Проблеми експерименту, методи проведення. Типові помилки та труднощі застосування експерименту Під час проведення експерименту неможливо уникнути чи зменшити
![Проблеми експерименту, методи проведення. Типові помилки та труднощі застосування експерименту Під час проведення експерименту неможливо уникнути чи зменшити](https://i2.wp.com/uhlib.ru/psihologija/yeksperimentalnaja_psihologija_konspekt_lekcii/_03.jpg)
В.В. Нікандров вказує, що досягнення головної мети експерименту – гранично можливої однозначності у розумінні зв'язків між явищами внутрішнього психічного життя та їх зовнішніми проявами – досягається завдяки наступним основним характеристикам експерименту:
1) ініціатива експериментатора в прояві психологічних фактів, що його цікавлять;
2) можливість варіювання умов виникнення та розвитку психічних явищ;
3) суворий контроль та фіксація умов та процесу їх протікання;
4) ізоляція одних та акцентування інших факторів, що зумовлюють феномени, що вивчаються, яка дає можливість виявлення закономірностей їх існування;
5) можливість повторення умов експерименту для багаторазової перевірки отримуваних наукових даних та їх накопичення;
6) варіювання умов для кількісних оцінок закономірностей, що виявляються.
Таким чином, психологічний експеримент можна визначити як метод, при якому дослідник сам викликає цікаві для нього явища і змінює умови їх перебігу з метою встановити причини виникнення цих явищ і закономірності їх розвитку. Крім того, отримані наукові факти можуть неодноразово відтворюватися завдяки керованості та строгому контролю умов, що дає можливість їх перевірки, а також накопичення кількісних даних, на основі яких можна судити про типовість або випадковість явищ, що вивчаються.
4.2. Види психологічного експерименту
Експерименти бувають кількох видів. Залежно від способу організаціївиділяють лабораторний, природний та польовий експерименти. Лабораторнийексперимент проводиться у спеціальних умовах. Дослідник планово та цілеспрямовано впливає на об'єкт вивчення, щоб змінити його стан. Перевагою лабораторного експерименту можна вважати суворий контроль за всіма умовами, а також застосування спеціальної апаратури для вимірювання. Недоліком лабораторного експерименту є труднощі перенесення даних на реальні умови. Випробуваний у лабораторному експерименті завжди обізнаний про свою участь у ньому, що може спричинити мотиваційні спотворення.
Природнийексперимент проводиться у реальних умовах. Його перевага полягає в тому, що вивчення об'єкта здійснюється в контексті повсякденного життя, тому отримані дані легко переносяться в реальність. Випробувані не завжди проінформовані про свою участь в експерименті, тому не дають мотиваційних спотворень. Недоліки – неможливість контролю всіх умов, непередбачені перешкоди та спотворення.
Польовийексперимент проводиться за схемою природного. При цьому можливе використання портативної апаратури, що дозволяє точніше реєструвати отримані дані. Піддослідні поінформовані про участь в експерименті, проте звична ситуація знижує рівень мотиваційних спотворень.
Залежно від цілі дослідженнярозрізняють пошуковий, пілотажний та підтверджує експерименти. Пошуковийексперимент спрямовано пошук причинно-наслідкового зв'язку між явищами. Він проводиться на початковому етапі дослідження, дозволяє сформулювати гіпотезу, виділити незалежну, залежну та побічні змінні (див. 4.4) та визначити способи їх контролю.
Пилотажнийексперимент – це пробний експеримент, перший у серії. Він проводиться на невеликій вибірці, без суворого контролю змінних. Пілотажний експеримент дозволяє усунути грубі помилки у формулюванні гіпотези, конкретизувати мету, уточнити методику проведення експерименту.
Підтверджуючийексперимент спрямований на встановлення виду функціонального зв'язку та уточнення кількісних відносин між змінними. Проводиться на завершальному етапі дослідження.
Залежно від характеру впливуна випробуваного виділяють констатуючий, формує та контрольний експерименти. Констатуючийексперимент включає вимірювання стану об'єкта (випробуваного або групи піддослідних) до активного впливу на нього, діагностику вихідного стану, встановлення причинно-наслідкових зв'язків між явищами. Метою формуючогоексперименту є застосування способів активного розвитку чи формування будь-яких властивостей у піддослідних. Контрольнийексперимент - це повторний вимір стану об'єкта (випробуваного або групи піддослідних) і порівняння зі станом до початку формуючого експерименту, а також зі станом, в якому знаходиться контрольна група, яка не отримувала експериментального впливу.
за можливості впливуекспериментатора на незалежну змінну виділяють спровокований експеримент та експеримент, на який посилаються. Спровокованийексперимент – це досвід, у якому експериментатор сам змінює незалежну змінну, у своїй результати (види реакцій випробуваного), що спостерігаються експериментатором, вважаються спровокованими. П. Фресс називає цей тип експерименту «класичним». Експеримент, на який посилаються,– це досвід, у якому зміни незалежної змінної здійснюються без втручання експериментатора. До цього виду психологічного експерименту вдаються тоді, коли незалежні змінні впливають на випробуваного, значно розтягнуте у часі (наприклад, система виховання тощо). Якщо вплив на випробуваного може викликати серйозне негативне фізіологічне чи психологічне порушення, такий експеримент проводити не можна. Однак трапляються випадки, коли негативний вплив (наприклад, травма головного мозку) відбувається в реальності. Згодом такі випадки можуть бути узагальнені та вивчені.
4.3. Структура психологічного експерименту
Головними компонентами будь-якого експерименту є:
1) випробуваний (досліджуваний суб'єкт чи група);
2) експериментатор (дослідник);
3) стимуляція (вибраний експериментатором спосіб впливу на випробуваного);
4) відповідь випробуваного на стимуляцію (його психічна реакція);
5) умови досвіду (додаткові до стимуляції впливу, які можуть впливати на реакції випробуваного).
Відповідь випробуваного є зовнішньою реакцією, через яку можна будувати висновки про які у його внутрішньому, суб'єктивному просторі процесах. Самі ці процеси є результатом впливу на нього стимуляції та умов досвіду.
Якщо відповідь (реакцію) випробуваного позначити символом R, а на нього експериментальної ситуації (як сукупності впливів стимуляції та умов досвіду) – символом S,то їх співвідношення можна виразити формулою R = =f(S).Тобто реакція є функцією від ситуації. Але ця формула не враховує активної ролі психіки, особистості людини (P).Насправді реакція людини ситуацію завжди опосередкована психікою, особистістю. Таким чином, співвідношення між основними елементами експерименту може бути зафіксовано такою формулою: R = f(Р, S).
П. Фресс і Ж. Піаже залежно від завдань дослідження виділяють три класичні типи відносин між цими трьома компонентами експерименту: 1) функціональні відносини; 2) структурні відносини; 3) диференціальні відносини.
Функціональні відносинихарактеризуються варіативністю відповідей (R) випробуваного (Р) при систематичних якісних чи кількісних змін ситуації (S). Графічно ці відносини можна подати наступною схемою (рис. 2).
Приклади функціональних відносин, виявлених в експериментах: зміна відчуттів (R)залежно від інтенсивності на органи почуттів (S);обсяг запам'ятовування (R)від числа повторень (S); інтенсивність емоційного відгуку (R)на дію різних емоціогенних факторів (S);розвиток адаптаційних процесів (R)в часі (S)і т.п.
Структурні відносинирозкриваються через систему відповідей (R1, R2, Rn) різні ситуації (Sv S2, Sn).Відносини між окремими відповідями структуруються у систему, що відбиває структуру особистості (Р). Схематично це так (рис. 3).
![](https://i2.wp.com/uhlib.ru/psihologija/yeksperimentalnaja_psihologija_konspekt_lekcii/_03.jpg)
Приклади структурних відносин: система емоційних реакцій (Rp R2, Rn) на дію стресорів (Sv S2, Sn);ефективність рішення (R1, R2, Rn) різних інтелектуальних завдань (S1, S2, Sn)і т.п.
Диференціальні відносинивиявляються через аналіз реакцій (R1, R2, Rn) різних піддослідних (P1, P2, Pn)на ту саму ситуацію (S).Схема цих відносин така (рис. 4).
![](https://i2.wp.com/uhlib.ru/psihologija/yeksperimentalnaja_psihologija_konspekt_lekcii/_04.jpg)
Приклади диференціальних відносин: різниця швидкості реакції в різних людей, національні відмінності в експресивному прояві емоцій тощо.
4.4. Експериментальні змінні та способи їх контролю
Для уточнення співвідношення всіх факторів, що входять до експерименту, запроваджено поняття «змінна». Виділяють три види змінних: незалежні, залежні та додаткові.
Незалежні змінні.Чинник, що змінюється самим експериментатором, називається незалежної змінної(НП).
Як НП в експерименті можуть виступати умови, в яких здійснюється діяльність випробуваного, характеристика завдань, виконання яких вимагається від випробуваного, характеристики самого випробуваного (вікові, статеві, інші відмінності випробуваних, емоційні стани та інші властивості випробуваного або людей, що взаємодіють з ним). Тому прийнято виділяти такі типиНП: ситуаційні, інструктивні та персональні.
СитуаційніНП найчастіше не входять до структури експериментального завдання, що виконується випробуваним. Проте вони безпосередньо впливають на його діяльність і можуть змінюватись експериментатором. До ситуаційних НП відносяться різні фізичні параметри, наприклад освітленість, температура, рівень шуму, а також розмір приміщення, обстановка, розміщення апаратури і т.п. зовнішнього спостерігача чи групи людей. В.М. Дружинін вказує на особливості спілкування та взаємодії випробуваного та експериментатора як на особливий різновид ситуаційних НП. Цьому аспекту приділяється велика увага. В експериментальній психології існує окремий напрямок, який називається "психологія психологічного експерименту".
ІнструктивніНП пов'язані безпосередньо з експериментальним завданням, його якісними та кількісними характеристиками, а також способами його виконання. Інструктивної НП експериментатор може маніпулювати більш менш вільно. Він може варіювати матеріал завдання (наприклад, числовий, словесний або образний), тип відповіді випробуваного (наприклад, вербальний або невербальний), шкалу оцінювання тощо. Великі можливості полягають у способі інструктування піддослідних, інформування їх про мету експериментального завдання. Експериментатор може змінювати засоби, які пропонуються випробуваному до виконання завдання, ставити проти нього перешкоди, використовувати систему заохочень і покарань під час виконання завдання тощо.
ПерсональніНП є керованими особливостями випробуваного. Зазвичай як такі особливості виступають стану учасника експерименту, які дослідник може змінювати, наприклад різні емоційні стани чи стану працездатності-втоми.
Кожен випробуваний, що бере участь в експерименті, має безліч унікальних фізичних, біологічних, психологічних, соціально-психологічних і соціальних ознак, якими експериментатор управляти не може. У деяких випадках слід вважати ці некеровані ознаки додатковими змінними та застосовувати до них способи контролю, про які буде розказано нижче. Однак у диференціально-психологічних дослідженнях при застосуванні факторних планів некеровані персональні змінні можуть виступати як одна з незалежних змінних (докладно про факторні плани див. 4.7).
Дослідники розрізняють також різні видинезалежних змінних. Залежно від шкали виставиможна виділити якісні та кількісні НП. ЯкіснимНП відповідають різні градації шкал найменувань. Наприклад, емоційні стани випробуваного можуть бути представлені станами радості, гніву, страху, здивування тощо. Способи виконання завдань можуть включати наявність або відсутність підказок випробуваному. КількісніНП відповідають ранговим, пропорційним чи інтервальним шкалам. Наприклад, час, відведений виконання завдання, кількість завдань, розмір винагороди за результатами вирішення завдань може бути використані як кількісні НП.
Залежно від кількості рівнів проявунезалежних змінних розрізняють дворівневі та багаторівневі НП. ДворівневіНП мають два рівні прояви, багаторівневі- Три або більше рівнів. Залежно кількості рівнів прояви НП будуються різні за складністю експериментальні плани.
Залежні змінні.Чинник, зміна якого є наслідком зміни незалежної змінної, називається залежною змінною(ЗП). Залежна змінна – це компонент у складі відповіді випробуваного, який безпосередньо цікавить дослідника. Як ЗП можуть виступати фізіологічні, емоційні, поведінкові реакції та інші психологічні характеристики, які можна зареєструвати під час психологічних експериментів.
Залежно від способу, за допомогою якого можна зареєструвати зміни,виділяють ЗП:
Sспостерігаються безпосередньо;
Sпотребують фізичної апаратури для виміру;
Sщо вимагають психологічного виміру.
До ЗП, спостерігається безпосередньо,відносяться вербальні та невербальні поведінкові прояви, які чітко та однозначно можуть бути оцінені зовнішнім спостерігачем, наприклад відмова від діяльності, плач, певне висловлювання випробуваного тощо до ЗП, що вимагають фізичної апаратури для реєстрації,відносяться фізіологічні (пульс, величина артеріального тиску і т. д.) та психофізіологічні реакції (час реакції, латентний час, тривалість, швидкість виконання дій тощо). До ЗП, що вимагають психологічного виміру,належать такі характеристики, як рівень домагань, рівень розвитку чи сформованості тих чи інших якостей, форм поведінки тощо. п. Для психологічного виміру показників можна використовувати стандартизовані процедури – тести, опитувальники тощо. Деякі поведінкові параметри можна виміряти, т. п. е. однозначно розпізнані та інтерпретовані лише спеціально навченими спостерігачами чи експертами.
Залежно від кількості параметрів,що входять у залежну змінну, розрізняють одновимірні, багатовимірні та фундаментальні ЗП. ОдновимірнаЗП представлена єдиним параметром, зміни якого вивчаються в експерименті. Прикладом одновимірної ЗП може бути швидкість сенсомоторної реакції. БагатовимірнаЗП представлена сукупністю параметрів. Наприклад, уважність може оцінюватися обсягом переглянутого матеріалу, кількістю відволікань, числом правильних і хибних відповідей тощо. буд. Кожен параметр може фіксуватися незалежно. ФундаментальнаЗП є змінною комплексного характеру, параметри якої мають деякі відомі відносини між собою. І тут одні параметри виступають як аргументи, а залежна змінна – як функція. Наприклад, фундаментальний вимір рівня агресії може розглядатися як функція її окремих проявів (мімічних, вербальних, фізичних та ін.).
Залежна змінна повинна мати таку базову характеристику, як сензитивність. СензитивністьЗП – це її чутливість до зміни рівня незалежної змінної. Якщо за зміни незалежної змінної залежна змінна не змінюється, то остання несензитивна і проводити експеримент у разі немає сенсу. Відомі два варіанти прояву несензитивності ЗП: «ефект стелі» та «ефект підлоги». «Ефект стелі» спостерігається, наприклад, у тому випадку, коли завдання, що пред'являється, настільки проста, що її виконують всі піддослідні незалежно від віку. «Ефект статі», навпаки, виникає в тому випадку, коли завдання настільки складне, що з ним не може впоратися жоден із випробуваних.
Існують два основні способи фіксації змін ЗП у психологічному експерименті: безпосередній та відстрочений. Безпосереднійспосіб застосовується, наприклад, в експериментах з короткочасного запам'ятовування. Експериментатор безпосередньо після повторення низки стимулів фіксує їхню кількість, відтворене випробуваним. Відстрочений спосіб використовується в тому випадку, коли між впливомі ефектом проходить певний проміжок часу (наприклад, щодо впливу кількості завчених іноземних слів успішність перекладу тексту).
Додаткові змінні(ДП) – це супутня стимуляція досліджуваного, впливає з його відповідь. Сукупність ДП складається, як правило, із двох груп: зовнішніх умов досвіду та внутрішніх факторів. Відповідно їх прийнято називати зовнішніми та внутрішніми ДП. До зовнішнімДП відносять фізичну обстановку досвіду (освітлення, температурний режим, звукове тло, просторові характеристики приміщення), параметри апаратури та обладнання (дизайн вимірювальних приладів, робочий шум тощо), часові параметри експерименту (час початку, тривалість та ін.), особистість експериментатора. До внутрішнімДП відносять настрій та мотивацію піддослідних, їх ставлення до експериментатора та дослідів, їх психологічні установки, схильності, знання, уміння, навички та досвід у даному виді діяльності, рівень стомлення, самопочуття тощо.
В ідеалі дослідник прагне всі додаткові змінні звести нанівець або хоча б до мінімуму, щоб виділити «у чистому вигляді» зв'язок між незалежною та залежною змінними. Існує кілька основних засобів контролю впливу зовнішніх ДП: 1) елімінація зовнішніх впливів; 2) константність умов; 3) балансування; 4) контрбалансування.
Елімінація зовнішніх впливівє найбільш радикальний спосіб контролю. Він полягає у повному виключенні із зовнішнього середовища будь-яких зовнішніх ДП. У лабораторії створюються умови, що ізолюють випробуваного від звуків, світла, вібраційних впливів тощо. п. Найбільш яскравим прикладом може бути експеримент із сенсорної депривації, проведений на добровольцях у спеціальній камері, що повністю виключає надходження будь-яких подразників із зовнішнього середовища. Слід зазначити, що елімінувати впливу ДП практично неможливо, та й не завжди потрібно, тому що результати, отримані в умовах елімінації зовнішніх впливів, навряд чи можуть бути перенесені в реальність.
Наступний спосіб контролю - створення константних умов.Суть цього способу полягає в тому, щоб зробити вплив ДП постійними та однаковими для всіх піддослідних протягом усього досвіду. Зокрема, дослідник прагне зробити постійними просторово-часові умови експерименту, техніку його проведення, обладнання, пред'явлення інструкції і т.д. залишається проблематичною.
У тих випадках, коли немає можливості створити та підтримувати постійні умови протягом усього експерименту, вдаються до способу балансування.Цей спосіб застосовується, наприклад, у ситуації, коли зовнішня ДП не піддається ідентифікації. У цьому випадку балансування полягатиме у використанні контрольної групи. Дослідження контрольної та експериментальної груп проводиться в одних і тих же умовах з тією різницею, що в контрольній групі відсутня дія незалежної змінної. Тим самим зміна залежної змінної у контрольній групі обумовлена лише зовнішніми ДП, а в експериментальній – спільною дією зовнішніх додаткових та незалежної змінної.
Якщо зовнішня ДП відома, то балансування полягає у впливі кожного її значення у поєднанні з кожним рівнем незалежної змінної. Зокрема, така зовнішня ДП, як стать експериментатора, у поєднанні з незалежною змінною (підлога випробуваного) призведе до створення чотирьох експериментальних серій:
1) чоловік-експериментатор - чоловіки випробувані;
2) чоловік-експериментатор - жінки випробувані;
3) жінка-експериментатор - чоловіки випробувані;
4) жінка-експериментатор - жінки випробувані.
У складніших експериментах може застосовуватися балансування кількох змінних одночасно.
Контрбалансуванняяк спосіб контролю зовнішніх ДП практикується найчастіше тоді, коли експеримент включає кілька серій. Випробовуваний виявляється у різних умовах послідовно, проте попередні умови можуть змінювати ефект впливу наступних. Для ліквідації «ефекту послідовності», що виникає в цьому випадку, різним групам випробуваних експериментальні умови пред'являються в різному порядку. Наприклад, у першій серії експерименту першій групі пред'являється рішення інтелектуальних завдань від більш простих до більш складних, а другий – від більш складних до простих. У другій серії, навпаки, першій групі пред'являється рішення інтелектуальних завдань від складніших до більш простих, а другий – від простих до складніших. Контрбалансування застосовується у тих випадках, коли є можливість проведення кількох серій експерименту, проте слід враховувати, що велика кількість спроб викликає втому піддослідних.
Внутрішні ДП, як зазначалося вище, – це чинники, які у особистості випробуваного. Вони дуже впливають на результати експерименту, їх вплив досить важко проконтролювати і врахувати. Серед внутрішніх ДП можна виділити постійніі непостійні. Постійнівнутрішні ДП протягом експерименту суттєво не змінюються. Якщо експеримент проводиться з одним випробуваним, то постійними внутрішніми ДП будуть його стать, вік, національність. До цієї групи факторів також можна віднести темперамент, характер, здібності, схильність досліджуваного, його інтереси, погляди, переконання та інші компоненти загальної спрямованості особистості. У разі проведення експерименту з групою випробуваних ці фактори набувають характеру непостійних внутрішніх ДП, і тоді для нівелювання їх впливу вдаються до спеціальних способів формування експериментальних груп (див. 4.6).
До непостійнимвнутрішнім ДП відносяться психологічні та фізіологічні характеристики випробуваного, які можуть або значно змінюватися в процесі експерименту, або актуалізуватися (або зникати) в залежності від цілей, завдань, виду, форми організації експерименту. Першу групу таких факторів складають фізіологічні та психічні стани, стомлюваність, звикання, набуття досвіду та навичок у процесі виконання експериментального завдання. В іншу групу входять установка на даний досвід і дане дослідження, рівень мотивації до даної експериментальної діяльності, ставлення до експериментатора і своєї ролі піддослідного і т.п.
Для зрівнювання ефекту впливу цих змінних на відповіді в різних пробах існує низка способів, які успішно застосовуються в експериментальній практиці.
Для усунення так званого серійного ефекту,основу лежить звикання, використовується особлива черговість пред'явлення стимулів. Ця процедура дістала назву «врівноваженого чередного порядку», коли стимули різних категорій висуваються симетрично щодо центру стимульного ряду. Схема такої процедури має такий вигляд: А В В А,де Аі У- Стимули різних категорій.
Щоб запобігти впливу відповідь випробуваного тривожностіабо недосвідченості,проводяться ознайомлювальні чи попередні експерименти. Їхні підсумки не враховуються при обробці даних.
Для попередження мінливості відповідей через накопичення досвіду та навичоку процесі експерименту піддослідному пропонується так звана «вичерпна практика». В результаті такої практики у випробуваного до початку власне експерименту виробляються стійкі навички, і в подальших експериментах показники випробуваного від фактора накопичення досвіду та навичок вже безпосередньо не залежать.
У тих випадках, коли необхідно звести до мінімуму вплив на відповідь випробуваного втоми,вдаються до «методу обертання». Суть його у тому, що кожній підгрупі піддослідних пред'являється певна комбінація стимулів. Сукупність таких комбінацій повністю вичерпує безліч можливих варіантів. Наприклад, при трьох типах стимулів (А, Б, В) кожному з них представляється перше, друге та третє місце у пред'явленні випробуваним. Таким чином, першій підгрупі стимули пред'являються в порядку АБВ, другий – АВБ, третій – БАВ, четвертий – БВА, п'ятий – ВАБ, шостий – ВБА.
Наведені способи процедурного зрівнювання внутрішніх непостійних ДП застосовні як індивідуальних, так групових експериментів.
Встановлення та мотивація піддослідних як внутрішні непостійні ДП повинні підтримуватися на тому самому рівні під час усього досвіду. Встановленняяк готовність сприймати подразник і відповідати нею певним чином створюється через інструкцію, яку експериментатор дає випробуваному. Щоб установка була саме такою, яка потрібна за завданням дослідження, інструкція повинна бути доступна випробуваним і адекватна завданням експерименту. Однозначність та легкість розуміння інструкції досягаються її ясністю та простотою. Щоб уникнути варіативності пред'явлення, інструкцію рекомендується зачитувати дослівно або давати письмово. Підтримка вихідної установки контролюється експериментатором шляхом постійного спостереження за випробуваним та коригується шляхом нагадування за потреби відповідних вказівок інструкції.
Мотиваціявипробуваного розглядається головним чином як інтерес до цього експерименту. Якщо інтерес відсутня чи слабкий, то важко розраховувати на повноцінність виконання піддослідних передбачених експерименті завдань і надійність його відповідей. Занадто високий інтерес, «перемотивація», також загрожує неадекватністю відповідей випробуваного. Тому для отримання вихідно прийнятного рівня мотивації експериментатор повинен найсерйознішим чином підійти до формування контингенту досліджуваних та добору стимулюючих їх мотивацію факторів. Як такі фактори можуть виступати змагальність, різні види винагороди, інтерес до своїх показників, професійний інтерес та ін.
Психофізіологічні станивипробуваних рекомендується як підтримувати одному рівні, а й оптимізувати цей рівень, т. е. випробувані повинні перебувати у «нормальному» стані. Слід переконатися, що до досвіду у випробуваного був надважливих йому переживань, він досить часу до участі у експерименті, не голодний тощо. п. Під час проведення експерименту годі було зайве збуджувати чи придушувати випробуваного. Якщо ж ці умови виконати не вдається, проведення експерименту краще відкласти.
З розглянутих характеристик змінних та способів їхнього контролю стає зрозумілою необхідність ретельної підготовки експерименту при його плануванні. У реальних умовах експериментування досягти 100% контролю всіх змінних неможливо, проте різні психологічні експерименти значно відрізняються один від одного ступенем контролю змінних. Розгляд питання оцінки якості експерименту присвячений наступний розділ.
4.5. Валідність та надійність експерименту
Для конструювання та оцінки експериментальних процедур використовуються поняття: ідеальний експеримент, експеримент повної відповідності та нескінченний експеримент.
Ідеальний експеримент– це експеримент, організований в такий спосіб, що експериментатор змінює лише незалежну змінну, залежна змінна контролюється, проте інші умови експерименту залишаються незмінними. Ідеальний експеримент передбачає еквівалентність всіх піддослідних, незмінність їх показників у часі, відсутність часу. Він ніколи не може бути здійснений в реальності, тому що в житті змінюються не тільки дослідника, що цікавлять параметри, але і ряд інших умов.
Відповідність реального експерименту ідеальному виявляється у такій його характеристиці, як внутрішня валідність.Внутрішня валідність показує достовірність результатів, що забезпечує реальний експеримент порівняно з ідеальним. Чим більше впливають зміна залежних змінних не контрольовані дослідником умови, тим нижча внутрішня валідність експерименту, отже, більше ймовірність те, що факти, виявлені експериментально, є артефактами. Висока внутрішня валідність – основна ознака добре проведеного експерименту.
Д. Кемпбелл виділяє такі фактори, що загрожують внутрішній валідності експерименту: фактор фону, фактор природного розвитку, фактор тестування, похибка виміру, статистична регресія, невипадковий відбір, відсіювання. Якщо вони контролюються, то призводять до появи відповідних ефектів.
Чинник фону(історії) включає події, які відбуваються між попереднім та остаточним виміром і можуть викликати зміни у залежній змінній поряд з впливом незалежної змінної. Чинник природного розвиткупов'язаний із тим, що зміни у рівні залежної змінної можуть виникнути у зв'язку з природним розвитком учасників експерименту (дорослішання, наростання втоми тощо). Чинник тестуванняполягає у впливі попередніх вимірів на результати наступних. Чинник похибки вимірупов'язаний з неточністю чи змінами у процедурі чи методі вимірювання експериментального ефекту. Чинник статистичної регресіїпроявляється в тому випадку, якщо для участі в експерименті були відібрані випробувані з останніми показниками будь-яких оцінок. Чинник невипадкового відборувідповідно зустрічається у тих випадках, коли при формуванні вибірки відбір учасників проводився невипадково. Чинник відсіюванняпроявляється у тому випадку, якщо випробувані нерівномірно вибувають із контрольної та експериментальної груп.
Експериментатор повинен враховувати і наскільки можна обмежувати вплив чинників, загрожують внутрішньої валідності експерименту.
Експеримент повної відповідності- Це експериментальне дослідження, в якому всі умови та їх зміни відповідають реальності. Наближення реального експерименту до експерименту повної відповідності виражається у зовнішньої валідності.Від рівня зовнішньої валідності залежить ступінь переносимості результатів експерименту на реальність. Зовнішня валідність, за визначенням Р. Готтсданкера, впливає достовірність висновків, що дають результати реального експерименту проти експериментом повної відповідності. Для досягнення високої зовнішньої валідності потрібно, щоб рівні додаткових змінних експерименту відповідали їх рівням насправді. Експеримент, який не має зовнішньої валідності, вважається неправильним.
До факторів, що загрожують зовнішній валідності, відносять такі:
Реактивний ефект (полягає у зменшенні або збільшенні сприйнятливості до експериментального впливу внаслідок попередніх вимірювань);
ефект взаємодії відбору і впливу (полягає в тому, що експериментальний вплив буде суттєвим тільки для учасників даного експерименту);
фактор умов експерименту (може призвести до того, що експериментальний ефект може спостерігатися тільки в даних спеціально організованих умовах);
Чинник інтерференції впливів (проявляється при пред'явленні одній групі піддослідних послідовності взаємовиключних впливів).
Турботу про зовнішню валідність експериментів особливо виявляють дослідники, які у прикладних галузях психології – клінічної, педагогічної, організаційної, оскільки у разі невалідного дослідження його результати нічого не дадуть при перенесенні в реальні умови.
Нескінченний експериментпередбачає необмежену кількість дослідів, проб отримання більш точних результатів. Збільшення кількості проб в експерименті з одним випробуваним веде до підвищення надійностірезультатів експерименту В експериментах із групою піддослідних підвищення надійності відбувається зі збільшенням кількості піддослідних. Однак суть експерименту полягає саме в тому, щоб на основі обмеженої кількості проб або за допомогою обмеженої групи піддослідних виявити причинно-наслідкові зв'язки між явищами. Тому нескінченний експеримент не лише неможливий, а й безглуздий. Для досягнення високої надійності експерименту кількість проб або кількість піддослідних має відповідати мінливості явища, що вивчається.
Слід зазначити, що зі збільшенням кількості піддослідних підвищується і зовнішня валідність експерименту, оскільки його результати можна перенести більш широку популяцію. Для проведення експериментів із групою піддослідних необхідно розглянути питання про експериментальні вибірки.
4.6. Експериментальні вибірки
Як зазначалося вище, експеримент може проводитися або з одним випробуваним або з групою випробуваних. Експеримент з одним випробуваним проводиться лише деяких специфічних ситуаціях. По-перше, це ситуації, коли індивідуальні відмінності піддослідних можна знехтувати, тобто випробуваним може бути будь-яка людина (якщо в експерименті вивчаються її особливості на відміну, наприклад, від тварини). В інших ситуаціях, навпаки, випробуваний є унікальним об'єктом (геніальний шахіст, музикант, художник та ін.). Можливі також ситуації, коли від випробуваного вимагається особлива компетентність як результат навчання або неординарного життєвого досвіду (єдиний, що вижив в авіаційній катастрофі тощо). Одним випробуваним обмежуються й у випадках, коли повторення даного експерименту з участю інших випробуваних неможливе. Для експериментів з одним випробуваним розроблені спеціальні експериментальні плани (докладно про них див. 4.7).
Найчастіше експерименти проводяться із групою піддослідних. У цих випадках вибірка піддослідних повинна являти собою модель генеральної сукупності,яку потім поширюватимуться результати дослідження. Спочатку дослідник вирішує проблему чисельності експериментальної вибірки. Залежно від мети дослідження та можливості експериментатора вона може становити від кількох піддослідних до кількох тисяч людей. Кількість випробуваних в окремій групі (експериментальній чи контрольній) варіюється від 1 до 100 осіб. Для застосування статистичних методів обробки рекомендується кількість досліджуваних у порівнюваних групах не менше 30–35 осіб. Крім того, доцільно збільшувати кількість піддослідних принаймні на 5-10% від необхідного, оскільки частина з них або їх результатів буде відбракована в ході експерименту.
Для формування вибірки досліджуваних необхідно враховувати кілька критеріїв.
1. Змістовний.Він у тому, що підбір групи піддослідних має відповідати предмету і гіпотезі дослідження. (Наприклад, безглуздо набирати у групу піддослідних дітей дворічного віку виявлення рівня довільного запам'ятовування.) Бажано створити ідеальні ставлення до об'єкт експериментального дослідження, і при формуванні групи піддослідних мінімально відхилятися від характеристик ідеальної експериментальної групи.
2. Критерій еквівалентності випробуваних. p align="justify"> При формуванні групи піддослідних слід врахувати всі значущі характеристики об'єкта дослідження, відмінності в вираженості яких можуть істотно вплинути на залежну змінну.
3. Критерій репрезентативності.Група осіб, що беруть участь в експерименті, повинна представляти всю частину генеральної сукупності, на яку поширюватимуться результати експерименту. Величина експериментальної вибірки визначається видом статистичних заходів та обраною точністю (достовірністю) прийняття чи заперечення експериментальної гіпотези.
Розглянемо стратегії відбору піддослідних із населення.
Випадкова стратегіяполягає в тому, що кожному члену генеральної сукупності надається рівний шанс потрапити до експериментальної вибірки. Для цього кожному індивіду надається номер, а потім за допомогою таблиці випадкових чисел формується експериментальна вибірка. Ця процедура важкоздійсненна, оскільки кожен представник популяції, що цікавить дослідника, повинен бути врахований. Крім того, випадкова стратегія дає добрі результати при формуванні експериментальної вибірки великого обсягу.
Стратометричний відбірвикористовується в тому випадку, якщо в експериментальній вибірці обов'язково повинні бути представлені випробувані з певним набором характеристик (стаття, вік, рівень освіти тощо). Вибірка складається таким чином, щоб у ній були рівно представлені випробувані кожної страти (шару) із заданими характеристиками.
Стратометричний випадковий відбірпоєднує дві попередні стратегії. Представникам кожної страти присвоюються номери і їх випадковим чином формується експериментальна вибірка. Ця стратегія ефективна при відборі експериментальної вибірки невеликого обсягу.
Репрезентативне моделюваннязастосовується у разі, коли досліднику вдається створити модель ідеального об'єкта експериментального дослідження. Характеристики реальної експериментальної вибірки мають мінімально відхилятися від характеристик ідеальної експериментальної вибірки. Якщо досліднику відомі в повному обсязі характеристики ідеальної моделі експериментального дослідження, то застосовується стратегія наближеного моделювання.Чим точніше набір критеріїв, що описують популяцію, яку передбачається поширити висновки експерименту, тим вище його зовнішня валідність.
Іноді як експериментальна вибірка використовуються реальні групи,при цьому в експерименті або беруть участь добровольці, або всі піддослідні залучаються примусово. І в тому, і в іншому випадку порушується зовнішня та внутрішня валідність.
Після формування експериментальної вибірки експериментатор складає план дослідження. Досить часто експеримент проводиться з кількома групами, експериментальними та контрольними, які поміщаються у різні умови. Експериментальні та контрольні групи мають бути еквівалентними на момент початку експериментального впливу.
Процедура підбору еквівалентних груп та піддослідних називається рандомізацією.На думку ряду авторів, еквівалентність груп може бути досягнута при попарний відбір.У цьому випадку експериментальна та контрольна групи складаються з індивідів, еквівалентних за значущими для експерименту побічними параметрами. Ідеальний варіант для попарного відбору – залучення близнюкових пар. Рандомізація з виділенням стратполягає у підборі однорідних підгруп, у яких випробувані зрівняні за всіма характеристиками, крім дослідника, що цікавлять додаткових змінних. Іноді виділення значної додаткової змінної всі піддослідні тестуються і ранжируются за рівнем її вираженості. Експериментальна і контрольна групи формуються так, щоб випробувані, які мають однакові або близькі значення змінної, потрапили в різні групи. Розподіл піддослідних на експериментальну та контрольну групи може проводитись та випадковим способом.Як зазначалося вище, за великої чисельності експериментальної вибірки цей спосіб дає цілком задовільні результати.
4.7. Експериментальні плани
Експериментальний план- Це тактика експериментального дослідження, втілена в конкретній системі операцій планування експерименту. Основними критеріями класифікації планів є:
Склад учасників (індивід чи група);
Кількість незалежних змінних та їх рівнів;
Види шкал подання незалежних змінних;
Метод збирання експериментальних даних;
Місце та умови проведення експерименту;
Особливості організації експериментального впливу та способу контролю.
Плани для груп випробуваних та для одного випробуваного.Усі експериментальні плани можна поділити за складом учасників на плани для груп піддослідних та плани для одного випробуваного.
Експерименти з групою випробуванихмають такі переваги: можливість узагальнення результатів експерименту на популяцію; можливість використання схем міжгрупових порівнянь; економія часу; застосування методів статистичного аналізу До недоліків цього типу експериментальних планів можна віднести: вплив індивідуальних відмінностей для людей на результати експерименту; проблему репрезентативності експериментальної вибірки; проблему еквівалентності груп випробуваних.
Експерименти з одним випробуваним– це окремий випадок «планів з маленьким N».Дж. Гудвін вказує на такі причини використання таких планів: потреби в індивідуальній валідності, тому що в експериментах з великим Nвиникає проблема, коли узагальнені дані не характеризують жодного випробуваного. Експеримент з одним випробуваним проводиться також в унікальних випадках, коли з низки причин неможливо залучити багато учасників. У цих випадках метою експерименту є аналіз унікальних явищ та індивідуальних характеристик.
Експеримент із маленьким N, на думку Д. Мартіна, має такі переваги: відсутність складних статистичних підрахунків, легкість в інтерпретації результатів, можливість вивчення унікальних випадків, залучення одного-двох учасників, широкі можливості маніпуляції незалежними змінними. Йому притаманні деякі недоліки, зокрема складність процедур контролю, утруднення при узагальненні результатів; відносна неекономічність за часом.
Розглянемо плани одного випробуваного.
Планування часових серій.Основним показником впливу незалежної змінної на залежну під час реалізації такого плану є зміна характеру відповідей випробуваного у часі. Найпростіша стратегія: схема А- В. Випробовуваний спочатку виконує діяльність в умовах А, а потім в умовах В. Для контролю «ефекту плацебо» застосовується схема: А - В - А.(«Ефект плацебо» – це реакції піддослідних на «порожні» впливу, відповідні реакцій на реальні впливу.) У разі випробовуваний ні заздалегідь знати, яка з умов є «порожнім», яке реальним. Однак ці схеми не враховують взаємодії впливів, тому при плануванні часових серій зазвичай застосовують схеми регулярного чергування (А – В – А– В), позиційного зрівнювання (А – В – В– А) чи випадкового чергування. Застосування більш «довгих» тимчасових серій збільшує можливість виявлення ефекту, але призводить до низки негативних наслідків – втоми випробуваного, зниження контролю над іншими додатковими змінними тощо.
План альтернативних впливівє розвитком плану часових серій. Його специфіка полягає в тому, що впливу Аі Урандомізовано розподіляються у часі і пред'являються випробуваному окремо. Потім порівнюються ефекти від кожного впливу.
Реверсивний планзастосовується вивчення двох альтернативних форм поведінки. Спочатку реєструється базовий рівень прояви обох форм поведінки. Потім пред'являється комплексний вплив, що складається з специфічного компонента першої форми поведінки і додаткового для другої. Через певний час поєднання дій видозмінюють. Ефект двох комплексних дій оцінюється.
План зростання критеріївчасто використовується у психології навчання. Суть його у тому, що реєструється зміна поведінки випробуваного у відповідь приріст впливу. У цьому наступне вплив пред'являється лише після виходу випробуваного заданий рівень критерію.
При проведенні експериментів з одним випробуваним слід враховувати, що основні артефакти практично непереборні. Крім того, в цьому випадку, як у жодному іншому, проявляється вплив установок експериментатора та відносин, які складаються між ним та випробуваним.
Р. Готтсданкер пропонує розрізняти якісні та кількісні експериментальні плани. У якіснихУ планах незалежна змінна представлена в номінативній шкалі, тобто в експерименті використовуються дві або більш якісно різні умови.
У кількіснихЕкспериментальні плани рівні незалежної змінної представлені в інтервальних, рангових або пропорційних шкалах, тобто в експерименті використовуються рівні виразності тієї чи іншої умови.
Можлива ситуація, коли у факторному експерименті одна змінна буде представлена у кількісному, а інша – у якісному вигляді. У такому разі план буде комбінованим.
Внутрішньогрупові та міжгрупові експериментальні плани.Т.В. Корнілова визначає два типи експериментальних планів за критерієм кількості груп та умов проведення експерименту: внутрішньогрупові та міжгрупові. До внутрішньогруповимвідносяться плани, в яких вплив варіантів незалежної змінної та вимірювання експериментального ефекту відбуваються в одній групі. У міжгруповихПлани впливу варіантів незалежної змінної здійснюється в різних експериментальних групах.
Перевагами внутрішньогрупового плану є менша кількість учасників, усунення факторів індивідуальних відмінностей, зменшення загального часу проведення експерименту, можливість доказу статистичної значущості експериментального ефекту. До недоліків належать неконстантність умов та прояв «ефекту послідовності».
Перевагами міжгрупового плану є відсутність «ефекту послідовності», можливість отримання більшої кількості даних, скорочення часу участі в експерименті для кожного випробуваного, зменшення ефекту вибування учасників експерименту. Головним недоліком міжгрупового плану є нееквівалентність груп.
Плани з однією незалежною змінною та факторні плани.За критерієм кількості експериментальних впливів Д. Мартін пропонує розрізняти плани з однією незалежною змінною, факторні плани та плани із серією експериментів. В планах з однією незалежною змінноюекспериментатор маніпулює однією незалежною змінною, яка може мати необмежену кількість варіантів прояву. У факторнихпланах (докладно про них див. с. 120) експериментатор маніпулює двома і незалежнішими змінними, досліджує всі можливі варіанти взаємодії їх різних рівнів.
Плани з серією експериментівпроводяться для поступового виключення конкуруючих гіпотез. Наприкінці серії експериментатор приходить до верифікації однієї гіпотези.
Доекспериментальні, квазіекспериментальні плани та плани справжніх експериментів.Д. Кемпбелл запропонував розділити всі експериментальні плани для груп випробуваних на такі групи: доекспериментальні, квазіекспериментальні та плани справжніх експериментів. В основі цього поділу лежить близькість реального експерименту до ідеального. Чим менше артефактів провокує той чи інший план і чим суворіший контроль додаткових змінних, тим ближче експеримент до ідеального. Доекспериментальні плани найменше враховують вимоги до ідеального експерименту. В.М. Дружинін показує, що вони можуть бути лише ілюстрацією, у практиці наукових досліджень про їх слід по можливості уникати. Квазіекспериментальні плани є спробою врахування реалій життя під час проведення емпіричних досліджень, вони створюються спеціально з відступом від схем справжніх експериментів. Дослідник повинен усвідомлювати джерела артефактів – зовнішні додаткові змінні, які він не може контролювати. Квазіекспериментальний план застосовується тоді, коли застосування кращого плану неможливе.
Систематизовані ознаки доекспериментальних, квазіекспериментальних планів і планів істинних експериментів наводяться в таблиці нижче.
![](https://i0.wp.com/uhlib.ru/psihologija/yeksperimentalnaja_psihologija_konspekt_lekcii/_05.jpg)
При описі експериментальних планів користуватимемося символізацією, запропонованою Д. Кемпбеллом: R– рандомізація; X- Експериментальний вплив; O- Тестування.
До доекспериментальним планамналежать: 1) дослідження одиничного випадку; 2) план із попереднім та підсумковим тестуванням однієї групи; 3) порівняння статистичних груп.
При дослідженні одиничного випадкуодноразово тестується одна група після експериментальної дії. Схематично цей план можна записати у вигляді:
Контроль зовнішніх змінних та незалежної змінної повністю відсутня. У такому експерименті немає жодного матеріалу для порівняння. Результати можна порівняти лише з звичайними уявленнями про дійсності, наукової інформації де вони несуть.
План з попереднім та підсумковим тестуванням однієї групичасто застосовується у соціологічних, соціально-психологічних та педагогічних дослідженнях. Його можна записати у вигляді:
У цьому плані відсутня контрольна група, тому не можна стверджувати, що зміни залежної змінної (різниця між O1та O2), що реєструються в ході тестування, викликані саме зміною незалежної змінної. Між початковим та підсумковим тестуванням можуть відбутися й інші «фонові» події, що впливають на випробуваних разом із незалежною змінною. Цей план не дозволяє контролювати також ефект природного розвитку та ефект тестування.
Порівняння статистичних групбуде точніше назвати планом для двох нееквівалентних груп із тестуванням після дії. Він може бути записаний у такому вигляді:
Цей план дозволяє враховувати ефект тестування завдяки введенню контрольної групи контролювати ряд зовнішніх змінних. Однак з його допомогою неможливо врахувати ефект природного розвитку, оскільки немає матеріалу для порівняння стану випробуваних на даний момент з їх початковим станом (попереднє тестування не проводилося). Для порівняння результатів контрольної та експериментальної груп використовують t-критерій Стьюдента. Однак слід враховувати, що відмінності у результатах тестування можуть бути обумовлені не експериментальним впливом, а різницею у складі груп.
Квазіекспериментальні планиє своєрідним компромісом між реальністю та суворими рамками справжніх експериментів. Існують такі типи квазіекспериментальних планів у психологічному дослідженні: 1) плани експериментів для нееквівалентних груп; 2) плани з попереднім та підсумковим тестуванням різних рандомізованих груп; 3) плани дискретних часових серій.
План експерименту для нееквівалентних групспрямовано встановлення причинно-наслідкової залежності між змінними, проте у ньому відсутня процедура зрівнювання груп (рандомізація). Цей план може бути представлений наступною схемою:
До проведення експерименту у разі залучаються дві реальні групи. Обидві групи тестуються. Потім одна група піддається експериментальному впливу, а інша – ні. Потім дві групи повторно тестуються. Результати першого та другого тестування обох груп зіставляють, для порівняння використовують t-критерій Стьюдента та дисперсійний аналіз. Відмінність O2та O4 свідчить про природний розвиток та фоновий вплив. Для виявлення дії незалежної змінної необхідно порівнювати 6(O1 O2) та 6(O3 O4), тобто величини зрушень показників. Значимість відмінності приростів показників свідчить про вплив незалежної змінної на залежну. Цей план аналогічний плану істинного експерименту для двох груп із тестуванням до та після дії (див. с. 118). Головним джерелом артефактів є відмінність у складі груп.
План з попереднім та підсумковим тестуванням різних рандомізованих групвідрізняється від плану істинного експерименту тим, що попереднє тестування проходить одна група, а підсумкове – еквівалентна група, яка зазнала впливу:
Головний недолік цього квазіекспериментального плану – неможливість контролювати ефект «фону» – вплив подій, що відбуваються поряд з експериментальним впливом у період між першим та другим тестуванням.
Плани дискретних тимчасових серійподіляються на кілька видів залежно від кількості груп (однієї або кількох), а також в залежності від кількості експериментальних впливів (одинакового або серії впливів).
План дискретних часових серій однієї групи піддослідних у тому, що спочатку визначається вихідний рівень залежної змінної групі піддослідних з допомогою серії послідовних вимірів. Потім застосовують експериментальний вплив та проводять серію аналогічних вимірів. Порівнюють рівні залежної змінної до і після дії. Схема цього плану:
Головний недолік плану дискретних тимчасових серій у тому, що він не дає можливості відокремити результат впливу незалежної змінної від впливу фонових подій, які відбуваються протягом дослідження.
Модифікацією цього плану є квазіексперимент за схемою тимчасових серій, в якому вплив перед вимірюванням чергується з відсутністю впливу перед вимірюванням. Його схема така:
ХO1 – O2ХO3 – O4 ХO5
Чергування може бути регулярним чи випадковим. Цей варіант підходить лише у тому випадку, коли ефект впливу звернемо. При обробці даних, отриманих в експерименті, серії розбивають на дві послідовності і порівнюють результати вимірів, де був вплив, з результатами вимірів, де він був відсутній. Для порівняння даних використовується t-критерій Стьюдента з числом ступенів свободи n- 2, де n- Число ситуацій одного типу.
Плани часових серій часто реалізуються практично. Однак при їх застосуванні нерідко спостерігається так званий ефект Хотторна. Вперше його виявили американські вчені 1939 р., коли проводили дослідження на заводі Хотторна в Чикаго. Передбачалося, що зміна системи організації праці дозволить підвищити її продуктивність. Проте під час експерименту будь-які зміни у організації праці призводили до підвищення його продуктивності. У результаті виявилося, що саме собою участь в експерименті підвищило мотивацію до праці. Випробувані зрозуміли, що ними особисто цікавляться і стали працювати продуктивніше. Щоб контролювати цей ефект, має використовуватися контрольна група.
Схема плану тимчасових серій для двох нееквівалентних груп, з яких одна не отримує дії, виглядає так:
O1O2O3O4O5O6O7O8O9O10
O1O2O3O4O5O6O7O8O9O10
Такий план дозволяє контролювати ефект "фону". Зазвичай він використовується дослідниками щодо реальних груп у освітніх установах, клініках, з виробництва.
Ще один специфічний план, який нерідко використовується у психології, називають експериментом ex-post-facto.Він часто застосовується в соціології, педагогіці, а також у нейропсихології та клінічній психології. Стратегія застосування цього плану ось у чому. Експериментатор сам не впливає на випробуваних. Як вплив виступає деяка реальна подія з їхнього життя. Експериментальна група складається з «випробуваних», які зазнали впливу, а контрольна група – з людей, які не зазнали його. При цьому групи наскільки можна зрівнюються на момент свого стану до впливу. Потім проводиться тестування залежної змінної у представників експериментальної та контрольної груп. Дані, отримані в результаті тестування, зіставляється і робиться висновок про вплив на подальшу поведінку піддослідних. Тим самим план ex-post-factoімітує схему експерименту для двох груп з їх вирівнюванням та тестуванням після впливу. Його схема така:
Якщо вдається досягти еквівалентності груп, цей план стає планом істинного експерименту. Він реалізується у багатьох сучасних дослідженнях. Наприклад, щодо посттравматичного стресу, коли люди, які перенесли впливу природної чи техногенної катастрофи, чи учасники бойових дій тестуються на наявність посттравматичного синдрому, їх результати зіставляються з результатами контрольної групи, що дозволяє виявити механізми виникнення подібних реакцій. У нейропсихології травми мозку, поразки певних структур, які розглядаються як «експериментальний вплив», надають унікальну можливість виявлення локалізації психічних функцій.
Плани дійсних експериментівдля однієї незалежної змінної відрізняються від інших наступним:
1) використанням стратегій створення еквівалентних груп (рандомізація);
2) наявністю як мінімум однієї експериментальної та однієї контрольної груп;
3) підсумковим тестуванням та порівнянням результатів груп, які отримували та не отримували вплив.
Розглянемо докладніше деякі експериментальні плани однієї незалежної змінної.
План для двох рандомізованих груп із тестуванням після дії.Його схема виглядає так:
Цей план застосовують у разі, якщо немає можливості чи необхідності проводити попереднє тестування. При рівності експериментальної та контрольної груп цей план є найкращим, оскільки дозволяє контролювати більшість джерел артефактів. Відсутність попереднього тестування виключає як ефект взаємодії процедури тестування та експериментального завдання, і сам ефект тестування. План дозволяє контролювати вплив складу груп, стихійного вибуття, вплив фону та природного розвитку, взаємодію складу групи з іншими факторами.
У розглянутому прикладі використовувався один рівень впливу незалежної змінної. Якщо вона має кілька рівнів, то кількість експериментальних груп збільшується до числа рівнів незалежної змінної.
План для двох рандомізованих груп із попереднім та підсумковим тестуванням.Схема плану виглядає так:
R O1 Х O2
Цей план застосовується у тому випадку, якщо існують сумніви щодо результатів рандомізації. Головне джерело артефактів – взаємодія тестування та експериментального впливу. Насправді також доводиться стикатися з ефектом неодночасності тестування. Тому найкращим вважається проведення тестування членів експериментальної та контрольної груп у випадковому порядку. Пред'явлення-непред'явлення експериментального впливу краще проводити у випадковому порядку. Д. Кемпбелл наголошує на необхідності контролю «внутрішньогрупових подій». Цей експериментальний план добре контролює ефект фону та ефект природного розвитку.
При обробці даних зазвичай використовуються параметричні критерії tі F(Для даних в інтервальній шкалі). Обчислюють три значення t: 1) між O1 та O2; 2) між O3 та O4; 3) між O2і O4.Гіпотезу про значущість впливу незалежної змінної на залежну можна прийняти у тому випадку, якщо виконуються дві умови: 1) відмінності між O1і O2значущі, а між O3і O4незначні та 2) відмінності між O2і O4значущі. Іноді зручніше порівнювати не абсолютні значення, а величини приросту показників б (12) і б (34). Ці значення також порівнюються за t-критерієм Стьюдента. У разі значущості відмінностей приймається експериментальна гіпотеза про вплив незалежної змінної на залежну.
План Соломонає об'єднання двох попередніх планів. Для його реалізації необхідні дві експериментальні (Е) та дві контрольні (К) групи. Його схема виглядає так:
![](https://i0.wp.com/uhlib.ru/psihologija/yeksperimentalnaja_psihologija_konspekt_lekcii/_06.jpg)
За допомогою цього плану можна контролювати ефект взаємодії попереднього тестування та ефект експериментального впливу. Ефект експериментального впливу виявляється при порівнянні показників: O1та O2; O2 та O4; O5 та O6; O5 та O3. Порівняння O6, O1 та O3 дозволяє виявити вплив фактора природного розвитку та фонових впливів на залежну змінну.
Тепер розглянемо план для однієї незалежної змінної та кількох груп.
План для трьох рандомізованих груп та трьох рівнів незалежної змінноїзастосовується у тих випадках, коли необхідне виявлення кількісних залежностей між незалежною та залежною змінними. Його схема виглядає так:
![](https://i0.wp.com/uhlib.ru/psihologija/yeksperimentalnaja_psihologija_konspekt_lekcii/_07.jpg)
За реалізації цього плану кожній групі пред'являється лише рівень незалежної змінної. При необхідності можна збільшити кількість експериментальних груп відповідно до кількості рівнів незалежної змінної. Для обробки даних, отриманих за допомогою такого експериментального плану, можуть застосовуватися всі перераховані вище статистичні методи.
Факторні експериментальні планизастосовуються для перевірки складних гіпотез про взаємозв'язки між змінними. У факторному експерименті перевіряються, як правило, два типи гіпотез: 1) гіпотези про роздільний вплив кожної із незалежних змінних; 2) гіпотези про взаємодію змінних. Факторний план у тому, щоб усі рівні незалежних змінних поєднувалися друг з одним. Число експериментальних груп при цьому дорівнює числу поєднань.
Факторний план для двох незалежних змінних та двох рівнів (2 х 2).Це найпростіший із факторних планів. Його схема виглядає так.
![](https://i1.wp.com/uhlib.ru/psihologija/yeksperimentalnaja_psihologija_konspekt_lekcii/_08.jpg)
Цей план виявляє ефект впливу двох незалежних змінних однією залежну. Експериментатор поєднує можливі змінні та рівні. Іноді використовуються чотири незалежні рандомізовані експериментальні групи. Для обробки результатів застосовується дисперсійний аналіз за Фішером.
Існують складніші версії факторного плану: 3 х 2 і 3 х 3 і т. д. Доповнення кожного рівня незалежної змінної збільшує кількість експериментальних груп.
"Латинський квадрат". p align="justify"> Є спрощенням повного плану для трьох незалежних змінних, що мають два і більше рівнів. Принцип латинського квадрата полягає в тому, що два рівні різних змінних зустрічаються в експериментальному плані лише один раз. Тим самим значно скорочуються кількість груп та експериментальна вибірка загалом.
Наприклад, для трьох незалежних змінних (L, M, N)з трьома рівнями у кожної (1, 2, 3 та N(A, В,С)) план методом «латинського квадрата» виглядатиме так.
![](https://i0.wp.com/uhlib.ru/psihologija/yeksperimentalnaja_psihologija_konspekt_lekcii/_09.jpg)
У цьому випадку рівень третьої незалежної змінної (А, В, С)зустрічається в кожному рядку та в кожній колонці по одному разу. Комбінуючи результати за рядками, стовпцями та рівнями, можна виявити вплив кожної з незалежних змінних на залежну, а також ступінь попарної взаємодії змінних. Застосування латинських літер А, В, Здля позначення рівнів третьої змінної традиційно, тому метод отримав назву «латинський квадрат».
"Греко-латинський квадрат".Цей план застосовується у разі, якщо необхідно дослідити вплив чотирьох незалежних змінних. Він будується на основі латинського квадрата для трьох змінних, при цьому до кожної латинської групи плану приєднується грецька літера, що означає рівні четвертої змінної. Схема для плану з чотирма незалежними змінними, кожна з яких має три рівні, виглядатиме так:
![](https://i2.wp.com/uhlib.ru/psihologija/yeksperimentalnaja_psihologija_konspekt_lekcii/_10.jpg)
Для обробки даних, отриманих у плані «греко-латинський квадрат», застосовується метод дисперсійного аналізу за Фішером.
Головна проблема, яку дозволяють вирішити факторні плани – визначення взаємодії двох і більше змінних. Це завдання неможливо вирішити, застосовуючи кілька звичайних експериментів з однією незалежною змінною. У факторному плані замість спроб «очистити» експериментальну ситуацію від додаткових змінних (із загрозою для зовнішньої валідності), експериментатор наближає її до реальності, вводячи деякі додаткові змінні до розряду незалежних. При цьому аналіз зв'язків між ознаками, що вивчаються, дозволяє виявити приховані структурні фактори, від яких залежать параметри вимірюваної змінної.
4.8. Кореляційні дослідження
Теорія кореляційного дослідження розроблена англійським математиком К. Пірсоном. Стратегія проведення такого дослідження полягає в тому, що керована дія на об'єкт відсутня. План кореляційного дослідження нескладний. Дослідник висуває гіпотезу про наявність статистичного зв'язку між кількома психічними властивостями індивіда. При цьому припущення причинної залежності не обговорюється.
Кореляційнимназивається дослідження, яке проводиться для підтвердження або спростування гіпотези про статистичний зв'язок між декількома (двома або більше) змінними. У психології як змінні можуть виступати психічні властивості, процеси, стани тощо.
Кореляційні зв'язки.Кореляція в прямому перекладі означає співвідношення. Якщо зміна однієї змінної супроводжується зміною інший, то говорять про кореляцію цих змінних. Наявність кореляції двох змінних перестав бути свідченням наявності причинно-наслідкових залежностей з-поміж них, але дає можливість висунути таку гіпотезу. Відсутність кореляції дозволяє спростувати гіпотезу про причинно-наслідковий зв'язок змінних.
Розрізняють кілька типів кореляційних зв'язків:
Прямий кореляційний зв'язок (рівень однієї змінної безпосередньо відповідає рівню іншої змінної);
Кореляція, обумовлена третьою змінною (рівень однієї змінної відповідає рівню іншої змінної через те, що обидві ці змінні зумовлені третьою, загальною змінною);
Випадкова кореляція (не обумовлена жодною змінною);
Кореляція, обумовлена неоднорідністю вибірки (якщо вибірка складається з двох неоднорідних груп, то може бути отримана кореляційна зв'язок, що не існує в генеральній сукупності).
Кореляційні зв'язки бувають наступних видів:
– позитивна кореляція (підвищення рівня однієї змінної супроводжується підвищенням рівня іншої змінної);
– негативна кореляція (зростання рівня однієї змінної супроводжується зниженням рівня іншої);
- нульова кореляція (свідчить про відсутність зв'язку змінних);
– нелінійний зв'язок (у певних межах підвищення рівня однієї змінної супроводжується підвищенням рівня іншої, а за інших параметрів – навпаки. Більшість психологічних змінних мають саме нелінійний зв'язок).
Планування кореляційного дослідження.План кореляційного дослідження є різновидом квазіекспериментального плану за відсутності впливу незалежної змінної на залежні. Кореляційне дослідження розбивається на серію незалежних вимірів групи піддослідних. В разі простогоКореляційне дослідження група однорідна. В разі порівняльногоКореляційного дослідження ми маємо кілька підгруп, що різняться за одним або декількома критеріями. Результати таких вимірів дають матрицю виду Рх О. Обробляються дані кореляційного дослідження шляхом обчислення кореляцій рядками або стовпцями матриці. Кореляція рядками дає порівняння піддослідних. Кореляція стовпців дає інформацію про зв'язок змінних змінних. Часто виявляються тимчасові кореляції, тобто зміна структури кореляцій у часі.
Нижче розглянуто основні типи кореляційного дослідження.
Порівняння двох груп.Застосовується встановлення подібності чи відмінності двох природних чи рандомизированных груп за вираженістю тієї чи іншої параметра. Середні результати двох груп порівнюють за допомогою t-критерію Стьюдента. При необхідності для порівняння дисперсій показника у двох групах також можна використовувати t-критерій Фішера (див. 7.3).
Одномірне дослідження однієї групи у різних умовах.План цього дослідження близький до експериментального. Але у разі кореляційного дослідження ми не керуємо незалежною змінною, а лише констатуємо зміну поведінки індивіда у різних умовах.
Кореляційне дослідження попарно-еквівалентних груп.Цей план використовується для дослідження близнюків шляхом внутрішньопарних кореляцій. Близнюковий метод ґрунтується на таких положеннях: генотипи монозиготних близнюків подібні на 100%, а дизиготних близнюків – на 50%, середовище розвитку як дизиготних, так і монозиготних пар однакове. Дизиготні та монозиготні близнюки розбиваються на групи: у кожній – один близнюк із пари. У близнюків обох груп вимірюється параметр, що цікавить дослідника. Потім обчислюються кореляції між параметрами (Про-кореляція) та між близнюками (Р-Кореляція). Порівнюючи внутрішньопарні кореляції монозиготних та дизиготних близнюків, можна виявити частки впливу середовища та генотипу на розвиток тієї чи іншої ознаки. Якщо кореляція монозиготних близнюків надійно вища за кореляцію дизиготних близнюків, то можна говорити про існуючу генетичну детермінацію ознаки, в іншому випадку говорять про середову детермінацію.
Багатовимірне кореляційне дослідження.Проводиться для перевірки гіпотези про зв'язок кількох змінних. Відбирається експериментальна група, яка тестується за певною програмою, що складається з кількох тестів. Дані дослідження заносяться до таблиці «сирих» даних. Потім ця таблиця обробляється, підраховуються коефіцієнти лінійних кореляцій. Кореляції оцінюються статистичні відмінності.
Структурне кореляційне дослідження.Дослідник виявляє відмінність у рівні кореляційних залежностей між одними й тими самими показниками, виміряними в різних груп.
Лонгітюдне кореляційне дослідження.Воно будується за планом тимчасових серій із тестуванням групи через задані проміжки часу. На відміну від простого лонгітюда дослідника цікавлять зміни не так самих змінних, як зв'язків між ними.
Загальні засади планування експериментів
Порівняння.
Рандомізація.
Реплікація.
Однорідність.
Стратифікація.
рівнями фактора
Назва: Загальні засади планування експериментів
Детальний опис:
З моменту своєї появи наука шукає шляхи пізнання законів навколишнього світу. Здійснюючи одне відкриття за іншим, вчені піднімаються все вище і вище сходами знання, стираючи кордон невідомості і виходячи на нові рубежі науки. Цей шлях лежить через експеримент. Свідомо обмежуючи нескінченну різноманітність природи штучними рамками наукового досвіду, ми перетворюємо його на зрозумілу для людського розуму картину світу.
Експеримент як наукове дослідження - це форма, в якій і за допомогою якої наука існує та розвивається. Експеримент потребує ретельної підготовки перед його проведенням. У біомедичних дослідженнях планування експериментальної частини дослідження має особливо велике значення через широку варіабельність властивостей, характерної для біологічних об'єктів. Ця особливість є основною причиною труднощів при інтерпретації результатів, які можуть відрізнятися від досвіду до досвіду.
Статистичні проблеми обґрунтовують необхідність вибору такої схеми експерименту, яка б мінімізувала вплив варіабельності на висновки вченого. Тому мета планування експерименту полягає у створенні схеми, яка необхідна для отримання якомога більшої інформації за найменших витрат для виконання дослідження. Більш точно планування експерименту можна визначити як процедуру вибору числа та умов проведення дослідів, необхідних та достатніх для вирішення поставленого завдання з необхідною точністю.
Планування експерименту з'явилося в агробіології та пов'язане з ім'ям англійського статистика та біолога сера Рональда Ейлмера Фішера. На початку XX століття на агробіологічній станції в Ротамстеді (Велика Британія) почалися дослідження впливу добрив на врожайність різних сортів зернових. Вчені змушені були зважати як на велику мінливість об'єктів дослідження, так і на велику тривалість дослідів (близько року). У умовах було іншого шляху, крім розробки продуманого плану експерименту зменшення негативного впливу зазначених чинників на точність висновків. Застосувавши статистичні знання до біологічних проблем, Фішер дійшов розробки власних принципів теорії статистичного висновку та започаткував нову науку про планування та аналіз експериментів.
Сам Рональд Фішер пояснював основи планування на прикладі експерименту, зробленого для з'ясування здатності якоїсь англійської леді розрізняти, що було налито в чашку насамперед - чай чи молоко. Слід зазначити, що для справжніх англійських леді важливо, щоб чай наливався у молоко, а не навпаки, порушення послідовності буде ознакою невігластва та зіпсує смак напою.
Експеримент проходить просто: леді пробує чай з молоком і до смаку намагається зрозуміти, в якій черговості були налиті обидва інгредієнти. План, розроблений при цьому дослідження, характеризується низкою властивостей.
Порівняння.У багатьох дослідженнях точне визначення результату виміру важко чи неможливе. Так, наприклад, леді не зможе кількісно оцінити якість чаю, вона порівнюватиме його з еталоном правильно приготовленого напою, смак якого знайомий їй з дитинства. Як правило, у науковому експерименті об'єкт порівнюється або з деяким наперед заданим стандартом, або з контрольним об'єктом.
Рандомізація.Це дуже важливий момент у плануванні. У нашому прикладі рандомізація стосується того, в якому порядку подавати чашки на дегустацію. Рандомізація необхідна для того, щоб стало можливим застосування статистичних методів аналізу результатів дослідження.
Реплікація.Повторюваність – це необхідний компонент постановки експерименту. Не можна робити висновки про здатність до визначення якості чаю тільки по одній чашці. Результат кожного окремого виміру (дегустації) несе у собі частку невизначеності, що виникла під впливом безлічі випадкових факторів. Отже, виявлення джерела варіабельності необхідно провести кілька випробувань. З цією властивістю пов'язана чутливість експерименту. Фішер зазначав, що доки кількість чашок чаю не перевищить деякого мінімуму, неможливо зробити будь-які однозначні висновки.
Однорідність.Незважаючи на необхідність повторення вимірів (реплікація), їх кількість не повинна бути надто великою, щоб не втратилася однорідність. Різниця температур чашок, притуплення смаку тощо при перевищенні деякого граничного числа повторень можуть утруднити аналіз результатів експерименту.
Стратифікація.Виходячи за рамки прикладу Р. Фішера до більш абстрактного опису експериментального плану, можна додатково вказати таку властивість як стратифікація (блокування). Стратифікація - це розподіл експериментальних одиниць відносно однорідні групи (блоки, шари). Процедура стратифікації дозволяє мінімізувати ефект відомих невипадкових джерел варіабельності. Усередині кожного блоку помилку експерименту припускають меншою щодо випадку з випадковим відбором для експерименту такої ж кількості об'єктів. Наприклад, при дослідженні нового лікарського препарату ми маємо два рівні фактора – «препарат» та «плацебо», які призначаються чоловікам та жінкам. У разі підлога - це блокуючий чинник, яким відбувається поділ досліджуваних на підгрупи.
Описані вище характеристики експериментального плану повністю або частково відносяться до будь-якого наукового експерименту. Однак для початку роботи недостатньо одного лише знання про загальні властивості дослідження, необхідна ретельніша підготовка. Створення докладного керівництва в рамках однієї статті неможливе, тому тут буде викладено найзагальнішу інформацію про етапи планування експерименту.
Будь-яке дослідження починається із постановки мети. Вибір проблеми для вивчення та її формулювання вплинуть як на дизайн дослідження, так і на висновки, які будуть зроблені за його результатами. У найпростішому випадку формулювання проблеми має припускати питання «Хто?», «Що?», «Коли?», «Чому?» і як?".
Як ілюстрацію важливості цього етапу планування можна навести дослідження, у якому проводиться збір інформації про дорожньо-транспортні пригоди. Залежно від постановки мети робота може бути спрямована на розробку нового автомобіля або нового дорожнього покриття. Незважаючи на те, що використовується той самий набір даних, постановка задачі та висновки суттєво різняться залежно від формулювання проблеми.
Після вибору мети роботи слід визначити звані залежні змінні. Це змінні, які вимірюватимуться під час проведення дослідження. Наприклад, показники функціонування тих чи інших систем організму людини або лабораторних тварин (частота серцевих скорочень, артеріальний тиск, вміст ферментів у крові тощо), а також будь-які інші характеристики об'єктів дослідження, зміна яких буде для нас інформативною.
Оскільки є залежні змінні, то мають бути ще й незалежні змінні. Інша їхня назва – фактори. Чинниками дослідник оперує в експерименті. Це може бути доза досліджуваного препарату, рівень стресу, ступінь фізичного навантаження і т. д. Взаємозв'язок між фактором та залежною змінною зручно представляти за допомогою кібернетичної системи, яка часто називається «чорна скринька».
Чорна скринька – це система, механізм роботи якої нам невідомий. Однак дослідник має інформацію про те, що відбувається на вході та виході чорної скриньки. При цьому стан виходу залежить від стану входу. Відповідно y1, y2, …, yp – це залежні змінні, величина яких залежить від факторів (незалежних змінних x1, x2, …, xk). Параметри w1, w2, ..., wn являють собою впливи, що обурюють, не піддаються контролю або змінюються з часом.
Загалом це можна записати так: y=f(x1, x2, ..., xk).
Кожен фактор у досвіді може набувати одного з кількох значень. Такі значення називають рівнями фактора. Може виявитися, що фактор здатний набувати нескінченну кількість значень (наприклад, доза лікарського препарату), проте на практиці вибирається кілька дискретних рівнів, кількість яких залежить від завдань конкретного досвіду.
Фіксований набір рівнів факторів визначає один із можливих станів чорної скриньки. Водночас це є умови проведення одного з можливих дослідів. Якщо перебрати всі можливі набори таких станів, то ми отримаємо безліч різних станів даної системи, кількість яких буде числом всіх можливих експериментів. Для того, щоб обчислити кількість можливих станів, достатньо число рівнів q факторів (якщо для всіх факторів воно однаково) звести в ступінь кількості факторів k.
Сукупність всіх можливих станів визначає складність чорної скриньки. Так, система із десяти факторів на чотирьох рівнях може перебувати більш ніж у мільйоні різних станів. Очевидно, що у подібних випадках неможливо провести дослідження, що включає всі можливі досліди. Тому на етапі планування вирішується питання про те, скільки дослідів та яких саме необхідно провести для вирішення поставленого завдання.
Слід зазначити, що властивості об'єкта дослідження мають важливе значення для експерименту. По-перше, нам треба мати інформацію про рівень відтворюваності результатів дослідів з даним об'єктом. Для цього можна провести експеримент, а потім повторити його через нерівні проміжки часу та порівняти результати. Якщо розкид значень не перевищує наших вимог до точності експерименту, об'єкт задовольняє вимогу відтворюваності результатів. Інша вимога до об'єкта – його керованість. Керованим вважається об'єкт, у якому можна провести активний експеримент. У свою чергу, активний експеримент - це такий експеримент, у процесі якого дослідник має можливість вибору рівнів факторів, що становлять для нього інтерес.
Насправді немає повністю керованих об'єктів. Як мовилося раніше вище, реальний об'єкт діють як керовані, і некеровані чинники, що зумовлює варіабельності результатів між окремими об'єктами. Відокремити випадкові зміни від закономірних, викликаних різними рівнями незалежних змінних, можемо лише з допомогою статистичних методів.
Але статистичні методи ефективні лише за певних умов. Одна з таких умов - це вимога певного мінімального розміру вибірок, які у проведенні експерименту. Очевидно, що ширший діапазон зміни ознак від об'єкта до об'єкта, тим більше має бути повторність досвіду, тобто чисельність експериментальних груп.
Оскільки невиправдано велика кількість випробувань зробить дослідження занадто дорогим, а недостатній обсяг вибірки може поставити під сумнів точність висновків, визначення необхідного обсягу вибірок грає вирішальну роль у плануванні експерименту. Методи обчислення мінімального обсягу вибірок докладно описані у спеціальній літературі, тому навести їх у статті неможливо. Проте слід згадати, що вони вимагають попереднього визначення середньої величини досліджуваного показника та її помилки. Джерелом такої інформації можуть стати публікації про схожі дослідження. Якщо вони ще не проводилися, виникає необхідність у виконанні попереднього «пілотного» дослідження для оцінки варіабельності ознаки.
Наступний етап у плануванні експериментів – це рандомізація. Рандомізація являє собою процес, що використовується для групування об'єктів таким чином, щоб у кожного з них була рівна ймовірність потрапити в контрольну або дослідну групу. Інакше кажучи, вибір учасників дослідження має відбуватися випадково, щоб дослідження був відхилено убік «переважного» для дослідника результату.
Рандомізація допомагає запобігти усуненням, обумовленим причинами, які були безпосередньо враховані в плані експерименту. І тому, наприклад, формування експериментальних груп лабораторних тварин виробляється випадковим чином. Однак повна рандомізація можлива далеко не завжди. Так, у клінічних дослідженнях беруть участь пацієнти певної вікової групи, із заздалегідь заданим діагнозом та тяжкістю захворювання, а, отже, відбір учасників не є випадковим. Крім того, обмежують рандомізацію так звані «блокові» плани експериментів. Ці плани мають на увазі, що відбір у кожен блок виконується відповідно до певних невипадкових умов, а випадковий відбір об'єктів дослідження можливий лише всередині блоків. Процес рандомізації легко здійснити за допомогою спеціалізованого статистичного програмного забезпечення чи спеціальних таблиць.
На закінчення необхідно сказати про необхідність обліку в плані дослідження, крім вимог медицини та статистики, ще й морально-етичних норм. Не варто забувати про те, що не тільки люди, а й лабораторні тварини повинні залучатися до експерименту відповідно до етичних принципів.
Науковий експеримент є методом дослідження, який забезпечує науково-об'єктивну перевірку правильності обґрунтованої на початку дослідження гіпотези. Експеримент дозволяє виявити стійкі, необхідні, суттєві зв'язки між явищами, тобто повторювані. вивчити закономірності, що характеризують будь-який процес чи явища. На відміну від спостереження, експеримент дозволяє штучно відокремлювати досліджуване явище від інших, цілеспрямовано змінювати умови його проведення. У той самий час експеримент вимагає від дослідника вищого рівня підготовки, володіння методикою постановки та проведення експерименту, вміння розробити програму експерименту.
У дослідницької діяльності використовують різні види експерименту. Найбільш поширені лабораторний та природний експеримент. У першому випадку експеримент проводиться в спеціально підготовлених умовах - лабораторії, де об'єкт вичленовується зі складної системи взаємозв'язків, які замінюються спеціально модельованими умовами. Наприклад, природне нагрівання замінює штучне, також моделюються інші умови: освітленість, тиск, механічні впливу тощо.
Природний експеримент проводиться у звичайних, природних умовах, де експериментатор спостерігає вихідний стан об'єкта, його розвиток та зникнення. При цьому об'єкт може бути підданий певному впливу з боку експериментатора. Потім весь процес повторюється, наприклад, переселення та акліматизація рослин або тварин.
Під час проведення експерименту необхідно здійснити репрезентативну (показову для всієї сукупності) вибірку кількості експериментальних об'єктів.
Вибірка має бути представницькою з погляду охоплення учасників експерименту. Наприклад, проводячи експеримент у соціальній сфері, необхідно подати всі групи населення,
якщо мета даного експерименту отримає результат, що відбивається по всьому соціумі. Іноді тема експерименту дозволяє обмежитися лабораторним дослідженням, наприклад, якісного експрес-методу – для виявлення катіонів важких металів у питній воді.
Таким чином, немає і не може бути якогось шаблонного рішення про вибір числа експериментальних об'єктів, але репрезен-тативність вибірки завжди повинна бути доведена з точки зору об'єктивності отриманих результатів. Під час проведення навчального дослідження неможливо досягти оптимального співвідношення кількості об'єктів, які обираються для експерименту. Як правило, воно завжди занижено, але враховуючи, що дидактичне завдання навчання учнів знаходиться в іншій площині, ніж суто дослідницьке завдання, можна ґрунтуватися і на меншій вибірці. Те саме стосується й визначення необхідної тривалості експерименту. Занадто короткий термін приводить до необ'єктивних наукових даних, занадто довгий - підвищує трудомісткість і неприйнятний з точки зору завершеності (для учня - це час навчання в школі).
Тому бажано для кожного дослідника доводити тривалість експерименту. Зробити це можна, по-перше, шляхом аналізу попереднього досвіду аналогічних експериментів, у яких було зроблено коректні науково-практичні висновки; по-друге, шляхом співвідношення цілей та завдань експерименту з його необхідною тривалістю.
приклад. 1. При вивченні особливостей гніздування птахів експеримент триватиме весь період, протягом якого птахи будують гнізда та відкладають яйця.
Якщо процесі експерименту вивчається вплив будь-яких речовин (умов) на прояв певних закономірностей, необхідно охопити експериментом найбільш типові закономірності.
2. Під час проведення експерименту щодо визначення «впливу шуму на працездатність учнів» його тривалість
не може бути обмежена 1-2 днями або одним джерелом шуму (виробничий, невиробничий). Тривалість зазначеного експерименту має бути в межах як мінімум навчального року. Якщо вивчається вплив внесення добрива на врожайність сорту X або термін дозрівання, такий експеримент зазвичай триває не один рік.
Проведення експерименту потребує вибору конкретної методики. Цьому передує робота з вивчення початкового рівня стану експериментального об'єкта. Так, аналізуючи експеримент з вивчення стану мохово-лишайникового покриву біоценозу, необхідно переконатися, що в даному біоценозі мохи та лишайники представлені не одним-двома видами, а займають цілу екологічну нішу.
Для кожного конкретного випадку обирається не весь набір відомих методів, а таке поєднання, яке дасть достовірну інформацію. Наприклад, визначаючи ГДК міді у воді, необхідно використовувати методику як якісного, і кількісного виявлення .
Експериментальна діяльність передбачає наявність контрольного об'єкта, який є критерієм для оцінки результатів експерименту. Наприклад, при проведенні експерименту щодо впливу добрив на термін дозрівання обов'язково має бути контрольна ділянка, на яку добриво не вносилося. Визначаючи вміст ГДК міді у воді, необхідно мати достовірні цифри про ГДК (1,1 мг/л).
Експеримент вимагає ведення протоколу, у якому з допомогою тексту, цифр, символів, схем заносяться факти експериментальної діяльності. Як зазначалося, протокол має бути послідовним, несуперечливим і адекватним, т. е. що дозволяє робити висновки з урахуванням об'єктивної інформації. При цьому неважливо на якому папері, яким чорнилом або символами якого розміру заповнено протокол. Важливо, щоб зв'язок між результатами і символами був однозначним і відносини між символами відповідали відношенню між результатами експе-
риментів. Було б дивно, якби за протоколом, де вага тіла вимірюється у грамах, робилися одні висновки, а за протоколом, де вага тіла вимірюється у кілограмах – інші.
Завершується експеримент аналізом його результатів, де затверджується чи спростовується висловлена у дослідженні гіпотеза. І тому результати, досягнуті наприкінці експерименту, порівнюються з початковим рівнем знання стан предмета дослідження.
Наприклад, якщо за ГДК міді 0,1 мг/л ми отримаємо дані по об'єктах а, в, з... 0,2; 0,3; 0,5, можна стверджувати, що об'єкт забруднений катіонами міді вище ГДК у 2, 3, 5 рази відповідно. Якщо результати виявляться неоднозначними, наприклад, при визначенні ГДК міді, якісним способом отримані дані по об'єктах а = 0,3 мг/л; в = 0,4 мг/л; с = 0,5 мг/л, а за кількісним відповідно 0,1; 0,2; 0,2 мг/л, то дійти невтішного висновку буде й експеримент необхідно продовжити, змінивши чи удосконаливши методику.
p align="justify"> Важливим елементом аналізу результатів експерименту є вміння дослідника розробляти науково-практичні рекомендації. Рекомендації повинні вказувати чіткі межі можливого застосування експериментальної системи у практиці.
Наприклад, в ході експерименту доведено доцільність застосування добрив Х-класу в даних кліматичних умовах, для даного типу ґрунтів, для скорочення вегетаційного періоду сорту. Можна також рекомендувати Х-добрива і для сортів ух У2 Уз У той же час вплив на сорт Z виявився незначним (або витратним), а для сорту F отриманий негативний результат.
Необхідно також оцінювати витратну сторону експерименту. Якщо, наприклад, врожайність дослідної ділянки збільшилася на 30% порівняно з контрольним, а сума витрат зросла в 1,5-2 рази, то результати експерименту швидше негативні, ніж позитивні, тому необхідно давати зважені обережні оцінки.
Отже, при підведенні підсумків експерименту послідовно оцінюються ефективність результату, оптимальність його з
точки зору відповідності максимальним можливостям даної системи та витрат часу, умови ефективного застосування рекомендацій, межі успішного застосування та обмеження, за яких ефект може виявитися неоптимальним.
Психологічний експеримент- досвід, що проводиться в спеціальних умовах, для отримання нових наукових знань про психологію за допомогою цілеспрямованого втручання дослідника в життєдіяльність випробуваного.
Різними авторами поняття «психологічний експеримент» трактується неоднозначно, найчастіше під експериментом у психології розглядається комплекс різних самостійних емпіричних методів. власне експеримент, спостереження, опитування, тестування). Проте зазвичай експериментальної психології експеримент вважається самостійним методом.
У рамках психологічного консультування психологічним експериментом називають спеціально створену ситуацію, призначену для більш цілісного (у різних модальностях) переживання клієнтом власного досвіду.
Специфіка психологічного експерименту
У психології експериментальне дослідження має власну специфіку, що дозволяє розглядати його окремо від досліджень в інших науках. Специфіка психологічного експерименту полягає в тому, що:
- Психіку як конструкт неможливо безпосередньо спостерігати і її діяльності можна дізнатися, лише виходячи з її проявах, наприклад, як певного поведінки .
- При вивченні психічних процесів вважається неможливим виділити один з них, і вплив завжди відбувається на психіку в цілому (або, з сучасної точки зору, на організм як єдину неподільну систему).
- В експериментах з людьми (а також деякими вищими тваринами, наприклад, приматами) відбувається активна взаємодія між експериментатором та випробуваним.
- Ця взаємодія, зокрема, робить необхідним наявність інструкції випробуваному (що, зрозуміло, нехарактерно для природничих експериментів).
Загальні відомості
У спрощеному прикладі незалежну змінну можна як якийсь релевантний стимул (St(r)), силу якого варіює експериментатор, тоді як залежна змінна - реакція ( R) випробуваного, його психіки ( P) на вплив цього релевантного стимулу.
Однак, як правило, саме шукана стабільність всіх умов, окрім незалежної змінної, в психологічному експерименті недосяжна, тому що практично завжди крім цих двох змінних є і додаткові змінні, систематичні іррелевантні стимули (St(1)) та випадкові стимули ( St(2)), які ведуть відповідно до систематичних та випадкових помилок. Таким чином, остаточне схематичне зображення експериментального процесу виглядає так:
Отже, в експерименті можна виділити три види змінних:
- Додаткові змінні (або зовнішні змінні)
Отже, експериментатор намагається встановити функціональну залежність між залежною та незалежною змінною, що виражається у функції R=f( St(r)), Спробувавши при цьому врахувати систематичну помилку, що виникла внаслідок впливу іррелевантних стимулів (прикладами систематичної помилки можна назвати фази Місяця, час доби та ін). Для зменшення ймовірності впливу випадкових помилок на результат дослідник прагне проводити серію дослідів (прикладом випадкової помилки, може бути, наприклад, втома або потрапила в око випробовуваному смітинка).
Основне завдання експериментального дослідження
Загальне завдання психологічних експериментів у тому, щоб встановити наявність зв'язку R=f( S, P) і, наскільки можна, вид функції f (бувають різні види зв'язку - причинно-наслідкові, функціональні, кореляційні та інших.). В даному випадку, R- реакція випробуваного, S- ситуація, а P- особистість випробуваного, психіка, чи «внутрішні процеси». Тобто, грубо кажучи, так як психічні процеси неможливо «побачити», в психологічному експерименті на підставі реакції піддослідних на стимулювання, регульоване експериментатором, робиться будь-який висновок про психіку, психічні процеси або особи випробуваного.
Етапи експерименту
У кожному експерименті можна назвати такі етапи. Перший етап - постановка завдання та цілі, а також побудова плану експерименту. План експерименту має будуватися з урахуванням накопичених знань та відображати актуальність проблеми.
Другий етап - власне процес активного на навколишній світ, у результаті накопичуються об'єктивні наукові факти. Одержанню цих фактів значною мірою сприяє правильно підібрана методика експерименту. Як правило, метод експерименту формується на основі тих труднощів, які необхідно усунути для вирішення завдань, поставлених в експерименті. Методика, розроблена одних експериментів, може бути придатною й інших експериментів, тобто набути універсальне значення.
Валідність у психологічному експерименті
Як і в природничих експериментах, так і в психологічних наріжним каменем вважається поняття валідності: якщо експеримент валідний, вчені можуть мати деяку впевненість у тому, що ними було виміряно саме те, що вони хотіли виміряти. Вживається безліч заходів для того, щоб дотримуватися всіх видів валідності. Однак бути абсолютно впевненим у тому, що в якомусь, навіть самому продуманому, дослідженні можна дотриматися всіх критеріїв валідності, неможливо. Цілком бездоганний експеримент недосяжний.
Класифікації експериментів
Залежно від умов проведення виділяють
- Лабораторний експеримент – умови спеціально організуються експериментатором. Основне завдання – забезпечити високу внутрішню валідність. Характерно виділення одиничної незалежної змінної. Основний спосіб контролю зовнішніх змінних – елімінація (усунення). Зовнішня валідність нижча ніж у польовому експерименті.
- Польовий або природний експеримент - експеримент проводиться в умовах, які експериментатор не контролює. Основне завдання – забезпечити високу зовнішню валідність. Характерно виділення комплексної незалежної змінної. Основні методи контролю зовнішніх змінних - рандомізація (рівні зовнішніх змінних у дослідженні точно відповідають рівням цих змінних у житті тобто поза дослідження) і константність (зробити рівень змінної однаковим всім учасників). Внутрішня валідність зазвичай нижча, ніж у лабораторних експериментах.
Залежно від результату дії виділяють
Констатуючий експеримент - експериментатор не змінює властивості учасника безповоротно, не формує в нього нових властивостей і не розвиває ті, які вже існують.
Формуючий експеримент - експериментатор змінює учасника незворотно, формує в нього такі властивості, яких раніше не було або розвиває ті, що вже існували.
Патопсихологічний експеримент - метою експерименту поставлено завдання якісної та кількісної оцінки основних процесів мислення; експериментатор, як правило, не цікавиться безпосередніми результатами тестування, оскільки під час експерименту проводиться дослідження способудосягнення результату.
Залежно від рівня свідомості
Залежно від рівня свідомості експерименти також можна розділити на
- ті, в яких випробуваному даються повні відомості про цілі та завдання дослідження,
- ті, в яких з метою експерименту деяка інформація про нього від випробуваного приховується або спотворюється (наприклад, коли необхідно, щоб випробуваний не знав про істинну гіпотезу дослідження, йому можуть повідомити хибну),
- і ті, в яких випробуваному невідомо про цілі експерименту або навіть про сам факт експерименту (наприклад, експерименти із залученням дітей).
Організація експерименту
Бездоганний експеримент
Жоден експеримент у жодній науці неспроможний витримати критики прибічників «абсолютної» точності наукових висновків. Однак як еталон досконалості Роберт Готтсданкер ввів в експериментальну психологію поняття «бездоганний експеримент» - недосяжний ідеал експерименту, що повністю задовольняє трьом критеріям (ідеальності, нескінченності, повної відповідності), до наближення якого повинні прагнути дослідники.
Ідеальний експеримент - нездійсненна на практиці модель експерименту, використовувана психологами-експериментаторами як зразок. В експериментальну психологію цей термін ввів Роберт Готтсданкер, автор відомої книги «Основи психологічного експерименту», який вважав, що використання подібного зразка для порівняння призведе до більш ефективного вдосконалення експериментальних методик та виявлення можливих помилок у плануванні та проведенні психологічного експерименту.
Критерії бездоганного експерименту
Бездоганний експеримент, за Готтсданкером, повинен відповідати трьом критеріям:
- Ідеальний експеримент (змінюються тільки незалежна та залежна змінні, відсутня вплив на неї зовнішніх або додаткових змінних)
- Нескінченний експеримент (експеримент повинен продовжуватися нескінченно, оскільки завжди залишається можливість прояву раніше невідомого фактора)
- Експеримент повної відповідності (експериментальна ситуація має бути повністю тотожною тому, як би вона відбувалася «насправді»)
Взаємодія між експериментатором та випробуваним
Проблема організації взаємодії між експериментатором та випробуваним вважається однією з основних, породжених специфікою психологічної науки. Як найпоширеніший засіб безпосереднього зв'язку між експериментатором і випробуваним розглядають інструкцію.
Інструкція піддослідному
Інструкція випробуваному в психологічному експерименті дається у тому, щоб збільшити ймовірність, що випробуваний адекватно зрозумів вимоги експериментатора, у ній дається чітка інформація щодо того, як випробуваний повинен поводитися, що його просять робити. Для всіх досліджуваних у межах одного експерименту дається однаковий (або рівноцінний) текст з однаковими вимогами. Проте з індивідуальності кожного суб'єкта , в експериментах перед психологом стоїть завдання забезпечення адекватного розуміння інструкції людиною. Приклади різниці між випробуваними, які зумовлюють доцільність індивідуального підходу:
- одним випробуваним достатньо прочитати інструкцію один раз, іншим - кілька разів,
- одні випробувані нервуються, а інші залишаються холоднокровними,
- і т.д.
Вимоги до більшості інструкцій:
- Інструкція повинна пояснювати мету та значення дослідження
- Вона має чітко викласти зміст, хід та деталі досвіду
- Вона має бути докладною і водночас досить лаконічною
Проблема вибірки
Інше завдання, яке стоїть перед дослідником, це формування вибірки. Досліднику передусім необхідно визначити її обсяг (кількість піддослідних) і склад, у своїй вибірка має бути репрезентативна, тобто дослідник повинен мати можливість поширити висновки, зроблені за результатами дослідження даної вибірки, всю генеральну сукупність , з якої було зібрано ця вибірка . Для цих цілей існують різні стратегії відбору вибірок та формування груп випробуваних. Дуже часто для простих (однофакторних) експериментів формуються дві групи – контрольна та експериментальна. У деяких ситуаціях досить складно відібрати групу піддослідних, не створивши при цьому систематичної помилки відбору.
Етапи психологічного експерименту
Загальна модель проведення психологічного експерименту відповідає вимогам наукового методу. При проведенні цілісного експериментального дослідження виділяють такі етапи:
- Первинна постановка проблеми
- Постановка психологічної гіпотези
- Робота з науковою літературою
- Пошук визначень базових понять
- Складання бібліографії з тематики дослідження
- Уточнення гіпотези та визначення змінних
- Визначення експериментальної гіпотези
- Вибір експериментального інструменту, що дозволяє:
- Керувати незалежною змінною
- Реєструвати залежну змінну
- Планування експериментального дослідження
- Виділення додаткових змінних
- Вибір експериментального плану
- Формування вибірки та розподіл піддослідних за групами відповідно до прийнятого плану
- Проведення експерименту
- Підготовка експерименту
- Інструктування та мотивування піддослідних
- Власне експериментування
- Первинна обробка даних
- Складання таблиць
- Перетворення форми інформації
- Перевірка даних
- Статистична обробка
- Вибір методів статистичної обробки
- Перетворення експериментальної гіпотези на статистичну гіпотезу
- Проведення статистичної обробки
- Інтерпретація результатів та висновки
- Фіксація дослідження у науковому звіті, монографії, листі до редакції наукового журналу
Переваги експерименту як методу дослідження
Можна виділити такі основні переваги, якими володіє метод експерименту в психологічних дослідженнях:
- Можливість вибрати момент початку події
- Повторюваність події, що вивчається
- Змінюваність результатів шляхом свідомого маніпулювання незалежними змінними
- Забезпечується висока точність результатів
- Можливі повторні дослідження в аналогічних умовах
Методи контролю
- Метод виключення (якщо відомий певний ознака - додаткова змінна, його можна виключити).
- Метод вирівнювання умов (використовується, коли відомий той чи інший ознака, що втручається, але його уникнути не можна).
- Метод рандомізації (застосовується у випадку, якщо фактор, що впливає, не відомий і уникнути його впливу неможливо). Спосіб повторної перевірки гіпотези на різних вибірках, в різних місцях, на різних категоріях людей і т.п.
Критика експериментального методу
Прибічники неприйнятності експериментального методу у психології спираються такі становища:
- Суб'єкт-суб'єктне ставлення порушує наукові правила
- Психіка має властивість спонтанності
- Психіка надто непостійна
- Психіка надто унікальна
- Психіка – надто складний об'єкт дослідження
Психолого-педагогічний експеримент
Психолого-педагогічний експеримент, або формуючий експеримент - це специфічний виключно для психології вид експерименту, в якому активний вплив експериментальної ситуації на випробуваного має сприяти його психічному розвитку та особистісному зростанню.
Психолого-педагогічний експеримент вимагає дуже високої кваліфікації з боку експериментатора, так як невдале та некоректне використання психологічних методик може призвести до негативних для випробуваних наслідків.
Психолого-педагогічний експеримент є одним із видів психологічного експерименту.
У ході психолого-педагогічного експерименту передбачається формування певної якості (саме тому він ще називається "формуючий") зазвичай беруть участь дві групи: експериментальна та контрольна. Учасникам експериментальної групи пропонується певне завдання, яке (на думку експериментаторів) сприятиме формуванню заданої якості. Контрольній групі піддослідних це завдання не надається. Наприкінці експерименту дві групи порівнюються між собою з метою оцінки отриманих результатів.
Формуючий експеримент як метод виник завдяки теорії діяльності (А.Н. Леонтьєв, Д.Б.Эльконин та інших.), у якій стверджується ідея первинності діяльності стосовно психічного розвитку. У ході формуючого експерименту активні дії роблять як випробувані, і експериментатор. З боку експериментатора необхідна висока міра втручання та контролю за основними змінними. Це відрізняє експеримент від спостереження чи експертизи.
Природний експеримент
Природний експеримент, або польовий експеримент, - у психології це вид експерименту, який проводиться в умовах звичайної життєдіяльності випробуваного з мінімумом втручання експериментатора у цей процес.
При проведенні польового експерименту зберігається можливість, якщо це дозволяють етичні та організаційні міркування, залишити випробуваного в незнанні про свою роль та участь в експерименті, що має перевагу в тому, що на природність поведінки випробуваного не позначиться факт проведення дослідження.
Лабораторний експеримент, або штучний експеримент, проводиться в штучно створених умовах (у рамках наукової лабораторії) і в якому, по можливості, забезпечується взаємодія досліджуваних суб'єктів тільки з тими факторами, які цікавлять експериментатора. Досліджуваними суб'єктами вважаються піддослідні або група піддослідних, а дослідника, що цікавлять, фактори називаються релевантними стимулами.
Специфіка, що відрізняє психологічний лабораторний експеримент від експериментів в інших науках, полягає в суб'єкт-суб'єктному характері відносин між експериментатором та випробуваним, що виражається в активній взаємодії між ними.
Лабораторний експеримент ставлять у тих випадках, коли досліднику необхідно забезпечити максимально можливий контроль над незалежною змінною та додатковими змінними. Додатковими змінними називають іррелевантні, або нерелевантні, і випадкові стимули, які в природних умовах контролювати набагато складніше.
Контроль за додатковими змінними
Як контроль над додатковими змінними дослідник повинен здійснювати: З'ясування всіх нерелевантних факторів, які можна виявити. По можливості - збереження цих факторів незмінними в процесі експерименту.
Патопсихологічний експеримент
Патопсихологічний діагностичний експеримент має специфічні відмінності від традиційного тестового методу дослідження щодо процедури дослідження та аналізу результатів дослідження за якісними показниками (відсутність тимчасового обмеження виконання завдання, дослідження способу досягнення результату, можливості використання допомоги експериментатора, мовні та емоційні реакції під час виконання завдання тощо). п.). Хоча сам стимульний матеріал методик може залишатися класичним. Саме це відрізняє патопсихологічний експеримент від традиційного психологічного та психометричного (тестового) дослідження. Аналіз протоколу патопсихологічного дослідження – особлива технологія, яка потребує певних навичок, а сам «Протокол – душа експерименту».
Однією з основних принципів побудови експериментальних прийомів, вкладених у дослідження психіки хворих, є принцип моделювання нормальної психічної діяльності, здійснюваної людиною праці, вченні, спілкуванні. Моделювання полягає в тому, що вичленюються основні психічні акти та дії людини і провокується або, краще сказати, організується виконання цих дій у незвичних, дещо штучних умовах. Кількість і якість таких моделей дуже різноманітні; тут і аналіз, і синтез, і встановлення різних зв'язків між предметами, комбінування, розчленування і т. д. Практично більшість експериментів полягає в тому, що хворому пропонують виконати будь-яку роботу, пропонують йому низку практичних завдань або дій «в умі», а потім ретельно реєструють, яким способом хворий діяв, а якщо помилявся, то чим були викликані та якого типу були ці помилки
Методика- це сукупне в. розумових та фізичних операцій, розміщених у певній послідовності, відповідно до якої досягається мета дослідження.
Під час розробки методик проведення експерименту необхідно передбачати:
Проведення попереднього цілеспрямованого спостереження над об'єктом, що вивчається, або явищем з метою визначення вихідних даних (гіпотез, вибору варіюючих факторів);
створення умов, у яких можливе експериментування (підбір об'єктів для експериментального впливу, усунення впливу випадкових чинників);
Визначення меж вимірів; систематичне спостереження за ходом розвитку досліджуваного явища та точні описи фактів;
Проведення систематичної реєстрації вимірювань та оцінок фактів різними засобами та способами;
Створення повторюваних ситуацій, зміна характеру умов та перехресні впливи, створення ускладнених ситуацій з метою підтвердження чи спростування раніше отриманих даних;
Перехід від емпіричного вивчення до логічних узагальнень, до аналізу та теоретичної обробки отриманого фактичного матеріалу.
Перед кожним експериментом складається його план (програма), який включає:
Мета та завдання експерименту;
Вибір факторів, що варіюють;
Обґрунтування обсягу експерименту, числа дослідів;
порядок реалізації дослідів, визначення послідовності зміни факторів;
вибір кроку зміни факторів, завдання інтервалів між майбутніми експериментальними точками;
Обґрунтування засобів вимірів;
Опис проведення експерименту;
Обґрунтування способів обробки та аналізу результатів експерименту.
Результати експериментів мають відповідати трьом статистичним вимогам:
Вимога ефективності оцінок, тобто. мінімальність дисперсії відхилення щодо невідомого параметра;
Вимога спроможності оцінок, тобто. при збільшенні числа спостережень оцінка параметра має прагнути його справжнього значення;
Вимога незміщеності оцінок – відсутність систематичних помилок у процесі обчислення параметрів.
Найважливішою проблемою при проведенні та обробці експерименту є сумісність цих трьох вимог.
Елементи теорії планування експерименту
Математична теорія експерименту визначає умови оптимального проведення дослідження, у тому числі і за неповного знання фізичної сутності явища. Для цього використовуються математичні методи при підготовці та проведенні дослідів, що дозволяє досліджувати та оптимізувати складні системи та процеси, забезпечувати високу ефективність експерименту та точність визначення досліджуваних факторів.
Експерименти зазвичай ставляться невеликими серіями за заздалегідь узгодженим алгоритмом. Після кожної невеликої серії дослідів проводиться обробка результатів спостережень та приймається суворо обґрунтоване рішення про те, що робити далі.
При використанні методів математичного планування експерименту можливо:
Вирішувати різні питання, пов'язані з вивченням складних процесів та явищ;
Проводити експеримент з метою адаптації технологічного процесу до змінних оптимальних умов його протікання та забезпечувати таким чином високу ефективність його здійснення та ін.
Теорія математичного експерименту містить низку концепцій, які забезпечують успішну реалізацію завдань дослідження:
Концепція рандомізації;
Концепція послідовного експерименту;
Концепція математичного моделювання;
Концепція оптимального використання факторного простору та низку інших.
Принцип рандомізаціїу тому, що у план експерименту вводять елемент випадковості. Для цього план експерименту складається таким чином, щоб ті систематичні фактори, які важко контролюються, враховувалися статистично і потім виключалися в дослідженнях як систематичні помилки.
При послідовному проведенніексперимент виконується не одночасно, а поетапно, для того, щоб результати кожного етапу аналізувати та приймати рішення про доцільність проведення подальших досліджень ( рис.2.1 ). В результаті експерименту одержують рівняння регресії, яке часто називають моделлю процесу.
Для конкретних випадків математична модель створюється виходячи з цільової спрямованості процесу та завдань дослідження, з урахуванням необхідної точності рішення та достовірності вихідних даних.
Важливе місце в теорії планування експерименту займають питання оптимізації досліджуваних процесів, властивостей багатокомпонентних систем чи інших об'єктів.
Як правило, не можна знайти таке поєднання значень факторів, що впливають, при якому одночасно досягається екстремум всіх функцій відгуку. Тому в більшості випадків за критерій оптимальності вибирають лише одну із змінних стану функцію відгуку, що характеризує процес, а інші приймають прийнятними для цього випадку.
Методи планування експерименту нині швидко розвиваються, чому сприяє можливість широкого використання ЕОМ.
Обчислювальним експериментомназивається методологія та технологія досліджень, засновані на застосуванні прикладної математики та електронно-обчислювальних машин як технічної бази при використанні математичних моделей.
Таким чином, обчислювальний експеримент ґрунтується на створенні математичних моделей об'єктів, що вивчаються, які формуються за допомогою деякої особливої математичної структури, здатної відображати властивості об'єкта, що виявляються ним у різних експериментальних умовах.
Однак ці математичні структури перетворюються на моделі лише тоді, коли елементам структури дається фізична інтерпретація, коли встановлюється співвідношення між параметрами математичної структури та експериментально певними властивостями об'єкта, коли характеристики елементів моделі та самої моделі загалом знаходять відповідність властивостям об'єкта.
Таким чином, математичні структури разом з описом відповідності експериментально виявленим властивостям об'єкта і є моделлю об'єкта, що вивчається, відображаючи в математичній, символічній (знаковій) формі об'єктивно існуючі в природі залежності, зв'язки та закони.
Кожен обчислювальний експеримент ґрунтується як на математичній моделі, так і на прийомах обчислювальної математики. Сучасна обчислювальна математика складається з багатьох розділів, що розвиваються разом з розвитком електронно-обчислювальної техніки.
На основі математичного моделювання та методів обчислювальної математики створилися теорія та практика обчислювального експерименту, технологічний цикл якого прийнято розділяти на наступні етапи.
1. Для досліджуваного об'єкта будується модель, зазвичай спочатку фізична, що фіксує поділ всіх діючих і аналізованому явище чинників головні і другорядні, які цьому етапі дослідження відкидаються.
2. Розробляється метод розрахунку сформульованої математичної задачі. Це завдання представляється у вигляді сукупності алгебраїчних формул, якими повинні вестися обчислення та умови, що показують послідовність застосування цих формул; набір цих формул та умов носить назву обчислювального алгоритму.
Обчислювальний експеримент має багатоваріантний характер, оскільки рішення поставлених завдань часто залежить від численних вхідних параметрів.
У зв'язку з цим з організацією обчислювального експерименту можна використовувати ефективні чисельні методи.
3. Розробляються алгоритм та програма вирішення задачі на ЕОМ. Програмування рішень визначається тепер як мистецтвом і досвідом виконавця, а переростає в самостійну науку зі своїми принциповими підходами.
4. Проведення розрахунків на ЕОМ. Результат виходить у вигляді деякої цифрової інформації, яку далі потрібно буде розшифрувати. Точність інформації визначається при обчислювальному експерименті достовірністю моделі, покладеної основою експерименту, правильністю алгоритмів і програм (проводяться попередні «тестові» випробування).
5. Обробка результатів розрахунків, їх аналіз та висновки. На цьому етапі можуть виникнути необхідність уточнення математичної моделі (ускладнення або, навпаки, спрощення), пропозиції щодо створення спрощених інженерних способів вирішення та формул, що дають змогу отримати необхідну інформацію більш простим способом.
Обчислювальний експеримент набуває виняткового значення у тих випадках, коли натурні експерименти та побудова фізичної моделі виявляються неможливими.
У науці та техніці відомо чимало областей, у яких обчислювальний експеримент виявляється єдино можливим щодо складних систем.