Методы эмпирического исследования

Эмпирическое (то, что воспринимается органами чувств) познание осуществляется в процессе опыта, понимаемого в самом широком смысле, т.е. как взаимодействие субъекта с объектом, при котором субъект не только пассивно отражает объект, но и активно изменяет, преобразует его.

Эмпирический метод состоит в последовательном совершении следующих пяти операций: наблюдение, измерение, моделирование, прогнозирование, проверка прогноза.

В науке основными формами эмпирического исследования являются наблюдение и эксперимент. Кроме того, к ним относят также многочисленные измерительные процедуры, которые хотя и ближе примыкают к теории, все же осуществляются именно в рамках эмпирического познания и особенно эксперимента.

Исходной эмпирической процедурой служит наблюдение, так как оно входит и в эксперимент и в измерения, в то время как сами наблюдения могут производиться вне эксперимента и не предполагать измерений. Поэтому мы начнем обсуждение методов эмпирического исследования с анализа особенностей процесса наблюдения и его функций в науке.

Наблюдение

Научное наблюдение представляет целенаправленное и организованное восприятие предметов и явлений окружающего мира. Связь наблюдения с чувственным познанием очевидна: любой процесс восприятия связан с переработкой и синтезом тех впечатлений, которые познающий субъект получает от внешнего мира. Эти впечатления в психологии называют ощущениями. Они являются отображением отдельных свойств, сторон предметов или процессов внешнего мира. Иногда наблюдение может относиться к восприятию переживаний, чувств, психических состояний самого субъекта.

Деятельность сознания в процессе наблюдения не ограничивается только тем, что оно синтезирует в единый чувственный образ результаты различных ощущений.

Активная его роль проявляется, прежде всего, в том, что наблюдатель, особенно в науке, не просто фиксирует факты, а сознательно ищет их, руководствуясь некоторой идеей, гипотезой или прежним опытом. Сторонники эмпиризма, чтобы гарантировать чистоту и надежность данных опыта, требуют сбора данных и фактов без какой-либо предварительной гипотезы или руководящей идеи. Нетрудно, однако, понять утопичность такой программы. Даже в обыденном познании наблюдение опирается на прежний опыт и знания людей.

В науке же, как правило, наблюдения имеют своей целью проверку той или иной гипотезы или теории и поэтому они существенным образом зависят от этой цели. Ученый не просто регистрирует любые факты, а сознательно отбирает те из них, которые могут либо подтвердить, либо опровергнуть его идеи.

Наблюдения в науке характеризуются также тем, что их результаты требуют определенной интерпретации, которая осуществляется с помощью некоторой теории.

Это обстоятельство играет чрезвычайно важную роль в тех случаях, когда непосредственно наблюдается не сам предмет или процесс, а результат его взаимодействия с другими предметами и явлениями. Так, например, о поведении микрочастиц мы можем судить лишь косвенно, наблюдая не сами микроявления, а результаты их взаимодействия с теми или иными макроскопическими приборами и установками. Но такие заключения требуют обращения к определенной теории, с помощью которой и осуществляется интерпретация полученных результатов наблюдения. Интерпретация данных наблюдения как раз и дает возможность ученому отделять существенные факты от несущественных, замечать то, что неспециалист может оставить без внимания и даже совершенно не обнаружить. Вот почему в науке редко бывает, чтобы открытия делались неспециалистами, хотя бы потому, что случай, как указывал Луи Пастер, может научить чему-то только подготовленный ум.

Все это показывает, что процесс наблюдения в науке имеет ряд таких специфических особенностей, которые отсутствуют в обычных, житейских наблюдениях. Хотя в принципе и обыденное и научное наблюдение представляют восприятие предметов и явлений, но в науке это восприятие гораздо лучше и целесообразней организовано, а самое главное — оно направляется и контролируется определенной идеей, тогда как повседневные наблюдения опираются в основном на практический опыт и те знания, которые приобретаются в ходе этого опыта.

Это различие между научными и повседневными наблюдениями проявляется в самой их структуре. Всякое наблюдение предполагает наличие некоторого наблюдаемого объекта и воспринимающего его субъекта, который осуществляет наблюдения в конкретных условиях места и времени. В научном наблюдении к указанным трем элементам добавляются еще специальные средства наблюдения (микроскопы, телескопы, фото-и телеаппараты и т.п.), назначение которых состоит в том, чтобы компенсировать природную ограниченность органов чувств человека, повысить точность и объективность результатов наблюдения. Наконец, немаловажная роль принадлежит здесь и концептуальным средствам, т.е. понятиям и теориям, с помощью которых организуются и в особенности интерпретируются научные наблюдения.

Использование специальных материальных и концептуальных средств придает результатам научных наблюдений, как и всему процессу наблюдения в целом, такие новые черты и особенности, которые лишь в неразвитой форме присутствуют в обыденных, житейских наблюдениях.

По-видимому, наиболее общим признаком, сближающим научные наблюдения с повседневными, является их объективность, хотя степень этой объективности далеко не одинакова.

Для лучшего уяснения специфики научного наблюдения рассмотрим по порядку те особенности, которыми оно отличается от наблюдения обыденного, начав обсуждение с такого признака, как объективность результатов наблюдения.

3.1.1. Интерсубъективность и объективность

В повседневной деятельности и в науке наблюдения должны приводить к результатам, которые не зависят от воли, чувств и желаний субъекта. Чтобы стать основой последующих теоретических и практических действий, эти наблюдения должны информировать нас об объективных свойствах и отношениях реально существующих предметов и явлений. Однако достижение таких результатов часто сопряжено с немалыми трудностями.

Прежде всего, наблюдение, основанное на восприятии, не есть чисто пассивное отражение мира. Сознание не только отражает мир, но и творит его. В процессе такого активного освоения мира возможны ошибки, заблуждения и даже простые иллюзии органов чувств, которые также нельзя игнорировать. Всем хорошо известно, что палка, опущенная в воду, кажется сломанной; параллельно расположенные рельсы вдали кажутся сходящимися.

Ошибочность подобного рода чувственных иллюзий обнаруживается простым опытом. Гораздо труднее обстоит дело с теми ошибками наблюдений, которые происходят вследствие предвзятых склонностей или представлений, ошибочных исходных установок и других субъективных факторов. Эти трудности возрастают в еще большей степени, когда приходится обращаться к косвенному наблюдению, т.е. делать выводы о свойствах или характеристиках непосредственно невоспринимаемых объектов. Таким образом, достижение объективности результатов наблюдения требует исправления и устранения ряда недостатков и ошибок, связанных как с природной ограниченностью органов чувств человека, так и деятельностью сознания вообще.

Первым необходимым, хотя и недостаточным условием получения объективных данных наблюдения является требование, чтобы эти данные имели не личный, чисто субъективный характер, а могли быть получены и зафиксированы другими наблюдателями. Иначе говоря, наблюдение должно давать результаты, не зависящие от индивидуальных особенностей конкретного субъекта,— они обязаны быть интерсубъективными. Если одни и те же данные будут получены многими наблюдателями, то тем самым возрастает их надежность и правильность.

С этой точки зрения понятно, что непосредственные данные чувственного опыта отдельного субъекта, так называемые sense date, имеют небольшую ценность в науке именно потому, что индивидуальные ощущения и восприятия человека не поддаются контролю и проверке, а следовательно, не могут стать подлинной основой для построения научного знания, которое по своему характеру имеет объективный характер. Даже одинаковые результаты, полученные многими наблюдателями, сами по себе не гарантируют их объективности, ибо ошибки, заблуждения и иллюзии могут быть свойственны разным людям. Вот почему интерсубъективность не тождественна объективности. Объективно истинное знание, как известно, не зависит от сознания и воли ни отдельного человека, ни человечества в целом. Окончательным критерием такой объективности служат опыт и практика, понимаемые в широком смысле, а именно как материальная, общественно-историческая деятельность людей.

При научном подходе к исследованию интерсубъективность служит важным этапом на пути достижения объективно истинного знания. Но в этом случае сами наблюдения тщательно анализируются и корректируются в свете существующих теоретических представлений.

Очень часто в науке для повышения объективности результатов наблюдения (не говоря уже об их точности) используются приборы и регистрирующие устройства.

На первый взгляд может показаться, что замена наблюдателя приборами начисто исключает если не ошибки, то субъективизм в процессе наблюдения. Однако данные, фиксируемые с помощью приборов, сами по себе еще ни о чем не говорят. Они требуют определенной оценки и интерпретации, которая опять-таки осуществляется человеком.

Поэтому-то единственный путь для достижения объективности и точности наблюдений состоит в усилении контроля за их результатами, что достигается с помощью, как материальных средств наблюдения, так и концептуальных.

3.1.2. Непосредственные и косвенные наблюдения

Наибольшие трудности в достижении объективных результатов наблюдения встречаются тогда, когда непосредственно наблюдается не сам предмет или процесс, а эффект его взаимодействия с другими предметами и явлениями. Такие наблюдения, получившие название косвенных или опосредованных, играют все более важную роль в современной науке. Действительно, объекты и процессы, которые исследуют современная атомная и ядерная физика, квантовая химия и молекулярная биология непосредственно не наблюдаемы ни с помощью органов чувств, ни с помощью приборов. Но они могут стать наблюдаемыми, если исследовать результаты их взаимодействия с другими объектами и процессами.

Однако в этом случае мы фактически непосредственно наблюдаем не сами микрообъекты и процессы, а только результаты их воздействия на другие объекты и явления, в частности те, на которых основано действие того или иного прибора или измерительного устройства. Так, в камере Вильсона, предназначенной для исследования свойств заряженных частиц, о свойствах этих частиц мы судим косвенно по таким видимым проявлениям» как образование треков, или следов, состоящих из множества капелек жидкости. Они возникают в результате конденсации перенасыщенного пара, содержащегося в камере, как раз в тех центрах, которыми служат ионы, образующиеся вдоль траектории полета заряженных частиц. По своей форме такие следы очень похожи на туманный след, оставляемый высоко летящим самолетом. Их можно фотографировать и измерять и по этим данным делать соответствующие заключения о свойствах исследуемых частиц. Подобным же образом по изменению зерен на фотопластинках можно изучать потоки космических лучей, α-частиц и других излучений.

Таким образом, во всех этих примерах мы имеем дело не с прямым, непосредственным наблюдением, а с косвенным.

Особенность такого наблюдения состоит в том, что об исследуемых явлениях здесь заключают через восприятие результатов взаимодействия ненаблюдаемых объектов с наблюдаемыми. А такое заключение обязательно основывается на некоторой гипотезе или теории, устанавливающих определенное отношение между наблюдаемыми и ненаблюдаемыми объектами. Действительно, чтобы судить о свойствах заряженных элементарных частиц по их следам в камере Вильсона или на фотопластинке, необходимо допустить существование закономерной связи между непосредственно ненаблюдаемыми частицами и теми эффектами, которые они вызывают в наблюдаемых объектах и процессах. Подобное допущение, как и всякая гипотеза, нуждается в проверке и подтверждении с помощью точно фиксируемых свидетельств. Такими свидетельствами как раз и служат непосредственно наблюдаемые объекты, явления, а также факты.

Они информируют о том, что эффекты и изменения в наблюдаемых объектах и процессах вызываются некоторыми ненаблюдаемыми объектами. Исследовать свойства и поведение таких ненаблюдаемых объектов мы можем только путем выдвижения гипотез и последующей их критической проверки. В ряде же случаев приходится строить целые системы гипотез, т.е. по сути дела законченные теории.

Следует особо подчеркнуть, что отношение между наблюдаемыми и ненаблюдаемыми объектами устанавливается вовсе не по произволу или соглашению между исследователями.

Правда, вначале ученый формулирует его в виде догадки или гипотезы, но последняя получает научное значение лишь после того, как будет подтверждена соответствующими фактами, т.е. определенным образом интерпретированными результатами непосредственно наблюдаемых объектов.

Как правило, в науке устанавливают не просто связь между наблюдаемыми и ненаблюдаемыми объектами и их свойствами, а определенное функциональное отношение между величинами, которые характеризуют эти свойства. Хорошо известно, например, что о величине атмосферного давления в некоторой точке Земли мы судим по высоте столбика ртути в барометре. Такого рода измерения величин ненаблюдаемых с помощью наблюдаемых основывается, конечно, на гипотезе, устанавливающей конкретную функциональную связь между ними.

Так, в случае атмосферного давления предполагают прямую пропорциональную зависимость между величиной Давления и высотой столбика ртути в барометре. Чаще всего зависимость между наблюдаемыми и ненаблюдаемыми процессами носит более сложный характер, но она непременно должна быть точно охарактеризована с помощью той или иной математической функции.

Косвенные наблюдения играют всевозрастающую роль в современной науке, особенно в тех ее отраслях, которые исследуют явления, протекающие в отдаленных уголках Вселенной (астрономия), а также процессы, происходящие на субатомном и субмолекулярном уровне (атомная и ядерная физика, квантовая химия, молекулярная биология и некоторые другие). В последнем случае наблюдения, как правило, тесно переплетаются с экспериментом и обязательно требуют интерпретации с помощью теории.

3.1.3. Интерпретация данных наблюдения

Если исходить из буквального значения слова «данные», то может сложиться ложное впечатление, что последние даются наблюдателю в готовом виде. Такое представление в какой-то мере отвечает обыденному пониманию результатов наблюдения, но оно явно не годится для науки. Как правило, в науке данные есть результат долгого, кропотливого и трудного исследования.

Во-первых, поскольку данные получаются отдельными субъектами, то они должны быть очищены от всевозможных наслоений и субъективных впечатлений. Как уже отмечалось, науку интересуют, прежде всего, объективные факты, которые допускают контроль и проверку, в то время как непосредственные чувственные восприятия являются только достоянием отдельного субъекта.

Во-вторых, в качестве данных в науку входят не ощущения и восприятия, а лишь результаты их рациональной переработки, которые представляют собой синтез чувственных восприятий с теоретическими представлениями.

В-третьих, сами данные, прежде чем они войдут в науку, подвергаются значительной обработке и стандартизации. Их обработка осуществляется с точки зрения теоретических представлений, как соответствующей отрасли науки, так и статистической теории ошибок наблюдения. Стандартизация состоит в приведении данных к некоторым стандартным условиям наблюдения (например, температуры и давления). Наконец, уже на этой стадии исследования данные определенным образом систематизируются: составляются таблицы, графики, диаграммы и т.п. Конечно, такая систематизация еще далека от теории, но здесь содержится все, что необходимо для предварительных обобщений и построения эмпирических гипотез.

Зависимость данных наблюдения от теории и необходимость их интерпретации в наибольшей степени проявляется тогда, когда они служат в качестве свидетельств «за» или «против» той или иной гипотезы, Обычно свидетельствами считаются только те данные наблюдения, которые имеют непосредственное отношение к гипотезе и опираются на соответствующую теорию. Почему мы считаем туманный след в камере Вильсона свидетельством в пользу того, что он оставлен заряженной частицей?

Очевидно, потому, что этот результат наблюдения предсказан теорией ионизации. Точно так же отклонение магнитной стрелки, над которой помещен проводник с током, свидетельствует о том, что по проводнику проходит электрический ток. Этот результат предсказывается теорией электромагнетизма. Подобных примеров можно привести сколько угодно. Все они показывают, что сами по себе данные не могут служить свидетельством «за» или «против» какой-либо гипотезы. Чтобы стать свидетельством, данные должны быть интерпретированы с помощью некоторой теории. Пока нет теории или хотя бы некоторой совокупности знаний полутеоретического характера, нет и свидетельств.

В истории науки было немало примеров, когда некоторые факты или данные длительное время оставались случайными открытиями, пока не была создана теория, сумевшая объяснить их и тем самым способствовавшая их введению в обиход науки. Достаточно упомянуть, например, об открытии еще древними греками свойства янтаря, потертого о сукно, притягивать легчайшие тела (электризация трением) или же магнитного железняка притягивать металлические предметы (естественный магнетизм). Все эти факты вплоть до создания теории электромагнитных явлений сначала в форме механической модели с силовыми линиями, а затем математической теории Максвелла оставались любопытными курьезами природы. Будучи же понятыми на основе теории, они стали той исходной базой, которая послужила фундаментом современной техники.

Таким образом, если в самом общем виде сформулировать отличие научного наблюдения от обыденного восприятия непосредственно окружающих человека предметов и явлений, то оно состоит в значительном усилении в науке роли теории, точности и объективности результатов наблюдения, которые достигаются с помощью специально конструируемых для этой цели материальных средств наблюдения, а также концептуального аппарата, служащего для интерпретации данных наблюдения.

3.1.4. Функции наблюдения в научном исследовании

Наблюдение и эксперимент являются двумя основными формами эмпирического познания, без которых невозможно было бы получить исходную информацию для дальнейших теоретических построений и проверки последних на опыте.

Существенное отличие наблюдения от эксперимента состоит в том, что оно осуществляется без какого-либо изменения изучаемых предметов и явлений и вмешательства наблюдателя в нормальный процесс их протекания.

Эту особенность наблюдения очень ясно отметил известный французский ученый Клод Бернар. «Наблюдение,— писал он, — происходит в естественных условиях, которыми мы не можем распоряжаться». Это, конечно, не означает, что наблюдение — пассивное отражение всего, что попадает в сферу восприятия органов чувств. Как мы уже отмечали, научное наблюдение является целесообразно организованным и избирательным процессом, который направляется и контролируется теорией.

Поэтому речь здесь идет об отсутствии не активности субъекта в целом, а активности практической, направленной на воздействие и изменение исследуемого объекта. Чаще всего мы вынуждены ограничиться наблюдениями и исследовать явления в естественных условиях их протекания потому, что они оказываются недоступными для практического воздействия. Так, например, обстоит дело с большинством астрономических явлений, хотя в последнее десятилетие в связи с широким развертыванием космических исследований и здесь все больше начинает применяться научный эксперимент.

И все же наблюдение с помощью все более совершенных инструментов останется и в будущем важнейшим методом исследования звезд, туманностей и других астрономических объектов нашей Вселенной.

Наблюдение в научном исследовании призвано осуществлять три основные функции.

Первая и важнейшая из них состоит в обеспечении той эмпирической информацией, которая необходима как для постановки новых проблем и выдвижения гипотез, так и для последующей их проверки. Это, конечно, не означает, что до наблюдения или эксперимента ученый не руководствуется никакой идеей, гипотезой или теорией. Напротив, при наблюдениях и поисках новых фактов исследователь обязательно исходит из некоторых теоретических представлений.

Но именно новые факты, и в частности те из них, которые не укладываются в прежние теоретические представления или даже противоречат им, требуют своего объяснения. Для решения возникшей проблемы ученый создает гипотезы или целую теорию, с помощью которых объясняет вновь открытые факты.

Вторая функция наблюдений состоит в проверке таких гипотез и теорий, которую нельзя осуществить с помощью эксперимента. Разумеется, экспериментальное подтверждение или опровержение гипотез предпочтительней, чем неэкспериментальное. Однако там, где невозможно поставить эксперимент, единственными свидетельствами могут служить лишь данные наблюдений. При наблюдениях же, которые сопровождаются точными измерениями, результаты такой проверки могут быть ничуть не худшими, чем экспериментальные, что подтверждается всей историей развития астрономии.

Третья функция наблюдения заключается в том, что в его терминах осуществляется сопоставление результатов, полученных в ходе теоретического исследования, проверяется их адекватность и истинность. При эмпирическом исследовании ученый обращается к теории для того, чтобы целенаправленно вести наблюдения и проводить эксперименты. Однако для дальнейшей разработки теории он вынужден время от времени «сверять» свои понятия, принципы и суждения с данными опыта. Поскольку сопоставление абстрактных положений теории непосредственно с опытом невозможно, то приходится прибегать к различным вспомогательным приемам, среди которых значительную роль играет формулировка эмпирических результатов в терминах наблюдения и «наблюдательного» языка.

Эксперимент

Характерная особенность эксперимента как специального метода эмпирического исследования заключается в том, что он обеспечивает возможность активного практического воздействия на изучаемые явления и процессы.

Исследователь здесь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания. Он может осуществить такое вмешательство путем непосредственного воздействия на изучаемый процесс или изменить условия, в которых происходит этот процесс. И в том и другом случае результаты испытания точно фиксируются и контролируются. Таким образом, дополнение простого наблюдения активным воздействием на процесс превращает эксперимент в весьма эффективный метод эмпирического исследования.

Этой эффективности в немалой степени содействует также тесная связь эксперимента с теорией. Идея эксперимента, план его проведения и интерпретация результатов в гораздо большей степени зависят от теории, чем поиски и интерпретация данных наблюдения.

B настоящее время экспериментальный метод считают отличительной особенностью всех наук, имеющих дело с опытом и конкретными фактами. Действительно, огромный прогресс, достигнутый с помощью этого метода в физике и точных пауках в последние два столетия, в значительной мере обязан экспериментальному методу в сочетании с точными измерениями и математической обработкой данных.

В физике такой эксперимент систематически начал применять Галилей, хотя отдельные попытки экспериментального исследования встречаются еще в античности и средние века. Галилей начал свои исследования с изучения явлений механики, поскольку именно механическое перемещение тел в пространстве представляет наиболее простую форму движения материи. Однако, несмотря на такую простоту и кажущуюся очевидность свойств механического движения, он столкнулся здесь с рядом трудностей как чисто научного, так и ненаучного характера.

Переход от простого наблюдения явлений в естественных условиях к эксперименту, так же как и дальнейший прогресс в использовании экспериментального метода, в значительной мере связан с увеличением количества и качества приборов и экспериментальных установок.

В настоящее время эти установки, например в физике, принимают подлинно индустриальные размеры. Благодаря этому в огромной степени возрастает эффективность экспериментальных исследований, и создаются наилучшие условия для изучения процессов природы в «чистом виде».

Рассмотрим несколько подробнее основные элементы эксперимента и важнейшие их типы, которые используются в современной науке.

3.2.1. Структура и основные виды эксперимента

Любой эксперимент, как уже отмечалось, представляет такой метод эмпирического исследования, при котором ученый воздействует на изучаемый объект с помощью специальных материальных средств (экспериментальных установок и приборов) с целью получения необходимой информации о свойствах и особенностях этих объектов или явлений. Поэтому общая структура эксперимента будет отличаться от наблюдения тем, что в нее кроме объекта исследования и самого исследователя обязательно входят определенные материальные средства воздействия на изучаемый объект. Хотя некоторые из таких средств, например приборы и измерительная техника, используются и при наблюдении, но их назначение совсем иное.

Такие приборы способствуют повышению точности результатов наблюдений, но они, как правило, не служат для непосредственного воздействия на изучаемый объект пли процесс.

Значительная часть экспериментальной техники служит либо для прямого воздействия на исследуемый объект, либо для преднамеренного изменения условий, в которых он должен функционировать. В любом случае речь идет об изменении и преобразовании предметов и процессов окружающего мира для лучшего их познания.

В этом смысле экспериментальные установки и приборы в некотором отношении аналогичны орудиям труда в процессе производства. Так же как рабочий с помощью орудий труда воздействует на предметы труда, стремясь придать им необходимую форму, экспериментатор с помощью аппаратов, установок и приборов воздействует на исследуемый объект, чтобы лучше выявить его свойства и характеристики. Даже метод или, лучше сказать, подход к делу у них имеет много общего. И рабочий, и экспериментатор, осуществляя те или иные действия, наблюдают и контролируют их результаты. Соответственно этим результатам они вносят поправки в первоначальные допущения и планы. Но как бы ни важна была эта аналогия, мы не должны забывать, что в процессе труда ставятся и решаются, прежде всего, практические задачи, в то время как эксперимент представляет метод решения познавательных проблем.

В зависимости от целей, предмета исследования, характера используемой экспериментальной техники и других факторов можно построить весьма разветвленную классификацию различных видов экспериментов. Не ставя перед собой задачи дать исчерпывающую характеристику всех типов экспериментов, ограничимся рассмотрением наиболее существенных с методологической точки зрения экспериментов, применяемых в современной науке.

По своей основной цели все эксперименты можно разделить на две группы.

К первой, самой большой группе следует отнести эксперименты, с помощью которых осуществляется эмпирическая проверка той или иной гипотезы или теории.

Меньшую группу составляют так называемые поисковые эксперименты, основное назначение которых состоит не в том, чтобы проверить, верна или нет какая-то гипотеза, а в том, чтобы собрать необходимую эмпирическую информацию для построения или уточнения некоторой догадки или предположения.

По характеру исследуемого объекта можно различать физические, химические, биологические, психологические и социальные эксперименты.

В том случае, когда объектом изучения служит непосредственно реально существующий предмет или процесс, эксперимент можно назвать прямым. Если вместо самого предмета используется некоторая его модель, то эксперимент будет называться модельным. В качестве таких моделей чаще всего используются образцы, макеты, копии оригинального сооружения или устройства, выполненные с соблюдением установленных правил. В модельном эксперименте все операции осуществляются не с самими реальными предметами, а с их моделями. Результаты, полученные при исследовании этих моделей, в дальнейшем экстраполируются на сами предметы. Конечно, такой эксперимент менее эффективен, чем прямой, но в ряде случаев прямой эксперимент нельзя осуществить вообще либо по моральным соображениям, либо в силу чрезвычайной его дороговизны. Вот почему новые модели самолетов, турбин, гидростанций, плотин и тому подобных объектов сначала испытывают на экспериментальных образцах.

В последние годы все более широкое распространение получают так называемые концептуальные модели, которые в логико-математической форме выражают некоторые существенные зависимости реально существующих систем. Используя электронно-вычислительные машины, можно осуществлять весьма успешные эксперименты с такими моделями и получать довольно надежные сведения о поведении реальных систем, которые не допускают ни прямого экспериментирования, ни экспериментирования с помощью материальных моделей.

По методу и результатам исследования все эксперименты можно разделить па качественные и количественные. Как правило, качественные эксперименты предпринимаются для того, чтобы выявить действие тех или иных факторов на исследуемый процесс без установления точной количественной зависимости между ними. Такие эксперименты скорее носят исследовательский, поисковый характер: в лучшем случае с их помощью достигается предварительная проверка и оценка той или иной гипотезы или теории, чем их подтверждение или опровержение.

Количественный эксперимент строится с таким расчетом, чтобы обеспечить точное измерение всех существенных факторов, влияющих на поведение изучаемого объекта или ход процесса. Проведение такого эксперимента требует использования значительного количества регистрирующей и измерительной аппаратуры, а результаты измерений нуждаются в более или менее сложной математической обработке.

В реальной исследовательской практике качественные и количественные эксперименты представляют обычно последовательные этапы в познании явлений. Они характеризуют степень проникновения в сущность этих явлений и поэтому не могут противопоставляться друг другу. Как только будет раскрыта качественная зависимость изучаемых свойств, параметров и характеристик явления от тех или иных факторов, так сразу же возникает задача по определению количественных зависимостей между ними с помощью той или иной математической функции или уравнения. В конечном итоге количественный эксперимент содействует лучшему раскрытию качественной природы вновь исследуемых явлений. Примером этого могут служить некоторые эксперименты, с помощью которых удалось нащупать и подтвердить важнейшие законы электромагнетизма.

Впервые связь между электричеством и магнетизмом выявил Эрстед (1820г.). Поместив компас вблизи проводника с током, он обнаружил отклонение стрелки компаса. Этот чисто качественный эксперимент в дальнейшем послужил эмпирическим исходным пунктом развития всего учения об электромагнетизме.

Вскоре после этого Ампер осуществил эксперимент, в котором количественно подтвердил идею о существовании поля вокруг проводника с током. В 1821г. Фарадей построил по существу первую экспериментальную модель электромотора.

Наконец, по самому методу осуществления в современной науке часто различают статистические и нестатистические эксперименты. В принципе статистические методы используются при оценке результатов любых экспериментов и даже наблюдений, чтобы повысить их точность и надежность. Различие между статистическими и нестатистическими экспериментами сводится не к использованию статистики вообще, а к способу выражения величин, с которыми имеют дело в эксперименте. Если в нестатистических экспериментах сами исследуемые величины заданы индивидуальным образом, то статистика здесь используется только для оценки результатов исследования.

Во многих же экспериментах в биологии, агрономии, технологии первоначальные величины заданы статистически, и поэтому построение таких экспериментов с самого начала предполагает использование методов статистики и теории вероятностей.

3.2.2. Планирование и построение эксперимента

В процессе научного наблюдения исследователь руководствуется некоторыми гипотезами и теоретическими представлениями о тех или иных фактах. В гораздо большей степени эта зависимость от теории проявляется в эксперименте. Прежде чем поставить эксперимент, надо не только располагать его общей идеей, но и тщательно продумать его план, а также возможные результаты.

Выбор того или иного типа эксперимента, так же как и конкретный план его осуществления, в существенной степени зависит от той научной проблемы, которую ученый намеревается разрешить с помощью опыта. Одно дело, когда эксперимент предназначен для предварительной оценки и проверки гипотезы, и совсем другое, когда речь идет о количественной проверке той же самой гипотезы.

В первом случае ограничиваются общей, качественной констатацией зависимостей между существенными факторами или свойствами исследуемого процесса, во втором — стремятся количественно выразить эти зависимости, когда осуществление эксперимента требует не только привлечения значительно большего количества регистрирующих и измерительных приборов и средств, но гораздо большей аккуратности и точности в контроле над изучаемыми характеристиками и свойствами. Все это неизбежно должно сказаться на общем плане построения эксперимента.

В еще большей мере планирование эксперимента связано с характером величин, которые приходится оценивать в ходе опыта. В этом отношении гораздо более сложными являются эксперименты, в которых изучаемые величины заданы статистическим образом. К чисто экспериментальным трудностям здесь присоединяются трудности математического характера. Не случайно поэтому в последние годы в математической статистике возникло самостоятельное направление планирования эксперимента, которое ставит своей задачей выяснение закономерностей построения статистических экспериментов, т.е. экспериментов, в которых не только окончательные результаты, но и сам процесс требуют привлечения статистических методов.

Поскольку каждый эксперимент призван решать определенную теоретическую проблему: будь то предварительная оценка гипотезы или ее окончательная проверка, — постольку при его планировании следует учитывать не только наличие той или иной экспериментальной техники, но и уровень развития соответствующей отрасли знания, что особенно важно при выявлении тех факторов, которые считаются существенными для эксперимента.