如何快速设计出一个好的科学实验方案

2016-10-10 本文已影响0人邹天华

一个好的科学实验方案通常包括四个部分，这里借鉴一下管理学里面的循环模型 PDCA。

PDCA循环又叫质量环，最早由休哈特于1930年提出，后被质量管理专家戴明在1950年发扬光大，并加以宣传和运用于改善产品质量。

PDCA是Plan(计划)、Do(执行)、Check(检查)和Action(行动)的首字母的组合，PDCA循环是按照这样的顺序循环不止进行下去的质量管理的科学程序。简单来说，

1、Plan阶段。企业通过市场调查，了解客户要求，从而来确定产品和计划。

2、Do阶段。具体实施Plan阶段的内容。

3、Check阶段。在计划实施过程中检查实际执行情况。

4、Action阶段。根据检查结果，采取相应的后续措施。

具体到科学实验里面，操作如下。

1、调研文献。

科研创新的本质是解决问题。发现问题是解决问题的前提，发现问题就需要了解目前的科研现状，这就需要大量调研文献，尤其是关注本领域大牛课题组和高端杂志的最新动态。通过调研发现当下研究的痛点，痛点就是新起点，痛点就是你要攻克的难题。

2、设定课题目标。

根据文献调研结果，制定新的实验思路。明确了实验的主题后，需要设定一个实验目标，也就是在新的实验里面需要解决的问题和想要提升的材料的物理化学性能。

3、给出实验方案。

创新并非单纯指发明新材料和新理论，还可以包括实验改进和实验模仿等。你可以将别人证明的行之有效的方法用在自己研究的材料体系中。

4、制定详细的实验计划。

有了好的实验方案，其中的细节也不能忽视，需要将实验步骤具体化，例如实验的周期（三个月或者是半年），实验材料的准备，测试仪器的准备。同时可以使用甘特图来制定计划时间表，从而可以确定实验进度并进行有效的调控。

主要是样品的合成和制备。

在这一阶段除了按计划和方案实施外，还必须要随身携带实验手账本，对实验过程进行细致记录，一方面确保工作按计划进度实施，另一方面还可以为后续的工作提供详尽信息。

很多时候一些微小的操作可能导致样品性能的天差地别。例如A和B两个样品，你全程操作基本是一样的，但最后测试性能不同，这就需要寻找合成过程中的一些细微差异。这时候手账本就是唯一可靠的信息源了。

样品的表征和测试。

例如在我的研究领域，需要做物相表征XRD；基本物理化学性能测试：LFA,ZEM和PPMS。

如果物理化学性能改善了，说明达到了原来的实验设计；如果没有出现预期的结果，应该确认是否严格按照计划实施实验，如果是，就意味着实验设计失败，那就要重新设计实验方案。

如果上一阶段的测试效果良好，那就可以开始着手写科研论文了。

任何一个实验都会有一些遗留问题，这次的遗留问题就会成为你新的起点。所有问题不可能在一个PDCA循环中全部解决，遗留的问题会自动转进下一个PDCA循环，这样科研创新可以持续产出。