Một cách tổng quát, các thí nghiệm được tiến hành nhằm tìm kiếm những thông tin, kiến thức chưa biết có liên quan đến một đối tượng nào đó; thí dụ như ảnh hưởng của nhiệt độ ép đùn đến độ bền kéo của sản phẩm nhựa PE, hay ảnh hưởng của một phương pháp giảng dạy đến khả năng tiếp thu của học sinh.

Bằng cách quan sát, đo đạc các tính chất của đối tượng hay một phần đối tượng khảo sát trong quá trình thí nghiệm, ta thu được những thông tin sơ cấp, còn được gọi là dữ liệu thô. Từ những dữ liệu thô này, sau khi phân tích, xử lý, ta có thể có được những hiểu biết sâu sắc hơn về đối tượng, như các tính chất đặc trưng, mối quan hệ giữa các thông số được thể hiện qua các phương trình, công thức, đồ thị. Từ đó ta có thể khai thác, sử dụng đối tượng một cách có hiệu quả hơn.

 

Để có thể thu được các thông tin hữu ích một cách hiệu quả, với chi phí về nhân lực, tài lực và thời gian thấp, ta cần biết cách tổ chức thí nghiệm một cách hợp lý, xử lý dữ liệu một cách khoa học. Như vậy mục đích của việc thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu là “thu thập một lượng thông tin tối đa bằng một lượng tối thiểu đơn vị thí nghiệm”.

Thiết kế thí nghiệm (experiment design) còn được biết dưới một số tên gọi khác như “Bố trí thí nghiệm” hay “Quy hoạch thực nghiệm”. Tuy vậy thuật ngữ “bố trí” chưa đề cập đến các chức năng khác trong thiết kế thí nghiệm như quá trình sàng lọc để loại bỏ bớt các yếu tố không có nhiều ảnh hưởng, chọn lựa khoảng giá trị cho các yếu tố khảo sát. Ngược lại thuật ngữ “quy hoạch thực nghiệm” lại có ý nghĩa quá rộng, bao gồm nhiều hoạt động khác nhau (không chỉ bằng con đường tiến hành các thí nghiệm), để đáp ứng nhiều mục đích khác nhau ngoài việc thu thập thông tin từ đối tượng khảo sát, và do đó, vượt quá nội dung của chuyên đề này.

 

Wikipedia, đã định nghĩa "thiết kế thí nghiệm" như sau trong phiên bản 2016:

"The design of experiments (DOE, DOX, or experimental design) is the design of any task that aims to describe or explain the variation of information under conditions that are hypothesized to reflect the variation."

tạm dịch là :

"Thiết kế thí nghiệm là thiết kế mọi công việc có mục đích mô tả hay giải thích sự biến động về thông tin trong các điều kiện được cho là phản ảnh sự biến động ấy."

Trước đó, trong phiên bản 2012, Wikipedia đã định nghĩa như sau:

"Design of experiments (DOE) or experimental design is the design of any information-gathering exercises where variation is present, whether under the full control of the experimenter or not."

tạm dịch là :

"Thiết kế thí nghiệm là thiết kế quá trình thu thập thông tin từ các đối tượng có sự biến động. Sự biến động này có thể được điều khiển hay không trong quá trình thí nghiệm".

Như vậy, theo phiên bản 2016 của Wikipedia, thiết kế thí nghiệm đã mở rộng phạm vi đáng kế (any task thay vì information-gathering exercises), mức độ trừu tượng hóa cũng cao hơn.

Qua hai định nghĩa trên, ta thấy phần cốt lõi và được quan tâm theo dõi trong thí nghiệm là các thông tin liên quan đến các thuộc tính có sự biến động, thường được goi là "biến" (variable). Thuật ngữ "biến" sẽ được sử dụng thường xuyên trong suốt chuyên đề này.

 

Nhìn chung, ta có hai loại thí nghiệm chính :

• Thí nghiệm chủ động (experiment) : trong đó ta có thể thay đổi giá trị của một số biến - còn được gọi là biến độc lập hoặc yếu tố - để khảo sát ảnh hưởng của chúng lên một số biến khác – còn được gọi là biến phụ thuộc hay đáp ứng - tùy theo yêu cầu nghiên cứu. Đa số các thí nghiệm trong lĩnh vực khoa học công nghệ thuộc loại này.
• Thí nghiệm quan trắc (observational study) : trong thí nghiệm loại này ta hầu như không thể thay đổi giá trị của biến nào cả mà chỉ có thể ghi nhận hay chọn lựa giá trị của chúng thôi. Mục đích chính của loại thí nghiệm này là xem xét đặc điểm, tính chất của các biến, quan hệ giữa chúng với nhau.

Đối tượng chủ yếu của chuyên đề này là các thí nghiệm thuộc nhóm thứ nhất, vì thể để việc trình bày được gọn gàng và đơn giản ta sẽ dùng thuật ngữ "thí nghiệm" để chỉ "thí nghiệm chủ động". Sơ đồ chung của một thí nghiệm thuộc loại này được trình bày trên Hình 1.

Hình 1 Sơ đồ của một thí nghiệm