Эксперимент, как научный метод

В зависимости от места проведения испытаний полевые эксперименты подразделяются на производственные, полигонные, полунатурные и т. п. Полевой эксперимент всегда требует тщательного продумывания и планирования, рационального подбора методов исследования. Практически во всех случаях основная научная проблема полевого эксперимента — обеспечить достаточное соответствие (адекватность) условий эксперимента реальной ситуации, в которой будет работать впоследствии создаваемый объект. Поэтому основными задачаᴍᴎ полевого эксперимента являются: изучение характеристик воздействия среды на испытуемый объект; идентификация статистических и динамических параметров объекта; оценка эффективности функционирования объекта и проверка его на соответствие заданным требованиям.

По полученным результатам эксперименты делятся на следующие типы:

•   количественные – эксперименты, в результате которых получены количественные показатели объекта исследования;

• качественные – эксперименты, итогом которых становятся качественные характеристики исследуемого объекта.

По характеру проведения эксперименты выделяют:

• модельные – эксперименты, проводимые со специально созданной моделью объекта исследования;

• реальные – эксперименты, проводимые над объектом исследования в реальных условиях его функционирования при помощи варьирования данных условий;

• мысленные – эксперименты, в которых исследуемый объект ставится в воображаемые условия, которые регулируются законами науки и правилами логики. Основу этого эксперимента составляют чувственные образы или теоретические модели.

Если в реальном эксперименте ученый для воспроизведения, изоляции или  изучения свойств того или иного  явления ставит его в различные  реальные физические условия и варьирует  их, то в мысленном эксперименте эти условия являются воображаемыми, но воображение при этом строго регулируется хорошо известными законами науки и  правилами логики. Ученый оперирует  чувственными образами или теоретическими моделями. Последние тесно связаны  с их теоретической интерпретацией, поэтому мысленный эксперимент  относится скорее к теоретическим, чем к эмпирическим методам исследования. Мысленный эксперимент не может  рассматриваться как форма практической деятельности человека. Экспериментом  в собственном смысле его можно  назвать лишь условно, поскольку  способ рассуждения в нем аналогичен порядку операций в реальном эксперименте. Классическим примером является мысленный  эксперимент Эйнштейна со свободно падающим лифтом. Результатом была формулировка принципа эквивалентности  тяжелой и инертной массы, положенного  в основание общей теории относительности.

По характеру объекта и предмета исследования следует различать:

• социологические;
• экономические (хозяйственные);
• правовые;
• социально психологические;
• педагогические, психологические;
• эстетические эксперименты.

Различия между этими разновидностями  экспериментов определяются спецификой соответствующих научных дисциплин, однако в некоторых случаях различные виды экспериментов могут быть тесно взаимосвязанными, базирующимися на одних и тех же процессах реальности.

По специфике поставленной задачи эксперименты различаются на следующие виды:

• научные и прикладные эксперименты.

Научные эксперименты направлены на приобретение новых знаний, прикладные же - на получение практического эффекта.

• проективные и ретроспективные.

Проективные эксперименты направлены в будущее: исследователь проектирует  проявления предполагаемых следствий, вводя в действие гипотетические причины. Ретроспективные - направлены в прошлое: исследователь манипулирует информацией о совершившихся  событиях, пытается проверить гипотезы о причинах, вызвавших имеющиеся  следствия.

• одно- и много - факторные эксперименты.

Однофакторный, или классический, эксперимент базировался на том  допущении, что исследователь имеет  возможность варьировать факторы, участвующие в исследовательской  ситуации, по одному. Из этого следует, что экспериментатор способен выделить изучаемую зависимость в чистом виде, может четко вычленять воздействующие на зависимую переменную факторы (может, скажем, как-то упорядочить их во времени  и пространстве, “включать” и “выключать”  их по своему усмотрению и т.п.). Однако на самом деле исследовательские  ситуации часто оказываются гораздо более сложными. Многофакторный эксперимент - мощное средство современной науки. К его достоинствам относятся: эффективность использования времени и средств (ведь проведение ряда экспериментов с отдельными, пофакторными модификациями требует значительных затрат), что выражается прежде всего в сокращении числа опытов, необходимых для решения исследовательской задачи; значительная информативность эксперимента (т.к. получаемый результат показывает удельный вес каждого фактора в их совокупном действии); высокая степень достоверности данных (в то время как при попытке использовать методологию классического эксперимента результаты могут оказаться неудовлетворительными из-за воздействий неподконтрольных факторов). Многофакторный эксперимент не просто работает с большим по сравнению с классическим количеством факторов, многофакторный эксперимент представляет собой качественно иной, более эффективный уровень методологического мышления.

Помимо всего вышесказанного, эксперименты могут также различаться по логической структуре доказательства гипотезы. В этом случае выделяют:

• параллельные (симультанные);
• последовательные (сукцессивные) эксперименты.

В параллельном эксперименте доказательство опирается на сравнение состояний  двух объектов, экспериментального и  контрольного (в социальных исследованиях  это, как правило, экспериментальная  и контрольная группа людей) в  одно и то же время. При этом экспериментальной  является группа, на которую оказал воздействие экспериментальный  фактор, контрольной - где этого воздействия  не было.

В последовательном эксперименте контрольная  группа отсутствует. Одна и та же группа является контрольной до введения экспериментального фактора и в качестве экспериментальной  после того, как этот фактор оказал (или мог бы оказать) предполагаемое воздействие.

Помимо перечисленных, в методологии  науки называют и другие виды экспериментов. Так, выделяют в качестве особой разновидности математический, или вычислительный эксперимент: в этом случае на основе компьютерной обработки введенных данных получают результат в виде математического решения той или иной задачи. Он применяется в экологии, сейсмологии, аэродинамике и других науках. К преимуществам математического эксперимента, способствовавшим его широкому применению в современной науке, относится, помимо высокой точности проводимых расчетов, то, что в таком исследовании каждый участвующий фактор можно свободно варьировать при отсутствии того риска катастрофических последствий, который может возникнуть в натурном эксперименте. Математический эксперимент имеет черты, относящиеся к методу моделирования

2. Структура эксперимента.

В структуру эксперимента включаются следующие компоненты:

• субъект, проводящий экспериментальное исследование, или экспериментатор;
• исследуемый объект;
• условия и обстоятельства экспериментирования, к которым относят конкретные условия времени и места, технические средства экспериментирования (прежде всего экспериментальную установку, а также сопутствующие инструменты и приборы) и теоретический контекст, поддерживающий данную исследовательскую ситуацию.

3. Этапы проведения эксперимента.

Процесс проведения эксперимента включает в себя ряд стадий:

• разработка программы  и плана эксперимента;

• проведение эксперимента;

• анализ и обобщение результатов эксперимента;

Далее опишем более подробно каждый из этапов эксперимента.

1. Разработка программы и плана эксперимента.

На начальном этапе исследователь должен осознать и четко сформулировать свою задачу. Как правило, это происходит в виде выдвижения рабочей гипотезы, после чего исследователь, ориентируясь на имеющиеся знания и материально-технические возможности, разрабатывает адекватную этой гипотезе программу эксперимента (экспериментов); в ходе экспериментов должны быть получены данные, подкрепляющие исходную гипотезу либо опровергающие ее.

На этом этапе необходимо продумать цель, смысл, структуру экспериментов, условия их проведения, подобрать адекватный объект исследования, учитывая и этическую сторону (в медико-биологических и гуманитарных науках), необходимые приборы и материалы. Особое значение имеет разработка адекватной методики. Итогом подготовительной деятельности экспериментатора должна явиться программа эксперимента, в которой указаны все компоненты, требующиеся для проведения экспериментального исследования, описаны объем экспериментальных работ, материально-техническое обеспечение, детально изложена методика, а также рассчитаны сроки выполнения. Важнейшим методологическим требованием к плану эксперимента является его реализуемость.  План эксперимента — это определенная логическая схема, выбранная для достижения исследовательских целей. В англоязычной литературе также употребляется термин “дизайн” (design) эксперимента.

Для нужд исследователей сейчас имеются  специальные каталоги планов эксперимента, в которых приводятся сравнительные  оценки различных экспериментальных  дизайнов и даются рекомендации по их выбору в соответствии с конкретными условиями исследований.

2. Проведение эксперимента.

Непосредственное проведение исследований является для экспериментатора наиболее напряженным, динамичным этапом работы, требующим от ученого инициативности, быстроты реакции и внимания. Важную роль в ходе этой стадии работы имеет, как известно, составление и ведение протокола исследования (лабораторного журнала). В протоколе фиксируется информация о ходе эксперимента, действиях экспериментатора, состоянии изучаемого объекта. Предварительная обработка данных позволяет исследователю адекватно откликаться на изменения ситуации, варьировать нужные параметры, активно управлять процессом. Уже на этой стадии ученый может столкнуться с данными, имеющими принципиальное теоретическое значение.

3. Анализ и обобщение результатов эксперимента.

Эта стадия завершает экспериментальное  исследование. Здесь исследователь  проводит общий анализ достигнутых  результатов. Осмысление проведенного исследования, т.е. содержательная интерпретация первичного материала, и составляет задачу третьей стадии. Исследователь оценивает сами полученные данные — насколько они отвечают статистическим требованиям, не содержат ли они систематические ошибки и артефакты (искусственно произведенные лабораторные эффекты, не имеющие объективного значения). Далее исследователь производит сопоставление исходной гипотезы с полученными данными. 

Таким образом, в научной  практике экспериментальное исследование представляет собой, как правило, не изолированный единичный эксперимент, а некоторую систему взаимосвязанных  экспериментальных работ, объединенную общим замыслом и соотнесенную с  определенным теоретическим контекстом.

4. Достоинства эксперимента как научного метода

Применение эксперимента в научных методах имеет следующие достоинства:

• по желанию исследователя изучаемый  объект может не только наблюдаться, но и воспроизводиться;

• в искусственно созданных условиях могут выявиться новые свойства изучаемого объекта, которые нельзя увидеть в реальных условиях;

• искусственно созданные условия  позволяют исключить неблагоприятные  факторы, которые могут затруднить процесс изучения;

• эксперимент позволяет использовать различные приборы и инструменты  для исследования объекта, которые  не могут быть использованы в реальных условиях;

• эксперимент можно повторять  столько раз, сколько требуется для исследования.

 

Заключение.

К особенностям современного научного эксперимента относят, прежде всего, высокий уровень его материально-технического обеспечения, требующий, как правило, работы целого научного коллектива; использование мощных технологий обработки данных (компьютерных методов, схем статистического анализа, использование приемов математического моделирования); взаимодействие подходов из различных областей науки для решения конкретных проблем (например, применение методов физики в биологических исследованиях).

Однако принцип активного вмешательства, лежащий в основе экспериментального метода, вызывает к жизни ряд проблем. Это, прежде всего проблемы этического и технического порядка, накладывающие на экспериментальный метод существенные ограничения.   Далее, важной технической проблемой методологии современного эксперимента является проблема воздействия экспериментальной установки на сам изучаемый объект и устранимые и неустранимые эффекты такого воздействия. Здесь методология эксперимента тоже наталкивается на ряд специфических ограничений, связанных с особенностями изучаемых объектов.