12.Експеримент як метод дослідження
Експеримент–метод наукового дослідження, що пов’язаний із активним і цілеспрямованим втручання в природні умови існування предметів і явищ чи відтворення певних сторін предметів і явищ у спеціально створених умовах з метою вивчення їх без супутніх обставин, що ускладнюють процес.
Експериментальні дослідження можуть бути лабораторними та виробничими. Лабораторні досліди проводять з використанням типових приладів, спеціальних моделюючих установок, стендів, обладнання тощо. Ці досліди у випадку достатньо повного наукового обґрунтування експерименту (математичне планування) дозволяють отримати якісну наукову інформацію із мінімальними витратами. Проте такі експерименти не завжди повністю відображують реальний хід досліджуваного процесу, тому виникає потреба в проведення виробничого експерименту. Виробничі експериментальні дослідження проводяться з метою вивчення процесу у реальних умовах із врахуванням різноманітних факторів виробничого середовища. Одним із видів виробничих експериментів є збір матеріалів у організаціях, які накопичують за стандартними формами ті чи інші дані.
У практиці виділяють три напрями, що визначають необхідність проведення експерименту:
1) теоретично отримана аналітична залежність, яка однозначно трактує процес дослідження. У цьому випадку обсяг експерименту для підтвердження встановленої залежності мінімальний, оскільки вона однозначно визначається експериментальними даними;
2) теоретичним шляхом встановлений тільки характер залежності. Обсяг експерименту дещо більший;
3) теоретично не вдалося одержати будь-якої залежності. Розроблено тільки передбачення про якісні закономірності процесу. В багатьох випадках доцільно проводити пошуковий експеримент. Обсяг експерименту значно збільшується.
Для проведення експерименту слід розробити методологію, тобто загальну структуру (проект) експерименту, постановку і послідовність виконання експериментальних досліджень. Методологія експерименту включає такі основні етапи:
-розробка плану-програми експерименту;
-оцінка виміру і вибір засобів для проведення експерименту;
-проведення експерименту;
-обробка і аналіз експериментальних даних.
План-програма містить назву теми дослідження, робочу гіпотезу, методику експерименту, перелік необхідних матеріалів, приладів, установок, список виконавців експерименту, календарний план робіт та кошторисна виконання експерименту. Одним із найважливіших етапів складання плану-програми є визначення мети та задач експерименту
Обґрунтування засобів вимірювань–це вибір необхідних для спостережень та вимірювань приладів, обладнання, машин, апаратів тощо. Дуже відповідальною частиною є встановлення точності вимірювань та похибок. Методи вимірювань повинні базуватися на законах науки метрології.
Проведення експерименту є важливим та найбільш трудомістким етапом. Експериментальні дослідження необхідно проводити згідно із затвердженим планом-програмою та методикою експерименту. Обов’язковим є ведення журналу досліджень. Особливе значення для проведення експериментальних робіт мають добросовісність та відповідальність дослідника.
Останній етап–обробка та аналіз експериментальних даних–творча частина досліджень. Обробка даних зводиться до систематизації всіх цифр, класифікації, аналізу. Результати експериментів повинні бути приведені до зручних для сприйняття форм запису–таблиць, графіків, формул, номограм тощо. Особливу увагу потрібно приділити аналізу дослідних даних–встановленню емпіричних залежностей, апроксимації зв’язків між характеристиками, встановленню критеріїв та довірчих інтервалів. На даному етапі широко використовуються методи статистичного аналізу: кореляційний, факторний аналіз тощо.
При обробці результатів вимірювань та спостережень широко використовують методи графічного зображення. Графічне зображення дає найбільш наглядне уявлення про результати експериментів, дозволяє краще зрозуміти фізичну сутність досліджуваного процесу, виявити загальний характер функціональної залежності досліджуваних змінних величин, встановити наявність максимуму та мінімуму функцій.
Процес підбору емпіричних формул складається з двох етапів. На першому етапі дані вимірювань наносять на сітку прямокутних координат, з’єднують експериментальні точки плавною кривою та вибирають орієнтовно вид формули. На другому етапі обчислюють параметри формул, які найкраще відповідатимуть прийнятій формулі. Підбір емпіричних формул необхідно починати із найпростіших виразів.
Для дослідження закономірностей між процесами (явищами), які залежать від багатьох, інколи невідомих чинників, застосовують кореляційний аналіз. Зв’язок між цими чинниками виявляється у взаємній погодженості спостережуваних змін. Обчислюється коефіцієнт кореляції між змінними. Чим він вищий, тим точніше можна прогнозувати значення однієї з них за значенням інших.
Факторний аналіз дає можливість встановити багатомірні зв’язки змінних величин за кількома ознаками. На основі парних кореляцій, отриманих в результаті кореляційного аналізу, одержують набір нових, укрупнених ознак–факторів. У результаті послідовної процедури отримують фактори другого, третього та інших рівнів.
В процесі проведення експерименту виникає потреба перевірити відповідність експериментальних даних теоретичним передпосиланням, тобто перевірити гіпотезу дослідження. Методи оцінки адекватності засновані на використанні довірчих інтервалів.