5.(10.10.2007.).doc
ГЛАВА 5. Основные принципы организации и первичной обработки данных эксперимента5.1 Общие положения, эффективность эксперимента
Для получения необходимой информации о свойствах и параметрах моделируемых систем требуется осуществление процедур отбора и тщательного изучения фактов. Основным инструментом при этом являются наблюдение и эксперимент.
Наблюдение было первым методом познания окружающего мира. По мере повышения уровня интеллектуальной деятельности и в ходе его развития пассивное наблюдение превращалось в активное, направленное на установление связей между явлениями.
Основным методом эмпирического познания стал эксперимент, т.е. совокупность операций и, в случае необходимости, воздействий на изучаемый объект, выполняемых для получения информации о нём на основе результатов опытов.
Опыт – это осуществление определённого воздействия на объект и регистрация получаемого результата. Независимые переменные, т.е. входы изучаемого объекта Х – факторы. Они могут принимать определённые значения, которые называют их уровнями. Они оказывают влияние на выходы изучаемого объекта Y , т.е. величина изучаемого выходного параметра Y является результатом воздействия факторов на моделируемый объект. Задачу исследования необходимо сформулировать так, чтобы Y оценивался числом.
Сложилось представление о стратегиях так называемых пассивного и активного экспериментов. При пассивном эксперименте значения факторов в каждом опыте регистрируются, но не задаются. То есть, пассивный эксперимент предполагает наблюдение за опытами и регистрацию значений входов и выходов изучаемого объекта без вмешательства в течение происходящих в них процессов.
Пассивный эксперимент может быть однофакторным либо многофакторным. При однофакторном эксперименте изучают влияние на объект только одного фактора Х либо поочерёдно изучают влияние каждого из k факторов (Х 1 , Х 2 … Х k ) при стабилизации значений всех остальных (k – 1) независимых переменных на определённых уровнях. Многофакторный эксперимент предполагает изменение в каждой серии опытов всех изучаемых факторов и регистрацию результатов влияния их значений на выходной параметр Y . При этом удаётся установить взаимодействие факторов и повысить эффективность эксперимента при большом количестве независимых переменных.
Что понимают под эффективностью эксперимента? Эффективным признаётся такой эксперимент, в результате которого удаётся решить поставленную задачу с требуемой точностью, выполнив для этого наименьшее необходимое и достаточное количество опытов. Наиболее эффективным является стратегия активного эксперимента, который всегда является многофакторным (т.е. число факторов k ≥ 2) и поддаётся планированию. Однако и при пассивном экспериментировании многофакторный эксперимент бывает более эффективным по сравнению с однофакторным.
Рассмотрим простой пример – взвешивание трёх объектов A , B , C на аналитических весах. Традиционная схема взвешивания представлена в табл. 5.1.
Таблица 5.1.
| № опыта
| А | В | С | Результат взвешивания |
| 1 | 1 | 1 | 1 | y 0 |
| 2 | + 1 | 1 | 1 | y 1 |
| 3 | 1 | + 1 | 1 | y 2 |
| 4 | 1 | 1 | + 1 | y 3 |
«+1» – указывает, что объект взвешивания положен на весы;
«1» – указывает на отсутствие объекта на весах .
Согласно приведенной в табл. 5.1. схеме, сначала осуществляют холостое взвешивание для определения нулевой точки весов, затем поочередно взвешивают каждый из объектов. Масса каждого объекта оценивается по результатам двух опытов. Масса объекта A : A = y 1 – y 0 .
Масса объекта B: B = y 2 – y 0 .
Масса объекта C: C = y 3 – y 0 .
Тот же эксперимент может быть проведен по иной схеме, как показано в табл. 5.2.
Таблица 5.2.
| № опыта | А | В | С | Результат взвешивания |
| 1 | + 1 | 1 | 1 | y 1 |
| 2 | 1 | + 1 | 1 | y 2 |
| 3 | 1 | 1 | + 1 | y 3 |
| 4 | + 1 | + 1 | + 1 | y 4 |
Холостое взвешивание не производят. Масса объектов A , B , C будет определяться соотношениями:
;
;
.
Здесь числители получены путём умножения элементов последнего столбца на элементы столбцов A , B, C. При этом масса объекта А входит в числитель 2 раза, поэтому в знаменателе 2. Масса объекта A не искажена массами объектов B и C , так как масса каждого из них входит в формулу для массы A дважды и с разными знаками. То же имеет место при определении массы каждого из объектов B и C .
При новой схеме точность определения массы объектов в два раза больше при том же числе опытов, то есть при 4-х опытах. По первой схеме (табл. 5.1) взвешивания необходимо все четыре опыта повторить дважды, чтобы получить результаты с такой же точностью, как при новой схеме.
В первом случае эксперимент был поставлен так, что каждую массу получали лишь из двух взвешиваний, осуществляя практически однофакторный эксперимент. Вторую схему эксперимента можно назвать многофакторной, так как каждая масса вычисляется по результатам всех опытов, проведенных в данной серии эксперимента.
Пример со взвешиванием показывает, что даже в простых задачах можно с удивительной отчётливостью противопоставить менее эффективно организованный эксперимент более эффективному.
^ 5.2 Ошибки измерений при экспериментировании
При любой стратегии организации эксперимента регистрация результатов опытов предполагает осуществление измерений входов и выходов изучаемого объекта.
Измерения – это совокупность действий, выполняемых с помощью технических средств, цель которых – нахождение числовых значений измеряемых величин, выраженных в принятых единицах измерения.
При любых измерениях, как бы старательно они не выполнялись, какой бы точности приборы не применялись и какими бы надёжными методами не пользовались, всегда имеют место ошибки или, иначе, погрешности. В зависимости от закономерности появления все ошибки измерений можно разделить на три типа: систематические, грубые (промахи) и случайные.
Систематическими называются ошибки, которые остаются в процессе измерения постоянными или изменяются по определённому закону. К ним относятся ошибки, вызванные неправильным градуированием измерительного прибора, смещением его указателя или шкалы, влиянием температуры окружающей среды на измерительные приборы, другими причинами. Если систематические ошибки выявлены, то их влияние на результат измерения можно устранить или учесть внесением соответствующих поправок.
Промахи – это грубые ошибки, которые могут быть вызваны какими-то неправильными действиями экспериментатора (неправильный отсчёт показаний по шкале, ошибка при записи результатов измерений, пользование неправильно вычисленной ценой деления или постоянной прибора, неправильной записью мер, неправильной схемой включения приборов, использованием неисправных приборов и др.) и явно искажают результат измерений. Результаты измерений, которые имеют грубые ошибки или промахи, необходимо обнаружить и отбросить, а измерения, по возможности, повторить.
Случайные – это ошибки, неопределённые по величине и знаку, которые при повторных измерениях одной и той же величины в тех же условиях могут приобретать разные, положительные и отрицательные значения. Они вызываются многими независимо действующими причинами.
Результат всякого экспериментально определённого значения неизвестной величины является функцией двух независимых переменных, одна из которых – действительное значение искомой величины, а другая – ошибка её измерения. В соответствии с этим, при измерении какой-либо величины ставят две основные цели: получение результата, ближайшего к истинному значению измеряемой величины, и оценку точности измерения, то есть степени приближения результата к фактическому значению измеряемой величины.
Чтобы получить наиболее достоверный результат, нужно избавить его от влияния систематических ошибок, исключить грубые ошибки (промахи), а затем учесть влияние случайных ошибок.
При этом, чтобы ослабить влияние случайных ошибок на результат эксперимента, измерения величин повторяют несколько раз. Математическая обработка ряда повторных измерений одной и той же величины заключается в применении к этому ряду теории вероятности и методов математической статистики.
Для того, чтобы с наибольшей эффективностью, а главное, корректно использовать статистические методы для анализа результатов эксперимента, а полученную информацию – для синтеза математических (в частности, регрессионных) моделей, выполняют первичную (или предварительную) обработку экспериментальных данных. Процедура первичной обработки данных включает:
систематизацию данных;
определение диапазона изменения измеряемых величин;
нахождение числовых характеристик измеряемых величин;
определение погрешностей отдельных измерений, в том числе обнаружение грубых погрешностей;
интервальную оценку истинного значения измеряемых величин по полученным экспериментальным данным;
сравнение интервальных оценок измеряемых величин.
Поскольку все процедуры обработки экспериментальных данных основываются на принципах теории вероятностей и математической статистики, для читателей, ранее не изучавших эти дисциплины, в разделах 5.3. и 5.4. приведены элементы теории вероятностей и математической статистики.
«3. МЕТОДЫ ПОСТАНОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТА 3.1. Общие принципы В организации эксперимента центральное место принадлежит методике исследования – комплексу...»
3. МЕТОДЫ ПОСТАНОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Общие принципы
В организации эксперимента центральное место
принадлежит методике исследования – комплексу
специфических операций с подопытными животными.
Правильный выбор методики определяет успех эксперимента.
По своему существу опыты c животными являются сравнительными. В них сравнивают или действие различных факторов на животных определенной породы и конституции, или реакцию животных различных пород и конституций на определенный комплекс условий внешней среды. В первом случае главный методический принцип заключается в том, чтобы опытные группы животных по наследственным и конституциональным особенностям были максимально сходными, а изучаемые факторы в определенной мере различались. Во втором случае, наоборот, различия должны быть в самом составе опытных групп (например, различные породы), а условия внешней среды (кормление, содержание и пр.) – максимально сходными. Во всех исследованиях один из вариантов сравнения принимают за эталон или контроль, а другие – за испытуемые. Элемент сравнения должен выступать, насколько это возможно, в «чистом» виде.
Наибольшие методические трудности при постановке экспериментов первого типа связаны с устранением наследственных различий между животными в подопытных группах. Все традиционные методы различаются главным образом тем, каким образом при том или ином методе нивелируют влияние наследственности на конечный результат изучаемых показателей между опытными группами. Причина такого внимания к наследственности состоит в том, что животные с разными генотипами имеют различную норму реакции на воздействие одних и тех же факторов внешней среды.
В зависимости от принципа организации эксперимента и сравнения полученных данных, все методы постановки опыта делят на две большие группы: методы, основанные на принципе аналогичных групп и методы, основанные на принципе групппериодов (рис. 2).
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
Аналогичных Групп-периодов:
Периодов
Параллельных групп-периодов
Обратного Обособленных замещения Интегральных групп: групп: повторного
Однояйцовые 2-х факторные замещения
Пар-аналогов полифакторные латинского
– – –
Выбор схемы проведения опыта зависит от цели эксперимента и числа животных. При проведении опыта необходимо правильно формировать группы животных, которые должны быть аналогами по полу, возрасту, живой массе, физиологическому состоянию. В экспериментах по разведению, селекции и генетике, следует учитывать также происхождение животных.
3.2. Методы обособленных групп В этой группе метод однояйцовых двоен является наиболее точным, так как используют животных с одинаковой наследственностью. Преимущество - можно получить более объективные результаты за счет бльшей однородности между группами. Недостатки: а) малочисленность двоен; б) трудности подбора групп одного возраста и пола; в) возможность формирования только двух групп, г) при выбытии животного в одной из групп необходимо исключать двойника из другой.
Метод пар-аналогов является основным и наиболее распространенным. Обеспечивает хорошие результаты только в том случае, если группы будут сформированы на основании объективных данных по каждому животному.
В практических условиях подобрать большое число одинаковых животных по 4-5 показателям трудно, особенно для малоплодных видов. Поэтому подбирают пары, тройни и т.д.
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
аналогичных животных, которых включают в разные группы.
Число животных-аналогов зависит от числа групп в эксперименте.
Последнее определяется числом изучаемых факторов плюс контрольная группа.
При подборе животных-аналогов учитывают породу, пол, возраст, живую массу, происхождение, физиологическое состояние (период лактации, беременности), продуктивность (прирост живой массы, удой, процент жира в молоке, яйценоскость, настриг шерсти и др.). Допустимые максимальные различия: между животными в паре - 5…6%, между крайними вариантами в группе - 10…12%, между группами - 2…3%. Правильно сформированные группы не должны иметь статистически значимых различий. Для определения - какая группа животных будет контрольной, а какие опытными, используют жеребьевку.
применяют при Метод сбалансированных групп невозможности использования метода пар-аналогов. Сущность его заключается в подборе групп животных, относительно равноценных по основным средним показателям. Для исключения элемента случайности число животных увеличивают в 1,5-2 раза по сравнению с методом пар-аналогов и добиваются максимального сходства по средним показателям. Необходимое число животных (n) рассчитывают по формуле:
CV 2 n = 2 K 2, D где K – константа (при Р0,95 равна 3,29); CV – коэффициент изменчивости (%); D – различие между средними опытных групп (%).
Например, в опыте с молодняком крупного рогатого скота CV живой массы составляет 8%, а ожидаемая разность в ее приросте 7%. Следовательно, в каждой группе должно быть 28 голов.
n = 2 3,29 Чем выше коэффициент изменчивости и меньше ожидаемые различия между группами, тем большее число животных необходимо в опыте для получения надежных результатов.
Метод субстада (миниатюрного стада) используют, когда нет возможности подобрать животных описанными выше методами.
Сущность метода: из общего поголовья скота отбирают группу
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
животных (10…15%), которая является копией основного стада по возрасту, породности, живой массе, продуктивности и физиологическому состоянию. Субстадо - опытная группа, а основное стадо – контроль. Метод применяют в основном для изучения технологических вопросов (содержания, кормления и т.п.).
3.3. Методы интегральных групп Эта группа методов позволяет получить в одном эксперименте информацию о влиянии нескольких факторов на организм животных. Также имеется возможность установить наиболее эффективное влияние соотношения изучаемых факторов.
Метод двухфакторного комплекса заключается в том, что в опыте изучают влияние двух факторов одновременно при разном их уровне (табл. 2).
2. Схема проведения опыта с использованием 2-х факторного комплекса
– – –
По этой схеме можно оценить как влияние каждого фактора в отдельности, так и их совместное взаимодействие.
Многофакторные комплексы применяют тогда, когда требуется изучить одновременно влияние нескольких факторов при различном их сочетании (табл. 3).
3. Схема проведения опыта с использованием 3-х факторного комплекса
– – –
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
Во всех рассмотренных выше методах, кроме однояйцовых близнецов, опытные группы животных имеют лишь, в общем, и целом сходную, но не тождественную наследственность.
3.4. Методы групп-периодов В генетическом отношении эти методы сочетают некоторые свойства подопытного материала однояйцовых двоен (проводятся на одних и тех же животных), и свойства аналогичных групп.
Однако возрастные изменения могут привести к смещенным результатам опытов.
Метод периодов заключается в том, что опыт проводят на одной группе животных и изучают влияние одного фактора в течение нескольких последовательных периодов (табл. 4).
4. Схема проведения опыта методом периодов
– – –
Опыты следует проводить на животных, закончивших рост, здоровых, одного типа. Если до начала опыта животные находились на хозяйственном рационе, то в течение 15 суток их переводят на основной рацион.
Во втором опытном периоде вводят изучаемый фактор (например, кормовая добавка) сверх основного рациона или вместо какой-то его части, или исключая из основного рациона, если он в него входил.
В заключительный период устанавливают, действительно ли изменения продуктивности, роста, состояния здоровья и т.д. в главный опытный период определяются действием изучаемого фактора, а не случайным стечением обстоятельств.
О результатах опыта судят, сопоставляя фактическую продуктивность при использовании основного рациона с продуктивностью животных, получавших опытный рацион.
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
Преимущества: рационы испытывают на одних и тех же животных. Недостатки: на результаты исследований могут существенно влиять изменения в погодных условиях и в физиологическом состоянии животных (возраст, беременность, стадия лактации и т.п.). Кроме того, имеет место трудность учета влияния одного фактора (рациона) на другой и относительно короткий срок проведения опытов.
Метод параллельных групп-периодов применяют для сравнительного изучения одновременно двух или более факторов на соответствующем числе животных. Для проведения опыта формируют аналогичные группы животных. Используют следующую схему (табл.5).
5. Схема метода параллельных групп-периодов (ОР - основной рацион; Ф1 и Ф2 – изучаемые факторы)
– – –
Метод применяют редко и главным образом при постановке краткосрочных опытов по кормлению.
Метод групп-периодов с обратным замещением объединяет метод периодов и метод параллельных групппериодов (табл. 6).
6. Схема опыта групп-периодов с обратным замещением (ОР - основной рацион; Ф1 и Ф2 – изучаемые факторы)
– – –
Подбор животных в группы осуществляют по методу параналогов или сбалансированных групп.
Метод повторного замещения, или комбинированный, совмещает элементы методов групп и групп-периодов (табл. 7).
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
Он позволяет получать многократные данные в процессе одного эксперимента, что повышает информативность опыта.
7. Схема опыта по методу повторного замещения (ОР - основной рацион; Ф1 и Ф2 – изучаемые факторы)
– – –
Подбор животных осуществляют методом пар-аналогов или методом сбалансированных групп. В подготовительный период животные получают основной рацион и 50% каждого из изучаемых кормов. В основной период опыта контрольная группа коров получает этот же рацион, а животным опытных групп попеременно скармливают один из изучаемых кормов. За период опыта каждый корм в одной группе будет изучен 3 раза, а в целом 6 раз.
Данные можно сравнивать как внутри группы, так и между группами. Недостатки: а) при замене одного корма другим на результаты опыта может оказать влияние последействия первого корма; б) не всегда имеется возможность эквивалентно заменить один корм другим.
Метод латинского квадрата – разновидность метода групппериодов с обратным замещением. Сущность метода в том, что каждый испытуемый фактор изучают на индивидуальном животном по следующей схеме (табл. 8).
8. Схема опыта по методу латинского квадрата (ОР - основной рацион; Ф1, Ф2 и Ф3 – изучаемые факторы)
– – –
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
При проведении опыта необходимо учитывать следующие требования:
Число животных в группе должно быть кратным числу периодов опыта; при 3-х периодах – 3, 6, 9 животных, при 4х –4, 8, 16 и т.д.;
Число периодов должно в точности соответствовать числу изучаемых факторов;
Все животные должны быть сохранены до конца опыта.
Для комплектования групп подбирают сходных по зоотехническим качествам животных, а их индивидуальное распределение по группам производят по принципу случайности (рандомизации). Для этой цели можно использовать таблицу случайных чисел (см. главу 2).
3.5. Требования к постановке опыта Надежность результатов экспериментальных исследований на животных зависит, прежде всего, от строгого соблюдения и выполнения методики опыта. Обязательным условием является наличие контроля, с которым сравнивается полученный результат. Любая схема опыта должна удовлетворять следующие основные требования:
1. В течение опыта все условия и факторы, кроме изучаемого, должны быть, по возможности, одинаковыми. При проведении опыта необходимо добиваться сопоставимых условий кормления и содержания животных как внутри опытных групп, так и между ними.
2. Опыт должен быть организован таким образом, чтобы наиболее полно учесть изменчивость количественных и качественных показателей продуктивности животных.
3. Влияние индивидуальных особенностей животных, систематических (возраста, сезона года и т.п.) и случайных обстоятельств должно быть учтено или исключено.
4. Продолжительностью опыта должно быть исключено или ослаблено влияние случайных факторов и последействие факторов одного периода на результаты другого.
5. Большое значение для получения объективных данных имеет число повторностей опыта. Необходимое число повторностей в каждом опыте устанавливают в зависимости от конкретных задач исследований. В научно-хозяйственных опытах должно быть не менее двух повторностей.
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
6. Необходимо обеспечить тщательное наблюдение за изучаемыми факторами, учет сопутствующих условий, например, состояние здоровья животных, климатические данные и т.д.
Надежность результатов опыта во многом зависит от качества его подготовки. Весь эксперимент условно делят на периоды. После формирования групп животных проверяют идентичность состава пар-аналогов, контрольной и опытных групп. С этой целью опыт следует начинать с подготовительного (уравнительного) периода. Длительность его зависит от изучаемых факторов, но не менее двух недель. В течение этого периода животные всех групп должны быть здоровыми и находиться в одинаковых условиях содержания и кормления. На основе данных, полученных в этот период, можно принять дополнительные меры к уравниванию групп.
В переходный период (продолжительностью не менее двух недель) ставится задача – добиться постепенного приспособления животных к условиям опытного периода. Наличие этого периода не обязательно, если в подготовительный период была достигнута необходимая выравненность животных.
В учетный (опытный) период вводят весь комплекс изучаемых факторов и контрольных измерений, предусмотренных методикой опыта.
В заключительный период все животные вновь должны находиться в однотипных условиях содержания и кормления.
При изучении влияния какого-либо корма, например, на приросты растущего молодняка, этот корм в предусмотренном количестве дают только подопытным животным. Приросты подопытных животных сравнивают с приростами животных контрольной группы, которые не получали этого корма. Этим и определяют влияние или эффект корма на изучаемый показатель.
Так как первичный материал является основой для суждения о выполненном исследовании, построения выводов и предложений, то он должен быть объективным, тщательно проверенным и правильно биометрически обработанным. При биометрической обработке данных необходимо использовать современные пакеты статистических программ таких, как STATGRAРHICS, STATISTICA, SAS, LSMLMW и др (см.
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
3.6. Возможные ошибки Каждый эксперимент содержит элемент неопределенности вследствие ограниченности экспериментального материала.
Постановка повторных опытов также не дает полностью совпадающих результатов, так как всегда существует ошибка опыта, которая в свою очередь является суммарной величиной результатом многих ошибок.
Ошибка – это расхождение между результатами выборочного наблюдения и истинным значением измеряемой величины. Понятие ошибки связано с понятием: чем выше точность, тем меньше ошибка. Ошибки могут возникать из-за влияния условий проведения эксперимента, опытности и добросовестности исследователя, несовершенства измерительных приборов.
Ошибки подразделяют на случайные, систематические и грубые.
Случайные ошибки возникают под воздействием очень большого числа факторов. Эффекты действия каждого столь незначительные, что их нельзя выделить и учесть в отдельности.
Источниками случайных ошибок может быть невозможность подбора в группы животных абсолютно одинаковых по генотипу, живому весу, физиологическому состоянию, возрасту и т.п.
Кроме того, практически невозможно в хозяйственных условиях опыта создать одинаковую температуру, освещенность, влажность воздуха на всей площади животноводческого помещения и многое другое.
Случайное варьирование опытных данных - постоянный спутник экспериментов. И ни в одном из них, как бы тщательно он не проводился, нельзя получить абсолютно точные данные.
Любой опыт содержит в себе некоторые элементы случайности, т.е. изменчивость получаемых данных обусловлена в какой-то степени неизвестными нам причинами – случайными ошибками.
Таким образом, случайные ошибки являются неизбежными.
Однако математическая статистика располагает методами количественного определения величины случайных ошибок, совокупность которых при большом числе наблюдений подчиняется закону нормального распределения (при
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
ограниченном числе параллельных наблюдений – закону распределения Стьюдента).
Характерная особенность случайной ошибки – их тенденция погашаться в результате приблизительно одинаковой вероятности как положительных, так и отрицательных значений.
Благодаря такой тенденции при обобщении данных и расчете средних показателей, погрешности уменьшаются по мере увеличения числа наблюдений.
Систематические ошибки порождаются причинами, действующими регулярно в определенном направлении.
Систематические ошибки могут вызываться – уровнем кормления и содержания животных на ферме, годом рождения, сезоном отела, стадией лактации, полом, выводом, возрастом и т.п. Они искажают измеряемую величину в сторону преувеличения или преуменьшения в результате действия определенной постоянной причины на группу животных. Их основная особенность – однонаправленность, т.е. они завышают или занижают результаты опыта. Это приводит к тому, что такие ошибки в отличие от случайных, не имеют свойства взаимопогашения и, следовательно, целиком входят в показания отдельных измерений и в средние показатели.
Грубые ошибки или промахи возникают чаще всего в результате нарушения основных требований к проведению опыта, недосмотра, небрежного или неумелого выполнения работ (описки, просчеты, перепутывание животных, использование непроверенных приборов и т.п.). Избежать грубых ошибок можно продуманной и тщательной организацией опыта, его аккуратным проведением. Для биометрической обработки используют лишь те данные, которые не содержат грубых ошибок. Исследователь должен тщательно рассмотреть такие наблюдения и выяснить причины их появления. Особенно это необходимо при небольшом числе наблюдений, которые к тому же были получены с большими затратами труда и средств.
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
3.7. Производственная проверка Результаты эксперимента должны быть проверены в производственных условиях. Положительный исход дает основание для рекомендации научной разработки в производство.
Производственную проверку проводят по тем же схемам и принципам, что и научный эксперимент, но на более большом поголовье животных. Контрольную и проверяемую группы формируют, как правило, по принципу пар-аналогов по полу, возрасту, живой массе, продуктивности и т.п.
Число животных в группе устанавливают с учетом сложившейся технологии. Коров и нетелей должно быть не менее 50 голов, 100 голов молодняка на откорме, 20 свиноматок, по 100 голов поросят, 10 хряков, 300 кур, по 500 цыплят.
Продолжительность проверки должна соответствовать длительности производственного цикла. Для молочных коров производственную проверку начинают с первого дня лактации и продолжают до начала следующей. Новые кормовые средства испытывают не менее трех месяцев.
По при выращивании телят предусматривают следующие циклы: от рождения до 15-20 дней - профилакторный период.
На свиноводческих комплексах предусматривают три периода доращивание (от 26 до 42, от 43 до 60 и от 61 до 105 дней) и два периода откорма (от 106 до 158 и от 159 до 222 дней).
В птицеводстве продолжительность производственной проверки кур-несушек должна составлять не менее 10 месяцев от начала яйцекладки.
В опытах с дойными коровами учитывают возраст, сервиспериод, межотельный период, выход телят, удой, жирность, белковость (если контролируется). При работе с молодняком учитывают сохранность и причины отхода, рост и развитие, живую массу, валовой и среднесуточный прирост массы за период выращивания и откорма, качество продукции.
В свиноводстве изучают многоплодие, молочность, массу гнезда при рождении и отъеме поросят, сохранность поголовья,
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
рост и развитие ремонтного молодняка, откормочные качества свиней, качество мяса и сала.
В птицеводстве основными показателями являются сохранность, живая масса, яйценоскость, среднесуточный и валовой прирост молодняка, качество яиц и мяса.
В конце производственной проверки рассчитывают экономическую эффективность.
3.8. Экономическая эффективность Критерием экономической эффективности научной разработки является годовой экономический эффект:
о ж и д а е м ы й - после окончания опыта, и ф а к т и ч е с к и й – при апробации эксперимента в производстве. Экономический эффект рассчитывают (1) по разности прибыли или (2) по снижению затрат в новом варианте (опыт) относительно базового (контроль).
Первый способ используют, когда в результате испытания нового варианта повышается продуктивность животных, снижаются материальные затрат или изменяется качество продукции. Разница между стоимостью валовой продукции и производственными затратами характеризует чистый доход.
Разница в чистом доходе между новым и базовым вариантами характеризует прирост чистого дохода - прибыль или годовой экономический эффект.
Внутрихозяйственный экономический эффект определяют по формуле:
R =[(D N C N) (D B C B)] V, где R - экономический эффект, руб.; D - стоимость единицы продукции в закупочных ценах, руб.; С - себестоимость единицы продукции, руб.; V объем дополнительной продукции в соответствующих единицах.
Субиндексы N и B обозначают новый и базовый (контрольный) варианты.
Второй способ применяют, когда производственные испытания вызывают изменения себестоимости продукции в целом или по отдельным статьям, хотя продуктивность и качество продукции остаются прежними.
Внутрихозяйственный экономический эффект рассчитывают по формуле:
R = (C B C N) V.
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
В исследованиях по селекции животных при расчете экономического эффекта необходимо учитывать фактор времени. Это связано с тем, что, во-первых, отдельные виды затрат на селекционные мероприятия (Ci) производят в разное время. Например, затраты на покупку быков, проверку по потомству, долговременное хранение их спермы. Во-вторых, селекция оказывает длительное воздействие. Достигнутое генетическое улучшение от одного селекционного цикла начинает проявляться у первотелок и продолжает проявляться как в последующих лактациях, так и в последующих поколениях (у дочерей, внучек, правнучек). Соответственно, в разные временные периоды будет получен и доход от реализации дополнительной продукции (D j). Поэтому разновременные затраты и доходы необходимо привести в положение сравнимости, т.е. к какому-то одному году. Для этого используют процедуру дисконтирования (рис. 3).
– – –
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
Если в качестве года сравнения взять год лактирования дочерей-первотелок отобранных быков, то для приведения затрат формула сложных процентов будет (1+ r) t, а для приведения дохода 1/(1+ r) t, где r – фактор дисконтирования (нормативный коэффициент, степень заинтересованности, норма прибыли, учетный процент, учетная ставка); t – (1) для затрат – это период времени от вложения затрат до основного года, (2) для дохода – период от начала получения дохода до основного года.
Общие затраты составляют сумму приведенных (дисконтированных) затрат, а общий доход – сумму приведенных доходов.
Процедура дисконтирования позволяет сопоставлять разновременные затраты и доходы и, тем самым, производить оценку экономической эффективности различных селекционных мероприятий (см. детали у ).
3.9. Современные тенденции Постановка эксперимента преследует основную цель выявить достоверность влияния изучаемого фактора при условии, что все остальные влияния остаются постоянными. Чтобы это достигнуть, исследователь вынужден ограничивать эксперимент одним хозяйством и, соответственно, небольшим числом опытных животных. Кроме того, он должен провести производственную проверку, результаты которой, как правило, значительно расходятся с результатами эксперимента.
Современная тенденция в науке – это стремление извлекать научную информацию из производственных данных с помощью многофакторных статистических моделей. В данном направлении в наибольшей степени продвинулись исследования по разведению и селекции молочного скота.
Этому способствовало:
а) создание информационных систем и их внедрение в племенное скотоводство;
б) развитие биометрических методов для многофакторной обработки «полевых» данных;
в) разработка пакетов компьютерных программ с генетикоселекционной направленностью, и
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
г) постоянно возрастающая мощность компьютеров.
По «полевым» данным проводят: а) селекционно-генетические исследования популяции; б) мониторинг инбридинга и инбредной депрессии; в) анализ скрещивания; г) оценку племенной ценности животных; д) оценку фенотипических, генетических и паратипических трендов; ж) прогнозирование эффективности племенной работы.
Широкое применение в исследованиях по скотоводству находит математическое моделирование селекционного процесса.
В частности, при гармонизации линейного разведения, группового и индивидуального подборов, генетикоэкономической оптимизации селекционного процесса в племенных стадах и генофондных популяциях, при генетикоэкономической оптимизации программ крупномасштабной селекции.
С одной стороны, практическое животноводство представляет богатейший зоотехнический и племенной материал.
С другой стороны, биометрические методы и компьютерные технологии являются эффективным средством для извлечения из него новых научных знаний. Эти знания способствуют разработке методов, технологий и программ, которые решают конкретные практические задачи и проблемы животноводства.
Сама зоотехническая практика рассматривается в данном случае как огромный производственный эксперимент, дающий возможность делать ценные выводы одновременно как для науки, так и для производства на уровне стада, породы, региона и даже в общегосударственном масштабе.
В заключение изложения основ организации и проведения эксперимента следует отметить, что в зависимости от исследуемой проблемы и/или вида животных, в эксперименте используют ту или иную специфическую научную методику.
Частных биозоотехнических методик множество. Описание многих из них дано в монографии акад. А.И. Овсянникова и в Методических рекомендациях ВНИИплема (см. также ). Однако независимо от разнообразия биозоотехнических методик, объединяет все или почти все
Из кн.: Кузнецов В.М. Основы научных исследований в животноводстве. Киров:
Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006.- 568 с.
научные исследования по животноводству необходимость статистической обработки результатов эксперимента.
Современный статистический анализ результатов наблюдений - это не формальное дополнение к эксперименту, а большая и важная его часть, без которой вся работа становится малоинформативной. Поэтому биологу-исследователю важно знать не только специфические научные методики, но и хорошо представлять себе основу, логику и требования статистических средств. Он должен правильно выбрать адекватные статистические методы и уметь использовать их для извлечения
Похожие работы:
«1 Ролевая игра Мафия Введение Вы устали от своей жизненной роли? Хотите расширить спектр ощущений? Разнообразить круг общения? Тогда игра "Мафия" - это для вас. Когда Вы сядете за стол вместе с другими игроками, все, что было для вас привычным, начнет изменяться. Вы попадете в мир, который вроде бы является уменьшенной копией обычного мира. "Мафия" - это...»
«Опарин А. А. Когда плачут сосны. Оглавление. От автора. Янтарный пролог. Глава 1. Кровавые страницы Ливонской хроники. Глава 2. Воспитатель российской императрицы. Глава 3. В котле Гражданской войны. Глава 4. Студент Рижского университета. Глава 5. Семинария Сужи. Глава 6. Во дни президента Улманиса. Глава 7. Навстречу неведомому миру....»
«Видеомагнитофон / Музыкальный плеер и рекордер /Фотоальбом / USB 2. 0 Жесткий диск Уважаемый покупатель, Компания ARCHOS благодарит Вас за то, что выбрали продукцию нашей компании. Archos AV 500 многофункциональное мультимедийное устройство на основе жесткого диска, оно окажет Вам ощутимую пользу в д...»
«Интеграция с RBKmoney Интеграция с RBKmoney Описание API Версия: D212 Последнее обновление: 19-10-2016 Последнее обновление: 19-10-2016 Стр. 1/43 Интеграция с RBKmoney Содержание 1 Предисловие 2 Интеграция с RBKmoney 2.1 Возможности интеграции 2.1.1 Заявка на перевод 2.1.2 Фоновая покупка 2.1.3 Рекарринговые платежи 2.2 Тип...»
«ТАЛЛИННСКАЯ ЕВРЕЙСКАЯ ШКОЛА РУКОВОДСТВО ПО ОФОРМЛЕНИЮ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ Taллинн СОДЕРЖАНИЕ Требования к исследовательским работам учащихся Требования к исследовательским работам 1.1 Структура исследовательской работы 1.2 Требования к содержанию исследовательской работы 1.3 Требования к правильному использованию ист...» Работа автомобильной системы во многом зависит от того, насколько качественно выполнена установка и настройка, если говорить к качественной сис...»
1. Контролируемость условий и поведения испытуемого. При проведении эксперимента необходимо учитывать все особенности ситуации и возможности животного. Это не всегда легко сделать, так как животным нельзя, в отличие от человека, дать инструкцию и полагаться на ее сознательное выполнение. Поэтому экспериментальная ситуация должна быть организована так, чтобы свести к минимуму непредвиденные реакции животных. Во всех случаях такие реакции фиксируются в протоколе наблюдения и используются для интерпретации полученных данных. В зоопсихологии нередки случаи, когда животное, особенно обладающее высоко развитой психикой, реагирует на экспериментальную ситуацию не так, как предполагал исследователь. Например, в экспериментах В.Кё-лера шимпанзе предлагалось достать высоко подвешенную приманку при помощи палки, которую, как предполагал исследователь, обезьяна будет держать в руке. Однако в некоторых случаях шимпанзе использовали палку как шест для прыжка или быстро вскарабкивались на нее, поставив вертикально под приманкой. Оказалось, что манипулировать длинной палкой стоя на ногах обезьяне иногда труднее, чем использовать ее как приспособление для локомоций. В экспериментах с применением палки для выкатывания приманки из простого лабиринта (В.Кёлер, Э.Г.Вацуро, Г.Г.Филиппова) шимпанзе и орангутаны последовательно применяли ряд не учтенных учеными способов, которые для проверки поставленной гипотезы приходилось последовательно устранять. Обезьяны, вместо того чтобы выкатывать приманку по проходам лабиринта при помощи палки, перебрасывали приманку за бортик лабиринта, поддевая ее палкой, перетаскивали, прижимая палкой к бортику, и даже метко ударяли по экспериментальному столу снизу, в результате чего приманка подпрыгивала и попадала за бортик лабиринта. Сходным образом вели себя орангутаны, когда им предлагалось выталкивать приманку палкой из трубки (Г.Г.Филиппова). Они вытряхивали приманку, стуча трубкой об пол, и даже выдували ее ртом, раскатывали и разминали трубку на полу и т. п. Таким образом сам процесс деятельности животного изменялся: ему приходилось не добывать приманку единственно возможным способом, следующим из самой ситуации, а находить тот способ, который разрешал и подкреплял экспериментатор. Исследования практически всех ученых, изучавших и изучающих психику высших животных, и особенно обезьян, свидетельствуют о том, что в ряде случаев мы имеем дело именно с такой ситуацией, т. е. исследуем не возможности животного действовать в предложенной объективной ситуации, а его способность выявить задачу, исходящую от человека, и найти соответствующее решение. Поэтому требование к контролю условий эксперимента и поведения животного является одним из наиболее важных и в то же время трудно выполнимых принципов проведения эксперимента.
2. Наличие специально разработанной процедуры проведения эксперимента и фиксации получаемых данных. Этот принцип отражает суть экспериментального метода. Для каждого эксперимента специально разрабатывается процедура, в которую входит последовательность всех событий и действий экспериментатора и испытуемого, описание фиксируемых форм поведения животного и способ такой фиксации. Полученные данные обрабатываются специально разработанным способом. Это позволяет сравнивать данные, полученные в разных сериях эксперимента и разными исследователями, что обеспечивает их достоверность и объективность.
3. Возможность повторения эксперимента с этим же и другими животными, а также другими исследователями. При проведении эксперимента и представлении полученных данных обязательным является предъявление методики и результатов в таком виде, чтобы их могли оценить и при необходимости повторить другие исследователи. Именно это позволяет в конце концов понять причины и механизмы поведения животного. Нередко исследователи, применяя одну и ту же методику, получают разные результаты, сравнение которых позволяет выявить подлинные особенности психики изучаемых животных.
4. Объективность. Этот принцип предполагает точную фиксацию и непредвзятую интерпретацию поведения животных вне зависимости от того, соответствует ли оно гипотезе исследователя. Зоопсихология, как и любая наука вообще, к сожалению, не свободна ни от идеологических, ни от личностных особенностей исследователя. Поэтому объективная фиксация данных, подробное представление методики, наличие и сохранность протоколов наблюдения и проведения эксперимента являются обязательными и необходимыми в зоопсихологических исследованиях.
В.В. Никандров указывает, что достижение главной цели эксперимента – предельно возможной однозначности в понимании связей между явлениями внутренней психической жизни и их внешними проявлениями – достигается благодаря следующим основным характеристикам эксперимента:
1) инициатива экспериментатора в проявлении интересующих его психологических фактов;
2) возможность варьирования условий возникновения и развития психических явлений;
3) строгий контроль и фиксация условий и процесса их протекания;
4) изоляция одних и акцентирование других факторов, обусловливающих изучаемые феномены, которая дает возможность выявления закономерностей их существования;
5) возможность повторения условий эксперимента для многократной проверки получаемых научных данных и их накопления;
6) варьирование условий для количественных оценок выявляемых закономерностей.
Таким образом, психологический эксперимент можно определить как метод, при котором исследователь сам вызывает интересующие его явления и изменяет условия их протекания с целью установить причины возникновения этих явлений и закономерности их развития. Кроме того, получаемые научные факты могут неоднократно воспроизводиться благодаря управляемости и строгому контролю условий, что дает возможность их проверки, а также накопления количественных данных, на основе которых можно судить о типичности или случайности изучаемых явлений.
4.2. Виды психологического эксперимента
Эксперименты бывают нескольких видов. В зависимости от способа организации выделяют лабораторный, естественный и полевой эксперименты. Лабораторный эксперимент проводится в специальных условиях. Исследователь планово и целенаправленно воздействует на объект изучения, чтобы изменить его состояние. Достоинством лабораторного эксперимента можно считать строгий контроль за всеми условиями, а также применение специальной аппаратуры для измерения. Недостатком лабораторного эксперимента является трудность переноса полученных данных на реальные условия. Испытуемый в лабораторном эксперименте всегда осведомлен о своем участии в нем, что может стать причиной мотивационных искажений.
Естественный эксперимент проводится в реальных условиях. Его достоинство состоит в том, что изучение объекта осуществляется в контексте повседневной жизни, поэтому полученные данные легко переносятся в реальность. Испытуемые не всегда проинформированы о своем участии в эксперименте, поэтому не дают мотивационных искажений. Недостатки – невозможность контроля всех условий, непредвиденные помехи и искажения.
Полевой эксперимент проводится по схеме естественного. При этом возможно использование портативной аппаратуры, позволяющей более точно регистрировать получаемые данные. Испытуемые проинформированы об участии в эксперименте, однако привычная обстановка снижает уровень мотивационных искажений.
В зависимости от цели исследования различают поисковый, пилотажный и подтверждающий эксперименты. Поисковый эксперимент направлен на поиск причинно-следственной связи между явлениями. Он проводится на начальном этапе исследования, позволяет сформулировать гипотезу, выделить независимую, зависимую и побочные переменные (см. 4.4) и определить способы их контроля.
Пилотажный эксперимент – это пробный эксперимент, первый в серии. Он проводится на небольшой выборке, без строгого контроля переменных. Пилотажный эксперимент позволяет устранить грубые ошибки в формулировке гипотезы, конкретизировать цель, уточнить методику проведения эксперимента.
Подтверждающий эксперимент направлен на установление вида функциональной связи и уточнение количественных отношений между переменными. Проводится на заключительном этапе исследования.
В зависимости от характера влияния на испытуемого выделяют констатирующий, формирующий и контрольный эксперименты. Констатирующий эксперимент включает в себя измерение состояния объекта (испытуемого или группы испытуемых) до активного воздействия на него, диагностику исходного состояния, установление причинно-следственных связей между явлениями. Целью формирующего эксперимента является применение способов активного развития или формирования каких-либо свойств у испытуемых. Контрольный эксперимент – это повторное измерение состояния объекта (испытуемого или группы испытуемых) и сравнение с состоянием до начала формирующего эксперимента, а также с состоянием, в котором находится контрольная группа, не получавшая экспериментального воздействия.
По возможности влияния экспериментатора на независимую переменную выделяют спровоцированный эксперимент и эксперимент, на который ссылаются. Спровоцированный эксперимент – это опыт, в котором экспериментатор сам изменяет независимую переменную, при этом наблюдаемые экспериментатором результаты (виды реакций испытуемого) считаются спровоцированными. П. Фресс называет данный тип эксперимента «классическим». Эксперимент, на который ссылаются, – это опыт, в котором изменения независимой переменной осуществляются без вмешательства экспериментатора. К этому виду психологического эксперимента прибегают тогда, когда независимые переменные оказывают воздействие на испытуемого, значительно растянутое во времени (например, система воспитания и т. п.). Если воздействие на испытуемого может вызвать серьезное негативное физиологическое или психологическое нарушение, то такой эксперимент проводить нельзя. Однако бывают случаи, когда негативное воздействие (например, травма головного мозга) происходит в реальности. Впоследствии такие случаи могут быть обобщены и изучены.
4.3. Структура психологического эксперимента
Главными компонентами любого эксперимента являются:
1) испытуемый (исследуемый субъект или группа);
2) экспериментатор (исследователь);
3) стимуляция (выбранный экспериментатором способ воздействия на испытуемого);
4) ответ испытуемого на стимуляцию (его психическая реакция);
5) условия опыта (дополнительные к стимуляции воздействия, которые могут влиять на реакции испытуемого).
Ответ испытуемого является внешней реакцией, по которой можно судить о протекающих в его внутреннем, субъективном пространстве процессах. Сами эти процессы есть результат воздействия на него стимуляции и условий опыта.
Если ответ (реакцию) испытуемого обозначить символом R, а воздействия на него экспериментальной ситуации (как совокупности воздействий стимуляции и условий опыта) – символом S, то их соотношение можно выразить формулой R = =f (S). То есть реакция есть функция от ситуации. Но эта формула не учитывает активную роль психики, личности человека (P). В действительности реакция человека на ситуацию всегда опосредована психикой, личностью. Таким образом, соотношение между основными элементами эксперимента может быть зафиксировано следующей формулой: R = f (Р, S).
П. Фресс и Ж. Пиаже в зависимости от задач исследования выделяют три классических типа отношений между этими тремя компонентами эксперимента: 1) функциональные отношения; 2) структурные отношения; 3) дифференциальные отношения.
Функциональные отношения характеризуются вариативностью ответов (R) испытуемого (Р) при систематических качественных или количественных изменениях ситуации (S). Графически эти отношения можно представить следующей схемой (рис. 2).
Примеры функциональных отношений, выявленных в экспериментах: изменение ощущений (R) в зависимости от интенсивности воздействия на органы чувств (S); объем запоминания (R) от числа повторений (S); интенсивность эмоционального отклика (R) на действие различных эмоциогенных факторов (S); развитие адаптационных процессов (R) во времени (S) и т. п.
Структурные отношения раскрываются через систему ответов (R1, R2, Rn) на различные ситуации (Sv S2, Sn). Отношения между отдельными ответами структурируются в систему, отражающую структуру личности (Р). Схематически это выглядит так (рис. 3).
Примеры структурных отношений: система эмоциональных реакций (Rp R2, Rn) на действие стрессоров (Sv S2, Sn); эффективность решения (R1, R2, Rn) различных интеллектуальных задач (S1, S2, Sn) и т. п.
Дифференциальные отношения выявляются через анализ реакций (R1, R2, Rn) разных испытуемых (P1, P2, Pn) на одну и ту же ситуацию (S). Схема этих отношений такова (рис. 4).
Примеры дифференциальных отношений: разница скорости реакции у разных людей, национальные различия в экспрессивном проявлении эмоций и т. п.
4.4. Экспериментальные переменные и способы их контроля
Для уточнения соотношения всех факторов, входящих в эксперимент, введено понятие «переменная». Выделяют три вида переменных: независимые, зависимые и дополнительные.
Независимые переменные. Фактор, изменяемый самим экспериментатором, называется независимой переменной (НП).
В качестве НП в эксперименте могут выступать условия, в которых осуществляется деятельность испытуемого, характеристика заданий, выполнение которых требуется от испытуемого, характеристики самого испытуемого (возрастные, половые, иные различия испытуемых, эмоциональные состояния и другие свойства испытуемого или взаимодействующих с ним людей). Поэтому принято выделять следующие типы НП: ситуационные, инструктивные и персональные.
Ситуационные НП чаще всего не входят в структуру экспериментального задания, выполняемого испытуемым. Тем не менее они оказывают непосредственное воздействие на его деятельность и могут варьироваться экспериментатором. К ситуационным НП относятся различные физические параметры, например освещенность, температура, уровень шума, а также размер помещения, обстановка, размещение аппаратуры и т. п. К социально-психологическим параметрам ситуационных НП может быть отнесено выполнение экспериментального задания в изоляции, в присутствии экспериментатора, внешнего наблюдателя или группы людей. В.Н. Дружинин указывает на особенности общения и взаимодействия испытуемого и экспериментатора как на особую разновидность ситуационных НП. Этому аспекту уделяется большое внимание. В экспериментальной психологии существует отдельное направление, которое называется «психология психологического эксперимента».
Инструктивные НП связаны непосредственно с экспериментальным заданием, его качественными и количественными характеристиками, а также способами его выполнения. Инструктивной НП экспериментатор может манипулировать более или менее свободно. Он может варьировать материал задания (например, числовой, словесный или образный), тип ответа испытуемого (например, вербальный или невербальный), шкалу оценивания и т. п. Большие возможности заключаются в способе инструктирования испытуемых, информирования их о цели экспериментального задания. Экспериментатор может изменять средства, которые предлагаются испытуемому для выполнения задания, ставить перед ним препятствия, использовать систему поощрений и наказаний в ходе выполнения задания и т. д.
Персональные НП представляют собой управляемые особенности испытуемого. Обычно в качестве таких особенностей выступают состояния участника эксперимента, которые исследователь может менять, например различные эмоциональные состояния или состояния работоспособности-утомления.
Каждый испытуемый, участвующий в эксперименте, обладает множеством уникальных физических, биологических, психологических, социально-психологических и социальных признаков, которыми экспериментатор управлять не может. В некоторых случаях следует считать эти неуправляемые признаки дополнительными переменными и применять к ним способы контроля, о которых будет рассказано ниже. Однако в дифференциально-психологических исследованиях при применении факторных планов неуправляемые персональные переменные могут выступать в качестве одной из независимых переменных (подробно о факторных планах см. 4.7).
Исследователи различают также разные виды независимых переменных. В зависимости от шкалы представления можно выделить качественные и количественные НП. Качественным НП соответствуют различные градации шкал наименований. Например, эмоциональные состояния испытуемого могут быть представлены состояниями радости, гнева, страха, удивления и т. п. Способы выполнения заданий могут включать наличие или отсутствие подсказок испытуемому. Количественные НП соответствуют ранговым, пропорциональным или интервальным шкалам. Например, время, отведенное на выполнение задания, количество заданий, размер вознаграждения по результатам решения задач могут быть использованы как количественные НП.
В зависимости от количества уровней проявления независимых переменных различают двухуровневые и многоуровневые НП. Двухуровневые НП имеют два уровня проявления, многоуровневые – три или более уровней. В зависимости от количества уровней проявления НП строятся различные по сложности экспериментальные планы.
Зависимые переменные. Фактор, изменение которого является следствием изменения независимой переменной, называется зависимой переменной (ЗП). Зависимая переменная – это компонент в составе ответа испытуемого, который непосредственно интересует исследователя. В качестве ЗП могут выступать физиологические, эмоциональные, поведенческие реакции и другие психологические характеристики, которые можно зарегистрировать в ходе психологических экспериментов.
В зависимости от способа, с помощью которого можно зарегистрировать изменения, выделяют ЗП:
S наблюдаемые непосредственно;
S требующие физической аппаратуры для измерения;
S требующие психологического измерения.
К ЗП, наблюдаемым непосредственно, относятся вербальные и невербальные поведенческие проявления, которые четко и однозначно могут быть оценены внешним наблюдателем, например отказ от деятельности, плач, определенное высказывание испытуемого и т. п. К ЗП, требующим физической аппаратуры для регистрации, относятся физиологические (пульс, величина артериального давления и т. д.) и психофизиологические реакции (время реакции, латентное время, длительность, скорость выполнения действий и т. п.). К ЗП, требующим психологического измерения, относятся такие характеристики, как уровень притязаний, уровень развития или сформированности тех или иных качеств, форм поведения и т. п. Для психологического измерения показателей могут быть использованы стандартизированные процедуры – тесты, опросники и т. п. Некоторые поведенческие параметры могут быть измерены, т. е. однозначно распознаны и интерпретированы только специально обученными наблюдателями или экспертами.
В зависимости от количества параметров, входящих в зависимую переменную, различают одномерные, многомерные и фундаментальные ЗП. Одномерная ЗП представлена единственным параметром, изменения которого и изучаются в эксперименте. Примером одномерной ЗП может служить скорость сенсомоторной реакции. Многомерная ЗП представлена совокупностью параметров. Например, внимательность может оцениваться объемом просмотренного материала, количеством отвлечений, числом правильных и ошибочных ответов и т. д. Каждый параметр может фиксироваться независимо. Фундаментальная ЗП представляет собой переменную комплексного характера, параметры которой имеют некоторые известные отношения между собой. В этом случае одни параметры выступают как аргументы, а собственно зависимая переменная – как функция. Например, фундаментальное измерение уровня агрессии может рассматриваться как функция ее отдельных проявлений (мимических, вербальных, физических и др.).
Зависимая переменная должна обладать такой базовой характеристикой, как сензитивность. Сензитивность ЗП – это ее чувствительность к изменению уровня независимой переменной. Если при изменении независимой переменной зависимая переменная не изменяется, то последняя несензитивна и проводить эксперимент в таком случае не имеет смысла. Известны два варианта проявления несензитивности ЗП: «эффект потолка» и «эффект пола». «Эффект потолка» наблюдается, например, в том случае, когда предъявляемая задача настолько проста, что ее выполняют все испытуемые независимо от возраста. «Эффект пола», напротив, возникает в том случае, когда задание настолько сложно, что с ним не может справиться ни один из испытуемых.
Существуют два основных способа фиксации изменений ЗП в психологическом эксперименте: непосредственный и отсроченный. Непосредственный способ применяется, например, в экспериментах по кратковременному запоминанию. Экспериментатор непосредственно после повторения ряда стимулов фиксирует их количество, воспроизведенное испытуемым. Отсроченный способ используется в том случае, когда между воздействием и эффектом проходит определенный промежуток времени (например, при определении влияния количества заученных иностранных слов на успешность перевода текста).
Дополнительные переменные (ДП) – это сопутствующая стимуляция испытуемого, оказывающая влияние на его ответ. Совокупность ДП состоит, как правило, из двух групп: внешних условий опыта и внутренних факторов. Соответственно их принято называть внешними и внутренними ДП. К внешним ДП относят физическую обстановку опыта (освещенность, температурный режим, звуковой фон, пространственные характеристики помещения), параметры аппаратуры и оборудования (дизайн измерительных приборов, рабочий шум и т. п.), временные параметры эксперимента (время начала, продолжительность и др.), личность экспериментатора. К внутренним ДП относят настроение и мотивацию испытуемых, их отношение к экспериментатору и опытам, их психологические установки, склонности, знания, умения, навыки и опыт в данном виде деятельности, уровень утомления, самочувствие и т. п.
В идеале исследователь стремится все дополнительные переменные свести на нет или хотя бы к минимуму, чтобы выделить «в чистом виде» связь между независимой и зависимой переменными. Существует несколько основных способов контроля влияния внешних ДП: 1) элиминация внешних воздействий; 2) константность условий; 3) балансировка; 4) контрбалансировка.
Элиминация внешних воздействий представляет собой наиболее радикальный способ контроля. Он состоит в полном исключении из внешней среды каких бы то ни было внешних ДП. В лаборатории создаются условия, изолирующие испытуемого от звуков, света, вибрационных воздействий и т. п. Наиболее ярким примером может служить эксперимент по сенсорной депривации, проводимый на добровольцах в специальной камере, полностью исключающей поступление каких-либо раздражителей из внешней среды. Следует отметить, что элиминировать воздействия ДП практически невозможно, да и не всегда нужно, так как результаты, полученные в условиях элиминации внешних воздействий, вряд ли могут быть перенесены в реальность.
Следующий способ контроля – создание константных условий. Суть этого способа состоит в том, чтобы сделать воздействия ДП постоянными и одинаковыми для всех испытуемых на протяжении всего опыта. В частности, исследователь стремится сделать постоянными пространственно-временные условия эксперимента, технику его проведения, оборудование, предъявление инструкции и т. д. При тщательном применении этого способа контроля удается избежать больших погрешностей, однако проблема переноса результатов эксперимента в условия, сильно отличающиеся от экспериментальных, остается проблематичной.
В тех случаях, когда нет возможности создать и поддерживать постоянные условия на протяжении всего эксперимента, прибегают к способу балансировки. Этот способ применяется, например, в ситуации, когда внешняя ДП не поддается идентификации. В этом случае балансировка будет состоять в использовании контрольной группы. Исследование контрольной и экспериментальной групп проводится в одних и тех же условиях с той лишь разницей, что в контрольной группе отсутствует воздействие независимой переменной. Тем самым изменение зависимой переменной в контрольной группе обусловлено лишь внешними ДП, а в экспериментальной – совместным действием внешних дополнительных и независимой переменной.
Если внешняя ДП известна, то балансировка заключается в воздействии каждого ее значения в сочетании с каждым уровнем независимой переменной. В частности, такая внешняя ДП, как пол экспериментатора, в сочетании с независимой переменной (пол испытуемого) приведет к созданию четырех экспериментальных серий:
1) мужчина-экспериментатор – мужчины испытуемые;
2) мужчина-экспериментатор – женщины испытуемые;
3) женщина-экспериментатор – мужчины испытуемые;
4) женщина-экспериментатор – женщины испытуемые.
В более сложных экспериментах может применяться балансировка нескольких переменных одновременно.
Контрбалансировка как способ контроля внешних ДП практикуется чаще всего тогда, когда эксперимент включает в себя несколько серий. Испытуемый оказывается в разных условиях последовательно, однако предыдущие условия могут изменять эффект воздействия последующих. Для ликвидации возникающего в этом случае «эффекта последовательности» разным группам испытуемых экспериментальные условия предъявляются в различном порядке. Например, в первой серии эксперимента первой группе предъявляется решение интеллектуальных задач от более простых к более сложным, а второй – от более сложных к более простым. Во второй серии, напротив, первой группе предъявляется решение интеллектуальных задач от более сложных к более простым, а второй – от более простых к более сложным. Контрбалансировка применяется в тех случаях, когда есть возможность проведения нескольких серий эксперимента, однако следует учитывать, что большое число попыток вызывает утомление испытуемых.
Внутренние ДП, как указывалось выше, – это факторы, кроющиеся в личности испытуемого. Они оказывают весьма значительное влияние на результаты эксперимента, их воздействие достаточно трудно проконтролировать и учесть. Среди внутренних ДП можно выделить постоянные и непостоянные. Постоянные внутренние ДП в течение эксперимента существенно не изменяются. Если эксперимент проводится с одним испытуемым, то постоянными внутренними ДП будут его пол, возраст, национальность. К этой группе факторов также можно отнести темперамент, характер, способности, склонности испытуемого, его интересы, взгляды, убеждения и другие компоненты общей направленности личности. В случае проведения эксперимента с группой испытуемых эти факторы приобретают характер непостоянных внутренних ДП, и тогда для нивелировки их влияния прибегают к специальным способам формирования экспериментальных групп (см. 4.6).
К непостоянным внутренним ДП относятся психологические и физиологические характеристики испытуемого, которые могут либо значительно изменяться по ходу эксперимента, либо актуализироваться (или исчезать) в зависимости от целей, задач, вида, формы организации эксперимента. Первую группу таких факторов составляют физиологические и психические состояния, утомляемость, привыкание, приобретение опыта и навыков в процессе выполнения экспериментального задания. В другую группу входят установка на данный опыт и данное исследование, уровень мотивации к данной экспериментальной деятельности, отношение испытуемого к экспериментатору и своей роли подопытного и т. п.
Для уравнивания эффекта воздействия этих переменных на ответы в разных пробах существует ряд способов, успешно применяемых в экспериментальной практике.
Для устранения так называемого серийного эффекта, в основе которого лежит привыкание, используется особая очередность предъявления стимулов. Эта процедура получила название «уравновешенного чередного порядка», когда стимулы разных категорий предъявляются симметрично относительно центра стимульного ряда. Схема такой процедуры выглядит так: А В В А, где А и В – стимулы разных категорий.
Чтобы предупредить влияние на ответ испытуемого тревожности или неопытности, проводятся ознакомительные или предварительные эксперименты. Их итоги не учитываются при обработке данных.
Для предупреждения изменчивости ответов из-за накопления опыта и навыков в процессе эксперимента испытуемому предлагается так называемая «исчерпывающая практика». В результате такой практики у испытуемого до начала собственно эксперимента вырабатываются устойчивые навыки, и в дальнейших экспериментах показатели испытуемого от фактора накопления опыта и навыков уже напрямую не зависят.
В тех случаях, когда необходимо свести к минимуму влияние на ответ испытуемого утомления, прибегают к «методу вращения». Суть его состоит в том, что каждой подгруппе испытуемых предъявляется определенная комбинация стимулов. Совокупность таких комбинаций полностью исчерпывает все множество возможных вариантов. Например, при трех типах стимулов (А, Б, В) каждому из них представляется первое, второе и третье место в предъявлении испытуемым. Таким образом, первой подгруппе стимулы предъявляются в порядке АБВ, второй – АВБ, третьей – БАВ, четвертой – БВА, пятой – ВАБ, шестой – ВБА.
Приведенные способы процедурного уравнивания внутренних непостоянных ДП применимы как для индивидуальных, так и для групповых экспериментов.
Установка и мотивация испытуемых как внутренние непостоянные ДП должны поддерживаться на одном и том же уровне во время всего опыта. Установка как готовность воспринимать раздражитель и отвечать на него определенным образом создается через инструкцию, которую экспериментатор дает испытуемому. Чтобы установка была именно такой, какая требуется по задаче исследования, инструкция должна быть доступна испытуемым и адекватна задачам эксперимента. Однозначность и легкость понимания инструкции достигаются ее ясностью и простотой. Во избежание вариативности предъявления инструкцию рекомендуется зачитывать дословно или давать в письменном виде. Поддержание исходной установки контролируется экспериментатором путем постоянного наблюдения за испытуемым и корректируется путем напоминания при необходимости соответствующих указаний инструкции.
Мотивация испытуемого рассматривается главным образом как интерес к данному эксперименту. Если интерес отсутствует или слаб, то трудно рассчитывать на полноценность выполнения испытуемым предусмотренных в эксперименте заданий и на надежность его ответов. Слишком высокий интерес, «перемотивация», также чревата неадекватностью ответов испытуемого. Поэтому для получения исходно приемлемого уровня мотивации экспериментатор должен самым серьезным образом подойти к формированию контингента испытуемых и подбору стимулирующих их мотивацию факторов. В качестве таких факторов могут выступать состязательность, различные виды вознаграждения, интерес к своим показателям, профессиональный интерес и др.
Психофизиологические состояния испытуемых рекомендуется не только поддерживать на одном уровне, но и оптимизировать этот уровень, т. е. испытуемые должны находиться в «нормальном» состоянии. Следует убедиться, что до проведения опыта у испытуемого не было сверхзначимых для него переживаний, у него достаточно времени для участия в эксперименте, он не голоден и т. п. Во время проведения эксперимента не следует излишне возбуждать или подавлять испытуемого. Если же эти условия выполнить не удается, то проведение эксперимента лучше отложить.
Из рассмотренных характеристик переменных и способов их контроля становится понятой необходимость тщательной подготовки эксперимента при его планировании. В реальных условиях экспериментирования добиться 100 %-го контроля всех переменных невозможно, однако различные психологические эксперименты значительно отличаются друг от друга степенью контроля переменных. Рассмотрению вопроса оценки качества эксперимента посвящен следующий раздел.
4.5. Валидность и надежность эксперимента
Для конструирования и оценки экспериментальных процедур используются понятия: идеальный эксперимент, эксперимент полного соответствия и бесконечный эксперимент.
Идеальный эксперимент – это эксперимент, организованный таким образом, что экспериментатор изменяет лишь независимую переменную, зависимая переменная контролируется, а все остальные условия эксперимента остаются неизменными. Идеальный эксперимент предполагает эквивалентность всех испытуемых, неизменность их характеристик во времени, отсутствие самого времени. Он никогда не может быть осуществлен в реальности, так как в жизни изменяются не только интересующие исследователя параметры, но и ряд других условий.
Соответствие реального эксперимента идеальному выражается в такой его характеристике, как внутренняя валидность. Внутренняя валидность показывает достоверность результатов, которую обеспечивает реальный эксперимент по сравнению с идеальным. Чем больше влияют на изменение зависимых переменных не контролируемые исследователем условия, тем ниже внутренняя валидность эксперимента, следовательно, больше вероятность того, что факты, обнаруженные в эксперименте, являются артефактами. Высокая внутренняя валидность – главный признак хорошо проведенного эксперимента.
Д. Кэмпбелл выделяет следующие факторы, угрожающие внутренней валидности эксперимента: фактор фона, фактор естественного развития, фактор тестирования, погрешность измерения, статистическая регрессия, неслучайный отбор, отсеивание. Если они не контролируются, то приводят к появлению соответствующих эффектов.
Фактор фона (истории) включает события, которые происходят между предварительным и окончательным измерением и могут вызвать изменения в зависимой переменной наряду с влиянием независимой переменной. Фактор естественного развития связан с тем, что изменения в уровне зависимой переменной могут возникнуть в связи с естественным развитием участников эксперимента (взросление, нарастание утомления и т. п.). Фактор тестирования заключается во влиянии предварительных измерений на результаты последующих. Фактор погрешности измерения связан с неточностью или изменениями в процедуре или методе измерения экспериментального эффекта. Фактор статистической регрессии проявляется в том случае, если для участия в эксперименте были отобраны испытуемые с крайними показателями каких-либо оценок. Фактор неслучайного отбора соответственно встречается в тех случаях, когда при формировании выборки отбор участников проводился неслучайным образом. Фактор отсеивания проявляется в том случае, если испытуемые неравномерно выбывают из контрольной и экспериментальной групп.
Экспериментатор должен учитывать и по возможности ограничивать влияние факторов, угрожающих внутренней валидности эксперимента.
Эксперимент полного соответствия – это экспериментальное исследование, в котором все условия и их изменения отвечают реальности. Приближение реального эксперимента к эксперименту полного соответствия выражается во внешней валидности. От уровня внешней валидности зависит степень переносимости результатов эксперимента в реальность. Внешняя валидность, по определению Р. Готтсданкера, влияет на достоверность выводов, которую дают результаты реального эксперимента по сравнению с экспериментом полного соответствия. Для достижения высокой внешней валидности нужно, чтобы уровни дополнительных переменных в эксперименте соответствовали их уровням в реальности. Эксперимент, который не имеет внешней валидности, считается неверным.
К факторам, угрожающим внешней валидности, относят следующие:
Реактивный эффект (заключается в уменьшении или увеличении восприимчивости испытуемых к экспериментальному влиянию вследствие предыдущих измерений);
Эффект взаимодействия отбора и влияния (состоит в том, что экспериментальное влияние будет существенным только для участников данного эксперимента);
Фактор условий эксперимента (может привести к тому, что экспериментальный эффект может наблюдаться только в данных специально организованных условиях);
Фактор интерференции влияний (проявляется при предъявлении одной группе испытуемых последовательности взаимоисключающих влияний).
Заботу о внешней валидности экспериментов особо проявляют исследователи, работающие в прикладных областях психологии – клинической, педагогической, организационной, поскольку в случае невалидного исследования его результаты ничего не дадут при переносе их в реальные условия.
Бесконечный эксперимент предполагает неограниченное количество опытов, проб для получения все более точных результатов. Увеличение количества проб в эксперименте с одним испытуемым ведет к повышению надежности результатов эксперимента. В экспериментах с группой испытуемых повышение надежности происходит при увеличении числа испытуемых. Однако суть эксперимента состоит именно в том, чтобы на основе ограниченного числа проб или при помощи ограниченной группы испытуемых выявить причинно-следственные связи между явлениями. Поэтому бесконечный эксперимент не только невозможен, но и бессмыслен. Для достижения высокой надежности эксперимента количество проб или число испытуемых должно соответствовать изменчивости изучаемого явления.
Следует отметить, что при увеличении числа испытуемых повышается и внешняя валидность эксперимента, так как его результаты могут быть перенесены на более широкую популяцию. Для проведения экспериментов с группой испытуемых необходимо рассмотреть вопрос об экспериментальных выборках.
4.6. Экспериментальные выборки
Как указывалось выше, эксперимент может проводиться либо с одним испытуемым, либо с группой испытуемых. Эксперимент с одним испытуемым проводится лишь в некоторых специфических ситуациях. Во-первых, это ситуации, когда индивидуальными различиями испытуемых можно пренебречь, т. е. испытуемым может быть любой человек (если в эксперименте изучаются его особенности в отличие, например, от животного). В других ситуациях, напротив, испытуемый представляет собой уникальный объект (гениальный шахматист, музыкант, художник и др.). Возможны также ситуации, когда от испытуемого требуется особая компетентность как результат обучения или неординарного жизненного опыта (единственный выживший в авиационной катастрофе и т. п.). Одним испытуемым ограничиваются и в тех случаях, когда повторение данного эксперимента с участием других испытуемых невозможно. Для экспериментов с одним испытуемым разработаны особые экспериментальные планы (подробно о них см. 4.7).
Чаще эксперименты проводятся с группой испытуемых. В этих случаях выборка испытуемых должна представлять собой модель генеральной совокупности, на которую затем будут распространяться результаты исследования. Первоначально исследователь решает проблему численности экспериментальной выборки. В зависимости от цели исследования и возможности экспериментатора она может составлять от нескольких испытуемых до нескольких тысяч человек. Количество испытуемых в отдельной группе (экспериментальной или контрольной) варьируется от 1 до 100 человек. Для применения статистических методов обработки рекомендуется число испытуемых в сравниваемых группах не менее 30–35 человек. Кроме того, целесообразно увеличивать количество испытуемых по крайней мере на 5-10 % от требуемого, так как часть из них или их результатов будет «отбракована» в ходе эксперимента.
Для формирования выборки испытуемых необходимо учитывать несколько критериев.
1. Содержательный. Он заключается в том, что подбор группы испытуемых должен соответствовать предмету и гипотезе исследования. (Например, бессмысленно набирать в группу испытуемых детей двухлетнего возраста для выявления уровня произвольного запоминания.) Желательно создать идеальные представления об объекте экспериментального исследования и при формировании группы испытуемых минимально отклоняться от характеристик идеальной экспериментальной группы.
2. Критерий эквивалентности испытуемых. При формировании группы испытуемых следует учесть все значимые характеристики объекта исследования, различия в выраженности которых могут существенно повлиять на зависимую переменную.
3. Критерий репрезентативности. Группа лиц, участвующих в эксперименте, должна представлять всю часть генеральной совокупности, на которую будут распространяться результаты эксперимента. Величина экспериментальной выборки определяется видом статистических мер и выбранной точностью (достоверностью) принятия или отвержения экспериментальной гипотезы.
Рассмотрим стратегии отбора испытуемых из популяции.
Случайная стратегия заключается в том, что каждому члену генеральной совокупности предоставляется равный шанс попадания в экспериментальную выборку. Для этого каждому индивиду присваивается номер, а затем с помощью таблицы случайных чисел формируется экспериментальная выборка. Данная процедура трудноосуществима, поскольку каждый представитель интересующей исследователя популяции должен быть учтен. Кроме того, случайная стратегия дает хорошие результаты при формировании экспериментальной выборки большого объема.
Стратометрический отбор используется в том случае, если в экспериментальной выборке обязательно должны быть представлены испытуемые с определенным набором характеристик (пол, возраст, уровень образования и т. п.). Выборка составляется таким образом, чтобы в ней были равно представлены испытуемые каждой страты (слоя) с заданными характеристиками.
Стратометрический случайный отбор совмещает две предыдущие стратегии. Представителям каждой страты присваиваются номера и из них случайным образом формируется экспериментальная выборка. Данная стратегия эффективна при отборе экспериментальной выборки небольшого объема.
Репрезентативное моделирование применяется в том случае, когда исследователю удается создать модель идеального объекта экспериментального исследования. Характеристики реальной экспериментальной выборки должны минимально отклоняться от характеристик идеальной экспериментальной выборки. Если исследователю известны не все характеристики идеальной модели экспериментального исследования, то применяется стратегия приближенного моделирования. Чем точнее набор критериев, описывающих популяцию, на которую предполагается распространить выводы эксперимента, тем выше его внешняя валидность.
Иногда в качестве экспериментальной выборки используются реальные группы, при этом в эксперименте либо участвуют добровольцы, либо все испытуемые привлекаются принудительно. И в том и в другом случае нарушается внешняя и внутренняя валидность.
После формирования экспериментальной выборки экспериментатор составляет план исследования. Достаточно часто эксперимент проводится с несколькими группами, экспериментальными и контрольными, которые помещаются в разные условия. Экспериментальные и контрольные группы должны быть эквивалентными на момент начала экспериментального воздействия.
Процедура подбора эквивалентных групп и испытуемых называется рандомизацией. По мнению ряда авторов, эквивалентность групп может быть достигнута при попарном отборе. В этом случае экспериментальная и контрольная группы составляются из индивидов, эквивалентных по значимым для эксперимента побочным параметрам. Идеальный вариант для попарного отбора – привлечение близнецовых пар. Рандомизация с выделением страт заключается в подборе однородных подгрупп, в которых испытуемые уравнены по всем характеристикам, кроме интересующих исследователя дополнительных переменных. Иногда для выделения значимой дополнительной переменной все испытуемые тестируются и ранжируются по уровню ее выраженности. Экспериментальная и контрольная группы формируются так, чтобы испытуемые, обладающие одинаковыми или близкими значениями переменной, попали в разные группы. Распределение испытуемых на экспериментальную и контрольную группы может проводиться и случайным методом. Как уже указывалось выше, при большой численности экспериментальной выборки этот способ дает вполне удовлетворительные результаты.
4.7. Экспериментальные планы
Экспериментальный план – это тактика экспериментального исследования, воплощенная в конкретной системе операций планирования эксперимента. Основными критериями классификации планов являются:
Состав участников (индивид или группа);
Количество независимых переменных и их уровней;
Виды шкал представления независимых переменных;
Метод сбора экспериментальных данных;
Место и условия проведения эксперимента;
Особенности организации экспериментального воздействия и способа контроля.
Планы для групп испытуемых и для одного испытуемого. Все экспериментальные планы можно разделить по составу участников на планы для групп испытуемых и планы для одного испытуемого.
Эксперименты с группой испытуемых имеют следующие преимущества: возможность обобщения результатов эксперимента на популяцию; возможность использования схем межгрупповых сравнений; экономия времени; применение методов статистического анализа. К недостаткам данного типа экспериментальных планов можно отнести: влияние индивидуальных различий между людьми на результаты эксперимента; проблему репрезентативности экспериментальной выборки; проблему эквивалентности групп испытуемых.
Эксперименты с одним испытуемым – это частный случай «планов с маленьким N». Дж. Гудвин указывает на следующие причины использования таких планов: потребности в индивидуальной валидности, так как в экспериментах с большим N возникает проблема, когда обобщенные данные не характеризуют ни одного испытуемого. Эксперимент с одним испытуемым проводится также в уникальных случаях, когда в силу ряда причин невозможно привлечь много участников. В этих случаях целью эксперимента является анализ уникальных явлений и индивидуальных характеристик.
Эксперимент с маленьким N, по мнению Д. Мартина, имеет следующие преимущества: отсутствие сложных статистических подсчетов, легкость в интерпретации результатов, возможность изучения уникальных случаев, привлечение одного-двух участников, широкие возможности манипуляции независимыми переменными. Ему свойственны и некоторые недостатки, в частности сложность процедур контроля, затруднение при обобщении результатов; относительная неэкономичность по времени.
Рассмотрим планы для одного испытуемого.
Планирование временных серий. Основным показателем влияния независимой переменной на зависимую при реализации такого плана является изменение характера ответов испытуемого во времени. Простейшая стратегия: схема А – В. Испытуемый первоначально выполняет деятельность в условиях А, а затем в условиях В. Для контроля «эффекта плацебо» применяется схема: А – В – А. («Эффект плацебо» – это реакции испытуемых на «пустые» воздействия, соответствующие реакциям на реальные воздействия.) В данном случае испытуемый не должен заранее знать, какое из условий является «пустым», а какое реальным. Однако эти схемы не учитывают взаимодействия воздействий, поэтому при планировании временных серий, как правило, применяют схемы регулярного чередования (А – В – А – В), позиционного уравнивания (А – В – В – А) или случайного чередования. Применение более «длинных» временных серий увеличивает возможность обнаружения эффекта, но приводит к ряду негативных последствий – утомлению испытуемого, снижению контроля за другими дополнительными переменными и т. п.
План альтернативных воздействий является развитием плана временных серий. Его специфика заключается в том, что воздействия А и В рандомизированно распределяются во времени и предъявляются испытуемому раздельно. Затем сравниваются эффекты от каждого из воздействий.
Реверсивный план применяется для изучения двух альтернативных форм поведения. Первоначально регистрируется базовый уровень проявления обеих форм поведения. Затем предъявляется комплексное воздействие, состоящее из специфического компонента для первой формы поведения и дополнительного для второй. Через определенное время сочетание воздействий видоизменяют. Эффект двух комплексных воздействий оценивается.
План возрастания критериев часто используется в психологии обучения. Суть его состоит в том, что регистрируется изменение поведения испытуемого в ответ на прирост воздействия. При этом следующее воздействие предъявляется лишь после выхода испытуемого на заданный уровень критерия.
При проведении экспериментов с одним испытуемым следует учитывать, что основные артефакты практически неустранимы. Кроме того, в этом случае, как ни в каком другом, проявляется влияние установок экспериментатора и отношений, которые складываются между ним и испытуемым.
Р. Готтсданкер предлагает различать качественные и количественные экспериментальные планы . В качественных планах независимая переменная представлена в номинативной шкале, т. е. в эксперименте используются два или более качественно разных условия.
В количественных экспериментальных планах уровни независимой переменной представлены в интервальных, ранговых или пропорциональных шкалах, т. е. в эксперименте используются уровни выраженности того или иного условия.
Возможна ситуация, когда в факторном эксперименте одна переменная будет представлена в количественном, а другая – в качественном виде. В таком случае план будет комбинированным.
Внутригрупповые и межгрупповые экспериментальные планы. Т.В. Корнилова определяет два типа экспериментальных планов по критерию количества групп и условий проведения эксперимента: внутригрупповые и межгрупповые. К внутригрупповым относятся планы, в которых влияние вариантов независимой переменной и измерение экспериментального эффекта происходят в одной группе. В межгрупповых планах влияние вариантов независимой переменной осуществляется в разных экспериментальных группах.
Преимуществами внутригруппового плана являются: меньшее количество участников, устранение факторов индивидуальных отличий, уменьшение общего времени проведения эксперимента, возможность доказательства статистической значимости экспериментального эффекта. К недостаткам относятся неконстантность условий и проявление «эффекта последовательности».
Преимуществами межгруппового плана являются: отсутствие «эффекта последовательности», возможность получения большего количества данных, сокращение времени участия в эксперименте для каждого испытуемого, уменьшение эффекта выбывания участников эксперимента. Главным недостатком межгруппового плана является неэквивалентность групп.
Планы с одной независимой переменной и факторные планы. По критерию количества экспериментальных воздействий Д. Мартин предлагает различать планы с одной независимой переменной, факторные планы и планы с серией экспериментов. В планах с одной независимой переменной экспериментатор манипулирует одной независимой переменной, которая может иметь неограниченное количество вариантов проявления. В факторных планах (подробно о них см. с. 120) экспериментатор манипулирует двумя и более независимыми переменными, исследует все возможные варианты взаимодействия их разных уровней.
Планы с серией экспериментов проводятся для постепенного исключения конкурирующих гипотез. В конце серии экспериментатор приходит к верификации одной гипотезы.
Доэкспериментальные, квазиэкспериментальные планы и планы истинных экспериментов. Д. Кэмпбелл предложил разделить все экспериментальные планы для групп испытуемых на следующие группы: доэкспериментальные, квазиэкспериментальные и планы истинных экспериментов. В основе этого деления лежит близость реального эксперимента к идеальному. Чем меньше артефактов провоцирует тот или иной план и чем строже контроль дополнительных переменных, тем ближе эксперимент к идеальному. Доэкспериментальные планы менее всего учитывают требования, предъявляемые к идеальному эксперименту. В.Н. Дружинин указывает, что они могут служить лишь иллюстрацией, в практике научных исследований их следует по возможности избегать. Квазиэкспериментальные планы являются попыткой учета реалий жизни при проведении эмпирических исследований, они специально создаются с отступлением от схем истинных экспериментов. Исследователь должен осознавать источники артефактов – внешних дополнительных переменных, которые он не может контролировать. Квазиэкспериментальный план применяется тогда, когда применение лучшего плана невозможно.
Систематизированные признаки доэкспериментальных, квазиэкспериментальных планов и планов истинных экспериментов приводятся в нижеследующей таблице.
При описании экспериментальных планов будем пользоваться символизацией, предложенной Д. Кэмпбеллом: R – рандомизация; X – экспериментальное воздействие; O – тестирование.
К доэксперименталъным планам относятся: 1) исследование единичного случая; 2) план с предварительным и итоговым тестированием одной группы; 3) сравнение статистических групп.
При исследовании единичного случая однократно тестируется одна группа после экспериментального воздействия. Схематично этот план можно записать в виде:
Контроль внешних переменных и независимой переменной полностью отсутствует. В таком эксперименте нет никакого материала для сравнения. Результаты могут быть сопоставлены лишь с обыденными представлениями о реальности, научной информации они не несут.
План с предварительным и итоговым тестированием одной группы часто применяется в социологических, социально-психологических и педагогических исследованиях. Его можно записать в виде:
В этом плане отсутствует контрольная группа, поэтому нельзя утверждать, что изменения зависимой переменной (разница между O1 и O2), регистрируемые в ходе тестирования, вызваны именно изменением независимой переменной. Между начальным и итоговым тестированием могут произойти и другие «фоновые» события, воздействующие на испытуемых вместе с независимой переменной. Этот план не позволяет контролировать также эффект естественного развития и эффект тестирования.
Сравнение статистических групп будет точнее назвать планом для двух неэквивалентных групп с тестированием после воздействия. Он может быть записан в таком виде:
Этот план позволяет учитывать эффект тестирования, благодаря введению контрольной группы контролировать ряд внешних переменных. Однако с его помощью невозможно учесть эффект естественного развития, так как нет материала для сравнения состояния испытуемых на данный момент с их начальным состоянием (предварительное тестирование не проводилось). Для сравнения результатов контрольной и экспериментальной групп используют t-критерий Стьюдента. Однако следует учитывать, что различия в результатах тестирования могут быть обусловлены не экспериментальным воздействием, а различием в составе групп.
Квазиэкспериментальные планы являются своеобразным компромиссом между реальностью и строгими рамками истинных экспериментов. Существуют следующие типы квазиэкспериментальных планов в психологическом исследовании: 1) планы экспериментов для неэквивалентных групп; 2) планы с предварительным и итоговым тестированием различных рандомизированных групп; 3) планы дискретных временных серий.
План эксперимента для неэквивалентных групп направлен на установление причинно-следственной зависимости между переменными, однако в нем отсутствует процедура уравнивания групп (рандомизация). Этот план может быть представлен следующей схемой:
К проведению эксперимента в данном случае привлекаются две реальные группы. Обе группы тестируются. Затем одна группа подвергается экспериментальному воздействию, а другая – нет. Затем обе группы повторно тестируются. Результаты первого и второго тестирования обеих групп сопоставляют, для сравнения используют t-критерий Стьюдента и дисперсионный анализ. Различие O2 и O4 свидетельствует о естественном развитии и фоновом воздействии. Для выявления действия независимой переменной необходимо сравнивать 6(O1 O2) и 6(O3 O4), т. е. величины сдвигов показателей. Значимость различия приростов показателей будет свидетельствовать о влиянии независимой переменной на зависимую. Этот план аналогичен плану истинного эксперимента для двух групп с тестированием до и после воздействия (см. с. 118). Главным источником артефактов является различие в составе групп.
План с предварительным и итоговым тестированием различных рандомизированных групп отличается от плана истинного эксперимента тем, что предварительное тестирование проходит одна группа, а итоговое – эквивалентная группа, которая подверглась воздействию:
Главный недостаток этого квазиэкспериментального плана – невозможность контролировать эффект «фона» – влияние событий, происходящих наряду с экспериментальным воздействием в период между первым и вторым тестированием.
Планы дискретных временных серий подразделяются на несколько видов в зависимости от количества групп (одной или нескольких), а также в зависимости от количества экспериментальных воздействий (одиночного или серии воздействий).
План дискретных временных серий для одной группы испытуемых состоит в том, что первоначально определяется исходный уровень зависимой переменной на группе испытуемых с помощью серии последовательных замеров. Затем применяют экспериментальное воздействие и проводят серию аналогичных замеров. Сравнивают уровни зависимой переменной до и после воздействия. Схема этого плана:
Главный недостаток плана дискретных временных серий в том, что он не дает возможности отделить результат влияния независимой переменной от влияния фоновых событий, которые происходят в течение исследования.
Модификацией этого плана является квазиэксперимент по схеме временных серий, в котором воздействие перед замером чередуется с отсутствием воздействия перед замером. Его схема такова:
ХO1 – O2ХO3 – O4 ХO5
Чередование может быть регулярным или случайным. Этот вариант подходит лишь в том случае, когда эффект воздействия обратим. При обработке данных, полученных в эксперименте, серии разбивают на две последовательности и сравнивают результаты замеров, где было воздействие, с результатами замеров, где оно отсутствовало. Для сравнения данных используется t-критерий Стьюдента с числом степеней свободы n – 2, где n – число ситуаций одного типа.
Планы временных серий часто реализуются на практике. Однако при их применении нередко наблюдается так называемый «эффект Хотторна». Впервые его обнаружили американские ученые в 1939 г., когда проводили исследование на заводе Хотторна в Чикаго. Предполагалось, что изменение системы организации труда позволит повысить его производительность. Однако в ходе эксперимента любые изменения в организации труда приводили к повышению его производительности. В результате оказалось, что само по себе участие в эксперименте повысило мотивацию к труду. Испытуемые поняли, что ими лично интересуются, и стали работать продуктивнее. Чтобы контролировать этот эффект, должна использоваться контрольная группа.
Схема плана временных серий для двух неэквивалентных групп, из которых одна не получает воздействия, выглядит так:
O1O2O3O4O5O6O7O8O9O10
O1O2O3O4O5O6O7O8O9O10
Такой план позволяет контролировать эффект «фона». Обычно он используется исследователями при изучении реальных групп в образовательных учреждениях, клиниках, на производстве.
Еще один специфический план, который нередко используется в психологии, называют экспериментом ex-post-facto. Он часто применяется в социологии, педагогике, а также в нейропсихологии и клинической психологии. Стратегия применения этого плана состоит в следующем. Экспериментатор сам не воздействует на испытуемых. В качестве воздействия выступает некоторое реальное событие из их жизни. Экспериментальная группа состоит из «испытуемых», подвергшихся воздействию, а контрольная группа – из людей, не испытавших его. При этом группы по возможности уравниваются на момент своего состояния до воздействия. Затем проводится тестирование зависимой переменной у представителей экспериментальной и контрольной групп. Данные, полученные в результате тестирования, сопоставляются и делается вывод о влиянии воздействия на дальнейшее поведение испытуемых. Тем самым план ex-post-facto имитирует схему эксперимента для двух групп с их уравниванием и тестированием после воздействия. Его схема такова:
Если удается достичь эквивалентности групп, то этот план становится планом истинного эксперимента. Он реализуется во многих современных исследованиях. Например, при изучении посттравматического стресса, когда люди, перенесшие воздействия природной или техногенной катастрофы, или участники боевых действий тестируются на наличие посттравматического синдрома, их результаты сопоставляются с результатами контрольной группы, что позволяет выявить механизмы возникновения подобных реакций. В нейропсихологии травмы головного мозга, поражения определенных структур, рассматриваемые как «экспериментальное воздействие», предоставляют уникальную возможность для выявления локализации психических функций.
Планы истинных экспериментов для одной независимой переменной отличаются от других следующим:
1) использованием стратегий создания эквивалентных групп (рандомизация);
2) наличием как минимум одной экспериментальной и одной контрольной групп;
3) итоговым тестированием и сравнением результатов групп, получавших и не получавших воздействие.
Рассмотрим подробнее некоторые экспериментальные планы для одной независимой переменной.
План для двух рандомизированных групп с тестированием после воздействия. Его схема выглядит так:
Этот план применяют в том случае, если нет возможности или необходимости проводить предварительное тестирование. При равенстве экспериментальной и контрольной групп данный план является наилучшим, поскольку позволяет контролировать большинство источников артефактов. Отсутствие предварительного тестирования исключает как эффект взаимодействия процедуры тестирования и экспериментального задания, так и сам эффект тестирования. План позволяет контролировать влияние состава групп, стихийного выбывания, влияние фона и естественного развития, взаимодействие состава группы с другими факторами.
В рассмотренном примере использовался один уровень воздействия независимой переменной. Если же она имеет несколько уровней, то количество экспериментальных групп увеличивается до числа уровней независимой переменной.
План для двух рандомизированных групп с предварительным и итоговым тестированием. Схема плана выглядит следующим образом:
R O1 Х O2
Этот план применяется в том случае, если существуют сомнения в результатах рандомизации. Главный источник артефактов – взаимодействие тестирования и экспериментального воздействия. В реальности также приходится сталкиваться с эффектом неодновременности тестирования. Поэтому наилучшим считается проведение тестирования членов экспериментальной и контрольной групп в случайном порядке. Предъявление-непредъявление экспериментального воздействия также лучше проводить в случайном порядке. Д. Кэмпбелл отмечает необходимость контроля «внутригрупповых событий». Данный экспериментальный план хорошо контролирует эффект фона и эффект естественного развития.
При обработке данных обычно используются параметрические критерии t и F (для данных в интервальной шкале). Вычисляют три значения t: 1) между O1 и O2; 2) между O3 и O4; 3) между O2 и O4. Гипотезу о значимости влияния независимой переменной на зависимую можно принять в том случае, если выполняются два условия: 1) различия между O1 и O2 значимы, а между O3 и O4 незначимы и 2) различия между O2 и O4 значимы. Иногда удобнее сравнивать не абсолютные значения, а величины прироста показателей б(1 2) и б (3 4). Эти значения также сравниваются по t-критерию Стьюдента. В случае значимости различий принимается экспериментальная гипотеза о влиянии независимой переменной на зависимую.
План Соломона представляет собой объединение двух предыдущих планов. Для его реализации необходимы две экспериментальные (Э) и две контрольные (К) группы. Его схема выглядит так:
С помощью этого плана можно контролировать эффект взаимодействия предварительного тестирования и эффект экспериментального воздействия. Эффект экспериментального воздействия выявляется при сравнении показателей: O1 и O2; O2 и O4; O5 и O6; O5 и O3. Сравнение O6, O1 и O3 позволяет выявить влияние фактора естественного развития и фоновых воздействий на зависимую переменную.
Теперь рассмотрим план для одной независимой переменной и нескольких групп.
План для трех рандомизированных групп и трех уровней независимой переменной применяется в тех случаях, когда необходимо выявление количественных зависимостей между независимой и зависимой переменными. Его схема выглядит так:
При реализации этого плана каждой группе предъявляется лишь один уровень независимой переменной. При необходимости можно увеличить количество экспериментальных групп в соответствии с количеством уровней независимой переменной. Для обработки данных, полученных с помощью такого экспериментального плана, могут применяться все вышеперечисленные статистические методы.
Факторные экспериментальные планы применяются для проверки сложных гипотез о взаимосвязях между переменными. В факторном эксперименте проверяются, как правило, два типа гипотез: 1) гипотезы о раздельном влиянии каждой из независимых переменных; 2) гипотезы о взаимодействии переменных. Факторный план заключается в том, чтобы все уровни независимых переменных сочетались друг с другом. Число экспериментальных групп при этом равно числу сочетаний.
Факторный план для двух независимых переменных и двух уровней (2 х 2). Это наиболее простой из факторных планов. Его схема выглядит так.
Данный план выявляет эффект воздействия двух независимых переменных на одну зависимую. Экспериментатор сочетает возможные переменные и уровни. Иногда используются четыре независимые рандомизированные экспериментальные группы. Для обработки результатов применяется дисперсионный анализ по Фишеру.
Существуют более сложные версии факторного плана: 3 х 2 и 3 х 3 и т. д. Дополнение каждого уровня независимой переменной увеличивает число экспериментальных групп.
«Латинский квадрат». Является упрощением полного плана для трех независимых переменных, имеющих два и более уровней. Принцип латинского квадрата состоит в том, что два уровня разных переменных встречаются в экспериментальном плане только один раз. Тем самым значительно сокращаются количество групп и экспериментальная выборка в целом.
Например, для трех независимых переменных (L, M, N) с тремя уровнями у каждой (1, 2, 3 и N(A, В, С)) план по методу «латинского квадрата» будет выглядеть так.
В этом случае уровень третьей независимой переменной (А, В, С) встречается в каждой строке и в каждой колонке по одному разу. Комбинируя результаты по строкам, столбцам и уровням, можно выявить влияние каждой из независимых переменных на зависимую, а также степень попарного взаимодействия переменных. Применение латинских букв А, В, С для обозначения уровней третьей переменной традиционно, поэтому метод и получил название «латинский квадрат».
«Греко-латинский квадрат». Этот план применяется в случае, если необходимо исследовать влияние четырех независимых переменных. Он строится на основе латинского квадрата для трех переменных, при этом к каждой латинской группе плана присоединяется греческая буква, обозначающая уровни четвертой переменной. Схема для плана с четырьмя независимыми переменными, каждая из которых имеет три уровня, будет выглядеть так:
Для обработки данных, полученных в плане «греко-латинский квадрат», применяется метод дисперсионного анализа по Фишеру.
Главная проблема, которую позволяют решить факторные планы, – определение взаимодействия двух и более переменных. Эту задачу невозможно решить, применяя несколько обычных экспериментов с одной независимой переменной. В факторном плане вместо попыток «очистить» экспериментальную ситуацию от дополнительных переменных (с угрозой для внешней валидности) экспериментатор приближает ее к реальности, вводя некоторые дополнительные переменные в разряд независимых. При этом анализ связей между изучаемыми признаками позволяет выявить скрытые структурные факторы, от которых зависят параметры измеряемой переменной.
4.8. Корреляционные исследования
Теория корреляционного исследования разработана английским математиком К. Пирсоном. Стратегия проведения такого исследования заключается в том, что управляемое воздействие на объект отсутствует. План корреляционного исследования несложен. Исследователь выдвигает гипотезу о наличии статистической связи между несколькими психическими свойствами индивида. При этом предположение о причинной зависимости не обсуждается.
Корреляционным называется исследование, проводимое для подтверждения или опровержения гипотезы о статистической связи между несколькими (двумя или более) переменными. В психологии в качестве переменных могут выступать психические свойства, процессы, состояния и т. п.
Корреляционные связи. «Корреляция» в прямом переводе означает соотношение. Если изменение одной переменной сопровождается изменением другой, то говорят о корреляции этих переменных. Наличие корреляции двух переменных не является свидетельством наличия причинно-следственных зависимостей между ними, но дает возможность выдвинуть такую гипотезу. Отсутствие корреляции позволяет опровергнуть гипотезу о причинно-следственной связи переменных.
Различают несколько типов корреляционных связей:
Прямая корреляционная связь (уровень одной переменной непосредственно соответствует уровню другой переменной);
Корреляция, обусловленная третьей переменной (уровень одной переменной соответствует уровню другой переменной в силу того, что обе эти переменные обусловлены третьей, общей переменной);
Случайная корреляция (не обусловлена никакой переменной);
Корреляция, обусловленная неоднородностью выборки (если выборка состоит двух неоднородных групп, то может быть получена корреляционная связь, не существующая в генеральной совокупности).
Корреляционные связи бывают следующих видов:
– положительная корреляция (повышение уровня одной переменной сопровождается повышением уровня другой переменной);
– отрицательная корреляция (рост уровня одной переменной сопровождается снижением уровня другой);
– нулевая корреляция (свидетельствует об отсутствии связи переменных);
– нелинейная связь (в определенных пределах повышение уровня одной переменной сопровождается повышением уровня другой, а при других параметрах – наоборот. Большинство психологических переменных имеют именно нелинейную связь).
Планирование корреляционного исследования. План корреляционного исследования является разновидностью квазиэкспериментального плана при отсутствии воздействия независимой переменной на зависимые. Корреляционное исследование разбивается на серию независимых измерений в группе испытуемых. В случае простого корреляционного исследования группа однородна. В случае сравнительного корреляционного исследования мы имеем несколько подгрупп, различающихся по одному или нескольким критериям. Результаты таких измерений дают матрицу вида Р х О. Обрабатываются данные корреляционного исследования путем вычисления корреляций по строкам или по столбцам матрицы. Корреляция по строкам дает сравнение испытуемых. Корреляция столбцов дает информацию о связи измеряемых переменных. Часто выявляются временные корреляции, т. е. изменение структуры корреляций во времени.
Ниже рассмотрены основные типы корреляционного исследования.
Сравнение двух групп. Применяется для установления сходства или различия двух естественных или рандомизированных групп по выраженности того или иного параметра. Средние результаты у двух групп сравнивают с помощью t-критерия Стьюдента. При необходимости для сравнения дисперсий показателя в двух группах также может быть использован t-критерий Фишера (см. 7.3).
Одномерное исследование одной группы в разных условиях. План этого исследования близок к экспериментальному. Но в случае корреляционного исследования мы не управляем независимой переменной, а лишь констатируем изменение поведения индивида в разных условиях.
Корреляционное исследование попарно эквивалентных групп. Этот план используется при исследовании близнецов методом внутрипарных корреляций. Близнецовый метод основывается на следующих положениях: генотипы монозиготных близнецов сходны на 100 %, а дизиготных близнецов – на 50 %, среда развития как дизиготных, так и монозиготных пар одинакова. Дизиготные и монозиготные близнецы разбиваются на группы: в каждой – один близнец из пары. У близнецов обеих групп измеряется интересующий исследователя параметр. Затем вычисляются корреляции между параметрами (О -корреляция) и между близнецами (Р -корреляция). Сравнивая внутрипарные корреляции монозиготных и дизиготных близнецов, можно выявить доли влияния среды и генотипа на развитие того или иного признака. Если корреляция монозиготных близнецов надежно выше корреляции дизиготных близнецов, то можно говорить о существующей генетической детерминации признака, в противном случае говорят о средовой детерминации.
Многомерное корреляционное исследование. Проводится для проверки гипотезы о связи нескольких переменных. Отбирается экспериментальная группа, которая тестируется по определенной программе, состоящей из нескольких тестов. Данные исследования заносятся в таблицу «сырых» данных. Затем эта таблица обрабатывается, подсчитываются коэффициенты линейных корреляций. Корреляции оцениваются на статистические различия.
Структурное корреляционное исследование. Исследователь выявляет различие в уровне корреляционных зависимостей между одними и теми же показателями, измеренными у представителей разных групп.
Лонгитюдное корреляционное исследование. Оно строится по плану временных серий с тестированием группы через заданные промежутки времени. В отличие от простого лонгитюда исследователя интересуют изменения не столько самих переменных, сколько связей между ними.
Время на чтение: 3 мин
Эксперимент – это один из доступных научному мировоззрению методов познания окружающей реальности, обоснованный принципами повторимости и доказательности. Этот метод строится индивидуально в зависимости от выбранной области, на основании теорий или выдвинутых гипотез и происходит в специально контролируемых или управляемых условиях, удовлетворяющих запросу исследования. Стратегия эксперимента предполагает целенаправленно выстроенное наблюдение за выбранным явлением или объектом в заранее определенных гипотезой условиях. В психологической отрасли эксперимент предусматривает совместное взаимодействие экспериментатора и обследуемого, направленное на выполнение разработанных предварительно экспериментальных заданий и изучение возможных изменений и взаимосвязей.
Эксперимент относится к разделу эмпирических методов и выступает критерием истинности установленного явления, поскольку безоговорочным условием построения экспериментальных процессов является их повторная воспроизводимость.
Эксперимент в психологии используется как основной способ изменения (в терапевтической практике) и исследования (в науке) реальности, и имеет традиционное планирование (при одной неизвестной переменной) и факторное (когда неизвестных переменных несколько). В случае, когда исследуемое явление или его область представляются недостаточно исследованными, применяется пилотажный эксперимент, помогающий уточнить дальнейшее направление построения .
Отличается от исследовательского метода наблюдения и невмешательства активным взаимодействием с объектом изучения, намеренным вызыванием изучаемого явления, возможностью изменения условий процесса, количественного соотношения параметров и включает в себя статистическую обработку данных. Возможность контролированного изменения условий или составляющих эксперимента позволяет исследователю более глубоко изучить явление или заметить ранее не выявленные закономерности. Основная трудность применения и оценки достоверности экспериментального метода в психологии заключается в частой включенности экспериментатора во взаимодействие или общение с испытуемыми и косвенным образом, под воздействием подсознательных , может оказать влияние на результаты и поведение обследуемого.
Эксперимент, как метод исследования
При изучении явлений возможно использование нескольких видов методов: активные (эксперименты) и пассивные (наблюдение, архивное и биографическое исследование).
Метод эксперимента подразумевает под собой активное влияние или вызывание исследуемого процесса, присутствие основной и контрольной (максимально схожая с основной, но не подвергающаяся влиянию) экспериментальных групп. По своему смысловому назначению выделяют исследовательский эксперимент (при неизвестности наличия взаимосвязи между выбранными параметрами) и подтверждающий (когда взаимосвязь переменных установлена, но необходимо выявить характер этой связи). Для построения практического исследования необходимо изначальное формулирование определений и изучаемой проблемы, постановка гипотез, последующая их проверка. Полученные результативные данные обрабатывают и интерпретируют, используя методы матстатистики, учитывающей особенности переменных и выборок испытуемых.
Отличительными чертами экспериментального изучения являются: искусственная самостоятельная организация условий для активизации или появления определенного изучаемого психологического факта, возможность изменять условия и устранять некоторые из влияющих факторов.
Все построение экспериментальных условий сводится к определению взаимодействия переменных: зависимой, независимой и побочных. Под независимой переменной понимается то условие или явление, которое может варьировать или изменять экспериментатор (выбранное время суток, предлагаемая задача), чтобы проследить его дальнейшее влияние на зависимую переменную (слова или ответные на стимул действия испытуемого), т.е. параметров другого явления. В ходе определения переменных важно обозначить и конкретизировать их так, чтобы они поддавались регистрации и анализу.
Помимо качеств конкретности и регистрируемости, должно быть соответствие и надежности, т.е. тенденция сохранять устойчивость показателей ее регистрируемости и сохранении полученных показателей только при условиях, повторяющих экспериментальные, касательно выбранной гипотезы. Побочными переменными являются все факторы, которые косвенным образом влияют на результаты или течение эксперимента, будь то освещение или уровень бодрости испытуемого.
Метод эксперимента обладает рядом преимуществ, среди которых повторяемость изучаемого явления, имеющаяся возможность влиять на результаты путем изменения переменных, возможность выбора начала осуществления эксперимента. Это единственный метод, дающий наиболее достоверные результаты. Среди причин критики данного метода находится непостоянность, спонтанность и уникальность психики, а также субъект-субъектные отношения, которые своим наличием не совпадают с научными правилами. Еще одной негативной характеристикой метода является то, что условия лишь частично воспроизводят реальность, и соответственно подтверждение и стопроцентное воспроизведение полученных в лабораторных условиях результатов в условиях реальности не возможно.
Виды экспериментов
Однозначной классификации экспериментов нет, так как понятие состоит из множества характеристик, на основании выбора которых и строится дальнейшее разграничение.
На этапах постановки гипотезы, когда еще не определены методы и выборки, стоит проводить мысленный эксперимент, где учитывая теоретические предпосылки, ученые проводят воображаемое исследование, стремящееся к обнаружению противоречий внутри используемой теории, несопоставимость концепций и постулатов. В мысленном эксперименте исследуются не сами явления с практической стороны, а имеющаяся теоретическая информация о них. Построение реального эксперимента включает в себя планомерное манипулирование переменными, их коррекция и выбор в реальности.
Лабораторный эксперимент присутствует при искусственном воссоздании специальных, организующих необходимую обстановку условий, при наличии аппаратуры и инструкции, определяющей действия испытуемого, сами испытуемые осознают свое участие в методе, но от них могут утаивать гипотезу, для получения независимых результатов. При такой постановке возможен максимальный контроль переменных, но полученные данные тяжело сопоставимы с реальной жизнью.
Естественный (полевой) или квазиэксперимент происходит, когда исследование проводится непосредственно в группе, где не возможна полная корректировка необходимых показателей, в естественных для выбранной социальной общности условиях. Используется для изучения взаимовлияния переменных в реальных жизненных условиях, происходит в несколько этапов: анализ поведения или отзывов исследуемого, фиксация полученных наблюдений, анализ результатов, составление полученной характеристики исследуемого.
В психологической исследовательской деятельности наблюдается применение в одном исследовании констатирующего и формирующего эксперимента. Констатирующий определяет наличие явления или функции, тогда как формирующий проводит анализ изменения данных показателей после этапа обучения или иного влияния на выбранные гипотезой факторы.
При постановке нескольких гипотез применяется критический эксперимент, для подтверждения истинности одной из выдвинутых версий, при этом остальные признаются опровергнутыми (для реализации нужна высокая степень разработки теоретической базы, а также довольно сложное планирование самой постановки).
Проведение эксперимента актуально при проверке пробных гипотез, выбора дальнейшего хода исследования. Такой проверочный метод называется пилотажным, проводится при подключении меньшей выборки, чем при полном эксперименте, с меньшим внимаем к анализу деталей результатов, и стремится выявить лишь общие тенденции и закономерности.
Так же эксперименты различают по количеству информации, доступной испытуемому о самих условиях исследования. Выделяют эксперименты, где испытуемый владеет полной информацией о ходе исследования, те, где некоторая информация утаивается, те, где испытуемый не знает о проводимом эксперименте.
По полученным результатам различают групповые (полученные данные характерны и актуальны для описания явлений, присущих определенной группе) и индивидуальные (данные, описывающие конкретную личность) эксперименты.
Психологические эксперименты
Эксперимент в психологии имеет отличительную особенность от особенностей его проведения в других науках, поскольку объект исследования имеет собственную субъектность, что может вносить определенный процент влияния, как на ход изучения, так и на результаты исследования. Основная задача, которая ставится перед психологическим экспериментом – вывести на обозримую поверхность сокрытые внутри психики процессы. Для достоверности передачи такой информации требуется полный контроль максимального количества переменных.
Понятие эксперимента в психологии, помимо исследовательской сферы, используется в психотерапевтической практике, когда происходит искусственная постановка актуальных для личности проблем, для углубления переживаний или проработки внутреннего состояния.
Первые шаги на пути экспериментальной деятельности заключаются в установлении определенных взаимоотношений с испытуемыми, определение особенностей выборки. Далее испытуемые получают инструкцию для выполнения, содержащую описание хронологичности порядка выполняемых действий, изложенную максимально подробно и в лаконичной форме.
Этапы осуществления психологического эксперимента:
Постановка проблемы и выведение гипотезы;
Анализ литературных и теоретических данных по выбранной проблематике;
Выбор экспериментального инструмента, позволяющего как управлять зависимой переменной, так и регистрировать изменения независимой;
Формирование релевантной выборки и групп испытуемых;
Проведение экспериментальных опытов или диагностики;
Сбор и статистическая обработка данных;
Результатов исследования, составление выводов.
Проведение психологического опыта привлекает к себе внимание социума значительно чаще, чем экспериментирование в других областях, так как затрагивает не только научные понятия, но также этическую сторону вопроса, ведь при постановке условий и наблюдений экспериментатор непосредственно вмешивается и влияет на жизнь испытуемого. Существует несколько всемирно известных экспериментов, касающихся особенностей поведенческих детерминант человека, часть из которых признаны антигуманными.
Хоторнский эксперимент возник вследствие снижения производительности работников одного предприятия, после чего были предприняты диагностические методы по выявлению причин. Результаты исследования показали, что производительность зависит от занимаемого социального положения и роли человека, а те работники, которые попали в группу испытуемых, начали работать лучше лишь от осознания факта участия в эксперименте и того, что на них направленно внимание работодателя и исследователей.
Эксперимент Милгрэма был направлен на установление количества боли, которое может нанести человек другим, абсолютно невинным, если это входит в их обязанности. Участвовало несколько людей – сам испытуемый, начальник, который отдавал ему приказ в случае ошибки направлять на провинившегося разряд электрического тока и непосредственно тот, кому предназначалось наказание (эту роль выполнял актер). В ходе данного эксперимента было выявлено, что люди способны нанести значительные физические страдания другим невиновным, из чувства необходимости подчинения или ослушаться авторитетных лиц, даже при условии возникновения с их внутренними убеждениями.
Эксперимент Рингельмана устанавливал изменение уровня производительности в зависимости от количества человек, привлеченных к выполнению задачи. Оказалось, что чем больше человек участвует в выполнении работы, тем ниже производительность каждого и группы в целом. Это дает основания утверждать, что при осознаваемой индивидуальной ответственности есть стремление максимально выложиться в стараниях, тогда как при групповой работе можно переложить на другого.
«Чудовищный» эксперимент, который некоторое время успешно скрывали его авторы, опасаясь наказания, был направлен на изучение силы внушения. В его ходе двум группам детей из интерната говорили об их навыках: первую группу хвалили, а вторую постоянно критиковали, указывая на недостатки в речи. В дальнейшем у детей из второй группы, ранее не сталкивавшихся с речевыми затруднениями, начали развиваться дефекты речи, некоторые из которых сохранились до конца жизни.
Есть еще много других экспериментов, где вопросы морали не были учтены авторами, и, несмотря на предполагаемую научную ценность и открытия, восхищение не вызывают.
Эксперимент в психологии имеет своим назначением изучение психических особенностей для улучшения его жизни, оптимизации работы и борьбы со страхами и поэтому первоочередным требованием к разработке методов исследований является их этичность, ведь результаты экспериментальных опытов могут вызвать необратимые изменения, изменяющие последующую жизнь человека.
Похожие статьи
