量，操作步骤和方法不变。（当然操作步骤和方法不会永远不变，后面实验室管理中会谈到，这种变与不变）接下来就要对自己的结果，结合要解决的问题及已知的参考文献，一起来思考。首先自己的结果做得怎么样，已经做出来了，性能还好，各项表征也都还好，如表面完好，无瑕疵。那么跟别人的对比，感觉怎么样？别人的改进的是哪方面的？我们的目标是什么？我们的目标是提高性能？研究规律和机制？选择优化优选？人家做到没有？我们做到没有？为什么？下一步怎么做？
对于性能提高型的目标，似乎永远也改进不完，改进之后还想改进，各种方法，那么这些方法对我们有什么借鉴作用？我们应该怎么做？似乎我们做的大家都做完了，都在跟着炒菜。我觉得跟着炒菜也可以，炒完之后要思考，我们这种改进的机制是什么？比如纳米硬质陶瓷颗粒加入到材料中可以改进其耐磨，这个是一个很一般的普遍规律，现在要解决材料的耐磨问题，加这个进去，加那个进去，基材再换换，没啥意思。说到提高的机制都跟着炒这个纳米粉体的增强作用，这就显得很一般了，我们必须要联合其他的机制，更深入的思考其作用机制。设想我们加入一种粉体不仅具有纳米增强机制，还有其他的机制？从更细微，更细节，更微观层面上寻找创新，如材料制备的机理，形成机制，比如纳米颗粒的晶格与基材具有共格关系，那么这个共格关系会促进形核，导致整个材料的晶粒更均匀细小。更进一步的可否，通过一种方法，让这些纳米颗粒择优取向，形成强织构，进而改进性能。那么这里的特点和关键技术就来了。还有一种就是跨学科的，当然这个需要