Методика и организация проведения экспериментов

Для проведения эксперимента любого типа необходимо:

1)Разработать гипотезу

2)Создать программы экспериментальных работ

3) Определить способы приемы вмешательства в объект исследования

4) Обеспечить условия для осуществления процедуры экспериментальных работ

5)Разработать пути и приемы фиксирования хода и результата эксперимента, подготовить средства эксперимента(приборы, установки, модели и т.п)

6) Обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом.

Особое значение имеет разработка методик экспериментов. Методика - это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в опред последовательности в соответствии с которой достигается цель исследования. При разработке методик проведения эксперимента необходимо предусматривать:

21.03.2013г практика.

Методы графической обработки результатов измерений

Для графического отображения результатов измерений (наблюдений) применяют как правило систему прямоугольных координат, если анализируется графическим методом функция у = f(x), то наносится в системе координат значения х1, у1; х2,у2….хn, уn. Прежде чем строить график необходимо знать ход(течение) исследуемого явления, как правило качественная закономерность и форма графика экспериментатору ориентировочно известны из теоретических исследований. Точки на графике необходимо соединять плавной кривой так чтобы она по возможности она подходила ближе ко всем экспериментальным точкам, если соединить точки прямыми отрезками, то получим ломанную кривую которая характеризует изменение функций по данным эксперимента. Обычно функции имеют плавный характер поэтому при графическом изображении результатов измерений следует проводить между точками плавные кривые резко искривление графика объясняется погрешностью измерения.

Если повторить эксперимент с применением средств более высокой точности, то можно получить меньшие погрешности, ломанная кривая будет больше соответствовать плавной кривой однако могут быть и исключения так как иногда исследуются явления для которых при определенных интервалах наблюдается быстрое скочкообразное изменение одной из координат, это объясняется сущностью физико – химических процессов например фазовое превращение влаги (лед – вода), радиоактивным распадом атомов процессе исследования радиоактивности и т.п. В таких случаях необходимо тщательно соединять точки кривой общее осреднение всех точек может привести к тому, что скачок функций поднимется якобы погрешностями измерений. Иногда при построении графика одна, две точки резко удаляются от кривой, в таких случаях в начале следует анализировать физическую сущность явления и если нет основания полагать наличие скачка функции, то такое резкое отклонение можно объяснить грубой ошибкой или промахом.Это может возникнуть тогда, когда данные измерения предварительно не исследовались на наличие грубых ошибок измерения, опыт следует повторить.

Часто при графическом отображении результатов экспериментов приходится иметь дело с тремя переменными b = f(x,y,z) в этом случае применяют метод разделения переменных одной из величин z в пределах интервала измерений (z₁ – z_n) задают несколько последовательных значений для двух остальных переменных у и х строят график у = f₁(x), при z = const в результате в одном графике получают семейство кривых. Если необходимо графически изобразить функцию с 4 –мя переменными тогда строят серию типовых построений.

Таким образом можно проследить изменения любой переменной величины в функций от другой при постоянных значениях остальных переменных. Этот метод графического анализа требует большого внимания к результатам измерения, но в большинстве случаев является простым и наглядным. При графическом отображении результатов эксперимента большую роль играет выбор систем координат или координатной сетки, координатные сетки могут быть равномерными и неравномерными. У равномерных координатных сеток ординаты и абсциссы имеют равномерную шкалу например в системе прямоугольных координат длина откладываемых единичных отрезков на обеих осях одинаковая.

Вероятностная сетка имеет обычно ординату обыкновенную а по абсцисе вероятностную шкалу. Назначение неравномерных сеток различное – в большинстве случаев их применяют для более нагляд ного изображения функции, если нужна контрастность. Функции y = f(x) при различных сетках имеют различные формы. так многие криволинейные функции спремляются на логарифмические сетки. Большое значение в практике графического обозначения экспериментальных данных имеет вероятносная сетка она применяется при обработке измерений для оценки точности при определении расчетных характеристик(расчеты влажности, расчетных значений модуля упругости, межремонтных сроков службы). Масштаб по координатным осям обычно применяют различный, от выбора его зависит форма графика – он может быть плоским, узким или вытянутым широким вдоль оси. Внекоторых случаях строят номограммы которые существенно облегчают применение для систематических расчетов сложных теоретических или эмпирических формул в определенных пределах измерения величины.

Подбор эмпирических формул

В процессе экспериментальных исследований получается статистический ряд измерения двух величин, когда каждому значению функций у₁, у₂…у_n соответствует определенное значение аргумента х₁, х₂….х_n. На основе экспериментальных данных можно подобрать алгебраическое выражение функции y = f(x), которое называют эмпирической формулой, такие формулы подбираются лишь в пределах измеренных значений аргументов и имеют тем большую ценность чем больше соответствует результатам эксперимента. Замену точных аналитических выражений приближенных более простыми называют аппроксимацией, а функции аппроксимирующими. Процесс подбора эмпирических формул состоит из двух этапов:

1) Данные измерений наносят на сетку прямоугольных координат, соединяют экспериментальные точки плавной кривой;

2) вычисляют параметры формул которые наилучшим образом соответствовали бы плавной кривой;

Подбор эмпирических формул необходимо начинать с самых простых выражений, например результаты измерений многих явлений и процессов отображаются простейшими эмпирическими уравнениями типа у = а + в х, здесь где а и в – постоянные коэффициенты. При анализе графического материала необходимо по возможности стремиться к использованию линейной функции. Для этого применяют метод выравнивания который заключается в том, что кривую построенную в экспериментальных точках представляют линейной функцией. Для преобразования некоторой функции вводят некоторые переменные х = f₁(x,y), у = f₂(x,y). В искомом уравнении он может быть связан искомой зависимостью у = а + в х.

28.03.13 г. лекция.

1)проведение предварительного целенаправленного наблюдения за изучаемым объектом или явлением. С целью определения исходных данных (гипотез, выбора варьирующих факторов).

2) Создание условий в которых возможно проведение эксперимента (подбор объектов для экспериментального воздействия, устранение влияния случайных факторов) определение пределов измерений

3) систематическое наблюдение за ходом развития изучаемого явления

4) проведение систематической регистрации измерений различными средствами и способами

5) Создание повторяющихся ситуаций – изменение условий и перекрестное воздействие, создание усложненных ситуаций с целью подтверждения или опровержения ранее полученных данных.

6) переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям к анализу и теоретической обработке полученного фактического материала.

Правильно разработанная методика экспериментального исследования предопределяет его ценность. При определении методик необходимо пользоваться не только личным опытом, но и опытом коллег и других коллективов, необходимо убедиться в том, что методика соответствует современному уровню науки в условиях, в которых выполняется исследование. Целесообразно проверить возможность использования методик применяемых в смежных проблемах и науках. выбрав методику исследователь должен удостовериться в ее практической применимости – это необходимо сделать даже в том случае когда методика давно апробирована практикой других исследователей, т.к. она может оказаться неприемлемой или сложной в силу специфической способности (климат, лабораторное оборудование, персонал и т.п.).

Перед каждым экспериментом составляется его план (программа) который включает цель и задачи эксперимента; выбор варьирующих факторов; обоснование объема эксперимента, числа опытов; определение последовательности измерения факторов; выбор шага измерения факторов; задание интервалов между будущими экспериментальными точками; обоснование средств измерений; описание проведения эксперимента; обоснование способов обработки и проведения анализа результатов эксперимента.

Применение математической теории эксперимента позволяет уже при планировании оптимизировать объем экспериментальных исследований и повысить их точность.

Важным этапом подготовки к эксперименту является определение его целей и задач, количество задач для конкретного эксперимента не должно быть слишком большим (рекомендуется 3-4 максимум 8-10).

Перед экспериментом надо выбрать варьирующие факторы т.е установить основные и второстепенные характеристики влияющие на исследуемый процесс; проанализировать расчетные (теоретические) схемы процесса. На основе этого анализа все факторы классифицируются и составляют из них убывающий ряд по важности для данного эксперимента.

Правильный выбор основных и второстепенных факторов играет важную роль в эффективности эксперимента т. к. эксперимент сводится к нахождению зависимости между этими факторами. Если трудно сразу выявить роль основных и второстепенных факторов, необходимо выполнить небольшой по объему предварительно поисковый опыт. Основным принципом установления степени важности характеристики является ее роль в исследуемом процессе для этого процесс изучается в зависимости от какой – то одной переменной при остальных постоянных такой принцип проведения эксперимента оправдывается только в тех случаях когда характеристик мало (1-3), если же переменных величин много то целесообразен принцип многофакторного анализа, для обоснования набора средств измерений экспериментатор обязан быть хорошо знаком с выпускаемой измерительной аппаратурой.

Важным разделом методики является выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех цифр классификации и анализов. Результат эксперимента должны отвечать трем статистическими требованиями:

1)Требование эффективности оценок т.е минимальность дисперсии отклонения относительно неизвестного параметра;

2) Требование состоятельности оценок т.е. при увеличении числа наблюдений оценка параметра должна стремиться к ее истинному значению;

3) Требование несмещенности оценок, т.е отсутствием систематических ошибок в процессе вычисления параметров.

Важнейшей проблемой является совместимость этих требований.

Выбор направления научного исследования и этапы научно – исследовательской работы

Деятельность направленная на получение новых знаний называется научным исследованием оно характеризуется объективностью, воспроизводимостью, доказательностью и точностью.

Цель научного исследования – всестороннее достоверное изучение научного объекта, процесса или явления их структуры связи и отношений на основе разработанных в науке принципов и методов познания, а также получение и внедрение в практику полезных для человека результатов, различают два уровня научных исследования:

1) Эмпирический – посредством наблюдений в естественных условиях устанавливаются новые факты науки и на основе их обобщения формулируются выводы;

2) Теоретический – выдвигаются и формулируются общие для данной предметной области теоретические закономерности которые позволяют объяснить ранее открытые факты и эмпирические закономерности, предвидеть будущие события и явления.

Научные исследования классифицируются:

1) по видам связи производства и степени важности для хозяйства;

1.1) Направленные на создание новых технологических процессов машин и конструкций;

1.2) повышающие эффективность производства;

1.3) улучшающие условия труда;

1.4) развивающие личность человека.

2) по целевому назначению

2.1) фундаментальное исследования их цель расширение научного знания для использования в практической деятельности человека;

2.2) ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ их цель установить как можно использовать научные знания, полученные в результате фундаментальных исследований. Прикладные подразделяются на поисковые, научно – исследовательские и опытно – конструкторские работы.

Разработкой - называются целенаправленный процесс преобразования научной информации в форму пригодную при освоении в промышленности.

3) по источникам финансирования и длительности ведения исследования

3.1) госбюджетные

3.2) госдоговорные

3.3) инициативные.

Каждую НИР можно отнести к определенному направлению.

Под научным нарпавлением принимается – наука или комплекс наук в котором ведутся исследования. Различают: техническое, биологическое, социальное, физико - техническое, историческое и т. п. направление с возможной последующей детализацией.

Структурными единицами научного направления являются комплексные проблемы, темы, научный вопрос.

Комплексная проблема – совокупность проблем объединенных определенной целью.

Проблема - совокупность сложных теоретических и практических задач, решение которых созрели в обществе.

Тема научного исследования - составная часть проблемы.

Научный вопрос – мелкие научные задачи, относящиеся к научной теме.

Выбор научного направления, проблемы, темы НИ и постановка научных вопросов для каждого исследователя сводится к выбору отрасли науки в которой он желает работать.

Конкретизация направления исследования является результатом изучения состояния производственных запросов, общественных потребностей и состояния исследований в том или ином направлении на данном отрезке времени.

Практика 04.04.2013

Рисунок 3.

Новые значения х и у можно вычислить на основе решения системы уравнений. Далее строят прямую (рис 3), по которой легко графически вычислить параметры а (ордината точки пересечения прямой с осью у) и b (tg угла наклона прямой с осью х) равенство рис 3. При графическом определении параметров а и b обязательно чтобы прямая строилась на координатной сетке, у которой началом является точка х=0 и у=0 для расчета необходимо точки хi и уi принимать в крайних участках прямой.

Пример (рисунок 4)

Подобрать эмпирическую формулу для этих измерений, если построить ломаную кривую по этим значениям в прямоугольных координатах увидим что точки хорошо ложиться на прямую линию и их можно выразить зависимостью у=а+вх выбираем координаты крайних точек и подставляем в уравнение, тогда

А0+7А1=54,0

А0+А1=12,1

Далее на рисунке 4

Графический метод выравнивания

Может быть применен в тех случаях, когда экспериментальная кривая на сетке прямоугольных координат имеет вид плавной кривой. Рисунок 5.

А)

Если экспериментальный график имеет вид (рис а), то необходимо применить формулу (рисунок 5, а) применяя замену получим (окончательный вариант на рис 5, а) при этом экспериментальная кривая превращается в прямую на логарифмической сетке.

(рисунок 5, в) если экспериментальный график имеет вид то целесообразно использовать выражение при замене получим (рис 5, в) здесь экспериментальная кривая превращается в прямую на полулогарифмической сетке.

(Рисунок 5, г)

Если экспериментальный график имеет такой вид, то целесообразна эмпирическая формула (рисунок 5, г) вариант 1, если в задана надо принять (рис 5, г х=....) и тогда получим прямую линию на сетке прямоугольных координат. Вариант 2, если в не известна, то надо принять х=lg x and y=lg y-c в этом случае тоже будет прямая, но на логарифмической сетке. В последнем случае необходимо предварительно вычислить с. Для этого на экспериментальной кривой принимают три произвольные точки. Х1, у1; х2,у2; рисунок 6 параметр с вычисляется в виде отношения (рисунок 7)

Если экспериментальный график имеет вид (рисунок 8) путем замены можно построить прямую на полулогарифмической сетке. Здесь с предварительно определяется по формуле в этом случае х3 определяется по формуле (рисунок 8)

Рисунок 9 при экспериментальном графике данного вида применяется выражение (рис 9) путем замены можно получить прямую линию на сетке прямоугольных координат. (рис 9)

Рисунок 10 если экспериментальный график имеет данный вид, то используется формула (рис 10) т. е. Прямая на сетке прямоугольных координат.

лекция 11.04.2013

Этапы научно исследовательской работы

Любая нир выполняется в определенной последовательности. Вариант наиболее эффективной последовательности:

1 формируется тема и разрабатывается основной исходный предплановый документ – технико-экономическое обоснование (тэо), указываются причины разработки темы (ее обоснование), приводятся краткие литературные обзоры, где указывается достигнутый уровень исследований и ранее полученные результаты, обосновывается актуальность, намечаются методы решения, задачи и этапы исследования. Конечная цель выполнение темы.

2 тэо утверждается заказчиком

3 конкретизируются цели и задачи исследования, проводится потентный поиск по теме с составлением возможно более полной библиографии.

4 разрабатывается методика и программы исследований

5 составляется рабочий план с указанием объемов экспериментальных работ методов, технического обеспечения, трудовых ресурсов и сроков выполнения отдельных этапов.

6 проводятся теоретические, лабораторные, экспериментальные исследования.

7 проводится общий анализ полученных результатов. Осуществляется сопоставление гипотезы с результатом эксперимента.

8 формируются научные и производственные выводы, составляется научно технический отчет.

9 внедрение результатов исследования в производство.

10 приемка выполненной научно исследовательской работы.

Оформление результатов научной работы и передача информации

Оформление результатов нир

После того, как сформулированы выводы и обобщения, придуманы доказательства и подготовлены иллюстрации, наступает следующий этап - литературное оформление результатов в виде доклада, статьи и отчета. Здесь исследователь фиксирует самого себя.

Процесс литературного оформления результатов творческого труда предполагает знание и соблюдение некоторых требований предъявляемых к содержанию научной рукописи. Особенно важны ясность изложения, систематичность и последовательность в подаче материала. При написании научного отчета целесообразно придерживаться следующего плана:

1. Продумывается название (не более 7 слов) на титульном листе фио автора и должность, название учреждения и города, фио руководителя.
2. Оглавление (содержание) в начале или в конце.
3. Иногда предисловие: внешние предпосылки труда, чем вызвано его появление, когда и где была выполнена работа, перечисляются организации и лица, оказавшие содействие при выполнении данной работы.
4. Вступление. Автор вводит читателя в круг проблем, дает постановку основного вопроса, чтобы подготовить к лучшему усвоению изложенного материала в нем определяются значение проблемы, ее актуальность, цели и задачи, поставленные автором при написании работы.
5. Краткий обзор литературы по рассматриваемому вопросу.
6. Основное содержание - материал, методы, экспериментальные данные, обобщения и выводы самого исследования.
7. Заключение - дается обобщение наиболее существенных положений научного исследования, под водятся его итоги показывается справедливость выдвинутых автором новых положений, а так же выдвигаются вопросы которые еще требуют решения.
8. Перечень литературных источников.
9. Приложение вспомагательная таблица, графики, дополнительные тексты и т.п.

По тексту работы приходится готовить реферат или анатацию - краткая хар-ка отчета или другого произведения печати с точки зрения содержания назначения, формы и других особенностей. Анатация выполняет, прежде всего, сигнальную функцию и должна отвечать на вопрос о чем говориться в первичном документе.

Реферат - сокращенное изложение содержания первичного документа или его части с основными фактическими сведениями и выводами. Реферат в отличие от анатации выполняет познавательную функцию "что говориться в первичном документе" реферат помещают в реферативных журналах и сборниках информационных картах.

Основные требования к оформлению научно технического отчета содержит гост. Согласно ГОСТу отчет включает анатацию и реферат с кратким изложением задач исследования и полученных результатов. Введение с характеристикой отечественной и зарубежной достижений и текст отчета. Согласно практике примерно 20% содержащихся в отчете сведений последствия представляются потребителю в виде издания, остальная часть содержания храниться в учреждениях и организациях.

О результатах, полученных в результате выполнения той или иной научно исследовательской темы, необходимо информировать научную общественность. Работа может быть оформлена в виде статьи в журнале или депонирована.

Оформление заявки на предполагаемое изобретение

Нир выполненный в области прикладных, а особенно технических наук не редко содержит результаты представляющие собой новую конструкцию, материально технологический процесс и т.п. В связи с этим все результаты научных исследований необходимо анализировать на предмет возможного изобретения. И при наличии подать заявку на это изобретение. Объектами изобретения могут являться:

1 устройства. Машина прибор инструмент и др.

2 способ. Способ изготовления изделия, получения в ва и т. п.

3 в-во. Сплав смесь раствор хим соединения.

4 применение ранее известных устройств, способов, веществ по новому назначению с положительным эффектом (без их изменения по существу)

5 штаммы микроорганизмов (бактерий, вирусов) продуцирующие полезные в ва или используемые непосредственно.

По правовой охране к изобретениям приравниваются следующие селекционные достижения:

1 сорта и гибриды сельскохозяйственных культур и других растений, породы сельскохозяйственных животных и птиц, пушных зверей и тутового шелкопряда.

Изобретениями не признаются:

1 методы и системы организации и управления хозяйством (планирование, финансирование, учет, кредит, бухгалтерия, нормирование и т.п.)

2 условные обозначения (дорожные знаки, маршруты, шрифты и т.п.)

3 расписание, правила игры.

4 проекты и схемы планировки сооружений, зданий, территорий (населенных пунктов, сельхоз угодий, парков, площадей и т.п.)

5 методы и системы воспитания, преподавания, обучения, дрессировки животных

6 грамматика языка, системы информации, классификации, компьютерные и иные исследования

7 системы математических построения и преобразований

8 методы расчетов математические решения задач алгоритмы и программы для ЭВМ.

9 методы научных разработок

10 методы проектирования

11 предложения касающиеся лишь внешнего вида, формы изделия охраняемые законодательством о промышленных образах.

12 решения противоречащим принципам гуманности.

Дата добавления: 2014-01-04