Презентация Эксперимент. Принципы теории планирования эксперимента. Классификация и виды экспериментов онлайн

Содержание слайда: Эксперимент

Содержание слайда: Что такое эксперимент?

Содержание слайда: Эксперимент Эксперимент - наблюдение в специально создаваемых и контролируемых условиях, что позволяет восстановить ход явления при повторении условий. Эксперимент, как правило, осуществляется на основе теории или гипотезы, определяющих постановку задачи и интерпретацию результатов. Эксперимент - 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.

Содержание слайда: Общие черты эксперимента – это необходимость… контролировать любой эксперимент, т.е. исключать влияние внешних переменных, не принятых исследователем по тем или иным причинам к рассмотрению; определять точность измерительных приборов и получаемых данных; уменьшать до разумных пределов число переменных в эксперименте;

Содержание слайда: составлять план проведения эксперимента, наилучший с той или иной точки зрения; проверять правильность полученных результатов и их точность; выбирать способ обработки экспериментальных данных и форму представления результатов; анализировать полученные результаты и давать их интерпретацию в терминах той области, где эксперимент проводится

Содержание слайда: Принципы теории планирования эксперимента стремление к минимизации общего числа опытов; одновременное варьирование всеми переменными, определяющими процесс, по специальным правилам – алгоритмам; использование математического аппарата, формализующего многие действия экспериментатора; выбор четкой стратегии, позволяющей принимать обоснованное решение после каждой серии экспериментов.

Содержание слайда: Классификация экспериментов

Содержание слайда: Виды экспериментов?

Содержание слайда: По способу формирования условий: естественные искусственные

Содержание слайда: По условиям проведения: 1) лабораторный 2) естественный 3) исследовательский 4) проверочный 5) воспроизводящий

Содержание слайда: По основной цели: преобразующие констатирующие контролирующие поисковые решающие

Содержание слайда: По основной цели: По основной цели: преобразующие - предполагает активное изменение структуры и функций изучаемого объекта, преднамеренное создание условий, которые должны способствовать появлению его новых качеств констатирующие - представляет собой процедуру проверки какого-либо исходного предположения; целью данного эксперимента является фиксация наличия или отсутствия определенных свойств, отношений, эффектов, состояний и т.п. контролирующие - решает задачу обеспечения контроля над изучаемым объектом, управления объектом с помощью воздействующих факторов с одновременным изучением изменений его состояния в зависимости от воздействия поисковые - не имеет всецело систематического характера; часто он является лишь начальной стадией в серии экспериментальных исследований. Проводится в тех ситуациях, когда недостаточно известен комплекс факторов, влияющих на изучаемый объект. Поэтому такой эксперимент носит разведывательный, предварительный характер. решающие - В этом случае решающим экспериментом становится такой, результаты которого однозначно свидетельствуют в пользу одной теоретической системы и опровергают альтернативную ей систему.

Содержание слайда:

Содержание слайда: По характеру исследуемого объекта физические: химические биологические психологические социальные эксперименты

Содержание слайда: По структуре изучаемых объектов и явлений: простые сложные По характеру внешних воздействий на объект исследования:   вещественные энергетические информационные По характеру взаимодействия средства экспериментального исследования с объектом исследования: обычный (прямой) модельный

Содержание слайда: По типу моделей, исследуемых в эксперименте: материальный мысленный По контролируемым величинам: пассивный активный

Содержание слайда: По числу варьируемых факторов: однофакторный многофакторный По характеру изучаемых объектов или явлений: технологические социометрические

Содержание слайда: По методу и результатам исследования Качественный эксперимент - предпринимается 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. 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 математической обработке.

Содержание слайда: По самому методу осуществления статистические нестатистические 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. 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.

Содержание слайда: Планирование эксперимента План проведения каждого конкретного эксперимента обладает своими специфическими чертами и особенностями. Не существует единого шаблона или схемы, с помощью которых можно было бы строить эксперимент для решения любой проблемы в любой отрасли экспериментальных наук. Можно наметить только общую стратегию и дать некоторые общие рекомендации по построению и планированию эксперимента.

Содержание слайда: Для проведения необходимо: разработать гипотезу, подлежащую проверке; создать программы экспериментальных работ; определить способы и приемы вмешательства в объект исследования; обеспечить условия для осуществления процедуры экспериментальных работ; разработать пути и приемы фиксирования хода и результатов эксперимента (приборы, установки, модели и т.п.); обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом

Содержание слайда: Методика проведения эксперимента Методика – это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в определенной последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследования. Методика включает: проведение предварительного целенаправленного наблюдения над изучаемым объектом или явлением с целью определения исходных данных (гипотез, выбора варьирующих факторов); создание условий, в которых возможно экспериментирование (подбор объектов для экспериментального воздействия, устранение влияния случайных факторов); определение пределов измерений;

Содержание слайда: систематическое наблюдение за ходом развития изучаемого явления и точные описания фактов; проведение систематической регистрации измерений и оценок фактов различными средствами и способами; создание повторяющихся ситуаций, изменение характера условий и перекрестные воздействия, создание усложненных ситуаций с целью подтверждения или опровержения ранее полученных данных; переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям, к анализу и теоретической обработке полученного фактического материала.

Содержание слайда: Статистические требования к результатам требование эффективности оценок, т.е. минимальность дисперсии отклонения относительно неизвестного параметра; требование состоятельности оценок, т.е. при увеличении числа наблюдений оценка параметра должна стремиться к его истинному значению; требование несмещенности оценок – отсутствие систематических ошибок в процессе вычисления параметров. ! Совместимость требований

Содержание слайда: Модель объекта исследования как черный ящик

Содержание слайда: Требования ко всей системе факторов отсутствие корреляции между любыми двумя факторами - возможность установления какого-либо фактора на любой уровень, вне зависимости от уровней других факторов (требование некоррелированности не означает, что между факторами нет никакой связи - достаточно, чтобы эта связь не была линейной). совместимость факторов. Несовместимость факторов возникает в том случае, если некоторые комбинации их значений, каждое из которых лежит внутри области определения, не могут быть осуществлены. Если в эти комбинации входят значения факторов, близкие к границам областей их определения, то устранение несовместимости производится просто сокращением областей. Если запрещенные значения лежат внутри областей, то устранение несовместимости производится расчленением задачи на части. !!! полнота факторов

Содержание слайда: Методы и способы измерений, погрешности измерений

Содержание слайда: Теория измерений Измерение – это нахождение искомой величины опытным путем с помощью специальных технических средств или методов. Суть измерения составляет сравнение измеряемой величины с известной величиной, принятой за единицу (эталон). Теорией и практикой измерения в технических науках занимается метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Содержание слайда: Классификация измерений Прямые измерения - искомую величину устанавливают непосредственно из опыта. Косвенные измерения – искомую величину устанавливают функционально от других величин, определенных прямыми измерениями. (определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению) Абсолютные измерения – это прямые измерения в единицах измеряемой величины. Относительные измерения представляют собой отношение измеряемой величины к одноименной величине, играющей роль единицы или измерения этой величины по отношению к одноименной, принимаемой за исходную. (измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 куб.м воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 куб.м воздуха при данной температуре. )

Содержание слайда: Классификация измерений При совокупных измерениях одновременно измеряются несколько одноименных величин, а искомую величину при этом находят путем решения системы уравнений. При совместных измерениях – одновременно проводят измерения неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.

Содержание слайда: Методы измерений Метод непосредственной оценки соответствует определению значения величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (например, измерение массы на циферблатных весах). При использовании метода сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями). При методе противопоставления осуществляется сравнение с мерой (измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами, как, например, при измерении массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и гирь на двух противоположных чашках весов).

Содержание слайда: Методы сравнения При нулевом методе результирующий эффект воздействия величины на прибор доводят до нуля (например, измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием). При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, производимой мерой (например, измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое является искомой величиной). При методе замещения измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гири на одну и ту же чашку весов). При методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряется с использованием совпадения отметок шкал или периодических сигналов (измерение частоты вращения тела стробоскопом).

Содержание слайда: Характеристика измерительных приборов Погрешность Чувствительность Точность Стабильность

Содержание слайда: 1) Погрешность Систематические погрешности Причины: недоброкачественные материалы, комплектующие изделия, применяемые для приготовления приборов; плохое качество изготовления приборов; неудовлетворительная эксплуатация и др. Факторы влияние: градуировка шкалы и периодическая проверка приборов. Случайные погрешности Факторы влияния: ошибки отсчета, параллакс, вариация и т.д. ! Необходимо рассматривать суммарные погрешности приборов.

Содержание слайда: 3 2) Чувствительность - способность отсчитывающего устройства реагировать на изменения измеряемой величины. Под порогом чувствительности прибора понимают наименьшее значение измеренной величины, вызывающее изменение показания прибора, которое можно зафиксировать. 3) Точность - характеризуется суммарной погрешностью. Средства измерения делятся на классы точности. Класс точности – это обобщенная характеристика, определяемая пределами основной и дополнительных допускаемых погрешностей, влияющих на точность.

Содержание слайда: 4) Стабильность (воспроизводимость прибора) – это свойство отсчетного устройства обеспечивать постоянство показаний одной и той же величины. Со временем в результате старения материалов стабильность показаний приборов нарушается. Все средства измерения проходят периодическую проверку на точность. Такая проверка предусматривает определение и по возможности уменьшение погрешностей приборов. Проверка позволяет установить соответствие данного прибора регламентированной степени точности и определяет возможность применения для данных измерений.

Содержание слайда: Ошибки при экспериментах Отсутствие программы Потеря важнейшего фактора Исследование влияния ряда взаимосвязанных факторов Отсутствие учета суммарной погрешности Необъективный перевод результатов из одной шкалы в другую Неточные записи результатов, потеря промежуточных результатов Формулировка логических выводов без статистических оснований