Залежно від теми наукового дослідження обсяг експериментів може бути різним. У кращому випадку для підтвердження робочої гіпотези достатньо лабораторного експерименту, але іноді доводиться проводити серію експериментальних досліджень: попередніх (пошукових), лабораторних, полігонних на об'єкті, що експлуатується.
В окремих випадках на експеримент витрачаються значні кошти. Науковий робітник проводить велику кількість спостережень і вимірів, одержує численну кількість діаграм, графіків, виконує невиправдано велику кількість випробувань.
На обробку і аналіз такого експерименту витрачається багато часу, Іноді виявляється, що виконано багато зайвого, непотрібного. Усе неможливо, коли експериментатор чітко не визначив мету та завдання експерименту. В інших випадках результати тривалого, широкого експерименту не повністю підтверджують робочу гіпотезу наукового дослідження. Як правило, це також властиве для експерименту, який чітко не обґрунтований метою та завданнями. Тому, перш ніж розпочати експериментальні дослідження, необхідно розробити методологію експерименту.
|
|
Методологія експерименту - це загальна структура (методика) експерименту, тобто постановка та послідовність виконання експериментальних досліджень.
Експеримент складається з таких основних етапів:
1. розроблення плану-програми експерименту;
2. оцінка вимірювання та вибір засобів для проведення експерименту;
3. проведення експерименту;
4. обробка й аналіз експериментальних даних.
Наведена кількість етапів характерна для традиційного експерименту. Разом з цим останнім часом широко використовують математичну теорію експерименту, яка дозволяє значно підвищити точність та зменшити обсяг експериментальних досліджень.
У цьому випадку експеримент охоплює такі етапи: розроблення плану-програми експерименту; оцінка вимірювання та вибір засобів для проведення експерименту; математичне планування експерименту з одночасним проведенням експериментального дослідження, обробка й аналіз одержаних даних.
Зупинимося дещо детальніше на окремих етапах експериментального дослідження.
Розроблення плану-програми експерименту. План програма містить найменування теми дослідження, робочу гіпотезу, методику експерименту, план створення експериментальної ситуації, перелік необхідних матеріалів, приладів, установок, список виконавців експерименту, календарний план робіт і кошторис витрат на виконання експерименту. У деяких випадках до план програми включають роботи з конструювання та виготовлення приладів, апаратів, пристроїв, методичне їх обстеження, а також програми дослідних робіт на підприємствах.
|
|
Одним із найбільш важливих етапів складання план програму є визначення мети і завдань експерименту. Чітко обґрунтовані завдання - це вагомий внесок в їх вирішення. Кількість завдань має бути невеликою. Для конкретного (не комплексного) експерименту оптимальна кількість завдань 3-4. У великому комплексному експерименті їх може бути 8-10.
Основу плану-програми складає методика проведення експерименту, у якій детально проектують процес проведення експерименту. Спочатку визначають послідовність (черговість) проведення операцій вимірів і спостережень.
Потім ретельно описують кожну операцію окремо з урахуванням вибраних засобів для проведення експерименту. Особливу увагу приділяють методам контролю якості операцій, які повинні забезпечувати при мінімальній (раніше встановленій) кількості вимірів високу надійність і задану точність. Розробляють форми журналів для запису результатів вимірів і спостережень.
Важливим розділом методики є вибір методів обробки й аналізу експериментальних даних. Обробка даних зводиться до систематизації всіх цифр, класифікації, аналізу. Результати експериментів повинні бути зведені до таких форм запису: таблиць, графіків, формул, номограм, які дозволяють швидко та доброякісно зіставляти одержані результати.
Особлива увага в методиці має бути приділена математичним методам обробки та аналізу одержаних дослідних даних - встановленню емпіричних залежностей, апроксимації зв'язків між варіюючи ми характеристиками, встановленню критеріїв тощо.
Після розроблення методики визначають обсяг та трудомісткість експериментальних досліджень, які залежать від глибини теоретичних розробок, ступеня точності прийнятих засобів вимірювання. Чим чіткіше сформульована теоретична частина дослідження, тим менший обсяг експерименту. Так, залежно від результатів теоретичного дослідження можливі три випадки проведення експерименту.
Перший випадок - теоретично одержана аналітична залежність, яка однозначно визначає досліджуваний процес. Наприклад,
у=3 + 6х2. (6.1)
У цьому випадку обсяг експерименту для підтвердження даної залежності мінімальний, оскільки функція однозначно визначається експериментальними даними.
Другий випадок - теоретичним шляхом встановлений лише характер залежності. Наприклад,
у = а + Ьх2.'Г (6.2)
У цьому випадку задане лише сімейство кривих. Експериментальним шляхом необхідно визначити «а» і «Ь». При цьому обсяг експерименту збільшується.
Третій випадок — теоретично не вдалося одержати будь-яку залежність. Розроблені лише припущення щодо якісних закономірностей процесу. У багатьох випадках доцільний пошуковий експеримент. Обсяг експериментальних робіт різко зростає. У даному випадку доцільний метод математичного планування експерименту.
На обсяг та трудомісткість експерименту істотно впливає і вид експерименту. Наприклад, польові експерименти, як правило, мають велику трудомісткість. '
Після встановлення обсягу експериментальних робіт складають перелік необхідних засобів вимірювання, матеріалів, список виконавців, календарний план і кошторис витрат.
Не менш важливим є розроблення в межах плану-програми експериментального дослідження так званого плану створення експериментальної ситуації.
Експериментальна ситуація - це сукупність умов, за яких проводиться експеримент.
План створення експериментальної ситуації завжди пов'язаний не лише із завданнями, методикою, але й з конкретним об'єктом, на якому потрібно вирішувати поставлені завдання та реалізовувати саму методику.
На завершення план-програму експериментального дослідження розглядає науковий керівник, обговорюють у науковому колективі та затверджують в установленому порядку.
|
|
Оцінка вимірювання та вибір засобів для проведення експерименту. Обґрунтування засобів вимірювання - це вибір необхідних для спостережень та вимірів приладів, обладнання, машин, апаратів тощо. Засоби вимірювання можуть бути вибрані стандартні або, за їх відсутності, виготовлені самостійно.
Дуже відповідальною частиною є встановлення точності вимірів і похибок. Методи вимірювання повинні базуватися на законах спеціальної науки - метрології.
Проведення експерименту. Проведення експерименту є найважливішим та трудомістким етапом. Експериментальні дослідження необхідно проводити відповідно до затвердженого план програми й особливо — методики експерименту. Розпочинаючи експеримент, остаточно уточнюють методику його проведення, послідовність випробувань.
При складному експерименті виникають випадки, коли очікуваний результат одержують пізніше, ніж було передбачено планом. Тому науковець має виявити терпіння, витримку, наполегливість і довести експеримент до одержання результатів.
Експеримент, як правило, дає результат реальний і пізнавальний. Перший виявляється в розумінні характеру і ступеня впливу експериментальних факторів на вдосконалення діяльності об'єкта, що вивчається, другий виявляється у співвідношенні реального результату з поставленим пізнавальним завданням.
Обробка й аналіз експериментальних даних. Завершується експеримент переходом від емпіричного вивчення до оброблення отриманих даних, логічних узагальнень, аналізу і теоретичної інтерпретації отриманого фактичного матеріалу.
Попередня обробка результатів експерименту та їх аналіз проводиться звичайно ще в процесі проведення експерименту. Це дозволяє контролювати досліджуваний процес, корегувати експеримент, покращувати методику і підвищувати ефективність експерименту.
Аналіз експерименту - це творча частина дослідження. Іноді за цифрами складно чітко уявити собі фізичну сутність процесу. Тому потрібне особливо ретельне зіставлення фактів, причин, що обумовлюють хід того чи іншого процесу, та встановлення адекватності гіпотези й експерименту.
|
|