Основы научных исследований, организация и планирование эксперимента

Основы научных исследований, организация и планирование эксперимента

Аннотация: актуальность данной темы обусловлена растущей ролью средств, позволяющих правильно применить ресурсы, выделенные для выполнения научно-технических задач. Эти средства интерпретируются в изучении операций, доктрине систем, математическом моделировании.  Способы эффективной организации эксперимента, обработки и интерпретации его результатов привлекают внимание,  как математиков, так и прикладников-экспериментаторов.

Abstract: the relevance of this topic is caused by the growing role of tools that allow you to correctly use the resources allocated for the solving of scientific and technical tasks. These tools are interpreted in the study of operations, theory of systems, mathematical modeling. Methods of effective organization of an experiment, processing and interpretation of its results attract the attention of both mathematicians and experimentalists.

Ключевые слова: исследование, организация, планирование, эксперимент, наука, данные, анализ.

Key words: research, organization, planning, experiment, science, data, analysis.

Интерес к науке об эксперименте вызван широкими масштабами экспериментальных исследований и обусловлен значительным экономическим эффектом, к которому приводит оптимальная организация эксперимента. Любой эксперимент включает следующие основные этапы^[1]:

1. постановка задачи и выбор плана эксперимента;
2. проведение эксперимента, сбор и обработка данных;
3. анализ результатов эксперимента.

Теория планирования эксперимента базируется на применении способов математической статистики, определяет способы и методы хорошей организации опытных изучений. Методы теории экспериментов позволяют во многих случаях уменьшить число опытов и таким образом достичь заданных целей с экономией значительных ресурсов. Успех экспериментирования в значительной мере обязан этой теории, которая дает экспериментатору ответы на следующие вопросы^[2]:

 1. Как нужно организовать эксперимент, чтобы наилучшим образом

решить поставленную задачу?

 2. Как следует обрабатывать результаты эксперимента, чтобы

получить максимальное количество информации об исследуемом

объекте?

 3. Какие обоснованные выводы можно сделать об исследуемом

объекте по результатам эксперимента?

Чтобы выводы были надежными, следует всесторонне исследовать исходные данные, проверяя различные предположения о причинах получения тех или иных результатов. При разработке методики проведения эксперимента необходимо предусматривать следующие аспекты^[3]:

• предварительное целенаправленное наблюдение за объектом или явлением,
• который изучается для определения исходных данных (гипотез, выбор переменных факторов);
• создание условий, в которых возможно экспериментирование (подбор объектов для опыта, устранения влияния случайных факторов);
• определение области интереса для факторов и границ измерения;
• возможность систематического наблюдения за развитием явления и точного описания сопровождающих фактов;
• проведение систематической регистрации измерений и оценок фактов различными способами;
• создание сложных ситуаций с целью подтверждения или опровержения ранее полученных данных;
• переход от эмпирического изучения с логическим обобщением к анализу и теоретической обработке полученных фактических данных.

Планирование эксперимента - это выбор условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с заданной точностью. Если на объект исследования одновременно действует несколько переменных факторов, это соответствует условиям многофакторного эксперимента. Возможны два метода планирования эксперимента^[4]:

• классический метод, по которому исследуется влияние на объект каждого фактора по отдельности, изменяя его значения и фиксируя остальные факторы на постоянном уровне;
• математический метод, позволяющий исследовать влияние на объект одновременно всех факторов, изменяя их уровни с соответствующим, заранее разработанным, планом.

При организации эксперимента исследователь должен убедиться в возможности практического применения его методики. Это необходимо сделать даже в том случае, если методика ранее апробирована. Немаловажно организовать план, который включает следующие этапы: