Лекция 4 Задачи и проблемы при исследованиях и разработках

1 Основные понятия, термины и определения

2 Методические рекомендации по формулированию целей и задач научных исследований и разработок

3 Типичные недостатки оформления цели и научной задачи диссертационного исследования

Введение

Вся наша сознательная жизнь протекает в многомерном пространстве постоянно решаемых задач и проблем.

Решаемые задачи (проблемы) могут быть из самых различных областей знаний и предметных областей. Проснувшись утром, мы решаем задачу принятия решения – встать немедленно или некоторое время понежиться. Мы вынуждены решать множество задач: каким именно транспортом добраться на работу, на работе мы решаем профессиональные задачи и т. д. Довольно часто то, что требуется решить, оказывается проблемой.

Задачи и проблемы могут решаться либо научными методами, либо без их использования. Умение решать задачи и проблемы без использования научных методов – это искусство.

Такова истина, что любое искусство за счёт развития науки постепенно вытесняется, и ввиду этого количество задач и проблем, решаемых научными методами, с течением времени возрастает. Однако, вытесняясь, а в ряде случаев и полностью отмирая в тех или иных предметных областях, искусство не исчезает в целом, так как постоянно находит в окружающем нас поистине необъятном для познания мире всё более новые области приложения и тем самым открывает новые горизонты для разработки задач и проблем, решаемых научными методами.

1 Основные понятия, термины и определения

Рассматривая далее задачи и проблемы, решаемые в ин­тересах развития науки и получения с использованием раз­работанных научных методов полезных для практики научно обоснованных результатов, вспомним общеизвестные утверждения:

"Наука начинается там, где начинают измерять" (выдающийся русский химик Менделеев),

"Наука только тогда достигает совершенства, когда ей удаётся пользоваться математикой" (известный политик и философ К.Маркс),

и в качестве исходных используем следующие известные определения.

Задача – то, что требует исполнения, разрешения [1].

Проблема – сложный вопрос, задача, требующие разрешения, исследования [1].

Метод – совокупность приёмов или операций практи­ческого или теоретического освоения действительности, подчинённых решению конкретной задачи [2].

Научный метод – разработанный в результате научной деятельности метод, опубликованный в научном издании.

Согласно Федеральному закону о науке и государственной научно-техни­ческой политике [3]:

“Научная (научно-исследовательская) деятельность (далее – научная деятельность) – деятельность, направленная на получение и применение новых знаний, в том числе:

фундаментальные научные исследования – экспериментальная или теоретическая деятельность, направленная на получение новых знаний об основных закономерностях строения, функционирования и развития человека, общества, окружающей природной среды;

прикладные научные исследования – исследования, направленные преимущественно на применение новых знаний для достижения практических целей и решения конкретных задач.

Научно-техническая деятельность – деятельность, направленная на получение, применение новых знаний для решения технологических, инженерных, экономических, социальных, гуманитарных и иных проблем, обеспечения функционирования науки, техники и производства как единой системы.

…Научным работником (исследователем) является гражданин, обладающий необходимой квалификацией и профессионально занимающийся научной и (или) научно-технической деятельностью.

Правовые основы оценки квалификации научных работников … и критерии этой оценки определяются в порядке, устанавливаемом Правительством Российской Федерации, и обеспечиваются государственной системой аттестации.

…Специалистом научной организации (инженерно-техническим работником) является гражданин, имеющий среднее профессиональное или высшее профессиональное образование и способствующий получению научного и (или) научно-технического результата или его реализации”.

…Научный и (или) научно-технический результат – продукт научной и (или) научно-технической деятельности, содержащий новые знания или решения и зафиксированный на любом информационном носителе”.

В наиболее общем случае:

исследование – процесс выработки новых научных знаний, один из видов познавательной деятельности [2];

разработка – комплекс взаимообусловленных работ (исследовательских, опытно-конструкторских, эксперимен­тальных и др.), осуществляемых профессиональными методами, включающий как сам процесс разработки, так и его результат, выраженный в конкретной форме.

Конкретные формы результатов исследований и разра­боток могут быть самыми различными – от чисто прагмати­ческих (практически полезные решения – технические, эко­номические, технологические или др. и их реализации) и вплоть до чисто теоретических (научные положения и выводы, модели, теории и т.п.).

Исследования и разработки диалектически взаимосвя­заны – любое исследование включает разработку тех или иных его результатов, а любая разработка немыслима без исследования (в частности, в виде анализа) вариантов раз­рабатываемого.

Каждое исследование и каждая разработка соответст­вует некоторой цели.

Цель исследования (разработки) – основной результат, которого стремятся достигнуть.

Далее будет идти речь о целях научного исследования, вытекающих из целей развития науки в соответствующей области.

Если говорят, что цель развития науки – разработка ме­тодов, моделей и т.п. научно-методических построений, то не следует ли согласиться с тем, что в данном случае речь идёт о развитии науки в первую очередь ради науки?

Определение цели научного исследования с точки зрения развития науки ради науки (научной цели) является весьма важным и вполне справедливо в отношении целей теоретического исследования в области фундаментальной науки.

Примеры научных целей:

разработка метода (методики и т.п.) …;

обоснование рекомендаций …;

доказательство …

В области же прикладной науки цель её развития не может быть иной, кроме как отдача практике, а разработка методов, моделей и т.п. научно-методиче­ских построений превращается в средство достижения цели.

Определение цели научного исследования с точки зрения отдачи практике (прагматической цели) является (если это осуществимо) не менее (а может быть, и более) важным, чем определение “чисто” научной цели.

Примеры прагматических целей:

повышение точности (помехоустойчивости и т.п.)…;

сокращение экономических затрат…

Цель формулируется в отношении рассматриваемого объекта исследования (разработки).

Объект исследования – вполне определённая часть исследуемой предметной области (объект, процесс, явление и т.п.), на познание и преобразование которой направлено проводимое исследование.

Объект разработки – объект, для создания или развития которого осуществляется разработка.

Цель исследования (разработки) может достигаться раз­ными путями (способами), при этом каждый путь достиже­ния цели может быть пройден по-разному посредством ре­шения той или иной общей задачи, соответствующей дости­гаемой цели, которое обычно сводится к решению того или иного множества частных задач.

Так, например, цель «Повышение оперативности управления изделием» может быть достигнута, по крайней мере, двумя путями – модернизацией имеющегося изделия либо созданием нового изделия, при этом различные варианты как модернизации изделия, так и его создания приводят к необходимости решения существенно различающихся задач технико-экономического обоснования, проектирования, экс­периментальной проверки и т.п.

Путь достижения цели при документальном оформле­нии результатов исследования или разработки выражается:

– в предельно компактной форме – в названии общей за­дачи исследования (разработки), обычно переходящем в на­звание документа, в котором излагаются описание процесса исследования (разработки) и его результатов;

– в более развёрнутом виде – в краткой формулировке задачи.

Кроме того, в ещё более развёрнутом виде цель чаще всего раскрывается в перечне (названиях) частных задач, определяющих основные вопросы, подлежащие исследова­нию (разработке).

Все проводимые с применением научных методов иссле­дования (разработки) лежат в широком спектре – от выполняемых на самом высоком уровне, вызванном по­требностями науки и практики (например, диссертация на соискание учёной степени, опытно-конструкторская разра­ботка), до таких, которые имеют весьма ограниченное, на­пример, учебно-воспитательное значение (курсовая задача или дипломный проект в вузе).

Следует особо отметить, что сложные задачи обычно решаются путём их декомпозиции на более простые част­ные задачи. Это обстоятельство вынуждает далее формули­ровать основные определения применительно к самому ши­рокому кругу задач, решаемых с использованием научных методов.

Будем исходить из универсального понятия, приводи­мого в словаре русского языка [4]: задача – "то, что дано, предложено для выполнения, разрешения; то, что требует выполнения, разрешения". В таком случае вполне естествен­ными являются следующие определения.

Задача исследования (разработки) – это ЧТО ТРЕ­БУЕТСЯ и ЧТО ДАНО в отношении предмета исследова­ния (разработки), при этом, по крайней мере, одно решение задачи известно (опубликовано).

Предмет исследования – та сторона объекта, которая является ключевой с точки зрения познания и преобразова­ния объекта исследования.

Предмет разработки – та часть объекта, которая непо­средственно разрабатывается.

Проблема исследования (разработки) – это что требу­ется и что дано в отношении предмета исследования (раз­работки), при этом решение проблемы, обеспечивающее получение того, что требуется, не известно (не опублико­вано).

Проблема после нахождения хотя бы одного её реше­ния, по определению, превращается в задачу.

При решении задач и проблем

что требуется излагается путём перечисления требуемых результатов – вычисляемых величин, доказываемых утверждений и др.

что дано характеризуется перечислением исходных данных, используемых при решении задачи (проблемы), а также (при наличии) учитываемых условий (в том числе допущений и ограничений).

Решение задачи (проблемы) – это тройка:

что требуется + что дано + способ решения.

Каждому решению задачи соответствует конкретный (один из известных) способ (или комбинация способов) решения.

Способ решения задачи (проблемы) – метод, методика или алгоритм, с помощью которого получается результат решения задачи (проблемы).

Последующие определения и пояснения даются для задачи, но полностью относятся и к проблеме, т.е. везде, где говорится «задача», следует понимать также «проблема».

По существу требуемых результатов задачи исследований и разработок, решаемые научными методами, разделяются на оценочные и оптимизационные, к которым сводятся все другие задачи (анализа, синтеза, обоснования, доказательства и пр.).

Оценочная задача – в которой для достижения цели требуется определение количественного и (или) качественного значения целевого показателя с использованием целевой функции.

Оптимизационная задача – в которой для достижения цели требуется оптимизация критериального показателя.

В данном случае понятие оптимизации (в том числе максимизации и минимизации) используется не в смысле поиска экстремума, а в научно-прикладном смысле.

Частным случаем оптимизации является нахождение экстремума – теоретического максимума или минимума.

Среди оптимизационных задач можно выделить:

– задачи максимизации (минимизации) значения целевой функции;

– задачи нахождения значения варьируемого показателя, обеспечивающего максимизацию (минимизацию) значения целевой функции.

Целевая функция – соотношение, в соответствии с которым вычисляется значение соответствующего цели решения задачи целевого показателя, используемого решении оценочной задачи, либо значение критериального показателя, используемого при решении оптимизационной задачи.

Развитие науки на различных уровнях познания приво­дит к возникновению разных, в том числе производных, предметов и методов исследования.

Изучение предмета исследования окружающего мира, не являющегося методом или теорией – объекта исследо­вания предметного уровня, – происходит на предметном (предметологическом) уровне познания и приводит к появ­лению метода (а в более общем случае – методов, методик и теорий) предметного уровня.

В свою очередь, изучение в качестве предмета исследования методов предметного уровня происходит на методологическом уровне познания и приводит к появлению методов методологического уровня.

В дальнейшем на методологическом уровне познания происходит изучение в качестве предмета исследования методов методологического уровня, что приводит к появлению производных методов более высоких методологических уровней.

Соответственно уровню познания, предмет и цель исследования (разработки), способ решения научной задачи, а также рассматриваемая задача в целом, может быть предметного либо методологического уровня.

Задачи предметного уровня решаются предметными методами в отношении объектов (определяющих, что требуется и что дано), не являющихся методами.

Задачи методологического уровня решаются методоло­гическими методами в отношении объектов, являющихся методами (как предметными, так и методологическими).

Все задачи, решаемые в процессе научной и научно-техниче­ской деятельности при выполнении исследований и разработок научными методами, можно разделить на научные и научно-тех­нические.

Определения видов деятельности, которые в статье 2 «Закона о науке ...» [3] сформулированы применительно к научным организациям, целесообразно привести к следующему виду, применимому к любым организациям, в которых решаются задачи и проблемы научными методами (наряду с исключением некоторых формулировок, целесообразные отличия формулировок подчёркнуты):

“Научная (научно-исследовательская) деятельность (далее научная деятельность) – деятельность, направленная на получение и применение новых научных знаний, в том числе:

научная деятельность в области фундаментальных научных исследований – теоретические (или) экспериментальные исследования, направленные на получение новых научных знаний об основных закономерностях строения, функционирования и развития человека, общества, окружающей природной среды;

научная деятельность в области прикладных научных исследований – теоретические (или) экспериментальные исследования, направленные преимущественно на получение новых научных знаний для достижения практических целей и решения конкретных задач.

Научно-техническая деятельность – деятельность, направленная на получение новых практических знаний и их применение для достижения практических целей”.

Дополнительные определения:

Научные знания – совокупность полученных в процессе развития науки как системы знаний научных результатов, апробированных на практике, прошедших экспертизу специалистов, официально признанных и опубликованных.

Практические знания – совокупность знаний, получаемых в практике научно-технической деятельности.

Каждый из названных видов деятельности – научной и научно-технической – выполняется работником соответствующей профессии, решающим характерные для него задачи и проблемы и получающим специфические результаты.

Инженерно-технический работник решает научно-тех­нические задачи известными методами.

Научный работник занимается научной деятельностью, которая вынужденно сочетается и с научно-технической деятельностью.

Научная деятельность является исследовательской, преимущественно познавательной, основу которой составляет решение научных (а иногда и научно-технических) задач и проблем (в зависимости от того, что именно требуется).

При этом, с одной стороны, в процессе деятельности научного работника возможно как одновременное решение научных и научно-технических задач (например, научно-техническая задача является частной задачей некоторой более общей научной задачи, и решение частной задачи одновременно является частью решения общей задачи), а с другой стороны, возможно и последовательное

решение научной и научно-технической задачи (после решения научной задачи по разработке метода решения некоторой научно-технической задачи осуществляется в порядке эксперимента проверочное решение научно-технической задачи).

Однако, учитывая, что, как доказано в теории организации, разделение труда с соответствующей специализацией – лучший способ использования индивидуумов и групп людей, чтобы произвести больше продукции с лучшими качественными характеристиками при одних и тех же затратах, лучше всего, если научный работник (исследователь) сосредотачивается на решении научных задач с получением новых научных результатов, а инженерно-техническому работнику передать решение научно-технических задач с получением новых практических результатов.

Научно-техническая задача – это задача предметного уровня, решение которой осуществляется известными научными методами предметного уровня (например, инженерный расчёт эффективности конструируемого изделия). Соответственно различным видам деятельности это может быть инженерно-техническая, экономическая, технологическая, юридическая, гуманитарная или какая-либо другая задача.

При решении научно-технической задачи значения исходных данных и требуемые результаты обычно являются конкретными, получаемыми в интересах практической деятельности:

– что требуется излагается путём перечисления названий величин, конкретные значения которых должны быть определены в результате решения задачи (проблемы);

– что дано характеризуется исходными данными в виде конкретных количественных и качественных значений задаваемых величин (показателей);

– способ решения задачи (проблемы), решаемой с использованием математических методов, может представлять собой метод, методику или алгоритм.

Что касается способа решения:

– для специалиста-практика, решающего научно-техни­ческую задачу, он является известным либо доступным для освоения (может быть взят из справочника, учебного пособия и других доступных документов).

– для специалиста-практика, решающего научно-тех­ническую проблему, отсутствие способа решения преодолевается за счёт искусства нахождения решения при конкретных условиях обстановки.

Исходные данные при решении научно-технических задач основываются на фактах.

Результат решения научно-технической задачи (проблемы) представляет собой вполне конкретный практический результат.

Практические результаты при решении задач и проблем научными методами характеризуются вполне определёнными значениями переменных, полученными при тех или иных заданных значениях исходных данных.

Научная задача – задача, требующая совершенствования или разработки метода (или методов) решения при заданных переменных исходных данных.

Приведенные в начале подраздела 2.1 определения задачи и проблемы являются альтернативными: либо это задача, либо проблема. Однако, как свидетельствует практика, в большинстве случаев выяснение вопроса ”это задача или проблема?” ввиду субъективности суждений оказывается неоднозначным, в связи с чем множество проблем расширяется за счёт подмножества задач, называемых сложными (когда ориентируются на то, что “проблема – сложный вопрос, задача, требующие разрешения, исследования” [1])

Научная проблема – сложная задача с точки зрения совершенствования или разработки требуемого метода (или методов) решения при заданных переменных исходных данных.

Особенностью научной задачи (проблемы) является весьма существенная чёткость и конкретность:

1) требуемых результатов (что требуется): научная задача (проблема) может быть только оценочной или(и) оптимизационной (к таковым относятся все научные задачи и проблемы анализа, синтеза, доказательства и др.);

2) заданных исходных данных (что дано): нет исходных данных – нет научной задачи (научной проблемы), другие исходные данные – другая задача (проблема).

В научной задаче (проблеме) что требуется и что дано задаются в формализованном виде, причём обычно:

что требуется характеризуется указанием:

- в задаче предметного уровня – что именно оценить либо оптимизировать (минимизировать или максимизировать);

- в задаче методологического уровня – что разработать (в области технических наук обычно метод, методы, методику, научно-методические основы), обеспечивающее оценку либо оптимизацию объекта методологического или предметного уровня;

- что дано характеризуется исходными переменными величинами, характеризующими предмет исследования или разработки.

В простейшем случае поиск решения научной задачи сводится к научно обоснованному выбору наиболее подходящего метода или методики из множества известных.

Методы и методики относят к известным (не известным), если они опубликованы (не опубликованы).

В более сложных случаях поиск решения научной зада­чи (проблемы) сводится к попыткам найти искомое решение комбинированием известных и (или) усовершенствовать известные решения, если не остаётся единственный путь – разработка нового метода (методики).

Результат решения научной задачи (проблемы) является научно-методическим (метод или совокупность взаимосвязанных методов, либо методика), который может быть ориентирован на использование как в научной, так и в практической деятельности.

К сожалению, в «Законе о науке …» приведено процитированное в начале данной публикации гибридное определение научного и (или) научно-техниче­ского результата с многовариантной возможностью прочтения.

Если опираться на приведенные в «Законе о науке …» и процитированные в начале подраздела 3.1 определения научной деятельности и научно-техни­ческой деятельности, то оказывается, что, например, с одной стороны, научный (научно-исследовательский) результат может быть продуктом научно-техниче­ской (не научно-исследова­тельской) деятельности, «направленной на получение… новых знаний для решения технологических, инженерных, экономических, социальных, гуманитарных и иных проблем, обеспечения функционирования науки,

техники и производства как единой системы» [9], а с другой стороны, научно-технический результат (не научно-исследовательский) может быть про­дуктом научной (научно-исследовательской) деятельности, «направленной на … применение новых знаний».

Просматривающиеся нелогичности в возможных вариантах выборочного прочтения (например, согласно критикуемому определению (см. предшествующее предложение) научно-исследовательский результат может быть продуктом научно-технической деятельности, не являющейся научно-исследова­тельской и направленной «на … применение … новых знаний … для обеспече­ния функционирования … производства) служат расплатой за игнорирование принципа разделения труда и являются следствием недостаточной научной проработки определений, попавших в нормативный документ.

Поскольку какова деятельность, таков и результат, крайне целесообразно дать (как это и сделано в данном пособии) для результата решения научной и научно-технической задачи раздельные определения.

Научные задачи возникают в процессе познавательной научной деятельности. Уровень сложности, новизны и практической значимо­сти решаемой научной задачи или проблемы характеризует научную квалификацию того, кто должен заниматься её решением.

Решение научных задач – это, как правило, дело научных работников. Поиск решения научных задач осуществляется путём анализа известных решений (опубликованных в доступной литературе) и выбора той или иной подходящей их комбинации.

В случае отсутствия подходящего (в том числе комбинированного) решения поиск продолжается в рамках творческой разработки решения (на уровне вклада в науку).

При поиске решения сложных задач используют методический приём, сформулированный Рене Декартом: «Расчлените каждую изучаемую задачу на столько частей, сколько сможете, и на сколько это потребуется вам, чтобы их было легко решить».

Речь идёт о сведении решения задачи к множеству частных задач, имеющих известные решения. Если для какой-то задачи это не удаётся, то остаётся прибегнуть к поиску способа решения на уровне вклада в науку, имеющего практическую значимость. Может возникнуть ситуация, когда в результате декомпозиции общей задачи получаются не только частные научные задачи исследования и разработки, но и проблемы. Нахождение решения научной задачи обычно порождает решение научно-технической задачи.

В любом документе, в котором даётся описание процесса исследования (разработки) и его результатов, полученных с применением научных методов (далее документ), должна быть сформулирована соответствующая цели исследования (разработки) общая задача – научная или научно-техническая.

Во введении документа, как правило, приводится краткая формулировка общей задачи.

Краткая формулировка задачи – компактное содержа­тельное описание того, что требуется и что дано без использования символики.

В первом разделе документа, обычно посвящаемом обоснованию сущности и актуальности темы и общей задачи исследования (разработки) формулируется постановка задачи.

Постановка задачи – чёткая формулировка, конкретизирующая элементы краткой формулировки задачи с применением символических обозначений как для исходных данных, так и для целевой функции (без указания формульных соотношений).

В случае научной задачи, являющейся задачей методологического уровня:

требуется получение соответствующего цели результата методологического уровня – разработка или обоснование метода или методов, методики либо других элементов научно-методического аппарата;

задаваемыми исходными данными являются показатели, относящиеся к предмету исследования или разработки научного характера, представленного элементами научно-ме­тодического аппарата;

решение задачи осуществляется с использованием методологических методов и сводится к поиску предметного либо методологического метода, обладающего научной новизной.

В случае научно-технической задачи, являющейся задачей предметного уровня:

требуется получение соответствующего цели результата для объекта предметного уровня, связанного с достижением прагматического эффекта;

задаваемыми исходными данными являются показатели, относящиеся к предмету исследования или разработки прагматического характера;

решение задачи осуществляется с применением известных элементов научно-методического аппарата – метода (методов) или методики.

Последующий раздел (или последующие раз­делы) документа посвящают в случае общей научно-технической задачи (например, решаемой в отчёте о НИР) выбору, обоснованию и применению метода или методов решения задачи, а в случае общей научной задачи (например, в кандидатской диссертации) совершенствованию или разработке метода (или методов) решения общей задачи (диссертационного исследования).

Наряду с приводимой в первом разделе постановкой задачи может формулироваться также

Строгая постановка задачи– описание постановки задачи в терминах той или иной теории, содержащее исходные данные, целевую функцию и дополнительные сведения (ограничения и требуемые данные для применения конкретно выбранного метода решения), необходимые и достаточные для существования решения.

Строгая постановка может формулироваться как для научной, так и для научно-технической задачи.

Последний раздел документа посвящается оценке степени достижения цели с применением научных методов. Поэтому в нём рекомендуется приводить строгую постановку и решение именно научно-техни­ческой задачи. В частности, решаемая

в последнем разделе диссертации задача, посвящаемая оценке степени достижения цели диссертационного исследования с применением усовершенствованного или разработанного

метода (или методов), теперь уже практически известного (ввиду уже состоявшегося или предстоящего опубликования), является научно-технической.

Следует отметить требования п.9 Положения о присуждении учёных степеней [7] к важнейшим из основных вариантов научно-квалификационных работ:

«Диссертация на соискание ученой степени доктора наук должна быть научно-квалификационной работой, в

которой… решена научная проблема, имеющая важное политическое, социально-экономическое, культурное или хозяйственное значение…»;

«Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук должна быть научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи, имеющей значение для развития соответствующей отрасли знаний…».

Таким образом, согласно Положению, диссертация, в которой содержится решена научная проблема – докторский уровень, а если содержится решение научной задачи – кандидатский уровень.

Из п.10 положения о том, что «Диссертация должна быть написана автором самостоятельно, обладать внутренним единством, содержать новые научные результаты и положения, выдвигаемые для публичной защиты, и свидетельствовать о личном вкладе автора диссертации в науку» следует то, что, во-первых, общая задача (проблема) диссертационного исследования может быть только научной, а во-вторых, довольно часто встречающиеся утверждения о том, что диссертация удовлетворяет предъявляемым требовани­ям, так как содержит решение научно-техни­че­ской задачи, свидетельствует о непонимании того, что решение задачи (даже если она является важной, прагматически актуальной и сложной), осуществляемое известными методами, не соответствует предъявляемым нормативным требованиям, так как не приводит к вкладу в науку.