Экспериментальные исследования. Виды экспериментов

Будучи самостоятельным видом, экспериментальные исследования проводятся в различных областях наук (технических, гуманитарных, естественных); в рамках глобальных, отраслевых, локальных и квалификационных исследований; эксперимент может быть составной частью НИР, НИОКР, либо основой исследовательской работы.

В проведении экспериментального исследования важную роль играет метод проведения эксперимента – совокупность приемов, операций, способов достижения поставленных экспериментом целей.

Искусственный эксперимент характерен для технических, естественных (реже для гуманитарных) наук. Он заключается в создании искусственных условий и изучении реального объекта на его аналоге – модели, сохраняющей основные свойства этого объекта.

Естественный эксперимент чаще применяется в социальных, педагогических, биологических (реже технических, физико-математических, медицинских) исследованиях. Его сущность состоит в изучении явления (объекта) на реальном образе (реальной ситуации) в естественных условиях его функционирования.

Поисковый эксперимент проводится чаще всего в случаях, когда теоретических знаний в области исследования недостаточно, либо они отсутствуют вообще. Поисковый эксперимент имеет целью получение нового научного знания, либо проведение начальной фазы исследования, на базе которой будет впоследствии формироваться научная гипотеза и продолжены теоретические исследования.

Эксперименты, подтверждающие рабочую гипотезу, как правило, являются частью теоретического исследования. Их цель – подтвердить или опровергнуть правильность научной гипотезы, ее отдельных предположений. В ходе такого эксперимента могут быть выявлены определенные связи между элементами изучаемого объекта или явления, констатированы факторы влияния на поведение объекта и т.п. При этом может осуществляться контроль за результатами влияния выявленных факторов на исследуемый объект (процесс, явление), эффективность этого влияния.

Эксперименты, подтверждающие положения теоретических исследований, могут составить завершающую часть теоретического исследования (это наиболее распространенный вариант в построении диссертационных работ), либо быть самостоятельным исследованием (серией исследований), проводимым после завершения теоретической НИР. Контролирующий эксперимент проводится с целью изучения влияния на объект внешних воздействий.

Следует отметить специальный класс контролирующих экспериментов- эксперименты, ориентированные на поиск оптимальных условий функционирования системы, объекта, либо протекания процесса.

Производственный эксперимент проводится на реальном объекте в естественных условиях его существования в течение длительного времени.

Если лабораторный эксперимент дает предварительную информацию по исследуемому объекту (явлению, процессу), натурный производственный эксперимент уточняет и расширяет ее, повышает (либо опровергает) достоверность заключений, полученных в лаборатории.

Полевой или полигонный эксперимент предполагает изготовление опытного участка (объекта) и наблюдение за ним в естественных условиях эксплуатации. Опытный участок (объект) может быть изготовлен параллельно с основным, либо как часть основного объекта.

В последние годы все большее распространение получают математические эксперименты с применением информационных технологий. Они позволяют повысить точность исследования проблем, по которым другие виды экспериментов либо невозможны, либо весьма затруднены по ресурсным, временным или иным причинам. Основу таких экспериментов обычно составляют различные математические модели, позволяющие путем анализа множества возможных вариантов поведения изучаемого объекта получить целостное представление о его свойствах, характере изменений функционирования в будущем, выявить положительные и отрицательные тенденции в воздействии на объект окружающей среды (инфраструктуры).

Логический или мысленный эксперимент чаще всего проводится не для обоснования ранее известных гипотез или подтверждения научных положений проведения теоретических исследований, а для выявления проблемной ситуации, противоречия между новыми и старыми знаниями. Целями такого эксперимента, основанного на законах и моделях логики, являются постановка и формулировка научной проблемы, разработка научной гипотезы, генерация новых идей.

Натурный или материальный эксперимент осуществляется на реальном объекте исследования в типовых условиях его жизнедеятельности. Если логический (мысленный) эксперимент основан на абстрагировании от изучаемого объекта, то натурный не только имеет дело с самим объектом, но и изучает влияние на него условий и фактов, окружающей среды, для работы в которой он создан, в которой он существует.

Натурный эксперимент включает полевой и производственный эксперименты.

Пассивный эксперимент- предполагает контроль (изучение) поведения объекта исследования по заранее обоснованным показателям (параметрам эксперимента) без вмешательства исследователя в функционирование объекта.

Активный эксперимент - наоборот, ориентирован на управление со стороны исследователя функционированием объекта исследования в нужном ему направлении. При этом, на стадии планирования эксперимента необходимо четко определить контролируемые параметры, механизм воздействия на объект (процесс); способы измерения значений параметров после каждого воздействия.

Методы проведения эксперимента весьма разнообразны и зависят от его целей. Наиболее распространены натурные методы, моделирование, экспертные и аналоговые методы.

Натурные методы основаны на изучении поведения объекта в заранее оговоренных условиях. Они предполагают определенные правила подготовки объекта (построение нового, либо использование эксплуатируемого объекта, установка датчиков и т.п.), приемы проведения и фиксации измерений; способы обработки и представления экспериментальных данных, способы измерения условий работы исследуемого объекта и т.п. Все эти вопросы решаются при планировании эксперимента.

Моделирование – один из наиболее распространенных методов экспериментальных исследований, применяемых в подавляющем большинстве видов экспериментов (поисковых, контролирующих, лабораторных и полевых, технических и техногенных; однофакторных и многофакторных и других). Независимо от класса моделей основными правилами метода являются:

построение модели и оценка ее адекватности (соответствия модели реальному объекту или процессу);

разработка алгоритма процесса моделирования;

создание механизма измерения входных и выходных параметров модели, а также параметров внешних и внутренних факторов, оказывающих воздействие на модель;

выбор (создание) правил оценки и обработки результатов, формулирования выводов.

Экспертные методы наиболее распространены в социальных, психологических и им подобным экспериментах. Они основаны на подборе экспертов – специалистов в области исследования; формулировании вопросов, на которые они должны ответить; обобщении итогов опроса и их математической обработки по специальной стандартной методике. Особую значимость при этом приобретает выбор экспертов с учетом их компетентности. Важную роль играет также количество экспертов (чем их больше, тем достовернее результат).

Планирование эксперимента

Планирование эксперимента – это процедура выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью.

Задачи, которые исследователь ставит при планировании эксперимента, могут быть весьма разнообразными. Назовем лишь некоторые из них:

поиск оптимальных условий производства сложного химического соединения;

определение оптимальных (или допустимых) условий эксплуатации машины (механизма, прибора, установки);

построение интерполяционных зависимостей;

проверка теоретических положений с целью подтверждения их истинности;

проверка, либо уточнение, констант математических, кибернетических, либо иных моделей и другие.

Приступая к планированию эксперимента, исследователь должен учитывать следующие обстоятельства:

1) число опытов должно быть минимальным, т.к. большое число опытов усложняет саму процедуру эксперимента и увеличивает его стоимость. Однако сокращение числа опытов не должно пойти в ущерб точности результата;

2) необходимо четко определить совокупность факторов, влияющих на изучаемый в ходе эксперимента объект (процесс, явление). Обычно таких факторов бывает много, поэтому их следует проранжировать, выявить главные, а не существенные можно исключить;

3) одновременное варьирование всеми переменными (факторами), оказывающими влияние на исследуемый процесс, должно рассматриваться как непременное условие корректности эксперимента. При этом желательно, чтобы в сочетании факторов учитывалось их относительная значимость («вес» факторов);

4) многие действия экспериментатора могут быть формализованы с использованием моделей (прежде всего математических). При этом адекватность моделей должна быть проверена и оценена;

5) серии экспериментов должны анализироваться после завершения каждой из них перед переходом к последующей серии. Для этого должна быть разработана четкая стратегия эксперимента и алгоритм ее реализации.

Разработка плана эксперимента является весьма ответственным этапом экспериментального исследования. Его содержание определяется видом эксперимента, но независимо от него план проведения эксперимента должен включать:

-наименование темы исследования;

-цель и задачи эксперимента;

-условия проведения эксперимента, варьируемые факторы;

-методику проведения исследования;

-обоснование количества опытов (объема эксперимента);

-средства и методику проведения измерений;

-материальное обеспечение эксперимента (перечень установок, материалов);

-методику обработки и анализа экспериментальных данных;

-календарный план проведения испытаний, в котором указываются сроки их выполнения, исполнители, представляемые данные эксперимент;

После завершения эксперимента исследователь располагает данными измерений, которые необходимо соответствующим образом обработать и сформулировать выводы по эксперименту.

Для обработки экспериментальных данных используется множество методов в зависимости от того, в каком направлении и с какими целями они обрабатываются. Такими целями могут быть:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: