Методологічні основи наукових досліджень (стр. 3 из 5)
4 Експеримент в наукових дослідженнях
Найважливішим складником наукового дослідження є експеримент. Це один з основних способів отримання нового знання. Понад дві третини трудових ресурсів науки витрачають на експерименти. В основі експериментального дослідження лежить експеримент, що є науково поставленим дослідом або спостереженням явища в чітко витриманих конкретних умовах, які дають змогу досліджувати його перебіг, керувати ним, відтворювати його щоразу при відтворенні цих умов. Від звичайного пасивного спостереження експеримент відрізняється активним впливом дослідника на явище або процес, що вивчається.
Таким чином, експеримент - це один з аспектів суспільно історичної практики людства, і тому він є джерелом пізнання і критерієм істинності гіпотез і теорій. Він містить:
- визначення об'єкта дослідження;
- створення необхідних умов;
- матеріальний вплив на об'єкт або умови;
- акти спостереження та вимірювання із застосуванням відповідних технічних приладів.
Основною метою експерименту є перевірка теоретичних положень (підтвердження робочої гіпотези), а також ширше та глибше вивчення теми наукового дослідження.
Експеримент повинен бути проведений у найкоротший термін з мінімальними витратами і гарантувати найвищу якість отриманих результатів.
Розрізняють експерименти природні та штучні.
Під природним експериментом розуміють такий експеримент, коли дослідник не обирає і не готує заздалегідь незалежну змінну, а також не здійснює активного втручання в звичний перебіг досліджуваного процесу або явища, а тільки спостерігає за ним і чекає, доки в ньому самостійно виникне така ситуація, що відіграє роль незалежної змінної. Такі експерименти характерні для процесу вивчення соціальних явищ, наприклад в обстановці виробництва побуту та ін., але застосовуються і в інших сферах діяльності людини. Вони мають ту перевагу, що всі зв'язки та відношення досліджуваного процесу або явища - і внутрішні і зовнішні - залишаються без будь-яких змін. Якщо підготовка до такого експерименту проводиться досить ретельно, чистота і достовірність висновків у його проведенні мають максимальний рівень, бо весь експеримент по суті є своєрідним, добре підготовленим спостереженням за природним розвитком події.
Великою вадою природного експерименту є рідкісність виникнення відповідної ситуації і відсутність попередньої інформації про можливість її виникнення, що дуже ускладнює організацію експерименту. Не менш суттєвою вадою є складність визначення чинників, які можуть впливати на перебіг процесу, і практична неможливість маніпулювання ними. Ці вади по суті зводять нанівець таку важливу перевагу експериментального дослідження, як виграш часу для перевірки гіпотез. Однак природний експеримент посідає чільне місце в арсеналі дослідників, особливо у сфері вивчення складних суспільних і природних явищ, що потребують врахування великої кількості чинників.
Штучні експерименти широко використовують у багатьох природонаукових дослідженнях. Штучний експеримент націлений на вивчення явищ, ізольованих необхідною мірою для того, щоб оцінити їх у кількісних та якісних відношеннях.
З-поміж штучних експериментальних досліджень вирізняють лабораторні та виробничі.
Лабораторні експерименти становлять дослідження в штучному середовищі, для чого об'єкт дослідження переносять зі свого природного середовища в обстановку, яка дає змогу досягти вищого ступеня точності в спостереженні за його поведінкою. У техніці лабораторні досліди виконують із застосуванням типових приладів і пристроїв, спеціального моделюючого устаткування, стендів, обладнання та ін. Стабільність лабораторної обстановки, використання спеціальної апаратури дають можливість вивчити вплив одних характеристик у варіюванні інших найбільш повно і доброякісно з великою повторюваністю. Лабораторні досліди в разі достатньо повного наукового обґрунтування експерименту дають змогу отримати якісну наукову інформацію за мінімальних витрат. Однак такі експерименти не завжди повністю моделюють реальний плин процесу або явища, що вивчається. У такому разі виникає потреба в проведенні виробничого експерименту.
Виробничі експериментальні дослідження мають за мету вивчення процесу в реальних умовах з урахуванням впливу різних випадкових чинників виробничого середовища.
Одним з різновидів виробничих експериментів є збирання матеріалів в організаціях та установах, що займаються накопичуванням тих чи інших даних за стандартними формами (наприклад статистичні бюро або управління). Ці матеріали впродовж багатьох років систематизуються за єдиною методикою; інформація, яку вони містять, добре піддається обробці методами статистики і теорії ймовірності. У низці випадків виробничий експеримент ефективно проводиться за допомогою методу анкетування виробничих організацій за чітко продуманою методикою. Це дає змогу зібрати велику кількість даних вимірів або спостережень досліджуваного явища, виконаних іншими підприємствами чи установами.
Однак більшість явищ і процесів у природі та суспільстві є погано організованими - так званими дифузними - системами, в яких провести розмежування дії чинників різної природи не уявляється можливим. У вивченні таких систем дослідник повинен враховувати вплив багатьох різноманітних чинників, що зумовлюють різні за своєю природою процеси, які тісно взаємодіють між собою. Наприклад, у хіміко-технологічних процесах треба одночасно враховувати взаємний вплив факторів, які не підлягають у реальних умовах розмежуванню аеродинамічні та гідродинамічні процеси, кінетику множини одночасних реакцій тощо. Ще більше зростають труднощі у вивченні систем для яких навіть елементарні процеси, що в них протікають невідомі. Прикладом такої системи може бути інтелект людини.
Такі дослідження потребують застосування статистичних методів на всіх етапах роботи: і перед постановкою досліду, і в процесі експериментування, і після експерименту, на стадії прийняття рішень про наступні дії. Такий експеримент називають активним, а схему його, за якої ефект впливу будь-якого фактора на досліджуваний процес оцінюється за результатами всіх дослідів називають багатофакторною схемою.
5 Планування експерименту
Планування експериментальних досліджень спрямовано на отримання максимуму інформації за мінімальних витрат на експериментування. Методи оптимального планування експерименту дають змогу використовувати математичний апарат не тільки на стадії опрацювання результатів, як було раніше, а й у підготовці і проведенні дослідів.
У сучасній математичній теорії оптимального планування експерименту існують два основні розділи:
1. Планування експерименту для вивчення механізму складних процесів і властивостей багатокомпонентних систем.
2. Планування експерименту з метою оптимізації технологічних процесів і властивостей багатокомпонентних систем.
Переважна більшість експериментальних робіт виконується саме з метою вирішення задач оптимізації; такі експерименти називають екстремальними. Ця назва пов’язана з аналогією між рішенням задачі оптимізації та пошуком екстремуму функції, тому задачу, метою якої є пошук екстремуму, називають екстремальною. Як приклади задач оптимізації можна навести пошук оптимального складу багатокомпонентної суміші, підвищення продуктивності діючої установки, підвищення якості продукції тощо.
Як вже згадувалося, експеримент може проводитися безпосередньо на об’єкті або на його моделі. Останнім часом поряд з фізичними моделями дедалі ширше застосування знаходять абстрактні математичні моделі. Для опису такого об’єкта дослідження можна використати уявлення про кібертичну систему, яку схематично зображено на рис. 2. Таку кібертичну систему ще називають «чорною скринькою».
Хіyi 