Эксперимент, если понимать его в самом широком смысле, является главным эмпирическим методом научного познания. Он, кроме того, рассматривается в науке (с некоторыми оговорками) как критерий истинности теории. Его можно определить как «наблюдение в искусственных (т.е. специально созданных) условиях». В эксперименте исследуемый объект помещается в частично контролируемые экспериментатором условия; экспериментатор подвергает объект целенаправленным воздействиям (изменяя внешние по отношению к объекту условия) и регистрирует сопровождающие это изменения в объекте или в поведении объекта. Как правило, в эксперименте выявляется и описывается связь, существующая между управляемыми условиями (воздействиями) и соответствующими им откликами со стороны объекта.
В эксперименте проявляется сопряженность теоретического и эмпирического: эксперимент всегда строится на основании некоторой принятой теории или гипотезы.
К XIX веку эксперимент прочно вошел в инструментарий для решения задач техники и технологии. К примеру, с помощью эксперимента выясняют, обладают ли готовые изделия запланированным качеством. В связи с тем, что эксперимент в технике и технологии, как правило, характеризуется высокой стоимостью (затратами времени, денег, других ресурсов), остро встала необходимость в создании методов, позволяющих организовать и проводить эксперименты наиболее эффективно. Приведем несколько причин, делающих технические и технологические эксперименты дорогими:
- Исследуемый объект (изделие) в ходе эксперимента разрушается. Например, чтобы убедиться в пригодности партии новых артиллерийских снарядов, придется выполнить отстрел известной части этой партии.
- Экспериментальное исследование технологических объектов и процессов занимает длительное время, сопоставимое с продолжительностью технологического процесса. Например, чтобы сравнить эффективность нескольких видов удобрений, необходимо дождаться появления урожая на обработанных этими удобрениями посевных площадях.
- Проведение эксперимента может требовать приостановки технологического процесса. Пока на производственной линии устанавливается новое оборудование, линия не производит продукт.
Эксперимент, таким образом, должен быть не только результативным, но, при этом, быть еще и эффективно организованным, т.е. обеспечивать с заданной точностью получение всей необходимой информации при минимально возможных затратах времени и других ресурсов. Комплекс мероприятий, направленных на достижение такой цели, получил название «планирование эксперимента» (Design of an Experiment), а научная теория этих мероприятий, разрабатываемая с начала XX века, – теория планирования эксперимента. Первоначальной основой теории стали теория вероятностей и математическая статистика.
Из числа этапов планирования выделим наиболее важные для дальнейшего повествования:
- Установление цели эксперимента.
- Выявление и выбор входных и выходных параметров.
- Задание необходимой точности измерений.
- Составление плана эксперимента (план эксперимента – это ответ на вопрос о том, какие именно испытания мы должны выполнить, в каком порядке и в каком количестве).
- Проведение эксперимента.
- Статистическая обработка результатов (и, быть может, математическое моделирование).
Любая деятельность подчинена цели, поэтому четкое определение цели эксперимента является сугубо необходимым этапом планирования. Выбор входных и выходных параметров осуществляется на основе имеющейся у экспериментатора гипотезы – предположения о структуре и параметрах объекта и о том, какого вида результаты мы ожидаем получить. Среди выходных параметров объекта могут быть регистрируемые, т.е. наблюдаемые исследователем, и нерегистрируемые, т.е. ненаблюдаемые исследователем, например, неизвестные или недоступные ему. Регистрируемые параметры делятся на управляемые (т.е. собственно экспериментальные воздействия) и неуправляемые исследователем. В общем случае необходимо предполагать, что все входные параметры оказывают то или иное влияние на «выход», или «отклик», объекта.
На этапе статистической (иногда говорят «математической») обработки результатов эксперимента погрешности, внесенные неуправляемыми и нерегистрируемыми факторами, могут быть в известной степени выявлены и, отчасти, устранены. Тема «математической» обработки данных полиграфного обследования крайне важна (вспомним известную мысль о том, что в науке истины столько, сколько в ней математики), хотя бы потому, что «математическая» обработка позволяет выполнить автоматизацию многих рутинных действий полиграфолога, тем самым давая возможность специалисту сосредоточиться на решении задач, требующих большего профессионализма и творчества.
Еще до выхода книги Н.Винера, в которой он вводил в научный обиход термин «черный ящик», само это понятие уже существовало в экспериментальной психологии. Р.Вудвортс в академическом учебнике «Experimental Psychology» предлагает методологию психологического эксперимента. В соответствии с ней, объектом психологического эксперимента является психика. Психику невозможно объективно наблюдать, поэтому ее исследование выполняется, как мы теперь говорим, по методу «черного ящика», охарактеризованному в статье «Черный ящик».
Параметры, называемые в психологическом эксперименте по-математически переменными, делятся на три вида:
- Независимые переменные – это входные регистрируемые управляемые параметры.
- Зависимая переменная – выходной параметр, т.е. отклик объекта на воздействие.
- Дополнительные переменные – неуправляемые или нерегистрируемые факторы, вносящие систематические и случайные погрешности.
Общая задача психологического эксперимента формулируется как установление наличия связи (и ее вида) между зависимой и независимой (независимыми) переменными.