4. Общие требования к проведению эксперимента

При проведении эксперимента нужно соблюдать следующие общие требования:

 объект исследования должен допускать возможность описания системы переменных, определяющих его функционирования;

 нужно иметь возможность проведения качественных и количественных измерений факторов, влияющих на объект исследования, изменение его состояния или поведения во время эксперимента;

 описание объекта экспериментального исследования нужно проводить в системе его составляющих;

 требуется обязательное определение и описание условий существования объекта исследования (область, тип производства, условия труда и т.д.);

 нужно иметь четко сформулированную экспериментальную гипотезу о наличии причинно-следственных связей;

 необходимо предметное определение понятий сформулированной гипотезы эксперимента;

 нужно обоснованное выделение независимой и зависимой переменных

 нужен обязательный описание специфических условий деятельности объекта исследования (место, время, социально-экономическая ситуация и т.д.).

5. Типичные ошибки в проведении эксперимента

1 Сформулированные гипотезы не отражают проблемную ситуацию, существенные зависимости у данного объекта.

2 Как независимую переменную выделено фактор, который не может быть причиной, постоянной детерминантой процессов, происходящих в данном объекте.

3 Связи между зависимой и независимой переменной носят случайный характер.

4 Допущено ошибки в предыдущем описании объекта, что привело к неправильной эмпирической интерпретации переменных и выбора неадекватных показателей.

5 Допущено ошибки при формулировании исследовательских и контрольных выходных результатов эксперимента, оказывается значительная их разница вызывает сомнения в возможности сравнить эти группы по составу переменных.

6 Трудно подобрать контрольный объект по однородным или схожими с экспериментальными параметрами.

7 При анализе результатов эксперимента переоценивается влияние независимой переменной на зависимую без учета влияния случайных факторов на изменения в экспериментальной ситуации.

6. Рабочее место экспериментатора и организация эксперимента

Рабочим местом экспериментатора называется часть рабочего пространства, на которое распространяется непосредственное влияние экспериментатора в процессе исследования.

Рабочее пространство - это часть лабораторного или производственного помещения, оснащена необходимыми экспериментальными средствами, обслуживается одним или группой исследователей. Рабочее пространство может быть стационарным (в лабораториях, научно-исследовательских учреждениях, полигонах и т.п.); условно-стационарным (в передвижных лабораториях, на временных полигонах) мобильным (в ходовых лабораториях).

Лаборатория представляет собой специально оборудованное помещение, в котором проводятся экспериментальные исследования.

Исследователь (экспериментатор) в лаборатории выполняет ответственную работу, от которой зависит правильность решения теоретической или практической задачи в целом. Точность при выполнении методики исследования, аккуратность, исполнительность при планировании и подготовке эксперимента, внимательность при его проведении - основные условия эффективности экспериментальной работы.

Особое место среди причин неудач экспериментальных исследований занимают субъективные, источниками которых являются психологические или психофизиологические причины. Например, психологическими причинами ошибок могут быть психологические барьеры и инерционность мышления. Часто новые неожиданные результаты эксперимента исследователь пытается объяснить с позиций старых представлений и если они не укладываются в старые представления, то рассматриваются им как ошибки и отбрасываются. Здесь имеет место инерционность мышления, вера в совершенство и универсальность старых представлений, иногда страх перед новым. Иногда исследователь в процессе анализа результатов эксперимента подсознательно подгоняет экспериментальные данные, чтобы подтвердить ранее выдвинутую гипотезу. Иногда ошибки в эксперименте связаны с тем, что исследователь не представляет четко, что он должен получить в результате эксперимента.

Все это свидетельствует о необходимости тщательной подготовки эксперимента и многократной проверки его результатов. Начиная эксперимент, исследователь должен еще раз обдумать и уточнить методику, подготовить всю необходимую документацию (акты, лабораторные тетради, журналы), которая предназначена для регистрации хода и результатов эксперимента.

Обязательным требованием к проведению эксперимента является ведение журнала. Форма журнала может быть произвольной, но лучше отвечать процесса, исследуется для максимальной фиксации всех факторов.

В процессе экспериментальных работ необходимо строго соблюдать требования промышленной санитарии, техники безопасности, пожарной безопасности. Особенно тщательно нужно выполнять эти требования при проведении производственных экспериментов. Результаты некоторых лабораторных и большинства производственных экспериментов оформляются протоколом, который подписывается руководителем производства и экспериментатором. Если исследуются люди, то протокол подписывают и подопытные.

Контрольные вопросы

1. Раскройте сущность, цели, функции научного эксперимента.

2. Приведите и раскройте классификацию экспериментов.

3. Предоставьте характеристику методологии экспериментальных исследований

4. Приведите требования к проведению эксперимента.

МОДУЛЬ 3

Обработки результатов исследований И ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НИР

Тема 7. Обработка результатов экспериментальных исследований

план

1. Основы теории случайных ошибок и методов оценки случайных погрешностей в измерениях

2. Методы графической обработки результатов эксперимента

3. Аналитическая обработка результатов эксперимента

4. Элементы теории планирования эксперимента

1. Основы теории случайных ошибок и методов оценки случайных погрешностей в измерениях

Анализ случайных погрешностей базируется на теории случайных ошибок, которая дает возможность с определенной гарантией вычислить действительное значение измеренной величины и оценить возможные ошибки.

Основу теории случайных ошибок составляют следующие допущения:

- При большом количестве измерений случайные погрешности одинаковой величины, но разного знака встречаются одинаково часто;

- Большие погрешности встречаются реже, чем малые (случайность появления погрешности уменьшается с ростом ее величины)

- При бесконечно большом числе измерений истинное значение измеряемой величины равен среднеарифметическому значению всех результатов измерений, а появление того или иного результата измерений как случайного события описывается нормальным законом распределения.

Выделяют генеральную и выборочную совокупность измерений.

Под генеральной совокупностью понимают все множество возможных значений измерений xi или возможных значений погрешностей Δxi.

Для выборочной совокупности число измерений n ограничено и в каждом конкретном случае строго определяется.

Обычно считают, что если n> 30, то среднее значение данной совокупности измерений достаточно приближается к его истинному значению.

Теория случайных погрешностей позволяет оценить точность и надежность измерений при данном количестве измерений или определить минимальное количество измерений, гарантирует заданную точность и надежность измерений. Вместе с этим возникает необходимость исключить грубые ошибки ряда, определить достоверность полученных данных и тому подобное.

Для большой выборки и нормального закона распределения общей оценочной характеристикой измерений является дисперсия D и коэффициент вариации кВ:

                                          (7.1)

Дисперсия характеризует однородность измерений. Чем выше D, тем больше разброс измерений. Чем выше кВ, тем больше изменчивость измерений относительно средних значений, кв оценивает также разброс при оценке нескольких выборок.

Доверительным интервалом значений xi такой интервал, в который попадает истинное значение Xд измеряемой величины с заданной вероятностью.

Доверительной вероятностью (вероятностью) (РД) измерений называется вероятность того, что истинное значение измеряемой величины попадет в данный доверительного интервала, то есть в зону Эта величина определяется в долях единицы или в процентах.

Доверительный интервал характеризует точность измерений данной выборки, а доверительная вероятность - достоверность измерения.

Доверительная вероятность определяется с помощью интегральной функции Лапласа, а доверительный интервал определяется при n> 30 с помощью аргумента функции Лапласа, а при n <30 - с помощью аргумента функции Стьюдента.

Для проведения опытов с заданной точностью и достоверностью необходимо знать то количество измерений, при которой экспериментатор будет уверен в положительном результате. В связи с этим одним из первых задач при статистических методах оценки является установление минимального, но достаточного числа измерений для данных условий. Задача сводится к установлению минимального объема выборки (числа измерений или наблюдений) Nmin при заданных значениях доверительного интервала и доверительной вероятности.

Для определения Nmin может быть использована такая последовательность расчетов:

1) проводится предварительный эксперимент с количеством измерений n, которые составляют в зависимости от трудоемкости опыта от 20 до 50;

2) рассчитывается среднее отклонение σ по формуле (3.1);

3) в соответствии с поставленными задачами эксперимента определяется нужна точность измерений Δ по формуле

 (7.2)

где - среднеарифметическое значение среднеквадратичного отклонения, равное

4) устанавливается нормированное отклонение t, значение которого обычно задается (зависит также от точности метода)

5) определяют Nmin по следующей формуле:

 (7.3)

где kв - коэффициент вариации (изменчивости),%;

Δ - точность измерений,%.

При дальнейшем проведении эксперимента число измерений не должно быть меньше Nmin.

В процессе обработки экспериментальных данных следует исключать грубые ошибки ряда. Однако прежде чем исключить тот или иной измерение, необходимо убедиться, что это действительно ошибка, а не отклонение в результате статистического разброса. Самым простым способом исключения из ряда измерения, резко отличается от других, есть правило трех сигм: разброс случайных величин от среднего значения не должен превышать

 (7.4)

Более достоверным является метод, основанный на использовании доверительного интервала. Вторым методом установления грубых ошибок является метод, основанный на использовании критерия В.И. Романовского. Эти методы используют при наличии малой выборки.

В случае более глубокого анализа экспериментальных данных рекомендуется такая последовательность:

1) после получения экспериментальных данных в виде статистического ряда его анализируют и исключают систематические ошибки;

2) анализируют ряд с целью выявления грубых ошибок и погрешностей: устанавливают подозрительные значения или; определяют величину среднеквадратического отклонения; рассчитывают критерии исключения из статистического ряда значений и (с помощью одного из двух упомянутых выше методов) исключают при необходимости с статистического ряда и и получают новый ряд из новых членов;

3) рассчитывают среднеарифметическое, погрешности отдельных измерений и среднее очищенного ряда;

4) находят среднее серии измерений, коэффициент вариации kв;

5) при большой выборке задаются доверительной вероятностью или уравнением значимости (1 - РД) и с помощью таблиц значений интегральной функции Лапласа определяют t;

6) определяют доверительный интервал;

7) устанавливают истинное значение величины исследуемого по формуле

 (7.5)

8) оценивают относительную погрешность результатов серии измерений при заданной доверительной вероятности РД.