Эксперимент
Эксперимент (лат. experimentum — “опыт, проба, испытание”) как общенаучный метод занимает важнейшее, если не центральное место в методологии современной науки. Эксперимент представляет собой исследовательскую ситуацию изучения явления в специально создаваемых, контролируемых условиях, позволяющих активно управлять ходом данного процесса, т.е. вмешиваться в него и видоизменять его в соответствии с исследовательскими задачами, а также воспроизводить изучаемое явление при воспроизведении данных условий. Задача исследователя-экспериментатора - изолировать изучаемое явление от несущественных влияний, выделить интересующий его феномен в “чистом виде”. Таким образом, в эксперименте, в отличие от наблюдения, создаются условия для более интенсивного анализа, для активного и сознательного воздействия на исследуемые объекты, часто с глубоким вмешательством в те или иные процессы. Конечно, в реальной экспериментальной практике далеко не всегда удается действительно овладеть изучаемым явлением, т.е. научиться вызывать его, управлять им, модифицировать в нужную сторону и т.п. Однако цель, которую преследует экспериментальная деятельность, состоит именно в этом — в достижении максимально возможного уровня управления данным процессом. Эго является методологическим идеалом экспериментального подхода. Очевидно, что эксперимент является более мощным исследовательским средством, чем наблюдение. Ведь эксперимент по своему предназначению направлен на интенсификацию опыта, в отличие от экстенсивно ориентированного наблюдения. К несомненным достоинствам экспериментального метода можно отнести такие, как воспроизводимость данного явления тогда, когда это требуется; варьируемость экспериментальной среды, благодаря чему ученый может изучать объект в самых разных условиях, вводить в действие новые факторы и т.п.; возможность добиваться достаточно высокой достоверности получаемых результатов; (возможность создавать такие процессы, явления, свойства объектов, которые в естественном виде в природе не существуют.
Экспериментальный метод в истории науки
Прежде всего необходимо четко различать нижеследующее:
1) экспериментирование вообще как вид познавательной деятельности, т.е. как особую поисковую активность. Целью такой активности, во многом спонтанной, неупорядоченной, иногда включающей игровые моменты, являются испытание и расширение собственных возможностей, общая “разведка” и освоение природной среды. Ярким примером такой когнитивно-исследовательской деятельности служат игровые манипуляции, которые проводят дети с незнакомым предметом; это феномен, хорошо изученный в психологической науке. Конечно, такого рода экспериментирование было присуще человеку во все исторические эпохи. Так, историки говорят о существовании неких зачатков экспериментирования в античной науке (в военном деле, в механике) и в Средние века (например, в оптике). Но лишь в эпоху Возрождения и с началом Нового времени поисковая экспериментальная деятельность достигает высокой степени активности; интересно, что вначале это происходит в большей степени в искусстве, чем в научном познании (впрочем, в ту пору наука и искусство еще не разъединялись, а скорее, согласовывались друг с другом). Показательным примером здесь являются поиски и достижения итальянских художников Возрождения в области перспективы или длительный процесс экспериментирования в музыке в XVI-XVII вв. по созданию равномерных интервальных соотношений музыкального строя;
2) научный эксперимент как осознанный методологический принцип. Формирующийся в начале Научного времени экспериментальный подход становится основой нового естествознания вообще. Заслуга в разработке эксперимента как основы научной методологии принадлежит прежде всего Галилео Галилею (1564-1642), который в конце XVI в. соединил экспериментальный подход с математическим мышлением и дал первое теоретическое осмысление этого методологического принципа. Современник Г. Галилея Фрэнсис Бэкон (1561-1626) дал развернутое изложение экспериментального метода как программы создания новой науки. С начала Нового времени, с периода, называемого научной революцией XVI—XVH вв., экспериментальное естествознание становится символом науки вообще, образцом научного метода. До наших дней экспериментальный подход занимает ведущую позицию в эмпирических науках.
Структура эксперимента.
В нее включаются:
1) субъект, проводящий экспериментальное исследование, или экспериментатор
2) исследуемый объект;
3) условия и обстоятельства экспериментирования, к которым относят конкретные условия времени и места, технические средства экспериментирования (прежде всего экспериментальную установку, а также сопутствующие инструменты и приборы) и теоретический контекст, поддерживающий данную исследовательскую ситуацию.
Логическая схема эксперимента.
Терминология экспериментального подхода включает следующие понятия. Все явления, факторы, воздействия, состояния, которые могут изменяться в данной исследовательской ситуации и принимать различные значения, называются переменными. Эго могут быть как количественные величины, подлежащие измерению, так и неизмеряемые качественные состояния. Каждой переменной соответствует какое-либо число (но не менее двух) ее возможных значений, т.е. область значений переменной. Среди переменных, включенных в экспериментальную ситуацию, есть непустое множество переменных, которыми исследователь может управлять, меняя их значение. Эти переменные (как правило, это определенные виды воздействий, которые использует исследователь в данной ситуации) называются независимой переменной. Те переменные, которые, наоборот, изменяются при изменениях независимых переменных, называются зависимыми переменными. И наконец, существует еще некоторая совокупность факторов, которые не являются предметом прямого исследовательского интереса, но оказывают дополнительное воздействие на зависимую переменную, затрудняя изучение связи зависимой и независимой переменных и внося неопределенность в результаты эксперимента. Они называются побочными факторами. Очень простой иллюстрацией данной схемы может служить физиологический эксперимент по определению зависимости частоты дыхания испытуемого от выполняемой им физической нагрузки. Здесь дозируемая физическая нагрузка будет независимой переменной, изучаемая частота дыхания — зависимой переменной, а побочным фактором может выступать, скажем, содержание углекислоты в физиологической лаборатории: когда в помещении с недостаточной вентиляцией становится душно, у испытуемого соответственно возрастает частота дыхания, что создает помехи в достижении цели эксперимента.
Простейшая схема экспериментальной ситуации, которая на самом деле представляет собой структуру классического однофакторного эксперимента, состоит только из двух переменных — независимой и зависимой (плюс побочные факторы) (см. рис. 1). В общем случае задачами экспериментатора являются устранение (или стабилизация) побочных факторов и выделение в чистом виде структуры “независимая переменная -> зависимая переменная”.
Легко видеть, что структура “независимая переменная - > зависимая переменная” обнаруживает значительное родство с математическим по-
нятием функции: оно отражает идею зависимости одной переменной от другой, “аргумент функции -> значение функции” (где аргумент пробегает область определения данной функции, а значение — соответственно, область значений). Действительно, с началом Нового времени происходит не только становление нового экспериментального метода в естествознании, но и практически синхронно этому разработка понятия функции в математике (хотя общие формулировки понятия функции были даны лишь в XVIII в.).
Итак, экспериментатор в ходе исследования пытается вмешаться в сам механизм протекания изучаемого процесса, в структуру того или иного явления. Цель эксперимента как исследовательской стратегии — выделить в изучаемом объекте существенные взаимосвязи, или, как мы говорили выше, интенсифицировать, углубить содержание эмпирического материала. Для прояснения общей логической схемы этой стратегии полезно ввести понятие идеального эксперимента (1). Это абстракция, которая представляет в явном виде и стратегию экспериментатора, и логическую структуру, извлекаемую экспериментатором из исследуемой области.
В идеальном эксперименте ученый действует в абсолютно благоприятной для него ситуации; в реальности же мы работаем, как правило, лишь в условиях достаточно грубого приближения к ней.