Особенности научного эксперимента: 10.8. Особенности и ограничения современного научного эксперимента

Наблюдение и эксперимент как методы научного познания

Одними из методов научного познания являются наблюдение и эксперимент.

Наблюдение как метод научного познания

Определение 1

Наблюдение  представляет собой целенаправленное фиксирование данных об исследуемом объекте в его естественной среде.

Фиксирование данных происходит на основе чувственных способностей человека- ощущении, восприятии и представлении. Результатом наблюдения является получение данных.

Выделяют следующие компоненты наблюдения:

• наблюдатель;
• объект исследования;
• условия наблюдения;
• средства наблюдения (измерительные инструменты).

Активность наблюдателя заключается в избирательности наблюдения в зависимости от целевой установки: что подвергается наблюдению, на чем первоочередно нужно акцентировать внимание и т.д.
Опытный наблюдатель не будет игнорировать  явления, которые не входят в его установку в качестве поставленных целей для наблюдения. Такие явления фиксируются, т.к. они могут быть полезны для познания изучаемого объекта. Активность наблюдателя  тесно связана с теоретической обусловленностью содержания результатов наблюдения. В наблюдении важна не только чувственная сторона, но и рациональная способность, выраженная в теоретических установках.

Так же активность исследователя проявляется в отборе необходимых средств наблюдения. Наблюдение нацелено  на невнесение изменений в условия существования объекта. Активность наблюдателя проявляется в ограничении самого себя. 

Выделяют следующие виды наблюдения:

• качественное;
• количественное. 

Качественное наблюдение использовалось людьми еще до появления науки в  современное ее понимании. Количественное наблюдение стали использовать в Новое время – время становления научного знания. Количественные наблюдения связаны с математическими измерениями и измерительной техникой.

 

Эксперимент как метод научного познания

Определение 2 

Эксперимент представляет собой активное фиксирование данных об изучаемом объекте, который находится в специально созданных контролируемых условиях.

Выделяют следующие компоненты эксперимента: 

• лаборатория (пространственно-временная область). Ее границы могут быть реальными и мысленными;
• система, которая изучается исследователем;
• протокол эксперимента;
• реакции системы, которые  фиксируются с помощью необходимых приборов.

Существуют различные виды экспериментов.

Так, в зависимости от познавательных целей, средств и объектов познания выделяют:

• исследовательский (поисковый) эксперимент;
• проверочный (контрольный) эксперимент; 
• воспроизводящий эксперимент; 
• изолирующий эксперимент;
• качественный и количественный эксперимент; 
• физический, химический, биологический, социальный эксперимент.

Эксперимент может быть натуральный и умственный:

•  Натуральный эксперимент предполагает целенаправленное вмешательство исследователя в естественный ход событий. 
• Умственный эксперимент — это манипулирование не реальными объектами, а с информацией о них без вмешательства в ход событий.  

Так же выделяют контролируемый и неконтролируемый эксперимент.

Контролируемый эксперимент — это попытка получить сравнительно чистый эффект влияния экспериментальных факторов. Для этого тщательно изучают и выравнивают другие условия, которые могут возникнуть и исказить влияние экспериментального фактора. Выравнивание происходит по всем объектам, которые принимают участие в эксперименте. Для этого выделяют факторы, которые могут влиять на ожидаемые последствия, предусматривается предварительный анализ проблемы при разработке программы исследования.  Неконтролируемый эксперимент широко применяется на практике для оценки эффективности исследования по принципу: «проведем и посмотрим, что получилось».

Эксперимент в качестве самостоятельного метода научного познания сложился примерно в 17 веке, что означало становление науки в эпоху Нового времени. Экспериментальный метод распространился в таких науках, как биология, химия, физиология. В 19 веке эксперимент стал использоваться в психологии (В. Вундт), позднее —  в социологии.

Преимущества эксперимента перед наблюдением

Эксперимент имеет следующие преимуществами перед наблюдением:

1. Явления, которые изучаются, воспроизводятся по желанию исследователя.
2. Эксперимент позволяет выявить характеристики изучаемых явлений, которые нельзя заметить в естественных условиях. 
3. Варьирование условий предоставляет возможности  изолировать изучаемый объект  от усложняющих обстоятельств и приблизиться к его изучению в «чистом виде» с соблюдением принципа ceteris paribus (при прочих равных условиях).
4. В эксперименте больше возможностей использования различных приборов и техник, автоматизации и компьютеризации.

В научном исследовании эксперименту отводится особая роль:

• Во-первых, он является связующим звеном между эмпирическим и теоретическим этапами и уровнями научного исследования.  Эксперимент опосредован теоретическим исследованием и его результатами, т.к. он основывается на теоретическом знании. Эксперимент ставит своей целью проверку научной гипотезы.  Так же в эксперименте используется различные познавательные средства, что приближает его к эмпирическому уровню познания. Результаты эксперимента – это установленные факты и эмпирические зависимости.
• Во-вторых, эксперимент относится к  познавательной  и практической деятельности одновременно. Цель эксперимента — приращение знания, но так же он связан и с преобразованием окружающей действительности.

Автор: Валерия Дедова

Преподаватель философии

Особенности экспериментального метода познания: VIKENT.RU

«Роджер Бэкон, развивая взгляды Гроссетеста, своего учителя, настаивал на том, что истины (заключения) любого вида — интуиции, основанные на авторитете, теологии, естествознания, даже если они используют математические доказательства, должны проверяться на опыте и поэтому необходимо создание универсальной экспериментальной науки.

Обычного дедуктивного доказательства никогда не достаточно. Оно может решить проблему, но не способно убедить ум, который признаёт свидетельство либо прямой инспекции (внешнего опыта, или эксперимента), либо внутренней интуиции сверхприродных истин.

«Установив основания мудрости латинян в обладании знанием языков математики и оптики, теперь я намереваюсь обратиться к основаниям опытной науки, поскольку без опыта ничто не может быть познано достаточным образом. В самом деле, имеются два познания: с помощью аргументации и с помощью опыта. Аргумент даёт заключение и вынуждает нас соглашаться с заключением, но не даёт твёрдой уверенности и не устранит сомнение так, чтобы разум успокоился в созерцании истины, если он не обнаружит её опытным путем, ибо многие обладают аргументами в отношении познаваемого, но поскольку не имеют о нём опыта, его отвергают, а потому не следуют благу и не избегают вреда».

Универсальная экспериментальная наука, считает Бэкон, совершенно неизвестна основной массе исследователей. Поэтому он может убедить других в её полезности, только «показав одновременно её силу и её особенности». Таких особенностей, названных прерогативами, он насчитывает три. Они призваны подчеркнуть существенное преимущество экспериментальной науки перед спекулятивными и творческими науками.

Первое преимущество состоит в том, что универсальная экспериментальная наука «…исследует наиболее важные заключения всех прочих наук. Ибо они знают, как открыть свои принципы с помощью эксперимента, но к своим заключениям приходят на основании доказательств, основанных на этих же принципах. Если же они хотят получить конкретную и полную проверку своих заключений, необходимо чтобы они получали ее с помощью данной благородной науки. Действительно, математика обладает универсальным опытом в проверке своих заключений с помощью построения фигур и счёта, который применим ко всем наукам и данной экспериментальной науке, поскольку ни одну науку нельзя познать без математики. Но если мы обратимся к результатам, которые характерны именно для данной дисциплины, совершенны и убедительны для неё, необходимо учитывать аргументы науки, называемой экспериментальной»».

Иными словами, первая прерогатива требует, чтобы дедуцированные из объяснительных принципов следствия любой науки подвергались независимой и прямой экспериментальной проверке. Это увеличивает их надёжность и повышает достоверность самих объяснительных принципов. Для Аристотеля, напомним, было достаточно одной дедукции в качестве объяснения или предсказания наблюдаемого явления.

В качестве показательного примера использования первой прерогативы А. Кросби называет попытку открытия Бэконом причины радуги. Сначала Бэкон собрал все явления, схожие с радугой. В это множество попали: преломление солнечного света в кристаллах, в капельках росы на листьях, в водяных брызгах от вращающегося мельничного колеса, от вёсел. Затем он исследовал само явление радуги, обратив внимание на то, что она всегда появляется в облаках или тумане. Объединив наблюдение, астрономическую теорию и измерения с помощью астролябии, он установил, что радуга возникает в противоположной стороне от Солнца, что в центре радуги глаз наблюдателя и Солнце располагаются всегда на прямой линии и что имеется явная связь между высотой радуги и высотой Солнца над горизонтом. Бэкон показал, что лучи, возвращающиеся от радуги в глаз, образуют угол в 42 градуса с лучами, исходящими от Солнца в сторону радуги. Чтобы объяснить все эти факты, он принял точку зрения Аристотеля, изложенную последним в Метеорологии, что радуга — это основание конуса, вершину которого образует Солнце, и осью, исходящей от него через глаз наблюдателя к центру радуги. В зависимости от высоты Солнца меняется основание конуса, т. е. размер радуги. Это объясняет различие размеров радуги в разное время года. Кроме того, из теории Бэкона следует, что размеры и цвета радуги различны для разных наблюдателей. Радуга движется вместе с наблюдателем относительно неподвижных деревьев, домов и т. п. Поэтому для тысячи наблюдателей, расположенных в один ряд, доказывает Бэкон, на самом деле существует тысяча различных радуг.

Второе преимущество состоит в том, что всеобщая экспериментальная наука способна активно и систематически использовать эксперимент для увеличения объема эмпирических данных всех наук и познаваемых явлений. Тем самым она способна открывать истины, которые недоступны из-за их частной природы другим наукам. «Оно (второе достоинство — Прим. И.Л. Викентьева) заключается в том, что только эта госпожа теоретических наук может представить великие истины в рамках этих наук, каковых истин данные науки сами по себе никоим образом достичь не могут. Поэтому данные истины не относятся к сущности спекулятивных наук, но находятся всецело вне их, хотя формулируются в их рамках, поскольку не являются их началами и заключениями».

Согласно третьему преимуществу, всеобщая экспериментальная наука способна создавать новую технику сбора и анализа данных, испытания гипотез, хранения и модификации старых средств и умений, конструирования новых. «Третье достоинство этой науки заключено в её особых свойствах, благодаря которым она своей собственной силой исследует тайны природы, не соотносясь с другими науками. И таковое состоит в двух вещах: в познании будущего, прошедшего и настоящего, а также в удивительных вещах, в коих она превосходит в способности суждения мнения общепринятой астрономии. .. И эта мудрость изобретена в качестве идеального лекарства против человеческого невежества и неблагоразумия: в самом деле, трудно обрести точные и удовлетворительные астрономические инструменты и ещё сложнее — достоверные таблицы, те, именно в которых указаны уравненные движения планет. И сложно пользоваться этими таблицами, а ещё сложнее — инструментами. Но эта опытная наука находит определения и пути, с помощью которых легко отвечает на любой вопрос, насколько это возможно для отдельной способности философии, и посредством коих показывает нам формы сил небесных тел и импрессии небесных тел в этом мире — без всяких трудностей, присущих общепринятой астрономии».

Таким образом, только универсальная экспериментальная наука способна в полной мере исследовать секреты природы, открывать знание прошлого и будущего. Бэкон полагает, что три прерогативы вместе очерчивают метод научного познания более эффективный и надежный, чем аристотелевский. Новый метод делает акцент на систематическом сборе данных, существенном расширении класса проверяемых следствий, творческом характере эксперимента, на отсутствии принципиальных границ между опытом, интеллектом и изобретением в науке.

Предвосхищая теорию идолов Френсиса Бэкона, которая подробно анализируется ниже, Роджер Бэкон указывает на четыре возможных причины ошибочной интерпретации результатов наблюдения и эксперимента. Это — авторитет, обычай (привычка), мнение необразованного большинства и невежество, выдаваемое за знание. Последняя причина, считает Бэкон, самая опасная, так как она лежит в основе всех остальных».

Светлов В.А., История научного метода, М., «Академический Проект»; «Деловая книга», 2008 г., с. 48-52.

 

Модуль 2: Дизайн исследования — Раздел 2 | ORI

BRC Главная | Глоссарий

 

• Модуль 2:
• Цели
• |
• Раздел 1
• |
• Раздел 1 Обсуждение
• Раздел 2
• Раздел 2 Обсуждение
• |
• Викторина

 

Раздел 2: Экспериментальные исследования

В отличие от описательного исследования, эксперимент представляет собой исследование, в котором преднамеренно вводится лечение, процедура или программа и наблюдается результат или результат. Словарь английского языка American Heritage Dictionary определяет эксперимент как «испытание в контролируемых условиях, которое проводится для демонстрации известной истины, проверки достоверности гипотезы или определения эффективности чего-то ранее не испытанного».

Настоящие эксперименты состоят из четырех элементов: манипулирование, контроль, случайное назначение и случайный выбор. Наиболее важными из этих элементов являются манипулирование и контроль. Манипуляция означает целенаправленное изменение исследователем чего-либо в окружающей среде. Контроль используется для предотвращения влияния внешних факторов на результат исследования. Когда чем-то манипулируют и контролируют, а затем происходит результат, это делает нас более уверенными в том, что манипуляция «вызвала» результат. Кроме того, эксперименты включают тщательно контролируемые и систематические процедуры, чтобы свести к минимуму ошибки и предвзятость, что также повышает нашу уверенность в том, что манипуляция «вызвала» результат.

 

Другим ключевым элементом настоящего эксперимента является случайное распределение. Случайное распределение означает, что если в эксперименте есть группы или методы лечения, участники распределяются по этим группам или методам лечения или случайным образом (как подбрасывание монеты).

Это означает, что независимо от того, кто является участником, у него есть равные шансы попасть во все группы или методы лечения в эксперименте. Этот процесс помогает обеспечить сходство групп или методов лечения в начале исследования, чтобы было больше уверенности в том, что манипуляция (группа или лечение) «вызвала» результат. Дополнительную информацию о случайном назначении можно найти в разделе Случайное назначение.

Определение : Эксперимент – это исследование, в котором преднамеренно вводится лечение, процедура или программа и наблюдается результат или результат.

 

Пример экспериментального исследования

Экспериментальное исследование — пример 1

Исследователь хочет оценить, является ли новый метод обучения математике учащихся начальной школы более эффективным, чем стандартный метод обучения. Используя план эксперимента, исследователь случайным образом (случайно) делит класс на две группы и называет их «Группа А» и «Группа Б». Студенты не могут выбирать свою группу. Процесс случайного распределения приводит к двум группам, которые должны иметь одинаковые характеристики в начале эксперимента. В группе А учитель использует новый метод обучения для проведения урока математики. В группе B учитель использует стандартный метод обучения для проведения урока математики. Исследователь сравнивает результаты тестов в конце семестра, чтобы оценить успех нового метода обучения по сравнению со стандартным методом обучения. В конце исследования результаты показали, что учащиеся в группе с новым методом обучения набрали значительно более высокие баллы на выпускном экзамене, чем учащиеся в группе со стандартным обучением.

Экспериментальные исследования — пример 2

Инструктор по фитнесу хочет проверить эффективность травяной добавки, повышающей работоспособность, на учениках в ее классе упражнений. Для создания экспериментальных групп, однородных в начале исследования, учащиеся распределяются на две группы случайным образом (они не могут выбирать, в какой группе они находятся). Учащимся в обеих группах дают по таблетке каждый день, но они не знают, является ли эта таблетка плацебо (сахарной таблеткой) или травяной добавкой. Инструктор дает Группе А травяную добавку, а Группа Б получает плацебо (сахарную таблетку). Уровень физической подготовки студентов сравнивается до и после шести недель приема добавки или сахарной пилюли. Между двумя группами не было обнаружено различий в работоспособности, что свидетельствует о неэффективности травяной добавки.

 

Перейти к модулю 2
Обсуждение раздела 2

10 Характеристики научного эксперимента

••• Jupiterimages/Comstock/Getty Images

Обновлено 24 апреля 2017 г.

Наташа Паркс собираются надежные результаты и делаются обоснованные выводы. Каждый научный эксперимент должен следовать основным принципам надлежащего исследования, чтобы результаты, представленные в конце, выглядели заслуживающими доверия.

Наблюдение и гипотеза

Наблюдение за новым физическим процессом или явлением — редкое событие, но есть области науки, которые до конца не изучены. Ученый должен облечь свои наблюдения в слова, чтобы разработать осмысленную гипотезу. Гипотеза должна объяснять явление с помощью механизма или математической зависимости, как это описано профессором физики Фрэнком Л. Х. Вольфсом из Рочестерского университета.

Прогнозирование и моделирование

Недостаточно угадать, почему что-то происходит. Ученый должен доказать, что его теория верна. Прогнозы делаются для проверки наблюдений при различных обстоятельствах. Цель состоит в том, чтобы узнать больше об этом явлении и доказать, что оно существует. Один из способов улучшить научный метод — создать «модель». Модели можно использовать для проведения аналогий для сложных, ненаблюдаемых понятий.

Тестирование и оценка ошибок

Проверка новых теорий очень важна. Каждый эксперимент должен быть спланирован так, чтобы уменьшить количество переменных. Никогда не бывает достаточно сказать, что эксперимент был проведен и подтверждает теорию, но что метод или результаты недоступны. Каждый эксперимент будет содержать небольшую область ошибки. Если теория должна быть доказана с помощью математики, отклонения от среднего значения применяются к результату каждого расчета.

Сбор и представление результатов

Ученые должны записать свои результаты. Часто исходную теорию можно переписать после экспериментов, чтобы проиллюстрировать новые явления. Если проведенные эксперименты не подтверждают какую-либо теорию, их следует отвергнуть. Каждый результат должен быть перепроверен, а те, которые явно не соответствуют шаблону, анализируются дальше. После сопоставления результатов их можно представить в виде таблицы, графиков, диаграмм или компьютерной графики. Каждое представление должно поддерживать исходную теорию.

Выводы

Когда результаты получены и представлены осмысленно, можно делать выводы. Вывод включает интерпретацию результатов, распознавание любых присутствующих закономерностей и описание того, что эти закономерности и интерпретации означают на самом деле. Любое моделирование или предсказание должно быть преобразовано в осмысленный, аргументированный вывод. Выводы отдельных экспериментов могут быть преобразованы в прогнозы поведения в целом и дальнейшие идеи о тестировании.

Правовое образование

Одна из основных целей науки — открыть и доказать новые законы, объясняющие, как работают вещи. Когда две или три модели сформулированы на основе первоначальных наблюдений и теория успешно проверена, различные модели можно свести воедино. Примером единого концептуального закона является Первый закон термодинамики. Примером объединенного набора теорий является «теория великого объединения», описание Вселенной, связывающее воедино все, что мы уже знаем.