Експериме́нт () — сукупність дослідів, об'єднаних однією системою їх постановки, взаємозв'язком результатів і способом їх обробки. Унаслідок експерименту отримують сукупність результатів, які допускають їхню сумісну обробку і зіставлення.
Загальна характеристика Експеримент — дослід, спроба, які потребують підтвердження чи спростування, форма пізнання, один з основних методів наукового дослідження, в якому вивчення явищ відбувається в доцільно вибраних або штучно створених умовах, що забезпечують появу тих процесів, спостереження яких необхідне для встановлення закономірних зв'язків між явищами. Важливими характеристиками експерименту є його надійність та валідність.Чепа М.-Л. А., Бугаева Н. М. Проблемы обеспечения валидности эксперимента в условиях виртуальной среды / Экспериментальный метод в структуре психологического знания. — М.: «Институт психологии РАН», 2012. ISBN 978-5-9270-0248-1.
Експеримент відрізняється від спостереження активною взаємодією з досліджуваним об'єктом. Зазвичай, експеримент проводиться в рамках наукового дослідження і слугує для перевірки гіпотези, встановлення причинно-наслідкових зв'язків між явищами. Експеримент є базою емпіричного підходу до знань. Критерій Поппера висуває можливість постановки експерименту як головної відмінності наукової теорії від псевдонаукової. Експеримент — це науковий метод дослідження, який повторюється в описаних умовах необмежену кількість раз і дає ідентичні результати.
Види експериментів
Класифікація експериментів:
За призначенням об'єкта експерименту: природничонаукові (хімічні, біологічні, фізичні), виробничі, педагогічні, соціологічні, економічні тощо. За характером зовнішніх впливів на об'єкт дослідження: речовинні, енергетичні, інформаційні. Речовинний експеримент передбачає вивчення впливу різних речовинних факторів на стан об'єкта дослідження, наприклад, вплив різних домішок на якість сталі. Енергетичний експеримент використовують для вивчення впливу різних видів енергії (електромагнітної, механічної, теплової тощо) на об'єкт дослідження. Інформаційний експеримент використовують для вивчення впливу інформації на об'єкт дослідження. За характером об'єктів та явищ, що вивчаються в експерименті: технологічні, соціометричні тощо. Технологічний експеримент спрямований на вивчення елементів технологічного процесу (продукції, обладнання, діяльності робітників тощо) або процесу в цілому. Соціометричний експеримент використовують для вимірювання існуючих міжособистісних соціально-психологічних відносин у малих групах з метою їх подальшої зміни. За структурою об'єктів та явищ, що вивчаються в експерименті: прості та складні. Простий експеримент використовують для вивчення простих об'єктів, які мають у своєму складі невелику кількість взаємозв'язаних та взаємодіючих елементів, що виконують прості функції. У складному експерименті вивчаються явища або об'єкти з розгалуженою структурою та великою кількістю взаємозв'язаних та взаємодіючих елементів, що виконують складні функції. За способом формування умов проведення експерименту: природні та штучні. Природні експерименти характерні для біологічних, соціальних, педагогічних, психологічних наук, наприклад, при вивченні соціальних явищ (соціальний експеримент) в обставинах, наприклад, виробництва, побуту тощо. Штучні експерименти широко використовують у багатьох природничонаукових або технічних дослідженнях. У цьому випадку вивчаються явища, що ізольовані до потрібного стану, для того щоб оцінити їв в кількісному та якісному відношеннях. За організацією проведення експерименту: лабораторні, натурні, польові, виробничі, відкриті або закриті тощо. Лабораторні досліди проводять з використанням типових приладів, спеціальних моделюючих установок, стендів, обладнання тощо. Натурний експеримент проводиться в природних умовах та на реальних об'єктах. Залежно від місця проведення натурні експерименти поділяють на виробничі, польові, полігонні тощо. Експерименти можуть бути відкритими та закритими. Такі типи експериментів значно поширені в психології, соціології, педагогіці. У відкритому експерименті його завдання відкрито пояснюються тим, хто досліджується, у закритому — для одержання об'єктивних даних завдання експерименту приховуються. За характером взаємодії засобу експериментального дослідження з об'єктом дослідження: звичайні та модельні. Звичайний (класичний) експеримент включає експериментатора, об'єкт або предмет експериментального дослідження та засоби, за допомогою яких проводиться експеримент. Модельний експеримент базується на використанні як об'єкта, що досліджується, моделі, яка може не тільки заміщувати в дослідженні реальний об'єкт, але і умови, в яких він вивчається. За типом моделей, що досліджуються в експерименті: матеріальні та розумові. Матеріальний експеримент є формою об'єктивного матеріального зв'язку свідомості з зовнішнім світом. У матеріальному експерименті використовують матеріальні об'єкти дослідження. Розумовий (ідеалізований, уявний) експеримент є однією з форм розумової діяльності суб'єкта, у процесі якої в його уяві відтворюється структура реального експерименту, тобто засобами розумового експерименту є розумові моделі (чуттєві образи, образно-знакові моделі, знакові моделі). За величинами, що контролюються в експерименті: пасивні та активні. Пасивний експеримент передбачає вимірювання тільки вибраних показників (параметрів, змінних) в результаті спостереження за об'єктом без втручання в його функціонування. Активний експеримент пов'язаний з вибором спеціальних вхідних сигналів (факторів) та контролює вхід та вихід системи, що досліджується. За числом факторів, що варіюються в експерименті: однофакторні та багатофакторні. Однофакторний експеримент передбачає: виділення необхідних факторів; стабілізацію факторів, що заважають; почергове варіювання факторів, що цікавлять дослідника. Стратегія багатофакторного експерименту полягає в тому, що варіюються всі змінні відразу, і кожний ефект оцінюється за результатами всіх дослідів, що були проведені в даній серії досліджень. За метою дослідження: перетворюючі, констатуючі, контролюючі, пошукові, вирішальні. Перетворюючий (творчий) експеримент включає активну зміну структури та функцій об'єкта дослідження відповідно до висунутої гіпотези, формування нових зв'язків та відносин між компонентами об'єкта або між досліджуваним об'єктом та іншими об'єктами. Констатуючий експеримент використовують для перевірки відповідних передбачень. У процесі такого експерименту констатується наявність визначеного зв'язку між впливом на об'єкт дослідження та результатом. Контролюючий експеримент зводиться до контролю за результатами зовнішніх впливів на об'єкт дослідження з урахуванням його стану, характеру впливу та ефекту, що очікується. Іноді виникає необхідність провести пошукові експериментальні дослідження. Вони необхідні в тому випадку, якщо виникають труднощі в класифікації всіх факторів, що впливають на явище, яке вивчається внаслідок відсутності достатньої кількості попередніх даних. Вирішальний експеримент ставиться для перевірки справедливості основних положень фундаментальних теорій у тому випадку, коли дві або декілька гіпотез однаково узгоджуються з багатьма явищами. Така узгодженість призводить до труднощів у визначеності правильності гіпотез. Вирішальний експеримент відповідає на питання «так чи ні?».
При моделюванні фізичного об'єкта розрізняють пасивний експеримент та активний експеримент.
Пасивний експеримент
Пасивний експеримент — експеримент, при якому інформація про досліджуваний об'єкт накопичується шляхом пасивного спостереження, тобто інформацію отримують в умовах звичайного функціонування об'єкта.
При пасивному експерименті існують лише фактори у вигляді вхідних контрольованих, але некерованих змінних, і експериментатор перебуває в становищі пасивного спостерігача. Завдання планування в цьому випадку зводиться до оптимальної організації збору інформації та вирішення таких питань, як вибір кількості та частоти вимірювань, вибір методу обробки результатів вимірювань.
Найчастіше метою пасивного експерименту є побудова математичної моделі об'єкта, яка може розглядатися або як добре, або як погано організований об'єкт. У добре організованому об'єкті мають місце певні процеси, в яких взаємозв'язку вхідних і вихідних параметрів встановлюються у вигляді детермінованих функцій. Тому такі об'єкти називають детермінованими. Погано організовані або дифузні об'єкти являють собою статистичні моделі. Методи дослідження з використанням таких моделей не вимагають детального вивчення механізму процесів і явищ, що протікають в об'єкті.
Прикладом пасивного експерименту може бути аналіз роботи схеми, яка не має входів, тільки виходи, і вплинути на її роботу неможливо. Хорошим прикладом пасивного експерименту з дифузним об'єктом є вимірювання метеорологічних параметрів (температури, швидкості вітру і т. д.) при природних катаклізмах.
Активний експеримент
Активний експеримент — метод емпіричного дослідження, що базується на активному та цілеспрямованому впливі суб'єкта на досліджуваний об'єкт шляхом створення контрольованих та керованих умов і фіксації реакції об᾽єкта на цей вплив.
Активний експеримент дозволяє швидше й ефективніше вирішувати завдання дослідження, але складніший, вимагає великих матеріальних витрат і може перешкодити нормальному ходу технологічного процесу. Іноді відсутня можливість проведення активного експерименту (наприклад, при дослідженні явищ природи). Проте, враховуючи переваги активного експерименту, тоді, коли це можливо, перевагу віддають йому. При активному експерименті фактори повинні бути керованими і незалежними.
Активний експеримент припускає можливість впливу на хід процесу. При плануванні активного експерименту вирішується завдання рейтингового вибору факторів, що істотно впливають на об'єкт дослідження, і визначення відповідного числа проведених дослідів. Збільшення числа включених у розгляд чинників призводить до різкого зростання числа дослідів, зменшення — до істотного збільшення похибки досліду. Фактор вважається заданим тільки тоді, коли при його виборі вказується його область визначення — сукупність значень, які може приймати цей фактор. В експерименті використовують обмежену частину області визначення. Вибрані фактори повинні бути однозначно керованими і операційним, тобто піддаються регулюванню з підтриманням на заданому рівні протягом всього досвіду при дотриманні послідовності необхідних для цього дій. Повинна бути призначена також точність вимірювання факторів у вибраному діапазоні вимірювання.
Сукупності факторів повинні відповідати вимогам сумісності і незалежності. Дотримання першої вимоги означає, що всі комбінації факторів здійсненні і безпечні, друге — можливість встановлення фактору на будь-якому рівні незалежно від рівнів інших факторів.
В сучасних експериментальних дослідженнях технологічних процесів широко застосовується планування експерименту.
Методологія експериментальних досліджень Методологія експерименту — це загальна структура (методика) експерименту, тобто постановка та послідовність виконання експериментальних досліджень.
Експеримент включає такі основні етапи:
розроблення плану — програми експерименту; оцінку вимірювання та вибір засобів для проведення експерименту; проведення експерименту; обробку та аналіз експериментальних даних.
Наведена кількість етапів характерна для традиційного експерименту. Разом з цим останнім часом широко використовують математичну теорію експерименту, яка дозволяє значно підвищити точність та зменшити обсяг експериментальних досліджень.
У цьому випадку експеримент включає такі етапи: розроблення плану — програми експерименту; оцінку вимірювання та вибір засобів для проведення експерименту; математичне планування експерименту з одночасним проведенням експериментального дослідження, обробкою та аналізом одержаних даних.
Етапи експериментального дослідження