үй » Салықтар мен алымдар » Экспериментті өңдеуді жоспарлау тәртібі. Эксперименттерді математикалық жобалау

Экспериментті өңдеуді жоспарлау тәртібі. Эксперименттерді математикалық жобалау

Экспериментті жоспарлау

Экспериментті жоспарлау(ағылш. эксперименталды жобалау техникасы) – тәжірибелерді тиімді орнатуға бағытталған шаралар кешені. Экспериментті жоспарлаудың негізгі мақсаты эксперименттердің ең аз санымен максималды өлшеу дәлдігіне қол жеткізу және нәтижелердің статистикалық сенімділігін сақтау болып табылады.

Экспериментті жоспарлау оңтайлы шарттарды іздеуде, интерполяциялық формулаларды құруда, маңызды факторларды таңдауда, теориялық модельдердің тұрақтыларын бағалауда және нақтылауда және т.б.

Тарих

Эксперименттік дизайн 1920 жылдары эксперименталды жағдайларды рандомизациялау арқылы ауылшаруашылық зерттеулеріндегі біржақтылықты жою немесе кем дегенде азайту қажеттілігінен туындады. Жоспарлау процедурасы болжанатын параметрлердің ауытқуын азайтуға ғана емес, сонымен қатар қатар жүретін, өздігінен өзгеретін және бақыланбайтын айнымалыларға қатысты рандомизацияға бағытталған болып шықты. Нәтижесінде біз бағалаулардағы қиғаштықтан арыла алдық.

Экспериментті жоспарлау қадамдары

Экспериментті жоспарлау әдістері қажетті сынақтардың санын азайтуға, олардың түріне және нәтижелердің талап етілетін дәлдігіне байланысты зерттеулерді жүргізудің ұтымды тәртібі мен шарттарын белгілеуге мүмкіндік береді. Егер қандай да бір себептермен сынақтар саны қазірдің өзінде шектелген болса, онда әдістер бұл жағдайда нәтижелер алынатын дәлдіктің бағасын береді. Әдістер тексерілетін объектілердің қасиеттерінің дисперсиясының кездейсоқ сипатын және қолданылатын жабдықтың сипаттамаларын ескереді. Олар ықтималдық теориясы мен математикалық статистика әдістеріне негізделген.

Экспериментті жоспарлау бірнеше қадамдарды қамтиды.

1. Эксперимент мақсатын қою(сипаттамаларды, қасиеттерді және т.б. анықтау) және оның түрі (анықтауыш, бақылау, салыстырмалы, зерттеу).

2. Эксперимент жүргізу шарттарын нақтылау(бар немесе қолжетімді жабдық, жұмыс мерзімі, қаржылық ресурстар, қызметкерлердің саны мен штат саны және т.б.). Сынақтардың түрін таңдау (қалыпты, жеделдетілген, зертханалық жағдайларда, стендте, егістікте, толық масштабты немесе операциялық).

6. Эксперимент нәтижелерін статистикалық өңдеу,зерттелетін белгілердің мінез-құлқының математикалық моделін құру.
Өңдеу қажеттілігі қалған нәтижелерге қарамастан жекелеген мәліметтерді іріктеп талдау немесе оларды дұрыс өңдеу практикалық ұсыныстардың құндылығын төмендетіп қана қоймай, қате тұжырымдарға әкелуі мүмкін екендігіне байланысты. Нәтижелерді өңдеу мыналарды қамтиды:

берілген статистикалық сенімділік үшін орташа мәннің сенімділік интервалын және шығыс параметрлерінің (эксперименттік деректер) мәндерінің дисперсиясын (немесе стандартты ауытқуын) анықтау;
әрі қарай талдаудан күмәнді нәтижелерді болдырмау үшін қате мәндердің (шығыс мәндердің) жоқтығын тексеру. Таңдау кездейсоқ шаманың таралу заңына және шектен шыққан шама түріне байланысты арнайы критерийлердің біріне сәйкестігі үшін жүргізіледі;
эксперименттік мәліметтердің бұрын енгізілген тарату заңына сәйкестігін тексеру. Осыған байланысты таңдалған эксперименттік жоспар және нәтижелерді өңдеу әдістері бекітіліп, математикалық модельді таңдау көрсетіледі.

Факторлардың немесе шығыс параметрлерінің өзара байланысының дәрежесін бағалау үшін сынақ нәтижелерінің корреляциялық талдауы жүргізіледі. Өзара байланыстылық өлшемі ретінде корреляция коэффициенті қолданылады: тәуелсіз немесе сызықты емес тәуелді кездейсоқ шамалар үшін ол нөлге тең немесе жақын, ал оның бірлікке жақындығы айнымалылардың толық өзара байланысын және сызықтық қатынастың бар екендігін көрсетеді. олардың арасында.
Кесте түрінде берілген эксперименттік мәліметтерді өңдеу немесе пайдалану кезінде аралық мәндерді алу қажеттілігі туындайды. Ол үшін сызықтық және сызықтық емес (көпмүшелік) интерполяция (аралық мәндерді анықтау) және экстраполяция (мәліметтерді өзгерту интервалынан тыс болатын мәндерді анықтау) әдістері қолданылады.

7. Нәтижелерді түсіндіружәне оларды қолдану бойынша ұсыныстарды тұжырымдау, эксперимент жүргізу әдістемесін нақтылау.

Еңбек сыйымдылығын азайтуға және сынау уақытын қысқартуға автоматтандырылған тәжірибелік кешендерді қолдану арқылы қол жеткізіледі. Мұндай кешенге режимдердің автоматтандырылған баптауы (нақты жұмыс режимдерін имитациялауға мүмкіндік береді), нәтижелерді автоматты түрде өңдейтін, статистикалық талдау жүргізетін және зерттеулерді құжаттайтын сынақ стендтері кіреді. Бірақ бұл зерттеулерде инженердің жауапкершілігі де үлкен: нақты анықталған сынақ мақсаттары және дұрыс қабылданған шешім өнімнің әлсіз жерін дәл табуға, дәл баптау құнын және жобалау процесінің итерациясын азайтуға мүмкіндік береді.

Алыпсатарлық білім мен өнердің бәрінен бұрын эксперимент жасай білу, ал бұл ғылым ғылымдардың патшайымы.

Р. Бэкон

Экспериментті жоспарлау- бұл тәжірибелерді жүргізудің шарттарын, тәртібін және әдістерін, олардың саны мен мәселені қажетті дәлдікпен шешуге қажетті және жеткілікті шарттарын таңдау процесі.

Экспериментті жоспарлауға қойылатын талаптар:

1) эксперименттер саны эксперимент жүргізу тәртібін қиындатпау және оның құнын жоғарылатпау үшін, бірақ нәтиженің дәлдігіне нұқсан келтірмеу үшін ең аз болуы керек;
2) эксперимент нәтижелеріне әсер ететін факторлардың жиынтығын анықтау, оларды ранжирлеу, негізгілерін анықтау қажет, ал елеусіз айнымалыларды алып тастауға болады;
3) эксперименттің дұрыстығының шарты зерттелетін процеске өзара әсер ететін барлық айнымалылардың (факторлардың) бір мезгілде өзгеруін қарастыру керек;
4) эксперименттегі бірқатар әрекеттерді олардың үлгілерімен (ең алдымен математикалық) ауыстыруға болады, бұл ретте үлгілердің сәйкестігі тексеріліп, бағалануы тиіс;
5) эксперимент стратегиясын және оны жүзеге асыру алгоритмін әзірлеу қажет: тәжірибелер қатарын олардың әрқайсысы аяқталғаннан кейін келесі қатарға көшу алдында талдау керек.

Эксперимент жоспарыкелесі бөлімдерді қамтуы керек:

1. Зерттеу тақырыбының атауы.
2. Эксперименттің мақсаты мен міндеттері.
3. Эксперименттік шарттар: оңтайландыру параметрі және айнымалы факторлар.
4. Зерттеу әдістемесі.
5. Эксперимент санының негіздемесі (тәжірибе көлемі).
6. Өлшеу құралдары мен әдістері.
7. Экспериментті материалдық қамтамасыз ету (жабдықтардың тізімі).
8. Эксперименттік мәліметтерді өңдеу және талдау әдісі.
9. Сынақтарды өткізудің күнтізбелік жоспары, онда оларды орындау мерзімдері, орындаушылар, ұсынылған эксперимент деректері көрсетіледі.
10. Шығындар сметасы.

Эксперименттің мақсаты мен міндеттері- жоспардың бастапқы нүктесі. Олар ғылыми болжамды талдау, өз зерттеулерінің теориялық нәтижелері немесе басқа авторлардың зерттеулері негізінде тұжырымдалады.

Мақсат эксперименттің соңғы нәтижесін анықтайды, яғни зерттеуші нәтижесінде не алу керек. Мысалы, дұрыс ғылыми болжамдарды бекіту; үлгілердің, әдістердің сәйкестігін, тиімділігін және практикалық жарамдылығын тәжірибеде тексеру; технологиялық процестің оңтайлы шарттарын анықтау және т.б.

Әртүрлі жағдайларда мақсаттар әртүрлі шығындарды, өлшеу құралдары мен әдістерін, эксперимент уақытын талап етеді және оны жүргізу әдістемесінде көрініс табады. Жоспардың бұл пункттері, мысалы, зертханалық, далалық және өндірістік тәжірибелер жағдайында әртүрлі болады.

Эксперименттің мақсаттары түпкілікті мақсатқа жетуге болатын нақты мақсаттарды немесе оған жету жолдарын анықтайды. Мысалы, фуллерен нанотүтіктерін өндіруде оңтайлы температура мен қысым көрсеткіштерін анықтау; бастапқы материалдардың оңтайлы арақатынасын орнату; технологиялық процестің жылдамдығын негіздеу және т.б.

Эксперименттің оны жоспарлаудағы ерекше міндеттері мыналар болуы мүмкін:

- теориялық ұстанымдарды олардың шындығын растау мақсатында тексеру;
- математикалық немесе басқа модельдердің тұрақтыларын тексеру (нақтылау);
- кез келген процестің оңтайлы (рұқсат етілген) шарттарын іздеу;
- интерполяциялық аналитикалық тәуелділіктерді құру.

Эксперименттің ерекше тапсырмалары бірнеше деңгейге, яғни ағаш тәрізді пішінге ие болуы мүмкін. 2-4 күрделі есеп және 10-15 жеңіл есеп құрастыру ұсынылады.

Формуласы эксперимент шарттары- оңтайландыру параметрі және айнымалы факторлар.

Тәжірибе нәтижесін сипаттайтын шама деп аталады оңтайландыру параметріәсерге жүйенің (жауап). Оңтайландыру параметрі қабылдайтын мәндер жиыны оның анықтау облысы деп аталады.

Оңтайландыру параметрі сандық, санмен берілген және фактор деңгейлерінің кез келген тіркелген жиыны үшін өлшенетін болуы керек. Ол бірегей сипатталуы керек, яғни факторлар деңгейлерінің берілген жиыны эксперименттік қатенің дәлдігімен оңтайландыру параметрінің бір мәніне сәйкес келуі керек. Оңтайландыру параметрі зерттеу объектісін жан-жақты сипаттауы, әмбебаптық пен толықтық талаптарын қанағаттандыруы керек. Эксперимент нәтижелерін кейінгі интерпретациялауды қамтамасыз ету үшін оның физикалық мәні болуы, қарапайым және есептеуге оңай болуы керек.

Оңтайландыру параметрі (жауап) экспериментке әсер ететін факторларға байланысты. Фактор(лат .фактор -өндіруші) – зерттеу объектісіне, оның сипатына немесе жеке ерекшеліктеріне әсерін анықтайтын кез келген процестің, құбылыстың себебі. Бұл өлшенетін шама және фактор қабылдай алатын әрбір мән фактор деңгейі деп аталады.

Тәжірибедегі әрбір фактор бірнеше мәндердің бірін қабылдай алады. Бірнеше факторлардың белгіленген деңгейлерінің жиынтығы эксперименттің кейбір нақты шарттарын анықтайды. Факторлардың кем дегенде біреуінің өзгеруі жағдайлардың өзгеруіне, нәтижесінде оңтайландыру параметрінің мәнінің өзгеруіне әкеледі.

Көп нұсқалы эксперименттегі айнымалы факторлар зерттеудің мақсаттары мен шарттарын анықтайды. Мысалы, наноматериалдарды алудың оңтайлы шарттарын табу үшін эксперименттегі факторлар: температура, әсер ету уақыты, оксид мөлшері және т.б.

Көптеген факторлар экспериментті өте күрделі және уақытты қажет етеді. Сондықтан экспериментті жоспарлау кезінде факторлардың санын азайту және ең маңыздыларын таңдау өте маңызды. Бұл жағдайда Парето принципін басшылыққа алуға болады, оған сәйкес 20 % факторлар жүйенің қасиеттерінің 80% анықтайды.

Факторлардың маңыздылығын эмпирикалық немесе аналитикалық жолмен анықтауға болады. Бірінші жағдайда шектеулі эксперимент жүргізіледі. Бұл жағдайда бір фактор өзгереді, ал қалғандары өзгермейді, т.б. «маңызды» факторлардың рейтингі олардың эксперимент нәтижесіне әсер ету күші бойынша жүргізіледі. Өзгеруі түпкілікті нәтижеге күштірек әсер ететін факторлар маңыздырақ болып саналады. «Елеусіз» факторларды елемеуге болады.

Егер факторлар көп болса, бұл жол тиімсіз болса, онда факторлық талдау әдістеріне негізделген аналитикалық жол қолданылады.

Факторлар тәуелді болса, оларды топологиялық ыдырау әдісімен және түпкілікті мақсатқа әсері арқылы құрылымды есептеуге болады. Факторлардың қатарларын анықтау міндеті графиктің ең байланысқан бөлігін анықтау болып табылады. Ол кезең-кезеңімен шешілуде.

Біріншіден, графиктің әрбір шыңы үшін (әр фактор үшін) «қолжетімді жиындар» анықталады. Содан кейін «қарсы жетуге болатын жиындар» анықталады, олардың әрқайсысы шыңға жол бар барлық шыңдарды қамтиды. Соңында, қатты байланысқан графты құрайтын графтың ең маңызды шыңдары анықталады. Ең маңызды факторлар қалдырылады, қалғандары жойылады.

Тәжірибенің ең маңызды талабы – факторлардың бақыланатындығы, ал экспериментатор фактордың қажетті мәнін таңдай алуы және оны тәжірибе бойы тұрақты ұстауы керек. Фактор сонымен қатар белгілі бір мәнді орнату үшін қажетті әрекеттер тізбегі арқылы нақтылануы үшін жұмыс істеуі керек.

Эксперимент жүргізу шарттарын ресімдеу кезінде оны өткізу аймағын анықтау да маңызды. Ол үшін факторларды анықтау аймақтарының шекарасын бағалау қажет. Мұнда шектеулердің бірнеше түрі мүмкін: оларды кез келген жағдайда бұзуға болмайды (мысалы, температура абсолютті нөлден төмен болмауы мүмкін); техникалық және экономикалық шектеулер (мысалы, жабдықтың құны немесе зерттелетін процестің ұзақтығы); процестің нақты шарттары.

астында эксперимент моделіәдетте оңтайландыру параметрі мен факторлар арасындағы байланысты орнататын жауап функциясын пайдаланатын қара жәшік үлгісін түсінеді: y = f(x y X2 > ...,Jc n).

Модельді таңдау бұл функцияның формасын таңдау және оның теңдеуін жазу дегенді білдіреді. Содан кейін осы модельдің сандық коэффициенттерін есептеу үшін эксперимент жүргізу ғана қалады. Эксперимент моделіне қойылатын негізгі талап – тәжірибелердің болашақ бағытын қажетті дәлдікпен болжау мүмкіндігі. Барлық ықтимал адекватты үлгілердің ішінен ең қарапайым болып көрінетінін таңдау керек.

Көбінесе экспериментті жоспарлау кезінде бірінші (сызықтық) немесе екінші дәрежелі полиномдық модельдер таңдалады:

Эксперимент әдісіэксперименттік жобаның негізгі бөлігі болып табылады. Оған мыналар кіреді:

- зерттеушінің әрекетінің реттілігі;
- әрбір кезеңді орындаудың негізгі әдістері мен ережелерін, аспаптар мен жабдықтарды пайдалануды;
- нәтижелерді өлшеу, бекіту тәртібі және оларды өңдеу әдістері;
- эксперимент нәтижелерін талдау және қорытындыларды тұжырымдау тәртібі.

Әдістемені әзірлеу кезінде эксперименттер санын дұрыс негіздеу маңызды,

бұл нәтиженің талап етілетін дәлдігіне кепілдік береді, ал екінші жағынан, шамадан тыс тестілеу үшін негізсіз шығындар мен уақыттың асып кетуіне әкелмейді.

Оннан астам сынақ эксперименттер санының негіздемесіЧебышев теңсіздігі негізінде жүзеге асырылуы мүмкін:

қайда X- кездейсоқ өлшенетін шаманың орташа мәні; M(x)- мәнді математикалық күту; e - нәтиженің талап етілетін дәлдігі; D(x) -сандық дисперсия X,нәтижелері бойынша есептеледі Нэксперименттер жүргізді.

Теңсіздікті келесідей тұжырымдауға болады: «математикалық күту мен кездейсоқ шаманың орташа мәні арасындағы айырмашылықтың ықтималдығы Xнәтиженің талап етілетін дәлдігінен аспайды - е, бірлік пен қатынас арасындағы айырмашылыққа тең D(x): Жоқ 2".

Теңсіздікте үш белгісіз бар: Нжәне статистикалық сипаттамаларға байланысты Н.Сондықтан есептеу процесі Нитеративті болып табылады.

Егер теңсіздік орындалса, онда эксперименттер саны жеткілікті. Әйтпесе, тәжірибелер саны артады.

Бақылаулардың (тәжірибелердің) жеткілікті санын жеткілікті үлкен сандар кестесінің көмегімен анықтауға болады (8.1-кесте). Ол байқаулардың жеткілікті саны эксперимент нәтижелеріне сенімділік дәрежесіне (сенімділік ықтималдығы), рұқсат етілген қатенің өлшеміне (сенім аралығы) байланысты екенін көрсетеді. Басқаша айтқанда, сенімділік дәрежесі сәйкес қорытынды жасалатын ықтималдықтың шамасымен анықталады.

Ықтималдық мәнін таңдауға қатысты Рбарлық зерттеулер үшін бірдей жалпы шешім жоқ. Қарастырылған ықтималдық мәні бірлікке неғұрлым жақын болса, қорытынды соғұрлым сенімді болады. Ғылыми зерттеу тәжірибесінде әдетте сенімділік ықтималдығы алынады P = 0,9-0,99. Зерттеудегі қажетті дәлдік зерттелетін құбылыстың сипатына байланысты белгіленеді. Көп жағдайда қажетті дәлдік e = 0,01-0,05 деп қабылданады.

Мысалы, егер сенімділік ықтималдығының мәні тең қабылданса Р= 0,95, ал рұқсат етілген қате e = 0,05 болса, онда эксперимент кезіндегі бақылаулардың жеткілікті саны 384 болады.

Эксперименттік жобаның тағы бір маңызды бөлігі болып табылады қаражатты негіздеужәне өлшеу әдістері. Ол бақылау-өлшеу құралдарын, аппараттар мен жабдықтарды таңдауды көздейді, тәжірибенің мәліметтерін жазуға мүмкіндік береді; оларды ыңғайлы пішінге түрлендіру; сақтау, сұраныс бойынша шығаруды қамтамасыз ету және т.б.

Өлшеу жүйесі метрологияның талаптарын, өлшеу әдістері мен құралдары туралы ғылымды, бірліктерді, шкалаларды және өлшем жүйелерін таңдауды ескере отырып құрылуы керек; өлшеу дәлдігі мәселелері. Әртүрлі эксперименттерде қолдануға болатын өлшеу әдістері алдыңғы тарауда талқыланады.

Бұл өлшеу әдістерін екі топқа бөлуге болады: тікелей (қажетті шама тәжірибе барысында тікелей өлшенеді) және жанама өлшемдер (тікелей өлшеулердің нәтижелерінен алынған қажетті мән). Сонымен қатар өлшем бірліктерінің негізінде зерттелетін шама бірліктерімен жүргізілетін абсолютті өлшемдер және өлшенетін шаманың оның белгілі бір шекті мәніне қатынасын бекітуді көздейтін салыстырмалы өлшемдер бар.

Экспериментті ұйымдастыру мен жүргізудің қарастырылған негіздері тек шолу болып табылады, ал мәні, мазмұны, жоғарыда келтірілген ұсыныстарды қолдану шарттары және экспериментті жүргізудің сол немесе басқа әдістерін қолдану реттілігі егжей-тегжейлі зерттеуді қажет етеді. Сонымен қатар, эксперимент жүргізудің әрбір әдісінің зерттеу объектісіне байланысты өзіндік ерекшеліктері болатынын анық түсіну керек.

4.7. Эксперименттік жоспарлар

Эксперименттік жоспарэкспериментті жоспарлау операцияларының нақты жүйесінде бейнеленген эксперименталды зерттеу тактикасы болып табылады. Жоспарларды жіктеудің негізгі критерийлері:

Қатысушылардың құрамы (жеке немесе топтық);

Тәуелсіз айнымалылар саны және олардың деңгейлері;

Тәуелсіз айнымалылар үшін ұсыну шкаласының түрлері;

Эксперименттік мәліметтерді жинау әдісі;

Эксперимент жүргізу орны мен шарттары;

Эксперименттік әсерді ұйымдастыру ерекшеліктері және бақылау әдісі.

Пәндер тобына және бір пәнге арналған жоспарлар.Барлық эксперименттік жоспарларды қатысушылардың құрамына қарай пәндер тобына арналған жоспарларға және бір пән бойынша жоспарларға бөлуге болады.

Тәжірибелер пәндер тобыкелесі артықшылықтарға ие: эксперимент нәтижелерін халыққа жалпылау мүмкіндігі; топаралық салыстыру схемаларын қолдану мүмкіндігі; уақытты үнемдеу; статистикалық талдау әдістерін қолдану. Эксперименттік жоспарлардың бұл түрінің кемшіліктеріне мыналар жатады: адамдар арасындағы жеке айырмашылықтардың эксперимент нәтижелеріне әсері; эксперименттік үлгінің репрезентативтілігі мәселесі; субъектілер топтарының эквиваленттілігі мәселесі.

Тәжірибелер бір сынақ пәні- бұл ерекше жағдай «жоспарлары бар шағын Н.Дж.Гудвин мұндай жоспарларды қолданудың келесі себептерін көрсетеді: жеке валидтілік қажеттілігі, өйткені үлкен көлемдегі эксперименттерде Нжалпыланған деректер субъектілердің ешқайсысын сипаттамаса, мәселе туындайды. Бір зерттелушімен эксперимент сонымен қатар бірнеше себептерге байланысты көптеген қатысушыларды тарту мүмкін болмаған ерекше жағдайларда жүргізіледі. Бұл жағдайларда эксперименттің мақсаты бірегей құбылыстар мен жеке сипаттамаларды талдау болып табылады.

Кішкентай N-мен эксперимент, Д.Мартиннің пікірінше, келесі артықшылықтарға ие: күрделі статистикалық есептеулердің болмауы, нәтижелерді интерпретациялаудың қарапайымдылығы, бір немесе екі қатысушыны тарта отырып, бірегей жағдайларды зерттеу мүмкіндігі және манипуляциялаудың кең мүмкіндіктері. тәуелсіз айнымалылар. Оның кейбір кемшіліктері де бар, атап айтқанда, бақылау процедураларының күрделілігі, нәтижелерді жалпылаудың қиындығы; салыстырмалы үнемді емес уақыт.

Бір тақырып бойынша жоспарларды қарастырыңыз.

Уақыт қатарын жоспарлау.Мұндай жоспарды жүзеге асыруда тәуелсіз айнымалының тәуелдіге әсер етуінің негізгі көрсеткіші уақыт бойынша субъект жауаптарының сипатының өзгеруі болып табылады. Ең қарапайым стратегия: схема БІРАҚ– B. Субъект бастапқыда А шарттарында әрекеттерді орындайды, содан кейін В шарттарында. «Плацебо эффектісін» бақылау үшін келесі схема қолданылады: A - B - A.(«Плацебо эффектісі» – нақты тітіркендіргіштерге реакцияларға сәйкес келетін «бос» тітіркендіргіштерге сыналушылардың реакциялары.) Бұл жағдайда зерттелушіге шарттардың қайсысы «бос» және қайсысы нақты екенін алдын ала білу қажет емес. Дегенмен, бұл схемалар әсерлердің өзара әрекеттесуін ескермейді, сондықтан уақыттық қатарларды жоспарлау кезінде, әдетте, тұрақты кезектесу схемалары қолданылады (A - Б - А– B), позициялық реттеу (А – B - B- A) немесе кездейсоқ кезектесу. Ұзақ «ұзақ» уақыт қатарларын пайдалану әсерді анықтау мүмкіндігін арттырады, бірақ бірқатар жағымсыз салдарға әкеледі - субъектінің шаршауы, басқа қосымша айнымалыларға бақылаудың төмендеуі және т.б.

Баламалы әсер ету жоспарыуақыттық қатарлар жоспарын әзірлеу болып табылады. Оның ерекшелігі әсер етуінде жатыр БІРАҚЖәне INуақыт бойынша кездейсоқ таратылады және зерттелушіге жеке ұсынылады. Содан кейін әрбір экспозицияның әсері салыстырылады.

Кері жоспармінез-құлықтың екі альтернативті формасын зерттеу үшін қолданылады. Бастапқыда мінез-құлықтың екі формасының да негізгі көріну деңгейі жазылады. Содан кейін мінез-құлықтың бірінші формасы үшін белгілі бір компоненттен және екіншісі үшін қосымшадан тұратын күрделі әсер ұсынылады. Белгілі бір уақыттан кейін әсерлердің комбинациясы өзгертіледі. Екі күрделі әсердің әсері бағаланады.

Критерийлерді арттыру жоспарыоқыту психологиясында жиі қолданылады. Оның мәні субъектінің мінез-құлқының өзгеруі әсер етудің жоғарылауына жауап ретінде тіркелетінінде жатыр. Бұл жағдайда келесі әсер субъект берілген критерий деңгейіне жеткеннен кейін ғана көрсетіледі.

Бір зерттелушімен тәжірибе жүргізгенде негізгі артефактілердің іс жүзінде алынбайтындығын ескеру қажет. Сонымен қатар, бұл жағдайда, басқа ешкімде болмағандай, экспериментатордың қарым-қатынасының және оны мен зерттелушінің арасында қалыптасатын қарым-қатынастың әсері көрінеді.

Р.Готтсданкер ажыратуды ұсынады сапалық және сандық эксперименттік жоспарлар. IN сапасыЖоспарларда тәуелсіз айнымалы номинативті шкала бойынша ұсынылады, яғни экспериментте екі немесе одан да көп сапалық әртүрлі шарттар қолданылады.

IN сандықэксперименттік жоспарлар, тәуелсіз айнымалының деңгейлері интервалда, дәрежеде немесе пропорционалды шкалаларда көрсетіледі, яғни экспериментте белгілі бір жағдайдың ауырлық деңгейлері қолданылады.

Факторлық экспериментте бір айнымалы сандық түрде, ал екіншісі сапалы түрде ұсынылатын жағдай мүмкін. Бұл жағдайда жоспар біріктіріледі.

Топ ішілік және топ аралық эксперименттік жоспарлар. T.V. Корнилова топтар санының критерийі мен эксперименттің шарттарына сәйкес эксперименттік жоспардың екі түрін анықтайды: топ ішілік және топ аралық. TO топ ішіндегітәуелсіз айнымалы нұсқалардың әсері және эксперименттік әсерді өлшеу бір топта болатын конструкцияларды қамтиды. IN топ аралықжоспарлар, тәуелсіз айнымалы нұсқалардың әсері әртүрлі эксперименттік топтарда жүзеге асырылады.

Топ ішілік жоспардың артықшылықтары: қатысушылар санының аз болуы, жеке айырмашылық факторларының жойылуы, эксперименттің жалпы уақытының қысқаруы, эксперименттік әсердің статистикалық маңыздылығын дәлелдеу мүмкіндігі. Кемшіліктерге жағдайлардың тұрақты еместігі және «дәйектілік әсерінің» көрінісі жатады.

Топаралық жобалаудың артықшылығы: «консистенция эффектінің» болмауы, көбірек мәліметтер алу мүмкіндігі, әрбір субъект үшін экспериментке қатысу уақытын қысқарту, экспериментке қатысушылардан шығу әсерін азайту. Топаралық жоспардың негізгі кемшілігі – топтардың тең еместігі.

Бір тәуелсіз айнымалы және факторлық конструкциялары бар конструкциялар.Эксперименттік әсерлер санының критерийі бойынша Д.Мартин бір тәуелсіз айнымалысы бар жоспарларды, факторлық жоспарларды және эксперименттер сериясы бар жоспарларды ажыратуды ұсынады. Жоспарларда бір тәуелсіз айнымалыменэкспериментатор бір тәуелсіз айнымалыны манипуляциялайды, ол көріністердің шексіз санына ие болуы мүмкін. IN факторлықжоспарлар (олар туралы толығырақ, 120-бетті қараңыз), экспериментатор екі немесе одан да көп тәуелсіз айнымалыларды манипуляциялайды, олардың әртүрлі деңгейлерінің өзара әрекеттесуінің барлық мүмкін нұсқаларын зерттейді.

бастап жоспарлар эксперименттер сериясыбәсекелес гипотезаларды бірте-бірте жоққа шығару үшін жүргізіледі. Серияның соңында экспериментатор бір гипотезаны тексеруге келеді.

Экспериментке дейінгі, квазиэксперименттік және шынайы эксперименттік конструкциялар.Д.Кэмпбелл зерттелетін топтарға арналған барлық эксперименттік жоспарларды келесі топтарға бөлуді ұсынды: экспериментке дейінгі, квазиэксперименттік және шынайы эксперименттерге арналған жоспарлар. Бұл бөлу нақты тәжірибенің идеалға жақындығына негізделген. Белгілі бір жоспарда артефактілер аз болған сайын және қосымша айнымалыларды бақылау неғұрлым қатаң болса, эксперимент идеалға соғұрлым жақын болады. Экспериментке дейінгі жоспарлар кем дегенде идеалды экспериментке қойылатын талаптарды ескереді. В.Н. Дружинин олардың иллюстрация ретінде ғана қызмет ете алатынын, ғылыми зерттеу тәжірибесінде мүмкіндігінше олардан аулақ болу керектігін атап көрсетеді. Квазиэксперименттік жоспарлар эмпирикалық зерттеулерді жүргізу кезінде өмір шындығын есепке алу әрекеті болып табылады, олар шынайы эксперименттердің схемаларынан ауытқумен арнайы жасалады. Зерттеуші артефактілердің көздерінен хабардар болуы керек - ол басқара алмайтын сыртқы қосымша айнымалылар. Квазиэксперименттік жоспар жақсырақ жоспарды қолдану мүмкін болмаған кезде қолданылады.

Экспериментке дейінгі, квазиэксперименттік жоспарлардың жүйеленген белгілері мен шынайы эксперименттердің жоспарлары төмендегі кестеде келтірілген.

Эксперименттік жоспарларды сипаттау кезінде Д.Кэмпбелл ұсынған символизацияны қолданамыз: Р- рандомизация; X– эксперименттік әсер ету; О- тестілеу.

TO экспериментке дейінгі жоспарлармыналарды қамтиды: 1) бір істі зерттеу; 2) бір топтың алдын ала және қорытынды тестілеуімен жоспар; 3) статистикалық топтарды салыстыру.

Сағат кейс зерттеубір топ эксперименттік әсерден кейін бір рет тексеріледі. Бұл жоспарды схемалық түрде былай жазуға болады:

Сыртқы айнымалылар мен тәуелсіз айнымалыларды басқару мүлдем жоқ. Мұндай экспериментте салыстыру үшін материал жоқ. Нәтижелерді тек шындық туралы қарапайым идеялармен салыстыруға болады, олар ғылыми ақпаратты тасымалдамайды.

Жоспар бір топтың алдын ала және қорытынды тестілеуіменсоциологиялық, әлеуметтік-психологиялық және педагогикалық зерттеулерде жиі қолданылады. Оны былай жазуға болады:

Бұл жоспарда бақылау тобы жоқ, сондықтан тәуелді айнымалының өзгеруі (арасындағы айырмашылық) деп дауласу мүмкін емес. O1және O2) тестілеу кезінде тіркелген дәл тәуелсіз айнымалының өзгеруіне байланысты. Бастапқы және соңғы тестілеу арасында тәуелсіз айнымалымен қатар субъектілерге әсер ететін басқа «фондық» оқиғалар орын алуы мүмкін. Бұл жоспар сондай-ақ табиғи дамудың әсері мен сынақтардың әсерін бақылауға мүмкіндік бермейді.

Статистикалық топтарды салыстыруоны экспозициядан кейінгі сынақтары бар екі эквивалентті емес топқа арналған жоспар деп атаған дұрысырақ болар еді. Оны былай жазуға болады:

Бұл жоспар бірқатар сыртқы айнымалыларды бақылау үшін бақылау тобын енгізу арқылы тестілеудің әсерін ескереді. Дегенмен, оның көмегімен табиғи дамудың әсерін ескеру мүмкін емес, өйткені қазіргі уақытта зерттелушілердің жағдайын олардың бастапқы күйімен салыстыруға арналған материал жоқ (алдын ала сынақ жүргізілген жоқ). Бақылау және эксперименттік топтардың нәтижелерін салыстыру үшін Стьюденттің t-тесті қолданылады. Дегенмен, сынақ нәтижелеріндегі айырмашылықтар эксперименттік әсерге байланысты емес, топтардың құрамындағы айырмашылықтарға байланысты болуы мүмкін екенін есте ұстаған жөн.

Квазиэксперименттік жоспарларшындық пен шынайы эксперименттердің қатаң шеңбері арасындағы ымыраға келудің бір түрі болып табылады. Психологиялық зерттеулерде квазиэксперименттік жоспарлардың келесі түрлері бар: 1) эквивалентті емес топтарға арналған эксперимент жоспарлары; 2) әртүрлі рандомизацияланған топтардың алдын ала және қорытынды тестілеуімен жоспарлар; 3) дискретті уақыт қатарларының жоспарлары.

Жоспар эквивалентсіз топтарға арналған экспериментайнымалылар арасында себепті байланыс орнатуға бағытталған, дегенмен, оған топтарды теңестіру (рандомизация) процедурасы жоқ. Бұл жоспарды келесі диаграммамен көрсетуге болады:

Бұл жағдайда экспериментке екі нақты топ қатысады. Екі топ та сынақтан өтуде. Содан кейін бір топ эксперименттік емдеуге ұшырайды, ал екіншісі жоқ. Содан кейін екі топ қайта сыналады. Екі топтың бірінші және екінші тестілерінің нәтижелері салыстырылады, салыстыру үшін Стьюденттің t-тесті және дисперсия талдауы қолданылады. Айырмашылық O2және O4 табиғи даму мен фондық экспозицияны көрсетеді. Тәуелсіз айнымалының әсерін анықтау үшін 6(O1 O2) және 6(O3 O4), яғни индикаторлардағы жылжу шамасын салыстыру қажет. Көрсеткіштердің өсуіндегі айырмашылықтың маңыздылығы тәуелсіз айнымалының тәуелдіге әсерін көрсетеді. Бұл дизайн экспозиция алдындағы және кейінгі сынақтары бар шынайы екі топтық экспериментке ұқсас (118-бетті қараңыз). Артефактілердің негізгі көзі – топтардың құрамының айырмашылығы.

Жоспар әртүрлі рандомизацияланған топтардың алдын ала және кейінгі тестілеуіменшынайы экспериментті құрастырудан бір топ алдын ала тестілеуден өтуімен ерекшеленеді, ал соңғы сынақ мыналарға ұшыраған баламалы топ болып табылады:

Бұл квазиэксперименттік дизайнның негізгі кемшілігі «фондық» әсерді - бірінші және екінші сынақтар арасындағы кезеңде эксперименттік әсер етумен бірге болатын оқиғалардың әсерін бақылау мүмкін еместігі болып табылады.

Жоспарлары дискретті уақыт қатарытоптардың санына қарай (бір немесе бірнеше), сонымен қатар эксперименттік әсерлердің санына қарай (бір немесе бірнеше әсерлер) бірнеше түрге бөлінеді.

Пәндердің бір тобына арналған дискретті уақыт қатарларының жоспары субъектілер тобына тәуелді айнымалының бастапқы деңгейі дәйекті өлшемдер қатарын қолдану арқылы бастапқыда анықталады. Содан кейін эксперименттік әсер қолданылады және ұқсас өлшемдер сериясы жүргізіледі. Тәуелді айнымалының әсерге дейінгі және кейінгі деңгейлерін салыстырыңыз. Бұл жоспардың схемасы:

Дискретті уақыттық қатарларды жобалаудың негізгі кемшілігі оның зерттеу барысында пайда болатын фондық оқиғалардың әсерінен тәуелсіз айнымалы әсерінің әсерін ажыратуға мүмкіндік бермейді.

Бұл дизайнның модификациясы - өлшеуге дейінгі экспозиция өлшеуге дейінгі экспозициясыз алмасатын уақыттық қатардағы квазиэксперимент. Оның схемасы:

XO1 - O2XO3 - O4 XO5

Ауыстыру тұрақты немесе кездейсоқ болуы мүмкін. Бұл опция әсер қайтымды болған жағдайда ғана жарамды. Тәжірибеде алынған мәліметтерді өңдеу кезінде сериялар екі реттілікке бөлінеді және әсер болған жерде өлшеу нәтижелері ол болмаған жерде өлшеу нәтижелерімен салыстырылады. Мәліметтерді салыстыру үшін еркіндік дәрежесінің санымен Стьюденттің t-тесті қолданылады n– 2, қайда nбір типті жағдайлардың саны болып табылады.

Уақыт қатарларының жоспарлары тәжірибеде жиі орындалады. Дегенмен, оларды пайдалану кезінде «Долана әсері» деп аталатын жиі байқалады. Оны алғаш рет американдық ғалымдар 1939 жылы Чикагодағы Хоторн зауытында зерттеу жұмыстарын жүргізген кезде ашты. Еңбекті ұйымдастыру жүйесін өзгерту оның өнімділігін арттырады деп есептелді. Бірақ тәжірибе кезінде еңбекті ұйымдастырудағы кез келген өзгерістер оның өнімділігінің артуына әкелді. Нәтижесінде экспериментке қатысудың өзі жұмысқа деген ынтасын арттыратыны анықталды. Субъектілер өздеріне жеке қызығушылық танытып, нәтижелі жұмыс істей бастады. Бұл әсерді бақылау үшін бақылау тобын пайдалану керек.

Біреуі әсер етпейтін екі эквивалентті емес топ үшін уақыттық қатарлар жоспарының схемасы келесідей:

O1O2O3O4O5O6O7O8O9O10

Мұндай жоспар «фон» әсерін басқаруға мүмкіндік береді. Оны әдетте зерттеушілер оқу орындарында, емханаларда, өндірісте нақты топтарды зерттегенде пайдаланады.

Психологияда жиі қолданылатын тағы бір нақты жоспар эксперимент деп аталады. ex post-факто.Ол әлеуметтануда, педагогикада, сондай-ақ нейропсихологияда және клиникалық психологияда жиі қолданылады. Бұл жоспарды жүзеге асырудың стратегиясы төмендегідей. Экспериментатордың өзі зерттелушілерге әсер етпейді. Олардың өміріндегі кейбір нақты оқиғалар әсер етеді. Эксперименттік топ әсер еткен «субъектілерден» тұрады, ал бақылау тобына оны басынан өткермеген адамдар кіреді. Бұл жағдайда топтар, мүмкіндігінше, әсер ету алдындағы күйінің сәтінде теңестіріледі. Содан кейін тәуелді айнымалы эксперимент және бақылау топтарының өкілдерінде тексеріледі. Тестілеу нәтижесінде алынған мәліметтер салыстырылады және әсер етудің субъектілердің одан әрі мінез-құлқына әсері туралы қорытынды жасалады. Осылайша жоспар ex post-фактоэкспозициядан кейін оларды теңестіру және сынау арқылы екі топ үшін эксперимент дизайнын модельдейді. Оның схемасы:

Егер топтық эквиваленттілікке қол жеткізу мүмкін болса, онда бұл дизайн шынайы эксперименттің дизайнына айналады. Ол көптеген заманауи зерттеулерде жүзеге асырылады. Мысалы, жарақаттан кейінгі күйзелісті зерттеу кезінде табиғи немесе техногендік апаттың зардаптарынан зардап шеккен адамдар немесе жауынгерлер жарақаттан кейінгі стрестік синдромның бар-жоғын тексергенде, олардың нәтижелерін зерттеу нәтижелерімен салыстырады. мұндай реакциялардың пайда болу механизмдерін анықтауға мүмкіндік беретін бақылау тобы. Ми жарақатының нейропсихологиясында «эксперименттік әсер» ретінде қарастырылатын белгілі бір құрылымдардың зақымдануы психикалық функциялардың локализациясын анықтауға бірегей мүмкіндік береді.

Шынайы эксперименттерге арналған жоспарларбір тәуелсіз айнымалы үшін басқалардан келесідей ерекшеленеді:

1) эквивалентті топтар құру стратегияларын пайдалану (рандомизация);

2) кемінде бір эксперименттік және бір бақылау тобының болуы;

3) соңғы тестілеу және әсер етуді алған және алмаған топтардың нәтижелерін салыстыру.

Бір тәуелсіз айнымалы үшін кейбір тәжірибелік конструкцияларды толығырақ қарастырайық.

Экспозициядан кейінгі сынақтары бар екі рандомизацияланған топты жоспарлаңыз.Оның схемасы келесідей көрінеді:

Бұл жоспар алдын ала тестілеуді жүргізу мүмкін болмаса немесе қажет болған жағдайда қолданылады. Эксперименттік және бақылау топтары тең болған кезде бұл жоспар ең жақсысы болып табылады, өйткені ол артефактілер көздерінің көпшілігін басқаруға мүмкіндік береді. Алдын ала тестілеудің болмауы тестілеу процедурасы мен эксперименттік тапсырманың өзара әрекеттесуінің әсерін де, тестілеудің өзін де жоққа шығарады. Жоспар топтардың құрамының әсерін, өздігінен оқудан шығуды, фон мен табиғи дамудың әсерін, топ құрамының басқа факторлармен әрекеттесуін бақылауға мүмкіндік береді.

Қарастырылған мысалда тәуелсіз айнымалының әсер етуінің бір деңгейі қолданылды. Егер оның бірнеше деңгейі болса, онда эксперименттік топтардың саны тәуелсіз айнымалының деңгейлерінің санына дейін артады.

Алдын ала және кейінгі тестілеумен екі рандомизацияланған топты жоспарлаңыз.Жоспардың сұлбасы келесідей көрінеді:

R O1 X O2

Бұл жоспар рандомизация нәтижелеріне күмәнданған кезде қолданылады. Артефактілердің негізгі көзі тестілеу мен эксперименттік әсер ету арасындағы өзара әрекеттесу болып табылады. Шындығында, бір мезгілде емес тестілеудің әсерімен де күресу керек. Сондықтан эксперименттік және бақылау тобының мүшелерін кездейсоқ ретпен тестілеуді жүргізу ең дұрыс деп саналады. Эксперименттік әсерді көрсету-ұсынбау да кездейсоқ ретпен жақсы орындалады. Д.Кэмпбелл «топ ішіндегі оқиғаларды» бақылау қажеттігін атап өтеді. Бұл эксперименттік дизайн фондық әсер мен табиғи даму әсерін жақсы басқарады.

Мәліметтерді өңдеу кезінде әдетте параметрлік критерийлер қолданылады. тЖәне Ф(аралық шкала бойынша деректер үшін). t-тің үш мәні есептеледі: 1) O1 және O2 арасында; 2) O3 және O4 арасында; 3) арасында O2Және O4.Тәуелсіз айнымалының тәуелді айнымалыға әсерінің маңыздылығы туралы гипотезаны екі шарт орындалған жағдайда қабылдауға болады: 1) арасындағы айырмашылықтар O1Және O2маңызды және арасында O3Және O4елеусіз және 2) арасындағы айырмашылықтар O2Және O4маңызды. Кейде абсолютті мәндерді емес, b(1 2) және b(3 4) көрсеткіштерінің өсімдерін салыстыру ыңғайлырақ. Бұл мәндер Студенттің t-тестімен де салыстырылады. Егер айырмашылықтар маңызды болса, тәуелсіз айнымалының тәуелдіге әсері туралы эксперименттік гипотеза қабылданады.

Сүлейменнің жоспарыалдыңғы екі жоспардың қосындысы болып табылады. Оны жүзеге асыру үшін екі эксперименттік (Е) және екі бақылау (С) топтары қажет. Оның схемасы келесідей көрінеді:

Бұл жоспардың көмегімен алдын ала тестілеудің өзара әрекеттесу әсері мен эксперименттік әсер ету әсерін бақылауға болады. Эксперименттік әсер етудің әсері көрсеткіштерді салыстыру арқылы анықталады: O1және O2; O2 және O4; O5 және O6; O5 және O3. O6, O1 және O3 салыстыру тәуелді айнымалыға табиғи дамудың және фондық әсерлердің әсерін анықтайды.

Енді бір тәуелсіз айнымалы және бірнеше топқа арналған дизайнды қарастырыңыз.

Үш рандомизацияланған топқа және тәуелсіз айнымалының үш деңгейіне арналған дизайнтәуелсіз және тәуелді айнымалылар арасындағы сандық қатынастарды анықтау қажет болған жағдайларда қолданылады. Оның схемасы келесідей көрінеді:

Бұл жоспарды жүзеге асыру кезінде әр топқа тәуелсіз айнымалының бір деңгейі ғана ұсынылады. Қажет болған жағдайда тәуелсіз айнымалы деңгейлердің санына сәйкес эксперименталды топтардың санын көбейтуге болады. Осындай эксперименттік жобамен алынған мәліметтерді өңдеу үшін жоғарыда аталған статистикалық әдістердің барлығын қолдануға болады.

Факторлық эксперименттік конструкцияларайнымалылар арасындағы байланыстар туралы күрделі гипотезаларды тексеру үшін қолданылады. Факторлық экспериментте, әдетте, гипотезаның екі түрі тексеріледі: 1) тәуелсіз айнымалылардың әрқайсысының жеке әсері туралы болжамдар; 2) айнымалылардың өзара әсері туралы гипотезалар. Факторлық дизайн тәуелсіз айнымалылардың барлық деңгейлерінің бір-бірімен біріктірілуін қамтамасыз ету болып табылады. Эксперименттік топтардың саны комбинациялар санына тең.

Екі тәуелсіз айнымалыға және екі деңгейге (2 x 2) факторлық дизайн.Бұл факторлық конструкциялардың ең қарапайымы. Оның диаграммасы келесідей көрінеді.

Бұл жоспар екі тәуелсіз айнымалының бір тәуелді айнымалыға әсерін ашады. Экспериментатор ықтимал айнымалылар мен деңгейлерді біріктіреді. Кейде төрт тәуелсіз рандомизацияланған эксперименттік топ қолданылады. Нәтижелерді өңдеу үшін Фишердің дисперсия талдауы қолданылады.

Факторлық жобалаудың күрделірек нұсқалары бар: 3 x 2 және 3 x 3 және т.б. Тәуелсіз айнымалының әрбір деңгейін қосу эксперименталды топтардың санын көбейтеді.

«Латын алаңы».Бұл екі немесе одан да көп деңгейлері бар үш тәуелсіз айнымалылар үшін толық жоспарды жеңілдету. Латын квадратының принципі эксперименттік жоспарда әртүрлі айнымалылардың екі деңгейі тек бір рет кездеседі. Бұл топтардың санын және жалпы эксперименттік үлгіні айтарлықтай азайтады.

Мысалы, үш тәуелсіз айнымалы үшін (L, М, Н)әрқайсысы үш деңгейден тұрады (1, 2, 3 және N(A, B,С)) «Латын квадраты» әдісі бойынша жоспар келесідей болады.

Бұл жағдайда үшінші тәуелсіз айнымалының деңгейі (A, B, C)әр жолда және әр бағанда бір рет кездеседі. Нәтижелерді жолдар, бағандар және деңгейлер бойынша біріктіру арқылы тәуелсіз айнымалылардың әрқайсысының тәуелді айнымалыға әсерін, сондай-ақ айнымалылардың жұптық өзара әрекеттесу дәрежесін анықтауға болады. A, B латын әріптерін қолдану, FROMҮшінші айнымалының деңгейлерін белгілеу дәстүрлі, сондықтан әдіс «латын квадраты» деп аталды.

«Грек-латын алаңы».Бұл жоспар төрт тәуелсіз айнымалының әсерін зерттеу қажет болғанда қолданылады. Ол жоспардың әрбір латын тобына төртінші айнымалының деңгейлерін білдіретін грек әрпі қосылып, үш айнымалыға арналған латын шаршысының негізінде салынған. Әрқайсысы үш деңгейлі төрт тәуелсіз айнымалысы бар жоспардың схемасы келесідей болады:

Алынған мәліметтерді «грек-латын шаршысы» терминімен өңдеу үшін Фишер бойынша дисперсиялық талдау әдісі қолданылады.

Факторлық конструкциялар шеше алатын негізгі мәселе екі немесе одан да көп айнымалылардың өзара әрекеттесуін анықтау болып табылады. Бұл мәселені бір тәуелсіз айнымалысы бар бірнеше дәстүрлі тәжірибелерді қолдану арқылы шешу мүмкін емес. Факторлық жоспарда эксперименттік жағдайды қосымша айнымалылардың (сыртқы негізділікке қауіп төндіретін) «тазарту» әрекетінің орнына экспериментатор тәуелсіздер санатына кейбір қосымша айнымалыларды енгізу арқылы оны шындыққа жақындатады. Сонымен бірге зерттелетін сипаттамалар арасындағы байланыстарды талдау өлшенетін шаманың параметрлері тәуелді болатын жасырын құрылымдық факторларды ашуға мүмкіндік береді.

Эксперименттік жобалау әдістері – тәжірибелерді тиімді орнатуға бағытталған шаралар кешені. Экспериментті жоспарлаудың негізгі мақсаты эксперименттердің минималды санымен максималды өлшеу дәлдігіне жету және нәтижелердің статистикалық сенімділігін сақтау болып табылады.Экспериментті жоспарлау оңтайлы шарттарды іздеуде, интерполяция формулаларын құруда, маңызды факторларды таңдауда, тұрақтыларды бағалау және нақтылау кезінде қолданылады. теориялық модельдердің және т.б.

Эксперименттік дизайн 1950 жылдары эксперименталды жағдайларды рандомизациялау арқылы ауылшаруашылық зерттеулеріндегі біржақтылықты жою немесе кем дегенде азайту қажеттілігінен туындады. Жоспарлау процедурасы болжанатын параметрлердің ауытқуын азайтуға ғана емес, сонымен қатар қатар жүретін, өздігінен өзгеретін және бақыланбайтын айнымалыларға қатысты рандомизацияға бағытталған болып шықты. Нәтижесінде біз бағалаулардағы қиғаштықтан арыла алдық. Р.Фишердің зерттеулері экспериментті жоспарлау әдістерінің дамуының бірінші кезеңінің басталғанын білдіреді. Фишер факторлық жоспарлау әдісін әзірледі. Йейтс бұл әдіс үшін қарапайым есептеу схемасын ұсынды. Факторлық жоспарлау кең тарады. Факторлық эксперименттің ерекшелігі - бірден көп эксперименттерді орнату қажеттілігі. КСРО-дағы эксперименталды жоспарлау теориясының дамуы В.В.Налимов, Ю.П.Адлер, Ю.В.Грановский, Е.В.Маркова, В.Б.Тихомиров еңбектерінде көрсетілген.

Экспериментті жоспарлау бірнеше қадамдарды қамтиды.

1. Эксперимент мақсатын (сипаттамаларын, қасиеттерін және т.б. анықтау) және оның түрін (анықтауыш, бақылау, салыстырмалы, зерттеу) белгілеу.
2. Эксперимент жүргізу шарттарын нақтылау (қолда бар немесе қолжетімді жабдық, жұмыс мерзімі, қаржылық ресурстар, қызметкерлердің саны мен штат саны және т.б.). Сынақтардың түрін таңдау (қалыпты, жеделдетілген, зертханалық жағдайларда, стендте, егістікте, толық масштабты немесе операциялық).
3. Алдын ала (априорлық) ақпаратты жинау және талдау негізінде кіріс және шығыс параметрлерін анықтау және таңдау. Кіріс параметрлері (факторлар) детерминирленген, яғни тіркелген және басқарылатын (бақылаушыға байланысты) және кездейсоқ, яғни тіркелген, бірақ басқарылмайтын болуы мүмкін. Олармен қатар зерттелетін объектінің күйіне өлшеу нәтижелеріне жүйелі немесе кездейсоқ қателік енгізетін тіркелмеген және бақыланбайтын параметрлер әсер етуі мүмкін. Бұл өлшеу жабдықтарындағы қателер, эксперимент кезінде зерттелетін объектінің қасиеттерінің өзгеруі, мысалы, материалдың ескіруі немесе оның тозуы, персоналға әсер ету және т.б.
4. Өлшеу нәтижелерінің (шығыс параметрлерінің) талап етілетін дәлдігін, кіріс параметрлерінің ықтимал өзгеру аймақтарын белгілеу, әсер ету түрлерін нақтылау. Үлгілердің немесе зерттелетін объектілердің түрі олардың күйі, құрылғысы, пішіні, өлшемі және басқа сипаттамалары бойынша нақты өнімге сәйкестік дәрежесін ескере отырып таңдалады.

Дәлдік дәрежесінің мақсатына осы эксперименттік мәліметтерді құруда объектіні өндіру және пайдалану жағдайлары әсер етеді. Өндіріс жағдайлары, яғни өндірістік мүмкіндіктер шынайы қол жеткізуге болатын ең жоғары дәлдікті шектейді. Жұмыс жағдайлары, яғни объектінің қалыпты жұмысын қамтамасыз ету шарттары дәлдікке қойылатын минималды талаптарды анықтайды.

Эксперименттік мәліметтердің дәлдігі сынақтардың көлеміне (санына) да айтарлықтай тәуелді – сынақтар неғұрлым көп болса, нәтижелердің сенімділігі соғұрлым жоғары болады (бірдей шарттарда). Бірқатар жағдайлар үшін (факторлардың саны аз және олардың таралуының белгілі заңы бар) қажетті дәлдікпен нәтижелерді алуға мүмкіндік беретін сынақтардың ең аз қажетті санын алдын ала есептеуге болады.

5. Жоспар құру және эксперимент жүргізу – сынақтардың саны мен реті, мәліметтерді жинау, сақтау және құжаттау әдісі.

Бір эксперимент кезінде бір объектіні зерттеу кезіндегі кіріс параметрлері (факторлар) әртүрлі мәндерді қабылдайтын болса, сынау тәртібі маңызды. Мысалы, жүктеме деңгейінің қадамдық өзгеруімен шаршауды сынау кезінде төзімділік шегі жүктеменің реттілігіне байланысты, өйткені зақымданудың жинақталуы әртүрлі жолдармен жүреді, демек, төзімділіктің әртүрлі мәні болады. шектеу.

Кейбір жағдайларда, жүйелі параметрлерді есепке алу және бақылау қиын болған кезде, олар кездейсоқ параметрлерге түрлендіріледі, арнайы тестілеудің кездейсоқ реті қарастырылады (тәжірибені рандомизациялау). Бұл нәтижелерді талдауға статистиканың математикалық теориясының әдістерін қолдануға мүмкіндік береді.

Тестілеудің реті іздестіру-зерттеу процесінде де маңызды: объектінің немесе қандай да бір процестің параметрлерінің оңтайлы арақатынасы үшін эксперименттік іздестіруде таңдалған әрекеттер тізбегіне байланысты көп немесе аз тәжірибелер қажет болуы мүмкін. Бұл эксперименттік есептер оңтайлы шешімдерді сандық іздеудің математикалық есептеріне ұқсас. Ең жақсы дамыған әдістер – бір өлшемді іздеулер (бір факторлы бір критерийлі есептер), мысалы, Фибоначчи әдісі, алтын қима әдісі.

6. Эксперимент нәтижелерін статистикалық өңдеу, зерттелетін белгілердің мінез-құлқының математикалық моделін құру.

Өңдеу қажеттілігі қалған нәтижелерге қарамастан жекелеген мәліметтерді іріктеп талдау немесе оларды дұрыс өңдеу практикалық ұсыныстардың құндылығын төмендетіп қана қоймай, қате тұжырымдарға әкелуі мүмкін екендігіне байланысты. Нәтижелерді өңдеу мыналарды қамтиды:

· берілген статистикалық сенімділік үшін орташа мәннің сенімділік интервалын және шығыс параметрлерінің (эксперименттік деректер) мәндерінің дисперсиясын (немесе стандартты ауытқуын) анықтау;
Әрі қарай талдаудан күмәнді нәтижелерді болдырмау үшін қате мәндердің (шығыс мәндердің) жоқтығын тексеру. Таңдау кездейсоқ шаманың таралу заңына және шектен шыққан шама түріне байланысты арнайы критерийлердің біріне сәйкестігі үшін жүргізіледі;
Эксперименттік мәліметтердің бұрын енгізілген тарату заңына сәйкестігін тексеру. Осыған байланысты таңдалған эксперименттік жоспар және нәтижелерді өңдеу әдістері бекітіліп, математикалық модельді таңдау көрсетіледі.

Математикалық модельді құру зерттелетін өзара байланысты кіріс және шығыс параметрлерінің сандық сипаттамаларын алу қажет жағдайларда орындалады. Бұл жуықтау есептері, яғни эксперименттік мәліметтерге жақсы сәйкес келетін математикалық тәуелділікті таңдау. Осы мақсаттар үшін бір (сызықтық тәуелділік, регрессия сызығы) немесе бірнеше (сызықты емес тәуелділіктер) кеңейту мүшелерін (Фурье, Тейлор қатарлары) сақтай отырып, қажетті функцияны қатарда кеңейтуге негізделген регрессия модельдері пайдаланылады. . Регрессия сызығын орнату әдістерінің бірі кеңінен қолданылатын ең кіші квадраттар әдісі болып табылады. Факторлардың немесе шығыс параметрлерінің өзара байланысының дәрежесін бағалау үшін сынақ нәтижелерінің корреляциялық талдауы жүргізіледі. Өзара байланыстылық өлшемі ретінде корреляция коэффициенті қолданылады: тәуелсіз немесе сызықты емес тәуелді кездейсоқ шамалар үшін ол нөлге тең немесе жақын, ал оның бірлікке жақындығы айнымалылардың толық өзара байланысын және сызықтық қатынастың бар екендігін көрсетеді. олардың арасында.

Кесте түрінде берілген эксперименттік мәліметтерді өңдеу немесе пайдалану кезінде аралық мәндерді алу қажеттілігі туындайды. Ол үшін сызықтық және сызықтық емес (көпмүшелік) интерполяция (аралық мәндерді анықтау) және экстраполяция (мәліметтерді өзгерту интервалынан тыс болатын мәндерді анықтау) әдістері қолданылады.

7. Алынған нәтижелерді түсіндіру және оларды қолдану бойынша ұсыныстарды тұжырымдау, эксперимент жүргізу әдістемесін нақтылау.

Психологияда қолданылатын нақты жоспарларды сипаттауға кіріспес бұрын, эксперименттік схемаларды құру негіз болатын принциптерді тізіп береміз.

1. Тәжірибе бірнеше NP шарты болған жағдайда ғана мүмкін болады. НП әрекетінің нәтижесі туралы қорытынды әртүрлі жағдайларда («бақылау» және «эксперименттік», «белсенді» және «пассивті») немесе берілген мәнге сәйкес ерекшеленетін бірнеше жағдайларда КП көрсеткіштерін салыстыруға негізделген. критерий).
2. Айнымалыларды бекіту және өлшеу Стивенс ұсынған шкалалардың жіктелуінде жүзеге асырылады: атаулар, реттілік, интервалдар және қатынас. Айнымалының түрі (оқу кластары, жарық нүктесінің жарықтығының градациялары және т.б.) оны өлшеу әдісін (сапалық немесе сандық деңгейде) анықтамайды. Әдетте, «сандық» эксперимент дәл NP сандық түрде өлшенетін эксперимент деп аталады.
3. Эксперимент ОП деңгейлерін функционалдық бақылау жағдайында ғана мүмкін болады. Бұл физикалық ынталандыру сипаттамаларын өзгерту, жағдайларды (және жағдайларды) басқару немесе топтардың құрамын таңдау арқылы бақылау болуы мүмкін. Экспериментте әдетте топты теңестіру стратегиялары пайдаланылады және эквивалентті топтардың субъектілері әртүрлі эксперименттік жағдайларға түседі. Топтардың теңсіздігін қамтамасыз ету NP белгілеу тәсілі ретінде (жынысы, жасы, тұлғалық ерекшеліктері және т.б.) квазиэксперимент немесе бақылау нысандарына шектеулермен эксперимент түрінде өтеді. Егер NP өзгерістері зерттеушіге тәуелді болмаса, бірақ «дайын» қабылданса (мысалы, психодиагностиканың нәтижелері ретінде), онда зерттеуші НР көрсеткіштерін анықтайтын таңдалған NP екеніне сенімді бола алмайды. .
4. Факторлық (көп нұсқалы) эксперименттер, оның ішінде бірден көп НП бақылауы бір НП бар бастапқы жоспарлардың комбинациялары, қайталануы (қайталануы) және басқа модификациялары ретінде құрастырылады. Деректерді өңдеудің статистикалық әдістері жеке айнымалылар арасындағы өзара әрекеттесуді болжауы да, жоққа шығаруы да мүмкін.
5. Енгізілген эксперименттік әсер, тіпті субъектілер шарттардағы айырмашылықты қабылдамаған жағдайда да жоспарларда немесе схемаларда NP ретінде пайда болады. Көбінесе, тәжірибеден кейін ғана шарттарды манипуляциялауды «әсер» деп санауға бола ма, әлде NP функционалдық бақылауы осы айнымалының әрекетіне әкелмейтіні туралы қорытынды жасалады.

Тақырып 6 Экспериментті жоспарлау әдістері .

Экспериментті жоспарлау не үшін қажет?

Кез келген жоспарлау сияқты, ол (1) процестің көлемін азайтуға (бұл жағдайда эксперименттің көлемін) және (2) нәтижелердің дәлдігін арттыруға мүмкіндік береді.

Статистикалық экспериментті жоспарлау әдістері деп аталатын факторлық кеңістіктегі нүктелердің реттелген жоспарын пайдалануға негізделген жоспарлау матрицасы(МП).

Жоспар құру кезеңдері

I кезең .

Кез келген эксперименттік жоспарды құру кезінде бірінші қадам - бұл ЭКСПЕРИМЕНТТЫҚ ЖАҒДАЙЛАРДЫ ТАҢДАУмыналарды қамтиды:

(1) тәжірибе аймағы (жалпы өлшеу шегі);

(2) зерттелетін факторлардың негізгі деңгейі;

(3) зерттелетін факторлардың өзгеру аралығы;

(4) факторларды бекіту дәлдігі.

(1) Таңдау кезінде тәжірибе аймақтарыескеру:

а) факторлардың физикалық табиғатына байланысты деңгейлерінің шектеулері (мысалы: материалдың созылу беріктігі, балқу температурасы және т.б.), қолданылатын жабдық (машина беруінің шекті мәндері, жылдамдықтар және т.б.) , техникалық-экономикалық көрсеткіштер (қарастырулар) .

b) ұқсас, бұрын жасалған зерттеулерде алынған априорлық ақпарат.

(2) Таңдау негізгі деңгейфактор X 0 i зерттелетін (әйтпесе, нөл

ұпай) шешілетін мәселеге байланысты. Егер тәжірибенің міндеті процесті (интерполяция) сипаттау болса, онда бұл фактордың өзгеру интервалының ортасы нөлдік нүкте ретінде қабылданады. Белгілі бір параметр үшін оңтайландыру есептері кезінде нөлдік нүкте оптималды параметрді қамтамасыз ететін позицияға мүмкіндігінше жақын орналасуы керек, яғни алдын ала эксперименттердің негізінде ең жақсы мән таңдалады.

(3) Таңдау кезінде вариация аралығыфактордың деңгейі (J i), «жоғарыдан» және «төменнен» шектеулер ескеріледі. Фактор деңгейі бекітілген қате «төменгі» шектеу болып табылады. Анықтау аймағының шегі – жоғарғы шекті белгілейді: егер J i факторды анықтау аймағының 10%-дан аспаса, ол тар, 30%-дан көп емес – орташа, ал басқа жағдайларда – кең деп саналады. Әдетте, фактор деңгейлері (жоғарғы және төменгі) нөлдік нүктеге қатысты симметриялы таңдалады. Сонымен, J i - фактордың негізгі деңгейлерінің арасындағы қашықтық.

Жоспарлау матрицасын (МП) құрастыру кезінде фактордың кодталған мәндері жазылады. X 0 +J i-ге тең фактордың жоғарғы деңгейі +1, X 0 -J i-ге тең төменгі деңгей -1, ал негізгі (X 0) сәйкесінше нөлге тең деп белгіленеді. МП-дегі әрбір баған баған векторы деп аталады, ал МП-дегі әрбір жол сәйкесінше жол векторы деп аталады.

(4) Факторларды бекіту дәлдігіолардың тәжірибе кезіндегі тұрақтылығымен және аспаптардың дәлдігімен анықталады. Өлшеу 1%-дан аспайтын қателікпен, орташа – 5%-дан көп емес, төмен – 10%-дан жоғары қателікпен жүргізілсе, дәлдік жоғары деп саналады.

II.кезең.

Жоспардың екінші кезеңі ЖОСПАРЛАУ ӘДІСІН ТАҢДАУ, ол: (1) бақыланатын факторлардың санына, (2) эксперимент тапсырмасына, (3) әрбір фактордың үлесінің маңыздылығы туралы априорлық ақпаратқа, (4) эксперименттің экономикалық шығындарына байланысты.

Жоспарлардың классификациясы (жоспарлау әдістері)

Жоспарларды сәйкес жіктеуге болады эксперименттің факторлылығынан.

1. Жоспарларға бір факторлы эксперимент жатады :

1.1. Кезекті жоспар (СП);

1.2. Рандомизацияланған жоспар (RP);

2. Жоспарлар көп нұсқалы эксперимент , мақсаты бірінші немесе екінші дәрежелі көпмүше түріндегі процесс моделін табу болып табылады, олар сәйкесінше бірінші немесе екінші ретті жоспарлар деп аталады.

2.1. Жоспарларға бірінші тапсырысбайланыстыру:

2.1.1. Толық факторлық дизайн (FFP);

2.1.2. Бөлшек факторлық дизайн (DFP);

2.1.3. Кездейсоқ баланс жоспары (RPB).

2.2. Жоспарларға екінші реттібайланыстыру:

2.2.1. Ортогональды орталық композиция жоспары (OCCP);

2.2.2. Айналмалы орталық композициялық жоспар (RTsKP).

I. Бір факторлы эксперименттің жоспарлары .

1.1. Кезекті жоспар (SP)

PP мәнібұл әрбір қадамнан (эксперименттен) кейін нәтижелерге талдау жасалып, оның негізінде алдағы жұмыс барысы туралы шешім қабылданады.

жағдайларда PP қабылданады: (1) эксперимент қайталанбайтын кезде (сынама эксперимент нәтижесінде жойылғанда); (2) зерттеу объектісінде тек тұрақты реттілікпен деректерді алу арқылы анықталатын белгілер болған кезде (Мыс. Тәуелділік: бөлік өлшемі ( сағ) / машинаның жұмыс уақыты ( X). Бұл тәуелділікті анықтау жабдықты реттеу арасындағы уақытты орнату үшін қажет); (3) егер эксперименттің ұзақтығы, құны немесе күрделілігі рандомизацияланған дизайн сәйкес келмейтіндей болса.

1.2. Кездейсоқ жоспар (RP)