Тема 8. Емпіричні методи наукового дослідження

1. Значення емпіричних досліджень.

2. Методи емпіричного пізнання.

3. Методологія експерименту

1. Емпіричні методи пізнання відіграють більшу роль у науковому дослідженні. Вони не тільки є основою для підкріплення теоретичних передумов, але часто становлять предмет нового відкриття, наукового дослідження. Теоретичні завдання спрямовані на вивчення й виявлення причин, зв'язків, залежностей, що дозволяють установити поводження об'єкта, визначити й вивчити його структуру, характеристику на основі розроблених у науці принципів і методів пізнання. У результаті набутих знань формулюють закони, розробляють теорію, перевіряють факти й ін.

Теоретичні пізнавальні завдання формулюють таким чином, щоб їх можна було перевірити емпірично. Завдання емпіричного характеру спрямовані на виявлення, точний опис і ретельне вивчення різних факторів, явищ і процесів.

2. У наукових дослідженнях використовуються наступні методи пізнання: спостереження, анкетування, тестування, інтерв’ювання, опитування, мозкового штурму, експерименту тощо.

Спостереження - це метод пізнання, при якому об'єкт вивчають без втручання в нього; фіксують, вимірюють лише властивості об'єкта, характер його зміни.

Експеримент - це найбільш загальний емпіричний метод пізнання, при якому провадять не тільки спостереження й виміри, але й здійснюють переміщення, зміни об'єкта дослідження й т.д. При застосуванні цього методу можна виявити вплив одного фактора на інший. Цей метод являє собою науково поставлений досвід або спостереження явища в умовах, що враховуються точно, що дозволяють стежити за його ходом, управляти ним, відтворювати його щораз при повторенні цих умов. Від звичайного, повсякденного, пасивного спостереження експеримент відрізняється активним впливом дослідника на досліджуване явище.

Основною метою експерименту є перевірка теоретичних положень (підтвердження робочої гіпотези), а також більше широке й глибоке вивчення теми наукового дослідження.

Експеримент повинен бути проведений по можливості в найкоротший строк з мінімальними витратами при найвищій якості отриманих результатів.

Розрізняють експерименти природні й штучні:

- природні експерименти характерні при вивченні соціальних явищ (соціальний експеримент) в умовах, наприклад, виробництва, побуту й т.п;

- штучні експерименти широко застосовуються в багатьох природничих дослідженнях. У цьому випадку вивчають явища, ізольовані до необхідного ступеня, щоб оцінити їх у кількісному і якісному відношеннях.

Експериментальні дослідження бувають лабораторні й виробничі:

- лабораторні дослідження проводять із застосуванням типових приладів, спеціальних моделюючих установок, стендів, устаткування й т.д. Ці дослідження дозволяють найбільше повно, з необхідною повторюваністю, вивчити вплив одних характеристик при варіюванні інших. Лабораторні дослідження у випадку досить повного наукового обґрунтування експерименту (математичне планування) дозволяють одержати наукову інформацію з мінімальними витратами. Однак такі експерименти не завжди повністю моделюють реальний хід досліджуваного процесу, тому виникає потреба в проведенні виробничого експерименту.

- виробничі експериментальні дослідження мають на меті вивчити процес у реальних умовах з урахуванням впливу різних випадкових факторів виробничого середовища.

Одним із різновидів виробничих експериментів є збирання матеріалів в організаціях, які накопичують за стандартними формами ті або інші дані. Цінність цих матеріалів полягає в тім, що вони систематизовані за багато років за єдиною методикою. Такі дані добре піддаються обробці методами статистики й теорії ймовірностей.

У ряді випадків виробничий експеримент ефективно проводити методом анкетування. Для досліджуваного процесу становлять ретельно продуману методику. Основні дані збирають методом опитування виробничих організацій за попередньо складеною анкетою. Цей метод дозволяє зібрати дуже велику кількість даних спостережень або вимірів з досліджуваного питання. Однак до результатів анкетних даних необхідно ставитися з особливою обережністю, оскільки вони не завжди містять досить достовірні відомості.

На експеримент витрачається велика кількість коштів. Науковець провадить величезну кількість спостережень і вимірів, одержує безліч діаграм, графіків, виконує невиправдано велику кількість випробувань.

На обробку й аналіз такого експерименту затрачається багато часу. Іноді виявляється, що виконано багато зайвого, непотрібного. Все це можливо, коли експериментатор чітко не обґрунтував мету й завдання експерименту. В інших випадках результати тривалого, великого експерименту не повністю підтверджують робочу гіпотезу наукового дослідження. Як правило, це також властиво для експерименту, чітко не обґрунтованого метою й завданнями. Тому перш ніж розпочати експериментальні дослідження, необхідно розробити методологію експерименту.

3. Методологія експерименту - це загальна структура (проект) експерименту, тобто постановка й послідовність виконання експериментальних досліджень. Методологія експерименту містить такі основні етапи:

1 Розробку плану-програми експерименту

План-програма включає найменування теми дослідження, робочу гіпотезу, методику експерименту, перелік необхідних матеріалів, приладів, установок, список виконавців експерименту, календарний план робіт і кошторис на виконання експерименту. У ряді випадків включають роботи з конструювання й виготовлення приладів, апаратів, пристосувань, їх методичне обстеження, а також програми дослідних робіт на підприємствах.

2 Оцінка засобів оброблення інформації і вибір для проведення експерименту

Обґрунтування засобів оброблення інформації - це вибір необхідних для спостережень і вимірювання приладів, устаткування, машин, апаратів та ін. Засоби оброблення інформації можуть бути обрані стандартно або у випадку відсутності таких - виготовлені самостійно.

Дуже відповідальною частиною є встановлення точності обчислення і похибок. Методи оброблення інформації повинні базуватися на законах спеціальної науки - метрології.

У методиці докладно проектують процес проведення експерименту. Спочатку встановлюють послідовність (черговість) проведення операцій вимірів і спостережень. Потім ретельно описують кожну операцію окремо з урахуванням обраних коштів для проведення експерименту. Особливу увагу приділяють методам контролю якості операцій, які забезпечують при мінімальній (раніше встановленій) кількості вимірів високу надійність і задану точність. Розробляють форми журналів для запису результатів спостережень і вимірів.

Важливим розділом методики є вибір методів обробки й аналізу експериментальних даних. Обробка даних зводиться до систематизації всіх цифр, класифікації, аналізу. Результати експериментів повинні бути зведені в зручні форми запису - таблиці, графіки, формули, номограми, які дозволяють швидко й доброякісно зіставляти отримані результати.

Особлива увага в методиці повинна бути приділена математичним методам обробки й аналізу експериментальних даних - установленню емпіричних залежностей, апроксимації зв'язків між характеристиками, що варіюють, установленню критеріїв і довірчих інтервалів та ін.

Після встановлення методики знаходять обсяг і трудомісткість експериментальних досліджень, які залежать від глибини теоретичних розробок, ступеня точності прийнятих засобів вимірювання.

На обсяг і трудомісткість істотно впливає вид експерименту. Польові експерименти, як правило, мають більшу трудомісткість. Після встановлення обсягу експериментальних робіт визначають перелік необхідних засобів вимірювання, обсяг матеріалів, список виконавців, календарний план і кошторис видатків. План-програму розглядає науковий керівник, обговорюють у науковому колективі й затверджують у встановленому порядку.

3 Проведення експерименту

Проведення експерименту є найважливішим і найбільш трудомістким етапом. Експериментальні дослідження необхідно проводити відповідно до затверджених планом-програмою й особливо методикою експерименту. Починаючи експеримент, остаточно уточнюють методику його проведення, послідовність випробувань.

Обов'язковою вимогою проведення експерименту є ведення журналу. Форма журналу може бути довільною, але повинна щонайкраще відповідати досліджуваному процесу з максимальною фіксацією всіх факторів. У журналі відзначають тему НДР і тему експерименту, прізвище виконавця, час і місце проведення експерименту, характеристику навколишнього середовища, дані про об'єкт експерименту й засоби вимірювання, результати спостережень, а також інші дані для оцінки одержуваних результатів.

4 Оброблення й аналіз експериментальних даних

Особливе місце відведене аналізу експерименту - завершальній частині, на основі якої роблять висновок про підтвердження гіпотези наукового дослідження. Аналіз експерименту - це творча частина дослідження. Іноді за цифрами важко чітко уявити фізичну сутність процесу. Тому потрібно особливо ретельне зіставлення фактів, причин, що обумовлюють хід того або іншого процесу й установлення адекватності гіпотези й експерименту.

При обробці результатів вимірів і спостережень широко використовують методи графічного зображення. Графічне зображення дає найбільш наочне подання результатів експериментів, дозволяє краще зрозуміти фізичну сутність досліджуваного процесу, виявити загальний характер функціональної залежності досліджуваних змінних величин, установити наявність максимуму або мінімуму функції.

Для графічного зображення результатів вимірів (спостережень), як правило, застосовують систему прямокутних координат.

У процесі проведення експерименту виникає потреба перевірити відповідність експериментальних даних теоретичним передумовам, тобто перевірити гіпотезу дослідження. Перевірка експериментальних даних на адекватність необхідна також у всіх випадках на стадії аналізу теоретико-експериментальних досліджень. Методи оцінки адекватності базуються на використанні довірчих інтервалів, що дозволяють із заданою довірчою ймовірністю визначати значення оцінюваного параметра. Суть такої перевірки полягає у зіставленні отриманої або передбачуваної теоретичної функції у = f (х) з результатами вимірів.