tiểu luận phương pháp nghiên cứu khoa học chuyên đề Các phương pháp thực nghiệm và cách tiến hành

MỞ ĐẦUThực nghiệm là phương pháp đặc biệt quan trọng của nghiên cứu thực tiễn,trong đó các nhà khoa học chủ động tác động vào đối tượng và quá trình diễn biến sựkiện mà đối tượng tham gi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM T.P HỒ CHÍ MINH LỚP CAO HỌC LL&PPDH HÓA HỌC_K23

TIỂU LUẬN

PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Tp Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2013

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LỌAI THỰC NGHIỆM 1.1 Khái niệm chung [2, trang 116] 4

1.2 Các loại biến trong thực nghiệm 4

1.3 Phân loại thực nghiệm [1,2] 5

1.3.1 Tuỳ nơi thực nghiệm 5

1.3.2 Tùy mục đích quan sát thực nghiệm 6

1.3.3 Tuỳ diễn trình thực nghiệm 6

1.3.4 Dựa vào mức độ đáp ứng các tiêu chuẩn khoa học của thực nghiệm 6

1.4 Các nguyên tắc thực nghiệm 7

1.5 Đặc điểm của phương pháp thực nghiệm [5] 7

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ CÁCH TIẾN HÀNH 2.1 Các loại thực nghiệm [2] 9

2.1.1 Thực nghiệm thử và sai 9

2.1.2 Thực nghiệm Heuristic (Ơristic) 9

2.1.3 Thực nghiệm trên mô hình 10

2.1.3.1 Mô hình toán 11

2.1.3.2 Mô hình vật lý 12

2.1.3.3 Mô hình sinh học 13

2.1.3.4 Mô hình sinh thái 14

2.1.3.5 Mô hình xã hội 14

2.1.3.6 Ý nghĩa của phương pháp mô hình hoá 15

2.2 Tiến hành tổ chức thực nghiệm [5] 16

2.3 Ưu điểm và hạn chế của phương pháp thực nghiệm 17

2.4 Những điều kiện vận dụng phương pháp thực nghiệm 17

2.5 Cách tiến hành một thực nghiệm khoa học [1, trang 64] 18

KẾT LUẬN 19

TÓM TẮT 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

MỞ ĐẦU

Thực nghiệm là phương pháp đặc biệt quan trọng của nghiên cứu thực tiễn,trong đó các nhà khoa học chủ động tác động vào đối tượng và quá trình diễn biến sựkiện mà đối tượng tham gia để hướng dẫn sự phát triển cùa chúng theo mụv tiêu dựkiến của mình Thực nghiệm thành công sẽ cho ta kết quả khách quan và như vậy làmục đích khám phá khoa học được thực hiện một cách hòan tòan chủ động

Thực nghiệm được coi là phương pháp quan trọng nhất , một phương pháp thủcông trong nghiên cứu khoa học hiện đại Trong lịch sử nhiều thế kỷ của mình , thựcnghiệm tỏ ra có sức sống Ngay từ khi xuất hiện thực nghiệm đã có ý nghĩa như là mộtcuộc cách mạng trong nghiên cứu khoa học, làm đảo lộn tư duy khoa học kiểu cũ và

nó được sử dụng triệt để trong nhiều lĩnh vực khoa học, đặc biệt là khoa học tự nhiên.Thực nghiệm đã làm đẩy nhanh quá trình nghiên cứu khoa học và tạo khả năng vậndụng nhanh chóng các kết quả nghiên cứu khoa học vào thực tiễn sản xuất Chính vìvậy một số môn khoa học tự nhiên được mệnh danh là khoa học thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm làm tăng trình độ kĩ thuật thực hành nghiên cứu đạttới mức tinh vi và làm phát triển cả khả năng tư duy lý thuyết Thực nghiệm đã tạo ramột hướng nghiên cứu mới, phương pháp hoàn toàn chủ động trong sáng tạo khoa học.Ngày nay thực nghiệm đã được sử dụng cả trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học xã hội

và đem lại những kết quả quan trọng

Đề tài “Các phương pháp thực nghiệm và cách tiến hành ” nêu một cách kháiquát về thực nghiệm : các loại thực nghiệm , các phương pháp và cách tiến hành thựcnghiệm

CHƯƠNG 1.KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LỌAI THỰC

NGHIỆM 1.1 Khái niệm chung

Thực nghiệm là quan sát để phát hiện bản chất của sự vật hoặc hiện tượng, vàcuối cùng là để đặt giả thuyết hoặc kiểm chứng giả thuyết đã đặt ra

Phương pháp thực nghiệm là một phương pháp kiểm tra giả thuyết nhằm thuthập thông tin được thực hiện bởi những quan sát trong điều kiện gây biến đổi đốitượng khảo sát và môi trường xung quanh đối tượng khảo sát một cách có chủ định

Bằng cách thay đổi các tham số, người nghiên cứu có thể thu được những kếtquả mong muốn, như:

 Thay đổi các điều kiện của đối tượng nghiên cứu

 Tách riêng từng phần của đối tượng nghiên cứu để quan sát

 Kéo ngắn được thời gian tiếp cận trong quan sát

 Tiến hành lặp lại nhiều lần để kiểm tra lẫn nhau

 Không bị hạn chế về không gian và thời gian

Dù phương pháp thực nghiệm có những ưu điểm như vậy nhưng nó không thể

áp dụng trong hàng lọat trường hợp chẳng hạn nghiên cứu lịch sử , địa lý , địachất , khí tượng ,thiên văn.những lĩnh vực nghiên cứu này chỉ có thế thực hiệnbằng quan sát , còn nghiên cứ lịch sử văn học chỉ có thể thực hiên bằng phươngpháp nghiên cứu tài liệu

1.2 Các loại biến trong thực nghiệm

Trong nghiên cứu thực nghiệm, có 2 loại biến thường gặp trong thí nghiệm, đó

là biến độc lập và biến phụ thuộc

Biến độc lập (còn gọi là nghiệm thức): là các yếu tố, điều kiện khi bị thay đổitrên đối tượng nghiên cứu sẽ ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm Như vậy, đối tượngnghiên cứu chứa một hoặc nhiều yếu tố, điều kiện thay đổi Nói cách khác, kết quả sốliệu của biến phụ thuộc thu thập được thay đổi theo biến độc lập

Ví dụ :Với giả thuyết: “ Xây dựng hệ thống bài tập trắc nghiệm nhằm phát huytính tích cực của học sinh” Đây là một giả thuyết chứa đựng hai biến số “Xây dựng hệ

thống bài tập trắc nghiệm” và “tính tích cực của học sinh” Hai biến số này liên hệ vớinhau bằng từ “ phát huy” cho biết chúng liên hệ với nhau như thế nào Các biến số này

có thể đo lường được, có khả năng kiểm nghiệm được và có thể thực nghiệm được

Ví dụ: Biến độc lập có thể là liều lượng phân bón, loại phân bón, lượng nước tưới,thời gian chiếu sáng khác nhau,… (hay còn gọi là các nghiệm thức khác nhau)

Trong biến độc lập, thường có một mức độ đối chứng hay nghiệm thức đối chứng(chứa các yếu tố, điều kiện ở mức độ thông thường) hoặc nghiệm thức đã được xácđịnh mà người nghiên cứu không cần tiên đoán ảnh hưởng

1.3 Phân loại thực nghiệm [1, 2]

Trong nghiên cứu người nghiên cứu cũng phải tiến hành ít ra là hai lần thựcnghiệm: thực nghiệm để phát hiện bản chất của sự vật hoặc hiện tượng để xây dựnggiả thuyết và thực nghiệm để kiểm chứng giả thuyết

1.3.1. Dựa vào nơi thực nghiệm

 Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm

Đây là nơi người nghiên cứu được hoàn toàn

chủ động tạo dựng mô hình thực nghiệm và

khống chế các tham số

Ví dụ: tiến hành nghiên cứu một giống cây

mới trong phòng thí nghiệm,…

Tuy nhiên, mô hình thực nghiệm không thể

tạo ra được đầy đủ những yếu tố của môi trường

thực Vì vậy, hầu như không có bất cứ kết quả thực nghiệm nào thu được từ trong

phòng thí nghiệm có thể đưa áp dụng thẳng vào điều kiện thực.

 Thực nghiệm tại hiện trường

Đây là nơi người nghiên cứu được tiếp cận

những điều kiện hoàn toàn thực nhưng lại bị

hạn chế về khả năng khống chế các tham số và

các điều kiện nghiên cứu

Ví dụ: một thí nghiệm sinh học ngoài trời không thể tạo các điều kiện về nhiệt

độ khác với tự nhiên

 Thực nghiệm trong quần thể xã hội

Đây là dạng thực nghiệm được tiến hành trên một cộng đồng người, trong nhữngđiều kiện sống của họ Trong thực nghiệm này, người nghiên cứu thay đổi các điềukiện sinh hoạt của họ, tác động vào đó những yếu tố cần được kiểm chứng trongnghiên cứu Loại thực nghiệm này được sử dụng trong các nghiên cứu khoa học xã

hội, trong y học, trong tổ chức và quản lý

Ví dụ: sử dụng chương trình sách giáo khoa thí điểm ở một số trường học,…

* Thực nghiệm thăm dò được tiến hành để phát hiện bản chất của sự vật hoặc hiệntượng Loại thực nghiệm này được sử dụng để nhận dạng vấn đề và xây dựng giảthuyết

* Thực nghiệm kiểm tra được tiến hành để kiểm chứng các giả thuyết

* Thực nghiệm song hành là những thực nghiệm trên các đối tượng khác nhau trongnhững điều kiện được khống chế giống nhau, nhằm rút ra kết luận về ảnh hưởng củathực nghiệm trên các đối tượng khác nhau

* Thực nghiệm đối nghịch được tiến hành trên hai đối tượng giống nhau với các điềukiện ngược nhau, nhằm quan sát kết quả của các phương thức tác động của các điềukiện thí nghiệm trên các thông số của đối tượng nghiên cứu

* Thực nghiệm so sánh là thực nghiệm được tiến hành trên hai đối tượng khác nhautrong đó có một trong hai được chọn làm đối chứng nhằm tìm chỗ khác biệt giữa cácphương pháp, giữa các hậu quả so với đối chứng

1.3.3 Dựa vào diễn trình thực nghiệm

* Thực nghiệm cấp diễn để xác định tác động hoặc ảnh hưởng của các tác nhân lên đốitượng nghiên cứu trong một thời gian ngắn

* Thực nghiệm trường diễn để xác định sự tác dụng của các giải pháp tác động hoặcảnh hưởng của các tác nhân lên đối tượng nghiên cứu lâu dài, liên tục

* Thực nghiệm bán cấp diễn như một mức độ trung gian giữa hai phương pháp thựcnghiệm nói trên

1.3.4 Dựa vào mức độ đáp ứng các tiêu chuẩn khoa học của thực nghiệm

* Thực nghiệm tiêu chuẩn hóa: thực nghiệm phải đạt đủ các yêu cầu sau:

- Có hai nhóm thực nghiệm và đối chứng với số lượng đủ để đạt độ tin cậy cầnthiết

- Thực hiện đầy đủ các bước: quan sát thu thập thông tin trước thực nghiệm, thựchiện tác động của biến độc lập đến nhóm thực nghiệm, tiến hành quan sát để thu thậpthông tin lần hai với hai nhóm, so sánh kết quả quan sát được ở từng nhóm từ lần thứnhất đến lần hai, so sánh kết quả quan sát được ở hai nhóm với nhau từ lần thứ nhấtđến lần hai

* Thực nghiệm phi tiêu chuẩn hóa: có các dạng sau:

- Có hai nhóm thực nghiệm và đối chứng nhưng không thực hiện đầy đủ các bướccần thiết

- Hai nhóm thực nghiệm và đối chứng có số lượng không đủ độ lớn cần thiết

- Không cần nhóm đối chứng mà chỉ cần quan sát thu thập thông tin trước và saukhi tác động tác nhân kích thích đến đối tượng nghiên cứu

Đối với các dạng trên , không lọai trừ được ảnh hưởng của những yếu tố khác đếnkết quả thực nghiệm Do đó không thể sử dụng để chứng minh cho giả thuyết một cáchchặt chẽ khoa học

1.4 Các nguyên tắc thực nghiệm

Trong thực nghiệm có một số nguyên tắc cần được tôn trọng:

- Đề ra những chuẩn đánh giá và phương thức đánh giá

- Giữ ổn định các nhân tố không bị người nghiên cứu khống chế

- Mô hình được lựa chọn trong thực nghiệm phải mang tính phổ biến để cho kếtquả thực nghiệm được khách quan

- Đưa ra một số giả thiết (điều kiện giả định) trong thực nghiệm để loại bớtnhững yếu tố tác động phức tạp

1.5 Đặc điểm của phương pháp thực nghiệm [5]

- Thực nghiệm được tiến hành xuất phát từ một giả thuyết hay phỏng đoán về sựdiễn biến tốt hơn của đối tượng nếu ta chú ý đến một số biến số quan trọng và

bỏ một số biến số thứ yếu Nghĩa là thực nghiệm được tiến hành để khẳng địnhtính chân thực của phỏng đoán hay giả thuyết đã nêu Thực nghiệm thành công

sẽ góp phần tạo nên một lý thuyết mới

- Thực nghiệm được tiến hành có kế hoạch như là thực hiện một chương trìnhkhoa học cần hết sức chi tiết và chính xác Kế hoạch thực nghiệm đòi hỏi phảimiêu tả hệ thống các biến số theo một chương trình

- Với mục đích kiểm tra giả thuyết, các nghiệm thể (đối tượng thực nghiệm)được chia thành hai nhóm: nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng (còn gọi lànhóm kiểm chứng) Hai nhóm này được lựa chọn ngẫu nhiên, có số lượng vàtrình độ phát triền ngang nhau, điều đó được khẳng định bằng kiểm tra chấtlượng ban đầu Nhóm thực nghiệm bị tác động bằng những biến số độc lập(nhân tố thực nghiệm) để xem xét sự diễn biến có đúng với giả thuyết ban đầuhay không? Nhóm đối chứng cho diễn biến phát triển hoàn toàn tự nhiên khônglàm thay đổi bất cứ điều gì khác thường, đó là cơ sở để kiểm tra những kết quảthay đổi của nhóm thực nghiệm Nhờ những khác biệt của hai nhóm mà ta cóthể khẳng định hay phủ định giả thuyết của thực nghiệm

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ CÁCH TIẾN HÀNH

2.1 Các phương pháp thực nghiệm [2]

2.1.1. Thực nghiệm thử và sai

Nội dung phương pháp thử và sai (trial-and-error method) đúng như tên gọi: đó

là “ thử”; thử xong thấy “sai”; tiếp đó “thử lại”; lại “sai”; lại “thử”, cho đến khi đạtđược kết quả cuối cùng

Làm thí nghiệm hóa học có thể xem là một ví dụ điển hình về thử và sai: (1)Thử phản ứng thứ nhất không thành công trong việc tạo ra một hợp chất như giả thuyết

ban đầu; (2) Thay đổi thành phần các chất, lại không thành công; Thay đổi điều kiện

thí nghiệm, chẳn hạn, thay đổi nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, … cho đến khi khẳng địnhđược là thành công hoặc thất bại

Phương pháp “thử và sai” thường tốn kém nhiều thời gian và hiệu quả thấp Vì

vậy, người ta tìm kiếm những phương pháp có hiệu quả hơn, đó là phương phápHeuristic (Ơristic)

Bản chất Ơristic là một phương pháp thực nghiệm theo chương trình, trong đóngười ta tìm cách giảm bớt các điều kiện ban đầu của thực nghiệm

Nội dung được tóm tắt như sau:

 Chia thực nghiệm thành nhiều bước, mỗi bước chỉ đưa ra một điều kiện thựcnghiệm như vậy nhiệm vụ thực nghiệm ban đầu trở nên có ít điều kiện hơn

 Phát hiện thêm các điều kiện phụ cho mỗi bước thực nghiệm Như vậy, côngviệc thực nghiệm trở nên sáng tỏ hơn giảm bớt mò mẫm

Ví dụ 1: Tập đi xe đạp

Cách luyện tập thông thường là cùng lúc thực hiện được cả ba kỹ năng: (a) phảingồi được lên yên xe; (b) phải đạp được cho xe chuyển động; (c) phải điều khiển đượctay lái thật vững để xe không đổ và di chuyển được trên đường Thường khi có ngườitrợ giúp , khi cảm thấy người tập đã quen thì người giúp buông tay cầm láy để cho

người tập tự điều khiển đến khi người tập quen hơn người tập buông nốtt tay cầmyên Trong quá trình thực hiện người thực hiện có thể bị ngã nhiều lần

Với phương pháp Heuristic đầu tiên phải phân tích được tầm quan trọng của từngđiều kiện Thứ tự đó là (1) cầm lái; (2) đạp; (3) ngồi lên yên Người tập sẽ thực hiện babước thực nghiệm riêng rẽ, mỗi bước chỉ cần rèn một kĩ năng, nhưng phải phát hiệnthêm những điều kiện phụ để làm thuần thục kĩ năng này Sau đó kết hợp tất cả lạithành việc đi xe đạp

Bước 1: tập cầm lái, trong bước này người tập chỉ cần cầm tay lái , dắt xe đi bộ ,

khi đã vững thì chạy nhanh Ban đầu có thể lọang chọang , sau mươi phút sẽquen Điều kiện bổ sung : đẩy xe mà không cần đạp bàn đạp Có thể thay thế quá trìnhnày bằng việc tập trên xe ba bánh

Bước 2: Tập đạp cho xe chạy Trong bước này , ngườintập đạp chân phải lên bàn

đạp phải của xe , còn chân trái đẩy trên mặt đất để xe chạy Chỉ qua ít phút , người tập

có thể điều khiên xe thuần thục Điều kiện bổ sung : đạp chân trên mặt đất cho xechạy mà không cần ngồi trên yên

Bước 3: Ngồi lên yên sau khi dùng chân trái đạp lên mặt đất mà xe chạy được ổn

định , tự người tập sẽ tự ngồi được lên yên không cần trợ giúp

Ví dụ 2:

 Phương pháp hai mù

Phương pháp hai mù (double blind method) còn gọi là phương pháp placebo Placebo

tiếng latinh nghĩa là “tôi sẽ làm vừa lòng”, là tên một loại thuốc giả không có tác dụngđiều trị, mà chỉ để trấn an người bệnh, tạo cho người bệnh cảm giác là họ đã đượcuống thuốc Trong phương pháp hai mù, người chủ trì nghiên cứu sử dụng placebođồng thời với thuốc điều trị, nhưng người chủ trì nghiên cứu không thông báo cho cảngười bệnh và người thầy thuốc biết trước thuốc nào là thuốc dược đưa vào để thínghiệm, còn thuốc nào là thuốc trấn an

 Phương pháp ba mù:

Phương pháp ba mù được tiến hành theo hai bước:

- Bước thứ nhất, người chủ trì nghiên cứu dùng thuốc trấn an để các nhóm nghiêncứu tiến hành thực nghiệm, nhưng cả thầy thuốc và cả người bệnh đều khôngđược biết đây là thuốc trấn an

- Bước thứ hai, người chủ trì nghiên cứu chọn ra những người bệnh không cóbiểu hiện kết quả trong thực nghiệm thứ nhất để tiến hành đợt thử nghiệm thứhai bằng phương pháp hai mù

Mô hình luôn là công cụ của nghiên cứu thực nghiệm

Cơ sở logic học của phương pháp mô hình hóa chính là phép loại suy.

Phương pháp mô hình hóa cho phép tiến hành nghiên cứu trên những mô hìnhlớn hơn, lớn bằng hoặc nhỏ hơn để thay thế việc nghiên cứu đối tượng thực Điều nàythường xảy ra khi người nghiên cứu không thể hoặc rất khó nghiên cứu trên đối tượngthực

Khi xây dựng mô hình phải đảm bảo những nguyên tắc về tính tương ứng, trướchết là tính tương ứng về cấu trúc, thuộc tính, chức năng, cơ chế vận hành Trong thực

tế để tiện nghiên cứu, người ta thường xây dựng các mô hình về tổng thể tương tự vớicác quá trình thực tế, nhưng chỉ tương tự về những thuộc tính cần khảo sát Với sự ápdụng mô hình, người nghiên cứu có thể rút ngắn thời gian nghiên cứu, chi phí đầu tưvào nghiên cứu