Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы научных исследований. Учебное пособие для обучающихся по направлению подготовки 09.04.01 Информатика и вычислительная техника
.pdf
вающихся на определённых инструментах, методах и технологиях. Все эти компоненты
предопределяют процесс создания программных продуктов. Разработка сопровождается
проектами, выполняемыми персоналом.
Чтобы деятельность ученого (исследователя) дала положительный результат, необходимо посвятить время планированию, то есть составить правильный алгоритм проведения изыскания.
План научной работы упростит сбор и анализ необходимых литературных источников, проведение экспериментов и поможет сэкономить время на написание научной
работы.
План состоит из нескольких основных частей — введение, основная часть, заключение, подробный библиографический список, наглядные материалы (зависит от темы ВКР).
Алгоритм планирования охватывает следующие вопросы:
• выбор темы;
• изучение материалов, посвященных конкретной проблеме;
• определение цели, объекта и предмета исследования;
• выбор методов, определяющих эффективный способ достижения результата.
Составляя примерный план работы, автор выдвигает собственную научно-техническую гипотезу, которую необходимо проверить в процессе проведения изысканий. С этой
целью необходимо разбить работу на теоретическую и практическую части, действуя по
схеме, представленной на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Схема предварительного плана работ
Структура и общие требования к плану
Оформление монографии, статьи, диссертации требует соблюдения определённых
стандартов. После того как была сформулирована цель и задачи исследования, необходимо составить план, которого нужно придерживаться при написании текста. План включает несколько составляющих:
• Введение. Содержит описание объекта и предмета с акцентом на актуальность темы.
Обязательно упоминаются методы исследования, которые использует автор.
• Анализ литературных источников, цель — изучение существующих на сегодня гипотез, научных теорий, решений, разработок. Чем шире список использованной литературы, тем более глубокие знания темы демонстрирует автор.
• Вступительная часть. Как правило, посвящается рассмотрению существующих на
сегодня концепций и утверждений, касающихся актуальной проблемы или вопроса. На
их основании соискатель, исследователь (учёный) выдвигает собственные теории, нуждающиеся в доказательстве.
• Основная часть исследования представляет теоретическую базу, на основе которой
автор проводит практические изыскания и опыты.
• Заключение, в котором автор знакомит сообщество с полученными результатами
и выводами о проделанной работе и возможности её дальнейшего развития.
• Составление библиографического списка в соответствии с требованиями
ГОСТ Р 7.0.100–2018 Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие
требования и правила составления.
• Подготовка наглядного материала (схем, таблиц, графиков).
31
В зависимости от вида исследования в план может быть включено получение апро-
бации или оформление результатов внедрения, которые должны быть опубликованы.
Примеры плана проведения исследования
В соответствии с существующими стандартами, требованиями ГОСТ и утвержденной структурой план работы (реферата) магистранта может быть составлен по следующему образцу:
– написание введения;
– написание основной части;
– написание заключения;
– составление списка использованных источников (научной литературы);
– разработка приложений при необходимости (т. е. в случае, если информация, представленная в приложениях, позволяет значительно лучше раскрыть представленную в ВКР
тему).
В рамках системного подхода процесс проведения исследования можно представить
в виде схемы (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Схема последовательности выполнения работ [21]
Практика проведения научных исследований свидетельствует о том, что для точного определения свойств объекта необходимо проводить натурный эксперимент, т.е. иссле-
довать свойства и поведение исследуемого объекта в заданных условиях. Однако во многих случаях натурный эксперимент может быть нецелесообразным, например, ввиду
высокой стоимости. В таких условиях можно использовать моделирование, т.е. замещение одного (реального) объекта другим с целью получения достоверной информации о важнейших свойствах исследуемой системы. При этом стоит отметить, что модель создаётся
для конкретной цели, а следовательно, является уникальной.
32
Таким образом, моделирование — процесс создания или отыскания в природе объекта, который способен заменить исследуемый. Модель может быть материальным объектом (системой) той же или иной природы по отношению к изучаемому объекту (системе)
или мысленным объектом, воспроизводящим оригинал логическими построениями или
математическими формулами и компьютерными программами.
Разработку и исследование моделей можно облегчить путем объединения различных
моделей, обладающих схожими чертами, в классы.
При этом отдельное внимание необходимо уделять полноте моделирования — предоставлению необходимой для достижения поставленной цели информации об исследуемой системе (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Моделирование по полноте представленной информации [22]
Признаков классификации, по которым делят модели, много. Так, например, по характеру моделируемой стороны объекта выделяют функциональные (кибернетические)
модели, структурные и информационные. По характеру процессов, протекающих в объекте, различают модели детерминированные, стохастические, статические, динамические,
дискретные и пр. По способу реализации модели принято делить на абстрактные (идеальные) и физические (реальные).
Как видно из рис. 3.4, моделирование может быть полным, неполным и приближенным. В первом случае наблюдается временное и пространственное соответствие модели
изучаемому объекту, во втором данная идентичность не соблюдается. В процессе прибли-
женного моделирования ряд сторон фактически существующего объекта не моделируется.
В ситуации, когда случайные воздействия на систему или внутри неё не предусмотрены, исследователь может применить детерминированное моделирование. В противном
случае при наличии вероятностных процессов и событий используется стохастическое мо-
делирование. Статистическое моделирование позволяет описать систему в конкретный
момент времени, т.е. одно её конкретное состояние. Динамическое моделирование применяется для изучения состояний системы во времени: в этом случае исследователь использует такие виды моделей, как дискретные, аналоговые и смешанные.
Если условий для разработки модели нет или реализовать её в конкретном временном интервале не представляется возможным, учёный мысленно моделирует реальную си-
стему. Реализация данного моделирования происходит в виде наглядных моделей, которые разработаны на основе представлений ученого о фактически существующих системах
при применении гипотетического моделирования (с учётом гипотезы о существующих за-
33
кономерностях), или аналогового моделирования на основе аналогий или в виде макетирования. Также мысленное моделирование систем может быть реализовано в виде символических моделей — логических объектов, замещающих фактически существующий
объект и демонстрирующих его важнейшие свойства. Для создания таких логических
объектов используются языковое и знаковое моделирование — т.е. система знаков и символов.
Применяется и математическое моделирование, подразделяющееся на несколько раз-
новидностей — структурное, информационное, имитационное, аналитическое. Математическое моделирование представляет собой установку соответствия фактически существующему объекту определенного математического объекта или модели. Данный научный подход упрощает построение моделей для того, чтобы появилась возможность
спрогнозировать вероятное поведение системы, сделать научный прогноз более точным
и обоснованным.
В процессе аналитического моделирования моделируется исключительно функциональный компонент системы. При имитационном моделировании задача исследователя —
воспроизвести алгоритм работы системы во времени. Имитировать необходимо простейшие явления, составляющие основу процесса, и одновременно обеспечить сохранность
их логической структуры, последовательного функционирования. В результате по исходным данным исследователь получает информацию о том, в каком состоянии находится
процесс в различные промежутки времени. Это позволяет проанализировать характеристики системы.
Имитационное моделирование используется для того, чтобы найти оптимальный вариант проведения строительных работ, не начиная фактические эксперименты на реально существующем объекте. Благодаря модели можно отследить ход реально протекающего процесса в то или иное время, производя необходимые измерения. Роль такой модели
обычно выполняет сетевая модель с описанием строительного объекта, средств его возведения и процесса проведения строительных работ. Благодаря имитационным моделям
проектировщик получает возможность рассчитать минимальное и максимальное время,
которое будет затрачено на строительные работы, а также срок начала, завершения строительных работ, их длительность, среднегодовую и годовую выработку на одну единицу
трудового ресурса, размер капиталовложений, экономический эффект и пр.
Информационное моделирование относится к изучению моделей, где нет подобия физических процессов фактическим процессам, которые протекают в реальных объектах.
Основой структурного моделирования выступают особенности структур. Данный под-
ход позволяет изучить систему или создать на основе особенностей структур подходы
к моделированию с использованием кибернетических, теоретико-множественных и других методов формализованного представления систем. Объектно-ориентированное моделирование, по сути, является логическим развитием структурного.
При абстрактном моделировании получается модель, которая отражает только общие
характеристики моделируемой системы, как правило, качественные. Такие модели являются первым шагом в изучении явления или системы и чаще всего используются в гуманитарных науках.
При реальном моделировании исследование характеристик изучаемой системы происходит на реальном объекте целиком либо на его части. Также принято выделять реаль-
ное натурное моделирование (проведение исследования на реальном объекте) и физическое
(исследование проводится в установках, которые сохраняют природу явлений и обладают
физическим подобием в режиме реального времени или в модельном времени).
Взаимосвязь видов моделирования и моделей представлена на рис. 3.5.
К моделям при их создании предъявляются следующие требования. Модель должна
быть:
1) актуальной, т.е. нацеленной на решение поставленных в ВКР задач;
34
Рис. 3.5. Взаимосвязь различных классов моделей [22]
2) результативной, т.е. полученные результаты моделирования могут найти успешное применение (данное требование может быть реализовано только в случае правильной
формулировки требуемого результата (цели));
3) достоверной, т.е. результаты моделирования не должны вызывать сомнения (данное требование тесно связано с понятием адекватности — если модель неадекватна, то она
не может давать достоверных результатов);
4) экономичной, т.е. эффект от использования результатов моделирования превышает расходы ресурсов на её создание и исследование.
Вопросы для самоконтроля
1. Средства систематизации результатов.
2. Поисковый этап исследовательской работы с применением ИКТ.
3. Критический анализ информации. Адекватность и достоверность информации.
4. Реферативные базы данных.
5. Методы и методики проведения экспериментальных работ.
6. Предварительный план работ по проведению научного исследования.
7. Планирование натурных исследований.
8. Виды моделирования.
9. Средства построения моделей.
Контрольное задание № 2
В рамках контрольного задания необходимо определить план работы над основной
частью ВКР, в частности, определить вид эксперимента и подобрать правильную модель
для исследования, а также выбрать подход к систематизации результатов исследований.
35
Глава посвящена рассмотрению проблемы, работа над которой ведется в ВКР, с позиций системного анализа. Представлена информация об организации процесса проведения эксперимента, а также о подходах к обработке информации, полученной по итогам.
Приведен пример системной схемы решения профессиональной задачи.
Для закрепления полученных знаний в конце главы представлено контрольное задание и вопросы для самоконтроля.
Проблема (от греч. problema, «задача») — сложный теоретический или практический
вопрос, который необходимо решить, изучить. Также проблемой может быть противоречивость, возникшая вследствие противоположных положений при объяснении объектов,
процессов и явлений, нуждающаяся в рациональной теории для решения.
Проблемная ситуация — некий разрыв в деятельности, отсутствие согласованности
между целями и возможностями субъекта или условия, которые привели к возникновению проблемы. Условия возникновения проблемы — объективно существующие противоречия между определенными действиями. Возможной причиной выступает отсутствие
понимания того, как их решить. Противоречия могут возникать между необходимостью в
новых знаниях и их отсутствием.
Разберем возможные варианты проблемных ситуаций.
• Результаты действий не позволили добиться поставленных целей;
• Методы решения, которые были разработаны в прошлом, имеют теоретическое
обоснование и много раз проверены на практике, по какой-либо причине невозможно использовать или они не позволяют достичь поставленных целей.
• Практика обнаружила факты, которые противоречат теоретическим представлениям, имеющимся на данный момент.
• Определенная частная теория противоречит общей теории или другим сферам жизни в рамках конкретной области знаний.
Можно разграничить проблемы по степени формализации. Например:
• неструктурированные проблемы, имеющие интуитивное, качественное описание,
основанное на опыте;
• слабоструктурированные проблемы, имеющие качественное и количественное опи-
сание. Для их решения можно использовать системный подход;
• структурированные проблемы, для решения которых необходимо использовать ме-
тоды исследования операций.
Проблемы делятся на несколько видов по характеру их проявления — уникальные, но-
вые, аналогичные и те, которые повторяются несколько раз.
По степени привязанности есть автономные и неавтономные проблемы.
Общая классификация проблем делит их на три основных вида:
• Оперативные проблемы. Это структурированные проблемы, которые нуждаются в
решении в целях предотвращения, устранения или компенсации последствий. Данные последствия нарушают фактическую деятельность системы. Для их решения нужно провести количественную оценку, иметь альтернативный набор действий, которые отработаны
на практике;
36
• Проблемы развития и улучшения систем. Решение таких проблем позволит сделать
работу системы эффективнее и продуктивнее. Решение требует изменения характеристик
объекта управления или системы управления объектом, внедрения в процесс новых идей.
Это слабоструктурированные проблемы, и их решение выступает объектом исследования
системного анализа и синтеза;
• Инновационные проблемы. Это слабоструктурированные или неструктурированные
проблемы, решение которых требует новых идей или внедрения новых процессов. Их решение имеет отношение к созданию новых идей, к использованию эвристических методов на основе опытно-интуитивных способов.
Системный подход решения проблемы заключается в следующем: разработка обоснованного решения и его внедрения аналогично работе системы; к таким процессам относятся изучение структуры, целей и сути объекта, поиск способов достижения целей, поиск вариантов решения для достижения целей, выбор решения подпроблемы и всей
проблемы.
Системный подход дает такое определение проблемы: это ситуация, в которой наблюдается различие между желаемым и имеющимся исходом. Имеющийся исход представляется фактической системой, желаемый исход — предлагаемой или гипотетической
системой. Проблема представляет собой разницу между фактической и желаемой системой.
Условие проблемы — имеющаяся известная система, требование — желаемая система.
Решение проблемы — это объект конструирования или система, которая устраняет
промежуток между имеющейся и желаемой системами.
Результаты применения системного анализа зависят от опыта и навыков ученого, поэтому их нельзя назвать точными и надежными, ведь такой анализ основывается на неформализованных методах наподобие эвристических. В то же время системный анализ —
методология решения различных проблем с использованием системного подхода.
Решение проблем осуществляется через такие этапы системного анализа и синтеза,
как:
• формулировка проблемы;
• формулировка цели;
• определение условий решения проблемы;
• структуризация проблемной ситуации;
• систематизация способов достижения цели;
• поиск альтернативных способов решения проблемной ситуации;
• принятие решений;
• выполнение решений.
Формулировка проблемы позволяет определиться с последующим направлением действий. Она представляет собой задание на подготовку решения проблемной ситуации. Результаты данного этапа рассматриваются уполномоченным лицом, ответственным за решение проблемы.
Формулировка цели и условий решения проблемы позволяет определиться с корректным способом решения проблемной ситуации, а также сравнить различные варианты достижения поставленной цели.
Структуризация проблемной ситуации и систематизация способов достижения целей представляют собой поиск подпроблем различных уровней, их взаимосвязей с учётом
особенностей системного подхода. Последовательная детализация проводится до того момента, когда их последующая конкретизация ознаменует переход к совершению действия,
которое реализует решение подпроблем низшего ранга. На этом этапе проводится поиск
вероятных решений подпроблем и их взаимосвязей.
Поиск и выбор альтернативных способов решения проблем завершается созданием
проекта для решения поставленной проблемы.
37
Принятие решений и их реализация состоят из создания проекта, его согласования
и утверждения, а также анализа представленных способов решения проблемы, различных
уточнений.
Разработка идей — особенность системного анализа и синтеза инновационных
проблем.
Также системный анализ инновационных проблем отличается отсевом используемых идей.
Этапы системного анализа инновационных проблем включают изучение поставленной проблемы, продумывание идей и их отсев, планирование действий, конкретизацию
поставленных целей и условий решения проблемной ситуации, поиск путей достижения
целей, их систематизацию, выбор конкретного решения и его принятие, реализацию решения.
Изучение проблемы представляет собой установку факта существования проблемы, её
актуальности, сложности. Важное значение имеет изучение инновационной проблемы,
поскольку её решение связано с нововведениями.
Выработка идеи — сложный этап, который требует изучения сути идеи, формы и ци-
клов её проявления, требований системного представления идеи.
Отсев идей имеет отношение к критериям выбора, которые позволяют понять, пло-
дотворна ли идея, будет ли она работать, действительно ли это наилучший вариант.
Формулировка проблемы представляет собой цель и этапы постановки проблемной ситуации. Цель постановки проблемы представляет собой выражение сущности проблемы
в терминах, которые известны на данный момент.
Одним из инструментов научного познания является системный подход к решению
проблем. В рамках этого подхода исследователь сначала рассматривает интересующий его
объект как систему, состоящую из ряда элементов, а затем — как элемент некоторой большей системы. Анализируя взаимодействие элементов исследуемого объекта и включающей его системы и определенным образом осмысливая получаемые данные, исследователь выявляет имеющиеся проблемы. Далее он предлагает возможные альтернативы
решения проблемы, оценивает их и выбирает лучшую.
Основные этапы системного подхода
Системный подход к решению проблем можно представить последовательностью
шагов, сгруппированных в трех стадиях: подготовки, выявления проблемы и её решения
(рис. 4.1).
Рис. 4.1. Содержание системного подхода к решению проблем
38
Формула для решения задачи профессиональной деятельности имеет вид:
ПP
=∞
t
∑
t
,
з
0
=
=
где П — профессиональная деятельность; Рз — решения профессиональных задач.
В формуле суммирование проводится по времени: t = 0 — начало человеческой деятельности (начало профессиональной деятельности отдельного индивида), а t = ∞ означает бесконечность деятельности за все время существования человечества (завершение
профессиональной деятельности).
Процесс решения профессиональных задач представляет собой действия специалиста. При организации действий в систему качество, скорость и эффективность решения
проблемы увеличиваются.
К самой продуктивной системе решения профессиональной проблемы относится
ситуация, когда цель совокупности действий специалиста становится главным системообразующим фактором. Цель представляет собой предполагаемый результат действий, который конкретизирован указанием на средство достижения цели. Анализ актуальности
проблемы — основа для формулировки цели (рис. 4.2).
Нельзя выдавать за результат средство его достижения, поскольку это ошибка при
постановке цели.
Затем проводится анализ исходных данных и возможных решений проблем, которые
схожи с изучаемой проблемой. Анализ необходим для вывода формулировок элементов
понятийного аппарата исследований, для формулировки тех задач, решение которых позволит достичь поставленной цели. После решения задач следует удостовериться в достижении цели.
Рис. 4.2. Системная схема решения профессиональной задачи [22]
39
На основании рис. 4.2 можно сделать вывод, что системный подход применительно
к профессиональной деятельности требует наличия специализированных знаний и умений анализа объектов, относящихся к этой деятельности. Ниже представлен пример решения задачи анализа магистерской ВКР по направлению подготовки 09.04.01.
Задача 1.
Определить, можно ли заданную магистерскую ВКР считать системой действий.
Порядок решения:
1. Установить элементы, составляющие структуру диссертационной работы (методи-
ки, результаты).
2. Определить взаимосвязь данных элементов.
3. Определить, расположены ли эти элементы в тексте работы в соответствии с их
связями с другими элементами.
4. Найти элементы без системных связей.
5. Составить системную схему работы.
6. Сделать вывод по результату решения задачи.
Пример решения задачи:
Для анализа выбрана магистерская диссертация (выпускная квалификационная работа) на тему «Автоматизация расчёта стоимости перевозок грузов для строительных объектов».
Решение
I. Выделяем элементы, из которых состоит выбранная магистерская диссертация.
1. Актуальность.
2. Цель.
3. Задачи работы.
4. Анализ теории и практики организации расчёта стоимости перевозок.
5. Анализ существующих на рынке программных продуктов расчёта стоимости пере-
возок.
6. Обоснование выбора программного продукта для реализации автоматизирован-
ной системы расчёта стоимости перевозок.
7. Разработка проекта автоматизированной системы расчёта стоимости перевозок.
8. Рекомендации по дальнейшему совершенствованию системы.
9. Общие выводы.
II. Устанавливаем связи между выявленными элементами работы.
1. Сметы используются во всей строительной отрасли. Автоматизация расчётов смет
в эпоху становления информационного общества активно используется участниками строительства. Таким образом, актуальность работы обосновывается переходом строительной
отрасли в информационное пространство, включающее в себя автоматизацию расчётов.
2. Из идеи перехода строительной отрасли в информационное пространство вытекает цель работы — повышение качества расчёта стоимости перевозок грузов путём разработки автоматизированной системы для их расчёта. Цель обусловлена актуальностью работы, связь между этими элементами имеется.
3. Анализ теории и практики организации расчёта стоимости перевозок. Назначение
анализа явно связано с целью. Рассмотрены различные классификации грузов и методические рекомендации по определению цен услуг перевозки грузов для строительства. На
основе проведенного анализа сделан вывод, что вопросам расчёта стоимости перевозок
посвящено достаточно много работ, однако, как правило, в большинстве из этих работ
рассматриваются только вопросы расчёта стоимости перевозок и не освещены возможности составления готовых документов или же просто проблемы при реализации грузовых
автомобильных перевозок.
Анализ существующих на рынке программных продуктов расчёта стоимости пере-
возок. Назначение анализа явно связано с целью. Проведено рассмотрение различных
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]