
Учебн. пособия-ОНИ / 1. Данько В.М._Алчевск-06
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
В.М. ДАНЬКО
ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ТЕКСТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ
«ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ» ДЛЯ СТУДЕНТОВ
СПЕЦИАЛЬНОСТИ 6.090404 «ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ»
www.АЛЧЕВСК7knig, 2ОО6 .net
УДК 519.24
Конспект лекцій по курсу „Основи наукових досліджень” (для студ. спец.6.090404 „Обробка металів тиском” III курсу всіх форм навч.)/Укл.: Данько В.М.- Алчевськ: ДонДТУ. 2006,– 120с. Мова російська.
Викладено основні положення теорії та практики експериментальних досліджень в обробці металів тиском. Коротко наведено головні принципи фізичного моделювання та теорії подібності, висвітлено статистичні методи аналізу експериментальних даних, основи кореляційного і регресивного аналізів та обробки експериментальних даних.
Укладач: |
В.М.Данько, доц., |
Рецензент: |
В.О. Луценко, проф. |
Відповідальний за випуск: |
В.О. Луценко, проф. |
Відповідальний редактор: |
В.О. Луценко, проф. |
2
|
С О Д Е Р Ж А Н И Е |
|
ТЕМА 1. ВВЕДЕНИЕ |
|
|
ЛЕКЦИЯ №1 |
|
|
1.1 Что такое наука................................................................ |
6 |
|
1.2 Научная теория и ее структура...................................... |
10 |
|
ЛЕКЦИЯ № 2 |
|
|
2.1 Возникновение и развитие теории............................... |
13 |
|
2.2 Эксперименты математические и физические............ |
19 |
|
ЛЕКЦИЯ № 3 |
|
|
3.1 Объект исследования и его модель.............................. |
20 |
|
3.2 Математическое моделирование.................................. |
22 |
|
3.3 Физическое моделирование.......................................... |
26 |
|
ЛЕКЦИЯ № 4 |
|
|
4.1 |
Требования к современному эксперименту…….........28 |
|
4.2 |
Виды физических экспериментов................................. |
29 |
4.3 |
Последовательность организации эксперимента........ |
31 |
ТЕМА 2. ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ |
|
|
ЛЕКЦИЯ № 5 |
|
|
5.1 |
Статистический характер экспериментальных |
|
|
исследований.................................................................. |
35 |
5.2 |
Случайные события и случайные величины............... |
37 |
5.3 |
Статистическая вероятность и распределения |
|
|
случайных величин....................................................... |
39 |
ЛЕКЦИЯ № 6 |
|
|
6.1 |
Интегральная и дифференциальная функции |
|
|
распределения................................................................. |
42 |
|
3 |
|
6.2 Математическое ожидание............................................ |
46 |
|
6.3 Дисперсия........................................................................ |
48 |
|
ЛЕКЦИЯ № 7 |
|
|
7.1 Нормальное распределение........................................... |
51 |
|
7.2 Генеральная совокупность и выборка.......................... |
53 |
|
7.3 Методы отбора выборок................................................ |
55 |
|
ЛЕКЦИЯ № 8 |
|
|
8.1 Параметры эмпирических распределений................... |
57 |
|
8.2 Асимметрия и эксцесс.................................................... |
59 |
|
8.3 Проверка нормальности распределения....................... |
61 |
|
ЛЕКЦИЯ № 9 |
|
|
9.1 Основные задачи статистики........................................ |
64 |
|
9.2 Типы оценок................................................................... |
65 |
|
9.3 Статистики...................................................................... |
67 |
|
9.4 Свойства оценок............................................................. |
68 |
|
10.5 Метод максимального правдоподобия...................... |
69 |
|
ЛЕКЦИЯ № 10 |
|
|
10.1 |
Выборочные распределения........................................ |
71 |
10.2 |
Распределение Стьюдента........................................... |
72 |
11.3 |
Распределение χ2 (хи-квадрат)..................................... |
75 |
10.4 |
Распределение Фишера................................................ |
76 |
ЛЕКЦИЯ № 11 |
|
|
11.1 |
Статистические гипотезы............................................ |
79 |
11.2 |
Проверка статистических гипотез.............................. |
80 |
ТЕМА 3. ОСНОВЫ КОРРЕЛЯЦИОННОГО И РЕГРЕССИОННОГО АНАЛИЗОВ
ЛЕКЦИЯ № 12
4
12.1 |
Корреляция и регрессия............................................... |
|
85 |
12.2 |
Корреляционный анализ.......................... |
..................89 |
|
ЛЕКЦИЯ № 13 |
|
|
|
13.1 Коэффициент корреляции............................................ |
|
93 |
|
13.2 Множественный коэффициент корреляции............... |
95 |
||
13.3 Коэффициент частной корреляции............................. |
|
97 |
|
ЛЕКЦИЯ № 14 |
|
|
|
14.1 |
Постановка задачи регрессионного анализа.............. |
99 |
|
14.2 |
Основные предпосылки регрессионного анализа... |
100 |
|
ЛЕКЦИЯ № 15 |
|
|
|
15.1 |
Метод наименьших квадратов.................................. |
|
104 |
15.2 Нелинейный регрессионный анализ......................... |
|
106 |
|
15.3 |
Множественный регрессионный анализ.................. |
|
108 |
ЛЕКЦИЯ № 16 |
|
|
|
16.1 |
Статистическая обработка результатов |
|
|
|
эксперимента............................................................. |
|
110 |
16.2 |
Статистический анализ регрессионной модели...... |
113 |
|
16.3 |
Интерпретация результатов эксперимента................. |
|
|
ЛЕКЦИЯ №17 |
|
|
|
17.1 Основы планирования активных экспериментов... |
120 |
||
17.2 Планы первого порядка............................................. |
|
122 |
|
17.3 Планы второго порядка............................................. |
|
124 |
|
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА................................................. |
|
127 |
5
ТЕМА 1. ВВЕДЕНИЕ
Лекция №1
1.1 Что такое наука
Обработка металлов давлением (ОМД) для своего развития и совершенствования требует создания новых технологий и оборудования, которое невозможно без проведения научных исследований. Такие исследования по общепринятой классификации относятся к техническим наукам (специальность 05.03.05 „Процессы и машины обработки давлением).
Методология технических наук строится на базе методологии фундаментальных естественных наук (математики, физики, химии) и поэтому имеет с последней много общего. Задачей данного курса и является ознакомление с основами этой естественнонаучной методологии, которая в настоящее время, в связи с математизацией исследований во всех областях знания, проникла и в социальные науки, особенно в экономические. Но, прежде чем изучать методологию научного познания, нужно выяснить, что такое наука и чем она отличается от других видов познавательной деятельности. Сейчас это особенно важно, поскольку получили широкое распространение лженаука и паранаука, ведущие к искаженному восприятию мира.
Дать исчерпывающее определение понятию «наука» затруднительно, поскольку эта сфера познавательной деятельности постоянно расширяется и видоизменяется. Однако в качестве первого приближения можно предложить следующее:
Наука – это процесс и результаты изучение мира имманентных явлений при помощи дискурсивного мышления.
6
В этом определении использованы философские понятия – имманентный и дискурсивное. Применение философских категорий в данном случае неизбежно, т.к. дать определение любой формальнологической системе, в т.ч. и науке, в рамках понятий самой этой системы невозможно. Это доказано известной теоремой К.Гёделя о неполноте. Для формулировки такого определения нужен выход за пределы данной системы в другую, т.н. метасистему, которая содержит данную как свой частный случай. По отношению к науке такой метасистемой является философия – процесс исследования общих принципов бытия и познания при помощи интеллектуального или чистого мышления.
Имманентное - термин, возникший в схоластической философии и обозначающий все то, что входит в пределы чувственного опыта, эмпирического познания. Является антонимом термина трансцендентное, который обозначает все то, что выходит за пределы чувственного опыта и является предметом религиозного и метафизического (в смысле Аристотеля) познания. Грубо говоря, имманентное – это посюстороннее, а трансцендентное – потустороннее.
Т.о. объектами науки являются только имманентные явления и она ничего не может и ничего не должна говорить о вещах потусторонних, как выходящих за пределы возможностей ее средств познания. В этом смысле метафизика является ненаучным видом познания.
Дискурсивным называется формальнологическое мышление, использующее в качестве своих посылок эмпирические данные.
Характерной особенностью научного познания является абстрагирование от большинства свойств любого объекта исследований и изучение свойств только самых важных для решения данной задачи. Например, человек с точки зрения механики – это тело, обладающее
7
определенной массой, моментом инерции и т.д. С точки зрения химии
– это сложнейший химический реактор, в котором одновременно протекают миллионы различных химических реакций. Для психологии не важны масса и виды химических реакций, ее интересуют процессы восприятия, памяти и т.п. Т.о. каждая наука изучает различные явления и процессы относительно своей точки зрения, и поэтому получаемые научные результаты являются относительными истинами. Расчленение любого объекта исследований на его отдельные аспекты, невозможность целостного его познания является характерным для научного метода. Многочисленные попытки преодолеть этот недостаток, в частности, при помощи системного подхода, не дают полного результата, поскольку аналитичность является самой сутью научного подхода.
Абсолютная истина является целью метафизики, поскольку уже давно установлено, что все имманентные феномены не могут обладать собственным бытием, и являются выражением чего-то более реального, лежащего в их основе. Абсолютная истина и является высшей Реальностью. Однако формально-логическое мышление не годится для познания трансцендентного, и поэтому для метафизики требуются иные средства познания.
Лженаука – сравнительно редкое явление, возникающее только в нездоровых социальных организмах. Типичным примером является т.н. «мичуринская биология», ярым поборником которой в 40-вые годы прошлого века был президент ВАСХНИЛ Т.Д.Лысенко. Для возникновения лженауки необходимы отсутствие интеллектуальной свободы и конкуренции между различными научными доктринами. Поддерживается она при помощи демагогии и насилия, опираясь на государственный репрессивный аппарат, но долго существовать не может, т.к. не
8
способна удовлетворять запросы практики. Близкими к лженауке являются такие явления как астрология и хиромантия, поскольку они претендуют на научность.
Паранаука (от греческого παρα – возле, мимо, вне) – дословно «околонаука» – изучение не воспроизводимых феноменов (НЛО, телекинез и т.п.). Характерным для эмпирических наук (физика, биология, геология и т.д.) является изучение повторяющихся, массовых и воспроизводимых явлений, т.к. причинные связи устанавливаются ими методами индукции. Этим и обеспечиваются высокая точность и достоверность научных результатов. Результаты паранауки не обладают такой достоверностью, поскольку она не располагает адекватными средствами для познания невоспроизводимых явлений.
Наука как таковая подразделяется на различные виды в зависимости от объектов исследования. Математика и логика изучают т.н. интеллигибельные объекты, существующие только в уме, но тем не менее обладающие своим собственным, реальным бытием. Эмпирические науки (астрономия, физика, биология) изучают объекты живой и неживой природы. Технические науки создают и изучают объекты искусственной природы (машины, здания и сооружения, различные технологии). Есть науки, изучающие социальные явления (социология, политология) или закономерности взаимодействия технических и социальных систем (экономика), изучающие человека (медицина, психология) и т.д. Каждый из этих видов наук подразделяется на разные дисциплины. Например, технические науки делятся на машиностроение, металлургию, горное дело, электротехнику, энергетику и т.д. Однако все, достаточно развитые научные дисциплины, состоят из двух частей: комплекса эмпирических фактов и обобщающей их теории.
9
Поэтому и научная деятельность сводится к накоплению фактов, их теоретическому обобщению, экспериментальной проверке теории и получению из теории новых фактов, существование которых подтверждается новыми экспериментами. Следовательно, научное познание состоит в тесном взаимодействии теории и эксперимента.
1.2 Научная теория и ее структура Теория – система логически непротиворечивых верифицируе-
мых высказываний, в идеале имеющая аксиоматическую структуру и полностью соответствующая всем известным экспериментальным данным той области исследования, теорией которой является данная система.
Примером идеальной теории является геометрия Эвклида, если ее соотносить с неискривленным пространством.
Высказывание – это предложение языка данной научной дисциплины, рассматриваемое вместе с его смыслом как истинное или ложное.
Каждая наука имеет свой язык, в котором слова обозначают абстрактные понятия, описывающие объекты исследований, а предложения (высказывания) строятся по определенным правилам, называемым грамматикой языка.
Примеры высказываний:
В прямоугольном треугольнике сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы.
Сила притяжения между двумя телами прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Нейтрон в свободном состоянии нестабилен и время его жизни
10