Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы научных исследований. Учебное пособие-3
.pdf
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
(СибГУТИ)
Н.И. Горлов
В.М. Деревяшкин
И.Б. Елистратова
ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Учебное пособие
Новосибирск
2019
УДК 001.891 (1-87)
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ
Рецензенты: проф., д.т.н. Майстренко В.А., доц. к.т.н. Резван И.И.
Горлов Н.И., Деревяшкин В.М., Елистратова И.Б. Основы научных
исследований : Учебное пособие / Сиб. гос. ун-т телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2019. – 121 с.
Показаны роль науки в современном обществе, различные методы науч-
ных исследований, подготовка научных и научно- педагогических кадров в
России. Много внимания уделено вопросам организации научных исследований, выбора и обоснования темы исследования, подготовки и оформления
научных и учебных материалов.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлени-
ям подготовки 11.04.01 Радиотехника, 11.04.02. Инфокоммуникационные техно-
логии и системы связи, 11.04.03. Конструирование и технология радиоэлектронных средств квалификации (степени) «магистр».
Кафедра линии связи
В авторской редакции
© Горлов Н.И., Деревяшкин В.М.,
Елистратова И.Б., 2019
© Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики, 2019
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................. 5
1 НАУКА И ЕЕ РОЛЬ В СОВРЕМЕННОМ ОБЩЕСТВЕ .................................................................. 6
1.1 Определение науки ......................................................................................................................... 6
1.2 Классификация наук ...................................................................................................................... 7
1.3 Закономерностей развития науки ............................................................................................... 10
1.4 История развития науки ............................................................................................................... 12
Вопросы для самоконтроля ............................................................................................................... 15
2 ОРГАНИЗАЦИЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ .............................................. 16
2.1 Управление в сфере науки .......................................................................................................... 16
2.2 Законодательная основа управления и планирования научных исследований ...................... 20
2.3 Ученые степени и ученые звания ................................................................................................ 24
2.4 Подготовка научных и научно-педагогических кадров ............................................................ 26
2.5 Научно-исследовательская работа студентов ............................................................................ 29
Вопросы для самоконтроля ............................................................................................................... 32
3 ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ .................... 33
3.1 Выбор направления научного исследования ............................................................................. 33
3.2 Квалификационные требования к магистерской диссертации ................................................ 34
3.3 Выбор темы магистерской диссертации .................................................................................... 36
3.4 Руководство магистерской диссертацией .................................................................................. 37
3.5 Этапы работы над темой магистерской диссертацией ............................................................. 39
3.6 Планирование научно-исследовательской работы .................................................................... 39
Вопросы для самоконтроля ............................................................................................................... 43
4 СБОР И ОБРАБОТКА НАУЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ .................................................................... 44
4.1 Основные источники научной информации .............................................................................. 44
4.2 Библиотечно-библиографическая классификации .................................................................... 47
4.3 Государственный Рубрикатор Научно-Технической Информации ......................................... 47
4.4 Научно-техническая патентная информация ............................................................................. 48
4.5 Работа с научной литературой .................................................................................................... 50
Вопросы для самоконтроля ............................................................................................................... 53
5 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ....................................... 54
5.1 Цель и задачи теоретических исследований .............................................................................. 54
5.2 Математические методы исследования ...................................................................................... 55
5.3 Аналитические методы исследования ........................................................................................ 56
5.4 Вероятностно-статистические методы исследования ............................................................... 57
5.5 Общие сведения об экспериментальных исследованиях .......................................................... 58
5.6 Метрология в экспериментальных исследованиях ................................................................... 61
5.7 Организация рабочего места экспериментатора ....................................................................... 63
5.8 Влияние различных факторов на ход и качество эксперимента .............................................. 64
Вопросы для самоконтроля ............................................................................................................... 66
6 МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ................................................. 67
6.1 Графическое представление экспериментальных данных ....................................................... 67
6.2 Аппроксимация экспериментальных данных ......................................................................... 68
6.3 Применение регрессионного анализа для обработки экспериментальных данных............... 69
6.4 Применение дисперсионного анализа для проверки статистической однородности ряда
экспериментов ..................................................................................................................................... 73
6.5 Проверка выборки на ее соответствие нормальному закону .................................................. 78
6.6 Методы исключения анормальных результатов эксперимента ............................................... 82
6.7 Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) ...................................................................................... 85
6.8 Основы алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ) ................................................. 87
Вопросы для самоконтроля ............................................................................................................... 90
4
7 ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНОЙ РАБОТЫ ............................................................... 91
7.1 Отчет о результатах НИР ............................................................................................................. 91
7.2 Статья, доклад и тезисы доклада ................................................................................................ 93
7.3 Заявка на патент ............................................................................................................................ 97
7.4 Магистерская диссертация ........................................................................................................ 102
7.5 Порядок защиты магистерской диссертации ........................................................................... 106
Вопросы для самоконтроля ............................................................................................................. 112
Приложение А ..................................................................................................................................... 116
Приложение Б ...................................................................................................................................... 117
Приложение В ..................................................................................................................................... 119
5
ВВЕДЕНИЕ
Успехи в развитии любой страны зависят от уровня технического прогресса, достигнутого на данном этапе ее развития. Целью же технического
прогресса является повышение производительности труда и эффективности
использования материалов, машин и технологий. Уровень технического прогресса напрямую зависит от научных достижений и их реализации в сфере
производства. Поэтому именно наука является двигателем научно- технического прогресса, а ее проводником в жизнь являются ученые, магистры и инженеры самых различных специальностей. Нет такой области техники, которая не имела бы в своей основе достижений науки. Наше время характеризуется тем, что наука превратилась в непосредственную производительную силу и играет основную роль в решении практических задач.
В этой связи подготовка будущих магистров должна включать не только
изучение основ техники и технологии, но и методологии проведения научноисследовательских и опытно-конструкторских работ. Научные исследования
являются первым этапом на длинном пути создания той или иной системы и
разработки новой технологии. Поэтому каждый магистр должен знать и понимать специфику научной деятельности и быть способным применить свои
знания, умения и навыки при решении конкретных задач, вызванных особенностями будущей работы. Важным звеном в подготовке к этой работе является изучение дисциплины «Основы научных исследований», которая включена
в учебные планы магистерской и аспирантской подготовки.
Цель дисциплины – сообщение студентам знаний о роли науки в развитии
народного хозяйства страны, организации и методике выполнения научноисследовательских работ, а также применяемой экспериментальной техники
для решения конкретных задач в области телекоммуникаций.
Задачи дисциплины:
Выработка у студентов представлений о научном подходе к решению
конкретных задач и оценке их актуальности для народного хозяйства.
Приобретение навыков в подготовке и проведении эксперимента, обработке и обобщении его результатов.
Ознакомление студентов с требованиями к оформлению результатов
исследований в виде научно-технического отчета, публикации, магистерской диссертации.
6
1 Наука и ее роль в современном обществе
1.1. Определение науки
На сегодня нет однозначного определения науки. В различных научнотехнических, литературных источниках их насчитывается более ста. Рассмотрим только выборочно некоторые определения термина «наука» [1]:
1. Наука – это система знаний о природе, обществе, мышлении, об объек-
тивных законах их развития.
2. Наука – это сфера человеческой деятельности, направленная на получе-
ние новых знаний о природе, обществе и мышлении.
3. Наука – это сфера исследовательской деятельности людей, системати-
зации объективных данных о реальном мире, а также открытии и выработке новых.
4. Наука – это непрерывно развивающаяся система знаний объективных
законов природы, общества и мышления, которая сохраняется и развивается
усилиями ученых.
5. Наука – это сфера человеческой деятельности, функция которой накоп-
ление и обработка объективных знаний о действительности, включающая в себя как деятельность по получению нового знания, так и сумму знаний, лежащих в основе научной картины мира.
Во всех этих определениях понятие «наука» имеет несколько основных
значений [1]. Во-первых, под наукой понимается сфера человеческой деятельности, направленной на выработку и систематизацию новых знаний о природе,
обществе, мышлении и познании окружающего мира. Во втором значении
наука выступает как результат этой деятельности – система полученных научных знаний. В-третьих, наука понимается как одна из форм общественного сознания, социальный институт. В последнем значении она представляет собой систему взаимосвязей между научными организациями и членами научного общества.
Эти значения определяют три основные концепции науки [1]: наука как
знание, наука как деятельность, наука как социальный институт. Современная
наука представляет собой органическое единство этих трех концепций.
Непосредственные цели науки – описание, объяснение и предсказание
процессов и явлений реальной действительности, составляющих предмет ее
изучения на основе открываемых ею законов.
Задачи науки [2]:
собирание, описание, анализ, обобщение и объяснение фактов;
обнаружение законов движения природы, общества, мышления ипо-
знания;
систематизация полученных знаний; объяснение сущности явлений и
процессов;
прогнозирование событий, явлений и процессов;
установление направлений и форм практического использования полу-
ченных знаний.
7
Функции науки [3]:
Производительная функция призвана для внедрения в производство нововведений, инноваций, новых технологий, форм организации и т.д. В связи с
этим говорят и пишут о превращении науки в непосредственную производительную силу современного общества, о науке как особом «цехе» производства,
а ученых относит к производительным работникам.
Познавательная функция задана самой сутью науки, главное назначение
которой познание природы, общества и мышления, то есть производство нового
научного знания.
Мировоззренческая функция определяет разработку научного мировоззрения и научной картины реального мира, исследование рационалистических
аспектов отношения человека к миру, обоснование научного миропонимания.
Образовательная функция заключается в том, что наука является заметным фактором культурного развития людей и образования. Ее достижения заметно воздействуют на весь учебно-воспитательный процесс, на содержание
образовательных программ, учебных планов, учебников, на технологию, формы
и методы обучения, в том числе и магистров.
Прогностическая функция – одна из важнейших функций науки. Ее
ценность в том, в какой мере она может предугадать будущие события. На
предвидении фактически основывается вся практика человека. Включаясь в исследовательскую деятельность, человек прогнозирует (предвидит) получение
некоторых вполне определенных результатов. Так, например, Д.И. Менделеев
на основе открытого им периодического закона предсказал существование нескольких химических элементов, которые в то время не были известны.
Науку сегодня можно рассматривать и как систему, состоящую: из тео-
рии; методологии, методики и техники исследований; практики внедрения полученных результатов.
Если науку рассматривать с точки зрения взаимодействия субъекта и объ-
екта познания, то она включает в себя следующие элементы [2]:
1) объект (предмет) – то, что изучает конкретная наука, на что направлено
научное познание;
2) субъект – это конкретный исследователь (студент, научный работник,
аспирант, магистрант, организация);
3) научная деятельность субъектов, применяющих определенные приемы,
операции, методы для постижения объективной истины и обнаружения закономерностей в реальной действительности.
1.2 Классификация наук
Современная наука раздроблена на необозримое множество конкретных
наук. Чтобы ориентироваться в этом «океане» наук, ученые разрабатывают их
классификацию.
Наибольшую известность получила классификация наук, данная
Ф.Энгельсом. Исходя из развития движущейся материи от низшего к высшему,
он расположил науки естественным образом в единый ряд: математика, меха-
8
ника, физика, химия, биология, социальные науки.
В настоящее время в зависимости от сферы, предмета и метода познания
различают науки:
природо–естественные;
об обществе – гуманитарные и социальные;
мышлении и познании – логика, гносеология, эпистемология и др.
В Классификаторе направлений и специальностей высшего профессио-
нального образования с перечнем магистерских программ выделены гуманитарные и социально-экономические науки, естественные и технические науки
(рисунок 1.1).
Рисунок 1.1-Классификация направлений и
специальностей
высшего профессионального образования
Технические науки являются системой знаний о целенаправленном преобразовании природных объектов и процессов в технические, о методах конструкторской деятельности, а также о способах функционирования тех или
иных технических объектов и систем.
В Номенклатуре специальностей научных работников, утвержденной
Министерством образования и науки РФ 25 февраля 2009 г., указаны следующие отрасли науки [1]: физико-математические, химические, биологические,
геолого-минералогические, технические, сельскохозяйственные, исторические,
экономические, философские, филологические, географические, юридические,
педагогические, медицинские, фармацевтические, ветеринарные, искусствоведение, архитектура, психологические, социологические, политические, культу-
9
рология и науки о земле.
Существуют и другие классификации наук. Например, в зависимости от
связи с практикой науки делят на фундаментальные (теоретические), которые
выясняют основные законы объективного и субъективного мира и прямо не
ориентированы на практику, и прикладные, которые направлены на решение
технических, производственных, социально-технических проблем. Соответствующая классификация представлена на рисунке 1. 2.
Рисунок 1.2 - Классификация наук в зависимости от связи
с практикой
В ходе общественного разделения труда выделилось пять взаимосвязанных научных секторов науки: академическая, вузовская, отраслевая, производственная и вневедомственная (рисунок 1.3) [1].
Рисунок 1.3- Пять взаимосвязанных научных секторов науки
В академических и вузовских структурах, прежде всего, проводят фундаментальные исследования по важнейшим направлениям естественных, технических и общественных наук, это позволяет создавать теоретические основы
для разработки принципиально новых видов техники и технологии.
К отраслевым научным учреждениям относят головные научно- исследовательские институты, конструкторские организации, а также опытные производства, подчиняющиеся непосредственно министерствам и ведомствам.
10
Производственная наука развивается в центральных заводских лабораториях, специальных и опытно-конструкторских бюро, экспериментальных и
опытных цехах, что позволяет совершенствовать технологию, получать продукцию высокого качества.
В последние годы получает развитие вневедомственная наука. Она реализуется в малых формах: консультативных структурах, научно-технических организациях, научных и инженерных обществах, центрах экспертизы.
В процессе развития науки происходит все более тесное взаимодействие
естественных, гуманитарных (социальных) и технических наук. Возрастает активная роль науки во всех сферах жизнедеятельности людей, повышается ее
социальное значение.
Наиболее быстрого роста и важных открытий сейчас следует ожидать на
участках «стыка», взаимопроникновения наук и взаимного обогащения их методами и приемами исследования. Этот процесс объединения усилий различных наук для решения важных практических задач получает все большее развитие. Это – магистральный путь формирования «единой науки будущего». К
«стыковым» наукам относят[1]:
промежуточные науки, возникшие на границе двух соседствующих
наук (математическая логика, физическая химия и др.);
скрещенные науки, которые образовались путем соединения принципов
и методов двух отдаленных друг от друга наук (геофизика, экономическая география и др.);
комплексные науки, которые образовались путем скрещивания ряда
теоретических наук (океанология, кибернетика, науковедение и др.).
1.3 Закономерности развития науки
Наука и техника в ХХ столетии и начале ХХI века стали подлинными локомотивами истории. Они придали ей беспрецедентный динамизм, предоставили во власть человека огромную силу, которая позволила резко увеличить масштабы преобразовательной деятельности людей.
Наука как сфера специальной деятельности людей растет, прежде всего,
численно по объему. Так, численность ученых в мире в начале ХХ века – 100
тыс. человек, сейчас более пяти миллионов (таблица 1.1)[1].
Таблица 1.1- Численность ученых в мире, человек
На рубеже XVIII-XIX вв.
Около 1 тыс.
В середине прошлого века
10 тыс.
В 1900 г.
100 тыс.
Конец XX столетия
Свыше 5 млн.
Наиболее быстрыми темпами количество людей, занимающихся наукой,
увеличивалось после Второй мировой войны. Такие высокие темпы привели к тому, что около 90% всех ученых, когда-либо живших на Земле, являются нашими
современниками. Для научного познания в целом становятся более характерными
коллективные формы деятельности, осуществляемые научными сообществами,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]