Общая характеристика и классификация экспериментов

Автор: Пользователь скрыл имя, 15 Декабря 2010 в 00:55, реферат

Описание работы

Каждый эксперимент представляет собой совокупность трех составных частей: исследуемого явления (процесса, объекта), условий и средств проведения эксперимента. Эксперимент проводится в несколько этапов:
• предметно-содержательное изучение исследуемого процесса (или объекта) и его математическое описание (если необходимо) на основе имеющейся априорной информации, анализ условий и средств проведения эксперимента;
• создание условий для проведения эксперимента и функционирования исследуемого объекта в желаемом режиме, обеспечивающем наиболее эффективное наблюдение за ним;
• сбор, регистрация и предварительная обработка экспериментальных данных;
• представление результатов обработки в требуемой форме;
• содержательный анализ и интерпретация результатов эксперимента, как правило, с использованием методов цифровой обработки сигналов;
• использование результатов эксперимента (коррекция физической модели явления или объекта, принятие решения о состоянии объекта, оценка параметров процесса, построение модели для прогноза, управления или оптимизации и др.).

Работа содержит 1 файл

Общая характеристика и классификация экспериментов.docx

— 54.56 Кб (Скачать)
Общая характеристика и  классификация экспериментов
   Каждый  эксперимент представляет собой  совокупность трех составных частей: исследуемого явления (процесса, объекта), условий и средств проведения эксперимента. Эксперимент проводится в несколько этапов:

   ·  предметно-содержательное изучение исследуемого процесса (или объекта) и его математическое описание (если необходимо) на основе имеющейся априорной информации, анализ условий и средств проведения эксперимента;

   ·  создание условий для проведения эксперимента и функционирования исследуемого объекта в желаемом режиме, обеспечивающем наиболее эффективное наблюдение за ним;

   ·  сбор, регистрация и предварительная обработка экспериментальных данных;

   ·  представление результатов обработки в требуемой форме;

   ·  содержательный анализ и интерпретация результатов эксперимента, как правило, с использованием методов цифровой обработки сигналов;

   ·  использование результатов эксперимента (коррекция физической модели явления или объекта, принятие решения о состоянии объекта, оценка параметров процесса, построение модели для прогноза, управления или оптимизации и др.).

   В зависимости от типа исследуемого объекта (явления) выделяют несколько классов экспериментов: физические, инженерные, медицинские, биологические, экономические, социологические и др. Наиболее глубоко разработаны общие вопросы проведения физических и инженерных экспериментов, в которых исследуются естественные или искусственные физические объекты (устройства) и протекающие в них процессы. Как правило, при их проведении исследователь может неоднократно повторять измерения физических величин в сходных условиях, задавать желаемые значения входных (объясняющих) переменных, изменять их в широких масштабах, фиксировать или устранять влияние тех факторов, зависимость от которых в настоящий момент не исследуется. Далее в основном будет идти речь именно об этом классе экспериментов. В экспериментах других классов аналогичные возможности существенно ограничены. В частности, для экономических экспериментов характерны малый объем экспериментальных данных, зачастую отсутствие возможностей повторения эксперимента в аналогичных условиях, влияние большого числа неуправляемых и неконтролируемых факторов. Тем не менее некоторые методы, используемые при проведении физических и инженерных экспериментов, например методы статистической обработки данных, могут с успехом применяться и в нетехнических задачах.

   Классификацию экспериментов можно провести по следующим признакам:

   ·  степени близости информационных датчиков (или измерительной системы), используемых в эксперименте, к объекту, в отношении которого планируется получение информации; различают: натурный, стендовый (или полигонный), модельный, вычислительный эксперименты;

   ·  цели проведения – исследование, испытание (контроль), управ ление (оптимизация, настройка);

   ·  степени влияния на условия проведения эксперимента (пассив ный и активный эксперименты);

   ·  степени участия человека (эксперименты с использованием автоматических, автоматизированных и неавтоматизированных средств проведения эксперимента).

   Результатом эксперимента в широком смысле является теоретическое осмысление экспериментальных  данных (результатов непосредственного  измерения, получаемых в ходе эксперимента) и установление законов и причинно-следственных связей, позволяющих предсказывать  ход интересующих исследователя  явлений, выбирать такие условия (воздействия), при которых удается добиться требуемого или наиболее благоприятного их протекания. В более узком смысле под результатом эксперимента часто  понимаются формирование математической (или описательной) модели явления  или получение значений параметров, устанавливающих формальные функциональные или вероятностные связи между  различными переменными, процессами или  явлениями. Получению именно этого  результата служат хорошо разработанные  методы статистической обработки экспериментальных  данных.

   Необходимо  отметить, что получение в ходе эксперимента математической модели или оценки параметров сигнала является необходимым, но не достаточным условием результативности эксперимента и его полезности для развития соответствующей предметной области. Это в особой степени относится к нетехническим отраслям знания. Выявленные статистические связи между различными величинами или процессами могут не соответствовать их причинной зависимости. Вопрос о наличии причинных отношений между наблюдаемыми величинами должен решаться исследователем на основании предметно-содержательного анализа эксперимента, которым должен непременно и начинаться, и заканчиваться эксперимент. Задача истолкования подмеченной связи часто является очень трудной.

   Содержательный  анализ математических моделей обладает спецификой для различных предметных областей. Поэтому рассмотрение этих вопросов, несмотря на всю их важность, выходит за рамки курса.

   Общие сведения о средствах проведения эксперимента
   Исходная  информация для последующего анализа  исследуемого явления (или объекта) формируется с помощью средств проведения эксперимента, представляющих собой совокупность средств измерений различных типов (измерительных устройств, преобразователей, датчиков и принадлежностей к ним), каналов передачи информации и вспомогательных устройств для обеспечения условий проведения эксперимента. В различных предметных областях совокупность средств для проведения эксперимента может называться по-разному (например, экспериментальная установка, информационно-измерительная система, измерительная система). В дальнейшем будем пользоваться термином "измерительная система" (ИС). В зависимости от целей эксперимента иногда различают измерительные информационные (исследование), измерительные контролирующие (контроль, испытание) и измерительные управляющие (управление, оптимизация) системы, которые различаются в общем случае как составом оборудования, так и сложностью обработки экспериментальных данных.

   Состав  средств измерений, входящих в измерительную  систему и выполняющих функции  датчиков сигналов, формирователей воздействий  на исследуемый объект, в существенной степени определяется задачами эксперимента, которые ставятся при его планировании. То же самое можно сказать и о предварительном выборе методов обработки экспериментальных данных, которые могут в дальнейшем уточняться по мере получения экспериментальной информации об объекте исследования и условиях проведения эксперимента.

   В связи с возрастанием сложности  экспериментальных исследований (это  проявляется в увеличении числа  измеряемых величин, большом количестве информационных каналов, повышении  требований к качеству регистрируемой информации и оперативности ее получения) в состав современных измерительных  систем включаются вычислительные средства различных классов. Эти средства (мини-ЭВМ, персональные компьютеры, специализированные вычислители и контроллеры) не только выполняют функции сбора и  обработки экспериментальной информации, но и решают задачи управления ходом  эксперимента, автоматизации функционирования измерительной системы, хранения измерительных  данных и результатов анализа, графической  поддержки режимов контроля, представления  и анализа. Эффективность применения вычислительных средств при проведении экспериментов проявляется в следующих основных направлениях:

   ·  сокращение времени подготовки и проведения эксперимента в результате ускорения сбора и обработки информации, повышения оперативности управления режимами сбора данных;

   ·  повышение точности и достоверности результатов эксперимента на основе использования более сложных и эффективных алгоритмов обработки измерительных сигналов, увеличения разрядности при кодировании данных, увеличения объема используемых экспериментальных данных для усреднения результатов;

   ·  сокращение числа исследователей, участвующих в проведении эксперимента, и применение автоматических систем, способных выполнять свои задачи в тех условиях, в которых пребывание человека нежелательно или невозможно;

   ·  улучшение управляемости и гибкости эксперимента за счет более полного контроля за его ходом;

   ·  повышение оперативности доведения результатов эксперимента до потребителя в наиболее удобной форме.

   Таким образом, современные средства проведения эксперимента представляют собой измерительно-вычислительные системы или комплексы, снабженные развитыми вычислительными средствами (в последнее время все чаще многопроцессорные). При обосновании структуры и состава ИС необходимо решить следующие основные задачи:

   ·  определить состав измерительного оборудования (датчики, устройства согласования, усиления, фильтрации, калибровки и т.д.);

   ·  выбрать тип и характеристики компьютера, входящего в состав ИС (сейчас, как правило, персональный компьютер);

   ·  выбрать тип оборудования, выполняющего сбор данных и цифровую обработку сигналов;

   ·  адаптировать каналы связи между компьютером, оборудованием сбора данных (интерфейс), измерительными устройствами и потребителем информации;

   ·  разработать программное обеспечение ИС.

   При выборе компьютера необходимо учитывать  требования по оперативности получения  результатов экспериментов, сложность  алгоритмов обработки экспериментальных  данных и объем получаемой информации. Это позволит оценить требуемые  производительность процессора (и необходимость  использования ЦОС-процессоров), емкость и характеристики ОЗУ и жестких дисков, характеристики видеосистемы.

Типология эксперимента

    Констатирующий  эксперимент отвечает на вопросы: «Что есть или что не устраивает в изучаемом предмете, предлагаемой для апробации инновационной методике? Соответствуют ли адекватно решению педагогической проблемы комплекс предлагаемых методов, формы организации учебного процесса, внедряемые педтехнологии?» В основном, констатирующий эксперимент служит целям апробации новации с целью введения в инновационную практику. Данный тип эксперимента служит для формирования комплекса материалов доказательства эффективности (неэффективности) новой программы, учебного пособия. (Одним из необходимых для школьного исторического образования является доказательство через эксперимент приемлемости для основной школы ряда учебников по всеобщей истории и истории России) По итогам эксперимента регистрируются выявленные факты, предлагаются конкретные рекомендации по изменению программы, концепции и содержания учебного пособия, констатируются положительные и негативные результаты.

    Проектно-исследовательский, поисковый эксперимент служит поиску системы мер, методов, приемов образовательной деятельности. Практически все проблемные ситуации в образовании и конкретной предметной области можно попытаться решать на основе научного осмысления причин, механизмов преодоления, а главное, формирования механизма недопущения их систематического повторения в будущем. Здесь наглядно проявляется разница между практикой и технологизацией образования. Если практика направлена на постоянную изнурительную борьбу с возникающими однотипными проблемами, то технологизация образования в поисковом режиме ставит цели нейтрализации возможностей формирования причин проблемных ситуаций. Меры позитивного «воздействия» на проблемную ситуацию – это широкое поле творческого проектирования

    Формирующий эксперимент служит для преобразования как учащихся, так и всего образовательного пространства. Формирующий эксперимент может решать проблему демократизации учебного процесса, изменения характера взаимоотношений учителя и учащихся, взаимоотношений внутри классного микросоциума. Эксперимент данного типа может быть направлен на развитие памяти, восприятия, мотивации, мышления, внимания. Он может служить задачам активного позитивного воздействия на личность ученика на основе включения механизмов самоорганизации учебного процесса, самообразования и самовоспитания. Для учителя, разрабатывающего авторскую методику в предметной области, данный эксперимент поможет исследовать степень результативности в формировании общеучебных компетентностей ученика.

    Контрольный эксперимент  показывает уровень изменений по результатам формирующего эксперимента

Уровни  педагогического  эксперимента:

  • Индивидуальный
  • Внутришкольный
  • Муниципальный (город, район)
  • Региональный (область)
  • Федеральный (РФ)
Виды  эксперимента

Локальный – частные эксперименты, не связанные между собой, например: новая программа по предмету.

 

Модульный комплекс частных, связанных между собой нововведений, например: блок новых программ, разработка новых технологий обучения, создание нового творческого коллектива или объединения. 

Системный – нововведения, охватывающие всю школу.  Разрабатывается Программа развития школы, например: перестройка всей школы под какую-либо идею, концепцию, либо создание нового образовательного учреждения на базе прежнего (гимназии, лицея).

Широкомасштабный   (н-р: эксперимент по совершенствованию структуры и содержания образования)

У этого термина  существуют и другие значения, см. Эксперимент (значения).

В научном  исследовании Экспериме́нт (от лат. experimentum — проба, опыт) — метод исследования причинных связей среди переменных значений объектов. Эксперимент - краеугольный каменьэмпирического подхода в приобретении данных о мире и используется как в естественных науках, а также и в общественных. Спланированный эксперимент может также использоваться как подготовительное средство для решения практических проблем, помогает поддержать или отвергнуть теоретическиегипотезы.[1],[2]

Эксперимент — одна из форм практики, выполняющий  функцию критерия истинности научного познаниямира в целом.

Содержание  

[показать]

Управляемые эксперименты  Править

Основная  масса людей в науке, технике, медицине и др. областях в положении  учёного, инжененра, и, вообще, человека испытателя могут поставить эксперимент или проверить результат при использовании разных методов эксперимента: например, научного, чисто практического и т.д. Шаги — делают наблюдение, задают вопрос, формируют гипотезу, проверяют гипотезу, анализируют результаты, делают вывод, и результаты comunicate. Причина одна: вы проверяете гипотезу, так вы можете доказать ваше право в 100 % вопроса или определить недостоверность, неправоту. В конечном итоге полученный любой результат одинаково полезен.

Наиболее  широко используются управляемые эксперименты в области социального эксперимента. Он звключается в целенаправленных изменениях сложившейся обстаовки с целью, например, повышения производительности труда. Для проведения эксперимента выбирается трудовой коллектив, у которого сложилась определённая система труда, а также определённые трудовые отношения.

Cоциальный эксперимент представляет метод, при котором возможно получить инфрмацию количественных и качественных показателей трудовой деятельности управляемого социального объекта при помощи вводимых экспериментатором или используемых видоизменяемых существующих и контролируемых им новых компонентов.

Чтобы демонстрировать  причину и гипотезу эффекта, эксперимент  должен часто показывать, что, например, явление происходит после того, как  определенная обработка дается предмету, и что явление не происходит в  отсутствии обработки. (См. Бэконовский метод.)

Стандартная кривая  Править

Рис.1,Графический  пример проведения экперимента‎

Added by Moisey

Эксперимент, которым управляют, как правило сравнивает результаты, полученные от экспериментального образца с образцом контроля, который является фактически идентичным экспериментальному образцу. Как исключение, расматривается один аспект, когда ставится эксперимент с исключением одной независимой переменной. Хорошим примером может быть испытание препарата (см.Рис.1).

Надежное  управление подтверждает, что основные условия эксперимента были в состоянии  произвести положительный результат, даже если ни один из фактических экспериментальных  образцов не производит положительный  результат. Отрицательный контроль демонстрирует полученный результат  сути, когда тест не показывает измеряемый положительный результат; часто  ценность отрицательного контроля рассматривают  как «второстепенная» ценность, которая  будет вычтена из испытательных  типовых результатов. Иногда надежное управление поддверждает вид стандартной кривой.[3]

Социальные  эксперименты  Править

    Основная  статьяЭксперимент (социальный)

Классический  пример социального  эксперимента  Править

Показательным примером проведенного социального  эксперимента в области повышения  эффективности управления послужило  проведение под руководством известного американского социолога Э. Мэйо широко известных исследований в 1924-1932 гг. на Хоуторнских предприятиях в пригороде Чикаго (США).

Учёный  поставил своей изначальной целью  определить зависимость между изменениями  интенсивности освещения производственных помещений и производительностью  труда (что получило название какХоуторнский эксперимент ). В результате первого этапа проведенного эксперимента оказалось много неожиданных результатов. Так с усилением освещенности производительность труда повышалась у рабочих экспериментальной группы, трудившихся в более освещенном помещении, однако, то в контрольной группе, где освещенность оставалась прежней, был отмечен тот же эффект. Со снижением освещенности выработка все равно продолжала расти как в экспериментальной, так и в контрольной группе.

На этой стадии эксперимента были сделаны два  важных вывода:

  • Не существует прямой механической связи между одной переменной в условиях труда и производительностью;
  • Следует искать более важные, скрытые факторы от исследователей, влияющие на трудовое поведение людей, включая производительность их труда.

На последующих  этапах проведения данного эксперимента в качестве независимой переменной (экспериментального фактора) применялись  различные условия:

Информация о работе Общая характеристика и классификация экспериментов