Методология научных исследований. Учебное пособие
.pdfЭксперимент связан с практическими действиями, в него включена система приборов самых разных видов:
усилители органов чувств (микроскопы, телескопы);
измерительные приборы (термометры, барометры);
приборы-детекторы, преобразователи, способные превращать не воспринимаемые органами чувств свойства в доступные.
В ходе эксперимента возможны случайные, порой негативные воздействия приборов на изучаемый объект. Здесь многое зависит от самого экспериментатора. Он должен принять меры, чтобы свести эти воздействия к минимуму. Но иногда такие воздействия вызываются умышленно, чтобы их лучше изучить и впоследствии избежать. В отличие от простого наблюдения, эксперимент означает активное вмешательство исследователя в структуру природных процессов. С помощью эксперимента можно точно определить связь причины и следствия, ускорять или замедлять процессы, которые в естественном состоянии протекают крайне медленно или очень быстро. Наблюдения в эксперименте способны привести к обнаружению сущностных моментов и новых закономерностей в исследуемых объектах.
Многообразные виды экспериментов можно классифицировать по разным основаниям.
По условиям проведения — естественные и искусственные. Естественный эксперимент проходит в природной или социальной среде в условиях существования объектов. Он используется в гуманитарных науках (первоначально ЕГЭ внедрялся в школах в качестве эксперимента), в биологии, в технических науках, когда технические устройства проходят испытание в производственных условиях.
Искусственный эксперимент требует специально созданной обстановки, чаще всего используется в науках о неживой природе, его обычно называют лабораторным. Таковы, например, эксперименты в квантовой физике.
По целям исследования — преобразующие, констатирующие, поисковые.
Поисковый эксперимент представляет начальную стадию экспериментирования, когда еще неизвестны все факторы исследования, он имеет предварительный характер. Преобразующий требует таких условий, которые позволят обнаружить новые свойства предмета. Констатирующий эксперимент должен подтвердить наличие или отсутствие обнаруженных свойств.
По предметной области — физические, химические, социальные, педагогические и т.п.
51
В современной науке все большее распространение получает мысленный эксперимент — система мыслительных процедур, проводимых над идеализированными объектами. Он представляет теоретическую модель реальных экспериментальных ситуаций.
Сравнение. Метод эмпирического уровня, суть которого — в сопоставлении предметов с целью обнаружить сходство или различие. Не случаен афоризм: «Все познается в сравнении». Данный метод требует соблюдения некоторых правил:
сравнивать следует только сопоставимые, соотносительные предметы или явления. Например, интеллектуальные особенности человека выявляются в сопоставлении с другими людьми, но не с животными и не с компьютером;
сравнение должно проходить по наиболее важным сторонам познания, существенным признакам, иначе можно впасть в заблуждение.
В науке сравнение обычно ориентируется на эталоны, изучаемый
предмет может иметь разную степень выраженности свойств. Выстраивается шкала с упорядоченной структурой и числовым рядом. Например, для определения твердости минералов в минералогии используется 10-балльная шкала, где твердость талька равна 1, а алмаза — 10 баллам. Но можно сравнивать предметы и при отсутствии эталонов. Например, один предмет краснее другого, но эталона красного нет.
Метод сравнения позволяет добиться некоторой точности там, где перевод эмпирического материала на язык математики невозможен и где нет четкой единицы измерения. Судить о значимости метода сравнения в научных исследованиях можно по факту образования научных дисциплин: сравнительной анатомии, сравнительной физиологии, эволюционной биологии и др.
Измерение. Метод эмпирического познания, который позволяет получить информацию с числовым, математическим значением. Изучаемый объект сопоставляется с известной величиной, принятой за эталон. Если метод сравнения связан с качественными свойствами объектов, то метод измерения связан с количественными параметрами.
Представление о соразмерности предметов были развиты еще в античности в пифагорейской школе.
Пифагорейцы считали, что все в мире имеет общую меру, дело только в том, чтобы найти ее. Действительно, для метода измерения обязательно наличие единицы измерения (метр, градус, килограмм и т.п.).
52
Правила и особенности метода измерения предусматриваются специальной наукой — метрологией. Ее основателем в России был Д.И. Менделеев, создавший в стране Главную палату мер и весов, которая провела большую работу по организации метрической системы.
Полученные результаты измерения не являются завершением исследования. Они нуждаются в интерпретации, т.е. осмыслении, оценке, выяснении приемлемости для теории. Метод измерения — не такая простая процедура, как это кажется. Так, в физике микромира измерение объективно ограничено, о чем говорит принцип неопределенности В. Гейзенберга.
Измерение — далеко не идеальный метод познания. Многое зависит от того, кто им пользуется, профессионализма исследователя, его эрудиции, а также совершенства измерительных приборов.
Моделирование. Метод научного познания, сущность которого состоит в воспроизведении свойств, структуры, функций изучаемого объекта на специально созданной модели. Модель оказывается заменителем объекта. Потребность в этом может быть вызвана разными причинами: слишком большие параметры при изучении, например, космических объектов, чрезвычайно малые размеры, как в микромире. В медицине модели используются из этических соображений. Модель удобна везде, где непосредственное познание оригинала ограничено.
Знание, полученное с помощью модели, не всегда достоверное, оно часто носит вероятностный характер. Модель лишь в какой-то степени сходна с оригиналом. С одной стороны, модель не копирует полностью оригинал, с другой — не должна полностью «отличаться». Различаются следующие виды моделей: вещественные, «живые» (животные), мысленные и компьютерные. Компьютерное моделирование используется как на эмпирическом, так и на практическом уровнях.
Описание. Изложение результатов наблюдения или эксперимента, где фиксируются полученные данные с помощью обозначений, принятых в науке. Может использоваться естественный язык или символы, графики, схемы, кинопленки и другие специальные средства. Описание упорядочивает эмпирический материал.
В прошлом описательные способы играли важную роль в науке. Вплоть до XVIII в. европейские ученые работали в стиле «естественной истории», составляя объемные тома описаний различных свойств веществ, растений, животных, показывая сходство и различие изученных объектов. В настоящее время описание постоянно совершенствуется за счет математических методов и применения компьютеров в научных исследованиях.
53
Вопросы для проверки знания
1.В чем сущность эмпирического уровня научного познания?
2.Чем отличается эксперимент от наблюдения?
3.Каковы особенности методов сравнения и измерения?
4.Какое значение в научных исследованиях имеет моделирование?
5.Что такое описание?
3.2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ: ОБЪЕКТ, ФОРМЫ, МЕТОДЫ
1. Объект теоретического уровня.
Для теоретического уровня научных исследований характерно преобладание рациональных моментов и логических операций разума. Данные эмпирического знания не устраняются, но они обобщаются и обрабатываются с помощью методов, принципов и средств теоретического уровня.
На эмпирическом уровне абстрагирование позволяет отделить существенные свойства от несущественных, которые в конкретной ситуации не имеют значения. Реальные признаки изучаемого предмета сохраняются, но не в полном объеме. Объект эмпирического уровня становится абстрактным. На уровне теоретического познания абстрагирование достигает вершины, объектом здесь являются идеализированные объекты, логические, математические конструкции или конструкты продуктивного воображения. Особенность идеализированных объектов в том, что они наделяются признаками, в действительности не существующими, — в реальности таких объектов просто нет. Но прообраз предметов они содержат: точка, прямая линия, абсолютно черное тело, идеальный газ, — все это примеры идеализированных объектов.
Известный отечественный философ В.С. Степин приводит такой пример взаимосвязи идеализированных объектов и реальности. Теоретические, идеализированные конструкты механики можно сопоставить с некоторыми фрагментами природы: материальные точки — с телами, размерами которых можно пренебречь при решении конкретных задач, силу — с определенными взаимодействиями тел, инерциальную систему отсчета — с реальными процессами движения. В результате теоретические конструкты предстают как описание объективных процессов природы.
В обыденной речи проблема понимается как преграда, трудность, вопрос. В научном исследовании проблема получает особый смысл. Научная проблема — одна из форм представленности научного знания
54
на теоретическом уровне. Не каждая научная проблема бывает сразу же представлена вопросом, и не всякое научное исследование начинается с выдвижения проблем. Но возникновение и решение проблем всегда сопровождает поиск, в появлении все новых и новых проблем заключается прогресс знания.
Вопрос, который нужно уловить в проблеме, должен принадлежать теоретическому контексту научной области, он должен быть поставлен самой наукой. Проблемы возникают тогда, когда в науке создается проблемная ситуация вследствие несоответствия понятий, законов и теорий новым объективно установленным фактам, или же обнаруживается противоречие между использованием прежних методов и новыми тенденциями развития теории.
Выявить проблемную ситуацию, показать ясно и точно трудности, мешающие продвижению научного знания, дано лишь очень крупным ученым с высоким интеллектуальным потенциалом. Примером можно считать постановку вопроса об изменении околоземного пространства под воздействием техносферы В.И. Вернадским. Он гениально предугадал силу такого воздействия, хотя в годы его творческой деятельности научно-технический прогресс только набирал силу.
В науке проблемы появляются, разрабатываются и вновь возобновляются. Одна и та же проблема, казалось бы, уже решенная, может возникнуть вновь, требуя более точного подхода. Нарастание проблем не свидетельствует о слабости научных исследований. Напротив, чем интенсивнее возникают противоречия и появляются новые проблемы, тем выше уровень научного познания.
Каждая проблема содержит вопрос, который не может быть решен с помощью известного алгоритма. Если же такой алгоритм существует, то речь идет не о проблеме, а о возникшей задаче. В отличие от задачи проблема для своего решения требует новаций, чем обеспечивается прирост научного знания.
Проблема выражается в вопрошающем суждении, которое основывается на истинных предпосылках, на надежно установленных фактах, принятых научным сообществом теоретических положениях. Адекватно сформулированная проблема отграничивает известное от неизвестного, отделяет знание от незнания. Проблема — система с открытой структурой, свободная для различных вариантов. В процессе ее разработки возможны различные трансформации: за намеченной, уже определенной проблемой может обнаружиться другая, и именно она потребует решения.
55
Разрешимость проблемы зависит от того, насколько органично она вписывается в общее направление исследовательского процесса. Проблема не должна быть слишком утопичной, должна быть хотя бы приблизительно понятной, иметь хотя бы некоторую степень выполнимости решения, включать методологию поиска и отвечать общему замыслу научных исследований.
Гипотеза. Когда проблема осознается, начинается энергичный поиск подходов, альтернатив, догадок, который ведет к появлению гипотез. Гипотеза — научное предположение, допущение, истинность которого еще не доказана, но является возможной или вероятной. Существует множество видов гипотез, среди них можно выделить основные:
1)объяснительная — попытка дать ответ на связь объясняющего и объясняемого, выдвинуть предположения о причинах, законах, генезисе проблемного объекта, объяснить обнаруженные факты. Такая гипотеза отвечает на вопрос: почему?;
2)интерпретационная — раскрывает смысл изучаемого объекта, отвечает на вопрос: что это?;
3)описательная — дает характеристику объекту. Чаще всего возникает на эмпирическом уровне и отвечает на вопрос: каков этот объект?;
4)экстраполяционная — распространение понятий или законов, свойственных одной области научных исследований, на другую область. Перенос информации из одной предметной области в другую чаще всего практикуется в моделировании и предполагает саму возможность существования объекта;
5)методологическая — направлена не на сам изучаемый объект, а на использованные методологические средства, и отвечает на вопрос: как это лучше изучать?
Практика научных исследований показывает: введение гипотезы приносит сразу же несколько положительных эффектов, имеет комплексное значение. Так, гипотетическое предположение Д.И Менделеева о периодическом законе химических элементов имело комплексное действие, объяснив свойства не только известных элементов, но и предполагаемых будущих.
Гипотеза имеет вероятностный смысл: ни заведомо ложные, ни заведомо истинные положения не могут считаться гипотезами. Структура гипотезы сложна, она включает основание — логические посылки, тщательно отобранные факты и логический вывод. При отсутствии основания вывод не может считаться гипотетическим. Например, учение философа античности Демокрита об атомах является гениальным предвидением, но не гипотетическим суждением, поскольку не содержит основания.
56
Гипотеза обосновывается ранее полученным истинным знанием, отсюда следует ее непротиворечивость: на основе истинного знания противоречия невозможны. В развитии научного знания прошлых веков было немало необоснованных предположений: учение алхимиков о возможности превращения металлов в золото, астрологов — о фатальной судьбе человека, ботаников — о строении растений из волокон.
Подтвержденная научная гипотеза — всегда скачок в неизвестное. Так, Эйнштейн гипотетически предположил, что световой луч изгибается в сильном поле тяготения и, следовательно, положение звезды будет казаться смещенным относительно ее истинного места при прохождении света вблизи солнца. Впоследствии группа наблюдателей за солнечным затмением обнаружила, что положение звезд действительно смещается на величину, близкую к предсказанной Эйнштейном.
Теория. Теория — это высшая форма научных исследований, всесторонне обоснованная, концептуально организованная система научных представлений. Используя теоретическое знание, человек не только ориентируется в явлениях природы, но может создавать то, что в природе не существует. Теория выполняет функции описания, объяснения, предсказания.
Как наиболее развитая форма организации научных знаний теория дает целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности. Теория представляет собой дедуктивную систему логически связанных утверждений, интерпретацией которых является идеализированный объект. Свойства и связи такого объекта описывают основные положения теории. В структуру теории входят понятия, принципы, законы. Они показывают высокий уровень объективности знания, независимого от субъективности и ограниченности исследователя. Являясь формой идеального освоения мира, теория опирается на нетеоретические формы знания.
Базисом для развития теории служат факты. Они — условие для научных дискуссий и обсуждений. Для ученого ссылка на факты — высший аргумент. В теории у фактов устойчивое положение. Их нельзя отбрасывать, игнорировать, теория выстраивается, возвышаясь над ними. При разработке теории могут по-иному формулироваться проблемы, выдвигаться различные гипотезы, но факты остаются неизменными и неоспоримыми. Однако абсолютизация фактов является ошибочной. На одном и том же фактическом материале может основываться целая совокупность теорий.
57
Через известные факты теория объясняет и предсказывает неизвестные: явления, свойства, эффекты. Подтверждение предсказанных теорией фактов доказывает ее истинность и плодотворность. Если возникает расхождение между теорией и фактами, появляется стремление к пересмотру отдельных теоретических положений и уточнению идеализированного объекта. В крайних случаях следует отказ ученых от старой теории и создание новой.
Методологическая классификация теорий имеет различные варианты. По адекватности отношения к действительности теории можно различать как феноменологические (они описывают реальность на уровне явлений, или феноменов) и нефеноменологические, или аналитические, которые пытаются раскрыть сущность явлений. Например, к первым относится геометрическая оптика, изучающая распространение и преломление света, но не выясняющая его природы. Ко вторым относятся волновая и электромагнитная теория, раскрывающая природу света как особого рода электромагнитных колебаний.
По точности прогнозирования теории различаются как (делятся на) детерминистские, дают(дающие) достоверные предсказания, и стохастические, дают(дающие) предсказания вероятностные. Многие явления в мире неопределенны и случайны, стохастические теории используются чаще в физике, биологии, а также в гуманитарных науках.
В развитии научных исследований теории принадлежит особое место. Создание теории — заветная мечта и главная цель каждого ученого. Теории оказываются основным «хранилищем» научного знания. Они выступают наиболее совершенной формой научного обоснования и регулирования предметно-практической деятельности.
2. Методы теоретического уровня.
Абстрагирование. Абстрагирование — акт интеллектуального отвлечения от одних свойств изучаемого предмета и мысленного выделения других свойств или какой-либо стороны, аспекта. Метод позволяет отойти от всего того, что мешает целенаправленному рассмотрению объекта, сконцентрировав внимание на его изучении в «чистом» виде. Необходимость в данном методе обусловлена тем, что мир многогранен, сложен, противоречив. Связи и отношения действительности не могут быть познаны одномоментно. Абстракции позволяют фиксировать общие свойства объектов.
В науке абстракции выражаются в общих понятиях. С помощью понятий высказываются суждения, делаются логические выводы, выражается суть законов, принципов, теорий.
58
Например, суждение «окружающий мир» в естествознании является результатом абстрагирования от особенностей микро-макро-мегамира. Абстрагирование способно превратить свойства, отвлеченные от предметов, в самостоятельные сущности, независимые от своих материальных носителей. Таковы, например, понятия энергия, радиоактивность, доброта и т.п., которые называются абстрактными предметами.
Особенно широко используется абстрагирование в математике. В классической математике употребляется абстракция актуальной бесконечности. Исследователь отвлекается от принципиальной невозможности конкретизировать каждый элемент бесконечного множества, принимает такую задачу все же за решенную и бесконечное множество рассматривает как конечное. Без абстрагирования невозможны акты мышления, процессы познания и коммуникации. Все познавательные приемы и методы (обобщение, описание, построение гипотез и теорий и т.п.) опираются на процесс абстрагирования.
С абстрагированием неразрывно связан метод идеализации. Идеализация. Метод мысленного создания, конструирования идеа-
лизированных объектов, которые отличаются от реальных предметов значительным упрощением, преувеличенным совершенством и невозможностью воспроизведения на практике. Но это не вымышленные образы, подобно мифологическим, сверхъестественным, фантазийным. Объекты идеализации — идеальные варианты реальных предметов.
Идеализированный объект возникает в результате различных мыслительных экспериментов. Он считается существующим в действительности на основе анализа закономерностей приближения к предельному случаю, на основе теоретических выводов по отождествлению идеальной модели и реального образца.
В научных исследованиях используются идеализированные допущения, они включаются в научную концепцию. Суть идеализированных допущений — изменить исследуемую ситуацию таким образом, чтобы обнаружить основные свойства предметов в идеализированном варианте. Имеется в виду то, что положение дел, фиксируемое в допущениях, существует в теории, но не в реальности. Однако именно идеализация, интеллектуальное исключение абсолютно всех воздействий на движущееся тело привело Галилея и Ньютона к открытию принципа инерции.
Другим примером идеализированного допущения может служить допущение Евклида о том, что любой отрезок прямой, самый большой или самый малый, с помощью циркуля и линейки может быть разделен пополам. Идеализированные допущения служат средством создания
59
теорий. Без геометрических идеализаций невозможно познать пространственные характеристики предметов. Эмпирическим путем нельзя сделать вывод о том, что сумма внутренних углов любого плоскостного треугольника равна 180 градусам. Без метода идеализации невозможны точные вычисления и точные науки.
Идеализированные объекты служат важным средством адекватного
иглубокого познания мира, необходимым условием динамики научных исследований. Абстрагирование и идеализация тесно связаны с методом формализации.
Формализация. Данный метод означает использование искусственного языка для представления знания какой-либо научной области. Когда в результате формализации высказывания об изучаемом объекте переводятся на специальный язык, достигается большая точность и строгость содержательных утверждений. Метод формализации включает создание схем, чертежей, графиков, таблиц, формул, уравнений, использование искусственных языков, особенно математического.
Формализационный подход получил распространение под влиянием успехов математической логики. Начало положил Д. Гильберт. Ему принадлежит идея представления математического знания как формализованной игры с символами, проходящей по определенным правилам. Математизация знания — специальный случай формализации. Она становится все более популярна в связи с широким распространением информации, внедрением цифровых технологий. Процесс формализации не требует выяснения истинности содержания. Проверка логической последовательности выводов превращается в чисто механическую процедуру
иможет быть передана компьютеру. Инженерно-технические знания во многом базируются на формализованных математических методах.
Аксиоматический метод. В основе метода используется идея аксиомы — исходного положения, принимаемого без доказательства. Научное знание, выстроенное аксиоматическим способом, представляет единую дедуктивную систему. В нем все содержание знания выводится из начальных положений — аксиом. Такой метод возник в античности, когда математик Евклид изложил свое учение, согласно которому все содержание теории выводится из начальных положений — аксиом и постулатов. Его методологический подход не одно столетие считался образцовым.
Долгое время аксиомы трактовались в качестве самоочевидных истин, достаточных для выведения других истинных положений. Более того, считалось, что эти истины не должны зависеть от опыта, так как попытка опытного обоснования могла нарушить их самоочевидность.
60