GIÁO TRÌNH PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP I HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ LAN (Chủ biên) & PHẠM TIẾN DŨNG

GIÁO TRÌNH

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

HÀ NỘI – 2005


MỞ ðẦU
Phương pháp thí nghiệm là một ngành khoa học ñược dạy trong một số trường ñại học
có liên quan ñến lĩnh vực sinh học như: Nông nghiệp, lâm nghiệp và thuỷ sản. Tuy nhiên, nội
dung dạy có khác nhau tuỳ thuộc vào ngành cụ thế.
Cuốn giáo trình phương pháp thí nghiệm của chúng tơi lần này được viết cho sinh viên
ðại học Nông nghiệp mà chủ yếu là cho ngành nơng học. Nội dung của cuốn giáo trình cung
cấp cho sinh viên một số kiến thức cơ bản về phương pháp thiết kế và bố trí thí nghiệm cũng
như các thuật tốn thống kê mơ tả các tham số, các tiêu chuẩn kiểm ñịnh thống kê trong xử lý
kết quả thí nghiệm, nghiên cứu các mối quan hệ đơn giản trong phân tích kết quả nghiên cứu
và cách trình bày một báo cáo khoa học.
Giáo trình viết cho người học nên khi dạy cán bộ giảng dạy cần tham khảo thêm các
giáo trình và sách khác viết kỹ và sâu hơn về phương pháp thí nghiệm cũng như các kiến thức
tốn xác suất thống kê.
ðể nắm được kiến thức của mơn học viết trong giáo trình này sinh viên phải ñược học
và nắm vững kiến thức xác suất thống kê, tin học và một số môn khoa học khác.
Nội dung cuả cuốn giáo trình bao gồm các chương:
Chương I - Trình bày các bước cần thiết trong quá trình nghiên cứu khoa học và các
nhóm phương pháp nghiên cứu trong nơng nghiệp.
Chương II - Trình bày các u cầu trong thiết kế thí nghiệm, các loại thí nghiệm đồng

ruộng cùng các nội dung khác có liên quan đến thiết kế thí nghiệm (cơng thức thí nghiệm,
diện tích ơ, nhắc lại, bảo vệ, hàng biên…). Cách xây dựng và viết một ñề cương nghiên cứu
khoa học. ðây là chương quan trọng nhất của phần phương pháp nghiên cứu.
Chương III - Giới thiệu cách triển khai một thí nghiệm cụ thể từ thiết kế (đề cương) ra
ngồi thực địa nhằm đảm bảo tính khách quan và tơn trong ngun tắc “sai khác duy nhất”,
chăm sóc thí nghiệm và trình tự thu hoạch thí nghiệm.
Chương IV - Trình bày các loại số liệu trong nghiên cứu khoa học, các tham số thống kê
cơ bản của mẫu và các cơng thức tính các tham số đó.
Chương V - Trình bày ngắn gọn các cách ước lượng một số tham số thống kê cơ bản
thường ñược sử dụng trong nghiên cứu và thực tiễn sản xuất nơng nghiệp (ước lượng điểm và
ước lượng khoảng của hai tham số cơ bản nhất của tổng thể là kỳ vọng và xác suất của đặc
tính sinh học nào đó).
Chương VI - Trình bày ngắn gọn bài tốn kiểm định các giả thiết thống kê thơng
thường như: kiểm ñịnh hai trung bình (hai kỳ vọng) và kiểm ñịnh hai xác suất của hai tổng thể
và kiểm định tính ñộc lập.
Chương VII - Trình bày các phương pháp bố trí thí nghiệm 1, 2 nhân tố và cách phân
tích phương sai. Cơng bố kết quả và đánh giá các kết quả thí nghiệm. Phần thí nghiệm hai
nhân tố mới chỉ đề cập sơ bộ trong giáo trình này. ðây ñược coi là chương quan trọng nhất
trong phần thiết kế thí nghiệm và thống kê ứng dụng. Chương này giúp các nhà khoa học
ñánh giá một cách ñầy ñủ kết quả cụ thể của mỗi thí nghiệm.
Chương VIII - Giới thiệu tương quan và hồi quy, chủ yếu là tương quan và hồi quy
tuyến tính đơn. Nội dung chương này sẽ giúp cho người học cách ñánh giá mối quan hệ của
các đặc trưng (chỉ tiêu) trong thí nghiệm qua hệ số tương quan. Xây dựng phương trình hồi
quy mơ tả mối quan hệ tương quan, tính hồi quy tuyến tính đơn. Bước đầu giới thiệu quan hệ
phi tuyến.
Chương IX - Giới thiệu cho người học cách trình bày số liệu trong báo cáo và trình tự
viết một báo cáo khoa học.

Trường đại học Nơng nghiệp 1 – Giáo trình Phương pháp thí nghiệm -------------------------------------------

1


Ngồi ra, giáo trình cịn trình bày một số bảng số thống kê thông dụng giúp các nhà thực
nghiệm xử lý kết quả nghiên cứu của thí nghiệm: các bảng này rất cần thiết cho chương ước
lượng, kiểm ñịnh cũng như phân tích phương sai và hồi quy. Khi dạy giáo viên phải hướng
dẫn cho học sinh biết cách sử dung các bảng số.

Trường đại học Nơng nghiệp 1 – Giáo trình Phương pháp thí nghiệm -------------------------------------------

2


CHƯƠNG I ÐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP
Chương này trang bị cho người học những nhận thức cơ bản về phương pháp nghiên
cứu Nông nghiệp nói chung và Nơng học nói riêng như các bước cần được tiến hành trong
q trình nghiên cứu khoa học ñể trả lời câu hỏi mà thực tế ñặt ra.
1.1. Vai trị của cơng tác nghiên cứu khoa học nơng nghiệp
Theo nghĩa rộng của quan ñiểm triết học duy vật: "Thí nghiệm là một phần của sự
nghiệp sản xuất trong xã hội loài người, nhằm khám phá ra các quy luật khách quan của thế
giới vật chất với mục đích nắm vững và bắt các điều bí mật của thiên nhiên phục vụ cho cuộc
sống con người”.
Con người ñã biết làm thí nghiệm (Experiment) từ bao giờ?
Như chúng ta đã biết, từ cổ xưa lồi người đã phải kiếm ăn ñể sinh sống, do ñó, con
người phải biết lựa chọn, so sánh để tìm kiếm thức ăn. Song cũng chính từ đó mà họ đã tạo ra
một kho tàng các kinh nghiệm quý báu thúc ñẩy xã hội phát triển. Khi xã hội tiến lên địi hỏi
con người cũng phải nắm bắt, vận dụng các quy luật khách quan của tự nhiên có hiệu quả
hơn. Muốn làm được điều này cần phải có phương pháp và từ đó phương pháp thí nghiệm ra
đời.
Nghiên cứu khoa học là q trình nghiên cứu và giải thích đến cùng các hiện tượng

khoa học xuất phát từ lý luận và thực tiễn. Từ đó sẽ ứng dụng các kết quả nghiên cứu ñược
vào thực tiễn sản xuất phục vụ cho cuộc sống con người.
Nghiên cứu khoa học nói chung và khoa học nơng nghiệp nói riêng hay cụ thể hơn là
nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực Nông học phụ thuộc rất mật thiết với ñiều kiện tự nhiên
và các ñiều kiện kinh tế - xã hội nên việc vận dụng các phương pháp và kết quả nghiên cứu
của các nước trên thế giới có tính kế thừa chọn lọc cho phù hợp với ñiều kiện cụ thể của Việt
Nam là rất cần thiết. Ngay trong phạm vi của ñất nước chúng ta cũng khơng thể có tính đồng
nhất về các điều kiện cụ thể, cho các thực nghiệm nông nghiệp, vậy nhiệm vụ của các nhà
khoa học nông nghiệp phải nghiên cứu và ñề xuất ñược những biện pháp kỹ thuật cụ thể, thích
hợp cho vùng nơi mình phụ trách nhằm khai thác bền vững và hiệu quả các điều kiện ấy. Ðể
có kết quả nghiên cứu ñúng và khách quan cần phải có kiến thức tổng hợp của nhiều lĩnh vực:
tốn học, hố học, thổ nhưỡng, khí tượng, sinh học và kinh tế học và phương pháp nghiên cứu
ñúng, khách quan, phù hợp với các quy luật tự nhiên, quy luật xã hội và cả tính sáng tạo đúng
đắn.
1.2. Các bước trong q trình nghiên cứu khoa học nơng nghiệp
Ðể có thể xây dựng ñược một ñề tài nghiên cứu khoa học nơng nghiệp nói chung và cụ
thể hơn nữa là xây dựng được một thí nghiệm về một biện pháp kỹ thuật nào đó như: Giống,
phân bón, tưới nước, thời vụ hay bảo vệ thực vật... cho một vùng địi hỏi nhà khoa học (người
làm công tác nghiên cứu) cần phải tiến hành theo các bước sau đây.
1.2.1. Thu thập thơng tin (Bước 1)
Mục đích của thu thập thơng tin là giúp cho nhà khoa học hiểu rõ ñược vấn ñề sẽ được
nghiên cứu đã có ai, nơi nào nghiên cứu chưa và nếu có thì vấn đề được nghiên cứu đến đâu.
Xem xét tính khả thi để từ đó hình thành hướng nghiên cứu thích hợp.
Nội dung thơng tin thu thập gồm:

Trường đại học Nơng nghiệp 1 – Giáo trình Phương pháp thí nghiệm -------------------------------------------

3

* Các tài liệu có liên quan trực tiếp và gián tiếp tới vấn ñề dự ñịnh nghiên cứu.
* Kinh nghiệm sản xuất của người dân.
Việc thu thập các thông tin bao gồm:
- Ðọc các tài liệu tại thư viện cụ thể là các sách báo gồm các giáo trình, sách chuyên
khảo, sách hướng dẫn phổ biến khoa học kỹ thuật, các tạp chí khoa học, các kết quả nghiên cứu
khoa học của các nhà khoa học khác. Các nguồn số liệu này bao gồm cả trong nước và trên thế
giới.
- Tham dự các hội nghị, hội thảo và các hoạt động khoa học khác.
- Tìm hiểu thực tiễn sản xuất của nơng dân để thấy rõ kinh nghiệm cũng như biện pháp xử
lý của nơng dân với vấn đề sẽ được nghiên cứu .
- Thu thập thơng tin qua các phương tiện thơng tin đại chúng khác như: Vơ tuyến
truyền hình, đài phát thanh, báo khoa học, báo nơng thôn cũng như các loại báo khác.
1.2.2. Xây dựng giả thiết khoa học (Bước 2)
Giả thiết khoa học là những giả định mà theo nhà khoa học là có nhiều khả năng ñúng
nhất về một sự vật hay một hiện tượng nào đó. Nó giúp cho ta có thể phát hiện và giải thích
những cái mới mà những giả thiết khác trước đây chưa giải thích được.
Vì vậy, giả thiết khoa học khơng được phép chung chung mà phải cụ thể, phải thực sự
xuất phát từ các nguồn thông tin thu thập được (mục 1.2.1). Giả thiết này cũng chính là xuất
phát ñiểm ñể xây dựng kế hoạch nghiên cứu thực nghiệm.
Giả thiết khoa học phải tránh viển vông, song không nên sợ cái mới, phải xuất phát từ
quy luật khách quan của tự nhiên, đầu tư cơng sức, trí tuệ để tìm hiểu cái mới, thậm chí có thể
khó khăn gai góc. Có như vậy con người mới có thể tìm ra được cái mới, cái đổi thay trong
khoa học và có thể cắt nghĩa nó hồn tồn có cơ sở, theo đúng logic của các q trình các mối
quan hệ qua lại lẫn nhau trong tự nhiên ñầy bí hiểm và đa dạng.
1.2.3. Chứng minh giả thiết khoa học (Bước 3)
Chứng minh giả thiết khoa học là quá trình quan sát, q trình làm thí nghiệm. Trên cơ
sở các số liệu (các chỉ tiêu nghiên cứu thể hiện qua kết quả theo dõi hay quan sát) có được và
suy luận nhằm gạt bỏ cái khơng đúng, sàng lọc lấy cái đúng có tính quy luật và những cái có thể
coi là chân lý.
Kiểm chứng giả thiết khoa học có hai cách, đó là: Quan sát hay điều tra và làm thí

nghiệm thực nghiệm.
* Quan sát hay điều tra là việc tìm hiểu, theo dõi thực tế, đây là cả một quá trình bắt
nguồn từ việc thu thập những cái đơn giản, những cái đã có trong thực tế sản xuất và trong tự
nhiên, giúp ta phân biệt ñược cái ñặc trưng của sự việc, so sánh giữa các sự việc và tiến ñến
suy luận xây dựng căn cứ khoa học cho các sự việc đó. Hay nói một cách khác: quan sát là
tìm hiểu, mơ tả diện mạo bên ngồi của sự việc hay hiện tượng để từ ñó suy ra bản chất của
chúng dựa trên cơ sở nhận thức của người nghiên cứu. Như vậy, quan sát là đi từ bên ngồi sự
việc vào trong nhận thức. Do đó, u cầu của quan sát là "kiên trì", chỉ có kiên trì mới có thể
hy vọng thu được những thơng tin, những tài liệu và có như vậy tài liệu mới đầy đủ, khách
quan và mang tính chính xác. Quan sát (ñiều tra) phải ñược thực hiện sao cho ñại diện, khách
quan ñể ñảm bảo ñộ tin cậy của những thơng tin thu được về đối tượng nghiên cứu.
* Làm thí nghiệm
Thí nghiệm là những cơng việc mà con người tự xây dựng ñể tạo ra những hiện tượng
làm thay ñổi một cách nhân tạo bản chất của sự việc nhằm phát hiện ñược ñầy ñủ bản chất và

Trường đại học Nơng nghiệp 1 – Giáo trình Phương pháp thí nghiệm -------------------------------------------

4


5.3.1. Ước lượng trị số trung bình tổng thể khi dung lượng mẫu n là ñủ lớn (n ≥ 30).......
5.3.2. Ước lượng số trung bình quần thể khi n < 30.........................................................
5.4. Xác ñịnh dung lượng mẫu.............................................................................................
5.5. Ước lượng tần số của tổng thể (hay ước lượng tỷ lệ).....................................................
5.5.1. Khi sự kiện A có xác suất khơng gần 0 và 1 ..........................................................
5.5.1.1. Khi dung lượng n ñủ lớn (n > 100).................................................................
5.5.1.2. Khi dung lượng n < 100 (khơng đủ lớn) .........................................................
5.5.2. Khi sự kiện A có xác suất gần 0 hoặc gần 1...........................................................
CHƯƠNG VI - KIỂM ðỊNH GIẢ THUYẾT THỐNG KÊ
6.1. Những khái niệm chung và ý nghĩa...............................................................................

6.2. Trường hợp hai mẫu ñộc lập.........................................................................................
6.2.1. Tiêu chuẩn U của phân bố tiêu chuẩn ....................................................................
6.2.2. Tiêu chuẩn t của phân bố Student ..........................................................................
6.3. Trường hợp hai mẫu liên hệ (khơng độc lập) ................................................................
6.3.1. Khái niệm về mẫu liên hệ......................................................................................
6.3.2. Tiêu chuẩn t của Student .......................................................................................
6.4. Kiểm định tính độc lập (kiểm định tính thuần nhất của các mẫu về chất) ......................
6.4.1. So sánh 2 tỷ lệ (hay gọi là kiểm ñịnh 2 xác suất) ...................................................
6.4.1.1. Trường hợp 2 dung lượng mẫu ñều ñủ lớn .....................................................
6.4.1.2. Trường hợp n < 100 (n1 hoặc n2 <100)...........................................................
6.4.1.3. Trường hợp hai sự kiện hiếm (hay xác suất bé) ..............................................
6.4.2. Kiểm tra tính thuần nhất của nhiều mẫu về chất (kiểm ñịnh nhiều xác suất)
6.5. Kiểm tra giả thuyết về hai phương sai...........................................................................
CHƯƠNG VII - PHƯƠNG PHÁP SẮP XẾP CƠNG THỨC THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN
TÍCH KẾT QUẢ.
79
Mục tiêu..............................................................................................................................
Nội dung của chương: .........................................................................................................
7.1. Các thí nghiệm một nhân tố. .........................................................................................
7.1.1. Khái niệm: ............................................................................................................
7.1.2. Các phương pháp sắp xếp và phân tích kết quả......................................................
7.1.2.1. Thí nghiệm sắp xếp kiểu hồn tồn ngẫu nhiên (CRD)...................................
7.1.2.2. Thí nghiệm sắp xếp theo kiểu khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCB). .......................
7.1.2.3. Thí nghiệm sắp xếp kiểu ô vông la tin (Latin Square).....................................

19


7. 2. Thí nghiệm hai nhân tố
7.2.1. Thiết kế theo kiểu khối ngẫu nhiên ñầy ñủ (RCB)

7.2.2. Thiết kế kiểu chia ô lớn ô nhỏ ( Split-plot) ............................................................
7.3. Một số ñiều chú ý trước khi tiến hành phân tích phương sai..........................................
7.3.1. Khi số liệu thí nghiệm bị mất ................................................................................
7.3.1.1 Khi bị mất một số liệu.....................................................................................
7.3.1.2 Khi bị mất 2 ô số liệu......................................................................................
7.3.2. Chuyển đổi số liệu trước khi phân tích phương sai ................................................
Các câu hỏi ôn tập:..............................................................................................................
CHƯƠNG VIII - PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN
Mục tiêu..............................................................................................................................
Nội dung bao gồm:..............................................................................................................
8.1. Ðặt vấn đề ....................................................................................................................
8.2. Tương quan ñường thẳng một biến số...........................................................................
8.2.1. Khái niệm và các đặc trưng của tương quan ..........................................................
8.2.2. Các ví dụ...............................................................................................................
8.2.2.1. Trường hợp dung lượng mẫu nhỏ (n < 30) .....................................................
8.2.2.2. Trường hợp dung lượng mẫu lớn (n > 30) ......................................................
8.3. Tương quan tuyến tính nhiều biến.................................................................................
8.3.1. Ý nghĩa của nghiên cứu tương quan nhiều yếu tố ..................................................
8.3.2. Hệ số hồi quy riêng và phương trình hồi quy phức. ...............................................
8.4. Phương pháp lập phương trình tương quan cho các đặc trưng chất lượng......................
CHƯƠNG IX - TỔNG KẾT THÍ NGHIỆM
149
9.1. Cách trình bày số liệu trong báo cáo khoa học ........................................................ 149
9.1.1. Phương pháp trình bày bằng bảng số liệu ........................................................ 149
9.1.2. Phương pháp dùng ñồ thị và biểu ñồ................................................................ 150
9.2. Phương pháp tổng kết và viết báo cáo kết quả thí nghiệm (kết quả nghiên cứu khoa
học)............................................................................................................................... 152
9.2.1. Chỉnh lý số liệu, tính các tham số thống kê và xử lý thống kê kết quả thí nghiệm
................................................................................................................................. 153
9.2.2. Viết báo cáo khoa học ..................................................................................... 153

PHỤ LỤC

155

20