3. Методология экспериментальных исследований

Методология эксперимента - это общая структура (методика) эксперимента, то есть постановка и последовательность выполнения экспериментальных исследований.

Эксперимент включает следующие основные этапы:

1) разработка плана - программы эксперимента;

2) оценку измерения и выбор средств для проведения эксперимента;

3) проведение эксперимента;

4) обработку и анализ экспериментальных данных.

Приведенная количество этапов характерна для традиционного эксперимента. Вместе с этим в последнее время широко используют математическую теорию эксперимента, которая позволяет значительно повысить точность и уменьшить объем экспериментальных исследований.

В этом случае эксперимент включает следующие этапы: разработка плана - программы эксперимента; оценку измерения и выбор средств для проведения эксперимента; математическое планирование эксперимента с одновременным проведением экспериментального исследования, обработкой и анализом полученных данных.

Остановимся несколько подробнее на отдельных этапах экспериментального исследования.

Разработка плана-программы эксперимента. План-программа включает наименование темы исследования, рабочую гипотезу, методику эксперимента, план создания экспериментальной ситуации, перечень необходимых материалов, приборов, установок, список исполнителей эксперимента, календарный план работ и смету расходов на выполнение эксперимента. В ряде случаев в план-программы включают работы по конструированию и изготовлению приборов, аппаратов, устройств, их методическое обследование, а также программы исследовательских работ на предприятиях.

Одним из самых важных этапов составления плана-программы является определение целей и задач эксперимента. Четко обоснованные задачи - это весомый вклад в их решение. Количество задач должно быть небольшим. Для конкретного (некомплексного) эксперимента оптимальное количество задач 3 - 4. В большом комплексном эксперименте их может быть 8 - 10.

Основа плана-программы - методика проведения эксперимента. В методике подробно проектируют процесс проведения эксперимента. Сначала составляют последовательность (очередность) проведения операций измерений и наблюдений.

Затем тщательно описывают каждую операцию отдельно с учетом выбранных средств для проведения эксперимента. Особое внимание уделяется методам контроля качества операций, которые должны обеспечивать при минимальной (ранее установленной) количества измерений высокую надежность и заданную точность. Разрабатывают формы журналов для записи результатов измерений и наблюдений.

Важным разделом методики является выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех цифр, классификации, анализа. Результаты экспериментов должны быть сведены к таким формам записи - таблиц, графиков, формул, номограмм, которые позволяют быстро и доброкачественно соотносить полученные результаты.

Особое внимание в методике должно быть уделено математическим методам обработки и анализа полученных исследовательских данных - установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьируя характеристиками, установлению критериев и тому подобное.

После разработки методики определяют объем и трудоемкость экспериментальных исследований, которые зависят от глубины теоретических разработок, степени точности принятых средств измерения. Чем четче сформулирована теоретическая часть исследования, тем меньше объем эксперимента. На объем и трудоемкость эксперимента существенно влияет и вид эксперимента.

После установления объема экспериментальных работ составляют перечень необходимых средств измерения, материалов, список исполнителей, календарный план и смету расходов.

Не менее важным является непременное разработки в рамках плана-программы экспериментального исследования, так называемого плана создания экспериментальной ситуации.

Экспериментальная ситуация - это совокупность условий, при которых проводится эксперимент.

План создания экспериментальной ситуации всегда связан не только с задачами, методикой, но и с конкретным объектом, на котором нужно решать поставленные задачи и реализовывать самую методику.

В завершение план-программу экспериментального исследования рассматривает научный руководитель, обсуждают в научном коллективе и утверждают в установленном порядке.

Оценка измерения и выбор средств для проведения эксперимента. Обоснование средств измерения - это выбор необходимых для наблюдений и измерений приборов, оборудования, машин, аппаратов и т. Средства измерения могут быть выбраны стандартные или при их отсутствии изготовлены самостоятельно.

Очень ответственной частью является установление точности измерений и погрешностей. Методы измерения должны базироваться на законах специальной науки - метрологии.

Проведение эксперимента. Проведение эксперимента является важнейшим и трудоемким этапом. Экспериментальные исследования необходимо проводить в соответствии с утвержденным планом-программы и особенно методики эксперимента. Начиная эксперимент, окончательно уточняют методику его проведения, последовательность испытаний.

Обработка и анализ экспериментальных данных. Завершается эксперимент переходом от эмпирического изучения к обработке полученных данных, логических обобщений, анализа и теоретической интерпретации полученного фактического материала.