Лекция 7. Экспериментальые научные исследования

План

7.1 Классификация, типы и задачи эксперимента

7.2 Методика эксперимента

7.3 Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований

7.4 Рабочее место экспериментатора и его организация

7.5 Влияние психологических факторов на ход и качество эксперимента

7.6 Вычислительный эксперимент

7.7 Элементы теории планирования эксперимента

7.1 Классификация, типы и задачи эксперимента

Эксперимент – это научная постановка опытов и наблюдение исследуемого явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом явлений и воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий. Постановка и организация эксперимента определяются его назначением.

Основная цель эксперимента – выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования.

Классификация эксперимента осуществляется по следующим признакам:

• по отрасли науки (химическими, биологический, физический, психологический, социальный);

• по способу формирования условий (естественный и искусственный);

• по целям исследования (преобразующий, констатирующий, контролирующий, поисковый, решающий);

• по организации проведения (лабораторный, натурный, полевой, производственный);

• по структуре изучаемых объектов и явлений (простой, сложный);

• по характеру внешних воздействий на объект исследования (вещественный, энергетический, информационный);

• по характеру взаимодействия средства экспериментального исследования с объектом исследования (обычный и модельный);

• по типу моделей, исследуемых в эксперименте (материальный и мысленный)

– по контролируемым величинам (пассивный и активный);

• по числу варьируемых факторов (однофакторный и многофакторный);

• по характеру изучаемых объектов или явлений (технологический, социометрический).

Для классификации могут быть использованы и другие признаки. Кроме того, в зависимости от задач эксперимента различные его типы могут объединяться, образуя комплексный или комбинированный эксперимент.

Для проведения эксперимента любого типа необходимо:

• разработать гипотезу, подлежащую проверке;

• создать программы экспериментальных работ;

• определить способы и приемы вмешательства в объект исследования;

• обеспечить условия для осуществления процедуры экспериментальных работ;

• разработать пути и приемы фиксирования хода и результатов эксперимента;

• подготовить средства эксперимента (приборы, установки, модели и т. п.);

• обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом.

7.2 Методика эксперимента

Особое значение имеет правильная разработка методик эксперимента. При разработке методик проведения эксперимента необходимо предусматривать:

• проведение предварительного наблюдения за изучаемым объектом или явлением с целью определения исходных данных (гипотез, выбора варьирующих факторов);

• создание условий, в которых возможно экспериментирование (подбор объектов для экспериментального воздействия, устранение влияния случайных факторов);

• определение пределов измерений;

• систематическое наблюдение за ходом развития явления и точные описания фактов;

• проведение систематической регистрации измерений и оценок фактов различными средствами и способами;

• создание повторяющихся ситуаций, изменение характе­ра условий и перекрестные воздействия,

• создание усложненных ситуаций с целью подтверждения или опровержения ранее полученных данных;

• переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям, к анализу и теоретической обработке полученного фактического материала.

Перед экспериментом составляется его программа, которая включает:

1. цель и задачи эксперимента;

2. выбор варьирующих факторов;

3. обоснование объема эксперимента, числа опытов;

4. порядок реализации опытов, определение последовательности изменения факторов;

5. выбор шага изменения факторов, задание интервалов между экспериментальными точками;

6. обоснование средств измерений;

7. описание проведения эксперимента;

8. обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

Результаты экспериментов должны отвечать трем статистическим требованиям, совместимость которых является важнейшей проблемой при проведении и обработке эксперимента: эффективности оценок; состоятельности оценок; несмещенности оценок.

При разработке плана-программы эксперимента всегда необходимо стремиться к его упрощению, наглядности без потери точности и достоверности. Это достигается предварительным анализом и сопоставлением результатов измерений одного и того же параметра различными техническими средствами, а также методов обработки полученных результатов.

Важнейшее место в процессе подготовки эксперимента должно отводиться его автоматизации (АСНИ) с вводом экспериментальных данных непосредственно в ЭВМ, с расчетом результирующих показателей, с автоматическим управлением хода эксперимента (последовательности и повторяемости замеров, определение средних значений, построение и т.д.).