64. Методы эмпирического исследования. Вычислительный эксперимент и компьютерное моделирование

Чувственное знание — это знание в виде ощущений и восприятии свойств вещей, непосредственно данных органам Чувств. Эмпирическое знание может быть отражением данного не посредственно, а опосредованно. Иначе говоря, эмпирический уровень познания связан с использованием всевозможных приборов он предполагает наблюдение, Описание наблюдаемого, ведение протоколов, использование документов, например историк работает с архивами и иными источниками. Словом, это более высокий уровень познания, чем просто чувственное познание.

Исходным чувственным образом в познавательной деятельности являетсяощущение — простейший чувственный образ, отражение, копия или своего рода снимок отдельных свойств предметов. Ощущения возникают под влиянием процессов, исходящих из внешней по отношению к человеку среды и действующих на его органы чувств. Внешними раздражителями являются звуковые и световые волны, механическое давление, химическое воздействие и т.д.

Ощущения обладают широким спектром модальности: зрительные, слуховые, вибрационные, кожно-осязательные, температурные, болевые, мышечно-суставные, ощущения равновесия и ускорения. обонятельные, вкусовые, общеорганические.

Целостный образ, отражающий непосредственно воздействующие на органы чувств предметы, их свойства и отношения, называется восприятием. Восприятие человека включает в себя осознание, осмысливание предметов, их свойств и отношений, основанное на вовлечении каждый раз вновь получаемого впечатления в систему уже имеющихся знаний. Ощущения и восприятия осуществляются и развиваются в процессе практического воздействия человека на внешний мир, в труде, в результате активной работы органов чувств; например, неподвижный глаз не в состоянии воспринимать цвет вещей.

Ощущения и восприятия являются началом сознательного отражения. Памятьзакрепляет и сохраняет полученную информацию. В представлении сознание впервые отрывается от своего непосредственного источника и начинает существовать как относительно самостоятельное субъективное явление. Человек может творчески комбинировать и относительно свободно создавать Новые образы. Представление — это промежуточное звено между восприятием и теоретическим мышлением.

Познание невозможно без воображения: оно есть свойство человеческого духа величайшей ценности. Воображение восполняет недостаток наглядности в потоке отвлеченной мысли.

Важными методами исследования в науке, особенно в естествознании, являются наблюдение и эксперимент. Наблюдение представляет собой преднамеренное, планомерное восприятие, осуществляемое с целью выявить существенные свойства и отношения объекта познания. Наблюдение может быть непосредственным и опосредованным, например с помощью микроскопа и т.п. Наблюдение — это активная форма деятельности, направленная на определенные объекты и предполагающая формулировку целей и задач.

Эксперимент — это метод исследования, с помощью которого объект или воспроизводится искусственно, или ставится в определенные условия, отвечающие целям исследования. Особую форму познания составляет мысленный эксперимент, который совершается над воображаемой моделью. Для него характерно тесное взаимодействие воображения и мышления.

В ходе и в результате наблюдения и эксперимента осуществляется описание или протоколирование. Оно производится и в виде отчета с использованием общепринятых терминов, и наглядным образом в виде графиков, рисунков, фото- и кинопленок, и символически в виде математических, химических формул и т.п. Основное научное требование к описанию — это достоверность, точность воспроизведения данных наблюдений и эксперимента.

Установление факта (или фактов) является необходимым условием научного исследования. Факт — это явление материального или духовного мира, ставшее удостоверенным достоянием нашего знания, это фиксация какого-либо явления, свойства и отношения.

Научный факт представляет собой результат достоверного наблюдения, эксперимента: он выступает в виде прямого наблюдения объектов, показания прибора, фотографии, протоколов опытов, таблиц, схем, записей, архивных документов, проверенных свидетельствами очевидцев, и т.д. Но сами по себе факты еще не составляют науки. Факты включаются в ткань науки лишь тогда, когда они подвергаются отбору, классификации, обобщению и объяснению. Задача научного познания заключается в том, чтобы вскрыть причину возникновения данного факта, выяснить существенные его свойства и установить закономерную связь между фактами. Для прогресса научного познания особо важное значение имеет открытие новых фактов.

Но, конечно, нельзя забывать, что критерий практики никогда не может по самой сути дела подтвердить или опровергнуть полностью какого-то ни было человеческого представления. Этот критерий тоже настолько «неопределен», что он не позволяет человеку превращать свои знания в раз и навсегда завершенную и полную истину, не нуждающуюся в дополнении и развитии.

Подтверждая истину, практика как бы выдает ей бессрочный паспорт и тем самым абсолютизирует ее, на какой-то период выводит из-под контроля быстротекущей жизни. Под практикой прежде всего разумеется не только и не столько чувственно-предметная деятельность отдельного человека, сколько совокупная деятельность человечества, к тому же не только ближайшая, но и отдаленная от проверяемых результатов познания десятками или сотнями лет. Речь идет об опыте всего человечества в его историческом развитии. Этот опыт — высшая инстанция для науки: лишь его голос обладает силой авторитета.

Компьютерное моделирование как новый метод научных исследований основывается на:

1. построении математических моделей для описания изучаемых процессов;

2. использовании новейших вычислительных машин, обладающих высоким быстродействием (миллионы операций в секунду) и способных вести диалог с человеком.

Суть компьютерного моделирования состоит в следующем: на основе математической модели с помощью ЭВМ проводится серия вычислительных экспериментов, т.е. исследуются свойства объектов или процессов, находятся их оптимальные параметры и режимы работы, уточняется модель. Например, располагая уравнением, описывающим протекание того или иного процесса, можно изменяя его коэффициенты, начальные и граничные условия, исследовать, как при этом будет вести себя объект. Более того, можно спрогнозировать поведение объекта в различных условиях.

Вычислительный эксперимент позволяет заменить дорогостоящий натурный эксперимент расчетами на ЭВМ. Он позволяет в короткие сроки и без значительных материальных затрат осуществить исследование большого числа вариантов проектируемого объекта или процесса для различных режимов его эксплуатации, что значительно сокращает сроки разработки сложных систем и их внедрение в производство.

Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент как новый метод научного исследования заставляет совершенствовать математический аппарат, используемый при построении математических моделей, позволяет, используя математические методы, уточнять, усложнять математические модели. Наиболее перспективным для проведения вычислительного эксперимента является его использование для решения крупных научно-технических и социально-экономических проблем современности (проектирование реакторов для атомных электростанций, проектирование плотин и гидроэлектростанций, магнитогидродинамических преобразователей энергии, и в области экономики – составление сбалансированного плана для отрасли, региона, для страны и др.).

В некоторых процессах, где натурный эксперимент опасен для жизни и здоровья людей, вычислительный эксперимент является единственно возможным (термоядерный синтез, освоение космического пространства, проектирование и исследование химических и других производств).

Для проверки адекватности математической модели и реального объекта, процесса или системы результаты исследований на ЭВМ сравниваются с результатами эксперимента на опытном натурном образце. Результаты проверки используются для корректировки математической модели или решается вопрос о применимости построенной математической модели к проектированию либо исследованию заданных объектов, процессов или систем.

В заключение подчеркнем еще раз, что компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент позволяют свести исследование "нематематического" объекта к решению математической задачи. Этим самым открывается возможность использования для его изучения хорошо разработанного математического аппарата в сочетании с мощной вычислительной техникой. На этом основано применение математики и ЭВМ для познания законов реального мира и их использования на практике.