Методы научных исследований. 3

Содержание 

Введение……………………………………………….…………………………..3

1. Роль эксперимента в процессе познания………………….…………………..5

2. Фактор, изучаемый в эксперименте……………………….…………………..6

3.Виды экспериментов……………………………………………………………8

4. Комплектование  экспериментальных групп………………...………………15

5. Организация  эксперимента…………………………………...………………16

6. Результаты  эксперимента, их обработка и  интерпретация………...………18

Заключение……………………………………………………………………….22

Список  литературы………………………………...…………………………….23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Познание окружающего мира характерно для всех живых существ, в том числе и человека, который научился эффективно приобретать новые знания, использовать их в своей жизни и накапливать для передачи последующим поколениям. По мере изучения какого-либо явления, перед человеком все больше открываются его свойства и связи с другими явлениями. Такой процесс познания называют постижением истины. Истина – это верное отражение свойств изучаемых предметов или явлений, которые не зависят ни от конкретного человека, ни от всего человечества. Истина всегда относительна. Однако в ней содержится частичка такого знания, которое не может быть отвергнуто дальнейшим развитием познания – знания абсолютного. Каждый последующий шаг в познании прибавляет новые зерна в эту сумму абсолютной истины. Исходя из целей познания, можно сформулировать критерий истинности наших знаний. Он определяется практикой, т.е. тем, насколько успешно их может применять человечество. Истинно то, что прямо или косвенно подтверждено практической деятельностью человека.

     В настоящее время главенствующую роль в процессе познания занимает научное познание. Наука занимается выработкой и теоретической систематизацией объективных, т.е. не зависящих от конкретного исследователя, знаний о действительности.

     Объектом  изучения в настоящей работе является эксперимент как научный метод. Очевидно, эксперимент можно изучать с различных точек зрения: истории возникновения, развитие, классификации, описание особенностей и так далее. В данной работе остановимся на таких важных элементах рассмотрения как практический базис экспериментального исследования, его общее строение, логические средства и методы.

     Дело  в том, что среди многих методов, которыми пользуется современная наука, особое значение имеет эксперимент, ставший в руках ученых наиболее действенным средством познания. А поскольку наука представляет собой одну из наиболее динамических частей человеческой культуры, то вместе с ней меняются и средства познания. Методология как своего рода разведочная наука должна отслеживать эти изменения и в определенной мере предсказывать их. Особое значение в этом плане имеет изучение эксперимента, роль которого в научном познании несомненно очень велика и постоянно возрастает. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Роль эксперимента в процессе познания 

     Эксперимент – это метод познания, при помощи которого все явления действительности исследуются в управляемых условиях.

     Эксперимент осуществляется на основе теории, определяющей постановку задачи и интерпретацию  результатов. В отличие от наблюдения, в эксперименте изучаемый объект подвергается активному воздействию, что значительно увеличивает возможность его исследования. Он является практическим испытанием природы, ее свойств.

     Основными требованиями к научному эксперименту являются объективность, т.е. независимость от наблюдателя, и воспроизводимость. Повторение эксперимента в другом месте, в другое время, с иными физическими объектами и измерительными приборами при тех же значениях физических величин, задающих экспериментальную ситуацию, должно давать те же значения для характеристик явления. Именно воспроизводимость эксперимента обеспечивает достаточную надежность описания явления.

     Экспериментальный метод исследования появился в начале XVII в., когда Галилео Галилей впервые применил его для изучения механического движения тел. В настоящее время в качестве источника сведений о явлениях эксперимент играет основную роль.

     В то же время наблюдение природных  явлений и измерение их параметров сохраняет его значение в областях, где масштабы явлений не позволяют  воспроизвести их в лабораторных условиях (в астрофизике, небесной механике, геофизике).

     Эксперимент – более сложный метод эмпирического  познания по  сравнению с наблюдением. Он предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект для выявления и изучения тех или иных его сторон, свойств, связей. Обладает рядом присущих только ему особенностей:

     - эксперимент позволяет изучать объект в «очищенном» виде, то есть устранять всякого рода побочные факторы, наслоения, затрудняющие процесс исследования;

     - в ходе эксперимента объект может быть поставлен в некоторые искусственные, в частности, экстремальные условия (при сверхнизких температурах, при высоких давлениях, при огромных напряжениях электромагнитного поля и др.);

     - изучая какой-либо процесс, экспериментатор может вмешиваться в него, активно влиять на его протекание;

     - проводимые эксперименты могут быть повторены столько раз, сколько это необходимо для получения достоверных результатов. 

     2. Фактор, изучаемый в эксперименте 

     В зависимости от характера проблем, решаемых в ходе экспериментов,

последние обычно подразделяются на исследовательские  и проверочные.

     Исследовательские дают возможность обнаружить у объекта  новые, неизвестные свойства. Результатом  такого эксперимента могут быть выводы, не вытекающие из имевшихся знаний об объекте исследования. Проверочные служат для проверки, подтверждения тех или иных теоретических построений.

     В соответствие с целями экспериментов, методами анализа результатов и  построения модели вид модели определяется подобранными критериями планирования, в которые входят:

     -число  варьируемых факторов;

     -число  уровней (значений) каждого фактора  (являются ли уровни факторов  качественными или количественными,  фиксированными или случайными);

     -необходимое  число измерений отклика (выявлять  ли влияние факторов друг на  друга, каков вид ограничений,  требуемая точность).

     При выборе факторов необходимо решить, какие отклики нас интересуют, то есть какие из них необходимо измерить, а затем какие факторы влияют на эти отклики. Факторы могут быть постоянны и играть роль граничных условий; переменны, но неуправляемы и вносить ошибку в эксперимент; измеряемы и управляемы. Планирование и анализ эксперимента представляет собой важную ветвь статистических методов, разработанную для решения разнообразных задач, возникающих перед исследователями. В одном случае необходимо обнаружить и проверить причинную связь между входными переменными (факторами) и выходными переменными (откликами), в другом – отыскать оптимальные условия ведения процесса или сравнить изучаемые объекты и т.д.

     Под планированием эксперимента понимается процедура выбора числа опытов и  условий их проведения, необходимых  для решения поставленной задачи с требуемой точностью. Все переменные, определяющие изучаемый объект, изменяются одновременно по специальным правилам. Результаты эксперимента представляются в виде математической модели, обладающей определенными статистическими свойствами, например минимальной дисперсией оценок параметров модели.

     Для экспериментаторов, которые не занимаются планированием многофакторного эксперимента, наиболее привычным методом исследования является однофакторный эксперимент. Он заключается в том, что варьируется один фактор на нескольких уровнях, а все другие факторы поддерживаются постоянными. В этом случае можно получить количественную оценку эффекта только одного фактора.

     Влияние других факторов оценить нельзя. Выводы о влиянии изучаемого фактора  могут существенно различаться  в зависимости от уровня фиксирования прочих факторов. Это часто приводит к ошибочным рекомендациям. Лишь в тех случаях, когда отклик является функцией одного фактора, однофакторный эксперимент вполне закономерен.

     Однако  на практике приходится иметь дело с многофакторными объектами, где  однофакторный эксперимент неэффективен.

     В многофакторных планах одновременно варьируется несколько факторов, а не каждый в отдельности. 

     3. Виды экспериментов

     Физический эксперимент

     Физический  эксперимент — способ познания природы, заключающийся в изучении природных явлений в специально созданных условиях. В отличие от теоретической физики, которая исследует математические модели природы, физический эксперимент призван исследовать саму природу.

     Именно  несогласие с результатом физического эксперимента является критерием ошибочности физической теории, или более точно, неприменимости теории к окружающему нас миру. Обратное утверждение не верно: согласие с экспериментом не может быть доказательством правильности (применимости) теории. То есть главным критерием жизнеспособности физической теории является проверка экспериментом.

     В идеале, экспериментальная физика должна давать только описание результатов эксперимента, без какой-либо их интерпретации. Однако на практике это недостижимо. Интерпретация результатов более-менее сложного физического эксперимента неизбежно опирается на то, что у нас есть понимание, как ведут себя все элементы экспериментальной установки. Такое понимание, в свою очередь, не может не опираться на какие-либо теории.

     Компьютерный эксперимент

     Компьютерный (численный) эксперимент - это эксперимент  над математической моделью объекта исследования на ЭВМ, который состоит в том что, по одним параметрам модели вычисляются другие ее параметры и на этой основе делаются выводы о свойствах объекта, описываемого математической моделью. Данный вид эксперимента можно лишь условно отнести к эксперименту, потому как он не отражает природные явления, а лишь является численной реализацией созданной человеком математической модели. Действительно, при некорректности в мат. модели - ее численное решение может быть строго расходящимся с физическим экспериментом.

     Психологический эксперимент

     Психологический эксперимент — проводимый в специальных условиях опыт для получения новых научных знаний посредством целенаправленного вмешательства исследователя в жизнедеятельность испытуемого.

     В психологии экспериментальное исследование обладает своей спецификой, позволяющей рассматривать его отдельно от исследований в других науках. Специфика психологического эксперимента заключается в том, что:

  • Психику как конструкт невозможно объективно наблюдать и о её деятельности можно узнать, лишь основываясь на её проявлениях, к примеру, в виде определённого поведения.
  • При изучении психических процессов считается невозможным выделить какой-то один из них, и воздействие всегда происходит на психику в целом (или, с современной точки зрения, на организм как единую неделимую систему).
  • В экспериментах с людьми (а также некоторыми высшими животными, например, приматами) происходит активное взаимодействие между экспериментатором и испытуемым.
  • Данное взаимодействие в том числе делает необходимым наличие инструкции испытуемому (что, очевидно, нехарактерно для естественно-научных экспериментов).

     В зависимости от способа проведения

     Выделяют  главным образом три вида экспериментов:

  • Лабораторный эксперимент
  • Полевой, или естественный эксперимент
  • Формирующий, или психолого-педагогический эксперимент  этого вида в данную классификацию нарушает правила построения классификации. Во-первых каждый объект (в данном случае исследование) можно отнести только к одному виду. Однако формирующий эксперимент может быть и лабораторным и естественным. Например, эксперименты И.П.Павлова по выработке условных рефлексов у собак - это лабораторный формирующий эксперимент, а эксперименты в рамках теории развивающего обучения Эльконина и Давыдова, это преимущественно полевые формирующие эксперименты. Во-вторых, у классификации должно быть только одно основание, т.е. виды разделяются по одному признаку. Однако по такому признаку как способ проведение или условия проведения можно выделить только лабораторный и полевой эксперименты, а формирующий эксперимент выделен по другому признаку.

     В зависимости от условий проведения выделяют

  • Лабораторный эксперимент- условия специально организуются экспериментатором. Основная задача обеспечить высокую внутреннюю валидность. Характерно выделение единичной независимой переменной. Основной способ контроля внешних переменных - элиминация (устранение). Внешняя валидность ниже чем в полевом эксперименте.
  • Полевой, или естественный эксперимент - эксперимент проводится в условиях, которые экспериментатор не контролирует. Основная задача обеспечить высокую внешнюю валидность. Характерно выделение комплексной независимой переменной. Основные способы контроля внешних переменных - рандомизация (уровни внешних переменных в исследовании точно соответствуют уровням этих переменных в жизни т.е. за пределами исследования) и константность (сделать уровень переменной одинаковым для всех участников). Внутренняя валидность как правило ниже, чем в лабораторных экспериментах.

     В зависимости от результата воздействия выделяют

     Констатирующий  эксперимент - экспериментатор не изменяет свойства участника необратимо, не формирует у него новых свойств  и не развивает те, которые уже  существуют.

     Формирующий эксперимент - экспериментатор изменяет участника необратимо, формирует  у него такие свойства, которых  раньше не было или развивает те, которые уже существовали.

     В зависимости от этапа исследования

  • Пилотажное  исследование (так называемое черновое, пробное исследование)
  • Собственно эксперимент

     В зависимости от уровня осознанности

     В зависимости от уровня осознанности эксперименты также можно разделить  на

  • те, в которых испытуемому даются полные сведения о целях и задачах исследования,
  • те, в которых в целях эксперимента некоторая информация о нём от испытуемого утаивается или искажается (например, когда необходимо, чтобы испытуемый не знал об истинной гипотезе исследования, ему могут сообщить ложную),
  • и те, в которых испытуемому неизвестно о целях эксперимента или даже о самом факте эксперимента (например, эксперименты с привлечением детей).

     Мысленный эксперимент

     Мысленный эксперимент в философии, физике и некоторых других областях знания — вид познавательной деятельности, в которой структура реального  эксперимента воспроизводится в  воображении. Как правило, мысленный  эксперимент проводится в рамках некоторой модели (теории) для проверки её непротиворечивости. При проведении мысленного эксперимента могут обнаружиться противоречия внутренних постулатов модели либо их несовместимость с внешними (по отношению к данной модели) принципами, которые считаются безусловно истинными (например, с законом сохранения энергии, принципом причинности и т. д.).

     Мысленный эксперимент в физике, философии и некоторых других областях знания — вид познавательной деятельности, в которой ключевая для той или иной научной теории ситуация разыгрывается не в реальном эксперименте, а в воображении. Мысленный эксперимент в физике зачастую напоминает доказательство теоремы методом от противного в математике, когда некоторое положение физической модели или схемы сначала отвергается, а затем путём преобразования модели мы приходим к противоречию с тем или иным принципом, который считается безусловно истинным. Например, с принципом отсутствия достаточного основания в ситуации зеркальной или какой-либо иной геометрической симметрии, принципом галилеевской инвариантности, принципом невозможности вечного двигателя, принцип невозможности вечного двигателя второго рода, принципом причинности и т. д.

     История механики в Новое время начинается с нескольких классических мысленных экспериментов Галилея. Это мысленный эксперимент с комнатой на корабле (находясь в комнате на корабле, мы никакими способами не можем установить, движется ли корабль или стоит на месте); мысленный эксперимент с падающими телами (если тяжёлое тело А падает быстрее лёгкого тела Б, как это считает Аристотель, то как будет падать тело, составленное из двух этих тел? Лёгкое тело должно тормозить тяжёлое, поэтому тело А+Б будет отставать от тела А. Но с другой стороны, тело А+Б тяжелее тела A, поэтому оно будет обгонять его: противоречие); мысленные эксперименты с маятником и так называемыми «горками Галилея». Яркие мысленные эксперименты в механике были изобретены Симоном Стевином и Христианом Гюйгенсом. Но следует отметить, что порой легко ошибиться в мысленных экспериментах, ибо строя мысленную модель, крайне легко опустить значимые факторы. Так например: в вакууме при одинаковой гравитации тела А, Б и А+Б упадут с одинаковой скоростью (вне зависимости от объёма), но если же мы берём модель с атмосферой, то её надо учитывать (и потому надо учитывать и объём тел), и в итоге получится, что А будет падать быстрее всех, затем А+Б и последним Б (по уменьшению соотношения масса/объём, а точнее сопротивление воздуху, хотя опять же упрощение, что нет разницы, как расположить тела А+Б относительно друг друга).

     Богата  мысленными экспериментами и история  термодинамики, начинающаяся с работы Сади Карно Рассуждения о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. В этом трактате были рассмотрены мысленные эксперименты с идеальной тепловой машиной Карно, в которых было показано, что максимальный КПД тепловой машины не зависит от используемого в ней рабочего вещества и определяется только температурами нагревателя и холодильника. Известны также мысленные эксперименты Густава Кирхгофа и Вильгельма Вина, связанные с термодинамикой излучения.

     В некоторых случаях мысленный  эксперимент обнаруживает противоречия теории и «обыденного сознания», что далеко не всегда является свидетельством неверности теории. Так, знаменитый парадокс близнецов является, в сущности, мысленным экспериментом, демонстрирующим неприменимость «обыденного сознания» в релятивистской физике. Апории Зенона («Стадион», «Ахиллес и черепаха», «Стрела») также являются мысленными экспериментами, демонстрирующими логическую противоречивость представлений о дискретности пространства и времени.

     Термин  «мысленный эксперимент» (нем. Gedankenexperiment) ввёл немецкий учёный Эрнст Мах.

     Критический эксперимент

     Критический эксперимент — эксперимент, исход которого однозначно определяет, является ли конкретная теория или гипотеза верной. Этот эксперимент должен дать предсказанный результат, который не может быть выведен из других, общепринятых гипотез и теорий.

     Experimentum crucis  (решающий опыт; буквально «опыт креста»; иногда также говорят «критический эксперимент») —эксперимент, исход которого однозначно определяет, является ли конкретная теория или гипотеза верной. Этот эксперимент должен дать предсказанный результат, который не может быть выведен из других, общепринятых гипотез и теорий. Термин «экспериментум круцис» введён Френсисом Бэконом. Карл Поппер считал наличие «экспериментум круцис» критерием достоверности научного знания.

     Постановка  такого эксперимента считается необходимым  условием для принятия конкретной гипотезы или теории в состав общепризнанного  корпуса научных знаний. В истории науки нередки случаи, когда теория разрабатывается во всей полноте ещё до постановки критического эксперимента. Теория, согласующаяся с уже известными экспериментами, но не выдавшая пока свой критический эксперимент, обычно считается заслуживающей дальнейших исследований — для поиска возможности экспериментальной проверки.

     Для двадцатого века знаменитым примером experimentum crucis явилась экспедиция на остров Принсипи у побережья Африки, предпринятая в 1919 году Артуром Эддингтоном для измерения положений звёзд, находящихся рядом с Солнцем во время солнечного затмения. Наблюдения положений звёзд подтвердили существование гравитационного линзирования, предсказанного Альбертом Эйнштейном в опубликованной в 1915 году общей теории относительности. Наблюдения Эддингтона стали первым веским подтверждением теории Эйнштейна.

     В некоторых случаях выдвинутая теория может опираться на ранее полученные экспериментальные результаты, если ни одна существующая теория не может дать им объяснения. Примером может послужить способность квантовой гипотезы, предложенной в1900 году Максом Планком, объяснить наблюдаемый спектр абсолютно чёрного тела — экспериментальный результат, расходящийся с предсказаниями классического закона Рэлея — Джинса. Однако такие случаи не считаются достаточно сильным доказательством для окончательного принятия новой теории. В примере с квантовой механикой для полного её признания потребовалось успешное подтверждение теории новыми оправдавшимися предсказаниями. 

4. Комплектование  экспериментальных групп 

     Метод эксперимента предполагает проведение строго регламентированного исследования, направленного на какой-либо аспект работы организации. В процессе проведения эксперимента психолог должен отобрать две группы: экспериментальную и контрольную.

     Экспериментальной группой называется та группа, к которой применяется изучаемая независимая переменная; контрольная группа остается вне экспериментального воздействия. Экспериментальная группа — группа работников, непосредственно соприкасающаяся с исследуемой проблемой, контрольная — не соприкасающаяся с данной проблемой группа людей. В прочих параметрах группы должны быть идентичны.

     По  способу комплектования экспериментальных групп предпочтительны метод случайной выборки и отбор по принципу соответствия. Наиболее эффективна группа, отобранная по принципу соответствия участников группы, но отбор по этому принципу более дорогой, чем способ отбора респондентов на основе случайной выборки.

     Экспериментальная и контрольная группы должны быть практически идентичными. Идентичность экспериментальной и контрольной  групп достигается двумя способами. Первый способ - попарное выравнивание объектов по значимым переменным, установленным до проведения экспериментальных операций. Выравнивание можно осуществить путем подбора для каждого объекта экспериментальной группы идентичного объекта в контрольной группе. Например, если в экспериментальную группу входит мужчина 40 лет с высшим гуманитарным образованием, в контрольной группе должен быть его «двойник» с такими же параметрами. Очевидно, подбор «двойников» возможен лишь при очень ограниченном числе переменных. В противном случае комплектование групп превращается в неразрешимую задачу.