Методинаукових і експериментальних досліджень
План
Вступ
Загальнонаукові методи досліджень
Системний підхід і системний аналіз
Аналітичні методи дослідження
Методи експериментальних досліджень
Педагогічні експериментальнідослідження
Види педагогічного експерименту
Виробничі експериментальнідослідження
Розробка плану-програми експерименту
Вступ
Метод (від гр. methodos-дослідження) — це сукупність правил і норм, які регламентують і регулюютьдіяльність дослідника в процесі дослідження явищ, який визначає підхід доявища, планомірний шлях наукового пізнання і встановлення істини, тобтопроведення наукового дослідження.
В своїй основіметод — це інструмент для розв’язку основної задачі науки — пізнанняоб’єктивних законів дійсності з метою використання їх в практичній людини.Метод визначає необхідність і місце застосування наукових прийомів і способівдослідження, експериментальної перевірки результатів дослідження.
Метод поєднуєоб’єктивні і суб’єктивні моменти пізнання. Метод об’єктивний, так як втеоретичному ідеальному плані дозволяє відбивати об’єкти дійсності і їхвзаємозв’язки, в цьому випадку метод є програмою побудови і практичногозастосування теорії. Метод суб’єктивний так як він є знаряддя мисленнядослідника і тому утримує в собі суб’єктивний момент.
В методологіїнаукових досліджень виділяють два рівня пізнання:
Емпіричний — спостереження іексперимент, а також групування, класифікація і описування результатівексперименту.
Теоретичний — побудова і розвитокнаукових гіпотез і теорій, формування законів і виведення з них логічнихвисновків, порівнюючи різноманітні гіпотези і теорії.
Розрізняють такіметоди пізнання: загальнонаукові і конкретно наукові(часткові).
Загальнонаукові методи досліджень
Загальнонауковіметодивикористовуються в теоретичних і емпіричних дослідженнях (рис. 3.1.). Вони включаютьаналіз і синтез, індукцію і дедукцію, аналогію і моделювання, абстрагування іконкретизацію, системний аналіз, формалізацію, гіпотезичний і аксіоматичнийметоди, створення теорії, спостереження і експеримент. Аналіз – методдослідження, який включає в себе вивчення предмета або явища шляхом мисленогоабо практичного розчленування (розкладання) його на частини з метою вивчення.Кожна з виділених частин аналізується окремо в границях єдиного цілого. Синтез(від гр. synthesis – об’єднання, сполучення, складання) – це метод вивченняоб’єкта в його цілісності, в єдності і у взаємному зв’язку його частин. Впроцесі наукових досліджень синтез пов’язаний з аналізом.
/>
Рис.4.1. Класифікація загальнонауковихметодів дослідження.
Індукція (від лат. inductio –наведення, побудження) – метод дослідження при якому за частковими факторами іявищами встановлюються загальні принципи і закони. Так, Д.І.Менделєєв,використовуючи часткові фактори про хімічні елементи, сформулював періодичнийзакон.
Дедукція (від лат. deductio — виведення) – метод, при якому часткові положення виводяться із загальних. Так,на основі загальних законів механіки можна отримати рівняння руху машини. Цейметод дослідження визначає його кінцевий результат, тобто метод логічноговиводу від загального до часткового.
Аналогія – метод наукових висновків(умовиводів) за допомогою яких досягається пізнавання одних предметів і явищ наоснові їх подібності з іншими.
Моделювання – метод наукового пізнанняобґрунтовується на заміні предмета або явища, що вивчається на його аналог,модель, яка містить істотні риси оригіналу.
Абстрагування (від лат. abstrahere –відвертати) – метод відволікання, який дозволяє переходити від конкретнихпредметів до загальних понять і законів розвитку, тобто дозволяє відійти віддругорядних факторів з метою зосередитись на важливих особливостях предмета абоявища, що вивчається. Наприклад, при дослідженні роботи якого-небудь механізмуаналізують розрахункову схему, яка відображає основні суттєві властивостімеханізму.
Конкретизація (від лат. concretus –густий, твердий) – метод дослідження предметів, чи явищ різносторонньо, вякісному різноманітті реального існування на відміну від абстрактного вивчення.Системний підхід і системний аналіз.
Система – це системавзаємопов’язаних елементів, які утворюють єдине ціле і мають єдине призначенняі мету. Важливими характеристиками системи є функція, мета і структура.
Під функцієюсистеми розуміють дії системи, які виражаються у зміні її можливого стану.
Мета системи – визначення стану їївиходів, тобто деяка підмножина значень функції системи.
Структурасистеми визначаєтьсярозміщенням і взаємозв’язками елементів системи при виконанні нею своїхфункцій.
Принципсистемного підходу полягає в необхідності комплексного дослідження великих і складнихоб’єктів, вивчення їх як єдиного цілого з узгодженням функціонування всіхелементів і частин.
Системнийаналіз – цесукупність методів, які дозволяють реалізувати системний підхід при дослідженнівеликих і складних об’єктів. До таких методів відносяться перш всього аналіз ісинтез, математичне моделювання і оптимізація з використанням ЕОМ. При цьомувимагається максимальний облік.
Для якісногоаналізу функціонування системи використовуються спеціально розроблені методитакі як “мозковий штурм”, метод експертних оцінок. Суть “мозковогоштурму” полягає в тому, що кожний з його учасників, не вступаючи в полемікуз колегами, пропонує свій варіант розв’язку проблеми, а справа ведучого,порівняти варіанти і відібрати кращий.
Методекспертних оцінок базується (полягає) на припущеннях про те, що на основі думки (гадки)спеціалістів, які займаються дослідженнями і розробками у визначеній областізнань, можна побудувати адекватну модель досліджуваної системи і оцінити їїфункціонування.
Функціонально-вартіснийаналіз (ФВА)– метод дослідження об’єкта (виробу, процесу, структури) за його функцією івартістю, який застосовується при вивченні ефективності використанняматеріальних і трудових ресурсів. Важливими його принципами є:
Ø функціональнийпідхід при дослідженні функцій об’єкта і його елементів з метою найбільшповного задоволення заданих вимог у виборі раціональних шляхів їх реалізації;
Ø народногосподарськийпідхід до оцінки споживчих властивостей і витрат на розробку, виробництво івикористання об’єкта;
Ø відповідністькорисності функцій витратам на їх здійснення;
Ø колективнатворчість, яка використовує методи пошуку і формулюванню технічних розв’язків,якісної і кількісної оцінок варіантів розв’язків.
Формалізація (від лат. formula – форма,визначене правило) – метод дослідження об’єктів шляхом представлення їхелементів у вигляді спеціальної символіки.
Гіпотезичнийметод (відгр. hipothetikos – обґрунтований на гіпотезі) – ґрунтується на науковихпередбаченнях, які висуваються для пояснення якого-небудь явища і вимагаєперевірки на досліді і теоретичного обґрунтування, щоб стати вірогідноюнауковою теорією.
Аксіоматичнийметод –передбачає використання аксіом, які доведенні науковими знаннями. За цимметодом теорія розробляється на основі дедуктивного принципу.
Створеннятеорії –узагальнення результатів дослідження, знаходження спільних закономірностей вповедінці об’єктів, що вивчаються, а також розповсюдження результатівдослідження на інші об’єкти і явища.
Спостереження – метод вивчення предметушляхом його кількісного вимірювання і якісної характеристики.
Експеримент (від лат. experimentum –проба, дослід) – науково поставлений дослід у відповідності з метою дослідженнядля перевірки результатів теоретичних досліджень.
Конкретно-наукові (часткові) методи науковогопізнання є специфічними методами конкретних наук. Ці методи формуються взалежності від цільової функції даної науки і характеризуються взаємнимпроникненням в однорідні галузі наук.
Аналітичні методи дослідження
В дослідженняхчасто використовують аналітичні методи дослідження, за допомогою яких можнавстановити математичну залежність між параметрами предмета, що вивчається. Ціметоди дозволяють глибоко і всебічно вивчити процеси, що досліджуються,встановити точні кількісні зв’язки між аргументами і функціями, глибокопроаналізувати явища, що досліджуються. При цьому широко застосовуютьсяелементарні функції і рівняння, особливо, коли хочуть спростити модель, щодосліджується і отримати наближений розв’язок поставленої задачі. Досить частовикористовуються лінійні функції і рівняння, при дослідженні шаровихбудівельних матеріалів. Враховуючи, що напруга в шаровому матеріалірозповсюджується прямо пропорційно модулям пружності його компонентів, задопомогою елементарних лінійних рівнянь можна отримати ряд корисних відомостей.
Аналітичніметодидозволяють вивчати на основі математичних моделей, які можуть бути представленіу вигляді функцій, рівнянь, системи рівнянь, в основному диференціальних абоінтегральних. Такі моделі мають велику кількість інформації. Характерноюособливістю математичних моделей є те, що вони, як система рівнянь описуютьелементарні фізичні процеси з яких складається явище. На початку дослідженнястворюється груба модель, яка в процесі роботи уточнюється. Така модельдозволяє досить точно розрахувати фізичні характеристики явища. При цьомудослідник отримує нову інформацію про функціональні зв’язки і властивостімоделей. Проте їм властиві суттєві недоліки. Для того, щоб із всього класузнайти часткове рішення, властиве тільки даному процесу, необхідно задати умовиоднозначності. В багатьох випадках відшукати аналітичний вираз з урахуваннямумов однозначності досить важко.
Експериментальніметодидозволяють глибоко вивчити процеси точності технології експерименту ісконцентрувати увагу на тих параметрах процесу, які представляють найбільшийінтерес. При експериментальному методі кожний конкретний процес повинен бутидосліджений самостійно. Вони дозволяють встановити часткову залежність міжокремими змінними в строго визначених інтервалах їх зміни. Аналіз змінниххарактеристик за границями цих інтервалів може привести до спотвореннязалежності, до грубих помилок.
Таким чином іаналітичні і експериментальні методи мають свої переваги і недоліки, які частоускладнюють ефективний розв’язок практичних задач. Тому, дуже кориснопоєднувати позитивні сторони аналітичних і експериментальних методівдослідження.Методи експериментальних досліджень
Експериментальнедослідження– спосіб дослідження в основі якого лежить експеримент, який являє собоюнауково поставлений дослід або спостереження явища в точно заданих умовах,слідкувати за його ходом, керувати ним, відновлювати його кожний раз приповторюванні цих умов.
Основна метаексперименту– перевірка теоретичних положень (підтвердження робочої гіпотези), а такожбільш широке і глибоке вивчення теми наукового дослідження.
Експеримент повиненбути проведений в найкоротший строк з мінімальною затратою матеріальних ігрошових достатків при самій високій якості отриманих результатів.
Експериментибувають природні і штучні.
Природні експерименти характерні длясоціальних явищ в умовах, наприклад виробництва, побуту, тощо.
Штучнийексперимент широко застосовується вбагатьох галузях і в першу чергу в технічних науках.
Пошукові експерименти дослідженняпроводиться при затрудненому класифікуванні факторів, які впливають на явище,що вивчається внаслідок відсутності достатніх попередніх даних. На основіпопереднього експерименту будується програма досліджень по повній програмі.
Експериментидослідження поділяються на лабораторні і виробничі.
Лабораторні досліди проводяться іззастосуванням приладів, спеціальних моделюючих пристроїв, стендів, обладнання,тощо. Ці дослідження дозволяють найбільш повно і доброякісно вивчити впливодних характеристик при варіюванні інших. Проте, такі експерименти не завждиповністю моделюють хід процесу, що вивчається. Педагогічніекспериментальні дослідження
Педагогічнийекспериментє своєрідним комплексом методів дослідження, який забезпечує науково-об’єктивну і доказову перевірку, правильно обґрунтованої на початкудослідження, гіпотези. Він дозволяє перевірити ефективність тих або іншихнововведень в область навчання і виховання.
Педагогічнийексперимент вимагає від дослідника високої методологічної культури, старанноїрозробки його програми і надійного критеріального апарату, який дозволяє фіксуватиефективність освітньо-виховного процесу.Види педагогічного експерименту
В педагогіцівиділяють декілька основних видів експерименту. Перш за все розрізняютьприродний і лабораторний. Природний проводиться в звичайних умовах навчання.
У випадкулабораторного експерименту виділяються експериментальні групи в якихдається нова методика, індивідуальні і групові навчання іспостерігається за їх ефективністю.
Впсихолого-педагогічних дослідженнях виділяють констатуючий і формуючийексперименти. В першому випадку педагог-дослідник експериментальним шляхомустановлює тільки стан педагогічної системи, яка вивчається, констатує фактзв’язку, залежності між явищами. У випадку, коли педагог-дослідник застосовуєспеціальну систему заходів, спрямованих на формування у студентів визначенихособистих якостей, покращення їх навчання, трудової діяльності говорить вже проформуючий експеримент.Виробничі експериментальні дослідження
Виробничіекспериментальні дослідження мають мету вивчити процес в реальних умовах з врахуваннямдії різних випадкових факторів виробничого середовища. Наприклад, для вивченняпроцесів деформації і руйнування конструкцій доріг створюють спеціальніекспедиції, які обстежують конструкції в осінні і весняні періоди підвищеноївологості. Цінність зібраних матеріалів, які оформлені за стандартами полягає втому, що вони систематизовані за багато років і по єдиній методиці. Для обробкитаких даних застосовують методи статистики і теорію ймовірності.
У виробничомуексперименті можна застосувати метод анкетування. Для вивчення процесускладають старанно продуману методику. Основні дані збирають методом опитуваннявиробничих організацій за попередньо складеною анкетою. До результатів анкетнихданих необхідно віднести з особливою ретельністю, оскільки вони не завжди єправдивими.
Перш ніжприступити до експериментальних досліджень необхідно розробити методологіюексперименту.
Методологіяексперименту– це загальні принципи, структура експерименту, його постановка і послідовністьвиконання експериментальних досліджень. Методологія експерименту складається зтаких основних етапів:
Ø розробкаплану-програми експерименту;
Ø оцінкавимірювання і вибір засобів для проведення експерименту;
Ø обробка іаналіз експериментальних даних, встановлення адекватності.
Поряд з цимзастосовують математичні теорію експерименту, за допомогою якої можна збільшититочність і зменшити об’єм експериментальних досліджень. В такому випадкуметодологія експерименту включає такі етапи:
Ø розробкаплану-програми експерименту;
Ø математичнепланування експерименту з одночасним проведенням експериментальногодослідження;
Ø обробка іаналіз отриманих даних.Розробка плану-програми експерименту
План-програмавключає назву теми, необхідних матеріалів, приладів, обладнання, списоквиконуючих експеримент, календарний план робіт і кошторис на виконанняексперименту. Якщо необхідно виконати прилад, апарат, методичне забезпечення. Атакож програми дослідних робіт на заводах, будівництві, тощо.
Основуплану-програми складає методика експерименту.
Методика – це система прийомів абоспособів для послідовного, найбільш ефективного експериментального дослідженняі включає:
Ø мету ізадачі експерименту;
Ø вибірваріюючи факторів;
Ø обґрунтуваннязасобів і необхідної кількості вимірів;
Ø описуванняпроведення експерименту;
Ø обґрунтуванняспособів обробки і аналізу результатів експерименту.
Визначеннямети і задачі експерименту є одним із найбільш важливих етапів. На основі аналізуінформації, гіпотези і теоретичних розробок обгрунтовують мету і задачі.
Вибірваріюючих факторів – це встановлення основних і другорядних характеристик, які впливають напроцес, що досліджується, встановлюють залежність між цими факторами. Основнимпринципом встановлення степені важливості характеристики є її роль вдосліджуваному процесі. Для цього вивчають процес в залежності від якої-небудьоднієї змінної при останніх constant, тоді коли змінних характеристик мало(1-3), якщо ж змінних величин багато використовують принцип багатофакторногоаналізу.
Обґрунтуваннязасобів вимірювання – це вибір необхідних для спостереження і вимірювання приладів,обладнання, машин, апаратів тощо. В першу чергу використовують стандартніприлади, які випускаються серійно, робота на яких регламентуєтьсяінструментами, ГОСТами та іншими офіційними документами. Методи вимірюванняповинні базуватися на законах метрології.
Приекспериментальному дослідженні одного і того ж процесу (спостереження,вимірювання) повторні відліки на приладах, як правило, не однакові. Відхиленняпояснюється різними причинами: неоднорідність властивостей предмету, щовивчається; недосконалістю приладів і класом їх точності. Це вимагає повторнихвимірів. Необхідно визначити необхідну, але мінімальну кількість вимірів, якізабезпечили б в даному досліді стійке середнє значення величини, що вимірюють,і задовольняло б задану степінь точності. Це дасть змогу забезпечити отриманнянайбільш об’єктивних результатів при мінімальних затратах часу і засобів.
В методицідокладно проектують процес проведення експерименту:
Ø складаютьпослідовність проведення операцій спостереження і вимірювання;
Ø описуютькожну операцію;
Ø розробляютьформи журналів для записів результатів експерименту;
Ø вибираютьметоди обробки і аналізу експериментальних даних;
Ø приділяютьвелику увагу математичним методам обробки і аналізу дослідних даних –встановлення емпіричних залежностей, апроксимацію зв’язків між варіюючи михарактеристиками знаходження критеріїв та надійних інтегралів тощо;
Ø визначаютьоб’єм і трудомісткість експериментальних досліджень, які залежать від глибинитеоретичних розробок і степені точності прийнятих засобів вимірювання.
Можливі тривипадки проведення експерименту.
1. Теоретичноодержана аналітична залежність, яка однозначно визначає процес, щодосліджується.
2. Теоретичнимшляхом встановлений характер залежності. Об’єм експерименту зростає.
3. Теоретичноне вдалося отримати які-небудь залежності. Необхідно провести пошуковийексперимент. Можна використати метод математичного планування експерименту.