Конспект лекцій з дисципліни «МЕТОДОЛОГІЯ ТА ОРГАНІЗАЦІЯ НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ»

Скачати 1.13 Mb.

Назва	Конспект лекцій з дисципліни «МЕТОДОЛОГІЯ ТА ОРГАНІЗАЦІЯ НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ»
Сторінка	5/7
Дата	21.06.2013
Розмір	1.13 Mb.
Тип	Конспект

bibl.com.ua > Право > Конспект

1 2 3 4 5 6 7

Робоче місце експериментатора та організація експерименту

Робочим місцем експериментатора називається частина робочого простору, на яке поширюється безпосередній вплив експериментатора в процесі дослідження.

Робочий простір – це частина лабораторного або виробничого приміщення, оснащена необхідними експериментальними засобами, що обслуговується одним або групою дослідників. Робочий простір може бути стаціонарним (в лабораторіях, науково-дослідних закладах, полігонах тощо); умовно-стаціонарним (у пересувних лабораторіях, на тимчасових полігонах); мобільним (у ходових лабораторіях).

Лабораторія являє собою спеціально обладнане приміщення, в якому проводяться експериментальні дослідження.

Дослідник (експериментатор) в лабораторії виконує відповідальну роботу, від якої залежить правильність вирішення теоретичної або практичної задачі в цілому. Точність при виконанні методики дослідження, акуратність, старанність при плануванні і підготовці експерименту, уважність при його проведенні – основні умови ефективності експериментальної роботи.

Особливе місце серед причин невдач експериментальних досліджень займають суб’єктивні, джерелами яких є психологічні або психофізіологічні причини. Наприклад, психологічними причинами похибок можуть бути психологічні бар’єри та інерційність мислення. Часто нові неочікувані результати експерименту дослідник намагається пояснити з позицій старих уявлень, і якщо вони не вкладаються в старі уявлення, то розглядаються ним як помилки та відкидаються. Тут має місце інерційність мислення, віра в досконалість та універсальність старих уявлень, іноді страх перед новим. Іноді дослідник у процесі аналізу результатів експерименту позасвідомо підганяє експериментальні дані, щоб підтвердити раніше висунуту гіпотезу. Іноді помилки в експерименті пов’язані з тим, що дослідник не уявляє чітко, що він має одержати у результаті експерименту.

Все це свідчить про необхідність ретельної підготовки експерименту та багаторазової перевірки його результатів. Розпочинаючи експеримент, дослідник повинен ще раз обдумати та уточнити методику, підготувати всю необхідну документацію (акти, лабораторні зошити, журнали), яка призначена для реєстрації ходу та результатів експерименту.

Обов’язковою вимогою до проведення експерименту є ведення журналу. Форма журналу може бути довільною, але найкраще відповідати процесу, що досліджується для максимальної фіксації всіх факторів.

У процесі експериментальних робіт необхідно строго дотримуватися вимог промислової санітарії, техніки безпеки, пожежної безпеки. Особливо ретельно потрібно виконувати ці вимоги при проведенні виробничих експериментів. Результати деяких лабораторних та більшості виробничих експериментів оформлюються протоколом, який підписується керівником виробництва та експериментатором. Якщо досліджуються люди, то протокол підписують і піддослідні.

РОЗДІЛ 3

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ НДР
3.1 Обробка результатів експериментальних досліджень

Основи теорії випадкових помилок та методів оцінки випадкових похибок у вимірюваннях

Аналіз випадкових похибок базується на теорії випадкових помилок, яка дає можливість з визначеною гарантією обчислити дійсне значення виміряної величини та оцінити можливі помилки.

Основу теорії випадкових помилок складають такі припущення:

при великій кількості вимірів випадкові похибки однакової величини, але різного знаку зустрічаються однаково часто;
більші похибки зустрічаються рідше, ніж малі (випадковість появи похибки зменшується зі зростанням її величини);
при нескінченно великому числі вимірів істинне значення вимірюваної величини дорівнює середньоарифметичному значенню всіх результатів вимірів, а поява того чи іншого результату вимірів як випадкової події описується нормальним законом розподілу.

Вирізняють генеральну та вибіркову сукупність вимірів.

Під генеральною сукупністю розуміють всю множину можливих значень вимірів x_i або можливих значень похибок Δx_i.

Для вибіркової сукупності число вимірів n обмежене і у кожному конкретному випадку строго визначається.

Звичайно вважають, що якщо n>30, то середнє значення даної сукупності вимірів достатньо наближається до його дійсного значення.

Теорія випадкових похибок дозволяє оцінити точність та надійність вимірів при даній кількості вимірів або визначити мінімальну кількість вимірів, що гарантує задану точність та надійність вимірів. Разом з цим виникає необхідність виключити грубі похибки ряду, визначити достовірність одержаних даних тощо.

Для великої вибірки та нормального закону розподілу загальною оціночною характеристикою вимірів є дисперсія D та коефіцієнт варіації к_в:

(3.1)

Дисперсія характеризує однорідність вимірів. Чим вище D, тим більше розкид вимірів. Чим вище к_в, тим більше мінливість вимірів відносно середніх значень, к_в оцінює також розкид при оцінці кількох вибірок.

Довірчим інтервалом значень x_i є такий інтервал, в який потрапляє дійсне значення x_Д вимірюваної величини із заданою імовірністю.

Довірчою імовірністю (вірогідністю) (Р_Д) вимірів називається імовірність того, що істинне значення вимірюваної величини потрапить до даного довірчого інтервалу, тобто в зону

Ця величина визначається у частках одиниці або у відсотках.

Довірчий інтервал характеризує точність вимірів даної вибірки, а довірча імовірність – достовірність виміру.

Довірча імовірність визначається за допомогою інтегральної функції Лапласа, а довірчий інтервал визначається при n>30 за допомогою аргумента функції Лапласа, а при n<30 - за допомогою аргумента функції Стьюдента.

Для проведення дослідів із заданою точністю та достовірністю необхідно знати ту кількість вимірів, при якій експериментатор буде впевнений у позитивному результаті. У зв’язку з цим одним із найперших завдань при статистичних методах оцінки є встановлення мінімального, але достатнього числа вимірів для даних умов. Завдання зводиться до встановлення мінімального обсягу вибірки (числа вимірів або спостережень) N_min при заданих значеннях довірчого інтервалу та довірчій імовірності.

Для визначення N_min може бути використана така послідовність розрахунків:

проводиться попередній експеримент з кількістю вимірів n, які становлять залежно від трудомісткості досліду від 20 до 50;
розраховується середньоквадратичне відхилення σ за формулою (3.1);
відповідно до поставлених завдань експерименту визначається потрібна точність вимірів Δ за формулою

(3.2)

де

- середньоарифметичне значення середньоквадратичного відхилення

, яке дорівнює

встановлюється нормоване відхилення t, значення якого звичайно задається (залежить також від точності методу);
визначають N_min за такою формулою:

(3.3)

де k_в – коефіцієнт варіації (мінливості), %;

Δ – точність вимірів, %.

При подальшому проведенні експерименту число вимірів не повинне бути меншим за N_min.

У процесі обробки експериментальних даних слід виключати грубі помилки ряду. Однак перш ніж виключити той чи інший вимір, необхідно упевнитись, що це дійсно помилка, а не відхилення внаслідок статистичного розкиду. Найпростішим способом виключення із ряду виміру, що різко відрізняється від інших, є правило трьох сигм: розкид випадкових величин від середнього значення не повинен перевищувати

(3.4)

Більш достовірним є метод, що базується на використанні довірчого інтервалу. Другим методом встановлення грубих помилок є метод, що базується на використанні критерію В.І. Романовського. Ці методи використовують за наявності малої вибірки.

У випадку більш глибокого аналізу експериментальних даних рекомендується така послідовність:

після одержання експериментальних даних у вигляді статистичного ряду його аналізують і виключають систематичні помилки;
аналізують ряд з метою виявлення грубих помилок та похибок: встановлюють підозрілі значення або ; визначають величину середньоквадратичного відхилення ; розраховують критерії виключення із статистичного ряду значень та (за допомогою одного з двох згаданих вище методів); виключають за необхідності із статистичного ряду та і одержують новий ряд із нових членів;
розраховують середньоарифметичне , похибки окремих вимірів та середньоквадратичне очищеного ряду ;
знаходять середньоквадратичне серії вимірів, коефіцієнт варіації k_в;
при великій вибірці задаються довірчою імовірністю або рівнянням значущості (1 - Р_Д) та за допомогою таблиць значень інтегральної функції Лапласа визначають t;
визначають довірчий інтервал ;
встановлюють дійсне значення величини, що досліджується за формулою

(3.5)

оцінюють відносну похибку результатів серії вимірів при заданій довірчій імовірності Р_Д.

Методи графічної обробки результатів експерименту

При обробці результатів вимірів та спостережень широко використовують методи графічного зображення. Графічне зображення надає найбільш наочне уявлення про результати експерименту, дозволяє краще пізнати фізичну сутність досліджуваного процесу, виявити загальний характер функціональної залежності змінних величин, що вивчаються, встановити наявність максимуму або мінімуму функції.

Для графічного зображення результатів досліджень, як правило, використовують систему прямокутних координат. Якщо аналізується графічним методом функція y=f(x), то наносять в системі прямокутних координат значення х₁ y₁, х₂ y₂, …, х_n y_n. Перш ніж будувати графік, необхідно знати хід (перебіг) досліджуваного явища. Як правило, експериментатор має орієнтовне уявлення про якісні закономірності та форму графіка з теоретичних досліджень.

Точки на графіку необхідно з’єднувати плавною лінією таким чином, щоб вона проходила найближче до всіх експериментальних точок. Якщо з’єднати точки прямими відрізками, то одержимо ламану криву. Вона характеризує зміну функції за даними експерименту. Звичайно функції мають плавний характер. Тому при графічному зображенні результатів дослідження слід проводити між точками плавні криві. Різке викривлення графіка пояснюється похибками вимірів. Якби експеримент повторили з використанням засобів вимірювання більш високої точності, то одержали б менші похибки, а ламана крива більше відповідала б плавній кривій.

Однак можуть бути і винятки, тому що іноді досліджуються явища, для яких у визначених інтервалах спостерігається швидка стрибкоподібна зміна однієї з координат. У таких випадках необхідно особливо ретельно з’єднувати точки кривої.

Інколи при побудові графіка спостерігається різке віддалення однієї або двох точок від кривої. У цьому випадку спочатку потрібно проаналізувати фізичну сутність явища, і якщо немає підстав до стрибку функції, то таке різке відхилення можна пояснити грубою похибкою.

Часто при графічному зображенні результатів експерименту доводиться мати справу з трьома змінними b=f(x, y, z). У цьому випадку використовують метод поділу змінних. Одній з величин z у межах інтервалу вимірів (z₁- z_n) надають кілька послідовних значень. Для двох інших змінних х та y будують графіки функцій y=f_i (x) при z_i = const. У результаті на одному й тому самому графіку одержують сімейство кривих y=f_i (x) для різних значень z.

При графічному зображенні результатів експерименту великого значення набуває вибір масштабів та координатної сітки.

Координатні сітки бувають рівномірні та нерівномірні. У рівномірних координатних сіток ординати та абсциси мають рівномірну шкалу.

Нерівномірна координатна сітка використовується для більшої наочності у випадках, коли функція має різко змінюваний характер. З нерівномірних координатних сіток найбільшого поширення набули напівлогарифмічні, логарифмічні та імовірнісні.

Напівлогарифмічна сітка має рівномірну шкалу на ординаті та логарифмічну шкалу на абсцисі.

Логарифмічна координатна сітка має на двох осях логарифмічні шкали.

Імовірнісні координатні сітки мають на ординаті, як правило, рівномірну шкалу, а на осі абсцис - імовірнісну шкалу.

Доцільність використання нерівномірної функціональної сітки пояснюється, крім вищезазначеного, бажанням представити функцію, що досліджується, у вигляді прямої, що підвищує точність побудови. При цьому здійснюється так зване вирівнювання, тобто криву, що побудована за дослідними даними, представляють лінійною функцією. Нехай, наприклад, для деякої емпіричної кривої підібрана функція типу

Процес вирівнювання буде таким. Наведений вираз перетворюється за допомогою логарифмування у вираз Якщо ми позначимо то одержимо лінійну формулу графіком якої буде пряма лінія.

Масштаб за координатними осями, як правило, використовують різний. Від його вибору залежить форма графіка – він може бути пласким (вузьким) або витягнутим (широким) вдовж осі. Вузькі графіки дають більшу похибку на осі ординат, широкі на осі абсцис. Правильно підібраний масштаб дозволяє підвищити точність відрахування. Розрахункові графіки, що мають екстремум функції або який-небудь складний вигляд, особливо ретельно потрібно креслити у зонах вигину. На таких ділянках кількість точок для накреслення графіка повинно бути істотно більшою, ніж на плавних ділянках.

У деяких випадках будують номограми, які істотно полегшують використання для систематичних розрахунків складних теоретичних та емпіричних формул у відповідних межах зміни величин.

Номограма (від грец. nomos – закон та gramma – риска, буква, писемний знак, зображення) – креслення, яке є зображенням функціональних залежностей, які використовуються для одержання (без розрахунків) приблизних розв’язань рівнянь.

1 2 3 4 5 6 7

Схожі:

Опорний конспект з дисципліни „Організація торгівлі” Міністерство... Опорний конспект лекцій з дисципліни „Організація торгівлі” для студентів напряму підготовки 030510 денної форми навчання / Укладач...	Конспект лекцій У двох частинах Частина 2 Суми Затверджено на засіданні кафедри фінансів як конспект лекцій з дисципліни «Банківський менеджмент»
Конспект лекцій з дисципліни «Особливості водопостачання і водовідведення... Конспект лекцій з дисципліни «Особливості водопостачання і водовідведення промислових підприємств» (для студентів 5-6 курсів денної...	Методичні рекомендації до семінарських занять, самостійної та індивідуальної... Опанувати методи і прийоми наукового розв'язування задач, пов'язаних із впровадженням новітніх досягнень науки і техніки
Семінар «Забезпечення інформаційної системи планування наукових досліджень... Загальна інформація про інформаційну систему планування наукових досліджень в НАПН України: мета, завдання, вимоги, принципи побудови...	Конспект лекцІй з дисципліни “ ПОТЕНЦІАЛ і розвиток ПІДПРИЄМСТВА”... Конспект лекцій з дисципліни “Потенціал і розвиток підприємства” для студентів ІV курсу / Укл доцент кафедри економіки підприємства...
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ дисципліни «Історія економічних учень»	На пленарному засіданні заслухано доповідь директора інституту, проф.... На пленарному засіданні заслухано доповідь директора інституту, проф. Бикова В. Ю. «Напрями і проблеми наукових досліджень Інституту...
ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ з дисципліни “ ЕКОНОМІКА ПРАЦІ І СОЦІАЛЬНО... Конспект лекцій з дисципліни “Економіка праці і соціально-трудові відносини” для студентів ІІІ курсу. Павлоград: ЗПІЕУ, 2007	Конспект лекцій розроблений у відповідності до листа Міністерства... Короп Ігор Володимирович, Ревтюк Євген Антонович, Петренко Віктор Павлович – Інтелектуальна власність /Конспект лекцій для студентів...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання