
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. НАУЧНОЕ ЗНАНИЕ
- •1.1. Наука
- •1.2. Критерии научности
- •1.3. Формы науки
- •1.4. Научное исследование
- •1.5. Организация и планирование научных исследований
- •1.6. Специфика технических наук
- •Контрольные вопросы и задания
- •2. СТРУКТУРА НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
- •2.1. Этапы научного исследования
- •2.2. Требования к научному исследованию
- •2.5. Обоснование темы исследования
- •2.6. Моделирование в научных исследованиях
- •Контрольные вопросы и задания
- •3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
- •3.3. Общий подход к построению математических моделей
- •3.4. Основные этапы математического моделирования
- •Контрольные вопросы и задания
- •4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
- •4.1. Общая характеристика компьютерного моделирования. Классификация компьютерных моделей
- •5. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ИССЛЕДОВАНИЯХ
- •5.1. Общее понятие физического моделирования
- •5.2. Понятие теории подобия
- •5.3. Виды и теоремы подобия
- •5.4. Методы получение критериев подобия
- •Контрольные вопросы и задания
- •6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
- •6.1. Общие сведения об экспериментальных исследованиях
- •6.2. Методика и планирование эксперимента
- •6.3. Показатели эксперимента и его факторов
- •6.4. Варьирование факторов
- •6.5. Структура экспериментальной факторной модели
- •6.6. План однофакторного эксперимента
- •6.8. План дробного факторного эксперимента
- •Контрольные вопросы и задания
- •ТЕЗАУРУС
- •ТЕСТЫ
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •Библиографический список
В-четвертых, резко поднялся профессиональный уровень рабочих, ИТР, что позволяет им широко использовать научные знания
впроцессе производства. Массовое движение изобретателей и рационализаторов − важная форма сближения науки с производством.
Наука является общественной по своему происхождению, развитию и использованию. Всякое научное открытие есть труд всеобщий, в каждый данный момент времени наука выступает как суммарное выражение человеческих успехов в познании мира. Поэтому она по-настоящему эффективно может использоваться только с появлением общественного характера производительных сил, с развитием общественного труда и производства в большом масштабе.
Существует три группы основных возможностей повысить эффективность науки и научно-техническогоИпрогресса.
Возможности одной группы находятся в сфере непосредственной творческой деятельностиДисследователей и состоят
вповышении методологического уровня научной работы, в
выдвижении новых, более глубоких идей, в освоении перспективных методов исследований. А
Возможности второй − в сфере управления научным процессом и состоят в созданиибнаиболее благоприятных условий для плодотворного труда всех категорий работников науки и по всему спектру современногоинаучного процесса.
Возможности третьей заключаются в совершенствовании социального, Спрежде всего экономического, механизма, способствующего быстрейшему освоению научных результатов производством и общественной практики в целом.
Критерии научности – совокупность признаков, специфицирующих научное знание; ряд требований, которым наука должна удовлетворять.
Выделяют следующие виды критериев научного знания:
1) объективность предполагает, что познание явления осуществляется независимо от познающего субъекта, т.е. происходит отвлечение от интересов познающего индивида и от всего сверхприродного;
9
2) доказательность и обоснованность, в качестве которых могут выступать эмпирические факты и логические рассуждения;
3) выраженность в понятиях предполагает, что научное знание должно быть выражено в системе выработанных данной наукой понятий (использует специализированный научный язык), позволяющей включить его в состав определенной научной теории;
4) рациональность – в научном знании не просто что-то сообщается, а приводятся необходимые основания, по которым это высказывание можно считать истинным (здесь действует принцип
достаточного основания); |
|
|
|
|
5) сущностная |
характеристика |
– |
сведения, |
которые |
сообщаются в той или иной системе знания, должны касаться
сущности предметов; |
|
|
|
И |
|
6) системность – |
знание должно быть особым образом |
||||
организовано в форме теории или развернутого |
теоретического |
||||
|
|
|
Д |
|
|
построения на специальном языке понятий и категорий данной |
|||||
области знания; |
|
|
|
|
|
7) проверяемость |
означает, |
что знание должно найти свое |
|||
|
|
А |
|
|
|
подтверждение в практической деятельности и быть воспроизводимо |
|||||
в ней; |
б |
рассматривается |
как потенциал |
||
8) способность к развитию |
|||||
знания к порождению нового знания [20]. |
|
|
|||
и |
|
|
|
|
|
С |
1.3. Формы науки |
|
|||
Все более тесная |
глубокая связь науки с техникой превраща- |
ет науку в непосредственную производительную силу общества,
являющуюся одновременно и движущей силой научно-технической революции. Взаимное проникновение науки и техники друг в друга сформировало научно-техническое творчество, которое существует в трех формах: научной, технической и научно-технической.
Научное творчество связано с познанием окружающего нас мира, т.е. с познанием его общественной, политической, биологической и других сфер существования. Это в основном теоретическая форма знания.
Техническое творчество связано с воплощением идей в технике и технологических решениях. Это творчество является основой создания машин, механизмов, приборов, систем, технологических процессов и т.д.
10
Научно-техническое творчество − это промежуточная форма между научной и технической. Данная форма связана с познанием технизации мира, открытием законов и закономерностей, по которым развивается наука.
К основным результатам научно-технического творчества относятся: открытия (тысячи); изобретения (миллионы); рацпредложения (миллиарды); конструкторские и технические разработки (сотни миллиардов).
Структуру науки в целом условно можно представить тремя научными направлениями: общественное, естественное, техническое, которые имеют свои предметы и методы познания. Общественные науки изучают законы развития общества и мышления; естественные науки изучают законы развития природы; технические науки изучают законы и закономерности развития техникиИи управления ею.
технические объекты, о методах конструктивно-технической деятельности, а также о способах функционирования технических объектов в системе общественного производства.
Технические науки – это специфическая система знания о целенаправленном преобразовании природныхД тел и процессов в
управляющих поведением и Авзаимодействием базисных структур природы, общества иимышления. Эти законы и структуры изучаются
По направленности различают науки фундаментальные и при-
использованию, поэтомубфундаментальные науки иногда называют «чистыми».
кладные. Задача фундаментальных наук − познание законов,
в «чистом виде», как таковые, езотносительно к их возможному С
Задача прикладных наук − применение (доведение) результатов
фундаментальных наук до их практической реализации. На стыке прикладных наук практически развивается особая область исследований − разработки, приводящие результаты прикладных наук в форму технологических процессов, конструкций, материалов и веществ.
Как правило, фундаментальные науки опережают в своем развитии прикладные, создавая для них теоретический задел. По масштабности на долю прикладных наук приходится до 80 – 90% всех исследований и ассигнований (финансирование).
В науке можно выделить эмпирический и теоретический уровни исследования и организации знания. Элементами эмпирического знания являются факты, полученные с помощью наблюдений и
11
экспериментов. В основе эмпирических исследований используются
сравнение, измерение, индукция (из лат. inductio – выведение,
наведение), дедукция (лат. deductio − выведение, т.е. метод мышления, при котором частное положение логическим путём выводится из общего, вывод по правилам логики; цепь умозаключений (рассуждений), анализ, синтез и другие методы и приемы.
Синтез − процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в целое или набор.
Теоретический уровень научного знания предполагает наличие особых абстрактных объектов (конструктов) и связывающих их теоретических законов, создаваемых с целью идеализированного
описания и объяснения эмпирических ситуаций. |
Для теоретических |
||
И |
как |
гипотеза, |
|
исследований характерны такие приемы, |
|
моделирование, идеализация, абстракция, обобщение и т.п.
Абстракция (от лат. abstractio − отвлечение) − отвлечение в процессе познания от несущественных сторон, свойств, связей объекта (предмета или явления) с целью выделения их существенных, закономерных признаков; абстрагирование; теоретическое обобщение
теорий. Характер зуя научное исследование, обычно указывают на его следующие отличительные признаки:
как результат такого отвлечения. |
Д |
|
|
|
|
1.4. Научное исследование |
||
Научное исследован е |
А |
|
– это целенаправленное познание, |
||
результаты которого выступаютбв виде системы понятий, законов и |
||
и |
|
|
С |
|
|
- это обязательно целенаправленный процесс, достижение осознанно поставленной цели, четко сформулированных задач;
- это процесс, направленный на поиск нового, на творчество, на открытие неизвестного, на выдвижение оригинальных идей, на новое освещение рассматриваемых вопросов.
Научное исследование характеризуется систематичностью: здесь упорядочены, приведены в систему и сам процесс исследования, и его результаты; ему присуща строгая доказательность и последовательное обоснование сделанных обобщений и выводов.
В качестве основных средств научно-теоретического исследования применяют следующие: совокупность научных
12
методов, всесторонне обоснованных и сведенных в систему; совокупность понятий, строго определенных терминов, связанных между собою и образующих характерный язык науки.
Метод − это способ достижения цели, который объединяет субъективные и объективные моменты познания.
Метод объективен, так как в разрабатываемой теории позволяет отражать действительность и ее взаимосвязи. Таким образом, метод является программой построения и практического применения теории.
Одновременно метод субъективен, так как является орудием мышления исследователя и в качестве такового включает в себя его субъективные особенности.
Методы можно разделить на общенаучные (т.е. для всех наук), |
|
|
И |
частные (т.е. для определенных наук), специальные или |
|
специфические (для данной науки). |
Д |
Такое разделение методов всегда условно, так как по мере развития познания один научный метод может переходить из одной категории в другую.
К общенаучным методам относятся: наблюдение, сравнение, счет, измерение, эксперимент, обобщение, абстрагирование, формализация, анализ и синтез, индукция и дедукция, аналогия,
моделирование, |
идеализация, |
ранжирование, |
а |
также |
|
|
|
и |
|
|
|
аксиоматический, гипотетическийА, исторический и системные |
|||||
методы. |
С |
познаний объективного |
мира, |
||
Наблюдение |
− этобспособ |
основанный на непосредственном восприятии предметов и явлений при помощи органов чувств без вмешательства в процесс со стороны исследователя.
Сравнение − это установление различия между объектами материального мира или нахождение в них общего, осуществляемое как при помощи органов чувств, так и при помощи специальных устройств.
Счет − это нахождение числа, определяющего количественное соотношение однотипных объектов или их параметров, характеризующих те или иные свойства.
Измерение − это физический процесс определения численного значения некоторой величины путем сравнения ее с эталоном.
13
Эксперимент − одна из сфер человеческой практики, в которой подвергается проверке истинность выдвигаемых гипотез или выявляются закономерности объективного мира.
В процессе эксперимента исследователь вмешивается в изучаемый процесс с целью познания, при этом одни условия опыта изолируются, другие исключаются, третьи усиливаются или ослабляются. Экспериментальное изучение объекта или явления имеет определенные преимущества по сравнению с наблюдением, так как позволяет изучать явления в «чистом виде» при помощи устранения побочных факторов.
Обобщение − определение общего понятия, в котором находит отражение главное, основное, характеризующее объекты данного
класса. Это средство для образования новых научных понятий, |
|
формулирования законов и теорий. |
И |
|
|
Абстрагирование − это мысленное отвлечение от |
|
|
Д |
несущественных свойств, связей, отношений предметов и выделение нескольких сторон, интересующих исследователя. Оно, как правило, осуществляется в два этапа. На первом этапе определяются несущественные свойства, связиАи т.д., на втором исследуемый объект заменяют другим, более простым, представляющим собой упрощенную модель, сохраняющуюбглавное в сложном.
Формализация − ото ражение объекта или явления в знаковой форме какого-либо искусственногои языка (математики, химии и т. д.) и обеспечение возможности сследования реальных объектов и их свойств через формальноеС сследование соответствующих знаков.
Аксиомат ческ й метод − способ построения научной теории, при котором некоторые утверждения (аксиомы) принимаются без доказательств и затем используются для получения остальных знаний по определенным логическим правилам.
Анализ − метод познания при помощи расчленения или разложения предметов исследования (объектов, свойств и т.д.) на составные части. В связи с этим анализ составляет основу аналитического метода исследований.
Синтез − соединение отдельных сторон предмета в единое
целое.
Анализ и синтез взаимосвязаны, они представляют собой единство противоположностей.
Различают следующие виды анализа и синтеза:
- прямой или эмпирический метод (используют для выделения
14
отдельных частей объекта, обнаружения его свойств, простейших измерений и т.п.);
-возвратный или элементарно-теоретический метод (базирующийся на представлениях о причинно-следственных связях различных явлений);
-структурно-генетический метод (включающий вычленение в сложном явлении таких элементов, которые оказывают решающее влияние на все остальные стороны объекта).
Важными понятиями в теории познания являются: индукция − умозаключение от фактов к некоторой гипотезе (общему утверждению) и дедукция − умозаключение, в котором вывод о
некотором элементе множества делается на основании знания общих
свойств всего множества. |
И |
Таким образом, дедукция и индукция – взаимообратные |
методы познания, |
широко использующие частные методы |
формальной логики. |
Д |
|
Одним из методов научного познания является аналогия, посредством которой достигается знание о предметах и явлениях на основании того, что они имеют сходство с другими. Аналогия тесно
научной гипотезы на основебизученияАфизической, химической и т.п. сущности исследуемогоиявления с помощью описанных выше способов познания затем формулирование гипотезы, составление расчетной схемыСалгор тма (модели), ее изучение, анализ, разработку теоретических положен й.
связана с моделированием или модельным экспериментом.
Гипотетический метод познания предполагает разработку
При гипотетическом методе познания исследователь нередко прибегает к идеализации − это мысленное конструирование объектов, которые практически неосуществимы (например, идеальный газ, абсолютно твердое тело). В результате идеализации реальные объекты лишаются некоторых присущих им свойств и наделяются гипотетическими свойствами.
При исследованиях сложных систем с многообразными связями, характеризуемыми как непрерывностью и детерминированностью, так и дискретностью и случайностью, используются системные методы (исследование операций, теория массового обслуживания, теория управления, теория множеств и др.).
Внастоящее время такие методы получили широкое
распространение в значительной степени в связи с развитием ЭВМ.
15
Разнообразные методы научного познания условно подразделяются на ряд уровней: эмпирический, экспериментальнотеоретический, теоретический и метатеоретический.
Методы эмпирического уровня: наблюдение, сравнение, счет,
измерение, анкетный опрос, собеседование, тесты, метод проб и ошибок и т.д.
Методы этой группы конкретно связаны с изучаемыми явлениями и используются на этапе формирования научной гипотезы.
Методы экспериментально-теоретического уровня:
эксперимент, анализ и синтез, индукция и дедукция, моделирование, гипотетический, исторический и логические методы.
Эти методы помогают исследователю обнаружить те или иные
достоверные |
|
факты, объективные проявления |
в |
протекании |
|||
|
|
|
|
|
И |
|
|
исследуемых процессов. С помощью этих методов производится |
|||||||
накопление фактов, их перекрестная проверка. |
|
|
|||||
Методы |
теоретического |
|
уровня: |
абстрагирование, |
|||
|
|
|
|
Д |
|
|
|
идеализация, формализация, анализ и синтез, индукция и дедукция, |
|||||||
аксиоматика, обобщение и т.д. |
|
|
|
|
|
||
На |
теоретическом |
уровне |
производятся |
логическое |
исследование собранных фактов, выработка понятий, суждений, делаются умозаключения. При этом научное мышление
освобождается |
от |
эмпирической |
описательности, |
создает |
||
|
|
и |
|
|
|
|
теоретические обобщения. ТакимАобразом, новое теоретическое |
||||||
содержание знаний надстра вается над эмпирическими знаниями. |
||||||
К |
С |
метатеоретическогоб |
уровня |
относят |
||
методам |
||||||
диалектический метод |
метод системного анализа. |
|
|
|||
С |
помощью этих методов исследуются |
сами |
теории и |
разрабатываются пути их построения, изучается система положений и понятий данной теории, устанавливаются границы ее применения, способы введения новых понятий, обосновываются пути синтезирования нескольких теорий.
При изучении сложных, взаимосвязанных друг с другом проблем используется системный анализ, получивший широкое применение в различных сферах научной деятельности человека, в частности, в логике, математике, общей теории систем и т.д.
В основе системного анализа лежит понятие системы, под которой понимается множество объектов (компонентов), обладающих заранее определенными свойствами с фиксированными между ними отношениями.
16
На базе этого понятия производится учет связей, используются количественные сравнения всех альтернатив для того, чтобы сознательно выбрать наилучшее решение, оцениваемое каким-либо критерием, например измеримостью, эффективностью, надежностью и т. п.
Системный анализ используется для исследования таких сложных систем, как экономика отдельной отрасли, промышленного предприятия, объединения, при планировании и организации технологии комплексных строительных процессов, выполняемых несколькими строительными организациями, и др.
Системный анализ складывается из основных четырех этапов:
1.Первый заключается в постановке задачи – определяют
объект, цели и задачи исследования, а также критерии для изучения и управления объектом. Неправильная или неполнаяИпостановка целей может свести на нет результаты всего последующего анализа.
2.Во время второго этапа очерчиваютсяД границы изучаемой системы и определяется ее структура. Объекты и процессы, имеющие
отношение к поставленной цели, разбиваются на собственно изучаемую систему и внешнююАсреду.
3.Третий, важнейший этап системного анализа заключается в составлении математическойбмодели исследуемой системы. Вначале производят параметризацию системы, описывают выделенные элементы системыии их взаимодействие. В зависимости от особенностей процессов спользуют тот или иной математический аппарат для анализаСс стемы в целом.
Если исследуются сложные системы, именуемые как обобщенные динамические системы, характеризуемые большим количеством параметров различной природы, то в целях упрощения математического описания их расчленяют на подсистемы, выделяют типовые подсистемы, производят стандартизацию связей для различных уровней иерархии однотипных систем.
В результате третьего этапа системного анализа формируются законченные математические модели системы, описанные на формальном, например алгоритмическом, языке.
4.Четвертый этап − анализ полученной математической модели, определение ее экстремальных условий с целью оптимизации
иформулирование выводов.
Оптимизация заключается в нахождении оптимума рассматриваемой функции (математической модели исследуемой
17
системы, процесса) и соответственно нахождения оптимальных условий поведения данной системы или протекания данного процесса. Оценку оптимизации производят по критериям, принимающим в таких случаях экстремальные значения.
Научное исследование должно рассматриваться в непрерывном развитии, базироваться на увязке теории с практикой. Основой разработки каждого научного исследования является методология, т. е. совокупность методов, способов, приемов и их определенная последовательность, принятая при разработке научного исследования. В конечном счете, методология – это схема, план решения поставленных научно-исследовательских цели и задач, наибольший интерес из которых представляют эмпирические и теоретические.
Эмпирические задачи |
направлены на выявление, точное |
||||
описание |
и |
тщательное |
изучение |
И |
факторов |
различных |
рассматриваемых явлений и процессов. В научных исследованиях они
наблюдения и эксперимента.
решаются с помощью различныхДметодов познания в виде
Наблюдение − это метод познания, при котором объект изучают без вмешательства в него; фиксируют, измеряют лишь
познания, в котором производятбАне только наблюдения и измерения, но и осуществляют иперестановку, изменения объекта исследования и т. д. В этом методе можно выявить влияние одного фактора на другой. ЭмпирическСе методы познания играют большую роль в научном исследован . Они не только являются основой для
свойства объекта, характер его изменения.
Эксперимент − это наиболее общий эмпирический метод
подкрепления теоретических предпосылок, но часто составляют предмет нового открытия, научного исследования. Теоретические задачи направлены на изучение и выявление причин, связей, зависимостей, позволяющих установить поведение объекта, определить и изучить его структуру, характеристику на основе разработанных в науке принципов и методов познания. В результате полученных знаний формулируют законы, разрабатывают теорию, проверяют факты и др. Теоретические познавательные задачи формулируют таким образом, чтобы их можно было проверить эмпирически.
В решении эмпирических и сугубо теоретических задач научного исследования важная роль принадлежит логическому методу познания, позволяющему на основе умозаключительных
18
трактовок объяснять явления и процессы, выдвигать различные предложения и идеи, устанавливать пути их решения. Этот метод базируется на результатах эмпирических исследований.
Результаты научных исследований оценивают тем выше, чем выше научность сделанных выводов и обобщений, чем достовернее они и эффективнее. Они должны создавать основу для новых научных разработок. Результаты научных исследований воплощаются в научных трудах (статьи, монографии, учебники, диссертации и пр.) и затем, после их всесторонней оценки, используются в практике, учитываются в процессе практического познания и в обобщенном виде включаются в руководящие документы.
Одним из важнейших требований, предъявляемых к научному
исследованию, является научное обобщение, которое позволит установить зависимость и связь между изучаемыми явлениями и процессами и сделать научные выводы. Чем глубже выводы, тем выше научный уровень исследования [1].
принципов. Это обычно фундаментальныеАДисследования. Цель их − расширить знания обществаби помочь более глубоко понять законы природы. Такие разработки используют в основном для дальнейшего развития новых теоретическихи исследований, которые могут быть долгосрочными, бюджетными др.
По целевому назначению научные исследования бывают
теоретические и прикладные. |
И |
|
|
Теоретические исследования направлены на создание новых |
ПрикладныеСсследования направлены на создание новых методов, на основе которых разрабатывают новое оборудование, новые машины и материалы, способы производства и организации работ и др. Они должны удовлетворять потребность общества в развитии конкретной отрасли производства. Прикладные разработки могут быть долгосрочными и краткосрочными, бюджетными или хоздоговорными.
Цель разработки − преобразовать прикладные (или теоретические) исследования в технические приложения. Они не требуют проведения новых научных исследований.
Конечная цель разработок, которые проводятся в опытноконструкторских бюро (ОКБ), проектных, опытных производствах, − подготовить материал для внедрения.
19
Исследовательскую работу выполняют в определенной последовательности. Процесс выполнения включает в себя шесть этапов:
1)формулирование темы;
2)формулирование цели и задач исследования;
3)теоретические исследования;
4)экспериментальные исследования;
5)анализ и оформление научных исследований;
6)внедрение и эффективность научных исследований.
Каждое научное исследование имеет тему. Темой могут быть различные вопросы науки и техники. Обоснование темы − это важный этап в разработке научного исследования [6].
Научные исследования классифицируют по различным признакам:
- научные исследования, направленные на создание новых процессов, машин, конструкций и т. д., полностью используемых для
повышения эффективности производства; |
|
|
||
- научные исследования, направленные на улучшение |
||||
|
|
|
И |
|
производственных отношений, повышение уровня организации |
||||
производства без создания новых средств труда; |
|
|||
- теоретические |
работы |
Д |
общественных, |
|
в |
области |
гуманитарных и других наук, которые используются для |
||||
совершенствования общественныхАотношений, повышения уровня |
||||
|
б |
|
|
|
• работы, выполняемые по заданию министерств и ведомств; |
|
|||
и |
плану |
(по инициативе) |
||
• исследования, |
выполняемые по |
|||
научно-исследовательских организаций; |
|
|
|
|
в) в зависимости от источников финансирования: |
|
|||
С |
|
|
|
|
▪ госбюджетные, финансируемые из средств государственного |
||||
бюджета; |
|
|
|
|
▪ хоздоговорные, |
финансируемые |
в |
соответствии |
с |
заключаемыми договорами между организациями-заказчиками, которые используют научные исследования в данной отрасли, и организациями, которые выполняют исследования;
г) по длительности разработки:
▫ долгосрочные, разрабатываемые в течение нескольких лет; ▫ краткосрочные, выполняемые обычно за один год.
20