Эксперимент. Эксперимент (от лат. - опыт, проба, испытание) - основной метод эмпирического исследования естественных явлений в искусст­венных контролируемых условиях с

Эксперимент (от лат. - опыт, проба, испытание) - основной метод эмпирического исследования естественных явлений в искусст­венных контролируемых условиях с целевым изменением и регулиро­ванием данного процесса в соответствии с требованиями постав­ленных задач.

Экспериментальный метод в естествознании впервые обосновал и ввел Г. Галилей (1564-1642). Историк науки М. Льоцци в галилее­вом эксперименте выделил четыре компонента (фазы): «чувственный опыт, рабочая гипотеза, математическая разработка и опытная про­верка» (Льоцци М. История физики. - М., 1970. - С.81 ). В отличие от своего современника Ф. Бэкона, чисто умозрительно изложившего свой экспериментальный метод и которому ни один ученый никогда не следовал, Галилей сам создал приборы для наблюдений и осуществил ряд искусных экспериментов. Галилеевский эксперименталь­ный подход к природе был подхвачен Флорентийской академией наук (1666) и другими первыми научными сообществами.

Современный эксперимент как наиболее сложный и эффектив­ный метод эмпирического исследования включает в себя другие эле­ментарные методы - наблюдение, описание, сравнение и измерение, а в структурном отношении мало отличен от наблюдения (см. Наблю­дение). Однако существенное отличие обнаруживается в качествен­ном содержании двух структурных компонентов: объекта экспери­ментирования и условий наблюдения.

В отличие от наблюдения, где практические операции проводят­ся над естественными объектами в естественных условиях, экспери­ментатор всегда пытается вмешаться в структуру исследуемого объ­екта, в механизмы протекания процессов его функционирования и развития. Однако естественные процессы чрезвычайно сложны и многофакторны, выделить в них наиболее существенное - по крайней мере вначале - непросто. Поэтому эксперимент в первую очередь ­это действие по созданию искусственных условий при выделении того или иного явления в «чистом» виде без вмешательства побочных факторов. Эти искусственные условия далее должны обеспечить ис­следование объектов в экстремальных режимах давлений, темпера­тур, влажности, напряженности электрических и магнитных полей, скоростей воздействий, плотностей излучений и т.д. с возможностью их полного контроля. Наконец, экспериментальный процесс должен быть целесообразно изменяемым, регулируемым и циклично много­кратно воспроизводимым.

Поэтому исследователь в эксперименте имеет уже дело не с ес­тественным объектом или процессом, находящимся в природных ус­ловиях, а с искусственно выделенной их частью или фрагментом, об­ладающим каким-то свойством или функцией. А это значит, что для выделения предмета исследования «живой» объект надо расчленить, изолировать части, искусственно (технически) компенсировать не­достающее для функционирования целого, подсоединить агенты воз­действия с необходимыми параметрами, измерительные приборы, ре­гистрирующую аппаратуру и т.д., и т.п.

Если физика, к примеру, ставит вопрос, способно ли фосфорес­цирующее вещество под действием длительного облучения солнеч­ным светом генерировать рентгеновское излучение, то облученный предмет он вынужден помещать на фотопластинку, завернутую плотной черной бумагой. Эксперимент в химии - это проведение реакции в строго определенных условиях (среды, концентрации реагирующих веществ, давления, температуры, различных катализаторов, скорости реакции и т.д.), обеспечивающих изменение влияния того или иного фактора. Соответственно к реактору будут подключены подсистемы приготовления, дозирования и подачи реагентов, катализаторов, на­гревательных устройств, нагнетающих давление насосов, контроль­но-измерительных приборов и т.д. Физиолог (биология), в отличие от этолога, по сути, изучает не какую-то дикую собаку динго в австра­лийских зарослях, а некий биотехнический симбиоз собаки, закреп­ленной в зажимы, с частью удаленных органов и вживленными фис­тулой и электродами, подключенными капельницей, приборами кон­троля и фиксации информации и т.п.

Таким образом, в отличие от элементарного наблюдения, где от­ражаются внешние явления и их связи, эксперимент представляет со­бой высшую форму эмпирического исследования, поскольку позво­ляет проникнуть во внутренние процессы явлений и отразить сущ­ность более высоких порядков. Для достижения «чистоты» опытных данных естественные предметы исследования максимально изолиру­ются от внешних влияний, затемняющих основной процесс, а искус­ственные факторы воздействия строго учитываются и контролируют­ся. Единство естественного и искусственного (технического) процес­сов реализуется в экспериментальной установке, которая выступает объектом исследования. Меняя структуру ее элементов и их взаимо­действий, получают следствия - данные опыта.

Основной процесс обеспечивается рабочей частью эксперимен­тальной установки (фосфоресцирующее тело и светозащищенная фо­топластинка, химический реактор с реагентами, препарированное животное с вживленными техническими элементами). Все остальные приборные и технические подсистемы реализуют условия и обстоя­тельства экспериментирования, контроль и фиксацию опытной ин­формации.

Технические компоненты экспериментальных установок под­разделяют на пять групп:

1) приборы, увеличивающие силу и диапазон чувственного вос­приятия (микроскопы, телескопы, радиотелескопы, приборы ночного видения, рентгеновские установки, томографы);

2) измерительные приборы (линейки, часы, барометры, термо­метры, счетчики Гейгера);

3) технические устройства, позволяющие расчленить предметы, проникнуть в их внутреннюю структуру (ускорители, центрифуги, перегонные кубы, фильтры, призмы, кристаллы);

4) технические системы, обеспечивающие необходимые для эксперимента условия (барокамеры, аэродинамические трубы, вибро­системы, магнитные ловушки);

5) фиксирующие приборы (кино-, фото-, телеаппаратура, элек­троскопы, осциллографы, различные индикаторы типа лакмусовой бумаги, флюоресцирующего экрана и т.д.) (Воробьев В.Я., Елсуков А.Н. Теория и эксперимент. - Минск, 1989. -С.18).

Все многообразие экспериментов можно ориентировочно классифицировать по следующим основаниям:

1) по целям исследования - преобразующий, констатирующий, контролирующий, поисковый, решающий;

2) по природе исследуемого объекта - физический, химический, биологический, психологический, социальный;

3)по методу и результатам - качественный и количественный;

4)по структуре изучаемых объектов - простые и сложные;

5)по числу воздействующих факторов - однофакторные и многофакторные;

6) по характеру внешних воздействий - вещественный, энерге­тический, информационный;

7) по организации проведения - лабораторный, полевой, поли­гонный, производственньтй и др.

Названные виды экспериментов могут быть охарактеризованы следующим образом:

преобразующий эксперимент предполагает существенное изме­нение структуры и функций исследуемого объекта в соответствии с выдвинутой гипотезой, а также преднамеренное изменение условий, способствующих появлению новых качеств;

констатирующий эксперимент осуществляется для проверки выдвинутых гипотез путем установления наличия или отсутствия предполагаемых качественно-количественных свойств, связей и от­ношений;

контролирующий эксперимент сводится к контролю за резуль­татами внешних воздействий на объект исследования с учетом его состояния, характера воздействия и ожидаемого эффекта;

поисковый эксперимент ведут, как правило, на начальной фазе исследования с целью установления, отбора и пополнения комплекса недостающих факторов, влияющих на исследуемый объект;

решающий эксперимент ставится для проверки справедливости конкурирующих гипотез или основных положений теорий с пример­но равным эмпирическим основанием с целью установления проти­воречащих фактов;

качественный эксперимент предпринимается для выявления действия тех или иных факторов на исследуемый процесс без уста­новления точной количественной зависимости между ними для пред­варительной проверки и оценки некоторой гипотезы;

количественный эксперимент строится с расчетом точного из­мерения всех существенных факторов, влияющих на поведение изу­чаемого объекта или ход процесса с использованием значительного количества регистрирующей и измерительной аппаратуры;

простой эксперимент используется для изучения объектов и процессов, не имеющих разветвленной структуры, с небольшим ко­личеством элементов, выполняющих простейшие функции;

сложный эксперимент предполагает исследование объектов с наличием субординационных (иерархических) и координационных связей элементов, их целей и функций, состояние которых пока не удается достаточно полно описать;

однофакторный эксперимент базируется на возможности выде­ления нужных и стабилизации мешающих факторов с поочередным варьированием факторов, интересующих исследователя;

многофакторный эксперимент, где предполагается и планиру­ется комплексное и одновременное варьирование всех переменных факторов с оценкой результатов по данной серии экспериментов; вещественный эксперимент изучает влияние различных вещественных факторов (добавок) на состояние объектов и процессов раз­личных форм движения материи;

энергетический эксперимент используется для изучения воз­действия различных видов энергии (механической, тепловой, элек­тромагнитной, ядерной и др.) па объект исследования;

информационный эксперимент изучает изменение состояния биосоциальных и технико-технологических объектов и процессов под влиянием сообщенной им информации.

Этапы экспериментального исследования. Независимо от ви­да реализация эксперимента организуется в три этапа: подготовительный, проведение экспериментального исследования, обработка опытных дaнных.

1. Подготовительный этап как основополагающий включает в себя следующие операции:

а) постановка проблемы и выдвижение гипотез, подлежащих проверке;

б) разработка программы (плана) экспериментальных исследо­ваний;

в) проектирование и материальное воплощение эксперимен­тальной установки;

г) разработка методики исследования и анализ ее практической применимости.

Общая картина исследовательской работы, ее порядок и необхо­димые требования отражаются в методике - совокупности мысли­тельных и материальных операций и предписаний, спланированных для достижения цели исследования. В ней предусмотрены: определе­ние исходных гипотез и варьирующих факторов; создание условий для возможности экспериментирования; определение пределов изме­рений; возможность систематического наблюдения процесса и точно­го описания фактов; ведение систематической регистрации измере­ний и оценок фактов различными средствами и способами; изменение характера условий, перекрестных воздействий, усложненных ситуа­ций для получения достоверных данных; переход от эксперименталь­ных данных к их логико-теоретической обработке.

В плановую часть включаются: цель и задачи эксперимента, вы­бор варьирующих факторов; обоснование объема эксперимента, чис­ло опытов; порядок их реализации, последовательность, изменение факторов; задание интервала между будущими экспериментальными точками; обоснование средств измерений; описание проведения экс­перимента; обоснование способа обработки и анализа результатов эксперимента.

В методике подробно разрабатывается процесс проведения экс­перимента, составляется последовательность операций наблюдения и измерения, детально описываются операции, обосновываются методы контроля их качества и т.д. Наконец, 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 числового материала, классификации и анализу. Результаты эксперимента должны быть сведены в рациональные формы записи - таблицы, графики, формулы, номограммы и т.п. - удобные для обобщения в научные факты. При этом результаты измерений формируются по законам метрологии и оцениваются в единой системе единиц физических величин.

После утверждения принятой методики устанавливаются объем и трудоемкость экспериментальных работ (см., например: Основы научных исследований. Под ред. В.И. Крутова и В.В. Попова. - М., 1989. - С. 252-258).

Таким образом, с технологической стороны содержание осталь­ных этапов исследования можно охарактеризовать предельно кратко.

2. Этап проведения экспериментального исследования - поддержание условий проведения эксперимента в соответствии с утвержденной методикой, установление необходимых режимов наблюдения, их оперативный контроль и регулирование, фиксация необходи­мых данных опыта (описание) в протоколах наблюдения в формах, принятых в лабораторных журналах.

3. Этап обработки опытных данных - общий анализ данных опыта, их статистическая обработка, интерпретация, сравнение и обобщение, установление новых фактов, обоснование или опровер­жение исследуемых гипотез, при необходимости - уточнение даль­нейших исследовательских программ.