Этап эксперимента где разрабатывается план программа называется

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.

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 [8].

Полный факторный эксперимент

Особое значение имеет правильная разработка методик эксперимента. Методика — это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в определенной последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследования. При разработке методик проведения эксперимента необходимо предусматривать: проведение целенаправленного предварительного наблюдения над 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 изучаемого 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.

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.

Планирование и оптимизация эксперимента

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.

Правильно разработанная методика экспериментального исследования предопределяет его ценность. Поэтому разработка, выбор, определение методики должно проводиться особенно тщательно. При определении методики необходимо использовать не только личный опыт, но и опыт товарищей и других коллективов. Необходимо убедиться в том, что она соответствует современному уровню науки, условиям, в которых выполняется исследование. Целесообразно проверить возможность использования методик, применяемых в смежных проблемах и науках.

Выбрав методику эксперимента, исследователь должен удостовериться в ее практической применимости. Это необходимо сделать даже в том случае, если методика давно апробирована практикой других лабораторий, так как она может оказаться неприемлемой или сложной в силу специфических особенностей климата, помещения, лабораторного оборудования, персонала, объекта исследований и т. п.

Перед каждым экспериментом составляется его план (программа), который включает: цель и задачи эксперимента; выбор варьирующих факторов; обоснование объема эксперимента, числа опытов; порядок реализации опытов, определение последовательности изменения факторов; выбор шага изменения факторов, задание интервалов между будущими экспериментальными точками; обоснование средств измерений; описание проведения эксперимента; обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

Применение математической теории эксперимента -позволяет уже при планировании определенным образом оптимизировать объем экспериментальных исследований и повысить их точность.

Важным этапом подготовки к эксперименту является определение его целей и задач. Количество задач для конкретного эксперимента не должно быть слишком большим (лучше 3. 4, максимально 8. 10).

Перед экспериментом надо выбрать варьируемые факторы, т.е. установить основные и второстепенные характеристики, влияющие на исследуемый процесс, проанализировать расчетные (теоретические) схемы процесса. На основе этого анализа все факторы классифицируются и составляется 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. Иногда бывает трудно сразу выявить роль основных и второстепенных факторов. В таких случаях необходимо выполнять небольшой по объему предварительный поисковый опыт.

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

Необходимо также обосновать набор средств измерений (приборов) другого оборудования, машин и аппаратов. В связи с этим экспериментатор должен быть хорошо знаком с выпускаемой в стране измерительной аппаратурой (при помощи ежегодно издающихся каталогов, по которым можно заказать выпускаемые отечественным приборостроением те или иные средства измерений). Естественно, что в первую очередь следует использовать стандартные, серийно выпускаемые машины и приборы, работа на которых регламентируется инструкциями, ГОСТами и другими официальными документами.

В отдельных случаях возникает потребность в создании уникальных приборов, установок, стендов, машин для разработки темы. При этом разработка и конструирование приборов и других средств должны быть тщательно обоснованы теоретическими расчетами и практическими соображениями о возможности изготовления оборудования. При создании новых приборов желательно использовать готовые узлы выпускаемых приборов или реконструировать существующие приборы. Ответственный момент — установление точности измерений и погрешностей.

Методы измерений должны базироваться на законах специальной науки — метрологии, изучающей средства и методы измерений.

При экспериментальном исследовании одного и того же процесса (наблюдения и измерения) повторные отсчеты на приборах, как правило, неодинаковы. Отклонения объясняются различными причинами — неоднородностью свойств изучаемого тела (материал, конструкция и т.д.), не совершенностью приборов и классов их точности, субъективными особенностями экспериментатора и др.

Чем больше случайных факторов, влияющих на опыт, тем больше расхождения цифр, получаемых при измерениях, т. е. тем больше отклонения отдельных измерений от среднего значения. Это требует повторных измерений, а следовательно, необходимо знать их минимальное количество. Под потребным минимальным количеством измерений понимают такое количество измерений, 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 наиболее объективных результатов при минимальных затратах времени и средств.

В методике подробно разрабатывается процесс проведения эксперимента, составляется последовательность (очередность) проведения операций измерений и наблюдений, детально описывается каждая операция в отдельности с учетом выбранных средств для проведения эксперимента, обосновываются методы контроля качества операций, обеспечивающие при минимальном (ранее установленном) количестве измерений высокую надежность и заданную точность. Разрабатываются 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, позволяющие быстро и доброкачественно сопоставлять полученное и проанализировать результаты. Все переменные должны быть оценены в единой системе единиц физических величин.

Особое внимание в методике должно быть уделено математическим методам обработки и анализу опытных данных, например, установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьирующими характеристиками, установлению критериев и доверительных интервалов и др. Диапазон чувствительности (нечувствительности) критериев должен быть стабилизирован (эксплицирован).

Результаты экспериментов должны отвечать трем статистическим требованиям: требование эффективности оценок, т. е. минимальность дисперсии отклонения относительно неизвестного параметра; требование состоятельности оценок, т. е. при увеличении числа наблюдений оценка параметра должна стремиться к его истинному значению; требование несмещенности оценок — отсутствие систематических ошибок в процессе вычисления параметров. Важнейшей проблемой при проведении и обработке эксперимента является совместимость этих трех требований.

После разработки и утверждения методики устанавливается 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). В зависимости от предварительной теоретической подготовки возможны три случая проведения эксперимента: 1) если теоретически получена аналитическая зависимость, которая однозначно определяет исследуемый процесс (например, r =3е2х), то объем эксперимента для подтверждения данной зависимости оказывается минимальным, поскольку функция однозначно определяется экспериментальными данными; 2) если теоретическим путем установлен лишь характер зависимости (например, у — aehx), т.е. задано семейство кривых, то экспериментальным путем необходимо определить как а, так и k и, следовательно, объем эксперимента возрастает; 3) если теоретически не удалось получить каких-либо зависимостей и разработаны лишь предположения о качественных закономерностях процесса, то целесообразен поисковый эксперимент, при котором объем экспериментальных работ резко возрастает. В таких случаях уместно применять метод математического планирования эксперимента.

На объем, и трудоемкость проведения экспериментальных работ существенно влияет вид эксперимента. Например, полевые эксперименты, как правило, всегда имеют большую трудоемкость, что следует учитывать при планировании.

После установления объема экспериментальных работ составляется перечень необходимых средств измерений, объем материалов, список исполнителей, календарный план и смета расходов.

План-программу рассматривает научный руководитель, обсуждают в научном коллективе и утверждают в установленном порядке.

Источник: studopedia.su

Методы экспериментальных исследований

Экспериментальное исследование — один из основных способов получения новых научных знаний. Цель эксперимента — проверка теоретических положений, а также более широкое и глубокое изучение темы научного исследования.

Эксперимент — это научно поставленный опыт или наблюдение явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за его ходом и при необходимости воссоздавать его.

Экспериментальные исследования делятся:

• 1) на лабораторные опыты, проводимые с применением специальных моделирующих установок, стендов, типовых приборов с целью получения полной и достоверной научной информации с минимальными затратами;
• 2) производственные эксперименты, проводимые на действующем оборудовании, машинах с целью изучения исследуемого процесса или явления в реальных условиях производства; они более сложны и трудоемки. Разновидностью производственного эксперимента является сбор статистических данных в производственных условиях (исследования показателей надежности работы машин);
• 3) полигонные испытания, проводимые без нарушения технологического производственного режима (в отличие от заводских испытаний) на специально оборудованных полигонах.

Методология эксперимента — это общая структура эксперимента, т.е. постановка и последовательность выполнения экспериментальных исследований, включающих в себя следующие этапы: разработку плана-программы эксперимента, оценку изменений и выбор средств для проведения эксперимента, проведение эксперимента, обработку и анализ экспериментальных данных.

Разработка плана-программы эксперимента

План-программа включает в себя наименование темы исследования, рабочую гипотезу, методику эксперимента, перечень необходимых материалов, оборудования, приборов, список исполнителей эксперимента, календарный план работ и смету на выполнение работ.

Методика эксперимента — это система приема или способов для последовательного выполнения экспериментальных работ, включающая 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.

Выбор варьируемых факторов — это установление основных и второстепенных характеристик, влияющих на исследуемый процесс. Если переменных величин много (т.е. многофакторный анализ), то используется метод математического планирования эксперимента.

Обоснование средств измерений — это выбор необходимых для наблюдений и измерений приборов, аппаратов, машин и оборудования с учетом действующих стандартов и положений метрологии.

Под потребным минимальным количеством измерений понимают такое количество, которое в данном опыте обеспечивает устойчивое среднее значение измеряемой величины, удовлетворяющее заданной степени точности, и получение наиболее объективных результатов при минимальных затратах времени и средств.

Важный раздел методики эксперимента — выбор способов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к их анализу, классификации и систематизации (составление таблиц, написание формул, изображение графиков и номограмм), позволяющих быстро и доброкачественно сопоставлять полученные результаты. При этом особое внимание должно быть уделено математическим методам обработки и анализа опытных данных: установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьируемыми характеристиками, установлению критериев и доверительных интервалов и др.

Источник: ozlib.com

Каковы последовательные шаги, касающиеся организации и подготовки экспериментальных исследований

Подготовка психолого-педагогического исследования начи­нается с конкретизации, уточнения его проблемы, целей и задач, так как от них зависит выбор вида исследования. Разные виды исследований требуют различных затрат сил, ресурсов и време­ни. Поэтому с самого начала, определяя вид исследования, чрез­вычайно важно исходить из принципа экономии сил и ресурсов. Этот принцип можно сформулировать следующим образом: ма­териальные, временные и интеллектуальные затраты на прове­дение исследования должны быть соразмерными его проблеме, це­лям, задачам и вместе с тем минимально достаточными для то­го, чтобы решить поставленную проблему, достичь тех целей, ко­торые изначально интересовали исследователя.

Если вопрос, который подлежит рассмотрению в проводимом исследовании, сравнительно прост, а для его разрешения орга­низуется и проводится весьма громоздкое, дорогостоящее иссле­дование, то оно не будет соответствовать принципу экономии сил и ресурсов. Если, напротив, проблема относительно сложна, но исследование, организуемое и проводимое с целью нахождения ее решения, сравнительно простое, то оно соответствует прин­ципу экономии сил и ресурсов. Однако, проводя упрощенное ис­следование, далеко не всегда можно рассчитывать на полное, ос­новательное решение сложной проблемы.

После того как в соответствии с принципом экономии сил и ресурсов определен оптимальный вид предстоящего исследова­ния, приступают к теоретической разработке проблемы иссле­дования. Эта работа обычно начинается с конкретизации темы исследования.

После этой процедуры определяют объект и предмет иссле­дования, выбирают адекватные средства психолого-педагогичес­кой оценки — диагностики состояния данного объекта под углом зрения избранного предмета исследования до и после про­ведения эксперимента.

Объектом исследования называется тот материальный или идеальный объект, который в данном случае изучается, т.е. с ко­торым проводится планируемое экспериментальное исследова­ние. Объектом психолого-педагогического эксперимента могут стать люди или группа людей, один или несколько неодушевлен­ных, в том числе абстрактных объектов (понятия, гипотезы, тео­рии и т.п.), связанных с системой образования.

Определение предмета исследования по своему объекту и со­держанию всегда намного уже, чем детальная характеристика объекта исследования в совокупности всевозможных его свойств. Предмет исследования должен соответствовать его теме и тому, что далее утверждается в гипотезах и проверяется в самом экс­перименте.

Гипотезы в их уточненных формулировках являются дополнительным определением предмета исследования, поэто­му их конкретизация — один из важнейших этапов в подготовке исследования. В любом эксперименте должны присутствовать гипотезы разных уровней общности: общие, частные и рабочие. Их наличие является одним из признаков тщательно продуман­ного и хорошо подготовленного эксперимента. По детальности изложения и числу задачи эксперимента обычно превосходят количество целей и гипотез исследования, выступая в качестве конечного пункта теоретической разработки его замысла.

За этим следует выбор экспериментальных и конт­рольных групп, составление плана и программы исследования. В этом плане задачи должны соотноситься с конкретными сроками их реализации и располагаться в определенной последова­тельности.

Практически в каждом эксперименте на зависимую перемен­ную оказывает влияние независимая переменная, а также мно­жество других факторов, и если не контролировать их реальное воздействие на зависимую переменную, то трудно быть вполне уверенным в том, что зафиксированное в эксперименте измене­ние зависимой переменной действительно обусловлено именно вариациями независимой переменной, а не чем-либо иным.

Следующий этап подготовки экспериментального психолого-педагогического исследования — подбор и апробация необходи­мых психодиагностических методик, а также выбор средств ста­тистической обработки результатов, нужных для точного, уве­ренного доказательства гипотез.

Психодиагностические методики в эксперименте должны подбираться таким образом, чтобы с их помощью можно было правильно оценивать величину всех независимых переменных (в том числе связанных с альтернативными гипотезами) до и пос­ле эксперимента. Такие методики должны быть не только валид­ными и надежными, но и требовать минимума времени для их проведения. Желательно, чтобы все эти методики были заранее апробированы для того, чтобы проверить их, научиться правиль­но пользоваться ими. Во время такой проверки обычно уточня­ются инструкция к методике, процедура ее использования, спо­собы обработки и формы представления получаемых результа­тов. Кроме того, определяется время, необходимое для полного проведения обследования всех испытуемых в эксперименталь­ной и в контрольной группах с помощью данной методики.

Следующий этап — определение времени, места и процеду­ры поэтапного проведения эксперимента. Время обычно выби­рается таким образом, чтобы испытуемые были в нормальном, привычном для них физическом и психологическом состоянии, никуда не спешили, не были чем-то особенно озабочены. Обста­новка и место проведения исследования также не должны вызы­вать у испытуемых не свойственной им в повседневной жизни напряженности, должны сводить к минимуму возможное дейст­вие посторонних факторов, способных повлиять на результаты эксперимента.

Процедура проведения эксперимента есть совокупность и по­следовательность действий, предпринимаемых исследователем для реализации принятой программы. Процедурный этап вклю­чает в себя, в частности, обеспечение нужного настроя у испытуе­мых, составление текста и выбор формы предъявления общей инструкции, определение характера поведения экспериментато­ра во время эксперимента, включая способы контроля с его сто­роны за действиями испытуемых.

В заключение подготовительного этапа эксперимента разра­батываются его общий план и программа. Они обычно представ­ляют собой письменные документы, в которых определены ос­новные этапы проводимого исследования, их последователь­ность, время, необходимое для практической реализации каж­дого этапа, сроки выполнения и ожидаемые результаты. Эти до­кументы являются руководством к действию и одновременно вы­ступают как средство контроля за правильностью проводимого эксперимента.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник: studopedia.ru