Методы экспериментального исследования – Методология экспериментальных исследований

Содержание

Методология экспериментальных исследований

Наиболее важной составной частью научных исследований являются эксперименты. Это один из основных способов получить новые научные знания. Более 2/3 всех трудовых ресурсов науки затрачивается на эксперименты. В основе экспериментального исследования лежит эксперимент, представляющий собой научно поставленный опыт или наблюдение явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за его ходом, управлять им, воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий. От обычного, обыденного, пассивного наблюдения эксперимент отличается активным воздействием исследователя на изучаемое явление.

Основной целью эксперимента является проверка теоретических положений (подтверждение рабочей гипотезы), а также более широкое и глубокое изучение темы научного исследования.

Эксперимент должен быть проведен по возможности в кратчайший срок с минимальными затратами при самом высоком качестве полученных результатов.

Различают эксперименты естественные и искусственные.

Естественные эксперименты характерны при изучении социальных явлений (социальный эксперимент) в обстановке, например, производства, быта и т. п.

Искусственные эксперименты широко применяются во многих естественнонаучных исследованиях. В этом случае изучают явления, изолированные до требуемой степени, чтобы оценить их в количественном и качественном отношениях.

Иногда возникает необходимость провести поисковые экспериментальные исследования. Они необходимы в том случае, если затруднительно классифицировать все факторы, влияющие на изучаемое явление вследствие отсутствия достаточных предварительных данных. На основе предварительного эксперимента строится программа исследований в полном объеме.

Экспериментальные исследования бывают лабораторные и производственные.

Лабораторные опыты проводят с применением типовых приборов, специальных моделирующих установок, стендов, оборудования и т. д. Эти исследования позволяют наиболее полно и доброкачественно, с требуемой повторяемостью изучить влияние одних характеристик при варьировании других. Лабораторные опыты в случае достаточно полного научного обоснования эксперимента (математическое планирование) позволяют получить хорошую научную информацию с минимальными затратами. Однако такие эксперименты не всегда полностью моделируют реальный ход изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении производственного эксперимента.

Производственные экспериментальные исследования имеют целью изучить процесс в реальных условиях с учетом воздействия различных случайныхфакторов производственной среды.

Одной из разновидностей производственных экспериментов является собирание материалов в организациях, которые накапливают по стандартным формам те или иные данные. Ценность этих материалов заключается в том, что они систематизированы за многие годы по единой методике. Такие данные хорошо поддаются обработке методами статистики и теории вероятностей.

В ряде случаев производственный эксперимент эффективно проводить методом анкетирования. Для изучаемого процесса составляют тщательно продуманную методику. Основные данные собирают методом опроса производственных организаций по предварительно составленной анкете. Этот метод позволяет собрать очень большое количество данных наблюдений или измерений по изучаемому вопросу. Однако к результатам анкетных данных следует относиться с особой тщательностью, поскольку они не всегда содержат достаточно достоверные сведения.

В зависимости от темы научного исследования объем экспериментов может быть разным. В лучшем случае для подтверждения рабочей гипотезы достаточно лабораторного эксперимента, но иногда приходится проводить серию экспериментальных исследований: предварительных (поисковых), лабораторных, полигонных на эксплуатируемом объекте.

В ряде случаев на эксперимент затрачивается большое количество средств. Научный работник производит огромное количество наблюдений и измерений, получает множество диаграмм, графиков, выполняет неоправданно большое количество испытаний.

На обработку и анализ такого эксперимента затрачивается много времени. Иногда оказывается, что выполнено много лишнего, ненужного. Все это возможно, когда экспериментатор четко не обосновал цель и задачи эксперимента. В других случаях результаты длительного, обширного эксперимента не полностью подтверждают рабочую гипотезу научного исследования. Как правило, это также свойственно для эксперимента, четко не обоснованного целью и задачами. Поэтому прежде чем приступить к экспериментальным исследованиям, необходимо разработать методологию эксперимента.

Методология эксперимента — это общая структура (проект) эксперимента, т. е. постановка и последовательность выполнения экспериментальных исследований. Методология эксперимента включает в себя следующие основные этапы:

1) разработку плана-программы эксперимента;

2) оценку измерений и выбор средств для проведения эксперимента;

3) проведение эксперимента;

4) обработку и анализ экспериментальных данных.

Приведенное количество этапов справедливо для традиционного эксперимента. В последнее время широко применяют математическую теорию эксперимента, позволяющую резко повысить точность и уменьшить объем экспериментальных исследований.

В этом случае методология эксперимента включает такие этапы: разработку плана-программы эксперимента; оценку измерения и выбор средств для проведения эксперимента; математическое планирование эксперимента с одновременным проведением экспериментального исследования, обработкой и анализом полученных данных.

Теперь остановимся несколько поподробней на этапах экспериментального исследования.

План-программа включает наименование темы исследования, рабочую гипотезу, методику эксперимента, перечень необходимых материалов, приборов, установок, список исполнителей эксперимента, календарный план работ и смету на выполнение эксперимента. В ряде случаев включают работы по конструированию и изготовлению приборов, аппаратов, приспособлений, методическое их обследование, а также программы опытных работ на предприятиях.

Основа плана-программы — методика эксперимента (см. выше). Один из наиболее важных этапов составления плана-программы — определение цели и задач эксперимента. Четко обоснованные задачи — это весомый вклад в их решение. Количество задач должно быть небольшим. Для конкретного (не комплексного) эксперимента оптимальным количеством является 3—4 задачи. В большом, комплексном эксперименте их может быть 8—10.

Необходимо правильно выбрать варьирующие факторы, т. е. установить основные и второстепенные характеристики, влияющие на исследуемый процесс. Вначале анализируют расчетные (теоретические) схемы процесса. На основе этого классифицируют все факторы и составляют из них убывающий по важности для данного эксперимента ряд. Правильный выбор основных и второстепенных факторов играет важную роль в эффективности эксперимента, поскольку эксперимент и сводится к нахождению зависимостей между этими факторами. В тех случаях, когда трудно сразу выявить роль основных и второстепенных факторов, выполняют небольшой по объему поисковый эксперимент.

Основным принципом установления степени важности характеристики является ее роль в исследуемом процессе. Для этого изучают процесс в зависимости от какой-то одной переменной при остальных постоянных. Такой принцип проведения эксперимента оправдывает себя лишь в тех случаях, когда переменных характеристик мало — 1—3. Если же переменных величин много, целесообразно применить принцип многофакторного анализа.

Обоснование средств измерений — это выбор необходимых для наблюдений и измерений приборов, оборудования, машин, аппаратов и пр. Средства измерения могут быть выбраны стандартные или вслучае отсутствия таковых — изготовлены самостоятельно.

Очень ответственной частью является установление точности измерений и погрешностей. Методы измерений должны базироваться на законах специальной науки — метрологии.

В методике подробно проектируют процесс проведения эксперимента. В начале составляют последовательность (очередность) проведения операций измерений и наблюдений. Затем тщательно описывают каждую операцию в отдельности с учетом выбранных средств для проведения эксперимента. Особое внимание уделяют методам контроля качества операций, обеспечивающих при минимальном (ранее установленном) количестве измерений высокую надежность и заданную точность. Разрабатывают формы журналов для записи результатов наблюдений и измерений.

Важным разделом методики является выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех цифр, классификации, анализу. Результаты экспериментов должны быть сведены в удобочитаемые формы записи — таблицы, графики, формулы, номограммы, позволяющие быстро и доброкачественно сопоставлять полученные результаты.

Особое внимание в методике должно быть уделено математическим методам обработки и анализу опытных данных — установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьирующими характеристиками, установлению критериев и доверительных интервалов и др.

После установления методики находят объем и трудоемкость экспериментальных исследований, которые зависят от глубины теоретических разработок, степени точности принятых средств измерений. Чем четче сформулирована теоретическая часть исследования, тем меньше объем эксперимента.

Возможны три случая проведения эксперимента.

Первый — теоретически получена аналитическая зависимость, которая однозначно определяет исследуемый процесс. Например,

у = 6е~.

В этом случае объем эксперимента для подтверждения данной зависимости минимален, поскольку функция однозначно определяется экспериментальными данными.

Второй случай — теоретическим путем установлен лишь характер зависимости. Например,

у = ае~*х.

В этом случае задано семейство кривых. Экспериментальным путем необходимо определить а и и. При это объем эксперимента возрастает.

Третий случай — теоретически не удалось получить каких-либо зависимостей. Разработаны лишь предположения о качественных закономерностях процесса. Во многих случаях целесообразен поисковый эксперимент. Объем экспериментальных работ резко возрастает. Здесь уместен метод математического планирования эксперимента.

На объем и трудоемкость существенно влияет вид эксперимента. Полевые эксперименты, как правило, имеют большую трудоемкость. После установления объема экспериментальных работ составляют перечень необходимых средств измерений, объем материалов, список исполнителей, календарный план и смету расходов. План-программу рассматривает научный руководитель, обсуждают в научном коллективе и утверждают в установленном порядке.

Проведение эксперимента является важнейшим и наиболее трудоемким этапом. Экспериментальные исследования необходимо проводить в соответствии с утвержденным планом-программой и особенно методикой эксперимента. Приступая к эксперименту, окончательно уточняют методику его проведения, последовательность испытаний.

При сложном эксперименте часто возникают случаи, когда ожидаемый результат получают позже, чем предусматривается планом. Поэтому научный работник должен проявить терпение, выдержку, настойчивость и довести эксперимент до получения результатов.

Особое значение имеет добросовестность при проведении экспериментальных работ; недопустима небрежность, что приводит к большим искажениям, ошибкам. Нарушения этих требований — к повторным экспериментам, что продлевает исследования.

Обязательным требованием проведения эксперимента является ведение журнала. Форма журнала может быть произвольной, но должна наилучшим образом соответствовать исследуемому процессу с максимальной фиксацией всех факторов. В журнале отмечают тему НИР и тему эксперимента, фамилию исполнителя, время и место проведения эксперимента, характеристику окружающей среды, данные об объекте эксперимента и средствах измерения, результаты наблюдений, а также другие данные для оценки получаемых результатов.

Журнал нужно заполнять аккуратно, без каких-либо исправлений. При получении в одном статистическом ряду результатов, резко отличающихся от соседних измерений, исполнитель должен записать все данные без искажений и указать обстоятельства, сопутствующие указанному измерению. Это позволит установить причины искажений и квалифицировать измерения как соответствующие реальному ходу процесса или как грубый промах.

Одновременно с измерениями исполнитель должен проводить предварительную обработку результатов и их анализ. Здесь особо должны проявляться его творческие способности. Такой анализ позволяет контролировать исследуемый процесс, корректировать эксперимент, улучшать методику и повышать эффективность эксперимента.

Важны при этом консультации с коллегами по работе и особенно с научным руководителем. В процессе эксперимента необходимо соблюдать требования инструкций по промсанитарии, технике безопасности, пожарной профилактике. Исполнитель должен уметь организовать рабочее место, руководствуясь принципами НОТ.

Вначале результаты измерений сводят в таблицы по варьирующим характеристикам для различных изучаемых вопросов. Очень тщательно уточняют сомнительные цифры. Устанавливают точность обработки опытных данных.

Особое место отведено анализу эксперимента — завершающей части, на основе которой делают вывод о подтверждении гипотезы научного исследования. Анализ эксперимента — это творческая часть исследования. Иногда за цифрами трудно четко представить физическую сущность процесса. Поэтому требуется особо тщательное сопоставление фактов, причин, обусловливающих ход того или иного процесса и установление адекватности гипотезы и эксперимента.

При обработке результатов измерений и наблюдений широко используют методы графического изображения. Графическое изображение дает наиболеенаглядное представление о результатах экспериментов, позволяет лучше понять физическую сущность исследуемого процесса, выявить общий характерфункциональной зависимости изучаемых переменных величин, установить наличие максимума илиминимума функции.

Для графического изображения результатов измерений (наблюдений), как правило, применяют систему прямоугольных координат. Прежде чем строить график, необходимо знать ход (течение) исследуемого явления. Качественные закономерности и форма графика экспериментатору ориентировочно известны из теоретических исследований.

Точки на графике необходимо соединять плановой линией так, чтобы они по возможности ближе проходили ко всем экспериментальным точкам. Если соединить точки прямыми отрезками, то получим ломаную кривую. Она характеризует изменение функции по данным эксперимента. Обычно функции имеют плавный характер. Поэтому при графическом изображении результатов измерений следует проводить между точками плавные кривые.

Резкое искривление графика объясняется погрешностями измерений.

При графическом изображении результатов экспериментов большую роль играет выбор системы координат или координатной сетки.

Координатные сетки бывают равномерными и неравномерными. У равномерных координатных сеток ординаты и абсциссы имеют равномерную шкалу. Например, в системе прямоугольных координат длина откладываемых единичных отрезков на обеих осях одинаковая.

Из неравномерных координатных сеток наиболее распространены полулогарифмические, логарифмические, вероятностные.

Полулогарифмическая сетка имеет равномерную ординату и логарифмическую абсциссу.

Логарифмическая координатная сетка имеет обе оси логарифмические; вероятностная — ординату, обычно равномерную, и абсциссу — вероятностную шкалу.

Назначение неравномерных сеток разное. Чаще их применяют для более наглядного изображения функций. Так, многие криволинейные функции спрямляют на логарифмических сетках. Вероятностная сетка применяется в различных случаях: при обработке измерений для оценки их точности, при определении расчетных характеристик.

Большое значение имеет выбор масштаба графика, что связано с размерами чертежа и соответственно с точностью снимаемых, с него значений величин. Известно, что чем крупнее масштаб, тем выше точность снимаемых значений. Однако, как правило, графики не превышают размеров 20×15 см, что является удобным при составлении отчетов.

Масштаб по координатным осям обычно применяют разный. От его выбора зависит форма графика — он может быть плоским (узким) или вытянутым (широким) вдоль оси.

Расчетные графики, имеющие максимум (минимум) функции или какой-либо сложный вид, особо тщательно необходимо вычерчивать в зонах изгиба. На таких участках количество точек для вычерчивания графика должно быть значительно больше, чем на главных участках.

В некоторых случаях строят номограммы, существенно облегчающие применение для систематических расчетов сложных теоретических или эмпирических формул в определенных пределах измерения величин. Номограммированы могут быть любые алгебраические выражения. В результате сложные математические выражения можно решать сравнительно просто графическими методами. Построение номограмм — трудоемкая операция. Однако, будучи раз построенной, номограмма может быть использована для нахождения любой из переменных, входящих в номограммированные уравнения. Применение ЭВМ существенно снижает трудоемкость номо-граммирования.

Существует несколько методов построения номограмм. Для этого применяют равномерные или неравномерные координатные сетки. В системе прямоугольных координат функции в большинстве случаев на номограммах имеют криволинейную форму. Это увеличивает трудоемкость, поскольку требуется большое количество точек для нанесения одной кривой. В логарифмических координатных сетках функции имеют прямоугольную форму и составление номограмм упрощается.

В процессе экспериментальных измерений получают статистический ряд измерений двух величин объединяемых функций:

У = / (X). (3)

Каждому значению функции уг, …, уп соответствует определенное значение аргумента хг, х2, …, хп.

На основе экспериментальных данных можно подобрать алгебраические выражения, которые называют эмпирическими формулами. Такие формулы подбирают лишь в пределах измеренных значений аргумента л:1хп. Эмпирические формулы имеют тем большую ценность, чем больше они соответствуют результатам эксперимента.

Необходимость в подборе эмпирических формул возникает во многих случаях. Так, если аналитическое выражение (3) сложное, требует громоздких вычислений, составления программ для ЭВМ, то часто эффективнее пользоваться упрощенной приближенной эмпирической формулой. Опыт показывает, что эмпирические формулы бывают незаменимы для анализа измеренных величин. К эмпирическим формулам предъявляют два основных требования — по возможности они должны быть наиболее простыми и точно соответствовать экспериментальным данным в пределах изменения аргумента.

Таким образом, эмпирические формулы являются приближенными выражениями аналитических. Замену точных аналитических выражений приближенными, более простыми, называют аппроксимацией, а функции — аппроксимирующими.

Процесс подбора эмпирических формул состоит из двух этапов. На первом этапе данные измерений наносят на сетку прямоугольных координат, соединяют экспериментальные точки плавной кривой и выбирают ориентировочно вид формулы. На втором этапе вычисляют параметры формул, которые наилучшим образом соответствовали бы принятой формуле. Подбор эмпирических формул необходимо начинать с самых простых выражений.

Кривые, построенные по экспериментальным точкам, выравнивают известными в статистике методами. Например, методом выравнивания, который заключается в том, что кривую, построенную по экспериментальным точкам, представляют линейной функцией. Для нахождения параметров заданных уравнений часто применяют метод средних и метод наименьших квадратов.

Для исследования закономерностей между явлениями (процессами), которые зависят от многих, иногда неизвестных факторов, применяют корреляционный анализ.

В процессе проведения эксперимента возникает потребность проверить соответствие экспериментальных данных теоретическим предпосылкам, т. е. проверить гипотезу исследования. Проверка экспериментальных данных на адекватность необходима также во всех случаях на стадии анализа теоретико-экспериментальных исследований. Методы оценки адекватности основаны на использовании доверительных интервалов, позволяющих с заданной доверительной вероятностью определять искомые значения оцениваемого параметра. Суть такой проверки состоит в сопоставлении полученной или предполагаемой теоретической функции у = / (х) с результатами измерений.

В практике адекватности применяют различные критерии согласия: Фишера, Пирсона, Романовского.

studfiles.net

методика и классификация экспериментальных исследований, методы физических измерений, средства измерений

Методология и классификация экспериментальных исследований

Эксперимент — это активный целенаправленный метод изучения явлений в точно фиксированных условиях их протекания, которые могут воссоздаваться и контролироваться самим исследователем. Эксперимент имеет перед наблюдением ряд преимуществ: в ходе эксперимента изучаемое явление может не только наблюдаться, но и воспроизводиться по желанию исследователя; в условиях эксперимента возможно обнаружение таких свойств явлений, которые нельзя наблюдать в естественных условиях; эксперимент позволяет изолировать изучаемое явление от усложняющих обстоятельств путем варьирования условий и изучать явление в «чистом виде»; в условиях эксперимента резко расширяется арсенал используемых приборов, инструментов и аппаратов.

Выделяются следующие виды эксперимента: 1) исследовательский, и поисковый эксперимент; 2) проверочный или контрольный эксперимент; 3) воспроизводящий; 4) изолирующий; 5) качественный или количественный; 6) физический, химический, социальный, биологический эксперимент.

Методология экспериментальных исследований – это общая структура (проект) эксперимента. Включает следующие этапы:

1. Разработка плана – программы эксперимента, это:

— наименование темы исследования,

— рабочая гипотеза,

— методика эксперимента,

— перечень необходимых материалов, приборов, установок,

— список исполнителей,

— календарный план работ,

— смета на выполнение эксперимента.

Иногда дополнительно включают работы по конструированию и изготовлению приборов, аппаратов и др.

2. Оценка измерений и выбор средств измерений. Средства измерения могут быть выбраны стандартные или изготовлены специально для эксперимента. Поверка средств измерений.

3. Проведение эксперимента (этапы традиционного эксперимента, включая математическое планирование). В методике эксперимента подробно проектируют процесс проведения эксперимента:

— составляют последовательность проведения операций наблюдений и измерений;

— описывают каждую операцию с учетом выбранных средств;

— контролируют качество операций, чтобы при минимальном количестве измерений обеспечить повышенную надежность и заданную точность;

— разрабатывают форму журнала для записи результатов наблюдений и измерений;

— выбирают методы обработки и анализа экспериментальных данных, включая математические.

Наиболее важной составной частью научных исследований являются эксперименты. Это один из основных способов получить новые научные знания. Более двух третей всех трудовых ресурсов науки затрачивается на эксперименты. В основе экспериментального исследования находится эксперимент, представляющий собой научно поставленный опыт или наблюдение явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за его ходом, управлять им, воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий. От обычного, обыденного, пассивного наблюдения эксперимент отличается активным воздействием исследователя на изучаемое явление.

Основной целью эксперимента является проверка теоретических положений (подтверждение рабочей гипотезы), а также более широкое и глубокое изучение темы научного исследования.

Различают эксперименты естественные и искусственные.

Естественные эксперименты характерны при изучении социальных явлений (социальный эксперимент) в обстановке, например, производства, быта и т.п.

Искусственные эксперименты широко применяются во многих естественнонаучных исследованиях. В этом случае изучают явления, изолированные до требуемой степени, чтобы оценить их в количественном и качественном отношениях.

Иногда возникает необходимость провести поисковые экспериментальные исследования. Они необходимы в том случае, если затруднительно классифицировать все факторы, влияющие на изучаемое явление вследствие отсутствия достаточных предварительных данных. На основе предварительного эксперимента строится программа исследований в полном объеме.

Экспериментальные исследования бывают лабораторные и производственные.

Лабораторные опыты проводят с применением типовых приборов, специальных моделирующих установок, стендов, оборудования и т.д. Эти исследования позволяют наиболее полно и доброкачественно, с требуемой повторяемостью изучить влияние одних характеристик при варьировании других. Лабораторные опыты в случае достаточно полного научного обоснования эксперимента (математическое планирование) позволяют получить хорошую научную информацию с минимальными затратами. Однако, такие эксперименты не всегда полностью моделируют реальный ход изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении производственного эксперимента.

Производственные экспериментальные исследования имеют целью изучить процесс в реальных условиях с учетом воздействия различных случайных факторов производственной среды. Пассивные производственные эксперименты заключаются в сборе данных и анализе случайных отклонений от заданных параметров процесса. В активных экспериментах изменения параметров процесса заранее планируют и задают.

Методы физических измерений

Если эксперимент хорошо продуман и удачно спланирован, то он имеет больше шансов на успех. Основываясь на известных теориях и экспериментальных результатах, можно так выбрать способы и методы измерений, чтобы получить как можно больше сведений. Очень важно исключить влияние внешней среды или свести его к нулю. На практике финансовые проблемы часто ограничивают аппаратурные возможности.

Измерения– это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Измерения в философском аспекте – важнейший универсальный метод познания физических явлений и процессов. Измерение – вторичный метод познания, так как сначала нужно изучить объект измерений, выстроить его модель. Измерение с этой точки зрения является методом кодирования сведений, то есть заключительной стадией процесса познания. В научном аспекте измерения – это количественная информация об объекте, без которой невозможно точно воспроизвести условия технического процесса и эффективного управления объектом. В техническом аспекте измерения дают возможность проверки научных гипотез, осуществляют связь теории и практики в науке. Цель измерений – получить численные значения нужной физической величины.

Измерения подразделяютна прямые (получают непосредственно значение измеряемой величины) и косвенные (нужную величину вычисляют из результатов непосредственных измерений).

При многократных измерениях получают разные численные значения измеряемой физической величины (даже если все значения одинаковы). Сразу возникают вопросы:

— об истинном значении физической величины,

-о точности, с которой истинное значение можно определить по нашим данным.

Х0– истинное значение, Х – то значение, которое получено в результате измерения. Е = Х – Х0– ошибка измерения.Ошибки измеренияподразделяютна:

— систематические,

— случайные,

— грубые (так называемые выбросы).

Грубые возникают вследствие ошибки экспериментатора или отказа оборудования. В отличии от других грубые ошибки обычно сразу видно. Систематические ошибки трудно обнаружить, так как отклонение в них одинаково. Они возникают из-за: несовершенства оборудования, несовершенства метода измерения, непостоянства условий опыта, влияния окружающей среды, ошибок экспериментатора, влияния неучтенных факторов. Случайные ошибки возникают вследствие многозначных причин. Такие ошибки ликвидируют обработкой данных на основе теоретической схемы теории ошибок, которая объединяет теорию вероятностей и математическую статистику

В настоящее время следует говорить об измерительных технологиях, так как сложность измерений возрастает. Основа любой формы управления, анализа, прогнозирования, планирования, контроля или регулирования – достоверная исходная информация, основанная на измерениях. Отсюда значительные затраты на измерения. Примерно 15% общественного труда затрачивается на проведение измерений, от 3 до 6% валового национального продукта тратится на измерения, прямо или косвенно.

Средства измерений и их классификация

Средство измерений– это техническое средство:

— используемое при измерениях,

— имеющее нормированные метрологические свойства,

— воспроизводящее или хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Средство измерений либо воспроизводит величину заданного размера (например, гиря – массу, магазин сопротивлений – ряд дискретных значений сопротивлений), либо вырабатывает сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины. Сигнал либо сразу воспринимается человеком (отклонение стрелки прибора), либо преобразуется еще раз, чтобы быть воспринятым (сравнение в приборе двух сигналов и выдача разницы — фотоколориметр).

Средство измерений может работать в двух режимах: статическом, при котором изменением измеряемой величины за время измерения можно пренебречь, и динамическом, при котором изменение нужно учитывать, так как это изменение превышает допустимую погрешность.

Средства измерений классифицируют:

1. По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, средства измерений подразделяют на метрологические, для хранения или воспроизведения единицы измерений, и рабочие, применяемые для непосредственных измерений в эксперименте.

2. По уровню автоматизации: — неавтоматические, — автоматизированные, в этом режиме возможно одно измерение или его часть, — автоматические, в этом режиме проводят все измерение и обработку его результатов, регистрацию, передачу данных или выработку управляющих сигналов.

3. По уровню стандартизации: стандартизованные, то есть отвечающие требованиям государственного или отраслевого стандарта (их чаще используют, по ним проводят государственные испытания),нестандартизованные(уникальные) для решения специальной задачи, которую не нужно стандартизировать.

4. По отношению к измеряемой физической величине:

– основные (измеряют основную физическую величину),

— вспомогательные, измеряют физическую величину, влияние которой на основное средство измерений нужно учесть, чтобы получить требуемую точность.

5. По роли в процессе измерения и выполняемым функциям. Это основная классификация. Средства измерений подразделяют на

элементарные: меры (однозначные – гиря, многозначные – линейка, наборы мер — ареометры, магазины мер – магазин сопротивлений и т.д.), устройства сравнения, измерительные преобразователи (датчик),

комплексные: измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы и комплексы.

Метрологические характеристики средств измерений

Это характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результат измерения и его погрешности. Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами называют нормируемыми, а определяемые экспериментально – действительными. Метрологические характеристики позволяют: — определять результаты измерений и рассчитывать оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерения в реальных условиях применения средств измерений, — рассчитывать метрологические характеристики каналов измерительных систем, состоящих из нескольких средств измерений с известными метрологическими характеристиками, — проводить оптимальный выбор средств измерений для данных условий с нужным качеством измерений, — сравнивать средства измерений разных типов.

Классы точности средств измерений это обобщенная характеристика средств измерений, выражаемая пределами допускаемых значений его основной и дополнительной погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Класс точности не является непосредственной оценкой точности измерений, так как она зависит еще от метода измерений, условий измерений и т.д. Класс точности – лишь пределы погрешности, это интервал, в котором находится значение основной погрешности средства измерений. Средство измерений может иметь два или более класса точности, например, если у него два или более диапазонов измеряемой величины, а также, если прибор измеряет несколько физических величин.

Анализ экспериментальных данных

Возможны три случая проведения эксперимента.

Первый – теоретически получена аналитическая зависимость, которая однозначно определяет исследуемый процесс. Например, y= 6e5x. В этом случае объем эксперимента для подтверждения данной зависимости минимален, поскольку функции однозначно определяется экспериментальными данными.

Второй случай – теоретическим путем установлен лишь характер зависимости. Например, y=aekx. В этом случае задано семейство кривых. Экспериментальным путем необходимо определитьaиk. При этом объем эксперимента возрастает.

Третий случай – теоретически не удалось получить каких-либо зависимостей. Разработаны лишь предположения о качественных закономерностях процесса. Во многих случаях целесообразен поисковый эксперимент. Объем экспериментальных работ резко возрастает. Здесь уместен метод математического планирования эксперимента.

studfiles.net

классификация, выбор метода и обработка результатов :: BusinessMan.ru

Молодая наука психология долгие десятилетия подвергалась гонениям и не воспринималась научным сообществом. Выделиться из философии ей удалось только в конце девятнадцатого века, но и после ей приходилось доказывать свою состоятельность. Делалось это, в первую очередь, посредством экспериментально-психологических методик. Они позволили отыскать обоснование многим научным теориям и сделать несколько значимых для мирового сообщества открытий.

Стоит отметить, что в этот период времени методы экспериментального исследования были основными и единственными. Ученые только накапливали знания в данной области, поэтому остро нуждались в поисках новых подходов к предметам своего исследования. Со временем применение экспериментального метода исследования стало всего лишь частью методологии и сейчас используется наравне с другими способами доказать справедливость той или иной теории.

Однако на сегодняшней день экспериментальная психология вызывает множество споров. Ученые не могут определить ее допустимые границы и то место, которое ей можно отвести в системе знаний. Несмотря на эти сложности, методы проведения экспериментальных исследований вызывают с каждым годом все больший интерес у специалистов в данной области и людей, которые желают применять психологические знания на практике.

Методы научных исследований: краткая характеристика

Перед тем как полностью погрузиться в классификацию методов экспериментального исследования, необходимо составить общее представление о методиках исследований, без которых сложно представить деятельность ученых.

Простым языком их можно охарактеризовать как совокупность приемов и способов, дающих возможность специалистам получить достоверные сведения об объекте исследований. Это позволяет выстроить очередную научную теорию, а также разработать ряд практических рекомендаций, которые будут активно использоваться в дальнейшей работе другими учеными.

Так как психологию сложно представить без исследовательских методик, то на примере этой науки их разобрать проще всего. К тому же методы исследования в психологии крайне ограничены, в них несложно разобраться даже стороннему человеку. А результат их применения может оказаться очень впечатляющим.

Методы исследования в психологии: виды

Основные методы разделяют на две группы:

  • наблюдение;
  • эксперимент.

Первый метод можно охарактеризовать как целенаправленный сбор данных по объекту исследования и анализ полученной информации. По итогу он должен дать объяснение тем или иным психологическим факторам, регулирующим поведение личности.

Метод наблюдения имеет ряд требований, на которых мы остановимся кратко:

  • естественные условия;
  • четкая направленность;
  • регистрация всех полученных результатов.

При этом методика имеет свою процедуру и делится на несколько подвидов. Так как это не является темой нашей статьи, то мы не станем акцентировать внимание читателей на данной информации. А вот о методах экспериментального исследования мы поговорим более подробно.

Эксперимент: краткая характеристика и отличительные черты

Методы экспериментального исследования можно описать как целую стратегию и совокупность действий. Она включает в себя отслеживание того или иного процесса, а также влияние на него с помощью изменения тех или иных условий. Благодаря этому проверяется та или иная гипотеза, ее можно подтвердить или опровергнуть. Причем возможность влиять на процесс и менять изначальные условия дает более полную информацию об объекте исследования.

Главное отличие метода экспериментального исследования от наблюдения заключается в том, что ситуация, в которой будет находиться объект исследования является искусственно смоделированной. Причем организатор активно вмешивается в нее. Он может в зависимости от поставленных задач эксперимента менять одну или несколько переменных, фиксируя происходящие изменения. Можно сказать, что исследователь изучает не только сам объект и его реакции, но и то, каким образом взаимодействуют между собой и объектом переменные.

Также хочется уточнить, что экспериментальная методика подразумевает полный контроль за исследуемым и переменными, вводимыми для отслеживания реакций. В этом заключается еще одно различие между обеими методиками. Если наблюдение не дает возможности предвидеть какие-то процессы, то эксперимент позволяет их спрогнозировать и смоделировать. Также часто исследователи осознанно вызывают те или иные реакции, манипулируя переменными. Это позволяет наиболее полно изучить объект. Считается, что данная методика единственная, которая может в полной мере доказать состоятельность той или иной теории либо гипотезы.

Специфика методики и ее достоинства

Основная специфика эксперимента крайне проста – это вмешательство в процесс исследования для того, чтобы менять условия, пока не будут получены все данные. Именно это и является основной целью применяемых методов опытно-экспериментального исследования.

Нельзя не упомянуть о достоинствах методики. Они довольно многочисленны, что и объясняет ее востребованность в научном мире:

  • возможность осознанно вызывать определенные психические явления;
  • возможность воздействия на условия эксперимента;
  • выявление причинно-следственных связей.

Экспериментальным путем можно получить достаточно много фактов, ведь он позволяет четко устанавливать взаимосвязь между изменяющимися условиями и психологическими процессами.

Ограничения в применении эксперимента

Выбор метода экспериментальных исследований подходит не для всех ситуаций. Ведь организовать грамотный эксперимент довольно сложно. Специалисты утверждают, что он должен быть смоделирован таким образом, чтобы объект исследования даже не подозревал о своем участии в тех или иных процессах.

К сожалению, это удается не всегда, и тогда возникает опасность того, что сам объект исследования начнет влиять на результаты процесса. Испытуемый может ощущать страх, желание подать себя в более выгодном свете, что не позволит получить информацию о его истинных психологических реакциях.

Также в некоторых психологических экспериментах недопустимо произвольно менять переменные. Данное действие не позволит выявить причинно-следственные связи и сводит на нет все преимущества обсуждаемой методики.

Еще одна сложность заключается в том, что в ряде экспериментов исследователь и объект изучения должны тесно общаться между собой. При этом между ними устанавливается эмоциональная связь, которая способна повлиять на поведение объекта. В этом случае результат не может считаться абсолютно чистым и требует дополнительных исследований. Возможно, в этом случае должны использоваться иные методики.

Виды эксперимента

В научном мире принято выделять два вида эксперимента:

  • лабораторные методы исследования;
  • естественный эксперимент.

Если их охарактеризовать кратко, то лабораторный эксперимент заключается в тщательной подготовке. Он проходит в специальных помещениях с большим количеством оборудования, при этом все объекты отдают себе отчет в том, что принимают участие в исследованиях. Однако истинные цели происходящего могут быть от них скрыты.

Естественный эксперимент подразумевает тщательное сокрытие от объекта всех данных о его вовлечении в научный процесс.

Лабораторный эксперимент

Рассматривая лабораторные методы исследования более широко, можно представить их как моделирование деятельности объекта в ограниченном пространстве. При этом используются все возможные методы изучения, очень важным нюансом является применение современных технических средств и разработка специальной инструкции. Ее должен придерживаться индивид, принимающий участие в эксперименте, и все его участники.

Полученные в результате научные данные должны быть максимально чистыми, это возможно лишь при условии стопроцентного повторения естественных условий в ограниченном пространстве. Однако стоит учесть, что полностью воспроизвести данные условия невозможно. Обычно это делается лишь фрагментарно. В этой методике сочетаются главные достоинства и недостатки эксперимента, как психологического исследования. С одной стороны, она позволяет максимально точно контролировать все введенные в процесс переменные, а с другой – не дает скрыть вовлеченность объекта в исследовательский процесс.

Естественный эксперимент

Экспериментально-теоретический метод исследования, названный позже «естественным», был впервые введен в практику в начале двадцатого века. Его суть заключается в неведении объекта исследования о проведении эксперимента и условиях, максимально приближенных к его привычной среде обитания.

Главным плюсом данной методики является возможность исследователя активно влиять на испытуемого и сам процесс, но при этом оставаться не вовлеченным во все действия. Это дает невероятную чистоту полученных данных, но одновременно лишает возможности повторить эксперимент. Попадая в сходные условия еще раз, объект начинает понимать, что они созданы целенаправленно.

Последние годы в научном мире регулярно ведутся диспуты на тему этичности подобной методики. Дело в том, что в процессе эксперимента используется скрытая техника. Жизнь индивида становится источником пристального внимания, при этом исследователи не получают его согласия на участие в процессе. Эксперимент может стать настоящей психологической травмой в случае раскрытия его условий.

Этапы эксперимента

Стоит учитывать, что каждый эксперимент состоит из определенных этапов. Этот нюанс очень важен для чистоты процесса:

  • Определение целей и задач. Данный этап считается определяющим, на нем выявляется актуальность проблемы. Параллельно выстраивается план, который должен учитывать все накопленные по изучаемой теме знания.
  • На втором этапе непосредственно и происходит эксперимент. Он состоит в воздействии исследователей на окружающий мир. При этом вырабатывается специальная методика. Она напрямую зависит от поставленных задач и изучаемых проблем. Причем она вполне может стать и универсальной, все зависит от того, насколько востребована проблематика эксперимента.

При этом методы обработки экспериментальных исследований в зависимости от задач остаются неизменны. Главным в этом процессе остается, повторимся, чистота полученных данных.

Классификация экспериментов

Данный вопрос требует детального рассмотрения, так как на сегодняшний день классификация находится в прямой зависимости от многих факторов. Обычно она ставится в зависимость от двух характеристик. О них стоит поговорить подробно.

По результату воздействия выделяют три вида экспериментов:

  • Констатирующий. В процессе исследования у объекта не формируются какие-либо новые установки, не появляются новые свойства, а уже имеющиеся не получают должного развития. Согласно данной классификации экспериментатор занимает позицию, сходную с поведением стороннего наблюдателя.
  • Формирующий. Здесь участие организатора эксперимента является наиболее активным. Во многих случаях объект полностью изменяется, зачастую эти изменения носят необратимый характер. При этом сама организация эксперимента позволяет не просто регистрировать полученные данные, но и раскрывать динамику, механизмы воздействия, этапы формирования тех или иных психологических процессов и так далее.
  • Патопсихологический. Данный эксперимент можно поставить в особенный разряд, так как исследователя мало интересуют итоговые результаты. В процессе своего воздействия на объект выявляются и изучаются способы, которыми индивид приходит к данному результату. Можно сказать, что основной оценке подвергаются мыслительные процессы.

Специалисты классифицируют эксперименты и по уровню осознанности:

  • полная осведомленность объекта обо всех нюансах будущего эксперимента;
  • частичная осведомленность индивида, где кроме конкретных фактов ему могут предоставить и ложные гипотезы;
  • сокрытие задач, целей и сроков эксперимента (зачастую испытуемый даже не имеет представления, что стал объектом наблюдения).

Кроме перечисленных категорий можно еще назвать контрольный и пилотажный эксперименты.

Работа с испытуемым и обработка данных

Объект исследований и сам экспериментатор должны находиться в некоем взаимодействии. Этот момент является самым сложным, поэтому методика не может работать без разработки инструкции.

При этом необходимо учитывать, что главной задачей является не сама разработка подобного текста, а понимание его участниками эксперимента. Именно за это в первую очередь отвечает психолог, ведь зачастую в одинаковых условиях люди абсолютно по-разному воспринимают информацию. Одни сразу же понимают все требования, указанные в инструкции, а вот другим требуется некоторое время. Эксперимент нельзя начинать, пока не будут готовы все его участники.

Еще одной проблемой является отбор объектов. По результатам, показанным той или иной категорией испытуемых, будут делаться выводы по довольно обширной социологической группе. Поэтому исследователи часто подбирают первые объекты ошибочно, и только потом формируются более подходящие группы индивидов. Но даже в этом случае они разделяются на две группы.

Инструкция, выдаваемая объектам, создается по общим правилам. Она должна отражать следующие моменты:

  • цель и задачи;
  • ход и особенности происходящего.

К тому же текст должен быть максимально информативным и лаконичным.

Обработка результатов требует долгого времени. При этом важно учитывать, насколько были искажены они в процессе эксперимента. Психология знает случаи, когда исследователь, глубоко убежденный в состоятельности своей теории, влиял на поведение объектов. Также сами участники эксперимента могут в процессе угадать задачи и цели всего происходящего, непроизвольно подстраиваясь под ожидаемый результат.

businessman.ru

Методология экспериментальных исследований

Поиск Лекций

Экспериментальные исследования – это один из основных способов получения научных данных. В их основе лежит эксперимент, который представляет собой научно поставленный опыт в условиях, позволяющих следить за его ходом, управлять им и воссоздать при необходимости. От пассивного наблюдения эксперимент отличается активным воздействием исследователя на изучаемое явление. Цель эксперимента – проверка теоретических предположений, а также более широкое и глубокое изучение предмета исследования.

Различают эксперименты в естественных и искусственных условиях. Естественный эксперимент проводят в открытых системах при сложном влиянии внешних факторов (социальный, производственный и т.д.). Искусственный эксперимент широко применяется в технических науках, с его помощью изучают изолированное явление в специальных условиях с целью его оценки в количественном или качественном отношении.

Экспериментальные исследования делятся на лабораторные и производственные.Лабораторные опыты проводят с применением типовых приборов, специальных моделирующих установок, стендов. Они позволяют получить научную информацию с минимальными затратами, но не всегда полностью моделируют реальное явление или процесс.Поэтому часто возникает потребность в производственных экспериментальных исследованиях. Они имеют целью изучить процесс в реальных условиях с учетом воздействия различных случайных факторов. Такие эксперименты проводят в шахтах, на строящихся объектах. К производственным исследованиям относят также специальные полевые экспедиции по обследованию эксплуатируемых объектов. Одной из разновидностей производственного эксперимента является собирание материалов в организациях, которые накапливают их по стандартным формам. Такие данные подвергаются обработке методами математической статистики (анкетирование). Производственный эксперимент может проводиться в виде опытов на специальных полигонах.

Зачастую на эксперимент затрачивается много средств и времени, проводится большое количество наблюдений и измерений, получают множество графиков, на обработку и анализ затрачивается много труда. Иногда оказывается, что сделано много лишнего, а иногда, что экспериментатор не четко организовал эксперимент, не правильно выбрал цель, а на её основе сформулировал задачи исследований. Поэтому прежде чем приступить к экспериментальным исследованиям, необходимо четко продумать методологию эксперимента.

Методология эксперимента – это общие принципы, структура эксперимента, его постановка и последовательность выполнения. Методология эксперимента включает в себя следующие основные этапы:

– разработку плана-программы эксперимента;

– выбор средств для проведения эксперимента;

– проведение эксперимента;

– обработку и анализ экспериментальных данных.

Для того чтобы правильно организовать эксперимент, применяют математическую теорию планирования эксперимента, позволяющую повысить точность и уменьшить объем экспериментальных исследований.

В общем случае план-программа эксперимента включает: наименование темы исследований; рабочую гипотезу; методику эксперимента; перечень необходимых материалов, приборов, установок; календарный план работ; смету расходов на выполнение эксперимента.

Основу плана-программы составляет методика эксперимента. Методика – это система приемов и способов для последовательного наиболее эффективного экспериментального исследования. Методика включает в себя: цель и задачи эксперимента, выбор варьируемых факторов; обоснование средств и потребного количества измерений; описание проведения эксперимента; обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

Определение цели и задач исследования – это один из основных этапов эксперимента. Обосновывают цель на основе анализа информации, рабочей гипотезы или результатов теоретических исследований. Имеющаяся до начала эксперимента научная информация позволяет судить об ожидаемых закономерностях, а, следовательно, она позволяет сформулировать задачи эксперимента (3-4 задачи).

Выбор варьируемых факторов заключается в установлении основных и второстепенных факторов, влияющих на исследуемый процесс и составления из них убывающего по важности ряда (ранжирование). Основным принципом установления степени важности характеристики является её роль в исследуемом процессе. Для этого изучают процесс в зависимости от какой-то одной переменной при остальных постоянных. Это возможно при небольшом количестве факторов, если же переменных величин много, целесообразно использовать многофакторный анализ и математическое планирование эксперимента.

Выбор необходимых для наблюдений и измерений приборов, оборудования, машин и др. производится на базе выпускаемых каталогов и с помощью специальной науки – метрологии. В первую очередь используют стандартные приборы и машины, работа на которых регламентируется стандартами. В отдельных случаях возникает потребность в создании уникальных приборов, установок и стендов. При этом разработка и конструирование приборов и других средств должна быть тщательно обоснована теоретическими расчетами и практическими соображениями.

При экспериментальном исследовании процесса или явления повторные отчеты, как правило, не одинаковы. Отклонения объясняются различными причинами: неоднородностью свойств объекта исследований, несовременностью приборов и классом их точности, особенностями эксперимента и др. Чем больше случайных факторов, влияющих на опыт, тем больше отклонения отдельных измерений от среднего значения. Это требует повторных измерений, следовательно, необходимо знать их потребное минимальное количество. Под минимальным количеством измерений понимают такое их число, которое в данном опыте обеспечивает устойчивое среднее значение измеряемой величины, удовлетворяющее заданной степени точности. Установление потребного минимального количества измерений имеет большое значение, поскольку обеспечивает получение объективных результатов при минимальных затратах времени и средств.

Иногда для исключения систематической ошибки, возникающей при субъектном назначении последовательности испытаний, очередность опытов устанавливают с использованием метода рандомизации, суть которого заключается в случайной последовательности опытов, назначаемой с помощью таблицы случайных чисел.

В методике подробно описывают процесс проведения эксперимента. Вначале разрабатывают очередность выполнения операций наблюдения и измерений, а затем описывают каждую операцию в отдельности с учетом выбранных средств измерений. При этом уделяют внимание контролю качества операций, обеспечивая высокую надежность и заданную точность при минимальном количестве измерений.

При проведении экспериментальных работ особое значение имеет добросовестность, терпение, настойчивость, выдержка. Обязательным требованием при проведении эксперимента является ведение журнала наблюдений. Форма журнала может быть произвольной, однако вести его нужно аккуратно, без каких-либо исправлений. При получении резко отличающихся измерений, исполнитель должен указать обстоятельства, сопутствующие указанному измерению, а не исключать его, стремясь получить нужный результат. Экспериментатор должен непрерывно следить за средствами измерений и проводить их рабочую поверку.

Одновременно с производством измерений исполнитель должен проводить предварительную обработку результатов и их анализ, что позволяет контролировать исследуемый процесс, корректировать эксперимент, улучшать методику и повышать эффективность эксперимента.

Особо тщательно необходимо соблюдать указанные требования при проведении производственных экспериментов. Вследствие больших объемов работ и значительной их трудоемкости ошибки, допущенные в процессе эксперимента, могут существенно увеличить продолжительность исследований и уменьшить их точность.

Важным разделом методики является выбор методов обработки и анализа результатов эксперимента. Результаты экспериментов систематизируется и анализируется, затем их представляют в виде таблиц, графиков, номограмм, формул, что позволяет быстро сопоставлять полученные данные.

Особое место занимают математические методы обработки и анализа опытных данных; установление эмпирических зависимостей; аппроксимация связей между факторами; нахождение критериев и доверительных интервалов и др.

Объем и трудоемкость экспериментальных исследований во многом зависят также от глубины теоретических разработок. Например, если теоретически получена аналитическая зависимость у=3 е–2х, однозначно определяющая процесс, то объем эксперимента минимален и направлен на подтверждение зависимости. Если установлен общий вид зависимости у=а1 , то в этом случае задано семейство кривых и в задачу эксперимента входит определение параметров а1 и а2. Объем эксперимента возрастает. И, наконец, при поисковом эксперименте, если теоретических зависимостей не получено, объем экспериментальных работ наиболее значителен, и в этом случае уместно использовать метод математического планирования эксперимента. На объем и трудоемкость эксперимента также влияет его вид. Как правило, полевые эксперименты имеют большую трудоемкость, чем лабораторные.

 


Рекомендуемые страницы:

poisk-ru.ru

Методы организации экспериментального исследования — Учись Как На Парах!

Целесообразно по аналогии с другими науками выделить в психологии три класса методов: 1. Эмпирические, при которых осуществляется внешнее реальное взаимодействие субъекта и объекта исследования.

2. Теоретические, когда субъект взаимодействует с мысленной моделью объекта (точнее — предметом исследования).

3. Итерпретация и Описание, при которых субъект «внешне» взаимодействует со знаково-символическим представлением объекта (графиками, таблицами, схемами).

Результатом применения первой группы методов являются данные, фиксирующие состояния объекта показаниями приборов, состояниями субъекта, памятью компьютера, продуктами деятельности и др.

Результат применения теоретических методов представлен знанием о предмете в форме естественноязыковой, знаково-символической или пространственно-схематической.

Наконец, интерпретационно-описательные методы — это «место встречи» результатов применения теоретических и экспериментальных методов и место их взаимодействия. Данные эмпирического исследования, с одной стороны, подвергаются первичной обработке и представлению в соответствии с требованиями, предъявляемыми к результатам со стороны организующих исследование теории, модели, индуктивной гипотезы.

Важнейшим моментом, отличающим психологический эксперимент с участием людей от других видов естественнонаучного исследования, является наличие инструкции. Испытуемый, получая ее, обязуется добросовестно выполнять все требования. Иногда инструкция редуцирована (в экспериментах с младенцами, пациентами клиники душевных болезней и т. д.), но общение испытуемого с экспериментатором происходит всегда.

Прежде всего обратимся к множеству психологических эмпирических методов. Рассмотрим их с позиции общенаучных критериев, предъявляемых к организации исследования.

Вспомним еще раз, что все методы, применяемые для получения эмпирического материала, можно условно разделить на активные и пассивные. К первым относятся лабораторный эксперимент и его различные модификации, квазиэксперимент. Ко вторым — наблюдение, клинический метод, метод анализа продуктов деятельности, измерение и корреляционные исследования, метод сбора информации (Servey Research), «архивное исследование» и т. д. Применяя методы первой группы, исследователь активно вызывает явление или процесс, воздействуя на объект. Используя же методы второй группы, он лишь довольствуется регистрацией естественного процесса. Другое дело, что регистрировать поведение исследователь может непосредственно или применяя некоторый инструмент (опросник, тест и т. д.). Так же как и воздействовать на испытуемого он может непосредственно в ходе беседы либо организуя деятельность обследуемого в лабораторном эксперименте с помощью исследовательских средств (приборов, заданий и т. д.).

Существует один важный критерий (он разделяет методы организации исследования на две большие группы). Это — критерий соответствия метода признакам идеального исследования.

По этому критерию различаются методы организации исследования:

1. Экспериментальное исследование, систематическое наблюдение или корреляционное исследование. Особенность их состоит в том, что исследователь пытается установить причинную или корреляционные связи между основными переменными, контролируя внешние переменные. Для этого он целенаправленно отбирает группы испытуемых или наблюдаемых индивидов, планирует определенным образом последовательность своих действий.

2. Естественные эксперимент и наблюдение, беседа, клинический метод, метод описания частных случаев И др. Они применяются для выявления особенностей поведения человека. Служат источником для эмпирических обобщений и выдвижения индуктивных гипотез, которые в дальнейшем могут стать материалом для теоретических рассуждений и проверяться в критических экспериментах. Способы контроля переменных (независимой, зависимой, внешних) систематически не применяются, хотя возможно использование сложных техник фиксации данных (карт наблюдения, аудио — и видеоаппаратуры, тестов и др.).

3. Квазиэксперимент. «Промежуточный» между естественными методами проведения исследования и методами, где применяется строгий контроль переменных. Под квазиэкспериментом принято понимать такой метод, при котором не удается полностью реализовать схему, предписываемую идеальным исследованием, но эти отношения частично компенсируются использованием особых квазиэкспериментальных планов.

Согласно традиции, экспериментальное исследование противопоставляется всем неэкспериментальным методам, которые рассматриваются в методологии науки с точки зрения того, чего им недостает, чтобы стать полноценным экспериментальным исследованием.

Так, Ф.-Дж. МакГиган противопоставляет экспериментальный метод следующим:

1) классическому клиническому методу;

2) естественному наблюдению;

3) опросу;

4) архивному исследованию;

5) установлению корреляционной связи;

6) квазиэксперименту.

М. В. Мэтлин приводит иной список методов, противопоставляемых эксперименту:

1. Естественное наблюдение, к которому примыкает полевое исследование и полевой (естественный) эксперимент.

2. Опрос (Servey Methods).

3. Корреляционное исследование.

4. Архивное исследование.

5. Изучение отдельных случаев (CaseStudy Method или CaseHistory Technique).

П. К. Козби противопоставляет эксперименту корреляционный метод, а также доэкспериментальные методы: опрос, полевое наблюдение и полевой эксперимент. Отдельно он рассматривает методы измерения поведения, относя к ним архивный метод, самооценку (самоопрос) и тестирование.

Экспериментальное исследование в психологии отличается от других методов тем, что экспериментатор активно манипулирует независимой переменной, тогда как при прочих методах возможны лишь варианты отбора уровней независимых переменных. Нормальным вариантом экспериментального исследования является наличие основной и контрольных групп испытуемых. В неэкспериментальных исследованиях, как правило, все группы равноценны, поэтому проводится их сравнение.

Эти методы скорее следует именовать подходами, так как они представляют собой не столько конкретный способ исследования, сколько процедурную стратегию. Выбор того или иного способа организации исследования предопределяется его задачами. А выбранный подход, в свою очередь, сам определяет набор и порядок применения конкретных методов сбора данных об объекте и предмете изучения.

Сравнительный метод

Сравнительный метод заключается в сопоставлении различных объектов или различных сторон одного объекта изучения в некоторый момент времени. Снятые с этих объектов данные сравниваются между собой, что дает основание к выявлению отношений между ними. Подход позволяет изучать пространственное многообразие, взаимосвязи и эволюцию психических явлений. Многообразие и взаимосвязи исследуются или путем сопоставления различных проявлений психики у одного объекта (человека, животного, группы) в определенный момент времени, или путем одновременного сопоставления разных людей (животных, групп) по какому-либо одному виду (или комплексу) психических проявлений. Особенно ярко сравнительный метод проявляется в эволюционном изучении психики. Сравнению подлежат объекты (и их показатели), соответствующие определенным стадиям филогенеза. С человеком современного вида сравниваются приматы, архантропы, палеоантропы, данные о которых поставляют зоопсихология, антропология, палеопсихология, археология, этология и другие науки о животных и происхождении человека. Наука, занимающаяся подобными анализом и обобщениями, носит название «Сравнительная психология».

Вне сравнительного метода немыслима вся психология различий (дифференциальная психология). Интересна модификация сравнительного метода, распространенная в возрастной психологии и носящая название «метода поперечных срезов». Поперечные срезы – это совокупность данных о человеке на определенных стадиях его онтогенеза (младенчества, детства, старости и т. п.), получаемых в исследованиях соответствующих контингентов. Подобные данные в обобщенном виде могут выступать в качестве эталонов уровня психического развития человека для определенного возраста в той или иной популяции.

Сравнительный подход допускает использование любого эмпирического метода при сборе данных об объекте исследования.

Лонгитюдный метод

Лонгитюдный метод (лат. long – длинный) – длительное и систематическое изучение одного и того же объекта. Подобное продолжительное отслеживание объекта (обычно по заранее составленной программе) позволяет выявить динамику его существования и прогнозировать его дальнейшее развитие.

В психологии лонгитюд широко применяется при изучении возрастной динамики, преимущественно в детском периоде. Специфическая форма реализации – метод «продольных срезов». Продольные срезы – это совокупность данных об индивиде за определенный период его жизни. Эти периоды могут измеряться месяцами, годами и даже десятилетиями.

Итогом лонгитюдного метода как способа организации многолетнего исследовательского цикла «является индивидуальная монография или совокупность таких монографий, описывающих ход психического развития, охватывающих ряд фаз периодов человеческой жизни. Й. Шванцара и В. Смекал предлагают следующую классификацию видов лонгитюдного исследования:

A. В зависимости от продолжительности исследования:

1. Кратковременное наблюдение.

2. Долговременное наблюдение.

3. Ускоренное наблюдение.

Б. В зависимости от направления хода исследования:

1. Ретроспективное наблюдение.

2. Перспективное (проспективное) наблюдение.

3. Сочетанное наблюдение.

B. В зависимости от применяемых способов:

1. Истинное лонгитюдное наблюдение.

2. Смешанное наблюдение.

3. Псевдолонгитюдное наблюдение.

Кратковременное наблюдение рекомендуется проводить для изучения стадий онтогенеза, богатых изменениями, скачками в развитии. Например, грудной период младенчества, период созревания в отрочестве–юношестве и т. п. Если же целью исследования является изучение динамики крупномасштабных периодов развития, взаимосвязи между отдельными периодами и отдельными изменениями, то рекомендуется долговременный лон-гитюд. Ускоренный вариант предназначен для изучения продолжительных периодов развития, но за короткое время. Используется в основном в детской психологии. Наблюдению подлежат сразу несколько возрастных групп. Возрастной диапазон каждой группы зависит от цели исследования. В практике наблюдения за детьми он обычно составляет 3-4 года. Смежные группы перекрывают друг друга на один-два года. Параллельное наблюдение за рядом таких групп позволяет увязать данные всех групп в единый цикл, охватываемый всей совокупностью этих групп от самой младшей до самой старшей. Таким образом, исследование, проводимое в течение, скажем, 2–3 лет, может дать продольный срез для 10–20 лет онтогенеза.

Ретроспективная форма Позволяет проследить развитие человека или его отдельных качеств в прошлом. Осуществляется путем сбора биографической информации, анализа продуктов деятельности. Для детей это, в первую очередь, автобиографические беседы, свидетельства родителей, данные анамнеза. Перспективный, или проспективный способ – это текущие наблюдения за развитием человека (животного, группы) до определенного возраста. Сочетанное исследование предполагает включение в перспективный лонгитюд элементов ретроспективного.

Истинный лонгитюд представляет собой классическое выполнение длительного наблюдения за одним объектом. Смешанным считается такое, при котором истинное продольное наблюдение на некоторых стадиях дополняется поперечными срезами, дающими сравнительную информацию о других объектах, однотипных с изучаемым. Этот способ выгоден при наблюдениях за группами, которые со временем «тают», т. е. их состав от периода к периоду уменьшается. Псевдолонгитюдные исследования заключаются в получении «норм» для разных возрастных групп и в хронологическом упорядочивании этих показателей. Норму получают через поперечные срезы группы, т. е. через усредненные данные по каждой группе. Здесь со всей очевидностью проявляется недопустимость противопоставления поперечных и продольных срезов, поскольку последние, как видим, можно получить через последовательный (хронологический) ряд поперечных срезов. Кстати, именно таким образом «получено большинство известных до настоящего времени норм онтогенетической психологии».

Комплексный метод

Комплексный метод (подход) предполагает организацию комплексного исследования какого-либо объекта. По существу это, как правило, междисциплинарное исследование, посвященное изучению объекта, общего для нескольких наук: объект один, а предметы исследования разные.

Записи по теме

naparah.com

Тема: Основы экспериментальных исследований

Обратная связь

Методология экспериментальных исследований

Экспериментальное исследование — это один из основных способов получения новых научных знаний.
План-программа эксперимента-это основа методологии экспериментальных исследований.
План-программа включает:
• наименование темы исследования и содержание рабочей
гипотезы;
• методику эксперимента и перечень материалов, приборов,
установок и т.п., необходимых для его выполнения;
• список исполнителей и календарные планы их работы;
• смету на выполнение эксперимента.
Методика эксперимента — это совокупность методов, приемов целесообразного проведения экспериментальных исследований. В общем случае она включает:
• цель и задачи эксперимента;
• выбор факторов и уровней их изменения;
• обоснование средств и необходимого количества измерений;

• описание содержания и порядка проведения эксперимента;
• обоснование способов обработки и анализа результатов
эксперимента.
Цель и задачи эксперимента определяются на основе анализа рабочей гипотезы и соответствующих теоретических разработок. Задачи должны быть четкими, а их количество — небольшим: для простого эксперимента — 3… 4, а для комплексного эксперимента — 8 …10 задач
Выбор факторов, влияющих на исследуемый процесс или объект, осуществляется на основе анализа теоретических разработок в соответствии с принятой рабочей гипотезой. Все факторы сначала ранжируются по степени важности для данного эксперимента, а затем из них выделяются основные и вспомогательные. При небольшом количестве факторов (до 3-х) степень их важности определяется по однофакторному эксперименту (один фактор изменяется при постоянных остальных). Если же количество факторов большое, то применяется многофакторный анализ.
Средства измерений выбираются исходя из цели и задач эксперимента, характера измеряемых параметров и требуемой точности. Как правило, используются стандартные, серийно выпускаемые средства измерения (отечественные или зарубежные). В отдельных случаях создаются уникальные измерительные приборы и аппаратура.
Содержание и порядок проведения эксперимента — это центральная часть методики. В ней подробно проектируется процесс проведения эксперимента:
• составляется последовательность проведения операций наблюдения и измерения;
• подробно описывается каждая операция в отдельности с учетом выбранных средств проведения эксперимента;
• описываются применяемые методы контроля качества операций;
• разрабатывается журнал для записи результатов наблюдений и измерений.



Важным разделом методики является обоснование способов обработки и анализа экспериментальных данных. Результаты экспериментов должны быть сведены к наглядной форме представления (таблицы, графики, номограммы и т.п.), чтобы их можно было сравнивать и анализировать. Особое внимание уделяется математическим методам обработки — установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между факторами и выходными параметрами, установлению критериев и доверительных интервалов и др.
После разработки методики эксперимента определяются объем и трудоемкость экспериментального исследования. Они зависят от глубины теоретических разработок и характеристик принятых средств измерения (точность, надежность, быстродействие и т.д.). Чем четче сформулирована теоретическая часть исследования, тем меньше объем и трудоемкость эксперимента.
Естественно, объем, и трудоемкость существенно зависят от вида эксперимента. Полевые испытания, как правило, имеют большую трудоемкость.
Экспериментальные работы проводятся в соответствии с утвержденным планом-программой и методикой эксперимента. Приступая к эксперименту, окончательно уточняют методику и последовательность проведения испытаний.
В процессе проведения экспериментальных исследований необходимо соблюдать ряд основных правил:
• экспериментатор должен добросовестно фиксировать все характеристики исследуемого процесса или параметры объекта,не допуская субъективного влияния на результаты измерений;
• недопустима небрежность экспериментатора, которая часто приводит к большим искажениям и ошибкам и, как следствие, к повтору экспериментов;
• экспериментатор должен обязательно вести журнал на блюдений и измерений, заполняя его аккуратно и без каких-либо исправлений;
• в процессе эксперимента исполнитель должен непрерывно следить за работой средств измерений и правильностью их пока заний, устойчивостью работы установок, оборудования, стендов
и т.д., характеристиками окружающей среды, и не допускать посторонних лиц в рабочую зону;
• экспериментатор должен систематически проводить рабочую поверку средств измерений, контролируя их точность;
• одновременно с производством измерений исполнитель должен проводить предварительную обработку результатов и их анализ. Это позволяет контролировать исследуемый процесс;
• корректировать эксперимент, улучшать методику и повышать эффективность эксперимента;
• экспериментатор должен соблюдать требования инструкций по технике безопасности, промсанитарии и пожаной профилактике.
Все вышеизложенные правила особенно тщательно нужно соблюдать при выполнении производственных экспериментов
Следовательно. Одним из основных способов получения научных данных является экспериментальное исследование. Эксперименты подразделяются на естественные и искусственные лабораторные и производственные. Основой методологии любых экспериментальных исследований являются план-программа методика и правила проведения эксперимента.

ЛЕКЦИЯ №24

Тема: Предварительная оценка результатов эксперимента.

План:

1. Ошибки эксперимента, их типы.
2. Статистическая оценка ошибок.
3. Методы исключения ошибок.

Ошибки эксперимента, их типы.

При обработке экспериментальных данных одной из важнейших задач является оценка погрешности измерения, являющейся результатом ошибок эксперимента. Различают следующие виды ошибок.
Грубые ошибки — возникают из-за нарушений основных условий измерений (неверные показания приборов, сбой процесса и т.п.) или вследствие невнимательности исследователя, производящего замеры.
Систематические ошибки — вызываются воздействием неучтенных факторов, проявляющимся одинаково при многократном повторении одних и тех же измерений. Различают систематические ошибки известного происхождения и известной величины (поправки), известного происхождения, но неизвестной величины, неизвестного происхождения.
Случайные ошибки— следствие воздействий, которые неодинаковы при каждом измерений и не могут быть учтены в отдельности. Такие ошибки возникают в результате суммарного воздействия многих факторов, не поддающихся учету.

Методы исключения ошибок.

Существуют различные методы снижения влияния перечисленных выше ошибок на конечный результат экспериментальных исследований. Рассмотрим некоторые из них.
Исключение грубых ошибок эксперимента осуществляется путём отбора подозрительных результатов измерений и проверки их на соответствие заданному доверительному интервалу.
Рандомизация является одним из способов исключения влияния на результаты эксперимента систематических ошибок, изменение которых происходит во времени, например, изменение влажности в течение проведения измерений, или же прогрев в процессе измерений экспериментальной установки и т.п. Принцип рандомизации основан на задании случайной последовательности опытов при различных уровнях варьирования факторами, в результате чего такие систематические ошибки переходят в разряд случайных.
Определение необходимого числа измерений позволяет нейтрализовать возможные случайные ошибки при заданной доверительной вероятности.
Увеличение числа повторностей опыта ведет к уменьшению случайной ошибки, а следовательно, и к повышению достоверности полученных результатов эксперимента.

ЛЕКЦИЯ №25




pdnr.ru

Тема 9. Методология экспериментальных исследований

Цель:Ознакомить с методикой проведения эксперимента

 

План:

9.1. Роль эксперимента в научных исследованиях

9.2. Методология эксперимента

9.3. Проведение эксперимента

9.4. Обработка и анализ полученных результатов

 

Основные понятия:эксперимент, естественный эксперимент, искусственный эксперимент, анкетирование, методология эксперимента, обработка и анализ результатов эксперимента

 

Наиболее важной составной частью научных исследований являются эксперименты. Это один из основных способов получить новые научные знания. Более 2/3 всех трудовых ресурсов науки затрачивается на эксперименты. В основе экспериментального исследования лежит эксперимент, представляющий собой научно поставленный опыт или наблюдение явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за его …
ходом, управлять им, воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий. От обычного, обыденного, пассивного наблюдения эксперимент отличается активным воздействием исследователя на изучаемое явление.

Основной целью эксперимента является проверка теоретических положений (подтверждение рабочей гипотезы), а также более широкое и глубокое изучение темы научного исследования.

Эксперимент должен быть проведен по возможности в кратчайший срок с минимальными затратами при самом высоком качестве полученных результатов.

Различают эксперименты естественные и искусственные.

Естественные эксперименты характерны при изучении социальных явлений (социальный эксперимент) в обстановке, например, производства, быта и т. п.

Искусственные эксперименты широко применяются во многих естественнонаучных исследованиях. В этом случае изучают явления, изолированные до требуемой степени, чтобы оценить их в количественном и качественном отношениях.

Иногда возникает необходимость провести поисковые экспериментальные исследования. Они необходимы в том случае, если затруднительно классифицировать все факторы, влияющие на изучаемое явление вследствие отсутствия достаточных предварительных данных. На основе предварительного эксперимента строится программа исследований в полном объеме.

Экспериментальные исследования бывают лабораторные и производственные.

Лабораторные опыты проводят с применением типовых приборов, специальных моделирующих установок, стендов, оборудования и т. д. Эти исследования позволяют наиболее полно и доброкачественно, с требуемой повторяемостью изучить влияние одних характеристик при варьировании других. Лабораторные опыты в случае достаточно полного научного обоснования эксперимента (математическое планирование) позволяют получить хорошую научную информацию с минимальными затратами. Однако такие эксперименты не всегда полностью моделируют реальный ход изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении производственного эксперимента.

Производственные экспериментальные исследования имеют целью изучить процесс в реальных условиях с учетом воздействия различных случайных факторов производственной среды.

Одной из разновидностей производственных экспериментов является собирание материалов в организациях, которые накапливают по стандартным формам те или иные данные. Ценность этих материалов заключается в том, что они систематизированы за многие годы по единой методике. Такие данные хорошо поддаются обработке методами статистики и теории вероятностей.

В ряде случаев производственный эксперимент эффективно проводить методом анкетирования. Для изучаемого процесса составляют тщательно продуманную методику. Основные данные собирают методом опроса производственных организаций по предварительно составленной анкете. Этот метод позволяет собрать очень большое количество данных наблюдений или измерений по изучаемому вопросу. Однако к результатам анкетных данных следует относиться с особой тщательностью, поскольку они не всегда содержат достаточно достоверные сведения.

В зависимости от темы научного исследования объем экспериментов может быть разным. В лучшем случае для подтверждения рабочей гипотезы достаточно лабораторного эксперимента, но иногда приходится проводить серию экспериментальных исследований: предварительных (поисковых), лабораторных, полигонных на эксплуатируемом объекте.

В ряде случаев на эксперимент затрачивается большое количество средств. Научный работник производит огромное количество наблюдений и измерений, получает множество диаграмм, графиков, выполняет неоправданно большое количество испытаний.

На обработку и анализ такого эксперимента затрачивается много времени. Иногда оказывается, что выполнено много лишнего, ненужного. Все это возможно, когда экспериментатор четко не обосновал цель и задачи эксперимента. В других случаях результаты длительного, обширного эксперимента не полностью подтверждают рабочую гипотезу научного исследования. Как правило, это также свойственно для эксперимента, четко не обоснованного целью и задачами. Поэтому прежде чем приступить к экспериментальным исследованиям, необходимо разработать методологию эксперимента.

Методология эксперимента — это общая структура (проект) эксперимента, т. е. постановка и последовательность выполнения экспериментальных исследований. Методология эксперимента включает в себя следующие основные этапы:

1) разработку плана-программы эксперимента;

2) оценку измерений и выбор средств для проведения эксперимента;

3) проведение эксперимента;

4) обработку и анализ экспериментальных данных.

Приведенное количество этапов справедливо для традиционного эксперимента. В последнее время широко применяют математическую теорию эксперимента, позволяющую резко повысить точность и уменьшить объем экспериментальных исследований.

В этом случае методология эксперимента включает такие этапы: разработку плана-программы эксперимента; оценку измерения и выбор средств для проведения эксперимента; математическое планирование эксперимента с одновременным проведением экспериментального исследования, обработкой и анализом полученных данных.

План-программа включает наименование темы исследования, рабочую гипотезу, методику эксперимента, перечень необходимых материалов, приборов, установок, список исполнителей эксперимента, календарный план работ и смету на выполнение эксперимента. В ряде случаев включают работы по конструированию и изготовлению приборов, аппаратов, приспособлений, методическое их обследование, а также программы опытных работ на предприятиях.

Основа плана-программы — методика эксперимента. Один из наиболее важных этапов составления плана-программы — определение цели и задач эксперимента. Четко обоснованные задачи — это весомый вклад в их решение. Количество задач должно быть небольшим. Для конкретного (не комплексного) эксперимента оптимальным количеством является 3—4 задачи. В большом, комплексном эксперименте их может быть 8—10.

Необходимо правильно выбрать варьирующие факторы, т. е. установить основные и второстепенные характеристики, влияющие на исследуемый процесс. Вначале анализируют расчетные (теоретические) схемы процесса. На основе этого классифицируют все факторы и составляют из них убывающий по важности для данного эксперимента ряд. Правильный выбор основных и второстепенных факторов играет важную роль в эффективности эксперимента, поскольку эксперимент и сводится к нахождению зависимостей между этими факторами. В тех случаях, когда трудно сразу выявить роль основных и второстепенных факторов, выполняют небольшой по объему поисковый эксперимент.

Основным принципом установления степени важности характеристики является ее роль в исследуемом процессе. Для этого изучают процесс в зависимости от какой-то одной переменной при остальных постоянных. Такой принцип проведения эксперимента оправдывает себя лишь в тех случаях, когда переменных характеристик мало — 1—3. Если же переменных величин много, целесообразно применить принцип многофакторного анализа.

Обоснование средств измерений — это выбор необходимых для наблюдений и измерений приборов, оборудования, машин, аппаратов и пр. Средства измерения могут быть выбраны стандартные или в случае отсутствия таковых — изготовлены самостоятельно.

Очень ответственной частью является установление точности измерений и погрешностей. Методы измерений должны базироваться на законах специальной науки — метрологии.

В методике подробно проектируют процесс проведения эксперимента. В начале составляют последовательность (очередность) проведения операций измерений и наблюдений. Затем тщательно описывают каждую операцию в отдельности с учетом выбранных средств для проведения эксперимента. Особое внимание уделяют методам контроля качества операций, обеспечивающих при минимальном (ранее установленном) количестве измерений высокую надежность и заданную точность. Разрабатывают формы журналов для записи результатов наблюдений и измерений.

Важным разделом методики является выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех цифр, классификации, анализу. Результаты экспериментов должны быть сведены в удобочитаемые формы записи — таблицы, графики, формулы, номограммы, позволяющие быстро и доброкачественно сопоставлять полученные результаты.

Особое внимание в методике должно быть уделено математическим методам обработки и анализу опытных данных — установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьирующими характеристиками, установлению критериев и доверительных интервалов и др.

После установления методики находят объем и трудоемкость экспериментальных исследований, которые зависят от глубины теоретических разработок, степени точности принятых средств измерений. Чем четче сформулирована теоретическая часть исследования, тем меньше объем эксперимента.

Возможны три случая проведения эксперимента.

Первый — теоретически получена аналитическая зависимость, которая однозначно определяет исследуемый процесс. Например,

у = .

В этом случае объем эксперимента для подтверждения данной зависимости минимален, поскольку функция однозначно определяется экспериментальными данными.

Второй случай — теоретическим путем установлен лишь характер зависимости. Например,

у = аех.

В этом случае задано семейство кривых. Экспериментальным путем необходимо определить а и и. При это объем эксперимента возрастает.

Третий случай — теоретически не удалось получить каких-либо зависимостей. Разработаны лишь предположения о качественных закономерностях процесса. Во многих случаях целесообразен поисковый эксперимент. Объем экспериментальных работ резко возрастает. Здесь уместен метод математического планирования эксперимента.

На объем и трудоемкость существенно влияет вид эксперимента. Полевые эксперименты, как правило, имеют большую трудоемкость. После установления объема экспериментальных работ составляют перечень необходимых средств измерений, объем материалов, список исполнителей, календарный план и смету расходов. План-программу рассматривает научный руководитель, обсуждают в научном коллективе и утверждают в установленном порядке.

Проведение эксперимента является важнейшим и наиболее трудоемким этапом. Экспериментальные исследования необходимо проводить в соответствии с утвержденным планом-программой и особенно методикой эксперимента. Приступая к эксперименту, окончательно уточняют методику его проведения, последовательность испытаний.

При сложном эксперименте часто возникают случаи, когда ожидаемый результат получают позже, чем предусматривается планом. Поэтому научный работник должен проявить терпение, выдержку, настойчивость и довести эксперимент до получения результатов.

Особое значение имеет добросовестность при проведении экспериментальных работ; недопустима небрежность, что приводит к большим искажениям, ошибкам. Нарушения этих требований — к повторным экспериментам, что продлевает исследования.

Обязательным требованием проведения эксперимента является ведение журнала. Форма журнала может быть произвольной, но должна наилучшим образом соответствовать исследуемому процессу с максимальной фиксацией всех факторов. В журнале отмечают тему НИР и тему эксперимента, фамилию исполнителя, время и место проведения эксперимента, характеристику окружающей среды, данные об объекте эксперимента и средствах измерения, результаты наблюдений, а также другие данные для оценки получаемых результатов.

Журнал нужно заполнять аккуратно, без каких-либо исправлений. При получении в одном статистическом ряду результатов, резко отличающихся от соседних измерений, исполнитель должен записать все данные без искажений и указать обстоятельства, сопутствующие указанному измерению. Это позволит установить причины искажений и квалифицировать измерения как соответствующие реальному ходу процесса или как грубый промах.

Одновременно с измерениями исполнитель должен проводить предварительную обработку результатов и их анализ. Здесь особо должны проявляться его творческие способности. Такой анализ позволяет контролировать исследуемый процесс, корректировать эксперимент, улучшать методику и повышать эффективность эксперимента.

Важны при этом консультации с коллегами по работе и, особенно, с научным руководителем. В процессе эксперимента необходимо соблюдать требования инструкций по промсанитарии, технике безопасности, пожарной профилактике. Исполнитель должен уметь организовать рабочее место, руководствуясь принципами НОТ.

В начале результаты измерений сводят в таблицы по варьирующим характеристикам для различных изучаемых вопросов. Очень тщательно уточняют сомнительные цифры. Устанавливают точность обработки опытных данных.

Особое место отведено анализу эксперимента — завершающей части, на основе которой делают вывод о подтверждении гипотезы научного исследования. Анализ эксперимента — это творческая часть исследования. Иногда за цифрами трудно четко представить физическую сущность процесса. Поэтому требуется особо тщательное сопоставление фактов, причин, обусловливающих ход того или иного процесса и установление адекватности гипотезы и эксперимента.

При обработке результатов измерений и наблюдений широко используют методы графического изображения. Графическое изображение дает наиболее наглядное представление о результатах экспериментов, позволяет лучше понять физическую сущность исследуемого процесса, выявить общий характер функциональной зависимости изучаемых переменных величин, установить наличие максимума или минимума функции.

Для графического изображения результатов измерений (наблюдений), как правило, применяют систему прямоугольных координат. Прежде чем строить график, необходимо знать ход (течение) исследуемого явления. Качественные закономерности и форма графика экспериментатору ориентировочно известны из теоретических исследований.

Точки на графике необходимо соединять плановой линией так, чтобы они по возможности ближе проходили ко всем экспериментальным точкам. Если соединить точки прямыми отрезками, то получим ломаную кривую. Она характеризует изменение функции по данным эксперимента. Обычно функции имеют плавный характер. Поэтому при графическом изображении результатов измерений следует проводить между точками плавные кривые.

Резкое искривление графика объясняется погрешностями измерений.

При графическом изображении результатов экспериментов большую роль играет выбор системы координат или координатной сетки.

Координатные сетки бывают равномерными и неравномерными. У равномерных координатных сеток ординаты и абсциссы имеют равномерную шкалу. Например, в системе прямоугольных координат длина откладываемых единичных отрезков на обеих осях одинаковая.

Из неравномерных координатных сеток наиболее распространены полулогарифмические, логарифмические, вероятностные.

Полулогарифмическая сетка имеет равномерную ординату и логарифмическую абсциссу.

Логарифмическая координатная сетка имеет обе оси логарифмические; вероятностная — ординату, обычно равномерную, и абсциссу — вероятностную шкалу.

Назначение неравномерных сеток разное. Чаще их применяют для более наглядного изображения функций. Так, многие криволинейные функции спрямляют на логарифмических сетках. Вероятностная сетка применяется в различных случаях: при обработке измерений для оценки их точности, при определении расчетных характеристик.

Большое значение имеет выбор масштаба графика, что связано с размерами чертежа и соответственно с точностью снимаемых, с него значений величин. Известно, что чем крупнее масштаб, тем выше точность снимаемых значений. Однако, как правило, графики не превышают размеров 20×15 см, что является удобным при составлении отчетов.

Масштаб по координатным осям обычно применяют разный. От его выбора зависит форма графика — он может быть плоским (узким) или вытянутым (широким) вдоль оси.

Расчетные графики, имеющие максимум (минимум) функции или какой-либо сложный вид, особо тщательно необходимо вычерчивать в зонах изгиба. На таких участках количество точек для вычерчивания графика должно быть значительно больше, чем на главных участках.

В некоторых случаях строят номограммы, существенно облегчающие применение для систематических расчетов сложных теоретических или эмпирических формул в определенных пределах измерения величин. Номограммированы могут быть любые алгебраические выражения. В результате сложные математические выражения можно решать сравнительно просто графическими методами. Построение номограмм — трудоемкая операция. Однако, будучи раз построенной, номограмма может быть использована для нахождения любой из переменных, входящих в номограммированные уравнения. Применение ЭВМ существенно снижает трудоемкость номограммирования.

Существует несколько методов построения номограмм. Для этого применяют равномерные или неравномерные координатные сетки. В системе прямоугольных координат функции в большинстве случаев на номограммах имеют криволинейную форму. Это увеличивает трудоемкость, поскольку требуется большое количество точек для нанесения одной кривой. В логарифмических координатных сетках функции имеют прямоугольную форму и составление номограмм упрощается.

В процессе экспериментальных измерений получают статистический ряд измерений двух величин объединяемых функций:

У = f (X) (1)

Каждому значению функции уг, …, упсоответствует определенное значение аргумента хг, х2, …, хп.

На основе экспериментальных данных можно подобрать алгебраические выражения, которые называют эмпирическими формулами. Такие формулы подбирают лишь в пределах измеренных значений аргумента л:1хп. Эмпирические формулы имеют тем большую ценность, чем больше они соответствуют результатам эксперимента.

Необходимость в подборе эмпирических формул возникает во многих случаях. Так, если аналитическое выражение (1) сложное, требует громоздких вычислений, составления программ для ЭВМ, то часто эффективнее пользоваться упрощенной приближенной эмпирической формулой. Опыт показывает, что эмпирические формулы бывают незаменимы для анализа измеренных величин. К эмпирическим формулам предъявляют два основных требования — по возможности они должны быть наиболее простыми и точно соответствовать экспериментальным данным в пределах изменения аргумента.

Таким образом, эмпирические формулы являются приближенными выражениями аналитических. Замену точных аналитических выражений приближенными, более простыми, называют аппроксимацией, а функции — аппроксимирующими.

Процесс подбора эмпирических формул состоит из двух этапов. На первом этапе данные измерений наносят на сетку прямоугольных координат, соединяют экспериментальные точки плавной кривой и выбирают ориентировочно вид формулы. На втором этапе вычисляют параметры формул, которые наилучшим образом соответствовали бы принятой формуле. Подбор эмпирических формул необходимо начинать с самых простых выражений.

Кривые, построенные по экспериментальным точкам, выравнивают известными в статистике методами. Например, методом выравнивания, который заключается в том, что кривую, построенную по экспериментальным точкам, представляют линейной функцией. Для нахождения параметров заданных уравнений часто применяют метод средних и метод наименьших квадратов.

Для исследования закономерностей между явлениями (процессами), которые зависят от многих, иногда неизвестных факторов, применяют корреляционный анализ.

В процессе проведения эксперимента возникает потребность проверить соответствие экспериментальных данных теоретическим предпосылкам, т. е. проверить гипотезу исследования. Проверка экспериментальных данных на адекватность необходима также во всех случаях на стадии анализа теоретико-экспериментальных исследований. Методы оценки адекватности основаны на использовании доверительных интервалов, позволяющих с заданной доверительной вероятностью определять искомые значения оцениваемого параметра. Суть такой проверки состоит в сопоставлении полученной или предполагаемой теоретической функции у = f (х) с результатами измерений.

В практике адекватности применяют различные критерии согласия: Фишера, Пирсона, Романовского.

Выводы: Эксперименты являются наиболее важной составной частью научных исследований. Это один из основных способов получить новые научные знания. Основной целью эксперимента является проверка теоретических положений, а также более широкое и глубокое изучение темы научного исследования. Эксперимент должен быть проведен по возможности в кратчайший срок с минимальными затратами при самом высоком качестве полученных результатов.

 

Литература:

1. Барчуков И.С. Методы научных исследований в туризме. — М.: Академия, 2008. – 224с.

2. Основы научных исследований: учебное пособие / Шкляр М.Ф. – М.: Дашков и Ко, 2008. — 244с.

3. Основы научных исследований: учебник для технических вузов / Крутов В.И., Грушко И.М., Попов В.В. – М.: Высшая школа, 1989. — 400с.

4. Шкляр М.Ф. Основы научных исследований. – М.: Центр, 2006. – 397с.

5. Рузавин Г.И. Логика и методология научного поиска. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1996. – 328 с.

 

refac.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *