1. Методи емпіричного дослідження

Емпіричне дослідження (від гр. empeiria – досвід) – дослідження, які спираються на досвід, на практику, на експеримент.

Розглянемо методи емпіричного дослідження: спостереження, експеримент, опис, порівняння, порівняльно-історичний метод, вимірювання.

1.1. Спостереження – цілеспрямоване, систематичне, активне вивчення об’єктів ПГ (предметів, суб’єктів, явищ, процесів тощо), що переважно спирається на органи чуттів (відчуття, сприйняття, уявлення).

Спостереження може бути безпосереднім та опосередкованим (за допомогою різних приладів і технічних засобів). Під час спостереження отримуються дані та знання не лише про зовнішні сторони об’єкта предметної галузі, пов’язані з формою існування та функціонування, але й про його суттєві властивості, ознаки й атрибути. Цей метод дає змогу отримати первинну інформацію у вигляді сукупності емпіричних тверджень про поведінку об’єктів наукового дослідження.

Зазначимо, що спостереження відноситься до сфери досліду. Окрім цього, дослід включає в собі експеримент.

Спостереження може бути:

– суцільне спостереження, коли інформація надходить від усіх одиниць сукупності, що досліджується;

– несуцільне спостереження, коли інформація збирається лише від раніше встановленої частини одиниць сукупності;

– вибіркове спостереження – різновид несуцільного спостереження), яке базується на принципі випадкового відбору порівняно невеликої частини одиниць сукупності для їх обстеження.

Спостереження повинно відповідати таким вимогам [5]:

1. задуманості заздалегідь (спостереження проводиться для певного, чітко поставленого завдання);

2. планомірності (спостереження виконується за планом, складеним відповідно до завдання спостереження);

3. цілеспрямованості (спостерігаються лише певні сторони явища чи процесу, котрі викликають інтерес при дослідженні);

4. активності (спостерігач активно шукає потрібні об’єкти, риси явища чи процесу);

5. систематичності (спостереження ведеться безперервно або за певною схемою).

Як відомо з психології [10], у людини крім п’яти органів чуття (зір, слух, смак, нюх, дотик) є температурне, больове, вестибулярне, вібраційне та м’язово-суглобові відчуття (кінестетичні та статичні). Інтенсивність дії подразників на аналізатори відбивається в інтенсивності відчуттів. Між силою подразника R та інтенсивністю відчуття Е існує зв’язок, який задається законом Вебера-Фехнера: якщо сила подразнення збільшується в геометричній прогресії, то інтенсивність відчуття зростає в арифметичній прогресії. Вказане формалізується логарифмічним зв’язком:

Е = k  lgR + c, (3.2)

де k, c – емпіричні параметри.

Проте частіше спостерігається степеневий зв'язок (закон С.Стівенса):

Е = aRⁿ , (3.3)

де a, n – емпіричні параметри (наприклад, для відчуття світла n = 0,33, а для відчуття долонею руки змінного струму n = 3,5). Останні дані показують, що подвоєння яскравості світла змінює його видиму яскравість усього на 25 %, тоді як подвоєння сили електричного струму збільшує відчуття у 10 разів.

Існує нелінійність сприйняття людиною шуму. Людина здатна реагувати не на абсолютну зміну параметрів шуму, а на відносну. Окрім цього, діапазон інтенсивності звуку (звукового тиску), який розрізняється слуховим апаратом людини є досить широким. Наприклад, на частоті 1000 Гц від порогу чутності до больового порогу цей діапазон складає 1  10^-12  1  10 ² Вт/ м² (2  10^-5  2  10 ² Па). Отже, перевищення больового порогу над порогом чутності в 10¹⁴ раз за інтенсивністю звуку і в 10⁷ раз за звуковим тиском, а також нелінійність відчуття шуму вухом людини спричинило оцінювати інтенсивність звуку I та звуковий тиск p у відносних логарифмічних одиницях:

L = 10  lg (I / I₀) = 20  lg (p / p₀), (3.4)

де L– рівень інтенсивності звуку, дБ.

Спостереження реалізується у вигляді сприйняття.

Сприйняття – найпростіша форма психічного відображення об’єктивного світу у вигляді цілісного образу. Вказаний образ створюється у людини на основі комплексу відчуттів та понять про об’єкти дійсності.

Предметне сприйняття дійсності людиною відрізняється від сприйняття тваринами. “Орел бачить значно дальше, ніж людина, але людське око помічає в речах значно більше, ніж око орла” – писав Ф.Енгельс [11, с. 490].

До властивостей сприйняття належать:

• Цілісність і структурність: навіть коли змінюються окремі відчуття від предмета,але зберігаються відношення між ними, загальна структура образу залишається незмінною.

• Константність: людина сприймає предмети такими, якими вони є об’єктивно, що дає змогу пізнавати дійсність. Основа константності полягає в багаторазовості спостерігання одних і тих же предметів і виділення мисленням та пам’яттю їх стійких, незмінних рис. Наприклад, круглою сприймається тарілка на столі, хоча кут зору, під яким ми дивимося, а отже, форма зображення на сітківці ока є еліпсоїдальна.

• Предметність: різні за якостями відчуття, отримувані від предмета, поєднуються та відносяться до цього предмета як до окремої речі, яка має певне призначення. При предметному відображенню дійсності різні за якостями відчуття поєднуються й об’єкт відтворюється психікою у багатстві його властивостей.

• Усвідомленість людського сприймання полягає в тому, що воно має узагальнений характер, а кожен сприйманий предмет позначається словом-поняттям і відноситься до певного класу. Це є результатом мислення, розумінням сутності предмета.

• Апперцепція (лат. ap – до, perceptio – сприйняття) – одне із проявів селективності (вибірковості) сприйняття, його залежності від загального стану психічного життя людини, досвіду та спрямованості (інтересів, потреб, бажань, цілей та завдань діяльності, установок тощо). Сприйняття одного й того ж предмета людьми може бути різним в залежності від їхнього стану, завдань, які стоять перед ними, їхнього професійного статусу. Останнє означає, що дослідник сприймає певний об’єкт (предмет, явище, процес) дещо відмінно ніж людина, яка не займається наукою.

• Установка – готовність до певної активності, яка залежить від наявності потреби й об’єктивної ситуації її задоволення, а також залежить від прояву уваги та спрямованості особи.

Якщо сприйняття є образом теперішнього (нинішнього), пам'ять – минулого, то уява – образ майбутнього.

Уява – форма опосередкованого, узагальненого пізнання, психічний (інтелектуальний) процес створення образів об’єктів дійсності шляхом установлення нових зв’язків між відомими образами та знаннями.

Кінцевий результат уяви – уявлення.

Таким чином, якщо мислення відображує дійсність у формі понять, то уява є випереджальне відображення дійсності переважно в образах.

Уточнимо вище сказане поділом активної уяви на два види:

1. Відтворююча (репродуктивна) уява – вид уяви, що створює образи, які відповідають їх опису. Опис може проводитися в різних знакових системах (словесній, числовій, графічній, формульній, нотній та ін.). Цей вид уяви забезпечує перекодування інформації з однієї репрезентативної системи сприймання в іншу, наприклад із зорової в слухову, і навпаки. Прикладом відтворюючої уяви може бути чорний квадрат К.Малевича, сторони якого відтворюють чотири чуми  століття: війна, концтабори, вигнання з батьківщини та рак.

2. Творча уява – вид уяви, що створює нові образи, ідеї та поняття. Прийомами творчої уяви, як синтетичної діяльності, є гіперболізація, схематизація, типізація, загострення, аналогія, аглютинація, згортання технічних систем (підсистем) в “ідеальну речовину” і т. ін.

1.2. Порівняння – метод наукового пізнання, що дає змогу встановити подібність і відмінність об’єктів (предметів, явищ, процесів, ситуацій тощо), а також знаходження загального, притаманного двом або кільком об’єктам.

Це універсальний метод. Як стверджує афоризм “Усе пізнається в порівнянні ”. Цим методом доцільно користуватися для об’єктів, які мають однорідні властивості та найбільш суттєві ознаки, параметри. Порівняння здійснюється або безпосередньо, або опосередковано через зіставляння їх з третім об’єктом. Таким чином, для методу порівняння виконуються такі вимоги:

1. дослідник може порівнювати лише ті об’єкти, між якими можлива деяка об’єктивна спільність, єдність в сенсі утворення певного класу (однорідні предмети, явища, процеси тощо);

2. процес порівняння має здійснюватися за найбільш важливими, суттєвими ознаками (властивостями, атрибутами, рисами), важливими для конкретного розгляду.

Порівняння в галузі технічних наук здійснюється прийомом органолептичного оцінювання, тобто на основі аналізу сприйняття органів відчуття: зором, слухом, смаком, нюхом, дотиком, так і за допомогою спеціальних пристроїв порівняння. Завдання ставиться в отриманні відповіді на запитання: об’єкт А “більше”, “менше” чи “рівний” об’єкту Б.

Частинним випадком методу порівняння є порівняльно-історичний метод. Останній виявляє загальне, часткове і особливе в історичних явищах, які умовно поділяються на часові етапи. Це відноситься до науково-технічного та життєвого циклів розвитку технічних систем, аналізу циклічного, стадійного розвитку техніки [12].

1.3. Оцінювання – метод приписування суб’єктом (дослідником) певного кількісного рівня якості об’єкту в “слабких” кваліметричних шкалах (номінальній, порядковій). Результатом оцінювання є оцінка.

Об’єктивне оцінювання є процесом прийняття детерміновано-стохастичного рішення, яке, здійснюється шляхом створення еталонів (критеріїв) і поточних образів (моделей) ситуації. Проте еталонів правильних рішень немає тому, що в цьому випадку оцінка може виявитися надто суб’єктивна (далі про оцінювання, як елемент кваліметрії, буде окрема лекція).

Кваліметрія (лат. quails – як, якої якості) наука, яка розглядає закономірності, принципи, логіку та алгоритми оцінювання та вимірювання якості об’єктів дійсності.

Якість об’єкта є сукупність властивостей. Результат оцінювання якості Q (thequality) об’єкта (Ob) – це оцінка якості О(Q) об’єкта, яка залежить від таких факторів:

• множини властивостей _, об’єкта оцінювання (Ob);

• характеристик _, суб’єкта оцінювання (Sb), тобто його цілей, мотивів, потреб, інтересів;

• бази порівняння (B) (система шкал, еталонів, нормативів якості, критеріїв тощо);

• логіки оцінювання, що формалізується послідовністю операторів і виражається алгоритмом оцінювання (Al).

Враховуючи той очевидний факт, що названі компоненти змінюються з плином часу t (фізичні чи моральні зноси, зміни світового технічного рівня, економічних потреб, соціальних нормативів та ін.), то оцінка якості О(Q) є динамічною моделлю, яка зображується кортежем:

О (Q) =  , B, Al, t , _(3.5)

Повертаючись до виразу (3.5), зазначимо, що будь-яка оцінка обов’язково залежить від суб’єкта, проте ступінь цієї залежності визначається природою системи оцінювання. Суб’єктивність проявляється у випадку оцінювання якості фізичного предмета (наприклад, оцінювання експертом чи групою експертів якості виготовленої деталі).

В залежності від природи суб’єкта й об’єкта, а також від характеру зв’язків між ними, здійснюється вибір бази порівняння B, зокрема критеріїв якості. За критерії якості можуть бути прийняті тільки такі параметри об’єкта, які припускають можливість ефективного оцінювання якості за однією із названих кваліметричних шкал (номінальній, порядковій).

1.4. Вимірювання – метод дослідження, за допомогою якого визначається числове значення деякої фізичної величини, яка є характеристикою певної властивості об’єкта предметної галузі.

Наука про вимірювання називається метрологією. Числове значення вимірюваної величини отримується за допомогою одиниці виміру в кваліметричних шкалах, які відносяться до класу метричних. До метричних шкал відносяться інтервальна шкала та шкала відношень. Вказаним шкалам притаманні визначені еталони.

Процедура вимірювання передбачає наявність таких складових: об’єкта вимірювання, еталона, вимірювальних приладів, методу вимірювання. Вимірювання є фізичним процесом визначення числового значення деякої величини шляхом порівняння її з еталоном, який приймається за одиницю. Наприклад, еталон температури (градус) інтервальної шкали та еталон довжини (метр) шкали відношень.

Вимірювання є універсальним методом пізнання явищ природи та технологічних (виробничих) процесів, методологічним фундаментом точних наук, забезпечує безпосередній зв'язок між експериментом і теорією. Значення вимірювання влучно висловив Д.І. Менделеєв: “Наука починається відтоді, як починають вимірювати”.

1.5. Експеримент (лат. еxperimentum – проба, дослід) – метод емпіричного дослідження, що ґрунтується на активному та цілеспрямованому втручанні дослідника у процес наукового пізнання об’єкта предметної галузі (предмета, явища, процесу, ситуації тощо) шляхом створення умов, які піддаються управлінню та контролю. Результати досліду фіксуються засобами природної та штучної мови (вербальний текст, таблиця, діаграма, графік, схема, рисунок, малюнок тощо).

Таким чином, на відміну від методу спостереження експериментальний метод визначається створенням дослідником штучних умов або використанням певних природних умов, необхідних для виявлення відповідної властивості об’єкта дослідження.

Експеримент проводиться викладачем на лекції з метою демонстрування певного явища, наприклад, явища електромагнітної індукції.

У науковому дослідженні експеримент переважно застосовується у двох випадках:

• при перевірці правильності чи хибності концепції (теорії);

• при спробі виявлення раніше невідомих властивостей об’єкта.

Переваги експериментального вивчення об’єкта порівняно зі методом спостереженням такі [5]:

1. у процесі експерименту можна вивчати явище “у чистому вигляді ”, звільнившись від побічних об’єктивних факторів, які затіняють основний процес;

2. в експериментальних умовах можна дослідити властивості об’єктів;

3. можна проводити досліди стільки разів, скільки це необхідно (ознака повторюваності експерименту).

Справжнім початком експериментальної науки є дослід Галілео Галілея (1589 р.), який полягав у вивченні падіння зі знаменитої вежі в італьянському місті Пізе куль однакового розміру, виготовлених з дерева та з чавуну. Як показав дослід, дерев’яна та чавунна кулі впали на землю майже одночасно. Вивчаючи залежність швидкості падіння від ваги кулі, дослідник зі загальною підставою приписав різницю у швидкості опору повітря. При цьому він відвернувся від незліченої множини інших обставин, а саме: стану погоди, стану самого експериментатора, температури, хімічного складу куль і т. [13]. Дійсно, математична модель проміжку часу падіння кулі визначається за формулою, в якій відсутня маса (вага) кулі:

 t = (3.6)

де: h – висота, з якої Галілей кидав кулю (початкова швидкість дорівнює нулю); g – прискорення вільного падіння в місці знаходження вежі.

1.6. Опис – пізнавальна операція, що полягає у фіксуванні результатів досліду (спостереження чи експерименту) за допомогою певних систем позначень, що прийняті в науці.