Примеры выдвигаемых гипотез:
1. Разработка научных основ создания механизированных комплексов для направленного формирования свойств уплотненного снега приведет к снижению себестоимости и сроков строительства, улучшению качества дорожного покрытия зимних дорог и снижению затрат на перевозки в районах Севера и Сибири увеличением пропускной способности и продлением срока
эксплуатации дорог [24]. |
|
2. Перераспределение |
динамических нагрузок в зону |
разрушения мерзлого грунта позволит снизить динамические нагрузки, передаваемые на базовую машину и оператора [12].
3. Преобразование энергии и перераспределение мощности с учетом системных связей между силовой установкой, гидроприводом и рабочим оборудованием позволит повыситьИпроизводительность экскаватора и снизить энергоемкость рабочего процесса [33].
Достаточно полно и четко разработаннаяД рабочая гипотеза существенно облегчает дальнейшую работу, позволяя заложить в методике теоретических и экспериментальныхА исследований вполне конкретные параметры, характеризующие изучаемое явление или объект, которые необходимобобосновать. Кроме того, правильно осуществленная предварительная аналитическая разработка гипотезы (математическое выражениеи) поможет наметить более полно и правильно основные направления последующего эксперимента, поскольку разработкаСтеор должна предшествовать эксперименту.
2.5. Обоснование темы исследования
Обычно выбор темы происходит в двух ситуациях. Первая, когда формирующиеся исследователи приходят в уже существующий или целенаправленно сформировавшийся научный коллектив, который занимается исследованиями или готовится их проводить в заданном научном направлении. В этом случае тематика научных исследований в основном известна или предполагается. Исследователям остается только определиться со своей подготовленностью и желанием работать по той или иной теме. Исследователи такой ситуации, как правило, студенты, магистры, аспиранты, молодые кандидаты наук высших учебных заведений и научноисследовательских институтов.
46
Тематика научно-исследовательских работ кафедр и лабораторий, где работают или собираются работать указанные исследователи, определена научными направлениями этих подразделений и их руководителями. Как правило, руководители научных направлений являются маститыми (т.е. заслужившими всеобщее уважение) и авторитетными учеными.
Вторая ситуация выбора темы складывается для индивидуальных молодых и опытных исследователей. В современных условиях эта ситуация встречается реже.
Влюбом случае выбору темы исследования по данному направлению способствуют: ознакомление с новейшими результатами в смежных областях науки и техники; пересмотр старых открытий при помощи новых методов с иных теоретических позиций,
спривлечением новых факторов; анализ Ии обобщение материалов имеющихся исследований; просмотр каталогов выполненных научных работ и защищенных диссертацийД; просмотр реферативных журналов; ознакомление с перспективными планами научно-
исследовательских работ Министерства образования и науки, Академии наук, а также вуза, научноА-исследовательского института, к которым у соискателя есть интерес.
Висключительныхбслучаях новые идеи могут появиться и без переоценки и анализа старых открытий и достижений науки и техники. Примеромиэтого является создание Эйнштейном теории относительности. Он по-новому интерпретировал всю имеющуюся информацию, Скоторую ранее подгоняли под ньютоновскую концепцию.
Для того чтобы выбрать тему исследования в любой области знаний, надо видеть перспективу развития этой области и практическую потребность в ней хозяйства страны. Перспектива метрологического обеспечения экологического мониторинга и экологической безопасности в целом, как и другие науки, характеризуется системным подходом к решению свойственных им задач. Например, создание автоматических систем активного экологического мониторинга позволяет не только контролировать необходимые параметры, но и управлять состоянием окружающей природной среды, задавая её параметры путем регулирования режимов технологических процессов.
На этапе выбора темы научных исследований выполняются предварительные оценки технико-экономической эффективности и
47
другой целесообразности предполагаемых исследований. При сопоставлении различных тем используются экономические критерии. Простейшим является критерий экономической эффективности КЭ, который вычисляется по формуле
КЭ = |
ЭП |
, |
(2.1) |
|
ЗИ |
||||
|
|
|
где ЭП – предполагаемый (ожидаемый) экономический эффект; ЗИ – затраты на научные исследования.
Этот критерий не учитывает объем внедрения и период внедрения. Более полным является другой экономический критерий
КЭ = |
СТ |
Т |
|
, |
(2.2) |
|
|
|
|||
|
ЗО |
|
|||
где СТ |
– стоимость продукции или предотвращенный ущерб за год |
после |
И |
освоения научного исследования; Т – продолжительность |
внедрения в годах; ЗО – общие затраты на исследование, опытное и |
|
промышленное освоение. |
Д |
|
|
При проведении теоретических исследований иногда |
|
экономическое требован е можетАуступать требованию значимости. |
|
Экономическая эффект вностьбцелого ряда тем вообще не может быть подсчитана; это касается фундаментальных теоретических
исследований, исследован й в области общественных наук или таких |
|||||||
|
и |
|
|
|
|
|
|
наук, как экология и охрана окружающей природной среды, |
|||||||
безопасность жизнедеятельности, охрана труда и др. |
|
||||||
Например, |
в |
области |
экологии |
и |
безопасности |
||
С |
|
|
|
|
|
|
|
жизнедеятельности могут применяться критерии экологичности КЭ и |
|||||||
безопасности Кб. Первый вычисляется по формуле |
|
|
|||||
|
|
КЭ = |
SН |
+ SК |
, |
|
(2.3) |
|
|
|
SО |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
где SН – площадь (суши, воды), на которой по одному или нескольким факторам имеются недопустимые (выше нормы, но ниже критических) загрязнения или изменения; SК – площадь, на которой имеются критические загрязнения или изменения, т.е. когда жизни
48
человека грозит опасность; SО – вся площадь региона, страны, которая должна быть постоянной величиной.
Критерий безопасности рассчитывается по формуле
К |
|
= ∑ |
β γ |
|
Si , |
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
б |
|
i |
i |
|
|
|
i=1 |
SiН |
||||
области,
(2.4)
где п – число вредных и опасных факторов; β – «весовой» коэффициент i-гo фактора; γ – «весовой» коэффициент i-гo вредного и опасного фактора, который равен единице (γi = 1 при Si = SiН; γi = 1/ min βi);
– сумма «весовых» коэффициентов, которая удовлетворяет
n
условию ∑βi ≤ 1; Si – величина i-гo вредного или опасного фактора
i=1
объекта (это вероятность травмы, уровень радиации, звука, вибрации, концентрация отравляющих веществ в воздухе и др.); SiН – нормативное значение вредного или опасного фактора.
Если Si |
≤ SiН, то 0 ≤ Кб ≤ 1, а если Si |
> SiН, то Кб > 1. Из |
||||
|
|
|
|
|
И |
|
анализируемых тем выбирают ту, для которой Кб → min. |
||||||
|
|
|
|
Д |
|
|
2.6. Моделирование в научных исследованиях |
||||||
При исследован |
|
А |
|
явление заменяется |
||
сложное реальное |
||||||
|
|
б |
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
некоторой упрощенной коп ей или схемой, иногда такая копия служит лишь Столько для того, чтобы запомнить и при следующей встрече узнать нужное явлен е. Иногда построенная схема отражает какие-то существенные черты, позволяет разобраться в механизме явления, дает возможность предсказать его изменение. Одному и тому же явлению могут соответствовать разные модели. Задача исследователя − предсказывать характер явления и ход процесса.
Иногда бывает, что объект доступен, но эксперименты с ним дорогостоящи или могут привести к серьезным экологическим последствиям. Знания о таких процессах получают с помощью моделей.
Моделирование – это исследование какого-либо объекта или системы объектов путем построения и изучения их моделей, использование моделей для определения или уточнения характеристик и рационализации способов построения вновь конструируемых объектов.
49
Модель − это любой образ, аналог мысленный или установленный, изображение, описание, схема, чертеж, карта и т. п. какого-либо объема, процесса или явления, используемый в качестве его заменителя или представителя. Сам объект, процесс или явление называется оригиналом данной модели.
На идее моделирования базируется любой метод научного исследования, при этом в теоретических методах используются различного рода знаковые, абстрактные модели, в экспериментальных− предметные модели.
Характер науки предполагает изучение не одного конкретного явления, а широкого класса родственных явлений; необходимость формулировки каких-либо общих категорических утверждений,
которые называются законами. Естественно, что при такой формулировке многими подробностями пренебрегаютИ . Чтобы более
четко выявить закономерность, сознательно идут на огрубление, идеализацию, схематичность, т. е. изучаютДне само явление, а более
или менее точную ее копию или модель. Все законы − это законы о моделях, а поэтому нет ничего удивительного в том, что с течением времени некоторые научные теорииАпризнаются непригодными. Это не приводит к краху науки, поскольку одна модель заменилась другой, более современнойб[5].
Границы между моделями различных типов или классов, а также отнесение моделиик какому-то типу или классу чаще всего условны. Рассмотр м на олее распространенные признаки, по которым классифСц руются модели:
• цель использован я;
• область знаний;
• фактор времени;
• способ представления.
По целям использования выделяют модели учебные, опытные, имитационные, игровые, научно-технические. По области знаний выделяют модели биологические, экономические, исторические, социологические и т.д. По фактору времени разделяют модели динамические и статические. Статическая модель отражает строение и параметры объекта, поэтому ее называют также структурной. Она описывает объект в определенный момент времени, дает срез информации о нем. Динамическая модель отражает процесс функционирования объекта или изменения и развития процесса во времени. Любая модель имеет конкретный вид, форму или способ
50
представления, она всегда из чего-то и как-то сделана или представлена и описана. В этом классе, прежде всего, модели рассматриваются как материальные и нематериальные.
Модели бывают материальные и идеальные. Материальная модель воспроизводит натурный объект меньшего или большего масштаба и служит для отражения структуры, характера протекания и сущности изучаемого процесса (явления, объекта). Идеальная модель мысленно воссоздается исследователем с помощью логических, математических, физических и других правил.
Материальные модели – это материальные копии объектов моделирования. Они всегда имеют реальное воплощение, воспроизводят внешние свойства или внутреннее строение либо
действия |
объекта-оригинала. |
Материальное |
моделирование |
|
|
И |
|
использует экспериментальный (опытный) метод познания. |
|||
Нематериальное моделирование использует |
теоретический |
||
абстрактным идеальным
метод познания. По-другому его называютД , . Абстрактные модели, в свою очередь, делятся на воображаемые и информационные.
Информационная модельА– это совокупность информации об объекте, описывающая свойства и состояние объекта, процесса или явления, а также связи и отношениябс окружающим миром.
Информационные модели представляют объекты в виде словесных описанийи, текстов, рисунков, таблиц, схем, чертежей, формул и т. д. Информац онную модель нельзя потрогать, у нее нет материальногоСвоплощен я, она строится только на информации. Ее можно выразить на языке описания (знаковая модель) или языке представления (наглядная модель).
Одна и та же модель одновременно относится к разным классам деления. Например, программы, имитирующие движение тел (автомобиля, снаряда, маятника, лифта и пр.). Такие программы используются на уроках физики (область знания) с целями обучения
(цель использования). В то же время они являются динамическими, так как учитывают положение тела в разные моменты времени, и алгоритмическими по способу реализации.
В научно-техническом творчестве часто пользуются терминами
математическая модель и физическая модель, понимая под математическим моделированием исследование процесса (явления,
объекта) в основном путем построения и анализа математического аппарата, широко привлекая в последнее время ЭВМ, а под
51