Аналогия и моделирование

Абстрагирование и конкретизация

Абстрагирование – метод научного познания, заключающийся в мысленном выделении интересующих исследователя признаков предмета или явления и их мысленном отвлечении от всех других.

В процессе абстрагирования происходит отбрасывание несущественных, побочных признаков, затрудняющих проведение исследования. Любое эмпирическое высказывание – абстракция. Абстрагирование тесно связано с конкретизацией.

Пример: 1) При расчете бетона не принимают во внимание его пористость. Считают, как абсолютно плотное тело, а затем корректируют состав. 2) Понятие «абсолютно черного тела» - тело, поглощающее весь падающий на него свет. Таких тел в природе нет. Но при изучении свойств «абсолютно черного тела» легко определить зависимости от температуры и т.д.

Аналогия – сходство по какому-то признаку в целом различных объектов умозаключение по аналогии – метод научного познания, посредством которого достигается знание об одних предметах и явлениях на основании того, что они имеют сходство с другими.

Пример: аналогия между течением жидкости и электрическим током.

Различают две формы проявления аналогии в познании: ассоциативную и логическую

Ассоциативная носит образный характер и играет роль в период первоначального зарождения новых научных идей.

Логическая аналогия – когда судят о родстве тех или иных явлений на основе их параллельного изучения. (дыхание людей и животных, падение камней в Европе и Америке, свет кухонного очага и Солнца), сопоставлять, изучать, выделять однотипные причины.

Такое параллельное изучение и сравнение явлений позволяет быстрее проникнуть в их сущность.

Наиболее оригинальные технические решения получены при использовании в технике механизмов живой природы. Создана специальная наука – бионика.

Моделирование – метод научного познания, заключающийся в замене изучаемого предмета, явления на его модель, специально устроенный аналог и его исследование. Модель должна содержать существенные черты оригинала.

Применяются физические модели (уменьшения аналога), математические модели, электрические.

Использование моделирования в научном познании диктуется необходимостью раскрыть такие стороны объектов, которые либо невозможно постигнуть путем их непосредственного изучения, либо невыгодно их таким образом изучать из чисто экономических соображений.

Метод моделирования получил большое распространение в современной науке в связи с развитием кибернетики и применением ЭВМ (информационное моделирование).

Методы, используемые на теоретическом уровне исследования.

К ним относят – формализацию, принятие гипотезы, создание теории.

Формализация – метод изучения разнообразных объектов посредством элементов формы, отражающих содержание. Исследуемое явление, объект, процесс выражаются математическими терминами, формулами, с которыми затем выполняют действия по определённым правилам. Формализация составляет сущность математического абстрагирования.

Сейчас наблюдается математизация науки. Этот процесс ускорился в связи распространением вычислительной техники. Созданы логические диагностические машины для определения неисправностей.

Гипотеза – научное предположение, достоверность которого на определённом этапе развития науки и техники не может быть подтверждена.

Гипотеза в опытных науках опирается на факты и всё предшествующее теоретическое знание.

В процессе исследования учёный накапливает данные наблюдений и результаты экспериментов, стремится их понять и объяснить теоретически.

Она создаётся, чтобы объяснить факты известные и предсказать неизвестные.

Требования к научным гипотезам.

1. Проверяемость. Это касается опытных и фактуальных наук. Здесь возможно её сопоставление с данными эксперимента.

Но не все гипотезы можно проверить экспериментально, особенно при изучении ненаблюдаемых объектов (электромагнитные волны, элементарные частицы). Однако, предположение о их существовании проверяют косвенным путём по показаниям приборов.

2. Совместимость гипотез с существующим научным знанием. Вновь создаваемые гипотезы не должны противоречить существующему теоретическому знанию (фундамент). Это требование нельзя абсолютизировать. (революция)

3. Критерий простоты. Одни и те же факты можно объяснить с помощью разных гипотез.

В истории науки были случаи, когда конкурирующие гипотезы одинаково удовлетворяли всем перечисленным требованиям.

Тем не менее, одна из гипотез оказывалась наиболее приемлемой вследствие своей простоты.

Гипотетическую стадию формирования прошли все современные научные теории в физике, химии, биологи и других конкретных наук.

Не все гипотезы ведут к новому открытию. Но и те из них, которые не получают подтверждения и погибают, имеют положительное значение, т.к. раскрывают тупиковые направления на пути научного поиска.

Теория – взаимосвязанная система знаний о некоторой области реальности. Теория вскрывает основные закономерности её развития и направлена на дальнейшее преобразование объективной реальности и человека.

Строение теории.

Теория включает

1) эмпирический базис (факты и данные и результаты их простейшей обработки),

2) исходный теоретический базис – аксиомы, постулаты, фундаментальные законы,

3) логический аппарат содержит правила вывода следствий или теорем, из аксиом.

4) потенциально допустимые следствия.

Все они различны по своему содержанию, но имеют ряд общих черт.

1. Все теории построены из предложений, высказываний. Они несут различную информацию или знания и являются кирпичиками теории.

2. Теория есть совокупность взаимосвязанных предложений.

3. Предложения теории связаны отношениями выводимости. Те предложения, из которых выводятся все остальные, образуют основу теории. Те, которые получаются в результате вывода, называются следствиями.

Всякая теория играет в науке важную роль постольку, и только постольку, поскольку она обеспечивает более ясное понимание свойств реального мира.

В науке существует два способа построения новой теории. Один способ заключается в накоплении такого количества данных, что новая теория становится очевидной и не нуждается в доказательствах.

Другой способ заключается в смелой формулировке нового положения, которое вначале кажется вовсе не связанным с наблюдаемыми данными, но зато потом удаётся показать, что следствия из этого утверждения после соответствующих выкладок позволяют объяснить многие наблюдаемые факты.

Методы, используемые на эмпирическом уровне исследования.

Это наблюдение и эксперимент. Они служат для получения эмпирического знания.

Наблюдение – фундамент эмпирического знания. Именно наблюдение лежит в основе всех научных теорий и научных открытий.

Можно выделить обыденно наблюдение и научное наблюдение.

Обыденное наблюдение осуществляют миллиарды людей ежедневно, а открытий гораздо меньше.

Научное наблюдение – это целенаправленное восприятие явлений и предметов окружающего мира.

Наблюдение всегда связано с описанием. С помощью описания чувственная информация переводится на язык понятий, знаков, схем, рисунков, графиков и цифр, принимая тем самым форму, удобную для дальнейшей рациональной обработки (систематизации, обобщения, классификации).

Описание можно рассматривать как завершающий этап наблюдения. Исследователь стремится как можно подробнее зафиксировать все стороны изучаемого объекта. В своё время геология, география и др. отрасли знания носили ярко выраженный описательный характер.

Постепенно, по мере накопления эмпирического материала, наука переходит от простого описания к раскрытию сущности явлений, нахождению закономерностей, превращаясь в теоретическую систему.

Научное наблюдение освещено научной идеей, связано с теоретическим знанием, которое показывает, что наблюдать и как наблюдать.

Описание бывает качественным и количественным. Количественное описание возникает в результате измерений.

Измерение - операция, при которой получают численное значение измеряемой величины. С введением измерения естествознание превратилось в науку.

Итак, процесс научного наблюдения является деятельностью, которая включает в качестве элементов

1) самого наблюдателя,

2) объект наблюдения,

3) средства наблюдения.

Наблюдения бывают трёх типов.

Первый тип – наблюдение осуществляется в процессе прямого непосредственного взаимного действия между объектом А и органами чувств наблюдателя В.

объект исследователь

Второй тип имеет место, когда между объектом А и наблюдателем помещается прибор С. Этот прибор не меняет характер взаимодействия, он только усиливает количественную сторону взаимодействия

объект прибор исследователь

(микроскоп)

Третий тип наблюдения осуществляется в том случае, когда прибор существенно видоизменяет особенности взаимодействия.

Прибор влияет не только на количественную, но и на качественную сторону взаимодействия.

Эмпирические знания базируются на наблюдениях всех трёх типов.

Наблюдения первого типа для нас наиболее привычны с точки зрения повседневного опыта.

В научном исследовании такое непосредственное наблюдение часто оказывается неосуществимым. (Пористость определить, или прочность. Много, мало и только).

Тогда человек создал приборы, или средства, наблюдения(даже линейка) и преодолел этот барьер. Но наше наблюдение стало не прямым, а опосредованным.

Приборы вносят свою лепту в результаты наблюдения.

Нужно учитывать, что прибор должен быть исправным и откалиброванным по эталонам.

Неисправный прибор может искажать результаты (весы).

Факторы, влияющие на объективность результатов.

1. Природа наблюдаемых объектов.

2. Устройство и состояние органов чувств.

3. условия, в которых ведётся наблюдение и которые можно изменять.

4. Характер применяемых приборов и инструментов (современные, точные или устаревшие).

Условия получения объективных результатов.

1) Разнообразить условия наблюдения. Разумеется,, в разных условиях объект будет проявлять себя по-разному, но во всех наблюдениях будет проявляться что-то общее – вот это и можно считать объективной информацией о наблюдаемом явлении (изменяем темп печи, форму образца).

2) Использование разнообразных приборов, обладающих разными физическими конструктивными характеристиками. Микроскоп, рентген, спектрофотометр. Сравнение результатов, полученных при таком комплексном исследовании, позволит выделить нечто общее, присущее наблюдаемому объекту.

3) Сравнение результатов, полученных разными наблюдателями.

Эксперимент – научно-поставленный опыт в точно учитываемых условиях. (в переводе с лат. – опыт, проба).

Эксперимент – опыт, воспроизведение объекта познания.

Основная цель эксперимента – проверка теоретических положений, а также более широкое и глубокое изучение темы научного исследования.

Высокое качество эксперимента является необходимым условием здорового развития науки.

Эксперименты различают естественные и искусственные.

Естественные эксперименты характерны для социальных явлений в обстановке производства или быта (социологические опросы, выявление рейтинга и т.д.).

Искусственные эксперименты применяются во многих отраслях, особенно в естественных и технических науках. Они осуществляются в специальных помещениях.

Экспериментальные исследования могут быть лабораторными и производственными.

Лабораторные опыты проводят с применением специальных или типовых приборов, стендов, оборудования, моделирующих установок и т.д. Эти исследования позволяют наиболее полно и доброкачественно изучить влияние характеристик при изменении других. Это можно осуществить с требуемой точностью и повторяемостью.

И в результате можно получить научную информацию с минимальными затратами.

Однако, лабораторные опыты не всегда полностью моделируют реальный ход изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении производственного эксперимента.

Цель производственного эксперимента изучить процесс в реальных условиях, с учётом воздействия различных случайных факторов производственной среды. Такие эксперименты проводят на строящихся объектах: заводах, дорогах, зданиях и т.д. В этом случае требуется особо тщательное продумывание и планирование эксперимента, обоснование минимально потребного количества измерений.

Разновидностью производственного эксперимента является собирание материалов в организациях, которые накапливают по стандартным формам те или иные данные. Ценность этих материалов в том, что они систематизированы за многие годы по единой методике.

Такие данные легко поддаются обработке методами статистики и теории вероятности.

Производственные экспериментальные исследования могут быть заменены опытами на специальных полигонах.

В ряде случаев производственный эксперимент эффективно проводить методом анкетирования. Здесь особенно важна тщательно продуманная методика. Основные данные собирают методом опроса производственных организаций по предварительно составленной анкете.

Этот метод позволяет собрать очень большое количество данных наблюдений или измерений по изучаемому вопросу.

К результатам анкетирования необходимо относиться с особенной тщательностью, поскольку они не всегда содержат достаточно надёжные данные. Особую роль здесь играют методы статистической обработки результатов измерений.

Структура научного исследования

ИИ – источники информации; ПП – постановка проблемы;

ПЭ – предварительный эксперимент.

Выбор и постановка научных проблем.

Научное познание начинается и всегда сопровождается решением проблем. Отсутствие проблем привело бы к остановке исследования и застою в науке.

Научная проблема представляет собой результат осознания возникшей в науке проблемной ситуации, которая связана с трудностью развития дальнейшего познания.

Когда возникает проблемная ситуация?

1) Появляются трудности и даже противоречия при объяснении новых данных в науке. Имеющиеся старые теоретические представления неспособны объяснить эти новые данные. Прежние методы оказываются неспособными объяснить вновь открытые явления.

Анализ проблемной ситуации в конечном счёте и приводит к постановке новых проблем.

Проблем может быть несколько и необходимо выбрать наиболее точную.

При постановке и точной формулировке научной проблемы имеет значение уровень теоретической зрелости отрасли науки, состояния её экспериментальной базы. Но ещё большее значение имеют субъективные особенности учёных (опыт, квалификация, одаренность, талант).

Выдвигая проблему, ясно указывают, какую цель с её помощью стремятся достичь.

После формулировки проблемы начинается стадия научного поиска, которую можно охарактеризовать как генерацию новых идей.

Правильная постановка и ясная формулировка новых научных проблем нередко имеет не меньшее значение, чем решение самих проблем.

Естественно, что постановка проблемы и поиск новых идей осуществляется в процессе информационного поиска. Вся деятельность учёного связана с информацией.

I. Изучение состояния вопроса. Информационный поиск.

Постановка научной проблемы осуществляется на основе имеющейся информации.

Информация заключена в учебниках, монографиях, статьях, диссертациях и т.д.

При разработке нового направления в науке или технике необходимо изучить всю имеющуюся литературу (информацию) по этому вопросу. Развитие знания характеризуется преемственностью. Тогда в новых теориях и технических объектах будут преодолены недостатки старых и в то же время учтены их достоинства.

Итак, цель информационного поиска: определить тенденцию или направление развития изучаемого явления, процесса или объекта. Зная направление развития, можно верно определить направление исследования.

Где искать?

Вся научно-техническая литература и документация страны содержится в ГПНТБ – государственной публичной научно-технической библиотеке (в Москве 10 млн. ед. хр.) Она снабжает министерства и ведомства страны, промышленные предприятия и вузы.

В области строительства всю научно-техническую информацию организует Госстрой СССР, которому подчинены Центральный институт научной информации по строительству и архитектуре (ЦИНИС). Вторым крупным информационным строительным органом является Центр научно-технической библиотеки по строительству и архитектуре Госстроя СССР(ЦНТБ). Это крупнейшая в мире библиотека по различным вопросам строительства. Книжный фонд её составляет более 1 млрд. экземпляров.

Информавтодор (Информационный центр по автомобильным дорогам).

Основные источники информации.

1. Учебники – в них опубликованы данные в переработанном адаптированном виде в соответствии с имеющимися законами к моменту написания учебника. Первоначальные сведения можно получить в них.

2. Монографии (моно – один, графия – пишу) – научный труд, посвященный изучению одной темы.

3. Библиографические издания (библио – книга, графия – пишу).

а) Реферативные журналы выпускает ВИНИТИ – Всесоюзный институт научно-технической информации по 17 отраслям знаний. В них публикуются рефераты по результатам обзора научно-технической литературы 120 стран мира.

б) Каталог библиографических указателей по технике. Выходит 1 раз в месяц. Составляется библиотеками и органами информации.

в) Экспресс-информация. Публикуются обзоры литературы по узкой тематике, более полные или обзорная информация.

4. Специализированные журналы (периодические издания, выходят 1 раз в месяц или 2 месяца)

а) Строительные материалы

б) Бетон и железобетон

в) Стекло и керамика

г) Известия вузов «Строительство и архитектура»

д) Дороги России ХХI века

5. Труды институтов – тезисы и доклады конференций, авторефераты, диссертации.

6. Патенты.

Поиск патентной информации.

Патент – свидетельство, грамота.

Патент - это документ, удостоверяющий государственное признание технического решения – изобретения.

Патент закрепляет за лицом, которому выдан патент, исключительное право на изобретение.

Все патенты собраны в определённом месте и по определённому порядку и составляют патентную документацию за 200 лет. Издаются специальные сборники по странам, годам, разделам. Для поиска также применяется классификация.

МКИ – международная классификация изобретений.

Патентная информация предшествует научному исследованию. Она обязательна.

Патентная информация позволяет выяснить:

1. прогноз тенденции развития научного направления;

2. оценку технического уровня своей разработки путём сопоставления с другими;

3. патентную чистоту.

Для выбора направления исследования имеет значение анализ патентных разработок за последние 5-8 лет. Подсчитывая число патентов и авторских свидетельства каждый год можно сделать такие практически важные выводы:

1) если число патентных публикаций за каждый последующий год превышает данные предыдущего, то направление исследования является перспективным, а исследуемая тема – несомненно актуальной;

2) если число патентных публикаций приблизительно одинаково, то для проведения исследования необходимо разработать параллельный (резервный) путь, а тему исследования целесообразно расширить;

3) если число патентных публикаций за каждый год уменьшается, то тема исследования не обладает достаточной новизной. В этом случае необходимо провести дополнительное исследование с целью нахождения новых способов, принципов, материалов.

Дата добавления: 2014-01-07