3.2 Методи теоретичних досліджень

Загальна тенденція розвитку науки пов’язана з інтенсивним розвитком теоретичних досліджень, успішне виконання яких залежить від рівня володіння загальними методами і способами наукового дослідження.

Основною метою теоретичних досліджень є виокремлення у процесі синтезу знань суттєвих зв’язків між досліджуваним об’єктом і навколишнім середовищем, пояснення і узагальнення результатів емпіричного дослідження, виявлення загальних закономірностей та їх формалізація. Теоретичне дослідження завершується формуванням теорії, яка може бути не пов’язана з побудовою математичного апарата. Теорія проходить у своєму розвитку різні стадії від якісного пояснення і кількісного вимірювання процесів до їх формалізації, і в залежності від стадії може бути представлена як у вигляді правил, так і у вигляді математичних рівнянь. Завданнями теоретичного дослідження є: узагальнення результатів дослідження, знаходження спільних закономірностей шляхом обробки та інтерпретації дослідних даних; поширення результатів дослідження на ряд подібних об’єктів без повторення всього обсягу досліджень; вивчення об’єкта, який є недоступним для безпосереднього вивчення; підвищення надійності експериментального дослідження об’єкта (обґрунтування параметрів і умов спостережень, точності вимірювань).

Теоретичне дослідження повинно бути творчим. Творчий характер мислення при розробці теоретичних аспектів наукового дослідження полягає у створенні нових комбінацій з уже відомих елементів і базується на наступних прийомах: зборі та узагальненні інформації; постійному співставленні, порівнянні, критичному усвідомленні; чіткому формулюванні власних думок, їх письмовому викладенні; удосконаленні і оптимізації положень. Творчий процес теоретичного дослідження має декілька стадій: ознайомлення з відомими рішеннями; відмова від загальноприйнятих шляхів вирішення аналогічних задач; застосування різних варіантів для вирішення завдання; рішення. Власні творчі думки, оригінальні рішення виникають тим частіше, чим більше сил, праці, часу витрачає дослідник на постійне осмислення об’єкта дослідження, чим глибше науковець захоплений дослідницькою діяльністю і володіє методами теоретичних досліджень. Характеристику методів теоретичних досліджень наведено у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 — Методи теоретичних досліджень

Назва методу	Зміст методу наукового дослідження
1	2
Аналіз	Метод дослідження, при якому вивчення об’єкта здійснюють за допомогою уявного або практичного розчленування його на складові елементи.
Синтез	Протилежний аналізу метод, який полягає в дослідженні об’єкта у його цілісності, у єдиному і взаємному зв’язку його частин.
Індукція	Метод дослідження, при якому загальний висновок про ознаки множини елементів виводиться на основі вивчення цих ознак у частини елементів однієї множини.
Дедукція	Метод логічного висновку від загального до окремого, тобто спочатку досліджуються стан об’єкта в цілому, а потім його складові елементи.
Аналогія	Метод наукового дослідження, завдяки якому досягається пізнання одних предметів і явищ на основі їх подібності з іншими.
Абстрагування	Метод відволікання, який дає змогу переходити від конкретних питань до загальних понять і законів розвитку.
Конкретизація	Метод наукового дослідження, який дає змогу вивчати об’єкти, предмети і явища в усій якісній різнобічності реального їх існування на відміну від абстрактного вивчення предметів.
Моделювання	Метод наукового пізнання, що ґрунтується на заміні предмета або явища, які вивчаються, на їх аналог, модель, що обов’язково містить істотні риси оригіналу.
Узагальнення	Спосіб створення нових узагальнених наукових понять, суджень, формулювання законів і теорій. Становить логічний процес переходу від одиничного до загального і являє собою поширення висновків, зроблених на обмеженому числі даних, на більш широку область практики.
Систематизація (класифікація)	Поділ об’єктів на групи за певними ознаками або упорядкування явищ, що вивчаються за певними критеріями. Застосовуються для розробки класифікації об’єктів.

Продовження таблиці 3.1

1	2
Аргументація	Суто логічний процес, суть якого полягає в тому, що в ньому обумовлена істина судження того, що прагнуть довести. Для аргументації характерними є доказовість та переконливість.
Ранжирування	Розміщення об’єктів за порядком в залежності від ступеня прояву певної ознаки.
Формалізація	Метод відображення об’єкта чи явища в знаковій формі деякої штучної мови (математики, хімії). Призначений для дослідження реальних об’єктів формальним дослідженням відповідних знаків.
Гіпотетичний метод	Метод ґрунтується на гіпотезі, науковому припущенні, висунутому для пояснення будь-якого явища, яке потребує перевірки та теоретичного обґрунтування, щоб стати науковою теорією.
Аксіоматичний метод	Метод побудови наукової теорії, за якою деякі твердження – аксіоми (наукові знання) приймають без подальших доказів, а потім використовують для отримання нових знань.
Ідеалізація	Метод базується на створенні абстрактних об’єктів, які не можуть бути відтвореними в досліді та реальності. Прикладом ідеалізованих об’єктів можуть слугувати ідеальний розчин, ідеальний газ тощо.
Системний аналіз	Вивчення об’єкта дослідження як сукупності елементів, що утворюють систему. У наукових дослідженнях він передбачає оцінку поведінки об’єкта як системи з усіма факторами, які впливають на його функціонування.
Створення теорій	Узагальнення результатів дослідження, знаходження загальних закономірностей у поведінці об’єктів, що вивчаються, а також поширення результатів дослідження на інші об’єкти і явища, які сприяють підвищенню надійності проведеного експериментального дослідження.

Аналіз і синтез – у загальному значенні представляють собою два взаємопов’язаних процеси уявного або фактичного розкладання цілого на складові частини і об’єднання окремих частин у ціле. Аналіз і синтез – взаємозумовлені логічні методи наукового дослідження, що виникли на основі практичної діяльності людей, їх досвіду. Вони тісно пов’язані у будь-якому науковому дослідженні. Їх єдність забезпечує об’єктивне, адекватне пізнання дійсності і разом з тим відображає єдність протилежностей у відношенні до взаємозв’язку одиничного (окремого) і загального.

Розчленування цілого на складові частини дає можливість виявити будову досліджуваного об’єкта, його структуру; розчленування складного явища на більш прості елементи дозволяє відокремити суттєве від несуттєвого, складне звести до простого.

Аналіз і синтез бувають:

- прямий або емпіричний (застосовуються для виділення окремих частин об’єкта, знаходження його властивостей, найпростіших вимірювань);

- зворотний або елементарно-теоретичний (базується на деяких теоретичних міркуваннях причинно-наслідкового зв’язку різних явищ або дії якої-небудь закономірності, при цьому виділяються і з’єднуються явища, які можна вважати суттєвими, а другорядними знехтувати);

- структурно-генетичний (вимагає виділення в складному явищі таких елементів, які чинять вирішальний вплив на всі інші сторони об’єкта).

Однією з форм аналізу вважається класифікація предметів і явищ (поділ на класи, групи, типи і т.ін.).

При аналізі явищ і процесів виникає потреба у маніпулюванні великою кількістю фактів (ознак), що передбачає вміння виділяти головне. У такому випадку може бути застосований метод ранжирування, за допомогою якого виключають усе другорядне, що істотно не впливає на аналізоване явище.

Індукція і дедукція. Справжня наука можлива лише на основі абстрактного мислення, послідовних міркувань дослідника у вигляді суджень і висновків. У наукових судженнях встановлюються зв’язки між предметами чи явищами або між їх певними ознаками. Шлях до судження проходить через безпосереднє сприйняття предметів чи явищ, а також їх зв’язків. У наукових висновках одне судження змінюється іншим: на основі вже існуючих висновків робляться нові. Існує два основних види висновків: індуктивні (індукція) і дедуктивні (дедукція).

Як метод дослідження індукція – це процес дослідного вивчення явищ, під час якого здійснюється перехід від окремих фактів до загальних положень, окремі факти неначе виводять до загального положення.

Зазвичай виділяють три основних види індуктивних умовиводів:

- повна індукція;

- популярна індукція (просте перерахування);

- наукова індукція.

У реальному пізнанні індукція завжди виступає в єдності з дедукцією, це взаємо-зворотні методи пізнання.

Дедуктивним у широкому розумінні вважається будь-який висновок взагалі, у більш специфічному і найбільш поширеному розумінні – доведення або виведення твердження (наслідку) з одного або декількох інших тверджень (посилань) на основі законів логіки, що мають достовірний характер. Змістом дедукції як методу пізнання є застосування загальних наукових положень при дослідженні конкретних явищ. Важливою передумовою дедукції у практиці пізнання є зведення конкретних задач до загальних і перехід від розв’язання задачі у загальному вигляді до окремих її варіантів.

Індуктивні умовиводи дають лише вірогідні знання, тому що вони ґрунтуються на емпіричних спостереженнях кінцевого числа об’єктів. Дедуктивні умовиводи приводять до нового, достовірного знання, тому що їх вихідні посилання дійсні.

Метод аналогії ґрунтується на подібності деяких сторін різних предметів і явищ. Добуті результати поширюються на всі аналогічні предмети чи явища.

Абстракція являє собою одну із сторін форм пізнання, коли відбувається перехід від почуттєвого сприймання до уявного образу. Іноді абстраговані властивості і відношення пов’язуються з відомими класами об’єктів («метал», «натуральне число», «рослина»). У інших випадках вони уявляються ізольовано від тих предметів, з якими вони дійсно нерозривно пов’язані («корисність», «краса», «моральність»).

Процес абстрагування проходить два етапи.

Перший етап: виділення найбільш важливого в явищах і встановлення незалежності або слабкої залежності досліджуваних явищ від певних факторів (якщо об’єкт А не залежить безпосередньо від фактора Б, то можна відволіктися від останнього як несуттєвого).

Другий етап: реалізація можливостей абстрагування. Він полягає у тому, що один об’єкт замінюється іншим, більш простим, який виступає «моделлю» першого.

Абстрагування може застосовуватись до реальних і абстрактних об’єктів (таких, що вже раніше пройшли абстрагування). Багатоступінчасте абстрагування приводить до абстракцій зростаючого ступеня узагальнення.

Існують деякі види абстракції:

- ототожнення – утворення понять шляхом об’єднання предметів, пов’язаних відношеннями типу рівності в особливий клас (відволікання від деяких індивідуальних властивостей предметів);

- ізолювання - виділення властивостей і відношень, нерозривно пов’язаних з предметами, і позначення їх певними назвами, що надає абстракціям статус самостійних предметів - «надійність», «технологічність» (відмінність між двома першими абстракціями полягає у тому, що в першому випадку ізолюється комплекс властивостей об’єкта, а у другому – єдина його властивість);

- конструктивізації – відволікання від невизначеності меж реальних об’єктів (зупиняється безперервний рух і т.ін.);

- актуальної нескінченності – відволікання від незавершеності (і завершеності) процесу утворення нескінченної множини, від неможливості задати її повним переліком всіх елементів (така множина розглядається як існуюча);

- потенційної здійсненності – відволікання від реальних меж людських можливостей, зумовлених обмеженістю тривалості життя за часом та у просторі (нескінченність виступає вже як потенційно здійсненна).

Процес абстрагування є необхідною умовою утворення найрізноманітніших понять. Більше того, будь-яке пізнання взагалі пов’язане з абстрагуванням. Без них неможливе розкриття сутності досліджуваного об’єкта. Розчленування об’єкта і виділення у ньому сутнісних сторін, всебічний аналіз їх у «чистому» вигляді – все це результат абстрагуючої діяльності мислення.

Моделювання – непрямий, опосередкований метод наукового дослідження об’єктів пізнання (безпосереднє вивчення яких неможливе, ускладнене чи недоцільне), який ґрунтується на застосуванні моделі як засобу дослідження. Під моделлю розуміють систему, що заміщує об’єкт пізнання і є джерелом інформації про неї. Моделювання є одним з основних методів у сучасних дослідженнях. Розрізняють фізичне і математичне моделювання. У процесі фізичного моделювання фізика явищ у досліджуваному об’єкті та моделі однакові в їх математичних залежностях. При математичному моделюванні фізика явищ моделі та об’єкта відрізняються, але математичні залежності залишаються однаковими. Математичне моделювання набуває особливої цінності за необхідності вивчення дуже складних процесів. У процесі моделювання і властивості, і сам об’єкт дослідження зазвичай спрощують (узагальнюють). Чим ближче модель до оригіналу, тим краще вона описує об’єкт, тим ефективнішими є теоретичні дослідження і тим ближче отримані результати до прийнятої гіпотези дослідження. За типом моделі поділяють на фізичні, математичні і природні. Очевидно, що стандартних рекомендацій з вибору і побудови моделей не існує. Головне, щоб модель відображала суттєві явища того чи іншого процесу. Дрібні чинники, зайва деталізація, другорядні явища тощо лише ускладнюють модель, утруднюють проведення теоретичних досліджень, роблять їх громіздкими, нецільовими. Тому модель повинна бути оптимальною за своєю складністю, наочною, достатньо адекватною, тобто описувати закономірності досліджуваного явища з необхідною точністю.

Метод моделювання передбачає постановку мети, вибір або створення моделі, дослідження на моделі об’єкта пізнання, перенесення знань з моделі на оригінал завдяки суттєвій подібності і незначній відмінності між ними.

У ряді випадків використовують спосіб формалізації. Формалізація (від латинського formatis – що означає складений за формою) – метод пізнання різноманітних об’єктів шляхом відображення їх структури у знаковій формі за допомогою штучних мов (наприклад, мовами математики, хімії, програмування). У процесі формалізації всі змістові терміни замінюють символами, а змістові твердження – відповідними їм послідовностями символів або формулами. Здійснюється формалізація шляхом виявлення й перебудови структури теорії, внаслідок чого теорія набуває вигляду ланцюга формул, де кожна наступна логічно випливає з однієї або кількох попередніх (математичне моделювання).

Завдяки своїй специфічності, формалізація забезпечує узагальненість підходу до розв’язання пізнавальних проблем. Крім того, символіка штучної мови надає стислості і чіткості фіксації значень формалізованих об’єктів пізнання, однозначності розуміння їх структури (на відміну від двозначності при застосуванні звичайної мови).

Метод ідеалізації передбачає створення ідеальних моделей і порівняння ситуації, яку вивчають, з ідеальним варіантом. Ідеалізовані об’єкти вважаються граничними випадками тих або інших реальних об’єктів і обираються як засіб їх наукового аналізу, як основа для побудови теорії цих реальних об’єктів. Таким чином, вони у кінцевому результаті виступають як відображення об’єктивних предметів, процесів і явищ. Прикладами ідеалізованих об’єктів можуть бути поняття: «точка», «пряма лінія», «абсолютно тверде тіло», «абсолютно чорне тіло», «ідеальний газ», «ідеальний розчин» тощо.

Мета ідеалізації як методу пізнання – позбавити реальні об’єкти деяких притаманних їм властивостей і надати їм (уявно) певних нереальних і гіпотетичних властивостей. Будь-яка ідеалізація правомірна лише у певних межах. Отже, це складний метод, при застосуванні якого використовують специфічні особливості деяких інших методів – моделювання, аналогії, абстрагування тощо.

Особливе місце посідає метод аргументації. Цей метод дозволяє обґрунтувати істинність будь-якої тези, достовірність якої доведена. При застосуванні цього методу дослідник повинен дотримуватись наступних правил доказу: теза формулюється чітко, правильно і однозначно; теза повинна залишатися незмінною впродовж досліджень. Бажано при застосуванні цього методу досліджень не допускати висунення іншої тези, трансформувати тезу в подібну, але за сутністю іншу. Слід звернути увагу на аргументи, які не можуть самі собі суперечити та потребують доведення незалежно від тези. Слід пам’ятати, що будь-який доказ є аргументом, але не будь-яка аргументація є доказом.

Новий результат може бути визнаний лише за умов його доведеності. У широкому розумінні під терміном доказ слід розуміти спосіб, який дозволяє довести істинність судження. А відтак, доказ включає наступні складові: тезу (положення, істинність або хибність якого доводиться); аргументи (вихідні теоретичні положення або фактичні дані, істинність яких установлена раніше і є безперечною); демонстрацію (спосіб доведення, що являє собою послідовність аргументів задля підтвердження або спростування тези).

В якості тези може виступати загальне положення (узагальнення) або висловлювання. Аргументами можуть бути факти, визначення, аксіоми тощо.

У теоретичних дослідженнях можливі два методи: логічний та історичний. Логічний метод включає в себе гіпотетичний і аксіоматичний.

Гіпотетичний метод заснований на розробці гіпотези, наукового припущення, яке містить елементи новизни і оригінальності. Потреба у гіпотезі в науці виникає лише тоді, коли незрозумілий зв’язок між явищами, хоча відомо багато обставин, що передують або супроводжують його. Гіпотеза також дозволяє за характеристиками сучасного встановити картину минулого або спрогнозувати стан явища в майбутньому.

Гіпотеза – це система умовиводів, наукових припущень, за допомогою якої на підставі низки фактів робиться висновок про існування об’єкта, зв’язок або причини явища, причому виведення це не є абсолютно достовірним.

Гіпотеза висувається за умов, коли вона узгоджується або є сумісною з усіма фактами, яких вона стосується.

Слід зазначити, що для пояснення одних і тих самих явищ, подій можуть висуватися різні гіпотези. Перевірка або доведення гіпотези, її розвиток передбачає декілька можливостей. Вона може розвиватися, уточнюватися, доповнюватися, модифікуватися новими положеннями, але залишатися гіпотезою.

Вирішальним критерієм перетворення гіпотези на теорію є практика. Підтверджені практикою наслідки з гіпотези підвищують її ймовірність, наближають зміст гіпотези до знання.

У процесі висунення і розвитку гіпотези виділяють наступні стадії (рис 3.6). На стадії висунення гіпотези накопичують теоретичні і емпіричні знання про об’єкт, явище дослідження та обґрунтовують наукові припущення про можливість отримання нових знань про об’єкт та явище.

Рис. 3.6 — Процес висування і розвитку гіпотези

На другій стадії формулювання гіпотези здійснюють висування і обґрунтування гіпотези та підбирають методи і методики її доведення. На стадії доведення гіпотези проводять теоретичні дослідження і експериментальну перевірку отриманих результатів. При потребі висунуту гіпотезу уточнюють і видозмінюють у відповідності до отриманих результатів.

На заключній стадії за отриманими результатами досліджень гіпотеза приймається або відхиляється як недостовірна.

Слід зазначити, що достовірна гіпотеза не повинна суперечити законам, встановленим у певній системі знань. Одночасно гіпотеза має бути гранично простою та повинна:

• бути достовірною і безпосередньо пов’язаною з проблемою, що досліджується;

• передбачуваною і служити для вирішення обраної для дослідження проблеми;

• мати можливість формалізації, тобто здатність до викладення (оформлення) за допомогою математичного апарату.

При доведенні гіпотези найчастіше застосовують два способи встановлення істини: безпосередній і опосередкований.

Безпосередній спосіб доведення гіпотези полягає в тому, що в процесі практичних дій відбувається зіставлення деякого припущення з фактичним станом об’єкта, явища дослідження. При цьому спектр практичних дій може бути досить різноманітним: спостереження, експеримент, вимірювання, облік, розрахунок та інше.

Опосередкований спосіб доведення гіпотези полягає в тому, що її істинність може бути доведена шляхом умовиводів на основі вже наявних знань у вигляді законів і положень. Це особливо характерно для математики, теоретичної фізики, де є можливість значної формалізації та широкого застосування математичного апарату. У наш час значення опосередкування методів встановлення істинності наукових положень постійно зростає.

Прямим доказом вважають той, що є логічним ланцюжком висновків та умовиводів, останньою ланкою якої є сама теза. Під непрямим доказом розуміють такий логічний ланцюжок умовиводів, за допомогою якого доводять хибність відхилення тези і на цій основі роблять висновок про її істинність. Досить часто такий спосіб доведення називають „доведення від протилежного”.

Важливу роль у наукових дослідженнях відіграють спростування. Вони дозволяють звільнитися від хибних тверджень, необґрунтованих догм, помилок. Як доказ спростування має свою тезу, аргумент та демонстрацію. Спростування тези може відбутися, якщо буде доведено істинність антитези або хибність наслідків, що випливають з тези.

Аксіоматичний метод заснований на очевидних положеннях (аксіомах), які приймаються без доведення. Аксіоми застосовуються у наукових дослідженнях у вигляді відправних початкових положень для обґрунтування нової теорії. Передусім це стосується використання екологічних законів у наукових дослідженнях, що є аксіоматичними знаннями наукової теорії, які використовуються для подальшого розвитку науки.

Історичний метод дозволяє дослідити виникнення, формування і розвиток процесів і явищ у хронологічній послідовності з метою виявлення внутрішніх і зовнішніх зв’язків, закономірностей і протиріч. Даний метод дослідження використовується переважно у суспільних і історичних науках. У прикладних же науках він застосовується, наприклад, для вивчення розвитку і формування тих або інших галузей науки і техніки.

Між логічним та історичним методами існує єдність, заснована на тому, що будь-яке логічне пізнання повинно розглядатися в історичному аспекті.

Метод системного аналізу полягає у вивченні об’єкта дослідження як сукупності елементів, що утворюють систему. У наукових дослідженнях він передбачає оцінку поведінки об’єкта як системи з усіма факторами, які впливають на його функціонування.

Метод створення теорії використовують для узагальнення результатів дослідження, знаходження загальних закономірностей у поведінці об’єктів, що вивчаються, а також поширення результатів дослідження на інші об’єкти і явища, які сприяють підвищенню надійності проведеного експериментального дослідження.