Тема 7. МЕТОДИКА ОФОРМЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ВИДЕ НАУЧНЫХ РАБОТ

Тема 4. МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Понятие метода и методологии научныхисследований

Метод научного исследования - это способ позна­ния объективной действительности. Способ представля­ет собой определенную последовательность действий, приемов, операций.

В зависимости от содержания изучаемых объектов различают методы естествознания и методы социально- гуманитарного исследования.

В зависимости от величины познания выделяют ме­тоды эмпирического, теоретического и метатеорети-ческого уровней.

К методам эмпирического уровня относят наблю­дение, описание, сравнение, счет, измерение, анкетный опрос, собеседование, тестирование, эксперимент, моде­лирование и т. д.

Методы исследования классифицируют по отраслям науки: математические, физические, химиче­ские, биологические, медицинские, социально-экономи­ческие, и т.д.

Общенаучные методы характерны для всех наук. К общенаучным методам теоретического уровня при­числяют аксиоматический, гипотетический, формализа­цию, абстрагирование, общелогические методы (анализ, синтез, индукцию, дедукцию, аналогию) и др.

Методами метатеоретического уровня являют­ся диалектический, метафизический, герменевтический и др. Некоторые ученые к этому уровню относят метод системного анализа, а другие его включают в число об­щелогических методов.

В зависимости от сферы применения и степени общности различают методы:

- всеобщие (философские), действующие во всех науках и на всех этапах познания;

- общенаучные, которые могут применяться в гума­нитарных, естественных и технических науках;

- частные - для родственных наук;

- специальные - для конкретной науки, области на­учного познания.

Следует различать понятие метод и понятия техника, процедура и методика научного исследования.

Под техникой исследования понимают совокуп­ность специальных приемов для использования того или иного метода.

Под процедурой исследования понимают опреде­ленную последовательность действий, способ организа­ции исследования.

Методика - это совокупность способов и приемов познания.

Любое научное исследование осуществляется опре­деленными приемами и способами, по определенным правилам.

Учение о системе этих приемов, способов и правил называют методологией.

Понятие методология в литературе употребляется в двух значениях:

- совокупность методов, применяемых в какой-ли­бо сфере деятельности (науке, политике и т.д.);

- учение о научном методе познания.

Каждая наука имеет свою методологию. Существу­ют следующие уровни методологии:

- всеобщая методология, которая является универ­сальной по отношению ко всем наукам, и в содержание кото­рой входят философские и общенаучные методы познания;

- частная методология научных исследований для группы родственных наук, которую образуют философ­ские, общенаучные и частные методы познания;

- методология научных исследований конкретной науки, в содержание которой включаются философские, общенаучные, частные и специальные методы познания.

4.2. Методы эмпирических исследований

Общие методы познания можно разделить на три группы:

1) методы эмпирического исследования;

2) методы, используемые на эмпирическом и теоре­тическом уровнях;

3) методы теоретического исследования.

Однако грани между этими группами методов опре­делены приблизительно.

Методы эмпирических исследований.

Наблюдение - это систематическое, целенаправлен­ное восприятие объекта. Чтобы быть плодотворным, на­блюдение должно удовлетворять следующим требованиям:

- преднамеренность (наблюдение ведется для опре­деленной, четко поставленной задачи);

- планомерность (производится по плану, состав­ленному по задачам наблюдения);

- целенаправленность (наблюдаются только инте­ресующие стороны явления);

- активность (наблюдатель активно ищет нужные объекты, черты явления);

- систематичность (наблюдение ведется непре­рывно или по определенной системе).

Наблюдение как метод познания позволяет полу­чать первичную информацию в виде совокупности эм­пирических утверждений.

Эмпирическая совокупность дает первичную схематизацию объектов реальности, что и является ис­ходными объектами научного исследования.

Сравнение - это процесс установления сходства или различия у предметов и явлений действительности, а также нахождения общего, что присуще двум или не­скольким объектам.

Метод сравнения будет плодотворным, если выпол­няются следующие требования:

- могут сравниваться только такие явления, между которыми может существовать определенная объектив­ная общность;

- сравнение должно осуществляться по наиболее важным, существенным (в плане конкретной задачи) признакам.

Различные объекты или явления могут сравнивать­ся непосредственно или опосредованно через их сравне­ние с каким-либо третьим объектом (эталоном).

В первом случае обычно получают качественные результаты (больше - меньше; выше - ниже). Сравне­ния же объектов с эталоном дают возможность получить количественные характеристики. Такие сравнения назы­ваются измерением.

С помощью сравнения информацию об объекте можно получить двумя путями:

- непосредственный результат сравнения (первич­ная информация);

- результат обработки первичных данных (вторич­ная или производная информация).

Измерение - это определение численного значения некоторой величины посредством единицы измерения. Измерение предполагает наличие следующих основных элементов: объекта измерения, эталона, измерительных приборов, метода измерения.

Измерение развилось из операции сравнения, тем не менее оно является более мощным и универсальным познавательным средством.

Эксперимент - это такой метод изучения объекта, когда исследователь активно и целенаправленно воздей­ствует на него путем создания искусственных условий или использования естественных условий, необходимых для выявления соответствующих свойств.

Преимущества экспериментального изучения объ­екта по сравнению с наблюдением следующие:

- в процессе эксперимента можно изучать явление «в чистом виде», устранив побочные факторы, затемня­ющие основной процесс;

- в экспериментальных условиях можно исследо­вать свойства объектов;

- повторяемость эксперимента: можно проводить испытания столько раз, сколько это необходимо.

Эксперимент проводят в следующих случаях:

- при попытке обнаружения у объекта ранее неиз­вестных свойств;

- при проверке правильности теоретических по­строений;

- при демонстрации явления.

В научном исследовании эксперимент и теория тес­нейшим образом взаимосвязаны.

Всякое игнорирование эксперимента неизбежно ве­дет к ошибкам, поэтому всемерное развертывание экспе­риментальных исследований представляет собой один из наиболее важных путей развития всей современной науки.

4.3. Абстрагирование, анализ, синтез

Абстрагирование - это мысленное отвлечение от не­существенных свойств, связей, отношений предметов и вы­деление нескольких сторон, интересующих исследователя.

Процесс абстрагирования проходит две ступени.

Первая ступень: вычленение наиболее важного в явлениях и установление независимости или пренебре­жимо слабой зависимости изучаемых явлений от опре­деленных факторов (если объект А не зависит непосред­ственно от фактора Б, то можно отвлечься от последнего как несущественного).

Вторая ступень: реализация возможностей абстра­гирования. Суть его заключается в том, что один объект заменяется другим, более простым, который выступает в качестве «модели» первого.

Абстрагирование может применяться к реальным и абстрактным объектам (прошедшим ранее абстра­гирование). Многоступенчатое абстрагирование ведет к абстракциям все возрастающей степени общности. Аб­страгирование позволяет заменить в познании сложное простым, но таким простым, которое выражает основное в этом сложном.

Существуют следующие основные виды абстракции:

- отождествление - образования понятий путем объединения предметов, связанных отношениями типа равенства в особый класс (отвлечение от некоторых ин­дивидуальных свойств предметов);

- изолирование - выделения свойств и отношений, неразрывно связанных с предметами, и обозначения их определенными «именами», что придает абстракциям статус самостоятельных предметов («надежность», «тех­нологичность»). Различие между этими двумя абстрак­циями состоит в том, что в первом случае изолируется комплекс свойств объекта, а во втором - единственное его свойство - конструктивизация - отвлечение от нео­пределенности границ реальных объектов (непрерывное движение останавливаем и т.п.);

- актуальная бесконечность - отвлечение от неза­вершенности (и незавершимости) процесса образования бесконечного множества, от невозможности задать его полным списком всех элементов (такое множество рас­сматривается как существующее);

- потенциальная осуществимость - отвлечение от реальных границ человеческих возможностей, обуслов­ленных ограниченностью жизни во времени и простран­стве (бесконечность выступает уже как потенциально осуществимая).

Результат абстрагирования часто выступает как специфический метод исследования, а также в качестве элемента более сложных по своей структуре методов экс­перимента - анализа и моделирования.

Анализ и синтез

Анализ - метод познания, который позволяет рас­членять предметы исследования на составные части (естественные элементы объекта или его свойства и от­ношения).

Синтез, наоборот, позволяет осуществлять соедине­ние отдельных частей или сторон предмета в единое целое.

Анализ и синтез взаимосвязаны, они представляют собой единство противоположностей.

Анализ (и синтез) бывает:

- прямой, или эмпирический - используется для выделения отдельных частей объекта, обнаружения его свойств, простейших измерений и т. п.;

- возвратный, или элементарно-теоретический - базируется на некоторых теоретических соображениях причинно-следственной связи различных явлений или действии какой-либо закономерности. При этом выделя­ются и соединяются явления, представляющиеся суще­ственными, а второстепенные игнорируются;

- структурно-генетический - требует вычленения в сложном явлении таких элементов, которые оказывают решающее влияние на все остальные стороны объекта.

4.4. Индукция и дедукция, моделирование

Дедуктивным называют такое умозаключение, в ко­тором вывод о некотором элементе множества делается на основании знания общих свойств всего множества. Содержанием дедукции как метода познания является использование общих научных положений при исследо­вании конкретных явлений.

Под индукцией понимается умозаключение от част­ного к общему, когда на основании знания о части пред­метов класса делается вывод о классе в целом.

Дедукция и индукция - взаимообратные методы по­знания.

Имеется несколько методов установления причин­ной связи методами научной индукции.

Метод единственного сходства. Если два или бо­лее случаев исследуемого явления имеют общим лишь одно обстоятельство, а все остальные обстоятельства различны, то это единственное сходное обстоятельство и является причиной рассматриваемого явления.

Метод единственного различия. Если случай, в ко­тором исследуемое явление наступает, и случай, в кото­ром оно не наступает, во всем сходны и различны только в одном обстоятельстве, то это обстоятельство, присут­ствующее в одном случае и отсутствующее во втором, является причиной изучаемого явления.

Соединенный метод сходства и различия - комби­нация двух первых методов.

Метод сопутствующих изменений. Если возникно­вение или изменение одного явления вызывает опреде­ленное изменение другого, то оба эти явления находятся в причинной связи друг с другом.

Метод остатков. Если сложное явление вызывает­ся сложной причиной, состоящей из совокупности опре­деленных обстоятельств, и известно, что некоторые из этих обстоятельств являются причиной части явлений, то остаток этого явления вызывается остальными обсто­ятельствами.

Моделирование - метод, основывающийся на ис­пользовании модели в качестве средства исследования явлений и процессов природы.

Под моделями понимаются системы, замещающие объект познания и служащие источником информации о нем. Модели - это такие аналоги, сходство которых с оригиналом существенно, а различие - несущественно.

Модели делят на два вида: материальные и идеальные.

Материальные модели воплощаются в определен­ном материале: дереве, металле, стекле и др.

Идеальные модели фиксируются в таких наглядных элементах, как чертежи, рисунки, схемы и др.

Метод моделирования имеет следующую структуру:

- постановка задачи;

- создание или выбор модели;

- исследование модели;

- перенос знания с модели на оригинал.

4.5. Идеализация, формализация, аксиоматическийметод, гипотеза и предположение. Теория

Идеализация, формализация, аксиоматический ме­тод, гипотеза и предположение, теория - это методы теоретических исследований.

Идеализация - это мысленное конструирование объ­ектов, несуществующих в действительности или практи­чески неосуществимых (например, абсолютно твердое тело, абсолютно черное тело, линия, плоскость).

Цель идеализации - лишить реальные объекты неко­торых присущих им свойств и наделить (мысленно) эти объекты определенными нереальными и гипотетическими свойствами. При этом достижение цели осуществляется:

- многоступенчатым абстрагированием (напри­мер, абстрагирование от толщины приводит к понятию «плоскость»);

- мысленным переходом к предельному случаю в раз­витии какого-либо свойства (абсолютно твердое тело);

- простым абстрагированием (несжимаемостьжидкости).

Любая идеализация правомерна лишь в определен­ных пределах.

Формализация - метод изучения разнообразных объектов путем отображения их структуры в знаковой форме при помощи искусственных языков, например, в языке математики.

Достоинства формализации:

- она обеспечивает обобщенность подхода к реше­нию проблем;

- символика придает краткость и четкость фикса­ции значений;

- однозначность символики (нет двусмысленности обычного языка);

- позволяет формировать знаковые модели объек­тов и заменять изучение реальных вещей и процессов из­учением этих объектов.

Аксиоматический метод - метод построения науч­ной теории, при котором некоторые утверждения прини­маются без доказательств, а все остальные знания выво­дятся из них по определенным логическим правилам.

Гипотеза и предположение. В становлении теории как системы научного знания важнейшую роль играет ги­потеза или научное предположение.

Гипотеза как метод теоретического исследования является формой осмысления фактического материала, формой перехода от фактов к законам.

Развитие гипотезы проходит в три стадии:

1) накопление фактического материала и высказы­вание на его основе предположений;

2) формирование гипотезы, т. е. выведение след­ствий из сделанного предположения, развертывание на его основе предположительной теории;

3) проверка полученных выводов на практике и уточ­нение гипотезы на основе результатов такой проверки. Если при проверке следствие соответствует действитель­ности, то гипотеза превращается в научную теорию.

Теория как метод теоретического исследования - это система знаний, описывающая и объясняющая сово­купность явлений некоторой области действительности и сводящая открытые в этой области законы к единому объединяющему началу.

Теория строится на результатах, полученных на эм­пирическом уровне исследования. В теории эти резуль­таты упорядочиваются, приводятся в стройную систему, объединенную общей идеей, уточняются на основе вво­димых в теорию абстракций, идеализации и принципов.

К новой теории предъявляются следующие требо­вания:

1. Научная теория должна быть адекватна описы­ваемому объекту, что позволяет в определенных преде­лах заменять экспериментальные исследования теорети­ческими.

2. Теория должна удовлетворять требованию полноты описания некоторой области действительности.

3. Должны быть объяснены взаимосвязи между раз­личными компонентами в рамках самой теории. Долж­ны существовать связи между различными положениями теории, обеспечивающие переход от одних утверждений к другим.

4. Должно выполняться требование внутренней непротиворечивости теории и соответствия ее опытным данным.

5. Теория должна быть эвристичной, конструктив­ной и простой.

Эвристичность теории отражает ее предсказыва- тельные и объяснительные возможности. Математиче­ский аппарат теории должен позволять не только делать точные количественные предсказания, но и открывать новые явления.

Конструктивность теории состоит в простой, со­вершаемой по определенным правилам проверяемости основных ее положений, принципов и законов.

Простота теории достигается путем введения обобщенных законов сокращения и уплотнения инфор­мации при помощи специальных символов.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Дайте определение понятию «метод научного ис­следования».

2. Как классифицируются методы научного позна­ния в зависимости от содержания изучаемых объектов?

3. Как классифицируются методы научного позна­ния в зависимости от уровня познания?

4. Перечислите методы эмпирического исследования.

5. Перечислите методы теоретического исследования.

6. В чем состоит отличие наблюдения и измерения как методов эмпирических исследований?

7. В чем состоит отличие сравнения и эксперимента как методов эмпирических исследований?

8. Перечислите основные виды абстракции.

9. В чем состоит сходство и различие анализа и син­теза как методов познания?

10. Перечислите методы установления причинной связи методами научной индукции.

11. В чем состоит специфика идеализации как мето­да теоретического исследования?

12. Каковы достоинства формализации как метода теоретического исследования?

13. Каковы этапы развития гипотезы как метода те­оретического исследования?

14. Какие требования предъявляются к научной те­ории?

15. В чем суть требования эвристичности?

16. В чем состоит конструктивность теории?

 

Тема 5. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙЭТАП НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ

 

5.1. Выбор темы научного исследования

Тема научно-исследовательской работы может быть отнесена к определенному научному направлению или к научной проблеме.

Под научным направлением понимается наука, ком­плекс наук или научных проблем, в области которых ве­дутся исследования.

Научная проблема:

- совокупность сложных теоретических и (или) практических задач;

- совокупность тем научно-исследовательской ра­боты.

Проблема может быть отраслевой, межотраслевой, глобальной.

Научная тема - это сложная, требующая решения задача. Темы могут быть теоретическими, практически­ми и смешанными.

Теоретические темы разрабатываются преимуще­ственно с использованием литературных источников. Примеры таких тем - история биотехнологии, этика в биотехнологии, глобальные климатические процессы и биотехнология.

Практические темы разрабатываются на основе из­учения, обобщения и анализа производственной и лабо- раторно-исследовательской практики.

Смешанные темы сочетают в себе теоретический и практический аспекты исследования.

Тема научно-исследовательской работы, в свою оче­редь, может охватывать некоторый круг вопросов.

Под научным вопросом понимается мелкая задача, относящаяся к определенной теме.

Считается, что правильный выбор темы работы на­половину обеспечивает успешное ее выполнение.

Темы курсовых и выпускных квалификационных работ (дипломных проектов, магистерских дипломных работ) определяются кафедрами. Тематика должна со­ответствовать программам курсов учебных дисциплин и учебным планам. При ее составлении целесообразно учитывать сложившиеся на кафедрах научные направле­ния и возможность обеспечения студентов квалифициро­ванным научным руководством. Желательно добиваться того, чтобы темы обладали актуальностью, новизной, практической и теоретической значимостью.

Темы выпускных квалификационных работ должны доводиться до сведения студентов в начале последнего года обучения, но не позднее чем за полгода до начала итоговой аттестации. Студентам предоставляется право выбора темы вплоть до предложения своей с необхо­димым обоснованием ее разработки. При выборе темы рекомендуется учитывать: ее актуальность, новизну, те­оретическую и практическую значимость, соответствие профилю работы после окончания вуза, наличие или отсутствие литературы и практических материалов, на­работки самого студента по теме в виде курсовых работ и научных докладов, а также интерес студента к выбран­ной теме, его субъективные возможности провести необ­ходимые исследования.

Выбор темы могут облегчить консультации с пре­подавателями и профессорами, ознакомление с литерату­рой по избранной специальности.

Выбрав тему работы, студенту необходимо встре­титься с предполагаемым научным руководителем и по­лучить его согласие на руководство ее выполнением. Эта тема, а также научный руководитель утверждаются при­казом ректора учебного заведения. По отдельным частям работы, если, например, в ней будут рассматриваться междисциплинарные вопросы, относящиеся к различ­ным отраслям технологии, дипломнику могут быть назна­чены научные консультанты. Научными руководителями (консультантами) назначаются, как правило, профессора и преподаватели, имеющие ученую степень или ученое звание, а в отдельных случаях опытные высококвалифи­цированные специалисты - работники промышленных предприятий и научно- исследовательских организаций.

Научный руководитель:

- выдает студенту задание на выполнение диплом­ной работы;

- помогает студенту составить план работы;

- рекомендует основную литературу, справочные и другие материалы;

- консультирует относительно выбора методов ис­следования, сбора, обобщения и анализа материалов практики, оформления работы;

- контролирует выполнение задания;

- проверяет выполненную работу, составляет на нее отзыв.

5.2. Методика планированиянаучно-исследовательской работы

Планирование научно-исследовательской работы имеет важное значение для ее рациональной организации.

Научно-исследовательские организации и образо­вательные учреждения разрабатывают планы работы на год на основе целевых комплексных программ, долго­срочных научных и научно-технических программ, хо­зяйственных договоров и заявок на исследования, пред­ставленных заказчиками.

Научная работа кафедр учебных заведений органи­зуется и проводится в соответствии с планами работы на учебный год. Профессора, преподаватели и аспиранты выполняют научно- исследовательские работы по инди­видуальным планам.

Планируется и научно-исследовательская рабо­та студентов (НИРС). Планы работы учебных заведе­ний и кафедр могут содержать соответствующий раздел о НИРС. По планам работают студенческие научные кружки и проблемные группы.

В научно-исследовательских и образовательных учреждениях по темам научно-исследовательских работ составляются рабочие программы и планы-графики их выполнения. При подготовке монографий, учебников, учебных пособий и лекций разрабатываются планы - проспекты этих работ.

Рабочая программа - это изложение общей концеп­ции исследования в соответствии с его целями и гипоте­зами. Она состоит, как правило, из двух разделов: мето­дологического и процедурного.

Методологический раздел включает:

- формулировку проблемы или темы;

- определение объекта и предмета исследования;

- определение цели и постановку задач исследования;

- интерпретацию основных понятий;

- формулировку рабочих гипотез.

Формулировка проблемы (темы) - это определение

задачи, которая требует решения. Проблемы бывают со­циальные, технологические, научные и т.д. Технологиче­ская проблема - это противоречие между потребностями конкретного производства и существующим технологи­ческим уровнем на предприятии. Научная (гносеологи­ческая) проблема - это противоречие между знаниями о потребностях и незнанием путей и средств их удовлет­ворения. Такие проблемы решаются путем создания тео­рии, выработки практических рекомендаций.

Определение объекта и предмета исследования

Объект исследования - это то явление (или про­цесс), которое содержит противоречие и порождает про­блемную ситуацию.

Предмет исследования - это те наиболее значимые с точки зрения практики и теории свойства, стороны, особенности объекта, которые подлежат изучению.

Определение цели и задач исследования

Цель исследования - это общая его направленность на конечный результат.

Задачи исследования - это то, что требует решения в процессе исследования: вопросы, на которые должен быть получен ответ.

Интерпретация основных понятий - это истолко­вание, разъяснение значения основных понятий. Суще­ствуют теоретическая и эмпирическая интерпретация по­нятий. Теоретическое истолкование представляет собой логический анализ существенных свойств и отношений интерпретируемых понятий путем раскрытия их связей с другими понятиями. Эмпирическая интерпретация - это определение эмпирических значений основных тео­ретических понятий, перевод их на язык наблюдаемых фактов. Эмпирически интерпретировать понятие - это значит найти такой показатель (индикатор, фактор), ко­торый отражал бы определенный важный признак содер­жания понятия и который можно было бы измерить.

Формулировка рабочих гипотез

Гипотеза как научное предположение, выдвигаемое для объяснения каких-либо фактов, явлений и процессов, является важным инструментом успешного решения ис­следовательских задач. Программа исследования может быть ориентирована на одну или несколько гипотез. Раз­личают гипотезы: описательные, объяснительные и про­гнозные, основные и неосновные, первичные и вторич­ные, гипотезы-основания и гипотезы-следствия.

Процедурный раздел рабочей программы включает:

- принципиальный план исследования;

- изложение основных процедур сбора и анализа эмпирического материала.

Конкретное научное исследование осуществляется по принципиальному плану, который строится в зависи­мости от количества информации об объекте исследова­ния. Планы бывают поисковые, аналитические (описа­тельные) и экспериментальные.

Поисковый план применяется, если об объек­те и предмете исследования нет ясных представлений и трудно выдвинуть рабочую гипотезу. Цель составления такого плана - уточнение темы (проблемы) и формули­ровка гипотезы. Обычно он применяется, когда по теме отсутствует литература или ее очень мало.

Описательный план используется тогда, когда мож­но выделить объект и предмет исследования и сформули­ровать описательную гипотезу. Цель плана - проверить эту гипотезу, описать факты, характеризующие объект исследования.

Экспериментальный план включает проведение эксперимента. Он применяется тогда, когда сформулиро­ваны научная проблема и объяснительная гипотеза. Цель плана - определение причинно-следственных связей в исследуемом объекте.

В процедурной части программы обосновывается выбор методов исследования, показывается связь данных методов с целями, задачами и гипотезами исследования.

При выборе того или иного метода следует учиты­вать, что он должен быть:

- эффективным, т. е. обеспечивающим достижение поставленной цели и необходимую степень точности ис­следования;

- экономичным, т. е. позволяющим сэкономить вре­мя, силы и средства исследователя;

- простым, т. е. доступным исследователю соответ­ствующей квалификации;

- безопасным для здоровья и жизни людей;

- допустимым с точки зрения морали и норм права;

- научным, т. е. имеющим прочную научную основу.

Студенты вузов не разрабатывают рабочие програм­мы научных исследований, но они обязаны составлять планы подготовки учебных работ. План магистерской, дипломной или курсовой работы должен содержать вве­дение, основную часть, разбитую на разделы и подраз­делы (вопросы), и заключение.

План может быть простым или сложным. Простой план содержит перечень основных вопросов. В сложном плане каждый раздел разбивают на подразделы. Иногда составляют комбинированный план, где одни разделы разбивают на подразделы, а другие оставляют без допол­нительной рубрикации.

При составлении плана следует стремиться, чтобы:

- вопросы соответствовали выбранной теме и не выходили за ее пределы;

- вопросы темы располагались в логической после­довательности;

- в него обязательно были включены вопросы темы, отражающие основные аспекты исследования;

- тема была исследована всесторонне.

План не является окончательным и в процессе ис­следования может меняться, поскольку могут быть най­дены новые аспекты изучения объекта и решения науч­ной задачи.

Чтобы упорядочить основные этапы научно-иссле­довательской работы в соответствии с планом (програм­мой) исследования календарными сроками, составляется рабочий план (план-график) выполнения работ.

Студент должен уметь так выстроить логическую очередность выполнения работ, чтобы она в установлен­ные сроки привела к достижению поставленной цели и решению научной задачи. В работе необходимо вы­делить главное, на чем следует сосредоточить внимание в данный момент, но вместе с тем нельзя упускать из поля зрения детали.

Научиться не только смотреть, но и видеть, замечать важные частности, видеть большое в малом, не уклоня­ясь от намеченной главной линии исследования - это очень важное качество исследователя.

Тема 6. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХИССЛЕДОВАНИЙ

6.1. Подготовка экспериментальных исследований.

Стратегия и тактика эксперимента

Основой любого эксперимента является научно поставленный опыт с точно учитываемыми и управляе­мыми условиями. Основной целью эксперимента явля­ется выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глу­бокое изучение темы научного исследования.

Постановка и организация эксперимента опреде­ляют его назначение. Эксперименты, которые проводят­ся в различных отраслях науки, являются химическими, биологическими, физическими, психологическими, со­циальными и т.д.

Они различаются:

- по способу формирования условий: естественные и искусственные;

- по целям исследования: преобразующие, конста­тирующие, контролирующие, поисковые и решающие;

- по организации проведения: лабораторные, натур­ные, полевые, производственные и т.д.;

- по структуре изучаемых объектов и явлений: про­стые и сложные;

- по характеру внешних воздействий на объект ис­следования: вещественные, энергетические и информа­ционные;

- по характеру взаимодействия средства экспери­ментального исследования с объектом исследования: обычные и модельные;

- по типу моделей, исследуемых в эксперименте: материальные и мысленные;

- по контролируемым величинам: пассивные и ак­тивные;

- по числу варьируемых факторов: однофакторные и многофакторные;

- по характеру изучаемых объектов или явлений: технологические и социометрические.

При проведении эксперимента любого типа необхо­димо: разработать гипотезу, подлежащую проверке; соз­дать программы экспериментальных работ; определить способы и приемы вмешательства в объект исследова­ния; обеспечить условия для осуществления процедуры экспериментальных работ; разработать пути и приемы фиксирования хода и результатов эксперимента (прибо­ры, установки, модели и т.п.); обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом.

Особое значение для проведения эксперимента имеет правильно разработанная методика эксперимента. Методика - это совокупность мыслительных и физиче­ских операций, размещенных в определенной последо­вательности, в соответствии с которой достигается цель исследования. При разработке методик проведения экс­перимента необходимо предусматривать: проведение предварительного целенаправленного наблюдения над изучаемым объектом или явлением с целью определения исходных данных (выбор гипотез и варьирующих фак­торов); создание условий, в которых возможно экспери­ментирование (подбор объектов для экспериментального воздействия, устранение влияния случайных факторов); определение пределов измерений; систематическое на­блюдение за ходом развития изучаемого явления с целью точного описания фактов; проведение систематической регистрации измерений и оценок фактов различными средствами и способами; создание повторяющихся си­туаций; создание усложненных ситуаций с целью под­тверждения или опровержения ранее полученных дан­ных; переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям, анализу и теоретической обработке полу­ченного фактического материала.

Перед каждым экспериментом составляется его план (программа), который включает: цель и задачи экс­перимента; выбор варьирующих факторов; обоснование объема эксперимента, числа опытов; порядок реализа­ции опытов, определение последовательности изменения факторов; выбор шага изменения факторов, задание ин­тервалов между будущими экспериментальными точка­ми; обоснование способов обработки и анализа результа­тов эксперимента.

При разработке плана - программы эксперимен­та всегда необходимо стремиться к его упрощению, на­глядности без потери точности и достоверности. Это достигается предварительным анализом и сопоставле­нием результатов измерений одного и того же параметра различными техническими средствами, а также методов обработки полученных результатов. В условиях интенси­фикации проведения научных исследований важнейшее место в процессе подготовки эксперимента должно от­водиться автоматизации путем ввода экспериментальных данных и расчета результирующих показателей с помо­щью ЭВМ, а также автоматическому управлению ходом эксперимента.

Общим свойством экспериментальных исследова­ний в любой отрасли науки является необходимость:

- контролировать любой эксперимент, т. е. исклю­чать влияние внешних переменных, не принятых иссле­дователем по тем или иным причинам к рассмотрению;

- определять точность измерительных приборов и получаемых данных;

- уменьшать до разумных пределов число перемен­ных в эксперименте;

- составлять наилучший с той или иной точки зре­ния план проведения эксперимента;

- проверять правильность полученных результатов и их точность;

- выбирать способ обработки экспериментальных данных и форму представления результатов;

- анализировать полученные результаты и давать их интерпретацию в терминах той области науки, где прово­дился эксперимент.

Важным этапом подготовки эксперимента является выбор варьируемых факторов, то есть определения ос­новных и второстепенных характеристик, влияющих на исследуемый процесс, и анализ расчетной (теоретиче­ской) схемы процесса. На основе этого анализа все факто­ры классифицируются и из них составляется убывающий по важности для данного эксперимента ряд. Правильный выбор основных и второстепенных факторов играет важную роль в эффективности эксперимента, поскольку эксперимент зачастую и сводится к нахождению зависи­мостей между этими факторами. Иногда бывает трудно сразу выявить роль основных и второстепенных факто­ров. В таких случаях необходимо выполнять небольшой по объему предварительный поисковый опыт.

Необходимо также обосновать набор средств изме­рений (приборов) и другого оборудования. В связи с этим экспериментатор должен быть хорошо знаком с измери­тельной аппаратурой. При помощи ежегодно издающихся каталогов можно заказать выпускаемые отечественным и зарубежным приборостроением те или иные средства измерений. В первую очередь следует использовать стан­дартные, серийно выпускаемые машины и приборы, ра­бота с которыми регламентируется инструкциями, ГОСТ и другими официальными нормативными документами.

В отдельных случаях возникает потребность в соз­дании уникальных приборов, установок, стендов, машин для проведения экспериментальных исследований. При этом разработка и конструирование приборов и друго­го необходимого оборудования должны быть тщательно обоснованы теоретическими расчетами и практическими соображениями о возможности изготовления таких тех­нических средств. При создании новых приборов жела­тельно использовать готовые узлы выпускаемых прибо­ров или реконструировать существующие.

В методике экспериментальных исследований под­робно разрабатывается процесс проведения эксперимен­та, составляется последовательность (очередность) про­ведения операций измерений и наблюдений, детально описывается каждая операция в отдельности с учетом выбранных средств для проведения эксперимента, обо­сновываются методы контроля качества операций, обе­спечивающие при минимальном (ранее установленном) количестве измерений высокую надежность и заданную точность и, кроме того, разрабатываются формы журна­лов для записи результатов наблюдений и измерений.

Важным разделом методики является выбор мето­дов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех цифр, классификации, анализу. Результаты экспериментов должны быть сведены в удобочитаемые формы записи: таблицы, графики, формулы, номограммы, позволяющие быстро и доброкачественно сопоставлять полученное и проанализировать результаты. Все переменные долж­ны быть оценены в единой системе единиц физических величин.

Варьируемые факторы должны одновременно удов­летворять следующим требованиям:

1) требование эффективности оценок, т.е. мини­мальность дисперсии отклонения относительно неиз­вестного параметра;

2) требование состоятельности оценок, т. е. при уве­личении числа наблюдений оценка параметра должна стремиться к его истинному значению;

3) требование несмещенности оценок - отсутствие систематических ошибок в процессе вычисления пара­метров.

Совместимость этих трех требований является важ­нейшей проблемой при проведении и обработке резуль­татов эксперимента.

6.2. Основы планирования эксперимента

Планирование эксперимента - это комплекс ме­роприятий, направленных на эффективную постановку опытов. Иными словами, планирование эксперимента - это процедура выбора числа и условий проведения опы­тов, необходимых и достаточных для решения постав­ленной задачи с требуемой точностью. Основная цель планирования эксперимента - достижение максималь­ной точности измерений при минимальном количестве проведенных опытов и сохранении статистической до­стоверности результатов.

Под объектом исследования в теории планирова­ния эксперимента подразумевается носитель некоторых неизвестных и подлежащих изучению свойств и качеств.

Принципы, положенные в основу теории планирова­ния эксперимента, направлены на повышение эффективно­сти экспериментирования, то есть должны обеспечивать:

- стремление к минимизации общего числа опытов;

- одновременное варьирование всеми переменны­ми, определяющими процесс, по специальным прави­лам - алгоритмам;

- использование математического аппарата, форма­лизующего многие действия экспериментатора;

- выбор четкой стратегии, позволяющей принимать обоснованное решение после каждой серии экспериментов.

Задачи, для решения которых может использоваться планирование эксперимента, чрезвычайно разнообразны. Примерами таких задач могут служить, например, поиск оптимальных условий, построение интерполяционных формул, выбор существенных факторов, оценка и уточ­нение констант теоретических моделей, выбор наиболее приемлемых из некоторого множества гипотез и т.д.

Применение математической теории при планиро­вании эксперимента позволяет определенным образом оптимизировать объем экспериментальных исследова­ний и повысить их точность. Параметры, подлежащие оптимизации, в теории планирования эксперимента при­нято называть факторами.

Фактор - это измеримая переменная величина, при­нимающая в некоторый момент некоторое определенное значение и соответствующая одному из возможных спо­собов воздействия на объект исследования. Число воз­можных воздействий на объект принципиально не огра­ничено. Чтобы облегчить выбор, удобно разбить их на две группы. К первой группе относятся воздействия (факто­ры), определяющие сам объект, а ко второй - факторы, определяющие его состояние. Каждый фактор имеет об­ласть определения. В планировании эксперимента рас­сматриваются только дискретные области определения факторов. Кроме того, эти области всегда ограничены. Ограничения могут быть принципиальными и техниче­скими. Примером принципиального ограничения мо­жет служить абсолютный нуль температуры в обычных термодинамических системах. Если в ходе оптимизации фактор получил значение, близкое к принципиальному ограничению, то возможности объекта исчерпаны. При­мером технического ограничения может служить темпе­ратура плавления материала аппарата. При нагревании до этой температуры аппарат просто расплавится. Если в ходе оптимизации значение фактора приблизилось к технической границе, а желаемое значение параметра оптимизации еще не достигнуто, то может быть постав­лена новая задача: создать, например, более тугоплавкий материал для аппарата. Решение этой новой задачи по­зволит продолжить оптимизацию.

Существуют два основных требования, предъявляе­мых к совокупности факторов. Это, во-первых, требова­ние отсутствия корреляции между любыми двумя факто­рами и, во-вторых, требование совместимости факторов. Отсутствие коррелированности факторов означает воз­можность установления какого-либо фактора на любой уровень вне зависимости от уровней других факторов. Если эти условия не выполняются, то нельзя планиро­вать эксперимент. Кроме того, нет никакой необходимо­сти включать в эксперимент коррелированные факторы, так как один из них не содержит никакой информации. Требование некоррелированности не означает, что меж­ду факторами нет никакой связи. Достаточно, чтобы эта связь не была линейной. Это требование может налагать ограничения на области определения факторов.

Другие ограничения на область определения фак­торов налагаются требованием совместимости факто­ров. Несовместимость факторов возникает в том случае, если некоторые комбинации их значений, каждое из ко­торых лежит внутри области определения, не могут быть осуществлены. Если в эти комбинации входят значения факторов, близкие к границам областей их определения, то устранение несовместимости производится просто со­кращением областей. Сложнее обстоит дело тогда, когда запрещенные значения лежат внутри областей. Тогда об­ласти оказываются многосвязными. Это вызывает труд­ности, преодоление которых в некоторых случаях приво­дит к расчленению задачи на части.

Все факторы, учитываемые при проведении экспе­риментальных исследований, можно разделить на каче­ственные и количественные. Отбор факторов начинают после того, как в распоряжении экспериментатора ока­жется их полный список. При составлении такого списка следует перечислить все возможные удовлетворяющие общим требованиям факторы, как бы велико ни было их число. Ограничение списка факторов с целью упрощения задач исследования может привести к малоэффективным или даже бессмысленным исследованиям.

Методы планирования эксперимента позволяют минимизировать число необходимых испытаний, уста­новить рациональный порядок и условия проведения ис­следований в зависимости от их вида и требуемой точно­сти результатов. Если же по каким-либо причинам число испытаний уже ограничено, то методы дают оценку точ­ности, с которой в этом случае будут получены резуль­таты. Методы учитывают случайный характер рассеяния свойств испытываемых объектов и характеристик ис­пользуемого оборудования. Они базируются на методах теории вероятности и математической статистики.

Планирование эксперимента включает в себя следу­ющие этапы:

1. Установление цели эксперимента (определение характеристик, свойств и т. п.) и его вида (определитель­ные, контрольные, сравнительные, исследовательские).

2. Уточнение условий проведения эксперимента (имеющееся или доступное оборудование, сроки работ, финансовые ресурсы, численность и кадровый состав работников и т. п.), а также выбор вида испытаний (нор­мальные, ускоренные, сокращенные в условиях лабора­тории, на стенде, полигонные, натурные или эксплуата­ционные).

3. Выявление и выбор входных и выходных параме­тров на основе сбора и анализа предварительной (априор­ной) информации. Входные параметры (факторы) могут быть детерминированными, то есть регистрируемыми и управляемыми (зависимыми от наблюдателя), и слу­чайными, то есть регистрируемыми, но неуправляемыми. Наряду с ними на состояние исследуемого объекта мо­гут оказывать влияние нерегистрируемые и неуправля­емые параметры, которые вносят систематическую или случайную погрешность в результаты измерений, напри­мер, ошибки измерительного оборудования, изменение свойств исследуемого объекта в период эксперимента из- за старения материала или его износа, воздействия пер­сонала и т. д.

4. Установление потребной точности результатов измерений (выходных параметров), области возможного изменения входных параметров, уточнение видов воз­действий. При этом выбирается вид образцов или ис­следуемых объектов, учитывая степень их соответствия реальному изделию по состоянию, устройству, форме, размерам и другим характеристикам. На назначение сте­пени точности влияют условия изготовления и эксплуата­ции объекта, при создании которого будут использоваться эти экспериментальные данные. Условия изготовления, то есть возможности производства, ограничивают наи­высшую реально достижимую точность. Условия экс­плуатации, то есть условия обеспечения нормальной работы объекта, определяют минимальные требования к точности. Точность экспериментальных данных также существенно зависит от объема (числа) испытаний - чем испытаний больше, тем (при тех же условиях) выше до­стоверность результатов.

5. Составление плана проведения эксперимента - количество и порядок испытаний, способ сбора, хране­ния и документирования данных. Порядок проведения испытаний важен, если входные параметры (факторы) при исследовании одного и того же объекта в течение од­ного опыта принимают разные значения. В ряде случаев, когда систематически действующие параметры сложно учесть и проконтролировать, их преобразуют в случай­ные, специально предусматривая случайный порядок проведения испытаний (рандомизация эксперимента). Это позволяет применять к анализу результатов методы математической теории статистики. Порядок испытаний также важен в процессе поисковых исследований: в за­висимости от выбранной последовательности действий при экспериментальном поиске оптимального соотноше­ния параметров объекта или какого-то процесса может потребоваться больше или меньше опытов. Эти экспе­риментальные задачи подобны математическим задачам численного поиска оптимальных решений. Наиболее хорошо разработаны методы одномерного поиска (одно- факторные однокритериальные задачи), такие как метод Фибоначчи, метод золотого сечения.

6. Статистическая обработка результатов экспери­мента, построение математической модели поведения исследуемых характеристик. Необходимость обработки вызвана тем, что выборочный анализ отдельных данных, вне связи с остальными результатами, или же некоррект­ная их обработка могут не только снизить ценность прак­тических рекомендаций, но и привести к ошибочным вы­водам. Обработка результатов включает в себя:

- определение доверительного интервала среднего значения и дисперсии (или среднего квадратичного откло­нения) величин выходных параметров (эксперименталь­ных данных) для заданной статистической надежности;

- проверка на отсутствие ошибочных значений (вы­бросов), с целью исключения сомнительных результатов из дальнейшего анализа. Проводится на соответствие одному из специальных критериев, выбор которого зависит от за­кона распределения случайной величины и вида выброса;

- проверка соответствия опытных данных ранее априорно введенному закону распределения. В зависи­мости от этого подтверждаются выбранный план экс­перимента и методы обработки результатов, уточняется выбор математической модели. Построение математиче­ской модели выполняется в случаях, когда должны быть получены количественные характеристики взаимосвя­занных входных и выходных исследуемых параметров. Это - задачи аппроксимации, то есть выбора математиче­ской зависимости, наилучшим образом соответствующей экспериментальным данным. Для этих целей применяют регрессионные модели, которые основаны на разложе­нии искомой функции в ряд с удержанием одного (линей­ная зависимость, линия регрессии) или нескольких (не­линейные зависимости) членов разложения (ряды Фурье, Тейлора). Одним из методов подбора линии регрессии является широко распространенный метод наименьших квадратов (МНК). Название свое данный метод получил, исходя из основного принципа, которому должны удов­летворять полученные на его основе оценки параметров: сумма квадратов ошибки модели должна быть минималь­ной. Если случайные ошибки модели имеют нормальное распределение, имеют одинаковую дисперсию и некор- релированы между собой, МНК-оценки параметров со­впадают с оценками метода максимального правдоподо­бия (ММП).

Для оценки степени взаимосвязанности факторов или выходных параметров проводят корреляционный анализ результатов испытаний. В качестве меры взаимос­вязанности используют коэффициент корреляции: для независимых или нелинейно зависимых случайных вели­чин он равен или близок к нулю, а его близость к едини­це свидетельствует о полной взаимосвязанности величин и наличии между ними линейной зависимости. Модель линейной регрессии является наиболее изученной и наи­более часто используемой при проведении эксперимен­тальных исследований.

При обработке или использовании эксперименталь­ных данных, представленных в табличном виде, возни­кает потребность получения промежуточных значений. Для этого применяют методы линейной и нелинейной (полиноминальной) интерполяции (определение проме­жуточных значений) и экстраполяции (определение зна­чений, лежащих вне интервала изменения данных).

Процедура использования упомянутых методов математической обработки результатов эксперимен­тальных исследований в данном учебно-методическом пособии не рассматривается, поскольку требует боль­шого объема научного и методического материала. При использовании математических методов обработки по­лученной информации следует обращаться к специаль­ной литературе.

7. Объяснение полученных результатов и формули­рование рекомендаций по их использованию, уточнению методики проведения эксперимента.

Проверить значимость уравнения регрессии - зна­чит установить, соответствует ли математическая мо­дель, выражающая зависимость между переменными, экспериментальным данным и достаточно ли включен­ных в уравнение объясняющих переменных (одной или нескольких) для описания зависимой переменной. Для проверки значимости выдвигают нулевую гипотезу о на­дежности параметров. Нулевая гипотеза НО - это основ­ное проверяемое предположение, которое обычно фор­мулируется как отсутствие различий, отсутствие влияния фактора, отсутствие эффекта, равенство нулю значений выборочных характеристик и т.п. Другое проверяемое предположение (не всегда строго противоположное или обратное первому) называется конкурирующей или аль­тернативной гипотезой.

Выдвинутая гипотеза может быть правильной или неправильной, поэтому возникает необходимость прове­рить ее. Так как проверку производят статистическими методами, то данная проверка называется статистиче­ской. При проверке статистических гипотез возможны ошибки (ошибочные суждения) двух видов:

- можно отвергнуть нулевую гипотезу, когда она на самом деле верна (так называемая ошибка первого рода);

- можно принять нулевую гипотезу, когда она на са­мом деле не верна (так называемая ошибка второго рода).

Альтернативные гипотезы принимаются тогда и только тогда, когда опровергается нулевая гипотеза. Это бывает в случаях, когда различия в средних арифметиче­ских экспериментальной и контрольной групп настолько значимы (статистически достоверны), что риск ошибки отвергнуть нулевую гипотезу и принять альтернативную не превышает одного из трех принятых уровней значи­мости статистического вывода. Уровень значимости - это вероятность ошибки первого рода при принятии решения (вероятность ошибочного отклонения нулевой гипотезы):

1- й уровень - 5 % (a = 0,05), где допускается риск ошибки в выводе в пяти случаях из ста теоретически воз­можных таких же экспериментов при строго случайном отборе для каждого эксперимента;

2- й уровень - 1 % (a = 0,01), т. е. соответственно до­пускается риск ошибиться только в одном случае из ста;

3- й уровень - 0,1 % (a = 0,01), т. е. допускается риск ошибиться только в одном случае из тысячи.

Последний уровень значимости предъявляет очень высокие требования к обоснованию достоверности ре­зультатов эксперимента и потому редко используется. В эконометрических исследованиях, не нуждающихся в очень высоком уровне достоверности, представляется разумным принять 5 % уровень значимости

Методы и способы измерений.

Погрешности измерений

Важное место в экспериментальных исследованиях занимают измерения. Измерение - это нахождение фи­зической величины опытным путем с помощью специ­альных технических средств. Суть измерения составляет сравнение измеряемой величины с известной величиной, принятой за единицу (эталон).

Теорией и практикой измерения занимается метро­логия - наука об измерениях, методах и средствах обе­спечения их единства и способах достижения требуемой точности. Важнейшие значения в метрологии отводятся эталонам и образцовым средствам измерений. К этало­нам относятся средства измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающих воспроизведение и хране­ние единицы с целью передачи ее размера нижестоящим средствам измерения. Эталоны выполнены по особой спецификации. Образцовые средства измерений служат для проверки по ним рабочих (технических) средств из­мерения, постоянно используемых непосредственно в исследованиях. Передача размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам осуществляется государственными и ведомственными метрологическими органами, составляющими метроло­гическую службу Российской Федерации.

Методы измерений можно подразделить на прямые и косвенные. При прямых измерениях искомую величину устанавливают непосредственно из опыта, при косвен­ных - функционально от других величин, определенных прямыми измерениями. Различают также абсолютные и относительные измерения. Абсолютные - это прямые измерения в единицах измеряемой величины; относи­тельные измерения представляют собой отношение из­меряемой величины к одноименной величине, играющей роль единицы или измерения этой величины по отноше­нию к одноименной, принимаемой за исходную.

В исследованиях применяются совокупные и со­вместные измерения. При совокупных измерениях одно­временно измеряются несколько одноименных величин, а искомую величину при этом находят путем решения системы уравнений. При совместных измерениях одно­временно проводят измерения неодноименных величин для нахождения зависимости между ними

Выделяют несколько основных методов измерения:

1. Метод непосредственной оценки соответствует определению значения величины непосредственно по от- счетному устройству измерительного прибора прямого дей­ствия (например, измерение массы на циферблатных весах).

2. При использовании метода сравнения с мерой из­меряемую величину сравнивают с величиной, воспроиз­водимой мерой (например, измерение массы на рычаж­ных весах с уравновешиванием гирями).

3. При методе противопоставления осуществляется сравнение с мерой (измеряемая величина и величина, вос­производимая мерой, одновременно воздействуют на при­бор, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами, как, например, при измерении массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и гирь на двух противоположных чашках весов).

4. При дифференциальном методе на измеритель­ный прибор воздействует разность измеряемой и извест­ной величины, производимой мерой (например, измере­ния, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе).

5. При нулевом методе результирующий эффект воздействия величины на прибор доводят до нуля (на­пример, измерение электрического сопротивления мо­стом с полным его уравновешиванием).

6. При методе замещения измеренную величину за­мещают известной величиной, воспроизводимой мерой (например, взвешивание с поочередным помещением из­меряемой массы и гири на одну и ту же чашку весов).

7. При методе совпадений разность между измеря­емой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряется с использованием совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Неотъемлемой частью экспериментальных иссле­дований являются средства измерений, т.е., совокуп­ность технических средств, имеющих нормированные погрешности, которые дают необходимую информацию для экспериментатора. К средствам измерений относят меры, измерительные приборы, установки и системы.

Измерительные приборы характеризуются вели­чиной погрешности и точности, стабильностью изме­рений и чувствительностью. Погрешность средства из­мерения - одна из важнейших его характеристик. Она возникает вследствие недоброкачественных материалов, комплектующих изделий, применяемых для приготовле­ния приборов; плохого качества изготовления приборов; неудовлетворительной эксплуатации и др. Существенное влияние оказывают градуировка шкалы и периодическая проверка приборов. Кроме этих систематических погреш­ностей возникают случайные, обусловленные сочетания­ми различных случайных факторов - ошибками отсчета, параллаксом, вариацией и т.д. Таким образом, необходи­мо рассматривать не какие-либо отдельные, а суммарные погрешности приборов. Погрешности приборов бывают абсолютными и относительными. Суммарные погрешно­сти, установленные при нормальных условиях, называют основными погрешностями прибора.

Диапазоном измерений называют ту часть диапазо­на показаний прибора, для которой установлены погреш­ности прибора (если известны погрешности прибора, то диапазон измерений и показаний прибора совпадает).

Разность между максимальным и минимальным по­казаниями прибора называют размахом или диапазоном измерений. Если эта величина непостоянна, т. е., если при обратном ходе имеется увеличение или уменьшение хода, то эту разность называют вариацией показаний W. Вели­чина W - это простейшая характеристика погрешности прибора. Другой характеристикой прибора является его чувствительность, т.е. способность отсчитывающего устройства реагировать на изменения измеряемой вели­чины. Под порогом чувствительности прибора понима­ют наименьшее значение измеренной величины, вызы­вающее изменение показания прибора, которое можно зафиксировать.

Основной характеристикой любого измерительно­го прибора является его точность. Она характеризуется суммарной погрешностью. Средства измерения делятся на классы точности. Класс точности - это обобщенная характеристика, определяемая пределами основной и до­полнительных допускаемых погрешностей, влияющих на точность.

Стабильность (воспроизводимость) прибора - это свойство отсчетного устройства обеспечивать постоян­ство показаний одной и той же величины. Со временем в результате старения материалов стабильность показа­ний приборов нарушается.

Все средства измерения проходят периодическую проверку на точность. Такая проверка предусматривает определение и по возможности уменьшение погрешно­стей приборов. Проверка позволяет установить соответ­ствие данного прибора регламентированной степени точ­ности и определяет возможность применения для данных измерений

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие основные принципы классификации экспе­риментов вы знаете?

2. Что такое планирование эксперимента?

3. Какие основные положения должна содержать методика проведения экспериментальных исследований?

4. Каким основным статистическим требованиям должны отвечать результаты экспериментов?

5. Что в теории планирования эксперимента приня­то называть факторами?

6. Каковы основные требования, предъявляемые к совокупности факторов?

7. Назовите основные этапы планирования экспери­мента.

8. Какие методы обработки экспериментальных данных вам известны?

9. Что такое корреляционная зависимость?

10. Сколько уровней значимости существует при проверке значимости уравнений регрессии и чем они от­личаются?

11. Назовите существующие методы проведения из­мерений.

12. Назовите основные характеристики средств из­мерения.

Тема 7. МЕТОДИКА ОФОРМЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ВИДЕ НАУЧНЫХ РАБОТ

---

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 2091; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!