Среди методов эмпирического познания часто называют наблюдение, которое порой даже противопоставляется методу экспериментирования. Имеется в виду не наблюдение как этап любого эксперимента, а наблюдение как особый, целостный способ изучения явлений, наблюдение астрономических, биологических, социальных и других процессов. Различие между экспериментированием и наблюдением в основном сводится к одному пункту: в эксперименте его условиями управляют, а в наблюдении процессы предоставлены естественному ходу событий. С теоретических позиций структура эксперимента и наблюдения одна и та же: изучаемое явление — прибор — экспериментатор (или наблюдатель). Поэтому осмысление наблюдения мало чем отличается от осмысления эксперимента. Наблюдение вполне можно считать своеобразным случаем эксперимента.
Интересной возможностью развития метода экспериментирования является так называемое модельное экспериментирование. Иногда экспериментируют не над оригиналом, а над его моделью, т. е. над другой сущностью, похожей на оригинал. Модель может иметь физическую, математическую или какую-то иную природу. Важно, чтобы манипуляции с нею давали возможность транслировать получаемые сведения на оригинал. Это возможно не всегда, а лишь тогда, когда свойства модели релевантны, т. е. действительно соответствуют свойствам оригинала. Полное совпадение свойств модели и оригинала никогда не достигается, причем по очень простой причине: модель не есть оригинал. Как шутили А. Розенблют и Н. Винер, лучшей материальной моделью кошки будет иная кошка, однако предпочтительнее, чтобы это была именно та же самая кошка. Один из смыслов шутки таков: на модели невозможно получить столь же исчерпывающие знания, как в процессе экспериментирования с оригиналом. Но иногда можно довольствоваться и частичным успехом, особенно если изучаемый объект недоступен немодельному эксперименту. Гидростроители, прежде чем возвести плотину через бурную реку, проведут модельный эксперимент в стенах родного института. Что касается математического моделирования, то оно позволяет относительно быстро "проиграть" различные варианты развития изучаемых процессов. Математическое моделирование — метод, находящийся на стыке эмпирического и теоретического. То же самое относится и к так называемым мысленным экспериментам, когда рассматриваются возможные ситуации и их последствия.
Важнейшим моментом эксперимента являются измерения, они позволяют получать количественные данные. При измерении сопоставляются качественно одинаковые характеристики. Здесь мы сталкиваемся с вполне типичной для научных исследований ситуацией. Сам процесс измерения, несомненно, является экспериментальной операцией. Но вот установление качественной одинаковости сопоставляемых в процессе измерения характеристик относится уже к теоретическому уровню познания. Чтобы выбрать эталон единицы величины, необходимо знать, какие явления эквивалентны друг другу; при этом предпочтение будет отдано тому эталону, который применим к максимально большому числу процессов. Длину измеряли локтями, ступнями, шагами, деревянным метром, платиновым метром, а теперь ориентируются на длины электромагнитных волн в вакууме. Время измеряли по движению звезд, Земли, Луны, пульсом, маятниками. Теперь время измеряют в соответствии с принятым эталоном секунды. Одна секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения соответствующего перехода между двумя определенными уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия. Как в случае с измерением длин, так и в случае измерения физического времени эталонами измерения избрали электромагнитные колебания. Такой выбор объясняется содержанием теории, а именно квантовой электродинамики. Как видим, измерение теоретически нагружено. Измерение может быть эффективно осуществлено лишь после выявления смысла того, что измеряется и каким образом. Чтобы лучше разъяснить сущность процесса измерения, рассмотрим ситуацию с оценкой знания студентов, допустим, по десятибалльной шкале.
