Методическое пособие 630

Сформулировать рабочую (первоначальную) гипотезу, как правило, трудно. Успех, прежде всего, зависит от полноты собранной информации, глубины творческого анализа, стройности выводов, сформулированных целей и задач исследований. Выдвигаемые первоначально гипотезы в процессе исследования подвергаются анализу, критике и уточнению, в результате чего они становятся более достоверными. Рабочая гипотеза должна подвергаться экспериментальной проверке. Если гипотеза полностью подтверждается, то она превращается в научную теорию.

Теория – это система знаний, объясняющая совокупность явлений в некоторой области. С помощью теории отдельные результаты упорядочиваются, обобщаются, приводятся в стройную систему, объединенную общей идеей. Теория должна быть эвристичной, конструктивной и простой. Первое свойство наделяет теорию прогностическими возможностями, т.е. она должна позволять делать точные количественные предсказания. Конструктивность теории состоит в проверяемости ее положений. Простота теории достигается путем представления информации при помощи общеупотребляемых символов. Критерием истинности теории является практика.

В ряде случаев выдвижение гипотезы происходит интуитивно (интуиция – способность постижения истины путем прямого ее усмотрения без обоснования с помощью доказательств). Следует отметить, что интуиции бывает достаточно для формулирования гипотезы, но ее недостаточно, чтобы убедить в истине других и самого себя. Для этого необходимо доказательство, на что и направлено исследование.

В процессе мышления при выдвижении гипотез у исследователя возникают идеи (идея – мысль, достигшая высокой степени объективности, полноты и конкретности, и направленная на практическую реализацию). Генерация идей является неотъемлемой особенностью мышления исследователя, так как без новых идей невозможно движение вперед. По подсчетам американских ученых, на каждый используемый в производстве результат приходится 8 патентов, 98 технических решений

12

и540 идей. Особую роль в теоретических исследованиях играют общенаучные методы познания: анализ и синтез; дедукция

ииндукция; идеализация; абстрагирование; ранжирование; формализация и пр.

Анализ – это способ научного познания, при котором объект расчленяется на составные части. Синтез – противоположный анализу метод, заключающийся в исследовании объекта в целом, на основе объединения связанных друг с другом элементов. Эти способы взаимосвязаны, так как без анализа нет синтеза. Так, например, при исследовании технологии, выделяя из ее состава отдельные процессы, применяют анализ, а, изучая технологию как систему, состоящую из отдельных процессов, используют синтез.

Важное место в исследованиях занимают дедукция и индукция. Дедуктивный способ – это такой способ умозаключения, при котором частные положения выводятся из общих. Так, на основе общих законов механики сплошной среды получают уравнения для определения размеров зоны неупругих деформаций вокруг выработки. Этот способ, базирующийся на известных логических связях, за пределами которых он не может быть использован, определяет конечный результат исследования. Это является недостатком дедуктивного метода, так как, например, чтобы исследовать процессы деформирования пород вокруг выработки с максимальным приближением к действительности, необходимо учитывать новые факторы, выходящие за пределы исходных положений.

Индуктивный способ – это такой способ умозаключения, при котором по частным фактам устанавливаются общие принципы и законы (например, периодический закон Д.И. Менделеева). Научная индукция позволяет определить причинную связь параметров изучаемого объекта.

Втеоретических исследованиях используют как индукцию, так и дедукцию. Так, например, обосновывая ту или иную гипотезу, прежде всего, устанавливают ее соответствие с общим законом диалектики и естествознания, т.е. применяют

13

способ дедукции. В то же время гипотезу формируют на основе частных фактов, полученных из эксперимента.

При анализе явлений и процессов возникает потребность в применении и других способов. Для упрощения исследуемому объекту часто присваивают несуществующие, нереальные свойства (но в допустимых пределах), т.е. прибегают к идеализации, например, модель идеального упругого или пластичного тела при описании процесса деформирования пород.

При анализе большого количества фактов важно уметь выделить главное. В этом случае применяют способ абстрагирования, т.е. отвлечение от второстепенных факторов с целью сосредоточения на важнейших особенностях изучаемого явления. Так, при проведении прочностных расчетов сварных и заклепочных соединений принимают равномерное распределение нагрузок по длине шва (т.е. не учитывают неравномерность нагружения шва). Абстрагирование осуществляется в две стадии. На первой факторы ранжируются по степени значимости, а на второй стадии объект заменяется другим, более простым, который выступает в качестве «модели» первого. Для описания взаимосвязей между основными параметрами модели применяют способ формализации, т.е. представление абстрактных категорий в виде формул и другой символики, присущей тому или иному математическому методу.

Эмпирические задачи направлены на выявление, точное описание и тщательное изучение различных факторов изучаемых явлений и процессов. В научных исследованиях эти задачи решаются такими методами, как наблюдение, сравнение, измерение и эксперимент.

Наблюдение – это пассивный метод познания, при котором объект изучают без вмешательства в него, но с соблюдением принципов целенаправленности, планомерности, преднамеренности и систематичности.

Сравнение – это процесс установления сходства или различия предметов и явлений действительности, а также нахождения общего, что присуще двум или нескольким объектам. Объекты могут сравниваться непосредственно или опо-

14

средственно через их сравнение с каким-либо эталоном. В первом случае получают качественные результаты (больше, меньше). Сравнение же объектов с эталоном дает количественные характеристики. Такое сравнение называют измерением.

Измерение – это определение численного значения некоторой величины с помощью средств измерения. Оно предполагает наличие следующих основных элементов: объекта измерения, эталона, измерительных приборов, метода измерения.

Эксперимент – это наиболее общий активный метод познания (научно поставленный опыт), при котором производят не только наблюдения и измерения, но и изменяют условия проведения исследования для выявления влияния одного фактора на другой (другие). К нему прибегают при необходимости изучения у объекта ранее неизвестных свойств, а также при проверке правильности теоретических предпосылок. Эксперимент и теория тесно взаимосвязаны между собой. Игнорирование экспериментальных данных неизбежно ведет к ошибкам. Правильная постановка эксперимента – важнейший этап исследования, позволяющий подтвердить предварительные теоретические предпосылки и сделать объективные выводы.

Основным методом современных исследований, который применяется как на теоретическом, так и на эмпирическом уровнях, является моделирование. Это метод, основывающийся на использовании модели в качестве средства исследования. Под моделью понимают искусственную систему, отображающую с определенной степенью точности основные свойства реального объекта (оригинала). Модель состоит в определенном соотношении (аналогия, подобие) с изучаемым объектом, заменяет его при исследовании и позволяет получить наиболее достоверную информацию. Различают макетирование, физическое, аналоговое и математическое моделирование.

Макетирование или геометрическое моделирование основано на соблюдении между объектом и моделью только геометрического подобия и является грубым приближением к реальным явлениям и процессам. Опыты М. Файоля, М.М. Протодьяконова и др., основанные на соблюдении геометриче-

15

ского подобия, сыграли значительную роль в становлении горной науки и привели к широкому применению моделирования.

Физическое моделирование предусматривает воссозда-

ние в модели тех же самых физических полей, которые действуют в объекте, но измененных по своим абсолютным значениям в соответствии с масштабом моделирования (критерием подобия). Задачи горной науки решают с помощью следующих методов физического моделирования (метод эквивалентных материалов, метод фотоупругости и фотопластичности, центробежный метод, метод структурных моделей).

Аналоговое моделирование предусматривает замену в модели по сравнению с объектом одних физических полей другими. При этом используется среда, которая ведет себя аналогично реальному объекту и описывается аналогичными математическими зависимостями. В качестве примера можно привести метод электрогидравлических аналогий, основанный на математической аналогии между стационарным движением электрического тока в проводящей среде и ламинарным движением жидкости в пористой породе.

Математическое моделирование является методом изу-

чения процессов и явлений, для которых известно математическое описание. Оно базируется на общих законах природы и применении формы записи (формализации) этих законов для конкретного явления или процесса. Моделирование состоит в воспроизведении состояния системы с сохранением логической структуры взаимосвязи элементов, их физического содержания и последовательности смены состояний во времени. Используемые в горной науке математические модели можно подразделить на аналитические, численные, статистические и имитационные. Аналитические модели основываются на установлении математических зависимостей в явном виде между параметрами, характеризующими состояние системы. Чтобы аналитическое решение было возможным, неизбежно приходится принимать ряд допущений, идеализирующих задачу настолько, что ее решение оказывается весьма далеким от реальности. Если математическую модель невозможно преобразовать к конечному виду,

16

а упрощения приводят к грубым результатам, более рационально использовать численные методы, которые особенно эффективны при применении вычислительных машин.

В задачах с большим числом влияющих факторов и случайными связями между элементами эффективны методы, реализуемые на основе статистического моделирования. Суть его состоит в воспроизведении на ЭВМ с помощью рандомизации случайного явления или процесса для накопления материала, обрабатываемого методами математической статистики. Недостатком таких моделей является их громоздкость и трудоемкость, а также сложность осмысления результатов.

При исследовании сложных систем используется имитационное моделирование на ЭВМ, которое синтезирует все виды моделирования и позволяет объединить имитацию исследуемого явления и планирование эксперимента. Имитационное моделирование представляет собой своеобразное экспериментирование с моделью реальной системы.

Заканчивая рассматривать методологические основы научного познания можно еще раз подчеркнуть следующее. Процесс познания идет от сбора, изучения и систематизации фактов, обобщения и раскрытия отдельных закономерностей к логически стройной системе знаний (теории), позволяющей объяснить неизвестные понятия и предсказать новые.

3. Классификация наук

Научные дисциплины [3, 4], образующие в своей совокупности систему наук в целом, весьма условно можно подразделить на 3 большие группы (подсистемы) - естественные, общественные и технические, различающиеся по своим предметам и методам. Резкой грани между этими подсистемами нет – ряд научных дисциплин занимает промежуточное положение. Так, например, на стыке технических и общественных наука находится техническая эстетика, между естественными и техническими наука – бионика, между естественными и общественными наука – экономическая география. Каждая из ука-

17

занных подсистем, в свою очередь, образует систему разнообразным способом координированных и субординированных предметными и методическими связями отдельных наук, что делает проблему их детальной классификации крайне сложной и полностью не решенной до сегодняшнего дня.

Наряду с традиционными исследованиями, проводимыми в рамках какой-либо одной отрасли науки, проблемный характер ориентации современной наука вызвал к жизни широкое развёртывание междисциплинарных и комплексных исследований, проводимых средствами нескольких различных научных дисциплин, конкретное сочетание которых определяется характером соответствующей проблемы. Примером этого является исследование проблем охраны природы, находящееся на перекрёстке технических наук, биологии, наук о Земле, медицины, экономики, математики и др. Такого рода проблемы, возникающие в связи с решением крупных хозяйств, и социальных задач, типичны для современной науки. По своей направленности, по непосредственному отношению к практике отдельные науки принято подразделять на фундаментальные и прикладные. Задачей фундаментальных наук является познание законов, управляющих поведением и взаимодействием базисных структур природы, общества и мышления.

Эти законы и структуры изучаются в «чистом виде», как таковые, безотносительно к их возможному использованию. Поэтому фундаментальные науки иногда называют «чистыми».

Непосредственная цель прикладных наука - применение результатов фундаментальных наука для решения не только познавательных, но и социально-практических проблем. Поэтому здесь критерием успеха служит не только достижение истины, но и мера удовлетворения социального заказа. На стыке прикладных наук и практики развивается особая область исследований - разработки, переводящие результаты прикладных наука в форму технологических процессов, конструкций, промышленных материалов и т.п.

Прикладные науки могут развиваться с преобладанием как теоретической, так и практической проблематики. Напри-

18

мер, в современной физике фундаментальную роль играют электродинамика и квантовая механика, приложение которых к познанию конкретных предметных областей образует различные отрасли теоретической прикладной физики – физику металлов, физику полупроводников и т.п. Дальнейшее приложение их результатов к практике порождает разнообразные практические прикладные науки - металловедение, полупроводниковую технологию и т.п., прямую связь которых с производством осуществляют соответствующие конкретные разработки. Все технические наука являются прикладными.

Как правило, фундаментальные науки опережают в своём развитии прикладные, создавая для них теоретический задел. В современной науке на долю прикладных приходится до 80…90% всех исследований и ассигнований. Одна из насущных проблем современной организации науки – установление прочных, планомерных взаимосвязей и сокращение сроков движения в рамках цикла «фундаментальные исследования – прикладные исследования – разработки – внедрение».

В Классификаторе направлений и специальностей высшего профессионального образования с перечнем магистерских программ (специализаций), разработанных научнометодическими советами – отделениями УМО по направлениям образования выделены: 1) естественные науки и математика (механика, физика, химия, биология, почвоведение, география, гидрометеорология, геология, экология и др.); 2) гуманитарные и социально-экономические науки (культурология, теология, филология, философия, лингвистика, журналистика, книговедение, история, политология, психология, социальная работа, социология, регионоведение, менеджмент, экономика, искусство, физическая культура, коммерция, агроэкономика, статистика, искусство, юриспруденция и др.); 3) технические науки (строительство, полиграфия, телекоммуникации, металлургия, горное дело, электроника и микроэлектроника, геодезия, радиотехника, архитектура и др.); сельскохозяйственные науки (агрономия, зоотехника, ветеринария, агроинженерия, лесное дело, рыболовство и др.).

19

ВНоменклатуре специальностей научных работников, утвержденной приказом Минобрнауки РФ М25.02.2009 N 59 «ОБ УТВЕРЖДЕНИИ НОМЕНКЛАТУРЫ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ НАУЧНЫХ РАБОТНИКОВ» указаны следующие отрасли науки: физико-математические, химические, биологические, технические, сельскохозяйственные, социально-экономические, философские, филологические, юридические, педагогические, медицинские, фармацевтические, ветеринарные, искусствоведение, гуманитарные, социологические, общественные, культурология и науки о земле. Каждая из названных групп наук может быть подвергнута дальнейшему дроблению.

Встатистических сборниках обычно выделяют следующие секторы науки: академический, отраслевой, вузовский и заводской.

Вопросы для повторения:

1.Дайте определение термина «наука».

2.Что лежит в основе любого научного исследования?

3.Охарактеризуйте термин «научная теория».

4.Поясните содержание термина «научное исследование».

5.Что является целью научного исследования?

6.Что представляет собой «методология» научного исследования?

7.Поясните содержание термина «гипотеза».

8.Приведите основные моменты классификации методов научного познания.

9.Поясните содержание термина «теория».

10.Назовите основные общенаучные методы познания.

11.Раскройте содержание методов моделирования.

12.Назовите основные специальности научных работников.

20