Эксперимент. Методика научных исследований

Кубанский государственный аграрный университет
ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»
Кафедра технологии хранения и переработки
растениеводческой продукции
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим занятиям по дисциплинам
«Основы научных исследований в агрономии»,
«Основы научных исследований»
по теме:
«Эксперимент. Методика научных исследований»
для студентов, обучающихся по специальности 110 305.65
«Технология производства и переработки
сельскохозяйственной продукции»,
и по направлению подготовки 260 100.62 (бакалавры)
«Продукты питания из растительного сырья»
Краснодар 2011
2
Методические указания подготовлены преподавателями кафедры хранения
и переработки растениеводческой продукции д.т.н., проф. Сокол Н.В.
Методические указания одобрены методической комиссией
факультета перерабатывающих технологий,
протокол №4 от «20» декабря 2011г.
3
Лабораторно – практическое занятие по теме:
«Эксперимент. Методика научных исследований »
Цель и задачи работы. Ознакомиться с основами научного эксперимента и основными понятиями – опыт, наблюдение, эксперимент, сравнение, измерение, методика эксперимента. Научиться составлять план-программу эксперимента и правильно протоколировать эксперимент.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
.
Классификация эксперимента и его задачи
Научное исследование предполагает использование некоторых логических
форм. Понятие «опыт» используется не только в философском познании, но и в
научном. Научный опыт имеет следующие составные части: 1) разработка плана
и подготовка опыта; 2) проведение опыта; 3) предварительная проверка истинности данных опыта; 4)оценка степени точности отражения изучаемых явлений.
Самой простой формой научного опыта выступает наблюдение, которое представляет физическую связь наблюдателя с объектом.
Наблюдение - это систематическое, целенаправленное восприятие объекта. Все первоначальные эмпирические знания в любой науке возникли в результате прямых наблюдений, которые на первых порах велись в рамках обыденного
познания.
Эксперимент - представляет собой более сложную форму научного опыта в точно учитываемых условиях, когда имеется возможность следить за ходом его изменения, активно воздействовать на него с помощью комплекса разнообразных
средств и воссоздать это явление в тех же самых условиях. В эксперименте
принципиально важна повторность наблюдений. Активное воздействие экспериментатора на объект относится к специфическим особенностям эксперимента.
Само слово эксперимент происходит от латинского слова «experiment» – проба,
опыт. В научно – исследовательской работе термин “эксперимент” обычно используется в значении, общем для целого ряда сопряженных понятий: опыт, наблюдение, воспроизведение объекта познания, организация особых условий его
существования, проверка предсказания. Эксперимент (физический) предполагает
использование наблюдения, сравнения и измерения.
Научное наблюдение включает в себя следующие необходимые компоненты: выбор объекта; цель; описание; вывод.
На более высокой стадии развития научного познания появилась возможность использования приборов при наблюдении, что сделало наблюдение косвенным. Создание автоматических приборов с регистрирующими устройствами открыло широкие возможности косвенным наблюдениям. Благодаря ним объектами
косвенного наблюдения стали дно океана, космос, поверхность луны, многие технологические процессы. Косвенное наблюдение обеспечивает информацию в виде
4
диаграмм, схем, таблиц, протоколов, кино и фотодокументов о количественных и
качественных отношениях, характерных для объекта.
Сравнение – это установление различия между объектами материального
мира, нахождение в них общего (по существенным признакам). Этим методом целесообразно пользоваться при сравнении объектов, обладающих общими однородными свойствами и наиболее существенными признаками, параметрами.
Сравнением в области технических наук называют установление соотношения
однородных отражаемых свойств эмпирических объектов, как визуальным путем,
так и при помощи специальных устройств сравнения, с целью получения ответа
“больше”, “меньше” или “равны”.
Измерение развилось из сравнения, и является более мощным познавательным
методом.
Измерением называется физический процесс определения численного
значения некоторой величины и сравнением ее с эталонной величиной, принятой
за единицу.
Для проведения измерения необходимы: 1) единица измерения; 2) измерительный инструмент; 3) правила измерения. Научное описание данных опыта
должно иметь одно и тоже содержание, и значение для любых исследователей.
Это возможно в том случае, если при описании опытов пользуются понятиями,
терминами и определенными знаками, смысл которых строго и точно определены.
Любой исследователь, в точности повторив условия опыта, должен получить такие же численные значения изучаемых величин (в пределах допустимых погрешностей), какие получены до него. Поэтому в 1960 году на одиннадцатой генеральной конференции по мерам и весам была утверждена международная система единиц, которая в 1961 году была принята и в нашей стране. Международная
система единиц – СИ («Система интернациональная») состоит из шести основных, двух дополнительных и двадцати семи производных единиц. За основные
единицы приняты: единица длины – метр, единица массы – килограмм, единица
времени – секунда, единица силы тока – ампер, единица температуры – градус
Кельвина и единица силы света – свеча.
На основе системы СИ построен ряд частных систем: МКС (метр – килограмм –
секунда), МКСГ (метр – килограмм – секунда – градус), и другие.
Основная цель эксперимента - выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования.
Эксперименты классифицируются по назначению, по структуре объектов и явлений, по числу варьируемых факторов, по характеру изучаемых факторов и явлений.
Эксперименты проводятся в различных отраслях науки и определяются
их назначением, например - химические, биологические, технологические, физические и т.п.
Экспериментальные исследования различаются по организации проведения и бывают лабораторные и производственные.
5
Лабораторные опыты проводят с применением типовых приборов, моделирующих устройств, стендов, оборудования. Эти исследования позволяют наиболее полно и доброкачественно, с требуемой повторностью изучить влияние одних характеристик при варьировании других. Лабораторные опыты при достаточном научном обосновании эксперимента позволяют получить хорошую информацию с минимальными затратами. Однако они не всегда полностью моделируют
реальный ход изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении
производственного эксперимента.
Производственные экспериментальные исследования имеют целью
изучить процесс в реальных условиях с учетом воздействия случайных различных факторов производственной среды.
По структуре изучаемых объектов и явлений эксперименты могут быть
простые и сложные. Простой эксперимент используется для изучения объектов,
не имеющих разветвленной структуры, с небольшим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих простейшие функции. В
сложном эксперименте изучаются явления или объекты с разветвленной структурой и большим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов,
выполняющих сложные функции. В сложных объектах исследования возможно
наличие нескольких разных структур, нескольких разных целей.
Эксперимент может различаться по числу варьируемых факторов (однофакторный и многофакторный). Однофакторный эксперимент предполагает:
выделение нужных факторов; стабилизацию мешающих факторов; поочередное
варьирование интересующих исследователя факторов.
Стратегия многофакторного эксперимента состоит в том, что варьируются все переменные сразу и каждый эффект оценивается по результатам всех опытов, проведенных в данной серии экспериментов.
По характеру изучаемых объектов или явлений экспериментальные исследования могут быть технологическими, социометрическими, биологическими, химическими и т.п. Технологический эксперимент направлен на изучение элементов технологического процесса (физико-химических свойств продуктов, оборудования, деятельности работников или процесса в целом).
Для проведения эксперимента любого типа необходимо: 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; обеспечить эксперимент необходимыми техническими средствами и подготовить обслуживающий персонал.
Особенно важно правильно разработать методику и план (программу) эксперимента, обосновать выбор средств измерений, установить методы обработки и
анализа экспериментальных данных.
6
Работа в лаборатории и протоколирование эксперимента
Прежде чем начать любое экспериментальное исследование, необходимо
ясно представить себе цель эксперимента. Цель может состоять в проверке гипотезы, такой, например, как «Для прорастания семян необходимо наличие воды,
кислорода и оптимальной температуры», или в проведении более широкого исследования, например: «Как влияет влажность на биохимические процессы, происходящие в проросшем зерне» В обоих случаях план эксперимента необходимо
составить таким образом, чтобы он был выполнимым, а полученные данные были
достоверными и могли успешно использоваться для того, чтобы прийти к тем или
иным выводам.
Сообщение об эксперименте или его описание должно проводиться в строгой логической последовательности.
1. Название. В названии должна быть ясно сформулирована суть исследуемой
проблемы. Например «Эксперимент по изучению влияния влажности семян на
процесс самосогревания». В названии необходимо развернуто сформулировать
замысел, который конкретизируется при изложении гипотезы или цели.
2. Гипотеза или цель. Это изложение проблемы или постановка вопроса. Оно
может включать перечисление исследуемых переменных и предсказание возможных результатов исследования. Например: «Изучить влияние влажности зерна на
скорость процесса самосогревания и определить оптимум влажности для начала
этого процесса».
3. Методика или процедура. Это перечень действий производимых во время выполнения эксперимента. Он должен быть кратким, точным и приводиться в том
же порядке, в котором установлены приборы и производятся действия во время
эксперимента. Метод нужно описывать в прошедшем времени и не от первого лица. Пользуясь этим описанием, другие исследователи должны быть в состоянии
повторить эксперимент. Чтобы получить максимальное количество информации,
необходимо тщательно спланировать эксперимент.
4. Результаты и наблюдения. Они могут быть качественными или количественными и должны быть представлены как можно яснее в соответствующей форме
или формах. Например, в виде словесного описания, таблиц с данными, графиков,
гистограмм, карт, диаграмм распределения и т. д. После проведения качественных
и количественных исследований получают определенные результаты в виде описательных и численных данных, которые необходимо всесторонне обработать и
внимательно проанализировать. Если при повторных измерениях одной переменной получено несколько числовых значений, то необходимо подсчитать и записать среднее значение этой переменной.
5. Обсуждение. Оно должно быть кратким и проводиться в форме ответов на возможные сформулированные в гипотезе вопросы или же в форме подтверждения
цели. Обсуждение не должно быть словесным повторением результатов. В нем
нужно попытаться связать теоретические знания об исследуемых переменных с
полученными результатами.
7
Заключение можно делать в том случае, если было получено убедительное подтверждение исходной идеи. Например, в качестве заключения исследования темы
п. 2 можно привести следующее утверждение: «Между влажностью зерна и активностью ферментов при самосогревании существует определенная зависимость,
оптимальная влажность для начала процесса самосогревания равна Х.». Обсуждение результатов этого же эксперимента должно включать такие теоретические вопросы, как природа процесса и возможные биохимические и физические изменения, происходящие при этом с зерном.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Внимательно выслушать пояснения преподавателя по теме.
2. Изучить последовательность проведения и протоколирования эксперимента.
3. Получить у преподавателя индивидуальное задание для оформления эксперимента.
4. Оформить протокол предложенного эксперимента по процессу самосогревания зерна.
ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ
Записать название темы работы, цель и задачи.
В письменном виде подготовить ответы на контрольные вопросы по теме.
Написать протокол эксперимента согласно выданному заданию.
Составленный отчет представить преподавателю для обсуждения результатов
и защиты выполненной работы.
5. Работа зачитывается после собеседования с преподавателем по результатам задания и соответствующему теме теоретическому материалу.
1.
2.
3.
4.
ФОРМА ЗАПИСИ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ
1.Название эксперимента (указать вариант опыта)
2.Цель и задачи эксперимента
3.Объекты и методы исследования
4.Результаты исследования
5.Выводы
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Дать определение понятий опыт, наблюдение, эксперимент, сравнение, измерение.
2.Назовите основные составляющие научного эксперимента.
3.Что относится к специфическим особенностям эксперимента.
4.Назовите шесть основных единиц измерения Международной системы СИ.
8
5.В чем заключается основная цель эксперимента?
6. Как классифицируются эксперименты?
7. Какие бывают эксперименты?
8.Назовите последовательность описания эксперимента
9 Что должно быть отражено в названии эксперимента?
10. Что должна включать в себя методика проведения эксперимента?
11. Как представляются результаты наблюдений эксперимента?
12. Какие вопросы затрагиваются при обсуждении эксперимента?
13. Как делается заключение при описании эксперимента?
ЛИТЕРАТУРА
1. Основы научных исследований/. Трифонова М.Ф., Заико П.М., Устюжанин
А.П. М.: Колос,1993.-239с
2. Основы научных исследований: Учеб. для тех. вузов/. Крутов В.И,. Грушко
И.М,. Попов В.В. и др. Под ред.. Крутова В.И.- М.: Высшая школа, 1989.400 с.
3. Хагуров А.А. Технология исследовательской деятельности - Краснодар,
КубГАУ,2001. - 472с.
9
10