План научного эксперимента

Определение понятия

План эксперимента - это логическая схема построения эксперимента для проверки объяснительной гипотезы.

Эксперимент - это опыт, говоря по-русски. Он отличается от наблюдения тем, что условия контролируются и стандартизинуютая, а воздействие дозируетая. В эксперименте стремятся ограничить количество переменных факторов до одного, чтобы связать именно с этим изменения в исследуемых факторах (зависимых переменных).

Эксперимент должен быть научно обоснованным и корректным, т.е. валидным, так же как и методики и тесты, которые в нём применяются.

Валидность (от лат. validus - сильный, крепкий; англ. validate — объявлять действительным, подтверждать) — это обоснованность и адекватность исследовательского инструментария (методик, измерительных операций, экспериментов и т.д.) и полученной с его помощью информации. Стоит в одном ряду с надежностью, репрезентативностью, объективностью, достоверностью и эффективностью критерия или теста.

Валидность эксперимента — это качество эксперимента, гарантирующее обоснованность выводов: 1) о том, что именно экспериментальный фактор (воздействие) является причиной изменений, зарегистрированных в зависимой переменной (это проявление внутренней валидности); 2) о том, что выявленная зависимость является закономерной, т.е. ее можно распространять на определенные сходные внеэкспериментальные ситуации (это проявление внешней валидности).

Внутренняя валидность (англ. internal validity) — это степень влияния независимой переменной (т.е. воздействующего фактора) на зависимую переменную (т.е. на исследуемый фактор). Внутренняя валидность тем выше, чем больше вероятность того, что изменение зависимой переменной вызвано именно изменением независимой переменной, а не чего-либо ещё.

Короче говоря, валидность - это полноценность. Валидность обеспеечивает доверие к полученным в опыте результатам.

Виды планирования эксперимента

1. Эксперимент "до - после" без контрольной группы.

В эксперименте "до - после" без контрольной группы исследователем создаётся или подбирается определенная ситуация или производится экспериментальное воздействие на подопытную группу (выборку). Ситуация или воздействие является в этом случае фактором. Те показатели, которые должны измениться под действием фактора называются "зависимой переменной". Измерение зависимой переменной производится первый раз перед введением экспериментального фактора, а второй раз - после его воздействия. Выдвинутая гипотеза о предполагаемом влиянии фактора на измеряемые показатели проверяется сравнением значений зависимой переменной до и после воздействия экспериментального фактора. Т.е. сравниваются две выборки. Но при этом бывает трудно обеспечить внутреннюю валидность, доказать, что именно экспериментальный фактор вызвал фиксированные изменения в зависимой переменной. Трудности возникают и в связи с определённым воздействием при первом измерении зависимой переменной - само проведение замеров до воздействия экспериментального фактора может в повлиять на результаты второго замера (после воздействия экспериментального фактора). Испытуемые могут утомиться и дать заниженные результаты, или, наоборот, натренироваться во время проведения первого замера, и тогда результаты второго замера будут завышенными.

2. Эксперимент "до - после" с контрольной группой.

Эксперимент "до - после" с контрольной группой предполагает формирование или подыскивание двух приблизительно равных по своим основным показателям групп, одна из которых будет считаться контрольной, и в ней экспериментальный фактор не будет действовать. Во второй (экспериментальной) группе вводится в действие экспериментальный фактор, который, предположительно даст эффект. В обеих группах производится измерение интересующих исследователя признаков до и после воздействия экспериментального фактора. Этим намного увеличиваются возможности достижения внутренней валидности - если группы выравнены по составу и внешним условиям деятельности, то и влияние неэкспериментальных факторов должно быть в обеих группах одинаковым. Гипотеза считается доказанной, если в экспериментальной группе зависимая переменная  претерпела больше изменений, чем в контрольной за время, прошедшее между первым и вторым измерением. Все неэкспериментальные факторы не удается практически выравнять. Поэтому следует для уменьшения влияния неконтролируемых обстоятельств пользоваться не одной, а двумя или тремя контрольными группами и провести повторное исследование (в целях достижения внешней валидности с различными по составу группами).

3. Эксперимент "только после" с контрольной группой.

В эксперименте "только после" с контрольной группой не возникает проблем, связанных с предварительным измерением зависимой переменной (эффектов первого замера), поскольку измерение производится лишь после первого воздействия экспериментального фактора. Гипотеза проверяется сравнением значений в зависимой переменной в экспериментальной и контрольной группах. Однако различие в значениях может быть вызвано не только эспериментальным фактором, но и другими обстоятельствами, тем более что нет точных данных о состоянии рассматриваемых групп до экспериментального воздействия.

4. Эксперимент "якобы до - после" с контрольной группой.

Наконец, существует ряд планов эксперимента, где путём комбинирования измерений "до" и "после" в точно выравненных группах пытаются, с одной стороны, уменьшить негативное влияние предварительного измерения, а с другой - компенсировать отсутствие данных до воздействия экспериментального фактора. К числу подобных. относится эксперимент "якобы до - после" с контрольной группой. В обеих группах производится лишь одно измерение, но на разных стадиях эксперимента: в экспериментальной группе после воздействия исследуемого фактора, в контрольной группе до его воздействия. Гипотеза проверяется сравнением результатов этих измерений, т. е. экспериментальная и контрольная группа  рассматриваются, в сущности, как одна. Требования относительно выравненности групп и экспериментальной ситуации при этом настолько строгие, что подобный тип эксперимента удается лишь в достаточно редких случаях. 

Все виды указанных планов эксперимента являются однофакторными (одновариантными). Многофакторные (многовариантные) планы предполагают воздействие двух, трех или даже большего количества экспериментальных факторов. Логика построения плана эксперимента остается в основном той же, но применяется не один, а несколько вариантов экспериментального воздействия, проверяются гипотезы относительно влияния различных комбинаций экспериментальных факторов. Это влечет за собой увеличение числа экспериментальных и контрольных групп. Реализация многофакторных планов реального эксперимента требует значительных материальных и временных ресурсов, знаний и опыта.

Позитивный контроль (positive control) — в эксперименте сравнение изменений изучаемого фактора в результате экспериментального воздействия с эффективностью воздействия на изучаемый фактор хорошо известного фактора.

Дополнительные материалы

Планирование медико-биологических исследований

Планирование исследований