Гусев / Методы научных исследований

обоснование методологических и идеологических подходов к изучению и объяснению явлений объективного мира. С другой стороны многообразие научных проблем способствует разработке и использованию частных методов, применимых к решению узкого круга задач. Необходимым и безусловным ограничением здесь выступает только требование научного обоснования метода (его объективность).

Продуктивность метода заключается в предоставлении такого алгоритма действий, который ведет к постановке и решению задачи. Конечно, это решение может подразумевать разное воплощение и не всегда устраивающее исследователя, но метод должен четко устанавливать требования, выполнение которых обязательно и только в этом случае гарантирует получение объективного и достоверного результата.

Классификация методов научного познания основана как на принципах разделения подходов и уровней познания, так и на способах реализации процесса исследования.

Выделяя два принципиальных подхода к философскому осмыслению познания объективного мира, соответственно признаются и два всеобщих научных метода: метафизический и диалектический. Хотя надо отметить, что такое разделение уже имеет скорее исторический смысл, чем практический, так как в настоящее время диалектика является безоговорочным принципом осмысления действительности.

Следующий классификационный признак основан на выделении теоретического и эмпирического уровней познания и, соответственно, методов исследований. Эти методы относятся к так называемым, общенаучным, так как обладают свойством универсальности и могут применяться во всех областях научной деятельности.

Теоретический метод исследования основан главным образом на изучении явления через фундаментальные законы

11

природы – сохранения массы вещества и энергии, сохранении количества движения и импульса и т.п.

Эмпирический метод базируется на экспериментальном изучении явления.

Получаемые при эмпирических исследованиях результаты правомерно распространять только на те явления и объекты, которые аналогичны или подобны изучаемому объекту по основным характеристикам. Это влечет за собой необходимость проведения специальных научных работ даже при изучении одного и того же процесса, но протекающего в различных условиях.

Тем не менее, необходимо отметить, что в технических областях знаний, при исследовании сложных объектов с многочисленными связями и побочными эффектами, теоретические методы позволяют определить только физическую природу того или иного явления, а предсказать поведение объекта при различных состояниях его частей или при том или ином внешнем воздействии, удается только на основе экспериментальных исследований.

К основным общенаучным методам так же можно отнести и способы реализации мысленного или практического приема исследования: анализ; индукцию и дедукцию; обобщение; моделирование; идеализацию; формализацию; абстрагирование; эксперимент; системный анализ [2]. Эти подходы используются (в совокупности или отдельно) при решении любой исследовательской задачи.

Анализ – метод исследования, основанный на расчленении объекта (системы) на составные части, и выявления роли каждой из них в отдельности и в совокупности;

Индукция – умозаключение о свойстве множества по некоторым формам отдельного элемента. Дедукция – умозаключение о свойствах отдельного элемента на основании знания общих свойств множества. Индукция и дедукция, взаи-

12

мообразные методы, основанные на приёмах формальной логики.

Обобщение – формулирование общего понятия, как носителя определяющих черт объекта. Обобщение используется при формулировании теории, законов природы и поведения исследуемого объекта;

Моделирование – метод исследования основанный на изучении поведения не реального объекта, а его модели (физической, математической, аналоговой и.т.п.);

Идеализация – мысленное конструирование объектов, которые реально не осуществимы (идеальный газ и т.п.), но обладающие ярко выраженными свойствами, определяющими суть объекта, без наложения на них некоторых черт присущих существующим объектам;

Формализация – представление объекта в форме какихлибо символов, знаков или формального искусственного языка (математики, химии). Формализация, как и идеализация, помогают отделить сущность явления от второстепенных черт.

Абстрагирование – один из способов упрощения реального объекта путем рассмотрения только наиболее существенных и главным образом интересующих исследователя сторон;

Эксперимент и наблюдение – практическая фиксация поведения объекта исследования при четко установленных условиях его состояния. Эти условия могут организовываться искусственно (экспериментально) или фиксироваться как данные (наблюдение).

Системный анализ – обобщенный метод исследований, основанный на одновременном учете всех элементов и связей, образующих систему и направленный как на изучение поведения самой системы, так и отыскания её наилучшего (по заданным условиям) состояния.

13

Методы, используемые только в пределах какой-либо одной науки, называются частнонаучными. Частнонаучные методы так же обладают признаком универсальности, но на область их применения накладывают ограничения специфика и «физика» проблемы. Общенаучная универсальность подхода в этом случае конкретизируется набором конкретных процедур, что обеспечивает более эффективное и продуктивное решение определенного класса задач.

1.2. Методы эмпирического исследования

Существенной чертой научной проблемы является её последовательное возобновление. Как бы глубоко не решалась задача на каком-либо временном отрезке, через какой-то промежуток времени возникает необходимость в ее новом более глубоком или дополнительном изучении. Приемлемое решение научной проблемы определяется не только уровнем состояния общественного сознания, но и главным образом востребованностью результатов решения для создания более совершенных технических устройств.

В большинстве технических задач временной ресурс для достижения практических результатов исследования весьма ограничен, и зачастую нет необходимости ждать объяснения всех причинно-следственных связей и их природы для того, что бы обеспечить внедрение новых достижений в практику. Потребность в решении, направленном на совершенствование производственного процесса, требует более быстрого удовлетворения, чем это необходимо для нахождения полного его обоснования, включающего объяснение явлений на основе познания внутреннего механизма. Такой подход к решению технических задач базируется на эмпирическом знании об объекте, которое отражается в его внешних связях и проявлениях, доступных живому созерцанию.

14

Выделяют два основных метода (способа достижения цели) эмпирического исследования: наблюдение и эксперимент

[1].

Наблюдение – целенаправленное восприятие объекта без активного вмешательства в его поведение. Исследователь вынужден пассивно ждать естественного проявления необходимых эффектов в поведении объекта. Это значительно удлиняет ожидаемое время сбора информации. Что бы наблюдение было плодотворным, оно должно быть:

Преднамеренным – то есть вестись для решения чётко поставленной задачи.

Целенаправленным и активным – фиксировать только интересующие черты объекта, причём включать активный розыск этих черт.

Планомерным и систематическим – вестись по плану,

учитывающему задачи исследования и возможность восприятия объекта в разнообразных условиях.

Однако наблюдение как опыт не может преодолеть своей ограниченности, вытекающей из пассивности наблюдателя по отношению к объекту исследования. Опыт не должен сводиться к простому наблюдению, он должен всякий раз, когда возможно, вмешиваться в реальность, изменяя условия возникновения явлений и фиксируя ответ объекта. Это достигается экспериментом.

Под экспериментом понимается вид деятельности, предпринимаемой в целях научного познания, открытия объективных закономерностей и состоящей в воздействии на изучаемый объект посредством специальных инструментов и приборов. Благодаря этому удаётся:

-ускорить, изолировать явление от влияния побочных, несущественных и затемняющих его сущность явлений и изучать его в чистом виде;

-многократно воспроизводить ход процесса в строго фикси-

15

рованных условиях; - планомерно изменять (варьировать) и комбинировать раз-

личные условия в целях получения искомого результата. Наиболее сложной проблемой остаётся формулировка

цели эксперимента, как вопроса природе. Обычно вопрос формулируется на основе прежних знаний на языке математики, используя абстрактно-символическую форму записи.

Методологически эксперимент различают:

-по классу объекта (с живой и неживой природой, и социальными явлениями).

-по масштабности – лабораторный эксперимент (натуральный, модельный, мысленный) и полевой (в условиях производства и социальных групп).

-по цели – фундаментальный эксперимент, в котором ведущую роль играет познание и прикладной – в основе которого лежит необходимость достижения определённых производственных или социальных целей.

Объективность эмпирического метода исследования в значительной степени зависит от индивидуального подхода к постановке и реализации самой задачи. И при использовании этого метода необходимо особенно тщательно согласовывать стратегию работ с общенаучными методами, основным из которых и важнейшим при экспериментальных исследованиях является системный подход.

Системный подход принадлежит к наиболее общим методам научной деятельности. Его основные положения применимы как к фундаментальным, так и прикладным работам, проводимым как на теоретическом, так и на экспериментальном уровнях.

1.3. Принципы системного подхода

Принципы системного подхода определяются из общего понятия – «система». Во многих случаях слово «система»

16

применяется как синоним собирательного понятия, совокупность. Однако в последнее время понятию «система» придают более глубокий смысл, нежели простая совокупность реальных или абстрактных объектов. С научных позиций система определяется как совокупность (комбинация, набор) взаимосвязанных элементов или частей, образующих единое целое, направленное на достижение единой цели.

При изучении любой системы прежде всего необходимо выяснить важнейшие её характеристики: -функцию; -цель;

-структуру.

Под функцией понимают те действия системы, которые выражаются в изменении её возможных состояний.

Целью – называют определённое состояние системы, характеризуемое соответствующим значением количественных или качественных показателей – «выходов».

Структура – определяется расположением и взаимосвязями элементов системы при выполнении ею своих функций. Обычно функция зависит от величины и сложности системы.

Величина – характеризуется числом элементов и связей между ними.

Сложность системы - выражается многообразием и неоднородностью свойств элементов и разным качеством связей.

Системный подход представляет собой совокупность методологических принципов и положений, позволяющих рассматривать систему как единое целое с согласованием деятельности всех её элементов. Он предполагает изучение каждого элемента системы в его связи и во взаимодействии с другими элементами.

Системный принцип (подход) это признание того, что любая система, состоит из частей, каждая из которых обладает своими собственными целями. Поэтому, общую цель можно достигнуть, только рассматривая комплекс элементов и

17

связей как единую систему, стремясь для этого выявить, понять и оценить взаимодействие всех её элементов.

Системный анализ – комплекс специальных процедур, приёмов, методов, позволяющих реализовать системный подход при исследовании и решении практических задач в различных областях деятельности человека. По своему характеру системный анализ является научным процессом (методологией). Он предполагает выполнение следующих основных этапов [1]:

1.Формирование проблемы;

2.Формирование целей;

3.Исследование и генерирование альтернатив, которые ведут к достижению цели системы;

4.Взаимное сравнение альтернатив и выбор оптимального способа достижения цели.

Формулирование проблемы – на этом этапе необходимо сформулировать научную проблему в виде четкой формализованной задачи. В качестве научной проблемы в технических задачах обычно принимается некоторое «противоречие» препятствующее достижению желаемого технического, экономического, экологического или иного положительного результата.

Формирование целей. Под целями понимается желаемые значения выходов системы. Любая система состоит из отдельных элементов и подсистем со своими целями. Обычно общая цель не выводима из совокупности локальных целей. Поэтому необходимо так формулировать цели подсистем, что бы они способствовали достижению общей цели. Для этого используют метод «дерева целей» – граф, вершины которого соответствуют целям, а рёбра – связям между целями. «Дерево целей» – иерархическая структура. Вершина верхнего уровня – общая цель, а остальные вершины - локальные цели. При составлении схемы «дерева целей» необходимо выпол-

18

нить два условия: полноты и непротиворечивости.

Полнота –должно обеспечиваться разностороннее рассмотрение общей цели, и проявляться ее связь с локальными.

Непротиворечивость - отсутствие циклов. Генерирование альтернатив (гипотез) - это поиск путей

достижения целей. На этом этапе полезно применять различные методы и приемы, в том числе анализ, индукцию и дедукция, абстрагирование. При выработке альтернатив бывает полезным метод «мозгового штурма».

В основе приема «мозгового штурма» заложено четкое разделение процессов генерирования гипотезы и ее обсуждение. Как правило, при одновременном выдвижении и обсуждении любой новой или необычной идеи находится множество аргументов, в том числе и научных, которые подвергают сомнению ее реальность, полезность и осуществимость, даже не вникнув в то новое и необычное, что может нести в себе это предложение. Американец А. Осборн предложил вести генерирование идей в условиях, когда критика гипотез вообще запрещена. Все высказанные гипотезы обсуждаются и оцениваются специалистами не входящими в «штурмовой» коллектив, а отсутствие авторства у гипотезы не несет на себе печать давления «авторитетного мнения». И как оказалось, наиболее продуктивными идеями являются именно абсурдные на первый взгляд предложения, которые если и не сами или не в чистом виде реализовываются на практике, но подсказывают технически необычное решение нестандартных задач.

Выбор оптимального способа достижения цели. Необ-

ходимо оценить каждую альтернативу и выбрать лучшую. Процесс поиска наилучшего решения называется оптимизацией. Оценка альтернатив осуществляется с помощью целевой функции (критерия). В качестве целевой функции могут выступать математические, физические или экономические

19

показатели. В том числе не связанные непосредственно с выходами системы, а определяющими стратегию реализации исследования (например количество опытов, их сложность или затраты на эксперименты).

1.4 .Система. Модель системы

Система определяется совокупностью системных объектов, их свойствами и отношением между ними. Функцией такой системы является цель, к получению которой стремится исследователь.

Поведение системы оценивается по величине её выходов yi , образующих поле поведения системы в пределах ymin ≤ yi ≤ ymax . Границы поля поведения ( ymin , ymax ) определяются пределами объективного существования данного выхода или его значениями, устанавливаемыми задачами исследования.

Целенаправленное изменение поля поведения системы, равно как и поддержание его стационарным, осуществляется за счёт управления уровнями входов X i (или факторов), образующих факторное пространство в пределах:

X i min ≤ X i ≤ X i max .

Число факторов влияющих на выходы yi системы может быть весьма велико, но, как правило, управление ведётся по ограниченному числу факторов − K . Остальные (N − K ) неуправляемых факторов образуют группу случайно изменяющихся ξ .

При изучении конкретной системы всегда приходится абстрагироваться от ряда происходящих в ней явлений. Такая абстракция позволяет выделить и анализировать наиболее важные для данного исследования характеристики системы из того множества, которыми она обладает. При этом стано-

20