Полная версия

Главная arrow Логика

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Классификация экспериментов

Чтобы разобраться в многообразии экспериментальных исследований, можно дать их условную классификацию:

  • • по условиям проведения - естественные и искусственные;
  • • по целям исследования - преобразующие, контролирующие, констатирующие, поисковые и др.;
  • • по количеству факторов - однофакторные и многофакторные;
  • • по степени контролируемости факторов - активные и пассивные (регистрирующие);
  • • по месту проведения - лабораторные и производственные.

По условиям проведения эксперименты подразделяются на естественные и искусственные. Так называемый

естественный эксперимент предполагает изучение объекта в реальных условиях его существования; чаще всего такой вид эксперимента применяется в биологических и гуманитарных науках. Искусственный эксперимент требует для своего проведения специально создаваемой обстановки. Чаще используется в науках о неживой природе. Его аналог - лабораторный эксперимент.

Искусственный эксперимент имеет такие достоинства, как возможность обеспечить достаточные условия для устранения побочных факторов, т. е. для достижения высокой внутренней валидности, причем с эффективным использованием времени и ресурсов. Однако часто здесь встает проблема внешней валидности, или экстраполируемости, полученных результатов.

Валидность - это в некотором смысле степень совершенства эксперимента. Внутренняя валидность оценивает само планирование эксперимента, его организацию, его внутреннюю логику. Если мы достаточно надежно устранили побочные влияния, почти как в идеальном эксперименте, то эксперимент обладает внутренней валидностью. В противном случае его можно назвать неудачным. Если результаты, полученные в эксперименте, идеально экстраполируемы на изучаемую предметную область, т. е. на класс реальных ситуаций, то эксперимент обладает внешней валидностью. В противном случае его можно назвать неадекватным. Таким образом, эксперимент должен быть и удачно спланирован, и экстраполируем по получаемым в нем результатам.

Иллюстрацией темы внешней валидности эксперимента является типичная проблема - расхождение между результатами, полученными в искусственных условиях (invitro), и ожидаемыми результатами в естественных условиях (invivo), когда встает задача экстраполируемости лабораторных данных на естественные ситуации.

Естественный же эксперимент, наоборот, уступая лабораторному в возможности создания удобных для исследователя условий, демонстрирует приближенный к реальности ход изучаемых процессов. Часто он используется в технических науках для испытания изготовленных объектов, в этом случае его называют натурным. В зависимости от условий непосредственного проведения естественный эксперимент может быть полевым, полигонным, производственным, клиническим и т. п.

Главная задача в естественном эксперименте - обеспечить максимальную непринужденность, натуральность окружающей обстановки. В эту задачу, как правило, входят изучение параметров воздействия среды на данный объект, особенностей поведения или функционирования данного объекта и их оценка.

По целям исследования различают эксперименты преобразующие, контролирующие, констатирующие, поисковые.

Эксперимент преобразующий предполагает активное изменение структуры и функций изучаемого объекта, преднамеренное создание условий, которые должны способствовать появлению его новых качеств.

Контролирующий эксперимент решает задачу обеспечения контроля над изучаемым объектом, управления объектом с помощью воздействующих факторов с одновременным изучением изменений его состояния в зависимости от воздействия.

Констатирующий эксперимент представляет собой процедуру проверки какого-либо исходного предположения; целью данного эксперимента является фиксация наличия или отсутствия определенных свойств, отношений, эффектов, состояний и т. п.

Поисковый эксперимент не имеет всецело систематического характера; часто он является лишь начальной стадией в серии экспериментальных исследований. Проводится в тех ситуациях, когда недостаточно известен комплекс факторов, влияющих на изучаемый объект. Поэтому такой эксперимент носит разведывательный, предварительный характер. Именно для него в большой степени характерно то же, что отмечено об экспериментировании как поисковой активности. Поисковый эксперимент занимает достаточно видное место в научном познании, хотя его роль иногда недооценивается методологами из-за влиятельной роли теории в современной эмпирической науке.

Важным видом эксперимента является также так называемый решающий эксперимент. Для его проведения характерна ситуация, когда две или несколько гипотез конкурируют друг с другом, претендуя на роль ведущей и примерно одинаково согласуясь с имеющимся эмпирическим базисом. В этом случае решающим экспериментом становится такой, результаты которого однозначно свидетельствуют в пользу одной теоретической системы и опровергают альтернативную ей систему. Для этого, конечно, сам эксперимент должен быть спланирован так, чтобы основной вопрос, решаемый в ходе экспериментального исследования, был сформулирован дихотомически, т. е. чтобы он допускал только два возможных ответа: «да» или «нет».

По количеству факторов различают однофакторные и многофакторные 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 проводится при варьировании сразу всех факторов, участвующих в исследовательской ситуации.

Известно, что «однофакторный эксперимент» в определенных рамках может использоваться при постановке задачи оптимизации процесса (технологического процесса на производстве, химической реакции и т. п.). В этом случае процедура состоит в стабилизации всех факторов, кроме одного, варьируемого, оптимальное значение которого (так называемый локальный оптимум) и находится. Далее, зафиксировав найденное оптимальное значение данного фактора, варьируют вторым фактором (при постоянстве всех остальных) и т. д., пока процедура не завершится определением оптимальных значений всех факторов. Их совокупность и характеризует оптимальные условия протекания процесса в целом. Здесь предполагается, что «подлинная» оптимизация процесса достижима (только) на пути расчленения его на отдельные факторы - на чисто «аналитическом» пути изолированного рассмотрения каждого параметра, участвующего в едином процессе.

Очевидно, что поиск локальных оптимумов по методике «однофакторного эксперимента» обладает изъяном принципиального характера: он основан на пренебрежении тем обстоятельством, что при варьировании последовательно лишь одним обстоятельством другие факторы могут (вопреки расчетам исследователя) также изменяться, т. е. игнорирует феномен взаимодействия явлений; при этом под взаимодействием явлений (факторов) понимается ситуация, когда проявление одного фактора зависит от того, на каком уровне интенсивности находится другой (другие) фактор.

На основе такого рода соображений, начиная с 20-х годов двадцатого столетия, был поставлен вопрос об исследованиях процессов при совместном рассмотрении различных факторов - о многофакторном исследовании. Это были работы создателя современной математической статистики Р. Фишера, который показал эффективность одновременного варьирования всеми факторами в эксперименте. Впервые открылась возможность определять совместный вклад групп факторов в изучаемый процесс и количественно оценивать само взаимодействие между факторами, определять погрешность эксперимента и т. д. Дальнейшее развитие методологии эксперимента привело в начале 50-х годов двадцатого столетия к появлению нового, непосредственно связанного с оптимизацией (поиском оптимальных условий), направления в математической теории эксперимента - теории экстремального эксперимента.

Так совершился переход от «стихийной» методики опытного исследования к математической - в значительной мере основанной на вероятностностатистических методах - теории планирования эксперимента, развивающейся ныне в мощный инструмент оптимального управления процессами в научно-эспериментальной сфере и производственной практике.

Идея многофакторного эксперимента (иногда используют упрощенное название факторный эксперимент) состоит в следующем. Исследователь может варьировать независимые переменные как комплекс, т. е. одновременно сразу несколько; после серии экспериментов полученные результаты должны быть подвергнуты специальному статистическому анализу, где каждый участвующий фактор будет оценен по результатам всех опытов данной серии. Используя соответствующие схемы и обрабатывая данные по особым статистическим методикам, позволяющим изучать эффективность совместного полифакторного воздействия (методики дисперсионного анализа), исследователь получает картину, отражающую вклад каждого фактора в изменяющихся условиях. В итоге экспериментатор имеет возможность изучать самые сложные комбинации факторов.

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).

По степени контролируемости факторов различают активные и пассивные эксперименты. Эксперимент активный предполагает возможность существенного управления независимыми переменными. Экспериментатор контролирует «вход» и «выход» исследуемой системы. Но не всегда независимая переменная хорошо контролируема. Иногда мы можем лишь констатировать, что она изменяется, не будучи в состоянии целенаправленно воздействовать на нее. В этом случае имеет место ситуация пассивного, или регистрирующего, эксперимента. Здесь экспериментатор наблюдает за поведением зависимой переменной, стараясь извлечь максимум информации об изучаемых взаимосвязях.

Самостоятельным вариантом регистрирующего эксперимента является корреляционное исследование. Некоторые методологи считают его отдельным научным методом, но по своей логической схеме он является частным случаем именно пассивного, регистрирующего эксперимента.

По месту проведения экспериментальные исследования бывают лабораторные и производственные. Лабораторные опыты проводят с применением типовых приборов, специальных моделирующих установок, стендов, оборудования и т. д. Эти исследования позволяют наиболее полно и доброкачественно, с требуемой повторяемостью изучить влияние одних характеристик при варьировании других. Лабораторные опыты в случае достаточно полного научного обоснования эксперимента (математическое планирование) позволяют получить хорошую научную информацию с минимальными затратами. Однако такие эксперименты не всегда полностью моделируют реальный ход изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении производственного эксперимента.

Производственные экспериментальные исследования имеют целью изучить процесс в реальных условиях с учетом воздействия различных случайных факторов производственной среды.

Одной из разновидностей производственных экспериментов является собирание материалов в организациях, которые накапливают по стандартным формам те или иные данные. Ценность этих материалов заключается в том, что они систематизированы за многие годы по единой методике. Такие данные хорошо поддаются обработке методами статистики и теории вероятностей.

Еще одним специальным видом экспериментирования, занимающим важное место в научной практике, является мысленный эксперимент. Он применяется учеными как средство расширения доступных им экспериментальных средств. В случае, когда провести реальный эксперимент не представляется возможным, ученый может мысленно воспроизвести и продумать саму экспериментальную ситуацию, получив в ходе этого продумывания важные теоретические результаты.

Мысленный эксперимент опирается на различные процедуры абстрагирования, идеализации, рассуждений по аналогии. Он сочетает в себе черты как эмпирического, так и теоретического уровней исследования.

Математический эксперимент - это современная разновидность мысленного эксперимента, при котором возможные последствия варьирования условий в математической модели просчитываются на компьютерах. 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.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>