Экспериментальные исследования

Эмпирический уровень исследования связан с выполнением экспериментов, наблюдений и поэтому здесь велика роль чувственных форм отражения окружающего мира. К основным методам эмпирического уровня исследования относятся наблюдение, измерение и эксперимент.

Наблюдение – это целенаправленное и организованное восприятие объекта исследования, позволяющее получить первичный материал для его изучения. Этот метод используется как самостоятельно, так и в сочетании с другими методами. В процессе наблюдения непосредственного воздействия наблюдателя на объект исследования не происходит. Вследствие ограниченности человеческих органов чувств при наблюдении широко применяются различные приборы и инструменты.

Чтобы наблюдение было плодотворным, оно должно удовлетворять ряду требований. Наблюдение должно вестись для определенной четко поставленной задачи; в первую очередь должны рассматриваться интересующие исследователя стороны явления; наблюдение должно быть активным; надо искать нужные объекты, определенные черты явления. Наблюдение необходимо вести по разработанному плану (схеме), оно должно подчиняться определенной тактике.

Результаты наблюдения дают не только первичную информацию об объекте исследования. При правильном объяснении в некоторых случаях они могут привести к крупным открытиям, в связи с чем наблюдательность является одним из важных качеств научного работника.

Качество результатов, полученных в процессе инструментального наблюдения, определяется точностью применяемых приборов. В отдельных случаях эти приборы могут приводить к возмущающему воздействию на наблюдаемый объект. Поэтому вопросы совершенствования измерительной техники уже на первоначальных ступенях познания играют важную роль.

Измерение – это процедура определения численного значения характеристик исследуемых материальных объектов (массы, длины, скорости и т. д.). Измерения выполняются с помощью соответствующих измерительных приборов и сводятся к сравнению измеряемой величины с некоторой однородной с ней величиной, принятой в качестве эталона. Измерения дают достаточно точные, количественно определенные описания свойств тел, существенно расширяя познания об окружающей действительности. В результате высококачественных измерений могут быть установлены факты и сделаны эмпирические открытия, приводящие к коренному изменению взглядов в определенной области знаний.

Измерение с помощью приборов и инструментов не может быть абсолютно точным. В связи с этим при измерениях большое значение уделяется оценке погрешности измерений.

Эксперимент – система операций, воздействий и (или) наблюдений, направленных на получение информации об объекте при исследовательских испытаниях, которые могут осуществляться в естественных и искусственных условиях при изменении характера протекания процесса.

Эксперимент используется на заключительной стадии исследования и есть критерий истинности теорий и гипотез. С другой стороны, эксперимент во многих случаях является источником новых теоретических представлений, развиваемых на основе данных проведенного опыта или законов, следующих из эксперимента. Всякое игнорирование эксперимента неизбежно ведет к ошибкам.

Эксперимент включает в себя выделение объекта исследования, создание необходимых условий для его выполнения, активное воздействие на объект исследования, процессы наблюдения и измерения.

Преимущества экспериментального изучения объекта по сравнению с простым наблюдением заключается в следующем. Во-первых, явление может изучаться в «чистом» виде благодаря устранению побочных факторов; во-вторых, эксперимент дает возможность изучения свойств объекта в экстремальных условиях (сверхвысокие и сверхнизкие температуры, давления и др.), что позволяет глубже проникнуть в сущность явлений. Третьим достоинством эксперимента является его повторяемость – возможность проведения заданного числа исследований.

Эксперименты могут быть натурными и модельными. Натурный эксперимент изучает явления и объекты в их естественном состоянии, модельный – моделирует эти процессы, позволяет изучать более широкий диапазон изменения определяющих факторов.

1.3 Теоретические исследования

На теоретическом уровне исследования используются такие общенаучные методы, как идеализация, формализация, принятие гипотезы, создание теории.

Идеализация – это мысленное создание объектов и условий, которые не существуют в действительности и не могут быть созданы практически. Она дает возможность лишить реальные объекты некоторых присущих им свойств или мысленно наделить их нереальными, гипотетическими свойствами, позволяя получить решение задачи в конечном виде. Например, в различных областях знаний (физика, теплопередача) широко применяются понятия абсолютно черного и абсолютно белого тел, абсолютно твердого тела, идеального газа и идеальной жидкости.

Идеализация достигается многоступенчатым абстрагированием, мысленным переходом к предельному случаю в развитии какого-либо свойства (абсолютно черное тело) или простым абстрагированием (несжимаемая жидкость). Естественно, любая идеализация правомерна лишь в определенных пределах.

Формализация – это метод изучения различных объектов, при котором основные закономерности явлений и процессов отображаются в знаковой форме, с помощью формул или специальных символов. Формализация обеспечивает обобщенность подхода к решению различных задач, позволяет формировать знаковые модели предметов и явлений, устанавливать закономерности между изучаемыми фактами. Символика искусственных языков придает краткость и четкость фиксации значений и не допускает двусмысленных толкований, что невозможно в обычном языке.

Гипотеза – научно обоснованная система умозаключений, посредством которой на основе ряда фактов делается вывод о существовании объекта, связи или причины явления. Гипотеза является формой перехода от фактов к законам, переплетением достоверного, принципиально проверяемого, но недоступного проверке опыта прошлого и представление о будущем, уже используемого и лишь потенциально возможного. Ввиду своего вероятностного характера гипотеза требует проверки, после которой она видоизменяется, отвергается (отрицательный результат проверки) или становится научной теорией.

В своем развитии гипотеза проходит три основные стадии. На этапе эмпирического познания происходит накопление фактического материала и высказывание на его основе некоторых предположений. Далее из сделанных предположений развертывается предположительная теория – формируется гипотеза. На заключительном этапе осуществляется проверка гипотезы, ее уточнение. Таким образом, основу превращения гипотезы в научную теорию составляет практика.

Различают обычные и математические гипотезы. В обычной гипотезе делается предположение о физических свойствах объекта и затем производится его математическое описание. В математической гипотезе сначала создается толкование полученных результатов. Для объяснения отдельных фактов выдвигаются рабочие гипотезы.

Основные правила выдвижения и проверки гипотезы состоят в следующем:

1. Гипотеза должна находиться в согласии или быть совместимой со всеми фактами, которых она касается.

2. Из многочисленных противостоящих одна другой гипотез, выдвинутых для объяснения серии фактов, предпочтительнее та, которая единообразно объясняет большее их число.

3. Для объяснения связанной серии фактов нужно выдвигать, возможно, меньше разных гипотез, и их связь должна быть, возможно, более тесной.

4. При выдвижении гипотезы необходимо сознавать вероятностный характер её выводов.

5. Гипотезы, противоречащие одна другой, не могут быть вместе истинными, за исключением того случая, когда они объясняют различные стороны и связи одного и того же объекта.

Теория представляет собой наиболее высокую форму обобщения и систематизации знаний. Она описывает, объясняет и предсказывает совокупность явлений в некоторой области действительности и сводит открытые в этой области законы к единому объединяющему началу. Создание теории основывается на результатах, полученных на эмпирическом уровне исследования. Затем эти результаты на теоретическом уровне исследования упорядочиваются, приводятся в стройную систему, объединенную общей идеей, уточняются на основе вводимых в теорию абстракций, идеализаций и принципов. В дальнейшем с использованием этих результатов выдвигается гипотеза, которая после успешной проверки практикой становится научной теорией. Таким образом, в отличие от гипотезы теория имеет объективное обоснование.

К новым теориям предъявляется несколько основных требований. Научная теория должна быть адекватной описываемому объекту или явлению, т. е. должна правильно их воспроизводить, что позволяет в определенных пределах заменить экспериментальные исследования теоретическими. Теория должна удовлетворять требованию полноты описания некоторой области действительности, объяснять взаимосвязи между различными компонентами системы; в ней должны существовать связи между различными положениями, обеспечивающие переход от одних утверждений к другим. Теория должна соответствовать эмпирическим данным. В противном случае она должна быть усовершенствована или отвергнута. Теория должна обладать эвристичностью, конструктивностью и простотой.

Эвристичность теории отражает её предсказательные и объяснительные возможности. Математический аппарат теории должен позволять не только делать точные количественные предсказания, но и открывать новые явления. Конструктивность теории состоит в простой, совершаемой по определенным правилам, проверяемости основных ее положений. Простота теории достигается введением обобщенных законов, сокращением и уплотнением информации с помощью определителей – сокращений.

В развитии теории могут быть два самостоятельных этапа: эволюционный, когда теория сохраняет свою качественную определённость, и революционный, когда осуществляется изменение ее основных исходных начал, компонент, математического аппарата и методологии. По существу этот скачок есть создание новой теории, он совершается тогда, когда возможности старой теории исчерпаны.

Научная теория может быть построена на основе аксиоматического метода. В этом случае ряд утверждений принимается без доказательств, а все выводы делаются по определенным законам. Вопрос об истинности исходных утверждений (аксиом) и правильности созданной теории решается чаще всего в рамках других теорий и эксперимента.

В качестве исходной мысли, объединяющей в целостную систему входящие в теорию понятия и суждения, выступает идея. В ней отражается фундаментальная закономерность, лежащая в основе теории, в то время как в других понятиях отображены те или иные существенные стороны и аспекты этой закономерности. Идеи могу не только служить основой теории, но и связывать ряд теорий в науку, отдельную область знания. Кроме того, идея может существовать до создания теории как предпосылка её построения.

По отношению к идее принцип выступает как её первое и самое абстрактное определение. Принцип не исчерпывает всего содержания идеи. Если в основе теории всегда лежит идея, то принципов, выражающих её, может быть несколько.

Законом называется теория, обладающая большой надёжностью и подтверждённая многочисленными экспериментами. Закон выражает общие отношения и связи, которые характерны для всех явлений данного рода, класса; он существует независимо от сознания людей.

Частные законы действуют в определенной области знаний, например закон сложения скоростей в механике, второй закон термодинамики. Общим законам подчиняется большая группа явлений. Примером такого закона является закон сохранения и превращения энергии. Всеобщие (универсальные) законы действительны для всех областей знаний (например, закон диалектики).

Дата добавления: 2014-01-20