Моделирование как метод эмпирического уровня познания

Эксперимент, планирование эксперимента

Наблюдение и измерение

ЛЕКЦИЯ 16

ТЕМА: МЕТОДЫ ЭМПИРИЧЕСКОГО УРОВНЯ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

Метод научного исследования – это способ познания объективной реальности. Способ представляет собой определенную последовательность действий, приемов, операций. В зависимости от уровня научного познания выделяют методы эмпирического и теоретического уровней. К методам эмпирического уровня относят наблюдение, описание, сравнение, счет, измерение, эксперимент. К методам теоретического уровня научного познания относят аксиоматический, гипотетический (гипотетико-дедуктивный) и формализацию. Выделяют методы, которые применяются на обоих уровнях научного познания такие как: моделирование, абстрагирование, обобщение, классификация и общелогические методы.

От рассматриваемого понятия метода следует отграничивать понятия техники, процедуры и методики научного исследования.

Под техникой исследования понимают совокупность специальных приемов для использования того или иного метода, а под процедурой исследования – определенную последовательность действий, способ организации исследования.

Методика - это совокупность способов и приемов исследования, порядок их применения и интерпретация полученных с их помощью результатов. Она зависит от характера объекта изучения, методологии, цели исследования, разработанных методов, общего уровня квалификации исследователя.

Наблюдение – это систематическое, целенаправленное восприятие каких-либо отдельных сторон объекта, либо объекта в целом.

По способу проведения различают наблюдения непосредственные и опосредованные. При непосредственных наблюдениях те или иные свойства, стороны объекта воспринимаются органами чувств человека. Опосредованные наблюдения проводятся с использованием технических средств.

В наблюдениях отсутствуют деятельность, направленная на преобразование, изменение объектов познания. Это обуславливается рядом обстоятельств:

Недоступностью этих объектов для практического воздействия;

Нежелательностью, исходя из целей исследования, вмешательства в наблюдаемый процесс;

Отсутствием технических, энергетических, финансовых и иных возможностей для воздействия.

В биологии непосредственные наблюдения подразделяют на:

1) полевые или экспедиционные;

2) лабораторные или стационарные.

При полевом обследовании различают методы:

Маршрутные;

Ключевые;

Площадные;

Комбинированные (для изучения площади различают маршруты, эти маршруты обследуются с помощью систем ключевых точек).

Лабораторные наблюдения отличаются от полевых большей повторяемостью наблюдений и тем, что аппаратура обычно закреплена на точке наблюдения. В лабораторных условиях возможность использования измерительной техники несравненно выше, чем в полевых условиях.

Результаты наблюдения могут фиксироваться в протоколах, дневниках, карточках, на кинопленках и другими способами.

Описание – это фиксация средствами естественного или искусственного языка признаков исследуемого объекта, которые устанавливаются путем наблюдения или измерения. Описание бывает:

1) непосредственным , когда исследователь непосредственно воспринимает и указывает признаки объекта;

2) опосредованным , когда исследователь отмечает признаки объекта, которые воспринимались другими лицами.

Счет – это определение количественных соотношений объектов исследования или параметров, характеризующих их свойства. Метод широко применяется в статистике для определения степени и типа изменчивости явления, процесса, достоверности полученных средних величин и теоретических выводов.

Большинство научных наблюдений включают в себя проведение разнообразных измерений.

Измерение – это определение численного значения некоторой величины путем сравнения ее с эталоном. Измерение есть процедура определения численного значения некоторой величины посредством единицы измерения. Ценность этой процедуры в том, что она дает точные, количественные определенные сведения об окружающей действительности.

Важнейшим показателем качества измерения, его научной ценности является точность, которая зависит от исследователя и от имеющихся измерительных приборов.

Выделяют следующие виды измерений:

1) по характеру зависимости измеряемой величины от времени:

Статические (измеряемая величина остается постоянной во времени);

Динамические (измеряемая величина в процессе измерения меняется во времени).

2) по способу получения результатов:

Прямые измерения (значение измеряемой величины получается путем непосредственного сравнения ее с эталоном или выдается измерительным прибором);

Косвенные измерения (величину определяют на основании известной математической зависимости между этой величиной и другими величинами, получаемых путем прямых измерений).

Сравнение – это сопоставление признаков, присущим двум или нескольким объектам, установление различия между ними или нахождение в них общего, осуществляемое как органами чувств, так и с помощью специальных устройств.

Наблюдение - целенаправленное пассивное изучение предметов, опирающееся в основном на данные органов чувств. В ходе наблюдения мы получаем знания не только о внешних сторонах объекта познания, но и - в качестве конечной цели - о его существенных свойствах и отношениях.

Наблюдение может быть непосредственным и опосредованным различными приборами и другими техническими устройствами. По мере развития науки оно становится все более сложным и опосредованным. Основные требования к научному наблюдению: однозначность замысла (что именно наблюдается); возможность контроля путем либо повторного наблюдения, либо с помощью других методов (например, эксперимента). Важным моментом наблюдения является интерпретация его результатов - расшифровка показаний приборов и т. п.

Эксперимент - активное и целенаправленное вмешательство в протекание изучаемого процесса, соответствующее изменение исследуемого объекта или его воспроизведение в специально созданных и контролируемых условиях, определяемых целями эксперимента, В его ходе изучаемый объект изолируется от влияния побочных, затемняющих его сущность обстоятельств и представляется в «чистом виде».

Основные особенности эксперимента: а) более активное (чем при наблюдении) отношение к объекту исследования, вплоть до его изменения и преобразования; б) возможность контроля за поведением объекта и проверки результатов; в) многократная воспроизводимость изучаемого объекта по желанию исследователя; г) возможность обнаружения таких свойств явлений, которые не наблюдаются в естественных условиях.

Виды (типы) экспериментов весьма разнообразны. Так, по своим функциям выделяют исследовательские (поисковые), проверочные (контрольные), воспроизводящие эксперименты. По характеру объектов различают физические, химические, биологические, социальные и т. п. Существуют эксперименты качественные и количественные. Широкое распространение в современной науке получил мысленный эксперимент - система мыслительных процедур, проводимых над идеализированными объектами.

Измерение - совокупность действий, выполняемых при помощи определенных средств с целью нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения.

Сравнение - познавательная операция, выявляющая сходство или различие объектов (либо ступеней развития одного и того же объекта), т.е. их тождество и различия. Оно имеет смысл только в совокупности однородных предметов, образующих класс. Сравнение предметов в классе осуществляется по признакам, существенным для данного рассмотрения. При этом предметы, сравниваемые по одному признаку, могут быть несравнимы по другому.

Сравнение является основой такого логического приема, как аналогия (см. далее), и служит исходным пунктом сравнительно-исторического метода. Его суть - выявление общего и особенного в познании различных ступеней (периодов, фаз) развития одного и того же явления или разных сосуществующих явлений.

Описание - познавательная операция, состоящая в фиксировании результатов опыта (наблюдения или эксперимента) с помощью определенных систем обозначения, принятых в науке.

Следует подчеркнуть, что методы эмпирического исследования никогда не реализуются «вслепую», а всегда «теоретически нагружены», направляются определенными концептуальными идеями.

Моделирование - метод исследования определенных объектов путем воспроизведения их характеристик на другом объекте - модели, которая представляет собой аналог того или иного фрагмента действительности (вещного или мыслительного) - оригинала модели. Между моделью и объектом, интересующим исследователя, должно существовать известное подобие (сходство) - в физических характеристиках, структуре, функциях и др.

Формы моделирования весьма разнообразны и зависят от используемых моделей и сферы применения моделирования. По характеру моделей выделяют материальное (предметное) и идеальное моделирование, выраженное в соответствующей знаковой форме. Материальные модели являются природными объектами, подчиняющимися в своем функционировании естественным законам физики, механики и т. п. При материальном (предметном) моделировании конкретного объекта его изучение заменяется исследованием некоторой модели, имеющей ту же физическую природу, что и оригинал (модели самолетов, кораблей, космических аппаратов и т. п.).

При идеальном (знаковом) моделировании модели выступают в виде графиков, чертежей, формул, систем уравнений, предложений естественного и искусственного (символы) языка и т. п. В настоящее время широкое распространение получило математическое (компьютерное) моделирование.

Другие методы научного познания

Частнонаучные методы – совокупность способов, принципов познания, исследовательских приёмов и процедур, применяемых в той или иной отрасли науки, соответствующей данной основной форме движения материи. Это методы механики, физики, химии, биологии и гуманитарных (социальных) наук.

Дисциплинарные методы – системы приёмов, применяемых в той или иной дисциплине, входящей в какую-нибудь отрасль науки или возникшей на стыке наук. Каждая фундаментальная наука представляет собой комплекс дисциплин, которые имеют свой специфический предмет и свои своеобразные методы исследования.

Методы междисциплинарного исследования – совокупность ряда синтетических, интегративных способов (возникших как результат сочетания элементов различных уровней методологии), нацеленных главным образом на стыки научных дисциплин.

Эмпирическое знание - это совокупность высказываний о реальных, эмпирических объектах. Эмпирическое знание основывается на чувственном познании . Рациональный момент и его формы (суждения, понятия и др.) здесь присутствуют, но имеют подчиненное значение. Поэтому исследуемый объект отражается преимущественно со стороны своих внешних связей и проявлений, доступных созерцанию и выражающих внутренние отношения. Эмпирическое, опытное исследование направлено без промежуточных звеньев на свой объект . Оно осваивает его с помощью таких приемов и средств, как описание, сравнение, измерение, наблюдение, эксперимент, анализ, индукция (от частного к общему), а его важнейшим элементом является факт (от лат. factum - сделанное, свершившееся).

1. Наблюдение - это преднамеренное и направленное восприятие объекта познания с целью получить информацию о его форме, свойствах и отношениях. Процесс наблюдения не является пассивным созерцанием. Это активная, направленная форма гносеологического отношения субъекта по отношению к объекту, усиленная дополнительными средствами наблюдения, фиксации информации и ее трансляции. К наблюдению предъявляются требования: цель наблюдения; выбор методики; план наблюдения; контроль за корректностью и надежностью полученных результатов; обработка, осмысление и интерпретация полученной информации.

2. Измерение - это прием в познании, с помощью которого осуществляется количественное сравнение величин одного и того же качества. Качественные характеристики объекта, как правило, фиксируются приборами, количественная специфика объекта устанавливается с помощью измерений.

3. Эксперимент - (от лат. experimentum - проба, опыт), метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Отличаясь от наблюденияактивным оперированием изучаемым объектом, Э. осуществляется на основе теории, определяющей постановку задач и интерпретацию его результатов.

4 Сравнение представляет собой метод сопоставления объектов с целью выявления сходства или различия между ними. Если объекты сравниваются с объектом, выступающим в качестве эталона, то такое называется сравнение измерением

Методы эмпирического исследования

Наблюдение

¨ сравнение

¨ измерение

¨ эксперимент

Наблюдение

Наблюдение - это целенаправленное восприятие объекта, обусловленное задачей деятельности. Основное условие научного наблюдения - объективность, т.е. возможность контроля путем либо повторного наблюдения, либо применения других методов исследования (например, эксперимента) . Это наиболее элементарный метод, один из множества других эмпирических методов.

Сравнение

Это один из наиболее распространенных и универсальных методов исследования. Известный афоризм "все познается в сравнении" - лучшее тому доказательство.

Сравнение - это соотношение между двумя целыми числами а и b, означающие, что разность (а - b) этих чисел делится на заданное целое число т, называемое модулем С; пишется а = b (mod, т) .

В исследовании сравнением называется установление сходства и различия предметов и явлений действительности. В результате сравнения устанавливается то общее, что присуще двум или нескольким объектам, а выявление общего, повторяющегося в явлениях, как известно, есть ступень на пути к познанию закона.

Для того чтобы сравнение было плодотворным, оно должно удовлетворять двум основным требованиям.

1. Сравниваться должны лишь такие явления, между которыми может существовать определенная объективная общность. Нельзя сравнивать заведомо несравнимые вещи, - это ничего не дает. В лучшем случае здесь можно только к поверхностным и потому бесплодным аналогиям.

2. Сравнение должно осуществляться по наиболее важным признакам Сравнение по несущественным признакам может легко привести к заблу^ дению.

Так, формально сравнивая работу предприятий, выпускающих один и тот же вид продукции, можно найти в их деятельности много общего. Если при этом будет упущено сравнение по таким важнейшим параметрам, как уровень производства, себестоимость продукции, различные условия, в которых функционируют сравниваемые предприятия, то легко прийти т методологической ошибке, ведущей к односторонним выводам. Если же учесть эти параметры, то станет ясным, в чем причина и где кроются действительные истоки методологической ошибки. Такое сравнение уже даст истинное, соответствующее реальному положению дел представление о рассматриваемых явлениях.

Различные интересующие исследователя объекты могут сравниваться непосредственно или опосредованно - через сравнение их с каким-либо третьим объектом. В первом случае обычно получают качественные результаты (больше - меньше; светлее - темнее; выше - ниже и т.д.). Однако уже при таком сравнении можно получить простейшие количественные характеристики, выражающие в числовой форме количественные различия между объектами (больше в 2 раза, выше в 3 раза и т.п.).

Когда же объекты сравниваются с каким-либо третьим объектом, выступающим в качестве эталона, количественные характеристики приобретают особую ценность, поскольку они описывают объекты безотносительно друг к другу, дают более глубокое и подробное знание о них (например, знать, что один автомобиль весит 1 т, а другой - 5 т, - это значит знать о них значительно больше того, что заключено в предложении: "первый автомобиль легче второго в 5 раз". Такое сравнение называется измерением. Оно будет подробно рассмотрено ниже.

С помощью сравнения информация об объекте может быть получена двумя различными путями.

Во-первых, она очень часто выступает в качестве непосредственного результата сравнения. Например, установление каких-либо соотношений между объектами, обнаружение различия или сходства между ними есть информация, получаемая непосредственно при сравнении. Эту информацию можно назвать первичной.

Во-вторых, очень часто получение первичной информации не выступает в качестве главной цели сравнения, этой целью является получение вторичной или производной информации, являющейся результатом обработки первичных данных. Наиболее распространенным и наиболее важным способом такой обработки является умозаключение по аналогии. Это умозаключение было обнаружено и исследовано (под названием "парадейгма") еше Аристотелем.

Сущность его сводится к следующему: если из двух объектов в результате сравнения обнаружено несколько одинаковых признаков, но у одного из них найден дополнительно еще какой-то признак, то предполагается, что этот признак должен быть присущ также и другому объекту. Коротко ход умозаключения по аналогии можно представить следующим образом:

А имеет признаки Х1, Х2, Х3, ..., Хп, Хп+ ,.

Б имеет признаки Х1, Х2, Х3, ..., Хп.

Вывод: "Вероятно, Б имеет признак Хп +1". Вывод на основе аналогии носит вероятностный характер, он может привести не только к истине, но и к заблуждению. Для того чтобы увеличить вероятность получения истинного знания об объекте, нужно иметь в виду следующее:

¨ умозаключение по аналогии дает тем более истинное значение, чем больше сходных признаков мы обнаружим у сравниваемых объектов;

¨ истинность вывода по аналогии находится в прямой зависимости от существенности сходных черт объектов, даже большое количество сходных, но не существенных признаков, может привести к ложному выводу;

¨ чем глубже взаимосвязь обнаруженных у объекта признаков, тем выше вероятность ложного вывода;

¨ общее сходство двух объектов не является основанием для умозаключения по аналогии, если у того из них, относительно которого делается вывод, есть признак, несовместимый с переносимым признаком. Иначе говоря, для получения истинного вывода надо учитывать не только характер сходства, но и характер различия объектов.

Измерение

Измерение исторически развивалось из операции сравнения, являющейся э основой. Однако в отличие от сравнения, измерение является более ощным и универсальным познавательным средством.

Измерение- совокупность действий, выполняемых при помощи средств измерений с целью нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения. Различают прямые измерения (например, измерение длины проградуированной линейкой) и косвенные измерения, основанные на известной зависимости между искомой величиной и непоссредственно измеряемыми величинами .

Измерение предполагает наличие следующих основных элементов:

объекта измерения;

единицы измерения, т.е. эталонного объекта;

измерительного прибора (приборов);

метода измерения;

наблюдателя (исследователя).

При прямом измерении результат получается непосредственно из самого процесса измерения (например, в спортивных соревнованиях измерение длины прыжка при помощи рулетки, измерение длины ковровых покрытий в магазине и т.п.).

При косвенном измерении искомая величина определяется математическим путем на основе знания других величин, полученных прямым измерением. Например, зная размер и вес строительного кирпича, можно измерить удельное давление (при соответствующих расчетах), которое должен выдержать кирпич при строительстве многоэтажных домов.

Ценность измерений видна уже хотя бы из того, что они дают точные, количественно определенные сведения об окружающей действительности. В результате измерений могут быть установлены такие факты, сделаны такие эмпирические открытия, которые приводят к коренной ломке устоявшихся в науке представлений. Это касается в первую очередь уникальных, выдающихся измерений, представляющих собой очень важные вехи в истории науки. Подобную роль сыграли в развитии физики, например, знаменитые измерения А. Майкельсоном скорости света.

Важнейшим показателем качества измерения, его научной ценности является точность. Именно высокая точность измерений Т. Браге, помноженная на необыкновенное трудолюбие И. Кеплера (свои вычисления он повторил 70 раз), позволила установить точные законы движения планет. Практика показывает, что главными путями повышения точности измерений нужно считать:

совершенствование качества измерительных приборов, действующих на основе некоторых утвердившихся принципов;

создание приборов, действующих на основе новейших научных открытий. Например, сейчас время измеряется при помощи молекулярных генераторов с точностью до 11-го знака.

В числе эмпирических методов исследования измерение занимает при^ мерно такое же место, как наблюдение и сравнение. Оно представляет собой сравнительно элементарный метод, одну из составных частей эксперимента -наиболее сложного и значимого метода эмпирического исследования.

Эксперимент

Эксперимент - исследование каких-либо явлений путем активного воздействия на них при помощи создания новых условий, соответствующих целям исследования, или же через изменение течения процесса в нужном направлении Это наиболее сложный и эффективный метод эмпирического исследования Он предполагает использование наиболее простых эмпирических методов - наблюдения, сравнения и измерения. Однако сущность его не в особой сложности, "синтетичности", а в целенаправленном, преднамеренном преобразовании исследуемых явлений, во вмешательстве экспериментатора в соответствии с его целями в течение естественных процессов.

Следует отметить, что утверждение экспериментального метода в науке - это длительный процесс, протекавший в острой борьбе передовых ученых Нового времени против античного умозрения и средневековой схоластики. (Например, английский философ-материалист Ф. Бэкон одним из первых выступил против эксперимента в науке, хотя ратовал за опыт.)

Основателем экспериментальной науки по праву считается Галилео Галилей (1564-1642), считавший основой познания опыт. Его некоторые исследования - основа современной механики: он установил законы инерции, свободного падения и движения тел по наклонной плоскости, сложения движений, открыл изохронность колебания маятника. Он сам построил телескоп с 32-кратным увеличением и открыл горы на Луне, четыре спутника Юпитера, фазы у Венеры, пятна на Солнце. В 1657 г., после его смерти, возникла Флорентийская академия опыта, работавшая по его предначертаниям и ставившая своей целью проведение прежде всего экспериментальных исследований. Научный и технический прогресс требует все более широкого применения эксперимента. Что же касается современной науки, то без эксперимента ее развитие просто немыслимо. В настоящее время экспериментальное исследование стало настолько важным, что рассматривается как одна из основных форм практической деятельности исследователей.

Преимущества эксперимента по сравнению с наблюдением

1. В ходе эксперимента становится возможным изучение того или иного явления в "чистом" виде. Это означает, что всякого рода "юбочные" факторы, затемняющие основной процесс, могут быть устранены, и исследователь получает точное знание именно об интересующем нас явлении.

2. Эксперимент позволяет исследовать свойства объектов действитедь ности в экстремальных условиях:

при сверхнизких и сверхвысоких температурах;

при высочайших давлениях:

при огромных напряженностях электрических и магнитных полей и т п

Работа в этих условиях может привести к обнаружению самых неожиданных и удивительных свойств у обыкновенных вещей и тем самым позволяет значительно глубже проникнуть в их сущность. Примером такого рода "странных" явлений, открытых в экстремальных условиях, касающихся области управления, может служить сверхпроводимость.

3. Важнейшее достоинство эксперимента - его повторяемость. В процессе эксперимента необходимые наблюдения, сравнения и измерения могут быть проведены, как правило, столько раз, сколько нужно для получения достоверных данных. Эта особенность экспериментального метода делает его весьма ценным при исследовании.

Наиболее подробно все достоинства эксперимента будут рассмотрены ниже, при изложении некоторых специфических видов эксперимента.

Ситуации, требующие экспериментального исследования

1. Ситуация, когда необходимо обнаружить у объекта неизвестные ранее свойства. Результатом такого эксперимента являются утверждения, не вытекающие из имевшегося знания об объекте.

Классический пример - опыт Э. Резерфорда по рассеянию Х-частиц, в результате которого была установлена планетарная структура атома. Подобные эксперименты называются исследовательскими.

2. Ситуация, когда необходимо проверить правильность тех или иных утверждений или теоретических построений.
15. Методы теоретического исследования. Аксиоматический метод, абстрагирование, идеализация, формализация, дедукция, анализ, синтез, аналогия.

Характерной чертой теоретического познания является то, что субъект познания имеет дело с абстрактными объектами. Теоретическое знание характеризуется системностью. Если отдельные эмпирические факты могут быть приняты или опровергнуты без изменения всей совокупности эмпирического знания, то в теоретическом знании изменение отдельных элементов знания влечет за собой изменение всей системы знания. Теоретическое знание требует и своих приемов (методов) познания, ориентированных на проверку гипотез, обоснование принципов, построение теории.

Идеализация - гносеологическое отношение, где субъект мысленно конструирует объект, прообраз которого имеется в реальном мире. И характеризуется введением в объект таких признаков отсутствующих в его реальном прообразе, и исключением свойств, присущих этому прообразу. В результате этих операций были выработаны понятия- «точка», «окружность», «прямая линия», «идеальный газ», «абсолютно черное тело» - идеализированные объекты. Образовав объект, субъект получает возможность оперировать с ним как с реально существующим объектом- строить абстрактные схемы реальных процессов, находить пути проникновения в их сущность. И. имеет предел своих возможностей. И. создается для решения конкретной задачи. Не всегда можно обеспечить переход от идеал. объекта к эмпирическому.

Формализация - построение абстрактных моделей, для исследования реальных объектов. Ф. обеспечивает возможность оперировать знаками, формулами. Вывод одних формул из других по правилам логики и математики позволяет установить теоретические закономерности без эмпиризма. Ф играет большую роль в анализе и уточнении научных понятий. В научном познании подчас нельзя не только разрешить, но даже сформулировать проблему, пока не будут уточнены относящиеся к ней понятия.

Обобщение и абстрагирование - два логических приема, применяемые почти всегда совместно в процессе познания. Обобщение - это мысленное выделение, фиксирование каких-нибудь общих существенных свойств, принадлежащих только данному классу предметов или отношений. Абстрагирование - это мысленное отвлечение, отделение общих, существенных свойств, выделенных в результате обобщения, от прочих несущественных или необщих свойств рассматриваемых предметов или отношений и отбрасывание (в рамках нашего изучения) последних. Абстрагирование не может осуществляться без обобщения, без выделения того общего, существенного, что подлежит абстрагированию. Обобщение и абстрагирование неизменно применяются в процессе формирования понятий, при переходе от представлений к понятиям и, вместе с индукцией, как эвристический метод.

Познание - это специфический вид деятельности человека, направленный на постижение окружающего мира и самого себя в этом мире. "Познание – это, обусловленный прежде всего общественно-исторической практикой, процесс приобретения и развития знания, его постоянное углубление, расширение, и совершенствование."

Теоретическое познание - это, прежде всего объяснение причины явлений. Это предполагает выяснение внутренних противоречий вещей, предсказание вероятного и необходимого наступления событий и тенденций их развития.

Понятие метод (от греческого слова "методос" - путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности.

Теоретический уровень научного познания характеризуется преобладанием рационального момента - понятий, теорий, законов и других форм и "мыслительных операций". Теоретический уровень - более высокая ступень в научном познании. "Теоретический уровень познания направлен на формирование теоретических законов, которые отвечают требованиям всеобщности и необходимости, т.е. действуют везде и всегда". Результатами теоретического познания становятся гипотезы, теории, законы.

Эмпирический и теоретический уровни познания взаимосвязаны между собой. Эмпирический уровень выступает в качестве основы, фундамента теоретического. Гипотезы и теории формируются в процессе теоретического осмысления научных фактов, статистических данных, получаемых на эмпирическом уровне. К тому же теоретическое мышление неизбежно опирается на чувственно-наглядные образы (в том числе схемы, графики и т. п.), с которыми имеет дело эмпирический уровень исследования.

Формализация и аксиоматизация"

К научным методам теоретического уровня исследований относятся:

Формализация - отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях, т. е. построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности. Она неразрывно связана с построением искусственных или формализованных научных законов. Формализация – отображение содержательного знания в знаковом формализме (формализованном языке). Последний создаётся для точного выражения мыслей с целью исключения возможности для неоднозначного понимания. При формализации рассуждения об объектах переносятся в плоскость оперирования со знаками (формулами). Отношения знаков заменяют собой высказывания о свойствах и отношениях предметов. Формализация играет важную роль в анализе, уточнении и экспликации научных понятий. Особенно широко формализация применяется в математике, логике и современной лингвистике.

Абстрагирование, идеализация

Каждый изучаемый объект характеризуется множеством свойств и связан множеством нитей с другими объектами. В процессе естественнонаучного познания возникает необходимость сконцентрировать внимание на одной какой-либо стороне или свойстве изучаемого объекта и отвлечься от ряда других его качеств или свойств.

Абстрагирование - мысленное выделение какого-либо предмета, в отвлечении от его связей с другими предметами, какого-либо свойства предмета в отвлечении от других его свойств, какого-либо отношения предметов в отвлечении от самих предметов.

Первоначально абстрагирование выражалось в выделении руками, взором, орудиями труда одних предметов и отвлечении от других. Об этом свидетельствует и происхождение самого слова "абстрактный" - от лат. abstractio - удаление, отвлечение. Да и русское слово "отвлеченный" происходит от глагола "влачить".

Абстрагирование составляет необходимое условие возникновения и развития любой науки и человеческого познания вообще. Вопрос о том, что в объективной действительности выделяется абстрагирующей работой мышления и от чего мышление отвлекается, в каждом конкретном случае решается в прямой зависимости от природы изучаемого объекта и тех задач, которые ставятся перед исследователем. Например, в математике многие задачи решаются с помощью уравнений без рассмотрения конкретных объектов, стоящих за ними - люди это или животные, растения или минералы. В этом и состоит великая сила математики, а вместе с тем и ее ограниченность.

Для механики, изучающей перемещение тел в пространстве, безразличны физико-кинетические свойства тел, кроме массы. И. Кеплеру были неважны красноватый цвет Марса или температура Солнца для установления законов обращения планет. Когда Луи де Бройль (1892-1987) искал связь между свойствами электрона как частицы и как волны, он имел право не интересоваться никакими другими характеристиками этой частицы.

Абстрагирование - это движение мысли вглубь предмета, выделение его существенных элементов. Например, чтобы данное свойство объекта рассматривалось как химическое, необходимо отвлечение, абстракция. В самом деле, к химическим свойствам вещества не относится изменение его формы, поэтому химик исследует медь, отвлекаясь от того, что именно из нее изготовлено.

В живой ткани логического мышления абстракции позволяют воспроизвести более глубокую и точную картину мира, чем это можно сделать с помощью восприятия.

Важным приемом естественнонаучного познания мира является идеализация как специфический вид абстрагирования.

Идеализация - это мыслительное образование абстрактных объектов, не существующих и не осуществимых в действительности, но для которых имеются прообразы в реальном мире.

Идеализация - это процесс образования понятий, реальные прототипы которых могут быть указаны лишь с той или иной степенью приближения. Примеры идеализированных понятий: "точка", т.е. объект, который не имеет ни длины, ни высоты, ни ширины; "прямая линия", "окружность", "точечный электрический заряд", "идеальный газ", "абсолютно черное тело" и др.

Введение в естественнонаучный процесс исследования идеализированных объектов позволяет осуществить построение абстрактных схем реальных процессов, что необходимо для более глубокого проникновения в закономерности их протекания.

Действительно, нигде в природе не встречается "геометрическая точка" (не имеющая размеров), но попытка построения геометрии, не использующей этой абстракции, не приводит к успеху. Точно так же невозможно развивать геометрию без таких идеализированных понятий, как "прямая линия", "плоскосгь",. "шар" и т. д. Все реальные прообразы шара имеют на своей поверхности выбоины и неровности, а некоторые несколько отклоняются от "идеальной" формы шара (как, например, земля), но если бы геометры стали заниматься такими выбоинами, неровностями и отклонениями, они никогда не смогли бы получить формулу для объема шара. Поэтому мы изучаем "идеализированную" форму шара и, хотя получаемая формула в применении к реальным фигурам, лишь похожим на шар, дает некоторую погрешность, полученный приближенный ответ достаточен для практических потребностей.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.сайт/

Сочинский государственный университет туризма и курортного дела

Факультет туристского бизнеса

Кафедра экономики и организации социально культурной деятельности

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Методы научных исследований»

на тему: «Методы научного познания. Наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент»

Введение

1. Методы научного познания

2.1 Наблюдение

2.2 Сравнение

2.3 Измерение

2.4 Эксперимент

Заключение

Введение

Многовековой опыт позволил людям придти к выводу, что природу можно изучать научными методами.

Понятие метод (от греч. "методос" - путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности.

Учение о методе начало развиваться еще в науке Нового времени. Так, видный философ, ученый XVII в. Ф. Бэкон сравнивал метод познания с фонарем, освещающим дорогу путнику, идущему в темноте.

Существует целая область знания, которая специально занимается изучением методов и которую принято именовать методологией ("учение о методах"). Важнейшей задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

1.Методы научного познания

Каждая наука использует различные методы, которые зависят от характера решаемых в ней задач. Однако своеобразие научных методов состоит в том, что они относительно независимы от типа проблем, но зато зависимы от уровня и глубины научного исследования, что проявляется прежде всего в их роли в научно-исследовательских процессах.

Иными словами, в каждом научно- исследовательском процессе меняется сочетание методов и их структура.

Методы научного познания принято подразделять по широте применимости в процессе научного исследования.

Различают всеобщие, общенаучные и частнонаучные методы.

Всеобщих методов в истории познания два: диалектический и метафизический. Метафизический метод с середины XIXв. начал все больше вытесняться диалектическим.

Общенаучные методы используются в самых различных областях науки (имеет междисциплинарный спектр применения).

Классификация общенаучных методов тесно связана с понятием уровней научного познания.

Различают два уровня научного познания: эмпирический и теоретический. Одни общенаучные методы применяются только на эмпирическом уровне (наблюдение, сравнение, эксперимент, измерение); другие - только на теоретическом (идеализация, формализация), а некоторые (например, моделирование) - как на эмпирическом, так и на теоретическом.

Эмпирический уровень научного познания характеризуется непосредственным исследованием реально существующих, чувственно воспринимаемых объектов. На этом уровне осуществляется процесс накопления информации об исследуемых объектах (путем измерения, экспериментов) здесь происходит первичная систематизация полученных знаний (в виде таблиц, схем, графиков).

Теоретический уровень научного исследования осуществляется на рациональной (логической) ступени познания. На данном уровне происходит выявление наиболее глубоких, существенных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам, явлениям. Результатом теоретического познания становятся гипотезы, теории, законы.

Однако эмпирические и теоретические уровни познания взаимосвязаны между собой. Эмпирический уровень выступает в качестве основы, фундамента теоретического.

К третьей группе методов научного познания относятся методы, используемые только в рамках исследований какой-то конкретной науки или какого-то конкретного явления.

Такие методы именуются частнонаучными. Каждая частная наука (биология, химия, геология) имеет свои специфические методы исследования.

Однако частнонаучные методы содержат черты как общенаучных методов, так и всеобщих. Например, в частнонаучных методах могут присутствовать наблюдения, измерения. Или, например всеобщий диалектический принцип развития проявляется в биологии в виде открытого Ч. Дарвином естественноисторического закона эволюции животных и растительных видов.

2. Методы эмпирического исследования

Методы эмпирического исследования - это наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент.

На этом уровне исследователь накапливает факты, информацию об исследуемых объектах.

2.1 Наблюдение

Наблюдение - это простейший вид научного познания, опирающийся на данные органов чувств. Наблюдение предполагает минимальное влияние на активность объекта и максимальную опору на естественные органы чувств субъекта. По крайней мере, посредники в процессе наблюдения, например разного рода приборы, должны лишь количественно усиливать различительную способность органов чувств. Можно выделять различные виды наблюдения, например, вооруженное (использующее приборы, например, микроскоп, телескоп) и невооруженное (приборы не используются), полевое (наблюдение в естественной среде существования объекта) и лабораторное (в искусственной среде).

В наблюдении субъект познания получает чрезвычайно ценную информацию об объекте, которую обычно невозможно получить никаким иным способом. Данные наблюдения обладают огромной информативностью, сообщая об объекте уникальные сведения, присущие только этому объекту в этот момент времени и в данных условиях. Результаты наблюдения составляют основу фактов, а факты, как известно, - это воздух науки.

Для проведения метода наблюдения необходимо, во-первых, обеспечить длительное, длящееся во времени, высококачественное восприятие объекта (например, нужно обладать хорошим зрением, слухом, и т.д., или хорошими приборами, усиливающими естественные человеческие способности восприятия).

По возможности необходимо проводить это восприятие так, чтобы оно не слишком сильно влияло на естественную активность объекта, иначе мы будем наблюдать не столько сам объект, сколько его взаимодействие с субъектом наблюдения (малое влияние наблюдения на объект, которым можно пренебречь, называется нейтральностью наблюдения).

Например, если зоолог наблюдает поведение животных, то ему лучше спрятаться, чтобы животные его не видели, и наблюдать их из-за укрытия.

Полезно воспринимать объект в более разнообразных условиях - в разное время, в разных местах, и т.д., чтобы получить более полную чувственную информацию об объекте. Нужно усилить внимание, чтобы пытаться отмечать малейшие изменения объекта, которые ускользают от обычного поверхностного восприятия. Хорошо бы, не полагаясь на собственную память, как-то специально фиксировать результаты наблюдения, например, завести журнал наблюдения, где записывать время и условия наблюдения, описывать результаты полученного в это время восприятия объекта (такие записи еще называют протоколами наблюдений).

Наконец, нужно позаботиться о проведении наблюдения при таких условиях, когда подобное наблюдение в принципе мог бы провести и другой человек, получив примерно те же результаты (возможность повторения наблюдения любым человеком называется интерсубъективностью наблюдения). В хорошем наблюдении не нужно спешить как-то объяснять проявления объекта, выдвигать те или иные гипотезы. До некоторой степени полезно оставаться беспристрастным, невозмутимо и непредвзято регистрируя все происходящее (такая независимость наблюдения от рациональных форм познания называется теоретической ненагруженностью наблюдения).

Таким образом, научное наблюдение - это в принципе то же наблюдение, что и в быту, в обыденной жизни, но всячески усиленное различными дополнительными ресурсами: временем, повышением внимания, нейтральностью, разнообразием, протоколированием, интерсубъективностью, ненагруженностью.

Это особенно педантичное чувственное восприятие, количественное усиление которого способно наконец дать качественную разницу по сравнению с обыденным восприятием и заложить основу научного познания.

Наблюдение - это целенаправленное восприятие объекта, обусловленное задачей деятельности. Основное условие научного наблюдения - объективность, т.е. возможность контроля путем либо повторного наблюдения, либо применения других методов исследования (например, эксперимента).

2.2 Сравнение

Это один из наиболее распространенных и универсальных методов исследования. Известный афоризм «все познается в сравнении» - лучшее тому доказательство. Сравнение - это соотношение между двумя целыми числами а и в, означающее, что разность (а - в) этих чисел делится на заданное целое число m, называемого модулем C; пишется a b (mod, m). В исследовании сравнением называется установление сходства и различия предметов и явлений действительности. В результате сравнения устанавливается то общее, что присуще двум или нескольким объектам, а выявление общего, повторяющегося в явлениях, как известно, есть ступень на пути к познанию закона. Для того чтобы сравнение было плодотворным, оно должно удовлетворять двум основным требованиям.

Сравниваться должны лишь такие явления, между которыми может существовать определенная объективная общность. Нельзя сравнивать заведомо несравнимые вещи - это ничего не даст. В лучшем случае здесь можно прийти только к поверхностным и потому бесплодным аналогиям. Сравнение должно осуществляться по наиболее важным признакам. Сравнение по несущественным признакам может легко привести к заблуждению.

Так, формально сравнивая работу предприятий, выпускающих один и тот же вид продукции, можно найти в их деятельности много общего. Если при этом будет упущено сравнение по таким важнейшим параметрам, как уровень производства, себестоимость продукции, различные условия, в которых функционируют сравниваемые предприятия, то легко прийти к методологической ошибке, ведущей к односторонним выводам. Если же учесть эти параметры, то станет ясным, в чем причина и где кроются действительные истоки методологической ошибки. Такое сравнение уже даст истинное, соответствующее реальному положению дел представление о рассматриваемых явлениях.

Различные интересующие исследователя объекты могут сравниваться непосредственно или опосредовано - через сравнение их с каким-либо третьим объектом. В первом случае обычно получают качественные результаты. Однако уже при таком сравнении можно получить простейшие количественные характеристики, выражающие в числовой форме количественные различия между объектами. Когда же объекты сравниваются с каким-либо третьим объектом, выступающим в качестве эталона, количественные характеристики приобретают особую ценность, поскольку они описывают объекты безотносительно друг к другу, дают более глубокое и подробное знание о них. Такое сравнение называется измерением. Оно будет подробно рассмотрено ниже. С помощью сравнения информация об объекте может быть получена двумя различными путями. Во-первых, она очень часто выступает в качестве непосредственного результата сравнения. Например, установление каких-либо соотношений между объектами, обнаружение различия или сходства между ними есть информация, получаемая непосредственно при сравнении. Эту информацию можно назвать первичной. Во-вторых, очень часто получение первичной информации не выступает в качестве главной цели сравнения, этой целью является получение вторичной или производной информации, являющейся результатом обработки первичных данных. Наиболее распространенным и наиболее важным способом такой обработки является умозаключение по аналогии. Это умозаключение было обнаружено и исследовано (под названием «парадейгма») еще Аристотелем. Сущность его сводится к следующему: если из двух объектов в результате сравнения обнаружено несколько одинаковых признаков, но у одного из них найден дополнительно еще какой-то признак, то предполагается, что этот признак должен быть присущ и другому объекту. Коротко ход умозаключения по аналогии можно представить следующим образом:

A имеет признаки X1, X2, X3…, X n, X n+1.

B имеет признаки X1, X2, X3…, X n.

Вывод: «Вероятно, B имеет признак X n+1».

Вывод на основе аналогии носит вероятностный характер, он может привести не только к истине, но и к заблуждению. Для того чтобы увеличить вероятность получения истинного знания об объекте нужно иметь ввиду следующее:

умозаключение по аналогии дает тем более истинное значение, чем больше сходных признаков мы обнаружим у сравниваемых объектов;

истинность вывода по аналогии находится в прямой зависимости от существенности сходных черт объектов, даже большое количество сходных, но не существенных признаков, может привести к ложному выводу;

чем глубже взаимосвязь обнаруженных у объекта признаков, тем выше вероятность ложного вывода.

Общее сходство двух объектов не является основанием для умозаключения по аналогии, если у того из них, относительно которого делается вывод, есть признак, несовместимый с переносимым признаком.

Иначе говоря, для получения истинного вывода надо учитывать не только характер сходства, но и характер и различия объектов.

2.3 Измерение

Измерение исторически развивалось из операции сравнения, являющейся его основой. Однако в отличии от сравнения, измерение является более мощным и универсальным познавательным средством.

Измерение - совокупность действий, выполняемых при помощи средств измерений с целью нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения.

Различают прямые измерения (например, измерение длины проградуированной линейкой) и косвенные измерения, основанные на известной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемыми величинами.

Измерение предполагает наличие следующих основных элементов:

· объекта измерения;

· единицы измерения, т.е. эталонного объекта;

· измерительного прибора (приборов);

· метода измерения;

· наблюдателя (исследователя).

При прямом измерении результат получается непосредственно из самого процесса измерения. При косвенном измерении искомая величина определяется математическим путем на основе знания других величин, полученных прямым измерением. Ценность измерений видна уже хотя бы из того, что они дают точные, количественно определенные сведения об окружающей действительности.

В результате измерений могут быть установлены такие факты, сделаны такие эмпирические открытия, которые приводят к коренной ломке устоявшихся в науке представлений. Это касается в первую очередь уникальных, выдающихся измерений, представляющих собой очень важные моменты в развитии и в истории науки. Важнейшим показателем качества измерения, его научной ценности является точность. Практика показывает, что главными путями повышения точности измерений нужно считать:

· совершенствование качества измерительных приборов, действующих на основе некоторых утвердившихся принципов;

· создание приборов, действующих на основе новейших научных открытий.

В числе эмпирических методов исследования измерение занимает примерно такое же место, как наблюдение и сравнение. Оно представляет собой сравнительно элементарный метод, одну из составных частей эксперимента - наиболее сложного и значимого метода эмпирического исследования.

2.4 Эксперимент

Эксперимент - исследование каких-либо явлений путем активного воздействия на них при помощи создания новых условий, соответствующих целям исследования, или же через изменение течения процесса в нужном направлении. Это наиболее сложный и эффективный метод эмпирического исследования. Он предполагает использование наиболее простых эмпирических методов - наблюдения, сравнения и измерения. Однако сущность его не в особой сложности, «синтетичности», а в целенаправленном, преднамеренном преобразовании исследуемых явлений, во вмешательстве экспериментатора в соответствии с его целями в течение естественных процессов.

Следует отметить, что утверждение экспериментального метода в науке - это длительный процесс, протекавший в острой борьбе передовых ученых Нового времени против античного умозрения и средневековой схоластики. Основателем экспериментальной науки по праву считается Галилео Галилей, считавший основой познания опыт. Его некоторые исследования - основа современной механики. В 1657г. после его смерти возникла Флорентийская академия опыта, работавшая по его предначертаниям и ставившая своей целью проведение, прежде всего экспериментальных исследований.

По сравнению с наблюдением, эксперимент имеет ряд преимуществ:

· в ходе эксперимента становится возможным изучение того или иного явления в «чистом» виде. Это означает, что различные факторы, затемняющие основной процесс, могут быть устранены, и исследователь получает точное знание именно об интересующем нас явлении.

· эксперимент позволяет исследовать свойства объектов действительности в экстремальных условиях:

а. при сверхнизких и сверхвысоких температурах;

б. при высочайших давлениях;

в. при огромных напряженностях электрических и магнитных полей и т.п.

Работа в этих условиях может привести к обнаружению самых неожиданных и удивительных свойств у обыкновенных вещей и тем самым позволяет значительно глубже проникнуть в их сущность.

Примером такого рода «странных» явлений, открытых в экстремальных условиях, касающихся области управления, может служить сверхпроводимость.

Важнейшее достоинство эксперимента - его повторяемость. В процессе эксперимента необходимые наблюдения, сравнения и измерения могут быть проведены, как правило, столько раз, сколько нужно для получения достоверных данных. Эта особенность экспериментального метода делает его весьма ценным при исследовании.

Встречаются ситуации, требующие экспериментального исследования. Например:

ситуация, когда необходимо обнаружить у объекта неизвестные ранее свойства. Результатом такого эксперимента являются утверждения, не вытекающие из имевшегося знания об объекте.

ситуация, когда необходимо проверить правильность тех или иных утверждений или теоретических построений.

Также существуют методы эмпирического и теоретического исследования. Такие как: абстрагирование, анализ и синтез, индукция и дедукция, моделирование и использование приборов, исторический и логический методы научного познания.

научный технический прогресс исследование

Заключение

По контрольной работе, можно сделать вывод, что исследование как процесс выработки новых знаний в работе менеджера также необходимо, как и другие виды деятельности. Исследование характеризуется объективностью, воспроизводимостью, доказательностью, точностью, т.е. тем, что необходимо менеджеру в практической деятельности. От менеджера, занимающегося самостоятельным исследованием, можно ожидать:

а. умения выбирать и ставить вопросы;

б. умения пользоваться средствами, которыми располагает наука (если он не находит свои, новые);

в. умения разобраться в полученных результатах, т.е. понимать, что дало исследование и дало ли оно вообще что-нибудь.

Методы эмпирического исследования являются не единственной возможностью провести анализ объекта. Наряду с ними существуют методы эмпирического и теоретического исследования, а также методы теоретического исследования. Методы эмпирического исследования в сравнении с другими наиболее элементарны, но при этом наиболее универсальны и распространенны. Наиболее сложный и значимый метод эмпирического исследования - эксперимент. Научный и технический прогресс требует все более широкого применения эксперимента. Что же касается современной науки, то без эксперимента ее развитие просто немыслимо. В настоящее время экспериментальное исследование стало настолько важным, что рассматривается как одна из основных форм практической деятельности исследователей.

Литература

Барчуков И. С. Методы научных исследований в туризме 2008

Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. - М., 1989. С. 85.

Кравец А. С. Методология науки. - Воронеж. 1991

Лукашевич В.К. Основы методологии научных исследований 2001

Размещено на сайт

Подобные документы

Классификация методов научного познания. Наблюдение как чувственное отражение предметов и явлений внешнего мира. Эксперимент - метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Измерение, явление с помощью специальных технических устройств.

реферат , добавлен 26.07.2010


Эмпирическая, теоретическая и производственно-техническая формы научного познания. Применение особенных методов (наблюдение, измерение, сравнение, эксперимент, анализ, синтез, индукция, дедукция, гипотеза) и частных научных методов в естествознании.

реферат , добавлен 13.03.2011


Основные методы вычленения и исследования эмпирического объекта. Наблюдение эмпирического научного познания. Приемы получения количественной информации. Методы, предполагающие работу с полученной информацией. Научные факты эмпирического исследования.

реферат , добавлен 12.03.2011


Общие, частные и особенные методы естественнонаучного познания и их классификация. Особенности абсолютной и относительной истины. Особые формы (стороны) научного познания: эмпирическая и теоретическая. Типы научного моделирования. Новости научного мира.

контрольная работа , добавлен 23.10.2011


Сущность процесса естественнонаучного познания. Особые формы (стороны) научного познания: эмпирическая, теоретическая и производственно–техническая. Роль научного эксперимента и математического аппарата исследования в системе современного естествознания.

доклад , добавлен 11.02.2011


Специфика и уровни научного познания. Творческая деятельность и развитие человека, взаимосвязь и взаимовлияние. Подходы к научному познанию: эмпирический и теоретический. Формы данного процесса и их значение, исследование: теория, проблема и гипотеза.

реферат , добавлен 09.11.2014


Эмпирический и теоретический уровни и структура научного познания. Анализ роли эксперимента и рационализма в истории науки. Современное понимание единства практической и теоретической деятельности в постижении концепции современного естествознания.

контрольная работа , добавлен 16.12.2010


Характеристика и отличительные особенности способов познания и освоения окружающего их мира: обыденный, мифологический, религиозный, художественный, философский, научный. Методы и инструменты реализации данных способов, их специфика и возможности.

реферат , добавлен 11.02.2011


Методология естествознания как система познавательной деятельности человека. Основные методы научного изучения. Общенаучные подходы как методологические принципы познания целостных объектов. Современные тенденции развития естественно-научного изучения.

реферат , добавлен 05.06.2008


Естествознание как отрасль науки. Структура, эмпирический и теоретический уровни и цель естественнонаучного познания. Философия науки и динамика научного познания в концепциях К. Поппера, Т. Куна и И. Лакатоса. Этапы развития научной рациональности.

Сравнение и измерение

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В соответствии с двумя взаимосвязанными уровнями научного познания (эмпирическим и теоретическим) различают эмпирические методы научных исследований (наблюдение, описание, сравнение, измерение, эксперимент, индукция и др.), с помощью которых осуществляется накопление, фиксация, обобщение и систематизация опытных данных, их статистическая обработка, и теоретические (анализ и синтез, аналогия и моделирование, идеализация, дедукция и др.); с их помощью формируются законы науки, теории.

В процессе научного исследования целесообразно использовать многообразные методы, а не ограничиваться каким-то одним.

Наблюдение

Наблюдение – это целенаправленное систематическое восприятие объекта, доставляющее первичный материал для научного исследования. Наблюдение – это метод познания, при котором объект изучают без вмешательства в него. Целенаправленность – важнейшая характеристика наблюдения. Наблюдение характеризуется также систематичностью, которая выражается в восприятии объекта многократно и в разных условиях, планомерностью, исключающий пробелы в наблюдении, и активностью наблюдателя, его способностью к отбору нужной информации, определяемой целью исследования.

Непосредственные наблюдения в истории науки постепенно сменились наблюдениями с помощью все более совершенных приборов – телескопов, микроскопов, фотокамер и т.п. Затем появился еще более опосредованный метод наблюдений. Он позволил не только приближать, увеличивать или запечатлевать изучаемый объект, но и преобразовывать информацию, недоступную нашим органам чувств, в доступную для них форму. В этом случае прибор-посредник играет роль не только "посыльного", но и "переводчика". Так, например, радиолокаторы трансформируют улавливаемые радиолучи в световые импульсы, которые могут видеть и наши глаза.

Как метод научного исследования наблюдение дает исходную информацию об объекте, необходимую для его дальнейшего исследования.

Сравнение и измерение

Важную роль в научных исследованиях играют сравнение и измерение. Сравнение представляет собой метод сопоставления объектов с целью выявления сходства или различия между ними. Сравнение – это операция мышления, посредством которой классифицируется, упорядочивается и оценивается содержание действительности. При сравнении производят попарное сопоставление объектов в целях выявления их отношений, сходственных или отличительных признаков. Сравнение имеет смысл только применительно к совокупности однородных предметов, образующих класс.

Измерение – это нахождение физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Целью измерения является получение информации об исследуемом объекте.

Измерение может проводиться в следующих случаях:

– в чисто познавательных задачах, в которых осуществляется всестороннее изучение объекта, без четкого сформулированных идей по применению получаемых результатов в прикладной деятельности;

– в прикладных задачах, связанных с выявлением определенных свойств объекта, существенных для вполне конкретного применения.

Теорией и практикой измерения занимается метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Для точных наук характерна органическая связь наблюдений и экспериментов с нахождением числовых значений характеристик исследуемых объектов. По образному выражению Д. И. Менделеева, «наука начинается с тех пор, как начинают измерять.

Любое измерение может быть осуществлено в том случае, если имеются следующие элементы: объект измерения , свойство или состояние которого характеризует измеряемая величина ; единица измерения ; способ измерения ; технические средства измерения , проградуированные в выбранных единицах; наблюдатель или регистрирующее устройство , воспринимающее результат.

Различают прямое и косвенное измерения. При первом из них результат получают непосредственно из измерения (например, измерение длины линейкой, массы с помощью гирь). Косвенные измерения базируются на использовании известной зависимости между искомым значением величины и значениями непосредственно измеряемых величин.

К средствам измерений относят измерительный инструмент, измерительные приборы и установки. Измерительные средства делят на образцовые и технические.

Образцовые средства являются эталонами. Они предназначены для проверки для проверки технических, т. е. рабочих средств.

Передача размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам осуществляется государственными и ведомственными метрологическими органами, составляющими отечественную метрологическую службу, их деятельность обеспечивает единство измерений и единообразие средств измерений в стране. Основоположником метрологической службы и метрологии как науки в России был великий русский ученый Д. И. Менделеев, создавший в 1893 г. Главную Палату мер и весов, которой проведена, в частности, большая работа по внедрению метрической системы в стране (1918 – 1927).

Одной из важнейших задач при проведении измерений является установление их точности, т е. определение погрешностей (ошибок). Погрешностью или ошибкой измерения называют отклонение результата измерения физической величины от ее истинного значения.

Если погрешность мала, то ею можно пренебречь. Однако при этом неизбежно возникают два вопроса: во-первых, что понимать под малой погрешностью, и, во-вторых, как оценить величину погрешности.

Ошибка измерения обычно неизвестна, как неизвестно и истинное значение измеряемой величины (исключения составляют измерения известных величин, проведенные со специальной целью исследования ошибок измерения, например для определения точности измерительных приборов). Поэтому одной из основных задач математической обработки результатов эксперимента как раз и является оценка истинного значения измеряемой величины по получаемым результатам.

Рассмотрим классификацию погрешностей измерения.

Различают систематическую и случайную погрешности измерения.

Систематическая погрешность остается постоянной (или закономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины. К постоянно действующим причинам этой погрешности относятся следующие: недоброкачественные материалы, комплектующие изделия, применяемые для изготовления приборов; неудовлетворительная эксплуатации, неточная градуировка датчика, применение измерительных приборов невысокого класса точности, отклонение теплового режима установки от расчетного (обычно стационарного), нарушение допущений, при которых справедливы расчетные уравнения и т. п. Такие ошибки легко устраняются при отладке измерительной аппаратуры или введением специальных поправок к значению измеряемой величины.

Случайная погрешность изменяется случайным образом при повторных измерениях и обусловлена хаотическим действием множества слабых, и поэтому трудно выявляемых причин. Примером одной из этих причин является считывание показаний со шкалы стрелочного прибора – результат непредсказуемым образом зависит от угла зрения оператора. Оценить случайную погрешность измерения можно лишь методами теории вероятности и математической статистики. Если погрешность в эксперименте существенно превышает ожидаемую, то ее называют грубой ошибкой (промахом), результат измерения в этом случае отбрасывается. Грубые ошибки возникают вследствие нарушения основных условий измерения или в результате недосмотра экспериментатора (например, при плохом освещении вместо 3 записывают 8). При обнаружении грубой ошибки результат измерения следует сразу отбросить, а само измерение повторить (если это возможно). Внешним признаком результата, содержащего грубую ошибку, является его резкое отличие по величине от результатов остальных измерений.

Другой классификацией погрешностей является их разделение на методические и инструментальные погрешности. Методические погрешности обусловлены теоретическими ошибками выбранного метода измерений: отклонением теплового режима установки от расчетного (стационарного), нарушением условий, при которых справедливы расчетные уравнения и т.п. Инструментальные погрешности вызваны неточной градуировкой датчиков, погрешностями измерительных приборов и т.д. Если методические погрешности в тщательно поставленном опыте можно свести к нулю или учесть введением поправок, то инструментальные погрешности устранить в принципе невозможно – замена одного прибора другим, такого же типа, изменяет результат измерений.

Таким образом, наиболее трудно устраняемыми в эксперименте погрешностями являются случайные и систематические инструментальные погрешности.

Если измерения провести многократно в одних и тех же условиях, то результаты отдельных измерений одинаково надежны. Такую совокупность измерений x 1 , x 2 ...x n называют равноточными измерениями.

При многократных (равноточных) измерениях одной и той же величины x случайные погрешности приводят к разбросу получаемых значений x i , которые группируются вблизи истинного значения измеряемой величины Если проанализировать достаточно большую серию равноточных измерений и соответствующих случайных ошибок измерений, то можно выделить четыре свойства случайных ошибок:

1) число положительных ошибок почти равно числу отрицательных;

2) мелкие ошибки встречаются чаще, чем крупные;

3) величина наиболее крупных ошибок не превосходит некоторого определенного предела, зависящего от точности измерения;

4) частное от деления алгебраической суммы всех случайных ошибок на их общее количество близко к нулю, т.е.

На основе перечисленных свойств при учете некоторых допущений математически достаточно строго выводится закон распределения случайных ошибок, описываемый следующей функцией:

Закон распределения случайных ошибок является основным в математической теории погрешностей. Иначе его называют нормальным законом распределения измеряемых данных (распределением Гаусса). Этот закон в виде графика изображен на рис. 2

Рис. 2. Характеристики нормального закона распределения

р(x) – плотность вероятности получения отдельных значений x i (сама вероятность изображается площадью под кривой);

m – математическое ожидание, наиболее вероятное значение измеряемой величины x (соответствующее максимуму графика), стремящееся при бесконечно большом числе измерений к неизвестному истинному значению x; , где n – число измерений. Таким образом, математическое ожидание m определяется как среднее арифметическое от всех значений x i ,

s – среднее квадратическое отклонение измеряемой величины x от значения m; (x i - m) – абсолютное отклонение x i от m,

Площадь под кривой графика в каком-либо интервале значений x представляет собой вероятность получения случайного результата измерения в этом интервале. Для нормального распределения в интервал ±s (относительно m) попадают 0,62 всех проведенных измерений; в более широком интервале ±2s содержатся уже 0,95 всех измерений, а в интервал ±3s укладываются практически все результаты измерений (кроме грубых ошибок).

Среднее квадратическое отклонение s характеризует ширину нормального распределения. Если повысить точность измерения, разброс результатов резко уменьшится за счет уменьшения s (распределение 2 на рис. 4.3 б уже и острее, чем кривая 1).

Конечной целью эксперимента является определение истинной величины x, к которой при наличии случайных погрешностей можно лишь приблизиться, вычисляя математическое ожидание m для все большего числа экспериментов.

Разброс значений математического ожидания m, вычисленных для различного числа измерений n характеризуется величиной s m ; При сравнении с формулой для s видно, что разброс величины m, как средней арифметической, в Ön меньше разброса отдельных измерений x i . Приведенные выражения для s m и s отражают закон возрастания точности при росте числа измерений. Из него следует, что для повышения точности измерений в 2 раза необходимо сделать вместо одного - четыре измерения; чтобы повысить точность в 3 раза, нужно увеличить число измерений в 9 раз и т.д.

Для ограниченного числа измерений значение m все же отличается от истинного значения величины x, поэтому наряду с вычислением m необходимо указать доверительный интервал, в котором с заданной вероятностью находится истинное значение x. Для технических измерений вероятность 0,95 считают достаточной, поэтому доверительный интервал при нормальном распределении составляет ±2s m . Нормальное распределение справедливо для количества измерений n ³ 30.

В реальных условиях технический эксперимент редко проводится более 5 – 7 раз, поэтому недостаток статистической информации должен компенсироваться расширением доверительного интервала. В этом случае при (n < 30) доверительный интервал определяется как ± k s s m , где k s – коэффициент Стьюдента, определяемый по справочным таблицам

С уменьшением числа измерений n коэффициент k s увеличивается, что расширяет доверительный интервал, а при увеличении n значение k s стремится к 2, что соответствует доверительному интервалу нормального распределения ± 2s m .

Конечный результат многократных измерений постоянной величины всегда приводится к виду: m ± k s s m .

Таким образом, для оценки случайных погрешностей необходимо выполнить следующие операции:

1). Записать результаты x 1 , x 2 ...x n многократных измерений n постоянной величины;

2). Вычислить среднее значение из n измерений – математическое ожидание ;

3). Определить погрешности отдельных измерений х i -m;

4). Вычислить квадраты погрешностей отдельных измерений (х i -m) 2 ;

если несколько измерений резко отличаются по своим значениям от остальных измерений, то следует проверить не являются ли они промахом (грубой ошибкой). При исключении одного или нескольких измерений п.п. 1...4 повторить;

5). Определяется величина s m – разброс значений математического ожидания m;

6). Для выбранной вероятности (обычно 0,95) и числа проведенных измерений n определяется по справочной таблице коэффициент Стьюдента k s ;

Значения коэффициента Стьюдента k s в зависимости от числа измерений n для доверительной вероятности 0,95

7). Определяются границы доверительного интервала ± k s s m

8). Записывается окончательный результат m ± k s s m .

Инструментальные погрешности устранить в принципе невозможно. Все средства измерения основаны на определенном методе измерения, точность которого конечна.

Инструментальные погрешности устранить в принципе невозможно. Все средства измерения основаны на определенном методе измерения, точность которого конечна. Погрешность прибора определяется точностью деления шкалы прибора. Так, например, если шкала линейки нанесена через 1 мм, то точность отсчета (половина цены деления 0,5 мм) не изменить, если применить лупу для рассматривания шкалы.

Различают абсолютную и относительную погрешности измерения.

Абсолютная погрешность D измеряемой величины x равна разности измеренного и истинного значений:

D = x - x ист.

Относительная погрешность e измеряется в долях от найденной величины x:

Для простейших средств измерения – измерительных инструментов абсолютная погрешность измерения D равна половине цены деления. Относительная погрешность определяется по формуле.