懂實驗設計，先了解實驗、規劃、設計分別是什麼
常聽到學長姐與教授們提到，做實驗要有規劃、做好試驗設計，也有所謂的試驗設計這門學問
但如果真要請一個研究生好好回答 “甚麼是實驗規畫與設計?” ，大多數的學生恐怕也無法給出好的回應。
但是，不了解實驗規劃與設計是無法將實驗做好的，畢竟若一個人不了解他要做的是甚麼東西，那又如何將東西做好呢?
今天就來聊聊，甚麼是實驗、規劃、設計等概念，以及背後的核心概念是甚麼
其他實驗設計相關文章可參考4. 如何做實驗設計
實驗：找出差異，從而推論的作法
透過多組合、多重複的情況下，比較差異，試圖找出造成差異的原因，由此推斷相關與因果關係的做法就是實驗
要有多種組合才能產生比較，有比較才能發現差異，因此實驗是多組合的
要有多個重複才能將隨機誤差盡量降低，確保所得結果盡可能來自所觀察的對象，因此實驗也需要多重複組
有了以上兩者可以看出差異，並由此產生假說與後續更多的實驗，努力串起數據間的關聯，這就是研究的進展
那如何最有效、最精確的達到多組合、多重複的目標呢? 這就得仰賴規劃與設計兩者
透過規劃與設計，我們能在戰略與戰術大小層面有效率地推進研究，當中的串聯可以使用圖表作協助，可參考[實驗設計] — 實驗圖表好雜亂？ 如何用4種圖表從宏觀到微觀的整理與呈現實驗數據
規劃 ＆ 設計
規劃：前進的方向、要做什麼步驟
規劃是在戰略層面的事
規劃需要回答該做什麼（發想）、要做多少（何時放棄）、如何做成故事自圓其說（套路、金字塔、剪裁），分別參考最全面的讀研究所攻略：從研究生入學到畢業的10個範疇(2023.09.02更新）
若對如何規劃沒有想法，可參考現有研究的套路＆架構：
設計：每個步驟中具體要做的事
設計則是在戰術層面的事，這個控制組該如何取、該做幾組、使用的方法條件如何等等細部都屬於所謂的設計層面
設計的目的是為了尋找差異與重複
設計的本質是為了回答差異、重複兩大核心問題。一般常見的試驗設計如組數多少、如何設計、信度效度等，其實都是差異與重複的不同體現
差異與重複，其實就是試驗設計中的核心思想，所謂的正負控制組、信效度、重複數、正交等等，最後都會回歸到 “差異與重複” 的求取，懂了這個，之後就全懂了
差異：結果與基準的不一致處
差異就是不一致，就是分別。我們透過實驗結果與基準的比較，才能利用數據與基準的不同進行分辨，這個基準就是背景值，而上下的背景值就是控制組。對於基準不太清楚，或是對差異的基礎原理有興趣的，可以參考r0-r1的以下兩文：
背景值：控制組（正負夾），控制組的基礎可參考[實驗設計] — 實驗中的控制組/對照組是什麼？ 解析控制組的類型＆設計適當控制組
上方的背景值可以用正控制組來做。正控制組告訴你反應出現時的樣貌，也可以當作評估反應強度的基準
也因為如此，選用正對照組時，也得考慮反應的強弱。過強或過弱的對照組反應都會造成數據判別的困難，但這只有經驗與嘗試才能確定
負對照組則相對簡單，通常只要擺個空反應即可，找其他更複雜的組合反而可能出問題
舉個例子，我想測試小明、小喬能吃多少碗麵
正對照組部分，只要是會吃麵的人就能夠當「有吃麵」的正對照組，因此我可以找吃40碗的大胃王，也可以找只吃半碗的網美
但如果小明、小喬吃得量相當接近，比方1.5跟1好了，那用大胃王40當比例尺就很差了。
如果在實驗上用染色強度或是電泳條帶的亮度，肉眼很可能是看不出兩者差異的，這就是反應強弱問題
至於負對照組，直接擺個空碗就能當作「沒有吃麵」的對照組
如果把他搞複雜，像是找一個吃飽的人盯著麵，期望他不要吃，反而會增加被挑戰的地方（比方什麼是吃飽、你如何確定他真的沒吃？），容易弄巧成拙。
有了負對照組的背景值，我們才能去除隨機因素造成的影響，真正的判定實驗因素對標的的影響
重複：反覆以相同步驟做相同的事
重複，是反覆以相同步驟做相同的事，目的是希望在反覆中排除隨機、意外因素，進而確定所得到的結果確實來自於要研究的因素
其實看完重複的意義，可以了解到重複其實就是歸納法的另一種體現形式：
我們透過多次相同的作法，試圖歸納出沒有隨機影響的結論
就如同歸納法一般，單一數據的假說可能極大的受到隨即誤差的影響，但隨著重複組數的上升，就如規納的證據變多一樣，結論有可能越來越集中
但這並不代表所歸納的事情必然是對的，我們在上一篇的［學術寫作］— 寫論文時對數據沒把握？談如何用適當的寫作語彙呈現論文敘述提到歸納法有錯誤的可能，同樣做了一百次重複組並不會讓錯的事情變成對的
那至於要做多少重複組別才行呢？ 這有點像問「多少個證據才能歸納出正確結論一樣」，只有越來越集中的趨勢，不會保證必然正確
因此通常都得在重複數與材料時間成本間做個妥協，領域間會有個默認ok 的組數，這得看各領域的套路了：[選題與發想] — 不知道如何開始做研究？先觀摩研究領域內的 “套路” 吧
關於差異與重複，實驗上常用的顯著差異、精密度都是這兩者的體現，可以參見以下兩文
有了以上觀念，對於實驗規劃與設計便能有更具體的理解，從而落實在研究推進上
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