tài liệu - haxuanbo Chuong 3

tài liệu - haxuanbo Chuong 3 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực...

Chương Một số khái niệm thiết kế thí nghiệm Thiết kế thí nghiệm lập kế hoạch nghiên cứu nhằm tìm vấn đề khẳng ñịnh lại bác bỏ kết nghiên cứu trước Thơng qua thí nghiệm, người nghiên cứu tìm câu trả lời cho số vấn ñề ñặt rút ñược kết luận tượng Theo nghĩa hẹp, thí nghiệm thiết kế mơi trường quản lý nhằm nghiên cứu ảnh hưởng hay nhiều yếu tố lên quan sát 3.1 Phân loại thí nghiệm Theo chất thí nghiệm, thí nghiệm chia thành hai loại : 1) thí nghiệm quan sát, 2) thí nghiệm thực nghiệm Trong phần thiết kế thí nghiệm giáo trình này, chúng tơi tập trung vào thí nghiệm thực nghiệm Trong chăn ni, thú y, thí nghiệm thường tập trung vào lĩnh vực : 1) nghiên cứu thú y tình hình dịch bệnh biện pháp phòng, điều trị bệnh ; 2) nghiên cứu chăn nuôi dinh dưỡng, suất di truyền vật ni 3.1.1 Thí nghiệm quan sát Trong thí nghiệm quan sát, ta ñơn quan sát ñộng vật thí nghiệm ghi lại liệu liên quan đến tính trạng quan tâm Chúng ta khơng tác động để can thiệp vào tồn đối tượng quan sát Trong loại thí nghiệm quan sát, động vật khơng thể bố trí cách ngẫu nhiên nghiệm thức ðiều tra trường hợp đặc biệt thí nghiệm quan sát Trong ñiều tra, tiến hành kiểm tra toàn nhóm động vật để tìm giá trị tham số khác quần thể ðiều tra trường hợp sau : 1) ðiều tra quần thể - tiến hành kiểm tra tất ñộng vật quần thể 2) ðiều tra mẫu - tiến hành kiểm tra nhóm động vật đại diện dựa vào kết ñiều tra ta rút kết luận cho quần thể 3.1.2 Thí nghiệm thực nghiệm Trong thí nghiệm thực nghiệm, can thiệp vào nghiên cứu cách áp dụng cơng thức thí nghiệm khác lên nhóm động vật nghiên cứu Sau tiến hành quan sát ảnh hưởng cơng thức thí nghiệm lên đối tượng nghiên cứu ðối với loại thí nghiệm này, động vật bố trí cách ngẫu nhiên cơng thức thí nghiệm q trình thiết kế 34 Thiết kế thí nghiệm 3.2 Một số khái niệm thiết kế thí nghiệm 3.2.1 Yếu tố thí nghiệm Yếu tố thí nghiệm biến ñộc lập gồm hàng loạt phần tử có chung chất mà so sánh q trình thực thí nghiệm Ví dụ giống vật nuôi, kiểu gen Halothane lợn, hàm lượng protein phần, thuốc kháng sinh, vắc xin phòng điều trị bệnh,… Một thí nghiệm có nhiều yếu tố thí nghiệm yếu tố thí nghiệm yếu tố cố ñịnh yếu tố ngẫu nhiên 3.2.2 Mức Các phần tử riêng biệt khác yếu tố thí nghiệm gọi mức Ví dụ ta có yếu tố thí nghiệm kiểu gen Halothane lợn ta có phần tử khác tương ứng với kiểu gen (NN, Nn, nn) hay gọi mức Hoặc nghiên cứu ảnh hưởng protein ñến sản lượng sữa bò ta nghiên cứu mức protein khác Trong thú y, nhà nghiên cứu hiệu ñiều trị bệnh loại thuốc khác ; coi loại thuốc tương đương với mức 3.2.3 Nghiệm thức (cơng thức thí nghiệm) Một tổ hợp mức nhân tố gọi nghiệm thức hay cơng thức thí nghiệm Ví dụ nghiên cứu ảnh hưởng protein mức khác đến sản lượng sữa bò, trường hợp ta có cơng thức Ta xét hồn cảnh tương tự có thêm yếu tố thứ thức ăn tinh mức, lúc có tất cơng thức thí nghiệm 3.2.4 ðơn vị thí nghiệm ðơn vị thực nhỏ ứng với cơng thức gọi ñơn vị thí nghiệm ðơn vị thí nghiệm chăn ni, thú y thường động vật đơi nhóm động vật, ví dụ nghiên cứu tiêu tốn thức ăn ñối với kg tăng trọng, thực tế ta khơng thể theo dõi lượng thức ăn thu nhận vật nuôi mà ta biết ñược số thức ăn thu nhận ñược nhóm gồm nhiều cá thể khác Tức từ nhóm cá thể ta có quan sát nhất, điều mà nhà nghiên cứu cần phải ý 3.2.5 Dữ liệu (số liệu) Nếu đơn vị thí nghiệm cá thể sau cân, đo ta liệu (data) hay quan sát (observation) Nếu đơn vị nhóm gồm nhiều cá thể cân, đo chung cho nhóm lấy số cá thể định nhóm để cân, ño sau ñó suy liệu chung cho đơn vị thí nghiệm Các số liệu nhóm lưu trữ để đánh giá sai số ñơn vị thí nghiệm 3.2.6 Khối Tập hợp ñơn vị thí nghiệm có chung hay nhiều đặc tính ñược gọi khối 3.2.7 Lặp lại Mỗi công thức, trừ trường hợp ñặc biệt , ñều ñược lặp lại số lần ñịnh Số lần lặp lại thường chọn nhìn chung, nhiều mơ hình, lần lặp cơng thức đưa cơng thức tính thuận tiện ñơn giản Nếu số lần lặp Chương Một số khái niệm thiết kế thí nghiệm 35 khơng phải sử dụng cách tính theo mơ hình hồi quy nhiều biến tổng qt phức tạp, kèm theo việc kiểm định giả thiết, đặc biệt việc tính kỳ vọng trung bình bình phương, gặp nhiều khó khăn Trong thực tế, số lần lặp q trình thí nghiệm ta thu thập đầy đủ liệu có số động vật bị chết bị loại thải khơng đáp ứng ñược yêu cầu thí nghiệm Số lượng ñộng vật thí nghiệm sống sót đến kết thúc thí nghiệm phụ thuộc vào loại thí nghiệm lồi vật ni khác Nếu liệu, tìm cách thay liệu bị tổ hợp liệu lại theo cơng thức cụ thể, kèm theo điều chỉnh bậc tự tương ứng ; ngược lại, phải coi số lần lặp khác dùng mô hình hồi quy tổng quát 3.2.8 Nhắc lại Nhắc lại làm lại thí nghiệm điều kiện tương tự để kết luận đạt mức độ tin cậy 3.2.9 Nhóm đối chứng Là nhóm động vật thí nghiệm tạo q trình bố trí thí nghiệm ni dưỡng, chăm sóc điều kiện bình thường có 3.3 Các bước tiến hành thí nghiệm Một thí nghiệm thường bố trí mô tả qua bước sau : 1) ðặt vấn ñề, 2) Phát biểu giả thiết, 3) Mô tả thiết kế thí nghiệm, 4) Thực thí nghiệm (thu thập số liệu), 5) Phân tích số liệu thu thập từ thí nghiệm 6) Giải thích kết liên quan đến giả thiết Lập kế hoạch cho thí nghiệm bắt ñầu việc nêu lên vấn ñề cấp thiết ; bên cạnh tập hợp tài liệu liên quan bao gồm nghiên cứu trước đó; tiếp đến nêu lên hướng giải vấn đề Sau vấn đề vừa nêu, mục đích nghiên cứu xác định Mục đích nghiên cứu phải rõ ràng bước trình thiết kế thí nghiệm phụ thuộc vào mục ñích ñặt Bước xác ñịnh nguyên liệu phương pháp phương pháp nghiên cứu Thiết kế thí nghiệm phải mơ tả số liệu thu thập Số liệu thu thập từ nghiên cứu quan sát từ trình tự nhiên từ thí nghiệm bố trí mơi trường thí nghiệm Nếu biết thơng tin ñược thu thập cách ñược sử dụng để thu thập số liệu này, việc rút kết luận dễ dàng hiệu nhiều ðiều với thí nghiệm quan sát thí nghiệm thực nghiệm ; đồng thời quan trọng ñể phát thơng tin bất ngờ dẫn đến kết luận ðối với nhà thống kê, thiết kế thí nghiệm ñặt tiêu chuẩn ñể sử dụng chọn mẫu ðối với thí nghiệm thực nghiệm việc thiết kế thí nghiệm bao gồm: xác định nghiệm thức, xác định đơn vị thí nghiệm, số lần lặp lại, việc bố trí đơn vị vào nghiệm thức, sai số thí nghiệm mắc phải Giả thiết thống kê thường ñi theo sau giả thiết nghiên cứu Chấp nhận hay bác bỏ giả thiết thống kê giúp tìm câu trả lời cho mục đích nghiên cứu Trong kiểm ñịnh giả thiết nhà thống kê sử dụng mơ hình thống kê Mơ hình thống kê theo sau mơ hình thí nghiệm thường giải thích với cơng thức tốn học Thu thập số liệu thực theo thiết mơ hình thiết kế thí nghiệm Phân tích thống kê tiến hành sau thu thập số liệu bao gồm phân tích, miêu tả giả thích kết 36 Thiết kế thí nghiệm Mơ hình sử dụng phân tích xây dựng dựa mục đích mơ hình thí nghiệm Thơng thường cách phân tích số liệu xác ñịnh trước thu thập số liệu ; ñôi lại ñược xác ñịnh sau thu thập số liệu người nghiên cứu tìm cách tốt ñể rút kết luận xác ñịnh ñược khía cạnh liên quan đến vấn đề nghiên cứu Cuối cùng, người nghiên cứu phải có khả rút kết luận để hồn thiện mục tiêu nghiên cứu Kết luận phải rõ ràng xác Người nghiên cứu phải thảo luận ứng dụng vào thực tế nghiên cứu ñồng thời nêu khả ñặt tương lai liên quan ñến vấn ñề tương tự 3.4 Sai số thí nghiệm Bản chất vật liệu sinh học biến động Tồn biến động phân chia thành phần biến động giải thích khơng giải thích Mỗi đơn vị thí nghiệm (yij) ñược biểu diễn sau : yij = µi + eij Trong đó, µ giá trị ước tính miêu tả ảnh hưởng giải thích nhóm thứ i eij ảnh hưởng khơng giải thích Vì vậy, quan sát (yij) khác nguyên nhân ảnh hưởng giải thích nhóm (i) khác ảnh hưởng khơng giải thích (eij) khác Ước tính µi giải thích ảnh hưởng nhóm i, khác đơn vị thí nghiệm nhóm khơng thể giải thích Biến động thường gọi sai số thí nghiệm Sai số thí nghiệm bao gồm dạng sau : sai số ngẫu nhiên sai số hệ thống Sai số hệ thống ảnh hưởng ñịnh làm lệch giá trị ño ñược nghiên cứu Sai số xuất phát từ thiếu đồng q trình thực thí nghiệm, dụng cụ thí nghiệm khơng hiệu chỉnh, ảnh hưởng nhiệt độ khơng ổn định, thiên lệch trình sử dụng thiết bị Nếu thiên lệch phát hiệu chỉnh biện pháp hiệu Chúng đặc biệt khó giải khơng phát chúng ảnh hưởng lên giá trị cách có hệ thống theo xu hướng Sai số ngẫu nhiên xuất tác động ngẫu nhiên, khơng dự đốn Chúng tạo biến động khơng giải thích Kỳ vọng biến động có loạt quan sát tính tốn dựa vào trung bình khơng bị thiên lệch hướng Trong sinh học tồn sai số ngẫu nhiên ví dụ chăn ni, động vật đo hay phân tích tiêu đó, ln cho kết khác khơng lớn ðể giảm sai số có hệ thống thiên lệch ta xem xét giải pháp sau đây: 1) Bố trí ñộng vật vào nghiệm thức 2) Phương pháp làm mù 3.5 Bố trí động vật vào nghiệm thức 3.5.1 Sự cần thiết phân chia ngẫu nhiên Sự thiên lệch xuất q trình phân chia ñộng vật vào nghiệm thức Sự thiên lệch yếu tố chủ quan Ví dụ phân chia ñộng vật vào nghiệm thức theo sở thích chủ quan (thích nghiệm thức bố trí động vật ‘tốt ‘, Chương Một số khái niệm thiết kế thí nghiệm 37 khơng thích bố trí động xấu’) có khác có hệ thống nhóm đối chứng nhóm thí nghiệm, lúc khơng thể kết luận ñược sai khác sau thực thí nghiệm ảnh hưởng nghiệm thức hay khác có hệ thống Một phương pháp tiếp cận hay ñược sử dụng ñể loại bỏ thiên lệch bố trí ngẫu nhiên hay gọi ngẫu nhiên hố động vật thí nghiệm vào nghiệm thức Trong q trình bố trí phân ñộng vật vào nghiệm thức với yêu cầu sau : a) Tất ñộng vật thí nghiệm có hội nhận nghiệm thức b) Việc bố trí động vật vào nghiệm thức khơng ảnh hưởng đến việc bố trí động vật vào nghiệm thức khác c) Chúng ta khơng biết trước nghiệm thức mà động vật phân vào Ngẫu nhiên hố có số ưu điểm sau : a) Loại bỏ ñược thiên lệch q trình bố trí động vật thí nghiệm b) Tạo ñược giống nhóm 3.5.2 Các phương pháp phân chia ngẫu nhiên Tốt tránh sử dụng phương pháp học tung ñồng xu ném súc sắc để bố trí động vật nghiệm thức Mặc dù phương pháp mặt xác suất ñược chấp nhận ñể tạo ngẫu nhiên, cồng kềnh khơng kiểm tra Thơng thường, bảng số ngẫu nhiên sử dụng ñể phân ñộng vật với nghiệm thức Ngồi ta sử dụng máy tính để tạo số ngẫu nhiên Khi thiết kế thí nghiệm, số đơn vị thí nghiệm thường nghiệm thức a) Phân chia ngẫu nhiên ñơn giản ðây cách ngẫu nhiên hố khơng có phân biệt hạn chế Ví dụ tiến hành phân 12 động vật thí nghiệm đánh số từ đến 12 cơng thức thí nghiệm (đối chứng - C thí nghiệm - T) Tiến hành chọn số ngẫu nhiên từ bảng số ngẫu nhiên phần phụ lục Giả sử ta lấy 10 số có chữ số hàng ñầu tiên ; ta ñược dãy số ngẫu nhiên sau 813766407765 Nếu số ngẫu nhiên số chẵn ñộng vật phân với C số lẻ với T ðơn vị thí nghiệm số 10 11 12 Số ngẫu nhiên 6 7 Công thức C T T T C C C C T T C T Có thể tiến hành bước tương tự thí nghiệm có số nghiệm thức nhiều Ví dụ có nghiệm thức A, B C, chọn số 1-3, 4-6 7-9 tương ứng với nghiệm thức bỏ qua số Tương tự ví dụ ta có dãy số ngẫu nhiên 8137664077652 kết thu ñược CAACBBBCCBBA Trong trường hợp này, ngẫu nhiên khơng tn thủ có 3A, 5B 4C Cách phân chia ngẫu nhiên hạn chế ñược ñưa nhằm khắc phục hạn chế 38 Thiết kế thí nghiệm b) Phân chia ngẫu nhiên theo khối Phân chia ngẫu nhiên ñơn giản dựa nguyên tắc tất ñộng vật tương ñối ñồng ñều, ñộng vật ñều có hội vào nghiệm thức Tuy nhiên điều khơng dung lượng mẫu lớn Căn vào tiêu chí lựa chọn cụ thể thí dụ lựa chọn theo lứa, theo tuổi, theo khối lượng, theo hành vi phân chia ñộng vật thành số nhóm cho động vật nhóm tương ñối ñồng ñều, sau ñó chia ngẫu nhiên ñộng vật nhóm vào nghiệm thức ðây cách phân chia ngẫu nhiên theo khối Ví dụ 3.1 : Nghiên cứu bệnh viêm khớp chó Tạo khối khác tương ứng với nhóm có khối lượng thể lớn, trung bình nhỏ Như biết ñược khối lượng thể ñộng vật ảnh hưởng ñến mức ñộ mắc bệnh nghiệm thức Tức so sánh nghiệm thức có đề cập đến khối lượng thể c) Phân chia ngẫu nhiên hạn chế Nhìn chung, ta mong muốn có số đơn vị thí nghiệm nghiệm thức Kỹ thuật ngẫu nhiên ñơn giản ñã ñược sử dụng ñể ñạt ñược ñiều dung lượng mẫu đủ lớn Tuy nhiên gặp thiếu cân dung lượng mẫu tương ñối bé ðiều ñã ñược minh hoạ ví dụ phần phân chia ngẫu nhiên ñơn giản với phân bố 3A, 5B 4C Có thể sử dụng kiểu phân chia ngẫu nhiên hạn chế ñể khắc phục hạn chế Ví dụ có 16 đơn vị thí nghiệm, cần chia nghiệm thức A, B, C D Ta chọn số 12, 3-4, 5-6, 7-8 tương ứng với nghiệm thức A, B C bỏ qua số Tương tự ta có dãy số ngẫu nhiên 81376640776529997742 kết DABDCCBDD Như ñến số ngẫu nhiên thứ ñã có ñủ ñộng vật với nghiệm thức D Các số ngẫu nhiên 7- bỏ qua đủ số lượng có ñộng vật thí nghiệm với A, với B với C Tiếp theo ta có CC, số ngẫu nhiên thứ 11 ñã ñủ ñơn vị cho công thức C Tương tự chắn số đơn vị thí nghiệm nghiệm thức Phân chia ngẫu nhiên theo khối thường ñược dùng kết hợp với phân chia ngẫu nhiên giới hạn d) Phân chia ngẫu nhiên theo nhóm (Cluster) Thơng thường, động vật thí nghiệm coi đơn vị thí nghiệm Tuy nhiên chăn ni thú y, nhóm động vật coi đơn vị thí nghiệm Bởi thức ăn, thuốc vắc xin thường ñược sử dụng cho nhóm động vật lứa, ni chuồng, bãi ñược sử dụng cho ñàn hay tất cá nuôi bể Trong trường hợp này, ta tiến hành sử dụng kỹ thuật ngẫu nhiên hố cho nhóm động vật thí nghiệm hay gọi ngẫu nhiên hố theo nhóm Như tất động vật nhóm nhận nghiệm thức sau cần phải tập hợp kết nhóm để đánh giá ảnh hưởng nghiệm thức Lưu ý kiểu phân chia nhóm động vật coi đơn vị thí nghiệm Ví dụ 3.2 : Nghiên cứu tiêu tốn thức ăn kg tăng trọng lợn ni vỗ béo Về lý thuyết tiến hành quan sát lượng thức ăn mà lợn thu nhận ngày ; thực tế điều khó thực Ta quan sát ñược lượng thức ăn tiêu tốn chuồng có ni khoảng 30 – 50 từ tính tiêu tốn thức ăn cho kg tăng trọng Ở chuồng ni 30 -50 coi đơn vị thí nghiệm ðể nghiên cứu tiêu tốn thức ăn 1kg tăng trọng ta phải tiến hành thí nghiệm nhiều chuồng phải bắt thăm chuồng áp dụng cơng thức thí nghiệm Chương Một số khái niệm thiết kế thí nghiệm 39 3.6 Phương pháp làm mù Trong phần nêu ta dùng kỹ thuật bố trí động vật vào cơng thức thí nghiệm kỹ thuật ngẫu nhiên hố để đảm bảo khơng có sai số có hệ thống Tuy nhiên thiên lệch xuất ñịnh kiến người trực tiếp thực người ñánh giá ðể ñảm bảo thí nghiệm khơng có thiên lệch nêu ta sử dụng kỹ thuật làm mù Có kỹ thuật làm mù : 1) Kỹ thuật làm mù ñơn 2) Kỹ thuật làm mù kép Kỹ thuật làm mù kép kỹ thuật mà người trực tiếp thực người người ñánh giá khơng biết thơng tin thí nghiệm ðối với kỹ thuật làm mù ñơn, người trực tiếp thực người đánh giá khơng biết thơng tin thí nghiệm ðể người trực tiếp thực khơng thể phân biệt khác nhóm đối chứng thí nghiệm, sử dụng vật nộm, vật giả vờ (placebo) Placebo vật mà bề ngồi giống hệt vật thí nghiệm, khác chất Placebo thường ñược dùng nghiên cứu thuốc 3.7 Tăng độ xác ước tính 3.7.1 Lặp lại Nhìn chung, số lượng đơn vị thí nghiệm lớn độ xác ước tính cao có nhiều hội ñể phát ñược ảnh hưởng nghiệm thức tồn Chi tiết xác định dung lượng mẫu tối ưu trình bày chương chương Lặp lại tức tiến hành thu thập kiểu số liệu nhiều lần ñộng vật hay ñơn vị thí nghiệm Bằng cách ta phân tách biến động sinh học gây hay tác ñộng nghiệm thức 3.7.2 Kỹ thuật khối Có thể sử dụng kỹ thuật nhóm đơn vị thí nghiệm cơng cụ bổ trợ để giảm biến động q trình so sánh Tạo nhóm động vật (khối) tương ñối ñồng ñều nhau, biến ñộng ngẫu nhiên khối bé khối Tiến hành ngẫu nhiên hoá khối Trong trình phân tích số liệu, phân tách biến ñộng nghiệm thức gây với biến ñộng khối gây Với cách tiếp cận theo kỹ thuật khối ta có ước tính xác ðối với kỹ thuật khối có mơ hình thiết kế thí nghiệm : 1) khối ngẫu nhiên ñầy ñủ, khối bố trí ñầy ñủ tất nghiệm thức 2) khối ngẫu nhiên khơng đầy đủ, khối khơng có đầy ñủ nghiệm thức 3.7.3 Kỹ thuật cặp (ñôi) Kỹ thuật cặp ñược ñề cập ta xem xét trường hợp có nghiệm thức (2 nhóm) nhóm có mối liên hệ với Nếu quan sát nhóm tạo thành cặp cá thể tham gia nhóm quan sát nhóm phải Với kỹ thuật cặp, so sánh nghiệm thức với ñược thực cặp Sự biến ñộng cặp bé cá thể khơng cặp, ước tính xác hợn Có kiểu cặp sau : 40 Thiết kế thí nghiệm 1) Cặp tự tạo - động vật tham gia cơng thức thí nghiệm 2) Cặp tự nhiên - động vật sinh đơi nhân 3) Cặp nhân tạo – tạo cặp với tiêu chí lựa chọn tương đối đồng nhất, ví dụ ñồng tuổi, khối lượng, tiêu sinh lý, sinh hoá… 3.8 Dung lượng mẫu cần thiết Cần động vật thí nghiệm, khối, ô lớn, ô nhỏ? ðây câu hỏi thực khó Chúng ta xét số cách tiếp cận sau: Số động vật thí nghiệm phải ñủ cho ñặc tính riêng biệt cá thể khơng làm ảnh hưởng đến kết thí nghiệm Nếu số động vật thí nghiệm q độ tin cậy kết thu từ thí nghiệm khơng cao Ngược lại, số động vật q nhiều gây lãng phí ðể đạt độ xác cao khơng phải lúc cần số lượng động vật thí nghiệm q lớn Nếu q nhiều động vật tham gia thí nghiệm gây nhiều khó khăn q trình theo dõi cá thể, khó khăn muốn tạo điều kiện đồng thí nghiệm cho cá thể ví dụ cho ñộng vật ăn khó khăn ñó ñã làm giảm độ xác mặt kỹ thuật thí nghiệm Dung lượng mẫu cần thiết phụ thuộc vào chất lượng động vật tham gia thí nghiệm ðộng vật tham gia thí nghiệm có độ đồng cao số lượng giảm xuống ngược lại ðộ tuổi vật ni đóng vai trò quan trọng trình chọn dung lượng mẫu ðộng vật non số lượng cần phải tăng lên ngược lại, bới loại động vật mức độ biến ñộng lớn (cả mặt sinh lý ngoại hình) Ngồi ra, dung lượng mẫu phụ thuộc vào loại vật nuôi ; loại vật nuôi có đặc điểm riêng q trình thiết kế thí nghiệm phải ý đến yếu tố Cuối cùng, kết mong đợi thí nghiệm (sự chênh lệch cơng thức thí nghiệm) ảnh hưởng nhiều đến dung lượng mẫu Có thể phác sơ qua yếu tố ảnh hưởng ñến dung lượng mẫu sau: Yếu tố ảnh hưởng Dung lượngmẫu nhiều Biến động đàn nhiều ðối tượng nghiên cứu ñại gia súc gia cầm Giai ñoạn nghiên cứu ñầu cuối Loại ñề tài thức ăn Phương tiện tay có máy móc Nhân lực vật lực hạn chế nhiều giống phòng bệnh Trên tiêu chí để làm sở định chọn dung lượng mẫu Bên cạnh đó, để xác định số lượng động vật thí nghiệm cần thiết dựa phải dựa vào tiêu chí sau : Chương Một số khái niệm thiết kế thí nghiệm 41 3.8.1 Số nghiệm thức Cách tiếp cận thứ ñể xác ñịnh ñược dung lượng mẫu cần thiết ñó dựa vào : 1) Số nghiệm thức (a) 2) Mức độ đồng tính trạng cần nghiên cứu (σ²) 3) Sai lầm loại I (α) 4) Sai lầm loại II (β) ñộ mạnh (lực lượng) phép thử (1 – β) 5) Chênh lệch bé giá trị trung bình để phát sai khác có (d) ðối với trường hợp ước tính giá trị trung bình Dung lượng mẫu cần thiết để giá trị trung bình cộng ước tính khác µ khơng q d có phân phối chuẩn N(µ,σ2) mức tin cậy P = - α dựa vào công thức sau : n≥ ( z1−α / ) × σ d2 Ví dụ 3.3: Cần quan sát bò sữa để ước tính ñược suất chu kỳ tiết sữa 305 ngày với mức ñộ tin cậy 95% nằm khoảng ± 75kg so với giá trị thực quần thể Biết sản lượng sữa có phân bố chuẩn σ = 500kg ( z1−α / ) × σ 1,96 × 500 = = 170,74 d2 75 Như cần 171 bò sữa để thoả mãn điều kiện tốn Cần thiết: n ≥ ðối với trường hợp ước tính tỷ lệ Dung lượng mẫu cần thiết để tỷ lệ ước tính pˆ khác không d so với tỷ lệ thực π Nếu biết tỷ lệ hành p (prevalance) kiểm ñịnh mức tin cậy P = - α dựa vào công thức sau : n≥ ( z1−α / ) × p (1 − p ) d2 Lưu ý: Tỷ lệ hành p tìm ñược thông qua tài liệu, nghiên cứu trước xuất phát từ kinh nghiệm hiểu biết người nghiên cứu Nếu tiến hành thí nghiệm khơng có thơng tin tỷ lệ lưu hành, ta chọn p = 0,5 Khi n≥ ( z 1− α / ) 4d Ví dụ 3.4: Cần dung lượng mẫu ñể xác ñịnh tỷ lệ nhiễm loại vi khuẩn thân thịt lợn lò mổ với ước tính chênh lệch không 5% Biết tỷ lệ hành p = 0,2 kiểm ñịnh mức tin cậy 95% Cần thiết n ≥ ( z1−α / ) × p (1 − p ) 1,96 × 0,2 × (1 − 0,2) = = 245,86 d2 0,05 Như cần khảo sát 246 thân thịt 42 Thiết kế thí nghiệm ðối với trường hợp so sánh giá trị trung bình Dung lượng mẫu cần thiết (ñối với nghiệm thức) ñể phát ñược sai khác chênh lệch giá trị trung bình d, sai lầm loại I loại II mức tương ứng α β Giả sử số liệu có phân bố chuẩn Phương sai tính trạng nghiên cứu σ² n≥ (z + z 1−β ) 1− α / d² 2σ ² Ví dụ 3.5: Muốn thiết kế thí nghiệm ñể so sánh sản lượng sữa dê Bách Thảo cơng thức thí nghiệm với u cầu α = 0,05; β = 0,2; chênh lệch mong ñợi 30 kg sữa biết σ = 50 kg Cần thiết n ≥ (z + z 1−β ) 1− α / d² ( 1,96 + 0,84 ) 2σ ² = 2(50 )² ≈ 43,55 30² Như cần 44 dê cho cơng thức thí nghiệm ðối với trường hợp so sánh hai tỷ lệ Với tiến cứu (Cohort studies), dung lượng mẫu cần thiết ñể so sánh tỷ lệ là: ( z1−α / n1 ≥ (r + 1) p q + z1−β rp1q1 + p1q1 r ( p1 − p )     1 + +    z1−α /      ( )×     2(r + 1)  2  (r + 1) p q + z1−β rp1q1 + p1q1    rp −p  2  r ( p1 − p )  ) Trong đó: n1 = dung lượng mẫu tối thiểu cần thiết cho nhóm thứ (không phơi nhiễm) n2 = dung lượng mẫu tối thiểu cần thiết cho nhóm thứ hai(có phơi nhiễm) r = n1 / n2 p1 = tỷ lệ mắc bệnh hành quần thể thứ p2 = tỷ lệ mắc bệnh dự đốn quần thể thứ p= p1 + rp2 ; q = − p ; q = 1- p r +1 Z(1-α/2) = Giá trị z mức tương ứng 1-α/2 (α – xác suất mắc sai lầm loại I) Z(1−β) = Giá trị z mức tương ứng 1-β (β – xác suất mắcsai lầm loại II) Chương Một số khái niệm thiết kế thí nghiệm 43 Ví dụ 3.6: Một tiến cứu ñược tiến hành ñể nghiên cứu tỷ lệ tổn thương núm vú bò sữa hệ thống vắt sữa tự động (A) hệ thống bình tay (B) Thời gian nghiên cứu ñược tiến hành 12 tháng với dự đốn tỷ lệ tổn thương hệ thống B 34,5% (p1 = 0,345); α = 0,05; β = 0,20; n1 = n2 Biết tỷ lệ tổn thương hệ thống vắt sữa tự ñộng 15% (p2 = 0,15) Hãy tính dung lượng mẫu cần thiết ñối với nhóm ñể thoả mãn ñiều kiện tốn Cần thiết ( ) 1,96 × 0,2475 × 0,7525 + 0,84 × 0,345 × 0,655 n1 ≥ × (0,345 − 0,15)2     1 + +  1,96 × 0,2475 × 0,7525 + 0,84 × 0,345 × 0,655     0,345 − 0,15   (0,345 − 0,15)  ( )      = 84,82     Như cần 85 bò sữa cho nhóm Trường hợp so sánh nhiều giá trị trung bình Nếu ảnh hưởng nghiệm thức ít, muốn phát ảnh hưởng đòi hỏi dung lượng mẫu lớn Bên cạnh giá trị sai lầm loại I ñộ mạnh phép thử tương ứng α – β ảnh hưởng nhiều ñến dung lượng mẫu cần thiết Dung lượng mẫu cần thiết ñối với nghiệm thức (n) ñể phát sai khác có chênh lệch bé giá trị trung bình d, số nghiệm thức a phương sai tính trạng nghiên cứu σ² dựa cơng thức ñây: φ2 = nd 2 aσ Tham số φ² ñược ñề cập chi tiết chương Ở ñây ta sử dụng ñường cong cho sẵn phần phụ lục để tìm dung lượng mẫu cần thiết Ví dụ 3.7: Nghiên cứu tăng trọng / ngày (gram) lợn ni vỗ béo đến tháng tuổi cơng thức thí nghiệm Hãy xác ñịnh dung lượng mẫu (n) cần thiết ñể phát sai khác nghiệm thức có Biết chênh lệch giá trị trung bình lúc kết thúc thí nghiệm 40gram, tăng trọng có phân bố chuẩn với phương sai σ² = 480 Sử dụng cơng thức nêu với đường cong phần phụ lục ta tìm dung lượng mẫu cần thiết mức xác tương ứng: Nếu α = 0,05; 1-β =0,80 n = 7; Nếu α = 0,05; 1-β =0,90 n=9 Nếu α = 0,01; 1-β =0,80 n = 10; Nếu α = 0,01; 1-β =0,90 n = 12 44 Thiết kế thí nghiệm 3.8.2 Bậc tự sai số ngẫu nhiên Giả sử so sánh hai nhiều nghiệm thức với ta mong muốn bậc tự sai số ngẫu nhiên ≥ 20 với bậc tự sai số ngẫu nhiên bé giá trị tới hạn F lớn giảm nhanh bậc tự tăng lên Khi bậc tự sai số ngẫu nhiên lớn 20 giá trị F giảm Trong đồ thị đây, ν1 ν2 tương ứng với bậc tự nghiệm thức bậc tự sai số ngẫu nhiên minh hoạ ñiều ðồ thị : Giá trị tới hạn phân phối F với bậc tự ν1, ν2 α = 0,05 Sử dụng quy tắc bậc tự tối thiểu để tính dung lượng mẫu cần thiết cho ví dụ sau : Ví dụ 3.8: Thiết kế thí nghiệm kiểu hồn tồn ngẫu nhiên với số nghiệm thức a = Cần ñơn vị thí nghiệm cho nghiệm thức ? Bậc tự sai số ngẫu nhiên df = (r - 1)×a Ta cần có (r - 1)×a ≥ 20, r ≥ Cần ñơn vị thí nghiệm Ví dụ 3.9: Thiết kế thí nghiệm kiểu khối ngẫu nhiên ñầy ñủ với số nghiệm thức a = Cần khối (b) ? Bậc tự sai số ngẫu nhiên df = (b - 1)×(a – 1) Ta cần có (b - 1)×4 ≥ 20, b ≥ Vì cần khối ðiều chứng tỏ dung lượng mẫu tăng lên cho ta có kết luận xác Tuy nhiên, đồ thị cho ta thấy bậc tự sai số ngẫu nhiên lớn 40 giá trị F có thay đổi khơng đáng kể Ngồi cách tiếp cận nêu trên, nhà nghiên cứu ñưa ngun tắc khác để dựa vào mà tìm dung lượng mẫu phù hợp: Trong nghiên cứu ñại gia súc, Preston (1995) cho số động vật cơng thức thí nghiệm khơng bậc tự sai số ngẫu nhiên 15 Trong nghiên cứu ñại gia súc lợn, Ovesiannhicov (1976) khuyến cáo số động vật nghiệm thức thuận lợi số 12 Chương Một số khái niệm thiết kế thí nghiệm 45 3.9 Bài tập 3.9.1 Giả sử anh (chị) muốn ước tính tăng trọng trung bình ngày lợn ni vỗ béo giết thịt từ 60 đến 180 ngày tuổi Từ việc tổng quan tài liệu, anh (chị) tìm độ lệch chuẩn tính trạng 200 gram/ngày Với khoảng tin cậy 95% giá trị ước tính nằm khoảng ± 50 gram/ngày so với giá trị thực quần thể, tính dung lượng mẫu cần thiết 3.9.2 Một thí nghiệm tiến hành nhằm nghiên cứu ảnh hưởng việc bổ sung ñồng ñến tăng trọng lợn Chọn 20 lợn thí nghiệm giống Yorkshire 80 ngày tuổi (bắt đầu thí nghiệm) đồng chia cơng thức thí nghiệm (đối chứng thí nghiệm) hồn tồn ngẫu nhiên Khối lượng (kg) 210 ngày tuổi (kết thúc thí nghiệm) 20 lợn nêu thu ñược sau: ðối chứng Thí nghiệm 120 135 125 131 130 140 131 135 120 130 115 125 121 139 135 119 115 121 128 134 Theo phân loại, ñây loại thí nghiệm nào? Cho biết yếu tố số cơng thức thí nghiệm Nếu anh (chị) người thiết kế thí nghiệm này, số động vật cần thiết 3.9.3 Bệnh East Coast Fever (ECF) gây tỷ lệ chết vật nuôi 50% Sử dụng loại vắc xin với mong muốn bảo vệ ñược 95% vật nuôi Với mức ñộ tin cậy 95% ñộ mạnh phép thử 90%, xác định dung lượng mẫu cần thiết 3.9.4 Tính số lượng cá thí nghiệm cần thiết cho bể để phát hiệu việc dùng vắc xin Giả sử tỷ lệ cá nhiễm bệnh trọng trường hợp sử dụng vắc xin không sử dụng vắc xin tương ứng 10 30%, mức ñộ tin cậy 0,95 ñộ mạnh phép thử 0,80  ... nghiệm) 20 lợn nêu thu ñược sau: ðối chứng Thí nghiệm 120 135 125 131 130 140 131 135 120 130 115 125 121 139 135 119 115 121 128 134 Theo phân loại, ñây loại thí nghiệm nào? Cho biết yếu tố... chọn số 1 -3 , 4-6 7-9 tương ứng với nghiệm thức bỏ qua số Tương tự ví dụ ta có dãy số ngẫu nhiên 8 137 664077652 kết thu ñược CAACBBBCCBBA Trong trường hợp này, ngẫu nhiên khơng tn thủ có 3A, 5B 4C... 1,96 × 0,2475 × 0,7525 + 0,84 × 0 ,34 5 × 0,655 n1 ≥ × (0 ,34 5 − 0,15)2     1 + +  1,96 × 0,2475 × 0,7525 + 0,84 × 0 ,34 5 × 0,655     0 ,34 5 − 0,15   (0 ,34 5 − 0,15)  ( )      = 84,82