Експериментальні методи дозволяють глибоко вивчити процеси точності технології експерименту і сконцентрувати увагу на тих параметрах процесу, які представляють найбільший інтерес. При експериментальному методі кожний конкретний процес повинен бути досліджений самостійно. Вони дозволяють встановити часткову залежність між окремими змінними в строго визначених інтервалах їх зміни. Аналіз змінних характеристик за границями цих інтервалів може привести до спотворення залежності, до грубих помилок.
Таким чином і аналітичні і експериментальні методи мають свої переваги і недоліки, які часто ускладнюють ефективний розв’язок практичних задач. Тому, дуже корисно поєднувати позитивні сторони аналітичних і експериментальних методів дослідження.
Експериментальне дослідження – спосіб дослідження в основі якого лежить експеримент, який являє собою науково поставлений дослід або спостереження явища в точно заданих умовах, слідкувати за його ходом, керувати ним, відновлювати його кожний раз при повторюванні цих умов.
Основна мета експерименту – перевірка теоретичних положень (підтвердження робочої гіпотези), а також більш широке і глибоке вивчення теми наукового дослідження.
Експеримент повинен бути проведений в найкоротший строк з мінімальною затратою матеріальних і грошових достатків при самій високій якості отриманих результатів.
Експерименти бувають природні і штучні.
Природні експерименти характерні для соціальних явищ в умовах, наприклад виробництва, побуту, тощо.
Штучнийексперимент широко застосовується в багатьох галузях і в першу чергу в технічних науках.
Пошукові експерименти дослідження проводиться при затрудненому класифікуванні факторів, які впливають на явище, що вивчається внаслідок відсутності достатніх попередніх даних. На основі попереднього експерименту будується програма досліджень по повній програмі.
Експерименти дослідження поділяються на лабораторні і виробничі.
Лабораторні досліди проводяться із застосуванням приладів, спеціальних моделюючих пристроїв, стендів, обладнання, тощо. Ці дослідження дозволяють найбільш повно і доброякісно вивчити вплив одних характеристик при варіюванні інших. Проте, такі експерименти не завжди повністю моделюють хід процесу, що вивчається.
Педагогічний експеримент є своєрідним комплексом методів дослідження, який забезпечує науково- об’єктивну і доказову перевірку, правильно обґрунтованої на початку дослідження, гіпотези. Він дозволяє перевірити ефективність тих або інших нововведень в область навчання і виховання.
Педагогічний експеримент вимагає від дослідника високої методологічної культури, старанної розробки його програми і надійного критеріального апарату, який дозволяє фіксувати ефективність освітньо-виховного процесу.
В педагогіці виділяють декілька основних видів експерименту. Перш за все розрізняють природний і лабораторний. Природний проводиться в звичайних умовах навчання.
У випадку лабораторного експерименту виділяються експериментальні групи в яких дається нова методика, індивідуальні і групові навчання і спостерігається за їх ефективністю.
В психолого-педагогічних дослідженнях виділяють констатуючий і формуючий експерименти. В першому випадку педагог-дослідник експериментальним шляхом установлює тільки стан педагогічної системи, яка вивчається, констатує факт зв’язку, залежності між явищами. У випадку, коли педагог-дослідник застосовує спеціальну систему заходів, спрямованих на формування у студентів визначених особистих якостей, покращення їх навчання, трудової діяльності говорить вже про формуючий експеримент.
Виробничі експериментальні дослідження мають мету вивчити процес в реальних умовах з врахуванням дії різних випадкових факторів виробничого середовища. Наприклад, для вивчення процесів деформації і руйнування конструкцій доріг створюють спеціальні експедиції, які обстежують конструкції в осінні і весняні періоди підвищеної вологості. Цінність зібраних матеріалів, які оформлені за стандартами полягає в тому, що вони систематизовані за багато років і по єдиній методиці. Для обробки таких даних застосовують методи статистики і теорію ймовірності.
У виробничому експерименті можна застосувати метод анкетування. Для вивчення процесу складають старанно продуману методику. Основні дані збирають методом опитування виробничих організацій за попередньо складеною анкетою. До результатів анкетних даних необхідно віднести з особливою ретельністю, оскільки вони не завжди є правдивими.
Перш ніж приступити до експериментальних досліджень необхідно розробити методологію експерименту.
Методологія експерименту – це загальні принципи, структура експерименту, його постановка і послідовність виконання експериментальних досліджень. Методологія експерименту складається з таких основних етапів:
- розробка плану-програми експерименту;
- оцінка вимірювання і вибір засобів для проведення експерименту;
- обробка і аналіз експериментальних даних, встановлення адекватності.
Поряд з цим застосовують математичні теорію експерименту, за допомогою якої можна збільшити точність і зменшити об’єм експериментальних досліджень. В такому випадку методологія експерименту включає такі етапи:
- розробка плану-програми експерименту;
- математичне планування експерименту з одночасним проведенням експериментального дослідження;
- обробка і аналіз отриманих даних.
План-програма включає назву теми, необхідних матеріалів, приладів, обладнання, список виконуючих експеримент, календарний план робіт і кошторис на виконання експерименту. Якщо необхідно виконати прилад, апарат, методичне забезпечення. А також програми дослідних робіт на заводах, будівництві, тощо.
Основу плану-програми складає методика експерименту.
Методика – це система прийомів або способів для послідовного, найбільш ефективного експериментального дослідження і включає:
- мету і задачі експерименту;
- вибір варіюючи факторів;
- обґрунтування засобів і необхідної кількості вимірів;
- описування проведення експерименту;
- обґрунтування способів обробки і аналізу результатів експерименту.
Визначення мети і задачі експерименту є одним із найбільш важливих етапів. На основі аналізу інформації, гіпотези і теоретичних розробок обгрунтовують мету і задачі.
Вибір варіюючих факторів – це встановлення основних і другорядних характеристик, які впливають на процес, що досліджується, встановлюють залежність між цими факторами. Основним принципом встановлення степені важливості характеристики є її роль в досліджуваному процесі. Для цього вивчають процес в залежності від якої-небудь однієї змінної при останніх constant, тоді коли змінних характеристик мало (1-3), якщо ж змінних величин багато використовують принцип багатофакторного аналізу.
Обґрунтування засобів вимірювання – це вибір необхідних для спостереження і вимірювання приладів, обладнання, машин, апаратів тощо. В першу чергу використовують стандартні прилади, які випускаються серійно, робота на яких регламентується інструментами, ГОСТами та іншими офіційними документами. Методи вимірювання повинні базуватися на законах метрології.
При експериментальному дослідженні одного і того ж процесу (спостереження, вимірювання) повторні відліки на приладах, як правило, не однакові. Відхилення пояснюється різними причинами: неоднорідність властивостей предмету, що вивчається; недосконалістю приладів і класом їх точності. Це вимагає повторних вимірів. Необхідно визначити необхідну, але мінімальну кількість вимірів, які забезпечили б в даному досліді стійке середнє значення величини, що вимірюють, і задовольняло б задану степінь точності. Це дасть змогу забезпечити отримання найбільш об’єктивних результатів при мінімальних затратах часу і засобів.
В методиці докладно проектують процес проведення експерименту:
- складають послідовність проведення операцій спостереження і вимірювання;
- описують кожну операцію;
- розробляють форми журналів для записів результатів експерименту;
- вибирають методи обробки і аналізу експериментальних даних;
- приділяють велику увагу математичним методам обробки і аналізу дослідних даних – встановлення емпіричних залежностей, апроксимацію зв’язків між варіюючи ми характеристиками знаходження критеріїв та надійних інтегралів тощо;
- визначають об’єм і трудомісткість експериментальних досліджень, які залежать від глибини теоретичних розробок і степені точності прийнятих засобів вимірювання.
Можливі три випадки проведення експерименту.
1. Теоретично одержана аналітична залежність, яка однозначно визначає процес, що досліджується.
2. Теоретичним шляхом встановлений характер залежності. Об’єм експерименту зростає.
3. Теоретично не вдалося отримати які-небудь залежності. Необхідно провести пошуковий експеримент. Можна використати метод математичного планування експерименту.