Все научные исследования включают 3 основных этапа:
1. Планирование
2. Проведение опытов, наблюдений, учетов.
3. Обработку и обобщение полученных данных.
Планирование – это определение задачи и объектов исследований, разработка схемы эксперимента, выбор участка, необходимых приборов и техники для проведения опыта. Ошибки, допущенные при планировании невозможно исправить в дальнейшем.
Трудности в планировании обусловлены многогранностью задач, наличием многих неизвестных факторов, возможностью проявления субъективизма.
«Гораздо труднее увидеть и сформулировать проблему, чем найти ее решение. Для первого требуется воображение, для второго – только умение» Дж. Бернал.
Процесс планирования имеет строго определенную структуру, тре-бующую последовательного выполнения.
1. Выбор темы и объекта исследования
Вопросов, которыми может заняться исследователь, чрезвычайно много, важно уметь выделить наиболее перспективные из них. Первым и основным источником тем для исследования являются прямые зака-зы производства, но их не нужно ждать, а самим выявлять по-требности практики в тех или иных научных разработках, систематически интересоваться проблемами производства, заглянуть в его будущее, предвидеть возможные потребности. Это и позволяет экспериментатору наметить наиболее перспективные темы для научной работы.
Важно, чтобы тема исследований была определенной, а не рас-плывчатой, соответствовала сущности исследований и имеющейся материально-технической базе.
Объектом исследования являются живые организмы и их системы различных уровней организации.
2. Постановка цели и задач. Опыты должны быть целенаправлен-ными, нужно найти фактор, изменяя который можно решить постав-ленные задачи.
Цель – одна большая, задачи – более мелкие, это этапы, которые необходимо выполнить для достижения цели.
3. Изучение научной литературы. Опыты невозможно заложить, пока не изучена и не проанализирована история и современное состояние вопроса. Один только критический анализ литературного материала может иногда дать частичное или полное решение вопроса. Для этого нужно изучить монографии, журнальные статьи, диссертации, научные отчеты и др. Чтобы быть на уровне современных требований, специалист должен систематически затрачивать более 25% своего времени на ознакомление с научно-технической информацией, ибо знания, полученные ранее, не развиваемые и не дополняемые очень быстро обесцениваются (на 10% в год). Как правило, это ведет к повторным изобретениям: 2/3 новых заявок на изобретения не регистрируются как новые. Знание литературы дает возможность создать рабочую гипотезу, разработать программу и методику исследований.
4. Рабочая гипотеза – это научное предположение о развитии яв-лений, на котором основывается объяснение ожидаемых в опыте ре-зультатов. Она строится на основании всех ранее установленных закономерностей изучаемого явления и тех новых идей (предположений), которые вносит исследователь в данную проблему. При построении рабочей гипотезы не нужно бояться новизны, оригинальности идей, надо пытаться идти новыми путями. Ведь даже ложная гипотеза приносит свою долю пользы: в случае ее опровержения становится одним возможным объяснением меньше, ограничивается число возможных решений, сужается круг возможных действий, приближающий нас к единственному центру – истине. В этом состоит ценность всякой гипотезы.
5. Разработка программы исследований. Программа исследова-ний – это проект намеченного хода эксперимента, в котором указыва-ют точные границы опытной работы, схемы опытов, описывают усло-вия осуществления опытов, приводят методику и основные элементы техники проведения экспериментов. Для чего:
5.1 Определяют объект исследования
5.2 Определяют вид опыта (наблюдение, вегетационный, полевой и т. д.)
5.3 Определяют условия проведения опыта, время, необходимое для проведения наблюдений и учетов (метеорологические условия, время года и т.д.).
5.4 Разрабатывают схему и методику опыта.
5.5 Планируют наблюдения и учеты.
Наиболее трудный вопрос, который приходится решать исследова-телю при составлении программы – это схемы будущих опытов. Сле-дует иметь в виду два основных момента: во-первых, варианты в опы-те могут различаться качественно: опыты по улучшению и сравни-тельной оценке сортов и культур, способов посева и обработки почвы, предшественников, различных форм удобрений, пестицидов и т.д.; во-вторых, количественные градации факторов: дозы удобрений, нормы полива, глубина обработки почвы и т.д.
В схемах, где варианты различаются качественно, важно выдер-жать принцип единственного различия, правильно выбрать контроль-ный вариант (стандарт) и определить сопутствующие, не учитываемые в опыте оптимальные агротехнические условия (фон).
В опытах с количественной градацией признаков, кроме перечис-ленных выше требований, необходимо правильно установить единицу варьирования для доз изучаемого фактора (шаг) и число градаций (доз), чтобы по результатам эксперимента можно было построить кри-вую отзывчивости, которая будет характеризовать зависимость изу-чаемой величины от градаций фактора.
Целесообразно иметь 5 – 8 уровней (доз, градаций) фактора, чтобы эксперимент охватил лимитирующую, стационарную и ингибирую-щую область кривой. Успешное решение поставленной перед экспе-риментатором задачи зависит от удачного выбора основного уровня (центра эксперимента) и единицы (шага) варьирования изучаемого фактора. Если неправильно установлен центр эксперимента и приняты недостаточные различия в дозах, то результаты эксперимента могут охватить только лимитирующую или стационарную область кривой и, следовательно, на основании этих данных нельзя установить опти-мальный уровень изучаемого в опыте фактора. С другой стороны, если шаг выбран слишком большим, то можно «проскочить» точку максимума (минимума).
При постановке многофакторных опытов можно установить не только действие изучаемых факторов, но и величину их взаимодейст-вия при совместном применении, однако, для этого схема должна пре-дусматривать испытание всех возможных сочетаний намеченных для изучения факторов и их градаций. При этом может изучаться действие и взаимодействие как количественных, так и качественных факторов.
При разработке методики опыта необходимо установить наиболее рациональное направление, форму, площадь делянки, повторность, систему расположения повторений, вариантов и делянок.
Полевые опыты сопровождаются однократными или периодиче-скими количественными и качественными наблюдениями за объектами исследований и состоянием окружающей среды. Основное требование к наблюдениям – целенаправленность, необходимость для понимания действия изучаемого фактора. В связи с этим экспериментатор должен определить:
– какие наблюдения, анализы и учеты включить в программу ис-следований,
– в какие сроки проводить наблюдения и учеты,
– определить оптимальный объем выборок,
– обеспечить представительность отбираемых выборок (проб).
6. Составление рабочего плана. Планирование эксперимента за-вершается составлением рабочего плана исследований, в котором достаточно полно, но лаконично описывают все этапы опытной работы, указывают количество опытов, затраты времени и средств для достижения основной цели исследований.
При планировании эксперимента оговаривают также и способы статистической обработки данных (однофакторный, двухфакторный дисперсионный анализ, корреляционно-регрессионный анализ и т. д.), устанавливают необходимый уровень точности (95% или 99%).