Концепции современного естествознания

логий. Сложность явления информации, его многоплановость, широта сферы применения и быстрое развитие отражается в постоянном появлении новых толкований понятий информации и информационных технологий. Поэтому имеется много определений понятия информации, от наиболее общего философского – «Информация есть отражение реального мира» до узкого, практического – «Информация есть сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования». Приведем для сопоставления также некоторые другие определения и характеристики:

-Информация – является одной из фундаментальных сущностей окружающего нас мира (акад. Г. Поспелов).

-Информация – первоначально сведения, передаваемые одними людьми другим людям устным, письменным или каким-нибудь другим способом (БСЭ).

-Информация – является одним из основных универсальных свойств материи.

Под информацией необходимо понимать не сами предметы и процессы, а их отражение или отображение в виде чисел, формул, описаний, чертежей, символов, образов. Сама по себе информация может отнесена к области абстрактных категорий, подобных, например, математическим формулам, однако работа с ней всегда связана с использованием какихнибудь материалов и затратами энергии. Информация хранится в наскальных рисунках древних людей в камне, в текстах книг на бумаге, в картинках на холсте, в музыкальных магнитофонных записях на магнитной ленте, в данных оперативной памяти компьютера, в наследственном коде ДНК в каждой живой клетке, в памяти человека в его мозгу и т.д. Для ее записи, хранения, обработки, распространения нужны материалы (камень, бумага, холст, магнитная лента, электронные носители данных и пр.), также энергия например, чтобы приводить в действие печатающие машины, создавать искусственный климат для хранения шедевров изобразительного искусства, питать электричеством электронные схемы калькулятора, поддерживать работу передатчиков на радио - и телевизионных станциях.

Под «информационными технологиями» понимается вся совокупность форм, методов и средств автоматизации информационной деятельности в различных сферах. До настоящего времени не разработано общей теории информационных технологий (ИТ) как системы целостных взаимосвязанных приемов, методов и средств обработки информации, не определены основные понятия ИТ. Но достаточно понимать сущность ИТ, а также объяснить ее научное и практическое значение. Тем более, что в проектировании и создании конкретных ИТ переплетается много задач из различных научных дисциплин. Как наука ИТ включает методологические и ме-

61

тодические положения, организационные установки, методы и использования инструментально-технических средств и т.д., все то, что регламентирует и поддерживает информационное производство и деятельность людей, вовлеченных в это производство. Трансформация новых научных знаний в конкретную информационную технологию - основная задача ИТ как науки.

Ввиду дискуссионности предмета обсуждения приведем несколько понятий ИТ, данных в литературе:

ИТ – это совокупность научных методов и технических приемов производства информационных продуктов и услуг с применением всего многообразия средств вычислительной техники и связи;

ИТ – это пограничная область, охватывающая как вычислительную технологию, так и конкретную социальную информационную практику, рационализирующую ее за счет широкого применения вычислительной техники;

ИТ – это совокупность принципиально новых средств и методов, обеспечивающих создание, обработку, передачу, отображение и хранение информации.

Огромный толчок развитию информационных технологий принесла разработка мультимедийных средств. Мультимедиа – это объединение нескольких средств представления информации в одной системе. Обычно под мультимедиа подразумевается объединение в компьютерной системе таких средств представления информации, как текст, звук, графика, мультипликация, видеоизображения и пространственное моделирование. Термин «мультимедиа» стал популярным сравнительно недавно, в связи с появлением мощных недорогих компьютеров. В настоящее время имеются настольные компьютеры, способные работать со звуковой и видеоинформацией, манипулировать ею для получения специальных эффектов, синтезировать и воспроизводить звуки и видеоинформацию, создавать все виды графической информации, включая анимационные изображения, и объединять все это в едином представлении мультимедиа, представления с использованием средств мультимедиа являются захватывающими, так как они многомодальны, т.е. они одновременно воздействуют на несколько органов чувств и поэтому вызывают повышенный интерес и повышенное внимание у аудитории. Такое объединение сред обеспечивает качественно новый уровень восприятия информации: человек не просто пассивно созерцает, а активно участвует в происходящем. Именно этот феномен участия, а также технологические успехи производителей определили мультимедийный бум последних лет.

Ускоренное развитие электронно-вычислительной техники и параллельный этому прогресс в развитии средств связи в течение нескольких

62

последних десятилетий привели к радикальным изменениям во многих видах деятельности. Постоянно расширяются возможности решения различных задач, возникают новые сферы применения вычислительной техники, меняются подходы к проблемам. С появлением, расширением и развитием парка персональных компьютеров, объединенных в сети, этот процесс привел к возникновению так называемых «информационных технологий» [91].

Информационная технология – это система методов и способов сбора, накопления, хранения, поиска, обработки и выдачи информации, которая обеспечивает перевод практики управления, регулирования материального производства, научных исследований и других областей человеческой деятельности на индустриальный уровень.

Цель создания, функционирования и широкого распространения информационных технологий – решение проблем развития информатизации общества и всей жизнедеятельности в стране. Под информатизацией общества понимается комплекс мер, направленных на обеспечение полного и своевременного использования достоверной информации и знаний во всех социально значимых видах человеческой деятельности. Имеется в виду, что внедрение информационных технологий повысит результативность принимаемых решений на всех уровнях управления, обеспечивая тем самым не только рост экономики, но и получение качественных научных достижений в фундаментальной и прикладной науках, направленных на развитие производства, создание новых рабочих мест, повышение жизненного уровня населения, защиту окружающей среды. В основе такой целенаправленной деятельности лежит долгосрочная программа создания информационной инфраструктуры.

Под информационной инфраструктурой понимается система инфор-

мационного обеспечения всех потребителей информации в стране, которая предоставляет им возможность использования новых информационных технологий на базе широкого применения информационновычислительных ресурсов и автоматизированной системы связи.

Информационная технология является наиболее важной составляющей процесса использования информационных ресурсов общества. К настоящему времени она прошла несколько эволюционных этапов, смена которых определялась главным образом развитием научно-технического прогресса, появлением новых технических средств переработки информации. В современном обществе основным техническим средством технологии переработки информации служит персональный компьютер, который существенно повлиял как на концепцию построения и использования технологических процессов, так и на качество результатной информации. Внедрение персонального компьютера в информационную сферу и при-

63

менение телекоммуникационных средств связи определили новый этап развития информационной технологии и, как следствие, изменение ее названия за счет присоединения одного из синонимов: «новая», «компьютерная» или «современная».

Прилагательное «новая» подчеркивает новаторский, а не эволюционный характер этой технологии. Ее внедрение является новаторским актом в том смысле, что она существенно изменяет содержание различных видов деятельности в организациях. В понятие новой информационной технологии включены также коммуникационные технологии, которые обеспечивают передачу информации разными средствами, а именно – телефон, телеграф, телекоммуникации, факс и др. В табл. 1 приведены основные характерные черты новой информационной технологии.

Таблица 1 Основные характеристики новой информационной технологии

Новая информационная технология – информационная технология с

«дружественным» интерфейсом работы пользователя, использующая персональные компьютеры и телекоммуникационные средства. Прилагательное «компьютерная» подчеркивает, что основным техническим средством ее реализации является компьютер.

Три основных принципа новой (компьютерной) информационной технологии:

-интерактивный (диалоговый) режим работы с компьютером;

-интегрированность (стыковка, взаимосвязь) с другими программными продуктами;

-гибкость процесса изменения как данных, так и постановок задач.

По-видимому, более точным следует считать все же термин новая, а

не компьютерная информационная технология, поскольку он отражает в ее структуре не только технологии, основанные на использовании компьютеров, но и технологии, основанные на других технических средствах, особенно на средствах, обеспечивающих телекоммуникацию.

64

1.8. Системный подход в современном естествознании

Метод держит в реках судьбу исследования.

И.П. Павлов

Науку составляют знания, логически соединенные в систему и проникнутые идеей.

М.С. Куторга русский историк

Два человеческих стремления – к Знанию и Могуществу – поистине совпадают в одном и том же.

Ф. Бэкон

Одной из главных задач науки в целом является краткое и простое формулирование фактов.

Г. Селье

Еще в начале XXв. внимание ученого (биолога, химика, психолога и д.р.) замыкалось на объекте исследования. Что же касается структуры и методов исследования, то обычно их в явном или неявном виде определял сам исследователь. Ученый соединял в своем лице и теоретика, и методолога, и разработчика. Но уже в первой половине XX века положение дел стало меняться: с этого времени начинает приобретать все большее значение обоснованность начальных этапов исследования, а именно обоснованность самого метода исследования. В середине XX века шел интенсивный поиск новых научных методов, имеющих общее значение. Решение такой задачи было не по силам одной дисциплине, а тем более одному ученому: здесь необходим междисциплинарный подход, а также знание логики и методологии науки [6].

В методологии науки устанавливается, что развитие научного познания связано с возрастанием сложности подходов к исследованию и с разработкой следующих новых методов научного познания:

Простейшей формой научного познания является основанное на эмпирических наблюдениях установление свойств, признаков и отношений исследуемого объекта. Это – уровень параметрического описания объекта.

Когда выявлены параметры объекта, познание переходит к определению поэлементного состава и строения объекта. Это – стадия морфологического описания объекта, или структурного исследования.

Далее следует этап функционального описания, которое хотя и опирается на параметрические и структурные характеристики, но задается в основном потребностями представления объекта как целостного образования.

Более сложной формой научного исследования считается изучение

65

поведения объекта, т.е. выявление целостной картины «жизни» объекта и механизмов, обеспечивающих смену направлений и режимов его работы.

Самой сложной формой научного познания является системное исследование объектов. Оно может быть связано с функциональным описанием

иописанием поведения объекта, но не сводится к ним.

Спереходом к изучению больших и сложно организованных объектов прежние методы классического естествознания оказались неэффективными. Для изучения таких объектов в середине XX века стал активно разрабатываться системный подход в исследованиях, или системный анализ.

Он возникал не на пустом месте: во второй половине XIX и начале XX века формировались его предпосылки в экономической науке (А.А. Богданов), в психологии (гештальтпсихология), в физиологии (Н.А. Бернштейн). В середине XX века системные исследования формировались почти параллельно в биологии, технике, кибернетике, экономике, оказывая сильные взаимные влияния.

Одной из первых наук, где объекты исследования стали рассматриваться как системы, была биология. Эволюционная теория Ч.Дарвина формировалась на базе статического описания объектов. Осознание недостатков этой теории заставило ученых подойти к разработке более широкого понимания процессов жизнедеятельности, и этот процесс шел в двух направлениях.

Во-первых, произошло расширение сферы исследования за пределы организма и вида, которыми ограничивался Дарвин. В первой половине XX века сформировалась и получило развитие учение о биоценозах и биогеоценозах.

Во-вторых, в изучении организмов внимание исследователей все более переключалось с отдельных процессов на их взаимодействие. Было обнаружено, что важнейшие проявления жизни, не получавшие объяснения в теории Дарвина, обусловлены внутренними взаимодействиями, а не внешней средой. Таковы, например, явления саморегуляции, регенерации, генетического и физиологического гомеостаза. Отметим, что все эти понятия являются кибернетическими, их проникновение в биологию способствовало становлению системного исследования в биологии. Было осознано, что эволюция не может быть понята без изучения организации таких надорганизменных объединений животных организмов, как популяция, биоценоз, биогеоценоз. Такие объекты являются системными образованиями, поэтому изучаться они должны с позиций системного подхода. Иначе говоря, предмет исследования определяет метод исследования.

Первую развернутую теорию биологических систем в 40-50-е годы выдвинул австрийский биолог-теоретик Лео фон Берталанфи. Он же

66

сформулировал первый развернутый вариант общей теории систем.

По мнению Берталанфи, основная задача общей теории систем состоит в том, чтобы найти совокупность законов, объясняющих поведение, функционирование и развитие всего класса объектов как целого. Он считал, что теория систем разрабатывается в качестве противовеса редукционизму, который пытался любое сложное явление объяснить при помощи физических (механических) законов, управляющих поведением его составных частей.

Специфика системного исследования выражается не в усложнении метода анализа объектов (хотя это и имеет место), а в выдвижении нового принципа или подхода при рассмотрении объектов, в новой ориентации всего исследовательского процесса, по сравнению с классическим естествознанием. Эта ориентация выражается стремлением к построению целостной теоретической модели класса объектов и рядом других особенностей, а именно:

При исследовании объекта как системы описание его компонентов не имеет самодовлеющего значения, поскольку они рассматриваются не сами по себе (как это было в классическом естествознании), а с учетом их места в структуре целого.

Хотя компоненты системы могут состоять из одного материала, но при системном анализе они рассматриваются как наделенные разными свойствами, параметрами, функциями, и вместе с тем они объединяются общей программой управления.

Исследование систем предполагает учет внешних условий их существования (что не предусматривается в элементно-структурном анализе).

Специфичной для системного подхода является проблема порождения свойств целого из свойств компонентов и, наоборот, в зависимости компонентов от системы как целого.

Для высокоорганизованных систем, именуемых органичными, оказывается недостаточным обычное причинное описание их поведения, поскольку оно характеризуется целесообразностью.

Таким образом, система – это такое целое, которое образовано множеством взаимосвязанных элементов, где в качестве элементов выступают сложные, иерархически организованные структуры, связанные со средой.

Из сказанного можно видеть, что системный анализ является адекватным не для любых объектов, а для сложных больших систем. Для психологии и педагогики интерес представляют не просто сложные, но и высокоорганизованные, например, биологические, психологические, социальные и большие технические системы.

Таким образом, современное естествознание имеет большую предысторию, сложную структуру и динамичное развитие.

67

1.9. Приближённый характер естественнонаучных знаний

Все наше достоинство заключено в мысли. Не пространство и не время, которых мы не можем заполнить, возвышают нас, а именно она, наша мысль. Будем же учиться хорошо мыслить.

Б. Паскаль

По своей сути наука – это поиск истины.

Дж. Томсон

Несмотря на то, что естественные науки часто называют точными, практически любое конкретное утверждение в них носит приближённый характер. Причиной этого является не только несовершенство измерительных приборов, но и ряд принципиальных ограничений на точность измерений, установленных современной физикой. Кроме того, практически все реально наблюдаемые явления столь сложны и содержат такое множество процессов между взаимодействующими объектами, что их исчерпывающее описание оказывается не только технически невозможным, но и практически бессмысленным (человеческое сознание способно воспринять лишь весьма ограниченный объём информации). На практике исследуемая система сознательно упрощается путём её замены моделью, учитывающей только самые важные элементы и процессы. По мере развития теории модели усложняются, постепенно приближаясь к реальности.

Современное естествознание характеризуется лавинообразным накоплением нового фактического материала и возникновением множества новых дисциплин на стыках традиционных. Резкое удорожание науки, особенно экспериментальной. Как следствие – возрастание роли теоретических исследований, направляющих работу экспериментаторов в области, где обнаружение новых явлений более вероятно. Формулировка новых эвристических требований к создаваемым теориям: красоты, простоты, внутренней непротиворечивости, экспериментальной проверяемости соответствия (преемственности). Роль эксперимента, как критерия истинности знания, сохраняется, но признаётся, что само понятие истинности не имеет абсолютного характера: утверждения, истинные при определённых условиях, при выходе за границы, в рамках которых проводилась экспериментальная проверка, могут оказаться приближенными и даже ложными. Современное естествознание утратило присущую классическим знаниям простоту и наглядность. Это произошло главным образом из-за того, что интересы современных исследователей из традиционных для классической науки областей переместились туда, где обычный «житейский» опыт и знания об объектах и происходящих с ними явлениях в большин-

68

стве случаев отсутствуют.

После триумфа классической механики Ньютона химия в лице Лавуазье, положившего начало систематическому применению весов встало на количественный путь, а вслед за ней и другие естественные науки. "Таково первое основание, по которому физик не может обойтись без математики; она дает ему единственный язык, на котором он в состоянии изъясняться (А. Пуанкаре).

Дифференциальное и интегральное исчисление хорошо подходит для описания изменений скоростей движений, а вероятностные методы – для необратимости и создания нового. Всё можно описать количественно, и тем не менее, остается проблемой отношение математики к реальности. По мнению одних методологов, чистая математика и логика используют доказательства, но не дают нам никакой информации о мире (почему Пуанкаре считал, что законы природы конвенциональны), а только разрабатывают средства его описания. Однако, ещё Аристотель писал, что число есть промежуточное между частным предметом и идеей, а Галилей полагал, что Книга Природы написана языком математики.

Не имея непосредственного отношения к реальности, математика не только описывает эту реальность, но и позволяет, как в уравнениях Максвелла, делать новые интересные и неожиданные выводы о реальности из теории, которая представлена в математической форме. Как же объяснить непостижимую истинность математики и ее пригодность для естествознания? Может все дело в том, что «механизм математического творчества, например, не отличается существенно от механизма какого бы то ни было иного творчества» (А. Пуанкаре). По мнению некоторых методологов, законы природы не сводятся к написанным на бумаге математическим соотношениям. Их надо понимать как любой вид организованности идеальных прообразов вещей, или пси – функций. Есть три вида организованности: простейший – числовые соотношения; более сложный – ритмика первого порядка, изучаемая математической теорией групп; самый сложный

– ритмика второго порядка – «слово». Два первых вида организованности наполняют Вселенную мерой и гармонией, третий – смыслом. В рамках этого объяснения математика занимает свое особое место в познании [14].

Работа над любой математической моделью начинается со сбора и анализа фактического материала. Определяются цели моделирования. Выделяются главные черты изучаемого объекта или явления. Вводятся формализованные характеристики. Принимаются правила работы с ними. В результате возникает математический объект, который и называется математической моделью. Разрабатываются методы математического анализа модели, которыми она исследуется. Полученные результаты математического моделирования интерпретируются в рамках исходного фактиче-

69

ского материала, что позволяет оценить степень адекватности модели. Результаты моделирования не должны противоречить выделенным ранее ключевым экспериментальным фактам. Одновременно, модель не может объяснить все стороны изучаемого объекта или явления.

Хорошая модель, кроме объяснения известных, должна давать возможность предсказывать новые свойства. Математическое моделирование широко используется там, где экспериментальные исследования трудоемки и дорогостоящи, или вообще не возможны (например, в изучении социальных явлений).

Кроме задачи о прогнозе, математическое моделирование помогает классифицировать и систематизировать фактический материал, увидеть существующие связи в мозаике фактов. Это вытекает из того, что модель является специфическим, ярким и выразительным языком, предназначенным для описания изучаемого объекта или явления.

Мир математических моделей разнообразен. Существуют различные схемы их классификации. Однако каждая модель конкретна и предназначена для описания достаточно узкого круга объектов и явлений. Модели сильно отличаются друг от друга не только предметными областями, но математической терминологией, а также математическими методами их исследованиями.

Предпочтение отдается более простым моделям. Отметим, что «простота» (иногда в ущерб точности) – один из принципов о котором всегда нужно помнить при разработке математической модели.

Моделирование – это исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей; использование моделей для определения или уточнения характеристик и рационализации способов построения вновь конструируемых объектов. Моделирование одна из основных категорий теории познания: на идее моделирования по существу базируется любой метод научного исследования как теоретической (при котором используются различного рода знаковые, абстрактные модели), так и экспериментальный (использующий предметные модели).

Построение моделей как одна из сторон диалектической пары противоположностей анализ – синтез имеет много аспектов из которых некоторый выдвигается на первый план.

Особенно существенным при построении моделей является аспект отражения, понимаемого в смысле теории познания.

Каждая модель хранит знания в надлежащей форме; при этом запоминание знаний, как правило, связано с уменьшением избыточности. Поэтому каждая модель имеет также языковую функцию. Содержание знания является семантической стороной; способы, с помощью которых знания

70