Презентация на тему "Эксперимент" 11 класс

Содержание

• 
  Слайд 1

  Эксперимент

• 
  Слайд 2

  Что такое эксперимент?

• 
  Слайд 3

  Эксперимент

  • Эксперимент - наблюдение в специально создаваемых и контролируемых условиях, что позволяет восстановить ход явления при повторении условий. Эксперимент, как правило, осуществляется на основе теории или гипотезы, определяющих постановку задачи и интерпретацию результатов.
  • Эксперимент - метод эмпирического исследования, при котором ученый воздействует на изучаемый объект спомощью специальных материальных средств (экспериментальныхустановокиприборов) сцельюполучениянеобходимойинформацииосвойствахиособенностяхэтихобъектовилиявлений.
• 
  Слайд 4

  Общие черты эксперимента – это необходимость…

  • контролировать любой эксперимент, т.е. исключать влияние внешних переменных, не принятых исследователем по тем или иным причинам к рассмотрению;
  • определять точность измерительных приборов и получаемых данных;
  • уменьшать до разумных пределов число переменных в эксперименте;
• 
  Слайд 5
  

  • составлять план проведения эксперимента, наилучший с той или иной точки зрения;
  • проверять правильность полученных результатов и их точность;
  • выбирать способ обработки экспериментальных данных и форму представления результатов;
  • анализировать полученные результаты и давать их интерпретацию в терминах той области, где эксперимент проводится
• 
  Слайд 6

  Принципы теории планирования эксперимента

  • стремление к минимизации общего числа опытов;
  • одновременное варьирование всеми переменными, определяющими процесс, по специальным правилам – алгоритмам;
  • использование математического аппарата, формализующего многие действия экспериментатора;
  • выбор четкой стратегии, позволяющей принимать обоснованное решение после каждой серии экспериментов.
• 
  Слайд 7

  Классификация экспериментов

• 
  Слайд 8

  Виды экспериментов?

• 
  Слайд 9
  

  По способу формирования условий:

  • естественные
  • искусственные
• 
  Слайд 10

  По условиям проведения:

  1) лабораторный

  2) естественный

  3) исследовательский

  4) проверочный

  5) воспроизводящий

  6) изолирующий

  7) количественный

  8) физический

  9) химический и т.д.

• 
  Слайд 11
  

  По основной цели:

  • преобразующие
  • констатирующие
  • контролирующие
  • поисковые
  • решающие
• 
  Слайд 12
  

  По основной цели:

  • преобразующие - предполагает активное изменение структуры и функций изучаемого объекта, преднамеренное создание условий, которые должны способствовать появлению его новых качеств
  • констатирующие - представляет собой процедуру проверки какого-либо исходного предположения; целью данного эксперимента является фиксация наличия или отсутствия определенных свойств, отношений, эффектов, состояний и т.п.
  • контролирующие - решает задачу обеспечения контроля над изучаемым объектом, управления объектом с помощью воздействующих факторов с одновременным изучением изменений его состояния в зависимости от воздействия
  • поисковые - не имеет всецело систематического характера; часто он является лишь начальной стадией в серии экспериментальных исследований. Проводится в тех ситуациях, когда недостаточно известен комплекс факторов, влияющих на изучаемый объект. Поэтому такой эксперимент носит разведывательный, предварительный характер.
  • решающие - В этом случае решающим экспериментом становится такой, результаты которого однозначно свидетельствуют в пользу одной теоретической системы и опровергают альтернативную ей систему.
• 
  Слайд 13
  

  По признаку получения информации о предметах эксперимента:

  • качественный, устанавливающий наличие или отсутствие предлагаемых теорией явлений.
  • измерительный или количественный эксперимент, устанавливающий численные параметры какого-либо свойства (или свойств) предмета, процесса.
  • мысленный эксперимент.
  • социальный эксперимент, осуществляемый в целях внедрения новых форм социальной организации и оптимизации управления. Сфера социального эксперимента ограничена моральными и правовыми нормами.
• 
  Слайд 14
  

  По характеру исследуемого объекта физические:

  • химические
  • биологические
  • психологические
  • социальные эксперименты
• 
  Слайд 15
  

  По структуре изучаемых объектов и явлений:

  • простые
  • сложные

  По характеру внешних воздействий на объект исследования:

  • вещественные
  • энергетические
  • информационные

  По характеру взаимодействия средства экспериментальногоисследования с объектом исследования:

  • обычный (прямой)
  • модельный
• 
  Слайд 16
  

  По типу моделей, исследуемых в эксперименте:

  • материальный
  • мысленный

  По контролируемым величинам:

  • пассивный
  • активный
• 
  Слайд 17
  

  По числу варьируемых факторов:

  • однофакторный
  • многофакторный

  По характеру изучаемых объектов или явлений:

  • технологические
  • социометрические
• 
  Слайд 18
  

  По методу и результатам исследования

  • Качественный эксперимент - предпринимается для того, чтобы выявить действие тех или иных факторов на исследуемый процесс без установления точной количественной зависимости между ними. Такие эксперименты скорее носят исследовательский, поисковый характер.
  • Количественный эксперимент строится с таким расчетом, чтобы обеспечить точное измерение всех существенных факторов, влияющих на поведение изучаемого объекта или ход процесса. Проведение такого эксперимента требует использования значительного количества регистрирующей и измерительной аппаратуры, а результаты измерений нуждаются в математической обработке.
• 
  Слайд 19
  

  По самому методу осуществления

  • статистические
  • нестатистические

  Во многих же экспериментах в биологии, агрономии, технологии первоначальные величины заданы статистически, и поэтому построение таких экспериментов с самого начала предполагает использование методов статистики и теории вероятностей.

  Различие между статистическими и нестатистическими экспериментами сводится не к использованию статистики вообще, а к способу выражения величин, с которыми имеют дело в эксперименте. Если в нестатистических экспериментах сами исследуемые величины заданы индивидуальным образом, то статистика здесь используется только для оценки результатов исследования.

• 
  Слайд 20

  Планирование эксперимента

  • План проведения каждого конкретного эксперимента обладает своими специфическими чертами и особенностями.
  • Не существует единого шаблона или схемы, с помощью которых можно было бы строить эксперимент для решения любой проблемы в любой отрасли экспериментальных наук.
  • Можно наметить только общую стратегию и дать некоторые общие рекомендации по построению и планированию эксперимента.
• 
  Слайд 21
  

  Для проведения необходимо:

  • разработать гипотезу, подлежащую проверке;
  • создать программы экспериментальных работ;
  • определить способы и приемы вмешательства в объект исследования;
  • обеспечить условия для осуществления процедуры экспериментальных работ;
  • разработать пути и приемы фиксирования хода и результатов эксперимента (приборы, установки, модели и т.п.);
  • обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом
• 
  Слайд 22

  Методика проведения эксперимента

  Методика – это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в определенной последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследования.

  Методика включает:

  • проведение предварительного целенаправленного наблюдения над изучаемым объектом или явлением с целью определения исходных данных (гипотез, выбора варьирующих факторов);
  • создание условий, в которых возможно экспериментирование (подбор объектов для экспериментального воздействия, устранение влияния случайных факторов);
  • определение пределов измерений;
• 
  Слайд 23
  

  • систематическое наблюдение за ходом развития изучаемого явления и точные описания фактов;
  • проведение систематической регистрации измерений и оценок фактов различными средствами и способами;
  • создание повторяющихся ситуаций, изменение характера условий и перекрестные воздействия, создание усложненных ситуаций с целью подтверждения или опровержения ранее полученных данных;
  • переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям, к анализу и теоретической обработке полученного фактического материала.
• 
  Слайд 24

  Статистические требования к результатам

  • требование эффективности оценок, т.е. минимальность дисперсии отклонения относительно неизвестного параметра;
  • требование состоятельности оценок, т.е. при увеличении числа наблюдений оценка параметра должна стремиться к его истинному значению;
  • требование несмещенности оценок – отсутствие систематических ошибок в процессе вычисления параметров.

  ! Совместимость требований

• 
  Слайд 25

  Модель объекта исследования как черный ящик

  Факторы

  Х1, Х2, Х3…Хn

  Параметры оптимизации

  Y1, Y2, Y3…Yn

  Фактор - измеримая переменная величина, принимающая в некоторый момент некоторое определенное значение и соответствующая одному из возможных способов воздействия на объект исследования.

  • факторы, определяющие сам объект;
  • факторы, определяющие его состояние.

  Каждый фактор имеет область определения и ограничения (принципиальные и технические).

  оптимальное управление возможно при неполной информации

  Объект исследования

• 
  Слайд 26

  Требования ко всей системе факторов

  отсутствие корреляции между любыми двумя факторами - возможность установления какого-либо фактора на любой уровень, вне зависимости от уровней других факторов (требование некоррелированности не означает, что между факторами нет никакой связи - достаточно, чтобы эта связь не была линейной).

  совместимость факторов.

  Несовместимость факторов возникает в том случае, если некоторые комбинации их значений, каждое из которых лежит внутри области определения, не могут быть осуществлены.

  Если в эти комбинации входят значения факторов, близкие к границам областей их определения, то устранение несовместимости производится просто сокращением областей.

  Если запрещенные значения лежат внутри областей, то устранение несовместимости производится расчленением задачи на части.

  !!! полнота факторов

• 
  Слайд 27

  Методы и способы измерений, погрешности измерений

• 
  Слайд 28

  Теория измерений

  • Измерение – это нахождение искомой величины опытным путем с помощью специальных технических средств или методов.
  • Суть измерения составляет сравнение измеряемой величины с известной величиной, принятой за единицу (эталон).
  • Теорией и практикой измерения в технических науках занимается метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
• 
  Слайд 29

  Классификация измерений

  • Прямые измерения - искомую величину устанавливают непосредственно из опыта.
  • Косвенные измерения – искомую величину устанавливают функционально от других величин, определенных прямыми измерениями. (определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению)
  • Абсолютные измерения – это прямые измерения в единицах измеряемой величины.
  • Относительные измерения представляют собой отношение измеряемой величины к одноименной величине, играющей роль единицы или измерения этой величины по отношению к одноименной, принимаемой за исходную.
  • (измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 куб.м воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 куб.м воздуха при данной температуре. )
• 
  Слайд 30
  

  При совокупных измерениях одновременно измеряются несколько одноименных величин, а искомую величину при этом находят путем решения системы уравнений.

  При совместных измерениях – одновременно проводят измерения неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.

• 
  Слайд 31

  Методы измерений

  • Методнепосредственной оценки соответствует определению значения величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (например, измерение массы на циферблатных весах).
  • При использовании метода сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями).
  • При методе противопоставления осуществляется сравнение с мерой (измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами, как, например, при измерении массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и гирь на двух противоположных чашках весов).
• 
  Слайд 32

  Методы сравнения

  • При нулевом методе результирующий эффект воздействия величины на прибор доводят до нуля (например, измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием).
  • При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, производимой мерой (например, измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое является искомой величиной).
  • При методе замещения измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гири на одну и ту же чашку весов).
  • При методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряется с использованием совпадения отметок шкал или периодических сигналов (измерение частоты вращения тела стробоскопом).
• 
  Слайд 33

  Характеристика измерительных приборов

  1. Погрешность
  2. Чувствительность
  3. Точность
  4. Стабильность
• 
  Слайд 34
  

  1) Погрешность

  Систематические погрешности

  Причины: недоброкачественные материалы, комплектующие изделия, применяемые для приготовления приборов; плохое качество изготовления приборов; неудовлетворительная эксплуатация и др.

  Факторы влияние: градуировка шкалы и периодическая проверка приборов.

  Случайные погрешности

  Факторы влияния: ошибки отсчета, параллакс, вариация и т.д.

  ! Необходимо рассматривать суммарные погрешности приборов.

• 
  Слайд 35

  3

  2) Чувствительность - способность отсчитывающего устройства реагировать на изменения измеряемой величины.

  Под порогом чувствительности прибора понимают наименьшее значение измеренной величины, вызывающее изменение показания прибора, которое можно зафиксировать.

  3) Точность - характеризуется суммарной погрешностью.

  Средства измерения делятся на классы точности. Класс точности – это обобщенная характеристика, определяемая пределами основной и дополнительных допускаемых погрешностей, влияющих на точность.

• 
  Слайд 36
  

  4) Стабильность (воспроизводимость прибора) – это свойство отсчетного устройства обеспечивать постоянство показаний одной и той же величины. Со временем в результате старения материалов стабильность показаний приборов нарушается.

  Все средства измерения проходят периодическую проверку на точность. Такая проверка предусматривает определение и по возможности уменьшение погрешностей приборов.

  Проверка позволяет установить соответствие данного прибора регламентированной степени точности и определяет возможность применения для данных измерений.

• 
  Слайд 37

  Ошибки при экспериментах

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