Experiment je metoda vědecké znalosti, s jehož pomocí se studují jevy reálně-objektivní reality v určitých (daných), reprodukovatelných podmínkách prostřednictvím jejich řízená změna. Experimentální výzkum odkazuje na empirický vědecké metody a je to typ zkušenosti, mající účelově poznávací, metodologický charakter. Experiment zaujímá přední místo mezi metodami vědeckého poznání (viz Metody vědeckého poznání) a často slouží jako kritérium pravda vědecké poznatky obecně.
Na rozdíl od takové metody vědeckého a praktického poznání jako je pozorování (což přímo souvisí s experimentální metodou), experiment se provádí na zákl teorie (viz Teorie), která určuje formulaci cílů výzkumu a interpretaci jeho výsledků. V experimentu výzkumník aktivně zasahuje do průběhu studovaného procesu, aby o něm získal určité poznatky. Zkoumaný jev je zde pozorován za speciálně vytvořených a řízených podmínek, což umožňuje reprodukovat průběh jevu při opakování podobných podmínek. Po vytvoření umělého systému je pak možné jej vědomě (a někdy i nevědomě, náhodně) ovlivňovat přeskupováním jeho prvků, jejich eliminací nebo jejich nahrazením jinými prvky. Pozorováním měnících se důsledků je možné odhalit určitý kauzální vztah mezi prvky a tím identifikovat nové vlastnosti a vzorce studovaných jevů. Během experimentu výzkumník nejen kontroluje a reprodukuje podmínky, ve kterých je objekt studován, ale také často tyto podmínky uměle mění a obměňuje. To je jedna z důležitých výhod experimentu oproti pozorování. Změnou podmínek interakce získává výzkumník větší možnosti objevovat skryté vlastnosti a souvislosti objektu. Typicky je ovládání a změny podmínek dosaženo použitím přístrojová zařízení, které jsou pozorovatelovým nástrojem ovlivňování objektu.
Hlavní logické a praktické prvky experimentálního postupu jsou následující:
- Položení otázky a předložení předběžné odpovědi.
- Vytvoření experimentálního nastavení, které poskytuje nezbytné podmínky pro výzkumníka k interakci se studovaným objektem.
- Řízená úprava těchto podmínek.
- Zaznamenávání následků a zjišťování příčin.
- Popis nového jevu a jeho vlastností.
Experiment jako výzkumná metoda vznikl v přírodních vědách moderní doby (W. Gilbert, G. Galileo). Filozofické pochopení se jí dostalo poprvé v dílech F. Bacona, který vyvinul první klasifikaci experimentů. Předtím byly formy jazyka a racionálně-objektivní činnosti stejné pro mimovědeckou praxi i vědu, lišily se pouze zamýšleným použitím (toto rozlišení je terminologicky fixováno protikladem praktického k empirickému) a specifičnosti vědecké poznání bylo spatřováno v psychologických aspektech činnosti vědce. Teprve po triumfu mechanistického obrazu světa (I. Newton), který dal přírodní vědě zásadně nový systém objektivních prostředků – teorii v moderním smyslu tohoto pojetí – se racionálně-objektivní činnost ve vědě začíná opírat o teoretické prostředek – produkt vlastního vývoje. Rozvoj experimentální činnosti ve vědě provázel v teorii poznání boj mezi racionalismem a empirismem, který odlišně chápal vztah mezi empirickým a teoretickým poznáním. Překonání jednostrannosti těchto směrů, rozvoj teoretického základu přírodních věd a nahrazení dominance mechaniky koexistencí různých teorií vedly k tomu, že nejen prostředky, ale i objekty empirického výzkumu začaly působit ne jako přímá, empirická data, ale jako zprostředkovaná rozvojem teorie. Jinými slovy, předmět je nyní zahrnut do empirické činnosti jako výsledek předchozího rozvoje teoretických znalostí a v této činnosti se objevuje jako teoreticky neznámý, zafixovaný v empirickém jazyce za účelem získání teoretického výsledku v budoucnu.
Moderní věda (viz Věda) využívá různé druhy experimentů. Jeho role je zvláště velká v přírodních vědách. V oblasti základního výzkumu je nejjednodušším typem experimentu kvalitativní experiment, jehož cílem je stanovit přítomnost nebo nepřítomnost jevu předpokládaného vědeckou teorií (viz Kvalita). Složitější experiment měření je takový, který odhalí kvantitativní jistotu jakékoli vlastnosti objektu (viz Kvantita, Měření). Hlavním cílem experimentu je často kontrola hypotézy vědecká teorie (viz Hypotéza) zásadního významu (tzv. rozhodující experiment). Dalším typem experimentu, který je široce používán v základním výzkumu, je tzv myšlenkový experiment (viz Myšlenkový experiment). Patří do oblasti teoretických znalostí a je to systém mentálních, prakticky nemožných postupů prováděných na ideálních objektech. Jako teoretické modely reálných situací se provádějí myšlenkové experimenty, aby se zjistila konzistence základních principů teorie. V oblasti aplikovaného výzkumu se využívají všechny výše uvedené typy experimentů. Jejich úkolem je testovat konkrétní teoretické modely. Specifické pro aplikované vědy modelový experiment, který je umístěn na hmotných modelech, které reprodukují tvory, rysy studované přírodní situace nebo technické zařízení. Úzce to souvisí s výrobní experiment. Ke zpracování výsledků těchto experimentů se používají metody matematické statistiky, jejíž speciální obor studuje principy analýzy a plánování experimentů.
Ve XNUMX. století s rozvojem vědeckých poznatků o společenských jevech v souvislosti s potřebami společenské praxe, zejména v souvislosti s potřebami zlepšování organizace a řízení společnosti, resp. sociální experimenty. Sociální experiment, jakožto výzkumná metoda, zároveň plní funkci optimalizace sociálních systémů (viz Společnost). Zároveň patří do oblasti vědy i do oblasti sociálního managementu, pomáhá navrhovat a zavádět nové sociální formy. Objektem sociálního experimentu je v roli určité skupiny či komunity lidí jeden z účastníků experimentu, jehož zájmy je třeba zohlednit a sám výzkumník je zahrnut do situace, kterou studuje. Obsah a postupy sociálních experimentů jsou určeny právními a morálními normami společnosti.
Hlavní charakteristiky experimentální strategie, která určuje místo a význam různých (konkrétních) typů experimentů (výzkumných, testovacích, demonstračních, kvalitativních, rozhodujících, modelových, mentálních), lze redukovat na následující:
Nejdůležitější složkou vědeckého výzkumu je experiment, jehož základem je vědecky vedený experiment s přesně zohledněnými a kontrolovanými podmínkami.
Samotné slovo experiment pochází z lat. experimentum– zkouška, zkušenost.
Ve vědeckém jazyce a výzkumné práci se pojem „experiment“ obvykle používá ve významu společném pro řadu příbuzných pojmů: zkušenost, cílené pozorování, reprodukce předmětu poznání, organizace zvláštních podmínek pro jeho existenci, ověření predikce.
Tento koncept zahrnujevědecké nastavení experimentů a pozorování studovaného jevu za přesně zohledněných podmínek, což umožňuje sledovat průběh jevů a znovu je vytvořit pokaždé, když se tyto podmínky opakují. Samotným pojmem „experiment“ se rozumí jednání směřující k vytvoření podmínek pro realizaci určitého jevu a pokud možno toho nejčastějšího, tzn. není komplikovaný jinými jevy.
Hlavní účel experimentujsou zjišťování vlastností zkoumaných objektů, testování platnosti hypotéz a na tomto základě široké a hloubkové studium tématu vědeckého výzkumu.
Design a organizace experimentu jsou určeny jeho účelem.
Liší se:
metodou vytváření podmínek (přirozených a umělých);
podle účelů studia (přeměna, zjišťování, kontrola, vyhledávání, rozhodování);
o organizaci jednání (laboratoř, pole, pole, výroba atd.);
podle struktury studovaných objektů a jevů (jednoduché, složité);
podle povahy vnějších vlivů na předmět studia (materiál, energie, informace);
charakterem interakce mezi prostředky experimentálního výzkumu a objektem výzkumu (konvenčním a modelovým);
podle typu modelů studovaných v experimentu (materiální a mentální);
řízenými veličinami (pasivní a aktivní);
počtem proměnných faktorů (jednofaktorové a vícefaktorové);
podle povahy studovaných předmětů nebo jevů (technologické, sociometrické) atd.
Pro klasifikaci lze použít další charakteristiky.
Přírodníexperiment zahrnuje provádění experimentů v přirozených podmínkách existence předmětu studia (nejčastěji využívané v biologických, sociálních, pedagogických a psychologických vědách).
Umělý experimentzahrnuje utváření umělých podmínek (velmi používané v přírodních a technických vědách).
Transformační (kreativní) experimentzahrnuje aktivní změnu struktury a funkcí studovaného předmětu v souladu s vyslovenou hypotézou, vytváření nových vazeb a vztahů mezi složkami předmětu nebo mezi zkoumaným objektem a jinými předměty. Badatel v souladu s odhalenými trendy ve vývoji předmětu studia záměrně vytváří podmínky, které by měly přispět k utváření nových vlastností a kvalit předmětu.
Zjišťovací experimentslouží k testování určitých předpokladů. Během tohoto experimentu se zjistí přítomnost určité souvislosti mezi dopadem na předmět studia a výsledkem a odhalí se přítomnost určitých skutečností.
Kontrolní experimentjde o sledování výsledků vnějších vlivů na předmět studia s přihlédnutím k jeho stavu, povaze dopadu a očekávanému účinku.
Vyhledávací experimentse provádí, pokud je klasifikace faktorů ovlivňujících zkoumaný jev obtížná z důvodu nedostatku dostatečných předběžných (a priori) údajů. Na základě výsledků vyhledávacího experimentu je zjištěna významnost faktorů a ty nevýznamné jsou eliminovány.
Rozhodující experimentje kladen na kontrolu platnosti hlavních ustanovení základních teorií v případě, kdy jsou dvě nebo více hypotéz stejně konzistentní s mnoha jevy. Tato shoda vede k obtížnosti, která hypotéza je považována za správnou.
Rozhodující experiment poskytuje fakta, která jsou v souladu s jednou z hypotéz a odporují druhé.
Příkladem rozhodujícího experimentu jsou pokusy ověřující platnost Newtonovy teorie odlivu světla a Huygensovy vlnové teorie. Tyto experimenty provedl francouzský vědec Foucault (1819-1868). Týkaly se otázky rychlosti šíření světla uvnitř průhledných těles. Podle hypotézy výtoku by rychlost světla uvnitř takových těles měla být větší než ve vakuu. Foucault ale svými pokusy dokázal opak, tzn. že v méně hustém prostředí je rychlost světla větší. Tento Foucaultův experiment byl rozhodující zkušeností, která vyřešila spor mezi dvěma hypotézami (v současnosti byla Huygensova hypotéza nahrazena Maxwellovou elektromagnetickou hypotézou).
Dalším příkladem rozhodujícího experimentu je spor mezi Ptolemaiem a Koperníkem o pohybu Země. Foucaultův rozhodující experiment s kyvadlem nakonec spor rozhodl ve prospěch koperníkovské teorie.
Лабораторный эksperимент prováděné v laboratorních podmínkách za použití standardních přístrojů, speciálních modelovacích instalací, stojanů, zařízení atd.
Nejčastěji se v laboratorním experimentu nestuduje samotný objekt, ale jeho vzorek. Tento experiment umožňuje studovat vliv některých charakteristik, zatímco jiné benigním způsobem obměňovat, s požadovaným opakováním, a získat dobré vědecké informace s minimálním vynaložením času a zdrojů. Takový experiment však ne vždy plně simuluje skutečný průběh studovaného procesu, takže je potřeba provést experiment v plném rozsahu.
Experiment v plném měřítku prováděné v přírodních podmínkách a na reálných objektech. Tento typ experimentu se často používá v procesu testování vyrobených systémů v plném měřítku. Podle místa konání testů se experimenty v plném rozsahu dělí na produkční, polní, zkušebny, polopřírodní atd..
Téměř ve všech případech je hlavním vědeckým problémem experimentu v plném rozsahu zajistit dostatečný soulad (adekvátnost) experimentálních podmínek s reálnou situací, ve které bude následně vytvořený objekt fungovat.
Ústředními cíli experimentu v plném rozsahu jsou:
studium charakteristik vlivu prostředí na testovaný objekt;
identifikace statistických a dynamických parametrů objektu;
posouzení provozní účinnosti zařízení a jeho kontrola z hlediska souladu se stanovenými požadavky.
Experimenty mohou být otevřené nebo uzavřenéjsou rozšířeny v psychologii, sociologii a pedagogice. V otevřeném experimentu jsou jeho úkoly otevřeně vysvětleny subjektu, v uzavřeném experimentu jsou pro získání objektivních dat tyto úkoly subjektu skryty.
Jednoduchý experiment používá se ke studiu objektů, které nemají rozvětvenou strukturu, s malým počtem vzájemně propojených a interagujících prvků, které plní jednoduché funkce.
Ve složitém experimentu studují se jevy nebo objekty s rozvětvenou strukturou (lze rozlišit hierarchické úrovně) a velkým množstvím vzájemně propojených a interagujících prvků, které plní komplexní funkce. Vysoký stupeň konektivity prvků vede k tomu, že změna stavu jakéhokoli prvku nebo spojení s sebou nese změnu stavu mnoha dalších prvků systému. V komplexních předmětech studia je možné mít několik různých struktur a několik různých cílů.
Informační experiment slouží ke studiu vlivu určitých (formou a obsahem odlišných) informací na objekt zkoumání (nejčastěji se informační experimenty využívají v biologii, psychologii, sociologii, kybernetice apod.). Pomocí tohoto experimentu se studuje změna stavu předmětu studia pod vlivem informací, které mu byly sděleny.
Experiment s látkou zahrnuje studium vlivu různých materiálních faktorů na stav předmětu studia. Například vliv různých přísad na kvalitu oceli atp.
Energetický experiment slouží ke studiu vlivu různých druhů energie (elektromagnetické, mechanické, tepelné atd.) na předmět studia. Tento typ experimentu je rozšířen v přírodních vědách.
Konvenční (nebo klasický) experiment zahrnuje experimentátora jako kognitivní subjekt; předmět nebo předmět experimentálního výzkumu a prostředky (nástroje, zařízení, experimentální zařízení), s jejichž pomocí se experiment provádí.
V konvenčním experimentu experimentální prostředky přímo interagují s předmětem studia. Jsou prostředníky mezi experimentátorem a výzkumným objektem.
Modelový experiment na rozdíl od běžného se zabývá modelem zkoumaného objektu. Model je součástí experimentálního nastavení, nahrazuje nejen předmět studia, ale často i podmínky, za kterých je určitý objekt studován,
Modelový experiment, který rozšiřuje možnosti experimentálního výzkumu, má zároveň řadu nevýhod souvisejících s tím, že rozdíl mezi modelem a reálným objektem se může stát zdrojem chyb a navíc extrapolací výsledků studia. chování modelu k simulovanému objektu vyžaduje dodatečný čas a teoretické zdůvodnění způsobilosti takových extrapolací.
Rozdíl mezi experimentálními nástroji v modelování nám umožňuje rozlišovat mezi mentálními a materiálními experimenty.
Se zbraněmi myšlenkový (mentální) experiment jsou mentální modely studovaných předmětů nebo jevů (smyslové obrazy, obrazové modely znaků, modely znaků). K označení myšlenkového experimentu se někdy používají termíny: idealizovaný nebo imaginární experiment.
Myšlenkový experiment je jednou z forem duševní činnosti kognitivního subjektu, během níž se v imaginaci reprodukuje struktura skutečného experimentu.
Struktura myšlenkového experimentu zahrnuje: sestavení mentálního modelu předmětu studia, idealizované experimentální podmínky a vlivy na předmět; vědomá a systematická změna, kombinace experimentálních podmínek a vlivů na objekt; vědomé a přesné uplatňování objektivních zákonů vědy ve všech fázích experimentu, čímž se eliminuje absolutní libovůle. Výsledkem takového experimentu jsou závěry.
Materiálový experiment má podobnou strukturu. V materiálovém experimentu se však používá materiál spíše než ideální předměty studia. Hlavní rozdíl mezi hmotným experimentem a mentálním je v tom, že skutečný experiment je formou objektivního hmotného spojení vědomí s vnějším světem, zatímco myšlenkový experiment je specifickou formou teoretické činnosti subjektu.
Pasivní experimentumožňuje měřit pouze vybrané ukazatele (parametry, proměnné) jako výsledek pozorování objektu bez umělých zásahů do jeho fungování.
Příklady pasivního experimentu jsou pozorování:
intenzita, skladba, rychlost dopravních proudů;
počet onemocnění obecně nebo jakékoli specifické onemocnění;
pro výkon určité skupiny lidí;
pro ukazatele, které se mění s věkem;
počet dopravních nehod atd.
Pasivní experiment je v podstatě pozorování, které je doprovázeno instrumentálním měřením vybraných ukazatelů stavu studovaného objektu.
Aktivní experiment je spojena s výběrem speciálních vstupních signálů (faktorů) a řídí vstup a výstup studovaného systému.
Jednofaktorový experiment předpokládá:
identifikace nezbytných faktorů;
stabilizace rušivých faktorů;
střídavě měnící faktory, které výzkumníka zajímají.
Strategie vícerozměrného experimentu spočívá v tom, že všechny proměnné se mění najednou a každý účinek je hodnocen na základě výsledků všech experimentů provedených v dané sérii experimentů.
Technologický experiment je zaměřena na studium prvků technologického procesu (výrobky, zařízení, činnosti zaměstnanců atd.) nebo procesu jako celku.
Sociometrický experiment slouží k měření existujících mezilidských, sociálně-psychologických vztahů v malých skupinách s cílem jejich následné změny.
Chcete-li provést experiment jakéhokoli typu, musíte:
vyvinout hypotézu, která bude testována;
vytvářet experimentální pracovní programy;
určit metody a techniky intervence v objektu studia;
zajistit podmínky pro realizaci postupu experimentální práce;
vyvinout způsoby a techniky pro zaznamenávání průběhu a výsledků experimentu;
připravit experimentální nástroje (zařízení, instalace, modely atd.);
poskytnout experimentu nezbytný personál údržby.
Zvláštní význam má správný vývoj experimentálních technik.
Metodologie – to je celková a. duševní a fyzické operace umístěné v určité posloupnosti, v souladu s níž je dosaženo cíle studia.
Při vývoji experimentálních metod je nutné zajistit:
provádění předběžného cíleného pozorování studovaného objektu nebo jevu za účelem stanovení výchozích dat (hypotézy, výběr různých faktorů);
vytváření podmínek, ve kterých je možné experimentovat (výběr objektů pro experimentální ovlivnění, eliminace vlivu náhodných faktorů);
stanovení mezí měření; systematické pozorování vývoje studovaného jevu a přesné popisy faktů;
provádění systematického zaznamenávání měření a hodnocení skutečností různými prostředky a metodami;
vytváření opakujících se situací, změna povahy podmínek a křížových dopadů, vytváření komplikovaných situací za účelem potvrzení nebo vyvrácení dříve získaných dat;
přechod od empirického studia k logickým zobecněním, k analýze a teoretickému zpracování získaného faktografického materiálu.
Před každým experimentem je sestaven plán (program), který zahrnuje:
účel a cíle experimentu;
výběr různých faktorů;
zdůvodnění rozsahu pokusu, počtu pokusů;
postup při provádění experimentů, stanovení posloupnosti změn faktorů;
výběr kroku pro změnu faktorů, nastavení intervalů mezi budoucími experimentálními body;
zdůvodnění měřicích přístrojů;
zdůvodnění metod zpracování a analýzy experimentálních výsledků.
Experimentální výsledky musí splňovat tři statistické požadavky:
požadavek na účinnost posudků, tzn. minimální rozptyl odchylky vzhledem k neznámému parametru;
požadavek na konzistenci hodnocení, tzn. jak se počet pozorování zvyšuje, odhad parametru by měl směřovat ke své skutečné hodnotě;
požadavkem na nezkreslené odhady je absence systematických chyb v procesu výpočtu parametrů.
Nejdůležitějším problémem při provádění a zpracování experimentu je kompatibilita těchto tří požadavků.
Programový plán posuzuje vědecký školitel, projednává ve vědeckém týmu a předepsaným způsobem schvaluje.
Při zpracování experimentálního plánu je vždy nutné usilovat o jeho zjednodušení a přehlednost bez ztráty přesnosti a spolehlivosti. Toho je dosaženo předběžnou analýzou a porovnáním výsledků měření stejného parametru pomocí různých technických prostředků a také metodami zpracování získaných výsledků. V podmínkách intenzifikace vědeckého výzkumu by nejdůležitější místo v procesu přípravy experimentu měla mít jeho automatizace (ASNI) se vstupem experimentálních dat přímo do počítače, s výpočtem výsledných ukazatelů, s automatickým řízením. průběhu experimentu (sekvence pro opakovatelnost měření, stanovení průměrných hodnot, konstrukce atd.) .d.).
