Исследования и их роль в научной и практической деятельности человека: объект и предмет исследования

Прежде всего  исследователь должен владеть всеобщим методом познания, который помогал  бы ему в изучении не только данного  конкретного явления (объекта), но и  позволил вскрыть связи и взаимозависимости  этого явления со всем объективным  миром. Таким всеобщим методом является метод материалистической диалектики, который вооружает исследователя знанием общих принципов познания материальной действительности.

Каждая наука  пользуется целым комплексом присущих ей конкретных или специальных методов исследования, которые обладают различной степенью универсальности. Некоторые из конкретных научных методов могут применяться в различных науках, например, математические методы, другие – только в пределах данной науки, например тензометрический метод в технических науках. Конкретные научные методы направлены на познание сущности конкретного объекта с целью определения тех его свойств и особенностей, которые необходимы для решения определенной практической или научной проблемы.

Рассмотрим  кратко основные методы, обладающие наибольшей степенью универсальности и применяемые при научном исследовании в технических науках.

Анализ – метод научного познания, заключающийся в том, что объект исследования мысленно расчленяется на составные части или выделяются присущие ему признаки и свойства для изучения их в отдельности. Анализ позволяет проникнуть в сущность отдельных элементов объекта, выявить в них главное, существенное и найти связи, взаимодействия между ними. Например, исследуя надежность автомобиля, расчленяют это свойство на три более простых: безотказность, долговечность и ремонтопригодность, затем изучают каждое из них в отдельности.

Синтез – метод научного исследования объекта или группы объектов как единого целого во взаимосвязи всех его составных частей или присущих ему признаков. Метод синтеза характерен для исследования сложных систем, после анализа всех его составных частей. Таким образом, анализ и синтез взаимосвязаны и дополняют друг друга.

Индуктивный метод исследования заключается в том, что от наблюдения частных, единичных случаев приходят к общим выводам, от отдельных фактов – к обобщению. Индуктивный метод самый распространенный в естественных и прикладных науках, и суть его состоит в переносе свойств и причинных связей с известных фактов и объектов на неизвестные, ещё неисследованные. Например, многочисленные наблюдения и опыты показали, что железо, медь, олово расширяются при нагреве; отсюда делается общий вывод, что все металлы при нагревании расширяются.

Дедуктивный метод. В противоположность индуктивному основан на выводе частных положений из общих оснований (из общих правил, законов, суждений). Наиболее широко дедуктивный метод используется в точных науках, например, в математике, теоретической механике, в которых частные зависимости выводятся из общих законов или аксиом. «Индукция и дедукция связаны между собой столь же необходимым образом, как синтез и анализ».

Абстрагирование научное. Метод абстракции применяется в научном исследовании при необходимости отвлечения от частных, иногда несущественных сторон рассматриваемого явления для того, чтобы сосредоточить внимание на общих, существенных его сторонах, свойствах. Выделяя существенное, общее, научная абстракция углубляет познание объективной реальности. «Абстракция материи закона природы … все научные (правильные, серьезные, не вздорные) абстракции отражают природу глубже, вернее, полнее).

Приложение  различных сил, действующих на автомобиль при его движении к центру масс (центр тяжести), есть пример типичной абстракции, так как при этом отвлекаются  от размеров автомобиля, его формы, материала, из которого он изготовлен.

В процессе теоретического научного исследования исследователь, оперируя мысленно выделенными отдельными свойствами, особенностями, связями и взаимодействиями, получает в результате научные понятия, закономерности (законы) и другие общие теоретические положения, которые и представляют собой научные абстракции. Они являются фундаментом каждой науки, в которых обычно концентрируется вся система знаний в данной отрасли науки. Можно сказать, что научная абстракция помогает вскрыть определенную систему и закономерную связь в кажущемся хаотическом нагромождении явлений. Наиболее высокий уровень абстрагирования характерен для математики, которая в силу этого обладает и наибольшей всеобщностью.

Формализация. Как метод научного исследования заключается в том, что исследуемое явление, объект (его свойства, признаки), процесс выражаются (описываются) в математических терминах и формулах, с применением специальной символики, с которыми затем выполняют действия по определенным правилам. Формализация является сущностью математического абстрагирования. Она позволяет использовать математический аппарат в отдаленных от математики науках, например, в медицине, языкознании, биологии и др. В прикладных технических науках формализация и вообще математические методы применительно к теоретическому исследованию используются очень широко.

«Математизация» науки и  научного исследования объясняется  не только тем, что математика позволяет  проводить расчеты (это исследователи  использовали уже давно), но и тем, что она дает возможность конкретно  формулировать исследуемые задачи, точно и четко определять условия их решения. Математика дисциплинирует мышление исследователя, придает логическую полноту его суждениям.

Процесс проникновения  математики и её методов в другие науки существенно ускорился  в связи с распространением вычислительной техники и созданием на ее основе различных электронно-кибернетических  устройств. Так, например, созданы логические диагностические машины для определения неисправностей автомобилей, а это стало возможным только после формализации процедур технической диагностики.

Особенно широко проникла в современную науку  математическая статистика; без использования  ее методов трудно представить в  настоящее время проведение каких бы то ни было наблюдений или экспериментов. Умение статистически мыслить необходимо сейчас не только исследователю, но и рядовому инженеру на любом участке работы в автотранспортном или ремонтном предприятии.

Аналогия, или подобие. Это, как известно, сходство по какому-то признаку в целом различных объектов. Метод аналогий заключается в том ,что из сходства некоторых признаков или свойств изучаемых объектов делается вывод о сходстве и других признаков или свойств, до того не изученных. Простейший пример аналогии в технике – сходство колебательных процессов в электрическом контуре, состоящем из индуктивной катушки, конденсатора, резистора, и в механической системе, состоящей из массы, пружины и демпфера. Метод аналогий используется в процессе моделирования.

Моделирование – это процесс научного исследования некоторых свойств и признаков объекта не непосредственно на нем самом, а на других, более доступных изучению объектах (моделях), подобных, аналогичных данному.

Эксперимент – наиболее надежный метод познания, особенно в прикладных науках. Человек с незапамятных времен наблюдал явления окружающей его природы, но лишь 400 лет прошло с того времени, когда он начал экспериментировать. Должен быть накопиться минимум знаний, чтобы воспроизводить объективные явления в специально созданных условиях, при которых эти явления лучше поддаются познанию. Хотя эксперимент всегда сопровождается наблюдением, но это не одно и то же.

Экспериментальное исследование заключается не только в пассивном наблюдении изучаемого явления, но и в активном вмешательстве в его протекание с тем, чтобы выделить отдельные его стороны и связи, искусственно их воспроизводить в условиях, которые можно менять по желанию исследователя. В результате исследуемое явление или объект проявляется в наиболее чистом, отчетливом виде. Так, горение рабочей смеси бензина и воздуха исследуют, отвлекаясь от реального двигателя в специальной бомбе, в которой можно изменять в широких пределах такие параметры, как давление, температуру, состав среды и др.

Эксперимент важен  не только тем, что он помогает раскрывать все новые и новые закономерности в реальной действительности, но и  тем, что эксперимент позволяет  подтвердить правильность теоретических  положений, разработанных исследователем.

Следует отметить, что перечисленные выше методы научного исследования никогда не используются в отдельности, а почти всегда в комплексе. Методы индукции и дедукции, анализа и синтеза, методы абстракции и аналогии, моделирования и формализации диалектически связаны между собой, дополняют друг друга в конкретных исследованиях. В то же время они являются принадлежностью не одного лишь теоретического исследования.

В прикладных технических  науках, как правило, исследование протекает  комплексно, включает в себя и экспериментальную и теоретическую часть. Планирование эксперимента, отбор изучаемых фактов и признаков, анализ экспериментальных данных и результатов – все это элементы теоретического обобщения.

Конечно, в каждом исследовании должна быть теоретическая  часть, в которой исследователь имеет дело не с материальными объектами, а с их абстракциями, с их математическими моделями. Как ни трудно порой некоторым исследователям оперировать математическими формулами, но следует помнить, что без математического аппарата, без математизации исследовательской работы нельзя ныне ступить ни шагу. 

 

Ключевые  слова:

Рабочая гипотеза; анализ и синтез; индукция и дедукция; научное абстрагирование; формализация; аналогия или подобие; моделирование  и эксперимент. 

 

 

  

 

Тема  №4. Функциональная роль исследования в развитии систем управления.  

 

Научное исследование есть процесс познания объективной  действительности, закономерностей  и связей между явлениями реального  мира. Познание – это сложный  процесс движения человеческого  сознания, человеческой мысли от незнания к знанию, от неполных или неточных знаний к более полным и точным знаниям, которое осуществляется с помощью исследований.

Научное исследование, осуществляемое в области прикладных наук и особенно техники, проходит ряд  этапов, которые и составляют структуру научного исследования.

 
Структуру научного исследования можно представить в виде схемы (рис.5). В ней семь этапов. 

 

Рис. 5. Структура научного исследования.  

 

Любое научное  исследование невозможно без постановки научной проблемы. Проблема – это теоретический и практический вопрос, требующий разрешения. Это задача, подлежащая исследованию. Следовательно, проблема – это то, чего мы ещё не знаем, что возникло входе развития науки, потребности общества. Проблема – это, образно говоря, наше знание о том, что мы чего-то не знаем.

Проблемы не рождаются на пустом месте, они всегда вырастают ие результатов, полученных ранее. Нелегко правильно поставить  проблему, определить цель исследования, вывести проблему из предшествующего знания. Вместе с тем, как правило, существующего знания достаточно, чтобы поставить проблему, но недостаточно, чтобы решить её до конца. Для разрешения проблемы необходимы новые знания, которые и дает научное исследование.

Таким образом, любая проблема содержит два непрерывно связанных элемента: а) объективное знание о том, что мы чего-то не знаем и б) предположение о возможности получения новых закономерностей либо принципиально нового способа практического применения ранее полученного знания. При этом предполагается, что это новое знание практически необходимо обществу.

Следует различать  три этапа в постановке проблемы: поиск, собственно постановку и развертывание  проблемы.

1.   Поиск проблемы. Многие научные и технические проблемы лежат, как правило, на поверхности. Их не надо искать. На них поступает социальный заказ, когда надо определить пути и найти новые средства для разрешения возникшего противоречия. Такой проблемой является, например, проблема создания «чистого» двигателя, не загрязняющего воздушную среду. Но есть проблемы далеко не такие отчетливые и очевидные. Такова, в частности, проблема транспортного средства на воздушной подушке. Она возникла в связи с необходимостью повысить проходимость автомобиля и отойти от ограниченных возможностей такого древнего движителя, как колесо. Это пример крупных научно-технических проблем; они имеют с своем составе множество более мелких проблем, которые в свою очередь могут стать темой научного исследования.

Очень часто  проблема возникает «от обратного», когда в процессе деятельности получаются результаты обратные, противоположные или резко отличающиеся от тех, какие ожидались. Так, например, возникла проблема надежности машины в технике. Отказы, неполадки, возникающие при работе правильно рассчитанных и сконструированных машин привели в конце концов ученых к необходимости изучать законы работы не только «идеальных» механизмов, но и таких, техническое состояние которых отличается от нормального. Эта необходимость и вылилась в постановку проблемы надежности в технике.

Важно при поиске и отборе проблем для их решения  соотнести возможные (предполагаемые) результаты задуманного исследования с потребностями практики по таким  трем принципам:

~        Возможно ли дальнейшее развитие техники в намеченном направлении без разрешения исследования данной проблемы?

~        Что конкретно дает технике результат намеченного исследования?

~        Могут ли знания, новые закономерности, новые способы и средства, которые предполагается получить в результате исследований по данной проблеме, обладать большей практической ценностью в сравнении с теми, которые уже имеются в науке и технике?

Противоречивый  и трудный процесс обнаружения  неизвестного в ходе научного познания и практической деятельности человека – объективная основа поиска и постановки научных и технических проблем.

2.   Постановка проблемы. Как отмечалось выше, правильно поставить проблему, т.е. четко сформулировать цель, определить границы исследования и в соответствии с этим установить объекты исследования, -- дело далеко не простое и, главное, весьма   индивидуальное для каждого конкретного случая.

Однако можно  указать на четыре основных «правила»  постановки проблемы, обладающие определенной общностью: