Методика та організація наукових досліджень

6.2. Класифікація експериментів

1) За призначенням об’єкта експерименту: природничо-наукові, виробничі, педагогічні, соціологічні, економічні тощо.

2) За характером зовнішніх впливів на об’єкт дослідження:

речовинні, енергетичні, інформаційні.

- Речовинний експеримент передбачає вивчення впливу різних речовинних факторів на стан об’єкта дослідження, наприклад, вплив різних домішок на якість сталі.

- Енергетичний експеримент використовується для вивчення впливу різних видів енергії (електромагнітної, механічної, теплової тощо) на об’єкт дослідження.

- Інформаційний експеримент використовується для вивчення впливу інформації на об’єкт дослідження [8].

3) За характером об’єктів та явищ, що вивчаються в експерименті:

технологічні, соціометричні тощо.

- Технологічний експеримент спрямований на вивчення елементів технологічного процесу (продукції, обладнання, діяльності робітників тощо) або процесу в цілому.

- Соціометричний експеримент використовується для вимірювання існуючих міжособистісних соціально-психологічних відносин у малих групах з метою їх подальшої зміни.

4) За структурою об’єктів та явищ, що вивчаються в експерименті:

прості та складні.

- Простий експеримент використовується для вивчення простих об’єктів, які мають у своєму складі невелику кількість взаємозв’язаних та взаємодіючих елементів, що виконують прості функції.

- У складному експерименті вивчаються явища або об’єкти з розгалуженою структурою та великою кількістю взаємозв’язаних та взаємодіючих елементів, що виконують складні функції.

5) За способом формування умов проведення експерименту:

природні та штучні.

- Природні експерименти характерні для біологічних, соціальних, педагогічних, психологічних наук, наприклад, при вивченні соціальних явищ (соціальний експеримент) в обставинах, наприклад, виробництва, побуту тощо.

- Штучні експерименти широко використовуються в багатьох природничо-наукових або технічних дослідженнях. У цьому випадку вивчаються явища, що ізольовані до потрібного стану, для того щоб оцінити їв в кількісному та якісному відношеннях [13].

6) За організацією проведення експерименту: лабораторні, натурні,

польові, виробничі, відкриті або закриті тощо.

- Лабораторні досліди проводять з використанням типових приладів, спеціальних моделюючих установок, стендів, обладнання тощо.

- Натурний експеримент проводиться в природних умовах та на реальних об’єктах. Залежно від місця проведення натурні експерименти поділяють на виробничі, польові, полігонні тощо.

Експерименти можуть бути відкритими та закритими. Такі типи експериментів значно поширені в психології, соціології, педагогіці. У відкритому експерименті його завдання відкрито пояснюються тим, хто досліджується, у закритому - для одержання об’єктивних даних завдання експерименту приховуються.

7) За характером взаємодії засобу експериментального дослідження з об’єктом дослідження: звичайні та модельні.

- Звичайний (класичний) експеримент включає експериментатора, об’єкт або предмет експериментального дослідження та засоби, за допомогою яких проводиться експеримент.

- Модельний експеримент базується на використанні як об’єкта, що досліджується, моделі, яка може не тільки заміщувати в дослідженні реальний об’єкт, але і умови, в яких він вивчається.

8) За типом моделей, що досліджуються в експерименті: матеріальні та розумові.

- Матеріальний експеримент є формою об’єктивного матеріального зв’язку свідомості з зовнішнім світом. У матеріальному експерименті використовуються матеріальні об’єкти дослідження.

- Розумовий (ідеалізований, уявний) експеримент є однією з форм розумової діяльності суб’єкта, у процесі якої в його уяві відтворюється структура реального експерименту, тобто засобами розумового експерименту є розумові моделі (чуттєві образи, образно- знакові моделі, знакові моделі).

9) За величинами, що контролюються в експерименті: пасивні та активні.

- Активним називають експеримент, під час виконання якого дослідник може, за своїм бажанням, змінити рівень факторів і активно втручатись у процес дослідження. У цих умовах дослідник може планувати як однофакторний, так і багатофакторний експеримент.

- Пасивним називають експеримент, яким неможливо керувати. Умови проведення такого експерименту змінюються без участі дослідника. Постановка такого експерименту є простою, але точність результатів набагато нижча порівняно з активним експериментом. Рекомендації, розроблені на основі пасивного експерименту, мають значення тільки для умов його проведення [19].

10) За способом формування умов - лабораторні, виробничі.

11) За метою дослідження - констатуючі, контролюючі, пошукові, вирішальні;

- Перетворюючий (творчий) експеримент включає активну зміну структури та функцій об’єкта дослідження у відповідності до висунутої гіпотези, формування нових зв’язків та відносин між компонентами об’єкта або між досліджуваним об’єктом та іншими об’єктами.

- Констатуючий експеримент використовується для перевірки відповідних передбачень. У процесі такого експерименту констатується наявність визначеного зв’язку між впливом на об’єкт дослідження та результатом.

- Контролюючий експеримент зводиться до контролю за результатами зовнішніх впливів на об’єкт дослідження з урахуванням його стану, характеру впливу та ефекту, що очікується.

12) За характером взаємодії засобів дослідження з об´єктом дослідження — натуральні або змодельовані.

13) За типом моделей, які досліджуються в експерименті, - реальні або віртуальні (у думках та на ЕОМ).

14) За числом факторів, що варіюються в експерименті:

однофакторні та багатофакторні [29].

Величини, що діють на об´єкт дослідження і здатні змінити його стан, називають факторами. Фактори бувають змінними, сталими і некерованими. Змінним фактором (х, і=1, п) називають контрольовану (вимірювану) змінну величину, що набуває на певний проміжок часу сталого значення. Сталим називають фактор, який не змінює свого значення протягом усього експерименту. Тобто, сталі фактори фіксуються на визначених рівнях, і вживаються заходи для того, щоб ці рівні практично залишались незмінними.

На об´єкт дослідження впливає низка факторів, які важко або взагалі неможливо врахувати. Такі фактори називають некерованими, або збуреннями. Дію цих факторів на об´єкт дослідження ще називають рівнем шуму. Наявність шуму під час експерименту знижує його точність, надійність та ускладнює аналіз отриманих результатів.

Зміна стану об´єкта дослідження, яка спричинена впливом змінних факторів, називається вихідним параметром. Таким чином, експериментом можна назвати сукупність дослідів, скерованих на вивчення залежності вихідного параметра від факторів, що діють на об´єкт. Частину експерименту, виконану при певному значенні одного або декількох факторів, називають дослідом.

Однофакторним називають експеримент, під час якого визначається вплив на об´єкт дослідження тільки одного змінного фактора. Саме класична методика експериментальних досліджень базується на серії однофакторних експериментів.

Багатофакторним називають експеримент, під час якого на об´єкт дослідження одночасно діють декілька змінних факторів. Метод багатофакторного експерименту дає змогу отримати математичну модель процесу у вигляді рівняння, за яким оцінюють вплив на об´єкт дослідження як окремих факторів, так і їх взаємодію. Планування та оброблення отриманих результатів здійснюється за допомогою формалізованих методів, які будуть розглянуті далі.

Існують два види завдань, які вирішує основний експеримент: інтерполяційні та оптимізаційні. Розв´язання оптимізаційних задач полягає у пошуку оптимальних умов перебігу процесу. Розв´язання

інтерполяційних задач полягає у виявленні кількісних залежностей між різними факторами з метою математичного опису процесу.

До об´єкта дослідження ставляться такі вимоги:

- результати дослідів повинні відтворюватися; відхилення значень результатів дослідів, які здійснюються в однакових умовах через певний проміжок часу, не повинні перевищувати величини, визначеної методами математичної статистики;

- об´єкт дослідження має бути керованим, тобто повинна бути забезпечена можливість у кожному досліді обирати потрібні рівні факторів під час проведення активного експерименту.

Параметр оцінки - це результат досліду у відповідних умовах, або реакція об´єкта дослідження на дію факторів. До вихідних факторів висуваються такі вимоги:

- параметр оцінки повинен оцінюватись кількісно; множина значень, яких може набувати параметр оцінки, називається областю визначення;

- параметр оцінки повинен виражатись одним числом, без додаткових дій, вказівок;

- заданому набору факторів повинно відповідати тільки одне значення параметра; якщо під час повторення досліду в тих самих умовах величини параметра значно відрізняються (досліди не відтворюються), це означає, що не врахований якийсь важливий фактор або задане значення фактора змінюється у процесі дослідів;

- якщо параметром обрано декілька функціонально зв´язаних величин, перевагу доцільно надати тій, яку можна визначити з найбільшою точністю;

- параметр має бути універсальним для всебічної оцінки процесу; властивості універсальності мають комплексні параметри; технічні параметри в багатьох випадках є недостатньо універсальними;

- параметр бажано мати простим, який легко обчислюється і має фізичний зміст.

Після того, як обрано об´єкт дослідження і визначено вихідні параметри, необхідно розглянути всі існуючі фактори. Кожний фактор має свою сферу визначення. До факторів висуваються такі вимоги:

- для проведення активного експерименту фактори повинні бути керованими, тобто підпорядковуватись досліднику;

- у методиці необхідно визначити операційність факторів, тобто зазначити, як встановлюються рівні їх величини, чим регулюються, вимірюються і фіксуються; потрібно чітко знати розмірність усіх факторів і вихідного параметра;

- при визначенні величини фактора повинна забезпечуватися висока точність і відрізнятись на декілька порядків від інтервалу зміни його рівня.

До сукупності факторів, що діють на об´єкт дослідження, ставляться додаткові вимоги, а саме:

- фактори не повинні корелювати між собою, тобто при зміні одного фактора інший не повинен змінюватися; у випадку наявності кореляції в якості фактора можна приймати відношення двох факторів, логарифм їх відношення тощо;

- фактори повинні бути сумісними, тобто наявність одного з них не повинна виключати іншого [41; 53].

Після обрання об´єкта дослідження, параметра і факторів, а також визначення виду експерименту переходять до складання плану його виконання.