Роль и методы эксперимента

Эксперимент проводится для решения определенных познавательных задач, продиктованных состоянием теории, но и сам порождает новые проблемы, требующие своего разрешения в последующих экспериментах, т. е. является и мощным генератором нового знания.

Эксперимент позволяет [10]:

• 1) изучать явление в «чистом» виде, когда искусственно устраняются побочные (фоновые) факторы;
• 2) исследовать свойства предмета в искусственно создаваемых экстремальных условиях или вызывать явления, в естественных режимах слабо или вообще не проявляющиеся;
• 3) планомерно изменять и варьировать различные условия для получения искомого результата;
• 4) многократно воспроизводить ход процесса в строго фиксируемых и повторяющихся условиях.

К эксперименту обычно обращаются [10]:

• 1) когда пытаются обнаружить у объекта не известные ранее свойства для продуцирования знания, не вытекающего из наличного (исследовательские эксперименты);
• 2) когда необходимо проверить правильность гипотез или каких-либо теоретических построений (проверочные эксперименты);
• 3) когда в учебных целях «показывают» какое-либо явление (демонстрационные эксперименты).

Для проведения эксперимента любого типа необходимо [10]:

• * 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;
• * подготовить средства эксперимента (приборы, установки, мо­дели и т. п.);
• * обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом.

Особое значение имеет правильная разработка методики эксперимента. Методика — это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в определенной последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследования. При разработке методики проведения эксперимента необходимо предусматривать [11]:

• * проведение предварительного целенаправленного наблюдения над изучаемым объектом или явлением с целью определения исходных данных (гипотез, выбора 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 и точные описания фактов;
• * проведение систематической регистрации измерений и оценок фактов различными средствами и способами;
• * создание повторяющихся ситуаций, перекрестных воздействий, изменение их характера и условий;
• * создание усложненных ситуаций с целью подтверждения или опровержения ранее полученных данных;
• * переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям, к анализу и теоретической обработке полученного фактического материала.

Правильно разработанная методика экспериментального исследования предопределяет его ценность. Поэтому разработка, выбор, определение методики должно проводиться особенно тщательно. При определении методики необходимо использовать не только личный опыт, но и опыт коллег и других коллективов. Необходимо убедиться в том, что она соответствует современному уровню науки, а также условиям, в которых выполняется исследование. Целесообразно проверить возможность использования методик, применяемых в смежных проблемах и науках. Выбрав методику эксперимента, исследователь должен удостовериться в ее практической пригодности. Это необходимо сделать даже в том случае, если методика давно апробирована другими лабораториями, так как она может оказаться неприемлемой или сложной в силу специфических особенностей климата, помещения, лабораторного оборудования, персонала, объекта исследования и т. п.

Перед каждым экспериментом составляется его план (программа), который включает [3]:

• * цель и задачи эксперимента;
• * выбор варьируемых факторов;
• * обоснование объема эксперимента, числа опытов;
• * порядок реализации опытов;
• * определение последовательности изменения факторов;
• * выбор шага изменения факторов, задание интервалов между будущими экспериментальными точками;
• * обоснование средств измерений;
• * описание проведения эксперимента;
• * обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

В методике 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. 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 и анализу. Результаты экспериментов должны быть сведены в таблицы, графики, формулы, номограммы, позволяющие быстро и качественно сопоставлять и анализировать полученные результаты. Все переменные должны быть оценены в единой системе единиц физических величин. Особое внимание в методике должно быть уделено математическим методам обработки и анализу данных, например, установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьирующими характеристиками, установлению критериев и доверительных интервалов и др. Диапазон чувствительности (нечувствительности) критериев должен быть стабилизирован (эксплицирован). На объем и трудоемкость проведения экспериментальных работ существенно влияет вид эксперимента. Например, натурные и полевые эксперименты, как правило, всегда трудоемкие, что следует учитывать при планировании. При разработке плана-программы эксперимента всегда необходимо стремиться к его упрощению без потери точности и достоверности.

По общему характеру исследований данные методы подразделяются на три группы [5]:

• 1) лабораторные исследования — коррозионные исследования металлических образцов в лабораторных, искусственно создаваемых условиях;
• 2) внелабораторные исследования — коррозионные исследования металлических образцов в естественных, эксплуатационных условиях (в том числе исследования в природных условиях: в атмосфере, в море, в грунте и др.);
• 3) эксплуатационные исследования — испытания машин, аппаратов, сооружений и средств защиты в эксплуатационных условиях. Таким образом, общим для лабораторных и внелабораторных исследований является их объект — образцы, а отличаются они условиями исследований, в то время как общим для внелабораторных и эксплуатационных исследований являются их условия, а отличаются они объектом исследований.

Обычно вначале проводят лабораторные, затем внелабораторные и последними — эксплуатационные испытания. Различные виды исследований дополняют друг друга.

По продолжительности исследований методы подразделяются на две группы:

• 1) длительные — соответствующие по продолжительности эксплуатационным условиям;
• 2) ускоренные — проводимые в искусственных условиях, ускоряющих коррозионные процессы, протекающие в эксплуатационных условиях; ускорение испытаний достигается обычно путем облегчения протекания контролируемых процессов, но без изменения характера коррозионного процесса [3].

Ускоренные и длительные методы исследований дополняют и контролируют друг друга. Сопоставление результатов при этих исследованиях позволяет получить коэффициенты пересчета, что освобождает от необходимости проведения длительных испытаний.