Научное знание представляет собой систему, имеющую несколько уровней познания, различающихся по целому ряду параметров. В зависимости от предмета, характера, типа, метода и способа получаемого знания выделяют эмпирический и теоретический уровни познания. Каждый из них выполняет определенные функции и располагает специфическими методами исследования. Уровням соответствуют взаимосвязанные, но в то же время специфические виды познавательной деятельности: эмпирическое и теоретическое исследования. Выделяя эмпирический и теоретический уровни научного познания, современный исследователь отдает себе отчет в том, что если в обыденном познании правомерно различать чувственный и рациональный уровни, то в научном исследовании эмпирический уровень исследования никогда не ограничивается чисто чувственным знанием, теоретическое знание не представляет собой чистую рациональность. Даже первоначальные эмпирические знания, полученные путем наблюдения, фиксируются с использованием научных терминов. Теоретическое знание также не является чистой рациональностью. При построении теории используются наглядные представления, которые являются основой чувственного восприятия. Таким образом, можно сказать, что в начале эмпирического исследования преобладает чувственное, а в теоретическом – рациональное. На уровне эмпирического исследования не исключено выявление зависимостей и связей между явлениями, определенных закономерностей. Но если эмпирический уровень может уловить только внешнее проявление, то теоретический доходит до объяснения сущностных связей исследуемого объекта.

Эмпирические знания – результат непосредственного взаимодействия исследователя с реальностью в наблюдении или эксперименте. На эмпирическом уровне происходит не только накопление фактов, но и их первичная систематизация, классификация, что позволяет выявлять эмпирические правила, принципы и законы, которые преобразуются в наблюдаемые явления. На этом уровне исследуемый объект отражается преимущественно во внешних связях и проявлениях. Сложность научного знания определяется наличием в нем не только уровней и методов познания, но и форм, в которых оно фиксируется и развивается. Основными формами научного познания являются факты, проблемы, гипотезы и теории. Их значение – раскрывать динамику процесса познания в ходе исследования и изучения какого-либо объекта. Установление фактов является необходимым условием успешности естественнонаучных исследований. Для построения теории факты должны быть не только достоверно установлены, систематизированы и обобщены, но и рассмотрены во взаимосвязи. Гипотеза – это предположительное знание, которое носит вероятностный характер и требует проверки. Если в ходе проверки содержание гипотезы не согласуется с эмпирическими данными, то оно отвергается. Если же гипотеза подтверждается, то можно говорить о ней с той или иной степенью вероятности. В результате проверки и доказательства одни гипотезы становятся теориями, другие уточняются и конкретизируются, третьи отбрасываются, если их проверка дает отрицательный результат. Основным критерием истинности гипотезы является практика в разных формах.

Научная теория – обобщенная система знаний, дающая целостное отображение закономерных и существенных связей в определенной области объективной реальности. Основная задача теории заключается в том, чтобы описать, систематизировать и объяснить все множество эмпирических фактов. Теории классифицируют как описательные, научные и дедуктивные. В описательных теориях исследователи формулируют общие закономерности на основе эмпирических данных. Описательные теории не предполагают логического анализа и конкретности доказательств (физиологическая теория И. Павлова, эволюционная теория Ч. Дарвина и др.). В научных теориях конструируют модель, замещающую реальный объект. Следствия теории проверяются экспериментом (физические теории и др.). В дедуктивных теориях разработан специальный формализованнный язык, все термины которого подвергаются интерпретации. Первая из них – «Начала» Евклида (сформулирована основная аксиома, потом к ней добавлены положения, логически выведенные из нее, и все доказательства проводятся на этой основе).

Главными элементами научной теории являются принципы и законы. Принципы представляют общие и важные подтверждения теории. В теории принципы играют роль первичных предпосылок, образующих ее основу. В свою очередь, содержание каждого принципа раскрывается с помощью законов. Они конкретизируют принципы, раскрывают механизм их действия, логику взаимосвязи, вытекающих из них следствий. Законы представляют собой форму теоретических утверждений, раскрывающих общие связи изучаемых явлений, объектов и процессов. При формулировании принципов и законов исследователю достаточно непросто уметь увидеть за многочисленными, часто совершенно непохожими внешне фактами именно существенные свойства и характеристики исследуемых свойств объектов и явлений. Трудность заключается в том, что в непосредственном наблюдении зафиксировать сущностные характеристики исследуемого объекта сложно. Поэтому прямо перейти с эмпирического уровня познания на теоретический нельзя. Теория не строится путем непосредственного обобщения опыта, поэтому следующим шагом становится формулирование проблемы. Она определяется как форма знания, содержанием которой является осознанный вопрос, для ответа на который имеющихся знаний недостаточно. Поиск, формулирование и решение проблем – основные черты научной деятельности. В свою очередь, наличие проблемы при осмыслении необъяснимых фактов влечет за собой предварительный вывод, требующий экспериментального, теоретического и логического подтверждения. Процесс познания окружающего мира представляет собой решение разного рода задач, возникающих в ходе практической деятельности человека. Эти проблемы решаются путем использования особых приемов – методов.

– совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности.

Методы исследований оптимизируют деятельность человека, вооружают его наиболее рациональными способами организации деятельности. А. П. Садохин кроме выделения уровней познания при классификации научных методов учитывает критерий применяемости метода и выделяет общие, особенные и частные методы научного познания. Выделенные методы часто сочетаются и комбинируются в процессе исследования.

Общие методы познания касаются любой дисциплины и дают возможность соединить все этапы процесса познания. Эти методы используются в любой области исследования и позволяют выявлять связи и признаки исследуемых объектов. В истории науки исследователи к таким методам относят метафизический и диалектический методы. Частные методы научного познания – это методы, применяющиеся только в отдельной отрасли науки. Различные методы естествознания (физики, химии, биологии, экологии и т. д.) являются частными по отношению к общему диалектическому методу познания. Иногда частные методы могут использоваться за пределами тех отраслей естествознания, в которых они возникли. Например, физические и химические методы используются в астрономии, биологии, экологии. Часто исследователи применяют комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета. Например, экология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, биологии. Частные методы познания связаны с особенными методами. Особенные методы исследуют определенные признаки изучаемого объекта. Они могут проявляться на эмпирическом и на теоретическом уровнях познания и быть универсальными.

Среди особенных эмпирических методов познания выделяют наблюдение, измерение и эксперимент.

Наблюдение представляет собой целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, чувственное отражение объектов и явлений, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Поэтому исследование чаще всего начинается с наблюдения, и лишь потом исследователи переходят к другим методам. Наблюдения не связаны с какой-либо теорией, но цель наблюдения всегда связана с некой проблемной ситуацией. Наблюдение предполагает наличие определенного плана исследования, предположение, подвергаемое анализу и проверке. Наблюдения используются там, где нельзя поставить прямой эксперимент (в вулканологии, космологии). Результаты наблюдения фиксируются в описании, отмечающем те признаки и свойства изучаемого объекта, которые являются предметом изучения. Описание должно быть максимально полным, точным и объективным. Именно описания результатов наблюдения составляют эмпирический базис науки, на их основе создаются эмпирические обобщения, систематизация и классификация.

Измерение – это определение количественных значений (характеристик) изучаемых сторон или свойств объекта с помощью специальных технических устройств. Большую роль в исследовании играют единицы измерения, с которыми сравниваются полученные данные.

Эксперимент – более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он представляет собой целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующий объект или явление для изучения его различных сторон, связей и отношений. В ходе экспериментального исследования ученый вмешивается в естественный ход процессов, преобразует объект исследования. Специфика эксперимента состоит также в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в чистом виде. Это происходит за счет максимального исключения воздействия посторонних факторов. Экспериментатор отделяет существенные факты от несущественных и тем самым значительно упрощает ситуацию. Такое упрощение способствует глубокому пониманию сути явлений и процессов и создает возможность контролировать многие важные для данного эксперимента факторы и величины. Для современного эксперимента характерны особенности: увеличение роли теории на подготовительном этапе эксперимента; сложность технических средств; масштабность эксперимента. Основная задача эксперимента заключается в проверке гипотез и выводов теорий, имеющих фундаментальное и прикладное значение. В экспериментальной работе при активном воздействии на исследуемый объект искусственно выделяются те или иные его свойства, которые и являются предметом изучения в естественных либо специально созданных условиях. В процессе естественнонаучного эксперимента часто прибегают к физическому моделированию исследуемого объекта и создают для него различные управляемые условия. С. X. Карпенков подразделяет экспериментальные средства по содержанию на следующие системы:

С. Х. Карпенков указывает, что в зависимости от поставленной задачи данные системы играют разную роль. Например, при определении магнитных свойств вещества результаты эксперимента во многом зависят от чувствительности приборов. В то же время при исследовании свойств вещества, не встречающегося в природе в обычных условиях, да еще и при низкой температуре, важны все системы экспериментальных средств.

В любом естественнонаучном эксперименте выделяют такие этапы:

Подготовительный этап представляет собой теоретическое обоснование эксперимента, его планирование, изготовление образца исследуемого объекта, выбор условий и технических средств исследований. Результаты, полученные на хорошо подготовленной экспериментальной базе, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Анализ результатов эксперимента позволяет оценить те или иные признаки исследуемого объекта, сопоставить полученные результаты с гипотезой, что очень важно при определении правильности и степени достоверности окончательных результатов исследования.

Для повышения достоверности полученных результатов эксперимента необходимы:

Среди особенных теоретических методов научного познания выделяют процедуры абстрагирования и идеализации. В процессах абстрагирования и идеализации формируются понятия и термины, используемые во всех теориях. Понятия отражают существенную сторону явлений, появляющуюся при обобщении исследования. При этом из объекта или явления выделяется только некоторая его сторона. Так, понятию «температура» может быть дано операционное определение (показатель степени нагретости тела в определенной шкале термометра), а с позиций молекулярно-кинетической теории температура – это величина, пропорциональная средней кинетической энергии движения частиц, составляющих тело. Абстрагирование – мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые считают несущественными. Таковы модели точки, прямой линии, окружности, плоскости. Результат процесса абстрагирования называется абстракцией. Реальные объекты в каких-то задачах могут быть заменены этими абстракциями (Землю при движении вокруг Солнца можно считать материальной точкой, но нельзя при движении по ее поверхности).

Идеализация представляет операцию мысленного выделения какого-то одного важного для данной теории свойства или отношения, мысленного конструирования объекта, наделенного этим свойством (отношением). В результате идеальный объект обладает только этим свойством (отношением). Наука выделяет в реальной действительности общие закономерности, которые существенны и повторяются в различных предметах, поэтому приходится идти на отвлечения от реальных объектов. Так образуются такие понятия, как «атом», «множество», «абсолютно черное тело», «идеальный газ», «сплошная среда». Полученные таким образом идеальные объекты в действительности не существуют, так как в природе не может быть предметов и явлений, имеющих только одно свойство или качество. При применении теории необходимо вновь сопоставить полученные и использованные идеальные и абстрактные модели с реальностью. Поэтому важны выбор абстракций в соответствии с их адекватностью данной теории и последующее исключение их.

Среди особенных универсальных методов исследований выделяют анализ, синтез, сравнение, классификацию, аналогию, моделирование. Процесс естественнонаучного познания совершается так, что мы сначала наблюдаем общую картину изучаемого объекта, при которой частности остаются в тени. При таком наблюдении нельзя познать внутреннюю структуру объекта. Для ее изучения мы должны разделить изучаемые объекты.

Анализ – одна из начальных стадий исследования, когда от цельного описания объекта переходят к его строению, составу, признакам и свойствам. Анализ – метод научного познания, в основе которого лежит процедура мысленного или реального разделения объекта на составляющие его части и их отдельное изучение. Невозможно познать сущность объекта, только выделяя в нем элементы, из которых он состоит. Когда путем анализа частности исследуемого объекта изучены, он дополняется синтезом.

Синтез – метод научного познания, в основе которого лежит объединение выделенных анализом элементов. Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единственных знаний, полученных с помощью анализа. Он показывает место и роль каждого элемента в системе, их связь с другими составными частями. Анализ фиксирует в основном то специфическое, что отличает части друг от друга, синтез – обобщает аналитически выделенные и изученные особенности объекта. Анализ и синтез берут свое начало в практической деятельности человека. Человек научился мысленно анализировать и синтезировать лишь на основе практического разделения, постепенно осмысливая то, что происходит с объектом при выполнении практических действий с ним. Анализ и синтез являются компонентами аналитико-синтетического метода познания.

При количественном сопоставлении исследуемых свойств, параметров объектов или явлений говорят о методе сравнения. Сравнение – метод научного познания, позволяющий установить сходство и различие изучаемых объектов. Сравнение лежит в основе многих естественнонаучных измерений, составляющих неотъемлемую часть любых экспериментов. Сравнивая объекты между собой, человек получает возможность правильно познавать их и тем самым правильно ориентироваться в окружающем мире, целенаправленно воздействовать на него. Сравнение имеет значение, когда сравниваются действительно однородные и близкие по своей сущности объекты. Метод сравнения выделяет отличия исследуемых объектов и составляет основу любых измерений, то есть основу экспериментальных исследований.

Классификация – метод научного познания, который объединяет в один класс объекты, максимально сходные друг с другом в существенных признаках. Классификация позволяет свести накопленный многообразный материал к сравнительно небольшому числу классов, типов и форм и выявить исходные единицы анализа, обнаружить устойчивые признаки и отношения. Как правило, классификации выражаются в виде текстов на естественных языках, схем и таблиц.

Аналогия – метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного при рассмотрении какого-либо объекта, на другой, менее изученный, но схожий с первым по каким-то существенным свойствам. Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, причем сходство устанавливается в результате сравнения предметов между собой. Таким образом, в основе метода аналогии лежит метод сравнения.

Метод аналогии тесно связан с методом моделирования, который представляет собой изучение каких-либо объектов с помощью моделей с дальнейшим переносом полученных данных на оригинал. В основе этого метода лежит существенное сходство объекта-оригинала и его модели. В современных исследованиях используют различные виды моделирования: предметное, мысленное, символическое, компьютерное. Предметное моделирование представляет собой использование моделей, воспроизводящих определенные характеристики объекта. Мысленное моделирование представляет собой использование различных мысленных представлений в форме воображаемых моделей. Символическое моделирование использует в качестве моделей чертежи, схемы, формулы. В них в символико-знаковой форме отражаются определенные свойства оригинала. Видом символического моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики. Оно предполагает формирование систем уравнений, которые описывают исследуемое природное явление, и их решение при различных условиях. Компьютерное моделирование получило широкое распространение в последнее время (Садохин А. П., 2007).

Разнообразие методов научного познания создает трудности в их применении и понимании их роли. Эти проблемы решаются особой областью знания – методологией. Основной задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности, развития методов познания.

2) раскрывать возможность использования на практике познанных законов, сил и веществ природы.

Целью естествознания , в конечном счете, является попытка решения так называемых «мировых загадок», сформулированных еще в конце 19-го века Э. Геккелем и Э.Г. Дюбуа-Реймоном. Две из этих загадок относятся к физике, две - к биологии и три - к психологии. Вот эти загадки:

сущность материи и силы

происхождение движения

возникновение жизни

целесообразность природы

возникновение ощущения и сознания

возникновение мышления и речи

свобода воли.

Задачей естествознания является познание объективных законов природы и содействие их практическому использованию в интересах человека. Естественнонаучное знание создается в результате обобщения наблюдений, получаемых и накапливаемых в процессе практической деятельности людей, и само является теоретической основой их деятельности.

Все исследования природы сегодня можно наглядно представить в виде большой сети, состоящей из ветвей и узлов. Эта сеть связывает многочисленные ответвления физических, химических и биологических наук, включая науки синтетические, возникшие на стыке основных направлений (биохимия, биофизика и др.).

Даже исследуя простейший организм, мы должны учитывать, что это и механический агрегат, и термодинамическая система, и химический реактор с разнонаправленными потоками масс, тепла, электрических импульсов; это, в то же время, и некая «электрическая машина», генерирующая и поглощающая электромагнитное излучение. И, в то же время, это - ни то и ни другое, это – единое целое.

Методы естествознания

Процесс научного познания в самом общем виде представляет собой решение различного рода задач, возникающих в ходе практической деятельности. Решение возникающих при этом проблем достигается путем использования особых приемов (методов), позволяющих перейти от того, что уже известно, к новому знанию. Такая система приемов обычно и называется методом. Метод есть совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности.

В основе методов естествознания лежит единство его эмпирической и теоретической сторон. Они взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Их разрыв, или преимущественное развитие одной за счет другой, закрывает путь к правильному познанию природы - теория становится беспредметной, опыт - слепым.

Эмпирическая сторона предполагает необходимость сбора фактов и информации (установление фактов, их регистрацию, накопление), а также их описание (изложение фактов и их первичная систематизация).

Теоретическая сторона связана с объяснением, обобщением, созданием новых теорий, выдвижением гипотез, открытием новых законов, предсказанием новых фактов в рамках этих теорий. С их помощью вырабатывается научная картина мира и тем самым осуществляется мировоззренческая функция науки.

Методы естествознания могут быть подразделены на группы:

а) общие методы , касающиеся всего естествознания, любого предмета природы, любой науки. Это различные формы метода, дающего возможность связывать воедино все стороны процесса познания, все его ступени, например, метод восхождения от абстрактного к конкретному, единства логического и исторического. Это, скорее, общефилософские методы познания.

б) особенные методы - специальные методы, касающиеся не предмета естествознания в целом, а лишь одной из его сторон или же определенного приема исследований: анализ, синтез, индукция, дедукция;

К числу особенных методов также относятся наблюдение, измерение, сравнение и эксперимент.

В естествознании особенным методам науки придается чрезвычайно важное значение, поэтому в рамках нашего курса необходимо более подробно рассмотреть их сущность.

Наблюдение - это целенаправленный строгий процесс восприятия предметов действительности, которые не должны быть изменены. Исторически метод наблюдения развивается как составная часть трудовой операции, включающей в себя установление соответствия продукта труда его запланированному образцу.

Наблюдение как метод предполагает наличие программы исследования, формирующейся на базе прошлых убеждений, установленных фактов, принятых концепций. Частными случаями метода наблюдения являются измерение и сравнение.

Эксперимент - метод познания, при помощи которого явления действительности исследуются в контролируемых и управляемых условиях. Он отличается от наблюдения вмешательством в исследуемый объект, то есть активностью по отношению к нему. Проводя эксперимент, исследователь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания путем непосредственного воздействия на изучаемый процесс или изменения условий, в которых проходит этот процесс.

Развитие естествознания выдвигает проблему строгости наблюдения и эксперимента. Дело в том, что они нуждаются в специальных инструментах и приборах, которые последнее время становятся настолько сложными, что сами начинают оказывать влияние на объект наблюдения и эксперимента, чего по условиям быть не должно. Это, прежде всего, относится к исследованиям в области физики микромира (квантовой механике, квантовой электродинамике и т.д.).

Аналогия - метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного в ходе рассмотрения какого-либо одного объекта, на другой, менее изученный и в данный момент изучаемый. Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, что позволяет получить вполне достоверные знания об изучаемом предмете.

Применение метода аналогии в научном познании требует определенной осторожности. Здесь чрезвычайно важно четко выявить условия, при которых он работает наиболее эффективно. Однако в тех случаях, когда можно разработать систему четко сформулированных правил переноса знаний с модели на прототип, результаты и выводы по методу аналогии приобретают доказательную силу.

Анализ - метод научного познания, в основу которого положена процедура мысленного или реального расчленения предмета на составляющие его части. Расчленение имеет целью переход от изучения целого к изучению его частей и осуществляется путем абстрагирования от связи частей друг с другом.

Синтез - это метод научного познания, в основу которого положена процедура соединения различных элементов предмета в единое целое, систему, без чего невозможно действительно научное познание этого предмета. Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единства знаний, полученных с помощью анализа. В синтезе происходит не просто объединение, а обобщение аналитически выделенных и изученных особенностей объекта. Положения, получаемые в результате синтеза, включаются в теорию объекта, которая, обогащаясь и уточняясь, определяет пути нового научного поиска.

Индукция - метод научного познания, представляющий собой формулирование логического умозаключения путем обобщения данных наблюдения и эксперимента.

Дедукция - метод научного познания, который заключается в переходе от некоторых общих посылок к частным результатам-следствиям.

Решение любой научной проблемы включает выдвижение различных догадок, предположений, а чаще всего более или менее обоснованных гипотез, с помощью которых исследователь пытается объяснить факты, не укладывающиеся в старые теории. Гипотезы возникают в неопределенных ситуациях, объяснение которых становится актуальным для науки. Кроме того, на уровне эмпирических знаний (а также на уровне их объяснения) нередко имеются противоречивые суждения. Для разрешения этих проблем требуется выдвижение гипотез.

Гипотеза представляет собой всякое предположение, догадку или предсказание, выдвигаемое для устранения ситуации неопределенности в научном исследовании. Поэтому гипотеза есть не достоверное знание, а вероятное, истинность или ложность которого еще не установлены.

Любая гипотеза должна быть обязательно обоснована либо достигнутым знанием данной науки, либо новыми фактами (неопределенное знание для обоснования гипотезы не используется). Она должна обладать свойством объяснения всех фактов, которые относятся к данной области знания, систематизации их, а также фактов за пределами данной области, предсказывать появление новых фактов (например, квантовая гипотеза М. Планка, выдвинутая в начале XX в., привела к созданию квантовой механики, квантовой электродинамики и др. теорий). При этом гипотеза не должна противоречить уже имеющимся фактам. Гипотеза должна быть либо подтверждена, либо опровергнута.

в) частные методы - это методы, действующие либо только в пределах отдельной отрасли естествознания, либо за пределами той отрасли естествознания, где они возникли. Таков метод кольцевания птиц, применяемый в зоологии. А методы физики, использованные в других отраслях естествознания, привели к созданию астрофизики, геофизики, кристаллофизики и др. Нередко применяется комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета. Например, молекулярная биология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, кибернетики.

Моделирование – метод научного познания, основанный на изучении реальных объектов посредством изучения моделей этих объектов, т.е. посредством изучения более доступных для исследования и (или) вмешательства объектов-заместителей естественного или искусственного происхождения, обладающих свойствами реальных объектов.

Свойства любой модели не должны, да и не могут, точно и полностью соответствовать абсолютно всем свойствам соответствующего реального объекта в любых ситуациях. В математических моделях любой дополнительный параметр может привести к существенному усложнению решения соответствующей системы уравнений, к необходимости применения дополнительных допущений, отбрасывания малых членов и т.п., при численном моделировании непропорционально вырастает время обработки задачи компьютером, нарастает ошибка счета.

Заключение

Естествознание появилось более 3000 лет назад. Тогда не было разделения на физику, биологию, географию. Науками занимались философы. С развитием торговли и мореплавания началось развитие географии, а с развитием техники - развитие физики, химии.

Естествознание представляет собой весьма разветвленную область научного знания, затрагивающего широкий спектр вопросов о самых разных аспектах жизнедеятельности природы. Природа как объект изучения естествознания сложна и многообразна в своих проявлениях: она непрерывно изменяется и находится в постоянном движении. Соответственно это многообразие нашло свое отражение в большом количестве концепций, посвященных практически всем природным процессам и явлениям. Внимательное их изучение показывает, что Вселенная регулярна и предсказуема; материя состоит из атомов и элементарных частиц; свойства материальных объектов зависят от того, какие атомы входят в их состав и как они там расположены; атомы состоят из кварков и лептонов; звезды рождаются и умирают, как и все остальное в мире; Вселенная возникла в далеком прошлом и с тех пор она расширяется; все живое состоит из клеток, а все организмы появились в результате естественного отбора; природные процессы на Земле происходят циклами; на ее поверхности постоянно происходят изменения и нет ничего вечного и др. В целом мир одновременно един и удивительно многообразен, он вечен и бесконечен в беспрестанном процессе взаимопревращения одних систем в другие, при этом каждая его часть относительно самостоятельна, будучи неизбежно зависимой от общих законов бытия.

Список использованной литературы

Новосибирский государственный университет

Механико-математический факультет

По предмету: Концепции Современного Естествознания

На тему: «Методы научного познания»

Панов Л. В.

Курс 3, группа 4123

Наука является главной причиной перехода к постиндустриальному обществу, повсеместному внедрению информационных технологий, появления «новой экономики». Наука имеет развитую систему методов, принципов и императивов познания. Именно правильно выбранный метод наряду с талантом ученого помогает ему познавать глубинную связь явлений, вскрывать их сущность, открывать законы и закономерности. Количество научных методов постоянно увеличивается. Ведь в мире существует большое число наук и каждая из них имеет свои специфические методы и предмет исследования.

Цель данной работы – подробно рассмотреть методы научного экспериментального и теоретического познания. А именно, в чём заключается метод, основные черты метода, классификация, область применения и т.д. Также будет рассмотрены критерии научного познания.

Наблюдение.

Познание начинается с наблюдения. Наблюдение есть чувственное отражение предметов и явлений внешнего мира. Наблюдение - это целенаправленное изучение предметов, опирающе­еся в основном на такие чувственные способности человека, как ощущение, восприятие, представление. Это - исход­ный метод эмпирического познания, позволяющий получить не­которую первичную информацию об объектах окружающей дей­ствительности.

Научное наблюдение характеризуется рядом особенностей. Во-первых целенаправленностью ведь наблюдение должно вестись для решения поставленной задачи исследования, а внимание наблю­дателя фиксироваться только на явлениях, связанных с этой задачей. Во-вторых планомерностью, поскольку наблюдение должно проводиться строго по плану. В-третьих активностью - исследователь должен активно искать, выде­лять нужные ему моменты в наблюдаемом явлении, привлекая для этого свои знания и опыт.

При наблюдении отсутствует деятельность, направленная на преобразование, изменение объектов познания. Это обусловливается рядом обстоятельств: недоступностью этих объектов для практического воздействия (например, наблюде­ние удаленных космических объектов), нежелательностью, ис­ходя из целей исследования, вмешательства в наблюдаемый процесс (фенологические, психологические и др. наблюдения), отсутствием технических, энергетических, финансовых и иных возможностей постановки экспериментальных исследований объектов познания.

Научные наблюдения всегда сопровождаются описанием объекта познания. С помощью описания чувственная информация переводится на язык понятий, знаков, схем, рисунков, графиков и цифр, принимая тем самым форму, удобную для дальнейшей рациональной обработки. Важно, чтобы понятия, используемые для описа­ния, всегда имели четкий и однозначный смысл. При развитии науки и изменении ее основ преобразуются средства описания, часто создается новая система понятий.

По способу проведения наблюдения могут быть непосредствен­ными и опосредованными. При непосредственных наблюдениях те или иные свойства, стороны объекта отражаются, воспринимаются органами чувств человека. Известно, что наблюдения положения планет и звезд на небе, проводившиеся в течение более двадца­ти лет Тихо Браге явились эмпирической основой для открытия Кеп­лером его знаменитых законов. Чаще всего на­учное наблюдение бывает опосредованным, т. е. проводится с использованием тех или иных технических средств. Если до начала XVII в. астрономы наблюдали за небесными телами невооруженным глазом, то изобретение Галилеем в 1608 году оптического телескопа подняло астрономи­ческие наблюдения на новую, гораздо более высокую ступень. А создание в наши дни рентгеновских телескопов и вывод их в космическое пространство на борту орбитальной станции позволило проводить наблюдения за такими объектами Вселенной как пульсары и квазары.

Развитие современного естествознания связано с повышени­ем роли так называемых косвенных наблюдений. Так, объекты и явления, изучаемые ядерной физикой, не могут прямо на­блюдаться ни с помощью органов чувств человека, ни с помо­щью самых совершенных приборов. Например, при изучении свойств заряжен­ных частиц с помощью камеры Вильсона эти частицы воспри­нимаются исследователем косвенно - по видимым треков, состоящих из множества капелек жидкости.

Экперимент

Эксперимент - более сложный метод эмпирического позна­ния по сравнению с наблюдением. Он предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воздействие иссле­дователя на изучаемый объект для выявления и изучения тех или иных сторон, свойств, связей. При этом экспериментатор может преобразовывать исследуемый объект, создавать искус­ственные условия его изучения, вмешиваться в естественное течение процессов. В общей структуре научного исследования эксперимент занимает особое место. Именно эксперимент является связу­ющим звеном между теоретическим и эмпирическим этапами и уров­нями научного исследования.

Некоторые ученые утверждают, что умно продуманный и мастерски поставленный эксперимент выше теории, ведь теория, в отличии от опыта, может быть напрочь опровергнута.

Эксперимент включает в себя с одной стороны наблюдение и измерение, с другой обла­дает рядом важных особенностей. Во-первых, эксперимент позволяет изучать объект в «очи­щенном» виде, т. е. устранять всякого рода побочные факторы, наслоения, затрудняющие процесс исследования. Во-вторых, в ходе эксперимента объект может быть постав­лен в некоторые искусственные, в частности, экстремальные условия, т. е. изучаться при сверхнизких температурах, при чрезвычайно высоких давлениях или, наоборот, в вакууме, при огромных напряженностях электромагнитного поля и т. п. В-третьих, изучая какой-либо процесс, экспериментатор мо­жет вмешиваться в него, активно влиять на его протекание. В-четвертых, важным достоинством многих экспериментов является их воспроизводимость. Это означает, что условия экс­перимента могут быть повторены столько раз, сколько это необходимо для получения достоверных результатов.

Подготовка и проведение эксперимента требуют соблюдения ряда условий. Так, научный эксперимент предполагает наличие чет­ко сформулированной цели исследования. Эксперимент базируется на каких-то исходных теоретических положениях. Эксперимент требует определенного уровня развития технических средств познания, необходимого для его реализации. И наконец он должен проводиться людьми, имеющими достаточно высо­кую квалификацию.

По характеру решаемых проблем экс­перименты подразделяются на исследовательские и проверочные. Исследовательские эксперименты дают возможность обнару­жить у объекта новые, неизвестные свойства. Результатом та­кого эксперимента могут быть выводы, не вытекающие из имев­шихся знаний об объекте исследования. Примером могут слу­жить эксперименты, поставленные в лаборатории Э. Резерфорда, которые при­вели к обнаружению ядра атома. Проверочные эксперименты служат для проверки, подтвер­ждения тех или иных теоретических построений. Например, суще­ствование целого ряда элементарных частиц (позитрона, нейт­рино и др.) было вначале предсказано теоретически, и лишь позднее они были обнаружены экспериментальным путем. Эксперименты можно разделить на качественные и количествен­ные. Качественные эксперименты позволяют лишь выявить действие тех или иных факторов на изучаемое явление. Количественные эксперименты устанавливают точные количественные зави­симости. Как известно, связь между электрическими и магнитными явлениями была впервые открыта датским физиком Эрстедом в результате чисто качественного эксперимента (поместив магнит­ную стрелку компаса рядом с проводником, через который про­пускался электрический ток, он обнаружил, что стрелка откло­няется от первоначального положения). После последовали количественные эксперименты французских ученых Био и Савара, а также опыты Ампера, на основе которых была выведена ма­тематическая формула. По области научного знания, в которой ставиться эксперимент, различа­ют естественнонаучный, прикладной и социально-экономичес­кий эксперименты.

Измерение и сравнение.

Научные эксперименты и наблюдения как правило вклю­чает в себя проведение разнообразных измерений. Измерение - это процесс, заключающийся в определении количественных значений тех или иных свойств, сторон изучаемого объекта, явления с помощью специальных технических устройств.

В основе операции измерения лежит сравнение. Чтобы провести сравнение нужно определить единицы измерения величины. В науке сравнение выступает также как сравнительный или сравни­тельно-исторический метод. Первоначально возникший в филоло­гии, литературоведении, он затем стал успешно применяться в пра­воведении, социологии, истории, биологии, психологии, истории ре­лигии, этнографии и других областях знания. Возникли целые отрасли знания, пользующиеся этим методом: сравнительная анатомия, срав­нительная физиология, сравнительная психология и т.п. Так, в срав­нительной психологии изучение психики осуществляется на основе сравнения психики взрослого человека с развитием психики у ребен­ка, а также животных.

Важной стороной процесса измерения является методика его проведения. Она представляет собой совокупность приемов, ис­пользующих определенные принципы и средства измерений. Под принципами измерений имеются в виду явления, которые положены в основу измерений.

Измерения подразделяют на статические и динамические. К статическим измерениям относят измерение размеров тел, постоянного давле­ния и т. п. Примерами динамических измерения является из­мерение вибрации, пульсирующих давлений и т. п. По способу получения результатов различают измерения пря­мые и косвенные. В прямых измерениях искомое значение из­меряемой величины получается путем непосредственного срав­нения ее с эталоном или выдается измерительным прибором. При косвенном измерении искомую величину определяют на основании известной математической зависимости между этой величиной и другими величинами, получаемыми путем прямых измерений. Например, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и пло­щади поперечного сечения. Косвенные измерения широко ис­пользуются в тех случаях, когда искомую величину невозмож­но или слишком сложно измерить непосредственно.

С течением времени с одной стороны совершенствуются существующие измери­тельные приборы, с другой внедряются новые измерительные устройства. Так развитие квантовой физики суще­ственно повысило возможности измерений с высокой степенью точности. Использование эффекта Мессбауэра позволяет создать прибор с разрешающей способностью порядка 10 -13 процента измеряе­мой величины. Хорошо развитое измерительное приборостроение, разнооб­разие методов и высокие характеристики средств измерения спо­собствуют прогрессу в научных исследованиях.

Общая характеристика теоретических методов

Теория представляет собой систему понятий законов и принципов, позволяющая описать и объяснить некоторую группу явлений и наметить программу действий по их преобразованию. Следовательно, теоретическое познание осуществляется с помощью различных понятий, законов и принципов. Факты и теории не противостоят друг другу, а образуют единое целое. Разница между ними состоит в том, что факты выражают нечто единичное, а теория имеет дело с общим. В фактах и теориях можно выделить три уровня: событийный, психологический и лингвистический. Эти уровни единства можно представить следующим образом:

Лингвистический уровень: к теории относятся универсальные высказывания, к фактам единичные высказывания.

Психологический уровень: мысли (т)и чувства (ф).

Событийный уровень - общее единичных событий (т) и единичные события (ф)

Теория, как правило, строится таким образом, что описывает не окружающую действительность, а идеальные объекты, такие как материальная точка, идеальный газ, абсолютно черное тело и т.д. Такой научный концепт называется идеализацией. Идеализация представляет собой мысленно сконструированное понятие о таких объектах, процессах и явлениях, которые вроде бы не существуют, но имеют образы или прообразы. Например, прообразом материальной точки может служить маленькое тело. Идеальные объекты, в отличие от реальных, характеризуются не бесконечным, а вполне определенным числом свойств. Например, свойствами материальной точки является масса и возможность находиться в пространстве и времени.

Кроме того, в теории задаются взаимоотношения между идеальными объектами, описываемые законами. Из первичных идеальных объектов также можно конструировать производные объекты. В итоге теория, описывающая свойства идеальных объектов, взаимоотношения между ними и свойства конструкций, образованных из первичных идеальных объектов, способна описать все многообразие данных, с которым ученый сталкивается на эмпирическом уровне.

Рассмотрим основные методы, с помощью которых реализуется теоретическое знание. Такими методами являются: аксиоматический, конструктивистский, гипотетико-индуктивный и прагматический.

При использовании аксиоматического метода научная теория строится в виде системы аксиом (положений, принимаемых без логического доказательства) и правил вывода, позволяющих путем логической дедукции получить утверждения данной теории (теоремы). Аксиомы не должны противоречить друг другу, желательно также, чтобы они не зависели друг от друга. Более подробно об аксиоматическом методе будет рассказано ниже.

Конструктивистский метод, наряду с аксиоматическим, используется в математических науках и информатике. В этом методе развертывание теории начинается не с аксиом, а с понятий, правомерность использования которых считается интуитивно оправданной. Кроме того, задаются правила построения новых теоретических конструкций. Научными считаются лишь те конструкции, которые действительно удалось построить. Этот метод считается лучшим средством против появления логических противоречий: концепт сконструирован, следовательно, сам путь его построения непротиворечив.

В естествознании широко применяется гипотетико-дедуктивный метод или метод гипотез. Основу этого метода составляют гипотезы обобщающей силы, из которых выводится все остальное знание. Пока гипотеза не отвергнута, она выступает в качестве научного закона. Гипотезы, в отличие от аксиом, нуждаются в экспериментальном подтверждении. Подробно этот метод будет описан ниже.

В технических и гуманитарных науках широко применяется прагматический метод, суть которого составляет логика т.н. практического вывода. Например, субъект Л хочет осуществить A, при этом он считает, что не сможет осуществить A, если не осуществит с. Следовательно, А принимается за совершение с. Логические построения при этом выглядят так: А-> р-> с. При конструктивистском же методе построения имели бы следующий вид: А-> с-> р. В отличие от гипотетико-дедуктивного вывода, при котором информация о факте подводится под закон, при практическом выводе информация о средстве с должна соответствовать поставленной цели р, которая согласуется с некоторыми ценностями.

Кроме рассмотренных методов существуют еще т.н. описательные методы. К ним обращаются, если рассмотренные выше методы оказываются неприемлемы. Описание изучаемых явлений может быть словесным, графическим, схематическим, формально-символическим. Описательные методы часто являются той стадией научных исследований, которая ведет к достижению идеалов более развитых научных методов. Часто такой метод является наиболее адекватным, поскольку современная наука часто имеет дело с такими явлениями, которые не подчиняются слишком жестким требованиям.

Абстрагирование.

В процессе абстрагирования происходит отход от чувственно воспринимаемых конкретных объектов к абстрактным представлениям о них. Абстрагирование зак­лючается в мысленном отвлечении от каких-то менее суще­ственных свойств, сторон, признаков изучаемого объекта с одновременным выделением, формированием одной или несколь­ких существенных сторон, свойств, признаков этого объекта. Результат, получаемый в процессе абстрагирования, именуют абстракцией.

Переход от чувственно-конкретного к абстрактному всегда связан с известным упрощением действительности. Вместе с тем, восходя от чувственно-конкретного к абстрактному, теоретическому, исследователь получает возможность глубже понять изучаемый объект, раскрыть его сущность. Процесс перехода от чувственно-эмпирических, наглядных представлений об изучаемых явле­ниях к формированию определенных абстрактных, теоретичес­ких конструкций, отражающих сущность этих явлений, лежит в основе развития любой науки.

Поскольку конкретное есть совокупность множества свойств, сто­рон, внутренних и внешних связей и отношений, его невозмож­но познать во всем его многообразии, оставаясь на этапе чув­ственного познания, ограничиваясь им. Поэтому и возникает потребность в теоретическом осмыслении конкретного, которое принято называть восхождением от чувственно-конкретного к абстрактному. Однако формирование научных абстракций, общих теоретичес­ких положений не является конечной целью познания, а пред­ставляет собой только средство более глубокого, разносторонне­го познания конкретного. Поэтому необходимо дальнейшее дви­жение познания от достигнутого абстрактного вновь к конкретному. Получаемое на этом этапе исследования логически-конкретное будет качественно иным по сравнению с чувственно-конкретным. Логически-конкретное есть теоретически воспроизведенное в мышлении исследователя конкретное во всем богатстве его содержания. Оно содержит в себе уже не только чувственно воспринимае­мое, но и нечто скрытое, недоступное чувственному восприя­тию, нечто существенное, закономерное, постигнутое лишь с помощью теоретического мышления, с помощью определенных абстракций.

Метод восхождения от абстрактного к конкретному приме­няется при построении различных научных теорий и может использоваться как в общественных, так и в естественных науках. Например, в теории газов, выделив основные законы идеального газа - уравнения Клапейрона, закон Авогадро и т. д., исследователь идет к конкретным взаимодействиям и свойствам реальных газов, характеризуя их существенные стороны и свой­ства. По мере углубления в конкретное вводятся все новые абст­ракции, которые выступают в качестве более глубокого ото­бражения сущности объекта. Так, в процессе развития теории газов было выяснено, что законы идеального газа характеризуют поведение реальных газов только при небольших давлениях. Учет этих сил привел к формулировке закона Ван-дер-Ваальса.

Идеализация. Мысленный эксперимент.

Идеализация представляет собой мысленное внесение определенных изменений в изучае­мый объект в соответствии с целями исследований. В результате таких изменений могут быть, например, ис­ключены из рассмотрения какие-то свойства, стороны, призна­ки объектов. Так, широко распространенная в механике идеа­лизация - материальная точка подразумевает тело, лишенное всяких размеров. Такой абстрактный объект, размерами которого пренебрегают, удобен при описании движения, самых разнообразных материальных объектов от атомов и молекул и до планет Солнечной системы. При идеализации объект может наделяться какими-то особыми свойствами, в реальной действительности неосуществи­мыми. Примером может служить введенная путем идеализа­ции в физику абстракция, известная под названием абсолютно черного тела. Это тело наделяется несуществующим в приро­де свойством поглощать абсолютно всю попадающую на него лучистую энергию, ничего не отражая и ничего не пропуская сквозь себя.

Идеализация целесообразна тогда, когда подле­жащие исследованию реальные объекты достаточно сложны для имеющихся средств теоретического, в частности математичес­кого, анализа. Идеализацию целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо исключить некоторые свойства объекта, которые затемняют сущность протекающих в нем про­цессов. Сложный объект представляется в «очищенном» виде, что облегчает его изучение.

В качестве примера мож­но указать на три разных понятия «идеального газа», сформи­ровавшихся под влиянием различных теоретико-физических представлений: Максвелла-Больцмана, Бозе-Эйнштейна и Фер­ми-Дирака. Однако полученные при этом все три варианта иде­ализации оказались плодотворными при изучении газовых со­стояний различной природы: идеальный газ Максвелла-Больц­мана стал основой исследований обычных молекулярных разре­женных газов, находящихся при достаточно высоких темпера­турах; идеальный газ Бозе-Эйнштейна был применен для изу­чения фотонного газа, а идеальный газ Ферми-Дирака помог решить ряд проблем электронного газа.

Мысленный эксперимент предполагает оперирование идеа­лизированным объектом, которое заключается в мысленном подборе тех или иных положений, ситуаций, позволяющих обнаружить какие-то важные особенности исследуемого объекта. Всякий реальный экспе­римент, прежде чем быть осуществленным на практике, снача­ла проделывается исследователем мысленно в процессе обду­мывания, планирования. В научном познании могут быть случаи, когда при исследо­вании некоторых явлений, ситуаций, проведение реальных экс­периментов оказывается вообще невозможным. Этот пробел в познании может восполнить только мысленный эксперимент.

Научная деятельность Галилея, Ньютона, Максвелла, Карно, Эйнштейна и других ученых, заложивших основы совре­менного естествознания, свидетельствует о существенной роли мысленного эксперимента в формировании теоретических идей. История развития физики богата фактами использования мыс­ленных экспериментов. Примером могут служить мысленные эксперименты Галилея, приведшие к открытию закона инерции.

Основное достоинство идеализации как метода научного познания заключается в том, что получаемые на ее ос­нове теоретические построения позволяют затем эффективно ис­следовать реальные объекты и явления. Упрощения, достигаемые с помощью идеализации, облегчают создание теории, вскры­вающей законы исследуемой области явлений материального мира. Если теория в целом правильно описывает реальные явле­ния, то правомерны и положенные в ее основу идеализации.

Формализация. Аксиомы.

Формализация - особый подход в научном познании, который заключается в использовании специальной символики, позволяющей отвлечься от изучения реальных объектов, от содержания описывающих их теоретических поло­жений и оперировать вместо этого некоторым множеством сим­волов (знаков).

Этот метод познания заключается в построении абстрактно-математи­ческих моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности. При формализации рассуждения об объектах переносятся в плоскость оперирования со знаками (формулами). Отношения знаков заменяют собой высказывания о свойствах и отношениях предметов. Таким путем создается обобщенная зна­ковая модель некоторой предметной области, позволяющая обна­ружить структуру различных явлений и процессов при отвле­чении от качественных характеристик последних. Вывод одних формул из других по строгим правилам логики представляет формальное исследование основных характеристик структуры различных, порой весьма далеких по своей природе явлений.

Примером формализации являются широко исполь­зуемые в науке математические описания различных объектов, явлений, основывающиеся на соответствующих содержательных теориях. При этом используемая математическая символика не только помогает закрепить уже имеющиеся знания об исследу­емых объектах, явлениях, но и выступает своего рода инстру­ментом в процессе дальнейшего их познания.

Из курса математической логики известно, что для построения формальной системы необходимо задать алфавит, задать правила образования формул, задать правила вывода одних формул из других. Важным достоинством формальной системы является возможность проведения в ее рамках исследо­вания какого-либо объекта чисто формальным путем, оперируя знаками. Другое достоинство формализации состоит в обеспечении краткости и четкости записи научной информации.

Следует заметить, что формализованные искусственные языки не об­ладают гибкостью и богатством языка естественного. Зато в них отсутствует многозначность терминов (полисемия), свойствен­ная естественным языкам. Они характеризуются точно постро­енным синтаксисом и однозначной семан­тикой.

Анализ и синтез. Индукция и дедукция. Аналогия

Эмпирический анализ - это просто разложение целого на его составные, более простые элементарные части. . В качестве таких частей могут быть вещественные эле­менты объекта или же его свойства, признаки, отношения.

Синтез - это, наоборот, - соединение компонентов сложного явления. Теоретический анализ предусматривает выделение в объекте основного и существенного, незаметного эмпирическому зрению. Аналитический метод при этом включает в себя результаты абстрагирования, упрощения, формализации. Теоретический синтез - это расширяющее знание, конструирующее нечто новое, выходящее за рамки имеющейся основы.

В процессе синтеза производится соединение воедино состав­ных частей (сторон, свойств, признаков и т. п.) изучаемого объек­та, расчлененных в результате анализа. На этой основе проис­ходит дальнейшее изучение объекта, но уже как единого целого. При этом синтез не означает простого механического соединения разъединенных элементов в единую систему. Анализ фик­сирует в основном то специфическое, что отличает части друг от друга. Синтез же вскрывает то существенно общее, что свя­зывает части в единое целое.

Эти два взаимосвязанных приема исследования получают в каждой отрасли науки свою конкретизацию. Из общего приема они могут превращаться в специальный метод: так, существуют конкретные методы математического, химического и со­циального анализа. Аналитический метод получил свое развитие и в некоторых философских школах и направлениях. То же можно сказать и о синтезе.

Индукция может быть определена как метод перехода от знания отдельных фактов к знанию общего. Дедукция - это метод перехода от знания общих закономерностей к частному их проявлению.

Индукция широко применяется в научном познании. Обна­руживая сходные признаки, свойства у многих объектов опре­деленного класса, исследователь делает вывод о присущности этих признаков, свойств всем объектам данного класса. Индуктивный метод сыграл важную роль в открытии некоторых законов при­роды - всемирного тяготения, атмосферного давления, теплово­го расширения тел.

Метод ин­дукции может реализовываться в виде следующих методов. Метод единственного сходства, при котором во всех случаях наблюдения какого-то явления обнаруживается лишь один общий фактор, все другие - различны. Этот единственный сход­ный фактор есть причина данного явления. Метод единственного различия, при котором причины воз­никновения какого-то явления и обстоятельства, при которых оно не возникает, почти во всем сходны и различаются лишь одним фактором, присутствующим только в первом случае. Делается вывод, что этот фактор и есть причина данного явления. Соединенный метод сходства и различия представляет собой комбинацию двух вышеуказанных методов. Метод сопутствующих изменений, в котором если определенные изменения одного явления всякий раз влекут за собой некото­рые изменения в другом явлении, то делается вывод о причинной связи этих явлений. Метод остатков, при котором если сложное явление вызывается много­факторной причиной, причем некоторые из этих факторов из­вестны как причина какой-то части данного явления, то отсюда следует вывод: причина другой части явления - остальные фак­торы, входящие в общую причину этого явления. На самом же деле вышеуказанные методы научной индук­ции служат главным образом для нахождения эмпирических зависимостей между экспериментально наблюдаемыми свойства­ми объектов и явлений.

Ф. Бэкон. трактовал индукцию чрезвычай­но широко, считал ее важнейшим методом открытия новых ис­тин в науке, главным средством научного познания природы.

Дедукция напротив есть получение част­ных выводов на основе знания каких-то общих положений. Дру­гими словами, это есть движение нашего мышления от общего к частному. Но особенно большое познавательное значение дедукции прояв­ляется в том случае, когда в качестве общей посылки выступает не просто индуктивное обобщение, а какое-то гипотетическое предположение, например новая научная идея. В этом случае де­дукция является отправной точкой зарождения новой теорети­ческой системы. Созданное таким путем теоретическое знание предопределяет дальнейший ход эмпирических исследований и направляет построение новых индуктивных обобщений.

Получение новых знаний посредством дедукции существует во всех естественных науках, но особенно большое значение де­дуктивный метод имеет в математике. Математики вынуждены чаще всего пользоваться дедук­цией. И математика является, пожалуй, единственной собствен­но дедуктивной наукой.

В науке Нового времени пропагандистом дедуктивного мето­да познания был видный математик и философ Р. Декарт.

Индукция и дедукция не при­меняются как изолированные, обособленные друг от друга. Каж­дый из этих методов используется на соответствующем этапе познава­тельного процесса. Более того, в процессе использования индуктивного метода зачастую «в скрытом виде» присутствует и дедукция.

Под аналогией понимается подобие, сходство каких-то свойств, признаков или отношений у различных в целом объектов. Уста­новление сходства (или различия) между объектами осуществля­ется в результате их сравнения. Таким образом, сравнение ле­жит в основе метода аналогии.

Получения правильного умозаключения по аналогии зависит следующих факторов. Во-первых от числа общих свойств у сравниваемых объектов. Во-вторых от легкости обнаружения общих свойств. В-третьих от глубины понимания связей этих сходных свойств. При этом нужно иметь в виду, что если объект, в отношении которого делается умозаключение по аналогии с другим объектом, обладает ка­ким-нибудь свойством, не совместимым с тем свойством, о су­ществовании которого должен быть сделан вывод, то общее сход­ство этих объектов утрачивает всякое значение.

Существуют различные типы выводов по аналогии. Но об­щим для них является то, что во всех случаях непосредственно­му исследованию подвергается один объект, а вывод делается о другом объекте. Поэтому вывод по аналогии в самом общем смысле можно определить как перенос информации с одного объекта на другой. При этом первый объект, который собствен­но и подвергается исследованию, именуется моделью, а другой объект, на который переносится информация, полученная в ре­зультате исследования первого объекта (модели), называется ори­гиналом или прототипом. Таким образом, модель всегда выступает как аналогия, т. е. модель и ото­бражаемый с ее помощью объект (оригинал) находятся в опре­деленном сходстве (подобии).

Метод аналогии применяется в самых различных областях науки: в математике, физике, химии, кибернетике, в гумани­тарных дисциплинах и т. д.

Моделирование

Метод моделирования основан на создании модели, которая является заместителем реального объекта в силу определенного сходства с ним. Главная функция моделирования, если брать его в самом широком понимании, состоит в материализации, опредмечивании идеального. Построение и исследование модели равнозначно исследованию и построению моделируемого объекта, с той лишь разницей, что второе совершается материально, а первое - идеально, не затрагивая самого моделируемого объекта.

Использование моделирования диктуется необходимостью раск­рыть такие стороны объектов, которые либо невозможно постиг­нуть путем непосредственного изучения, либо невыгодно изучать их таким образом из чисто экономических соображений. Человек, например, не может непосредственно наблюдать процесс естест­венного образования алмазов, зарождения и развития жизни на Земле, целый ряд явлений микромира и макромира. Поэтому прихо­дится прибегать к искусственному воспроизведению подобных явлений в форме, удобной для наблюдения и изучения. В ряде же случаев бывает гораздо выгоднее и экономичнее вместо непосред­ственного экспериментирования с объектом построить и изучить его модель.

В зависимости от характера модели различают несколько видов моделирования. К мысленному моделированию относятся различные мысленные представления в форме тех или иных воображаемых моделей. Сле­дует заметить, что мысленные (идеальные) модели нередко могут быть реализованы материально в виде чувственно вос­принимаемых физических моделей. Физическое моделирование характеризуется физи­ческим подобием между моделью и оригиналом и имеет целью воспроизведение в модели процессов, свойственных оригиналу. По результатам исследования тех или иных физических свойств модели судят о явлениях, происходящих в реальных условиях.

В настоящее время физическое моделирование широко ис­пользуется для разработки и экспериментального изучения раз­личных сооружений, машин, для лучшего понимания каких-то природных явлений, для изучения эффективных и безопасных способов ведения горных работ и т. д.

Символическое моделирование связано с условно-знаковым представлением каких-то свойств, отношений объекта-оригинала. К символическим (знаковым) моделям от­носятся разнообразные топологические и графовые представле­ния исследуемых объектов или, например, модели, представленные в виде хими­ческой символики и отражающие состояние или соотношение элементов во время химических реакций. Разновидностью символического (зна­кового) моделирования является математическое моделирова­ние. Символический язык математики позволяет выражать свой­ства, стороны, отношения объектов и явлений самой различной природы. Взаимосвязи между различными величинами, описы­вающими функционирование такого объекта или явления, мо­гут быть представлены соответствующими уравнениями (диф­ференциальными, интегральными, алгебраическими) и их системами. Численное моделирование основывается на ранее созданной матема­тической модели изучаемого объекта или явления и применя­ется в случаях больших объемов вычислений, необходимых для исследования данной модели.

Численное моделирование особенно важно там, где не совсем ясна физическая картина изучаемого явления, не познан внут­ренний механизм взаимодействия. Путем расчетов на компью­тере различных вариантов ведется накопление фактов, что дает возможность, в конечном счете, произвести отбор наиболее ре­альных и вероятных ситуаций. Активное использование мето­дов численного моделирования позволяет резко сократить сро­ки научных и конструкторских разработок.

Метод моделирования непрерывно развивается: на смену од­ним типам моделей по мере прогресса науки приходят другие. В то же время неизменным остается одно: важность, актуаль­ность, а иногда и незаменимость моделирования как метода научного познания.

Для определения критериев естественно-научного познания в методологии науки сформулировано несколько принципов – принцип верификации и принцип фальсификации. Формулировка принципа верификации: какое-либо понятие или суждение имеет значение, если оно сводимо к непосредственному опыту или высказываниям о нем, т.е. эмпирически проверяемо. Если же найти нечто эмпирически фиксируемое для такого суждения не удается, то оно либо представляет собой тавтологию, либо лишено смысла. Поскольку понятия развитой теории, как правило, не сводимы к данным опыта, то для них сделано послабление: возможна и косвенная верификация. Скажем, ука­зать опытный аналог понятию «кварк» невозможно. Но кварковая теория предсказывает ряд явлений, которые уже можно зафиксировать опытным путем, экспериментально. И тем самым косвенно верифицировать саму теорию.

Принцип верификации позволяет в первом приближении отграничить научное знание от явно ненаучного. Однако он не может помочь там, где система идей скроена так, что решительно все возможные эмпирические факты в состоянии истол­ковать в свою пользу - идеология, религия, астрология и т.п.

В таких случаях полезно прибегнуть еще к одному принципу разграничения науки и не науки, предложенному крупнейшим философом XX в. К. Поппером, - принципу фальсификации. Он гласит: критерием научного статуса теории является ее фальсифицируемость или опровержимость. Иначе говоря, только то знание может претендовать на звание «научного», которое в принципе опровержимо.

Несмотря на внешне парадоксальную форму этот принцип имеет простой и глубокий смысл. К. Поппер обратил внимание на значительную асимметрию процедур подтверждения и опровержения в познании. Никакое количество падающих яблок не является достаточным для окончательного подтверждения истинности закона всемирного тяготения. Однако достаточно всего лишь одного яблока, поле­тевшего прочь от Земли, чтобы этот закон признать ложным. Поэтому именно попытки фальсифицировать, т.е. опровергнуть теорию, должны быть наиболее эффективны в плане подтверждения ее истинности и научности.

Теория, неопровержимая в принципе, не может быть науч­ной. Идея божественного творения мира в принципе неопро­вержима. Ибо любую попытку ее опровержения можно пред­ставить как результат действия все того же божественного замысла, вся сложность и непредсказуемость которого нам про­сто не по зубам. Но раз эта идея неопровержима, значит, она вне науки.

Можно, правда, заметить, что последовательно проведенный принцип фальсификации делает любое знание гипотетичным, т.е. лишает его законченности, абсолютности, неизменности. Но это, наверное, и неплохо: именно постоянная угроза фальсификации держит науку «в тонусе», не дает ей застояться, почить на лаврах.

Таким образом, были рассмотрены основные методы эмпирического и теоретического уровня научного познания. Эмпирическое познание включает в себя проведение наблюдений и экспериментов. Познание начинается с наблюдения. Для подтверждения гипотезы или для исследования свойств предмета учёный ставит его в определённые условия – проводит эксперимент. В блок процедур эксперимента и наблюдения входят описание, измерение, сравнение. На уровне теоретического познания широко применяется абстрагирование, идеализация, формализация. Большое значение имеет моделирование, а с развитием вычислительной техники – численное моделирование, поскольку сложность и стоимость проведения эксперимента возрастают.

В работе описаны два основных критерия естественно-научного знания – принцип верификации и фальсификации.

1. Алексеев П.В, Панин А.В. «Философия» М.:Проспект, 2000

2. Лешкевич Т.Г. «Философия науки: традиции и новации» М.:ПРИОР, 2001

3. Рузавин Г.И. «Методология научного исследования» М.:ЮНИТИ-ДАНА, 1999.

4. Горелов А.А. «Концепции современного естествознания» – М.: Центр, 2003.

5. http://istina.rin.ru/philosofy/text/3763.html

6. http://vsvcorp.chat.ru/mguie/teor.htm

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

• Глава 1. Роль диалектического метода в научном творчестве 3
• Глава 2. Психология научного творчества 8
• Глава 3. Общенаучные методы исследования 12
• Глава 4. Основные этапы выполнения и прогнозирования научных исследований 20
• Глава 5. Применение математических методов исследования 23
• в естествознании 23
• История математики 23
• Математика -- язык науки 26
• Использование математического метода и математического результата 28
• Математика и окружающая среда 30
• Библиографический список 35

Глава 1. Роль диалектического метода в научном творчестве

Понятие "метод" (от греч. "методос" -- путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности. Метод вооружает человека системой принципов, требований, правил, руководствуясь которыми он может достичь намеченной цели. Владение методом означает для человека знание того, каким образом, в какой последовательности совершать те или иные действия для решения тех или иных задач, и умение применять это знание на практике. Учение о методе начало развиваться еще в науке Нового времени. Ее представители считали правильный метод ориентиром в движении к надежному, истинному знанию. Так, видный философ XVII в. Ф. Бэкон сравнивал метод познания с фонарем, освещающим дорогу путнику, идущему в темноте. А другой известный ученый и философ того же периода Р. Декарт изложил свое понимание метода следующим образом: "Под методом я разумею точные и простые правила, строгое соблюдение которых без лишней траты умственных сил, но постепенно и непрерывно увеличивая знания, способствует тому, что ум достигает истинного познания всего, что ему доступно". Существует целая область знания, которая специально занимается изучением методов и которую принято именовать методологией. Методология дословно означает "учение о методах" (этот термин от двух греческих слов: "методос" -- метод и "логос" -- учение). Изучая закономерности человеческой познавательной деятельности, методология вырабатывает на этой основе методы ее осуществления. Важнейшей задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

Развитие науки на современном этапе представляет собой революционный процесс. Происходит ломка старых научных представлений, формируются новые понятия, которые наиболее полно отражают свойства и связи явлений. Повышается роль синтеза, системного подхода.

Понятие наука охватывает все области научного знания, взятые в их органическом единстве. Техническое творчество отличается от научного. Особенность технического знания - практическое применение объективных законов природы, изобретение искусственных систем. Техническими решениями являются: корабль и самолет, паровая машина и атомный реактор, современные кибернетические устройства и космические корабли. В основе таких решений лежат законы гидро -, аэро - и термодинамики, ядерной физики и многие другие, открытые в результате научных исследований.

Наука в своей теоретической части - сфера духовной (идеальной) деятельности, которая возникает из материальных условий, из производства. Но наука оказывает и обратное воздействие на производство - познанные законы природы воплощаются в различных технических решениях.

На всех этапах научной работы используется метод диалектического материализма, дающий основное направление исследования. Все другие методы делятся на общие методы научного познания (наблюдение и эксперимент, аналогия и гипотеза, анализ и синтез и др.) и частно - научные (специфические) методы, применяющиеся в узкой области знаний или в отдельной науке. Диалектический и частно - научные методы взаимосвязаны в различных приемах, логических операциях.

Законы диалектики раскрывают процесс развития, его характер и направление. В научном творчестве методологическая функция законов диалектики проявляется в обосновании и интерпретации научного исследования. Она обеспечивает всесторонность, последовательность и четкость анализа всей рассматриваемой ситуации. Законы диалектики позволяют исследователю разрабатывать новые методы и средства познания, облегчают ориентировку в ранее неизвестном явлении.

Категории диалектики (сущность и явление, форма и содержание, причина и следствие, необходимость и случайность, возможность и действительность) фиксируют важные стороны реального мира. Они показывают, что для познания характерно выражение всеобщего, постоянного, устойчивого, закономерного. Через философские категории в конкретных науках мир выступает единым, все явления взаимосвязаны. Например, взаимосвязь категорий причины и следствия помогает исследователю правильно ориентироваться в задачах построения математических моделей по заданным описаниям входного и выходного процессов, а взаимосвязь категорий необходимости и случайности - в массе событий и фактов с помощью статистических методов. В научном творчестве категории диалектики никогда не выступают изолированно. Они взаимосвязаны, взаимообусловлены. Так, категория сущности важна при выявлении закономерностей в ограниченном числе наблюдений, полученных при дорогостоящем эксперименте. При обработке результатов эксперимента особый интерес представляет выяснение причин действующих закономерностей, установление необходимых связей.

Знание причинно-следственных связей позволяет уменьшить средства и трудозатраты при проведении экспериментов.

Проектируя экспериментальную установку, исследователь предусматривает действие различных случайностей.

Роль диалектики в научном познании раскрывается не только через законы и категории, но и через методологические принципы (объективности, познаваемости, детерминизма). Эти принципы, ориентируя исследователей на наиболее полное и всестороннее отражение в разрабатываемых научных проблемах объективных свойств, связей, тенденций и законов познания, имеют исключительное значение для формирования мировоззрения исследователей.

Проявление диалектического метода в процессе развития науки и научного творчества можно проследить на связи новых статистических методов с принципом детерминизма. Возникнув как один из существенных аспектов материалистической философии, детерминизм получил дальнейшее развитие в концепциях И. Ньютона и П. Лапласа. На базе новых достижений науки эта система совершенствовалась, и вместо однозначной связи между объектами и явлениями установлена статистическая детерминированность, допускающая случайный характер связей. Идея статистического детерминизма широко используется в самых различных сферах научного знания, знаменуя собой новый этап развития науки. Именно благодаря принципу детерминизма научная мысль обладает, по словам И. П. Павлова, "предсказанием и властностью", объясняя многие события в логике научного исследования.

Важный аспект диалектики научного творчества - предвидение, являющееся творческим развитием теории отражения. В результате предвидения создается новая система действий или открываются неизвестные ранее закономерности. Предвидение позволяет сформировать на базе накопленной информации модель новой ситуации, которой еще нет в реальности. Правильность предвидения проверяется практикой. На данном этапе развития науки представить строгую схему, моделирующую возможные пути мышления при научном предвидении, не представляется возможным. Тем не менее, при выполнении научных работ надо стремиться к тому, чтобы построить модель хотя бы отдельных, наиболее трудоемких фрагментов исследования, с тем, чтобы передать часть функций машине.

Выбор конкретной формы теоретического описания физических явлений в научном исследовании определяется некоторыми исходными положениями. Так, при изменении единиц измерения изменяются и численные значения определяемых величин. Изменение используемых единиц измерения приводит к появлению других численных коэффициентов

в выражениях физических законов, связывающих различные величины. Инвариантность (независимость) этих форм описания очевидна. Математические соотношения, описывающие наблюдаемое явление, независимы от конкретной системы отсчета. Используя свойство инвариантности, исследователь может проводить эксперимент не только с реально существующими объектами, но и с системами, которых нет еще в натуре и которые созданы воображением конструктора.

Особое внимание диалектический метод уделяет принципу единства теории и практики. Являясь побудителем и источником познания, практика служит одновременно и критерием достоверности истины.

Требования критерия практики не следует понимать буквально. Это не только прямой эксперимент, позволяющий проверить выдвигаемую гипотезу, модель явления. Результаты исследования должны отвечать требованиям практики, т.е. помогать достижению целей, к которым стремится человек.

Открывая свой первый закон, И. Ньютон понимал трудности, с которыми связано толкование этого закона: во Вселенной не существует условий, чтобы на материальное тело не действовали силы. Многолетняя практическая проверка закона подтвердила его безупречность.

Таким образом, положенный в основу методологии научного исследования диалектический метод проявляется не только во взаимодействии с другими частно - научными методами, но и в процессе познания. Освещая путь научному исследованию, диалектический метод указывает направление эксперимента, определяет стратегию науки, способст-вуя в теоретическом аспекте формулировке гипотез, теории, а в практическом - способов реализации целей познания. Направляя науку на использование всего богатства познавательных приемов, диалектический метод позволяет осуществлять анализ и синтез решаемых проблем и делать обоснованные прогнозы на будущее.

В заключение приведем слова П. Л. Капицы, в которых прекрасно выражено сочетание диалектического метода и характера научного исследования: "...применение диалектики в области естественных наук требует исключительно глубокого знания экспериментальных фактов и их теоретического обобщения. Без этого диалектика сама по себе не может дать решения вопроса. Она как бы является скрипкой Страдивари, самой совершенной из скрипок, но чтобы на ней играть, надо быть музыкантом и знать музыку. Без этого она будет так же фальшивить, как и обычная скрип-ка".Глава 2. Психология научного творчества

Рассматривая науку как сложную систему, диалектика не ограничивается изучением взаимодействия её элементов, а выявляет основы этого взаимодействия. Научная деятельность как отрасль духовного производства включает в себя три основных структурных элемента: труд, объект познания и познавательные средства. В своей взаимной обусловленности данные компоненты образуют единую систему и не существуют вне этой системы. Анализ связей между компонентами позволяет раскрыть структуру научной деятельности, центральным пунктом которой является исследователь, т.е. субъект научного познания.

Несомненный интерес при изучении процесса исследования представляет вопрос о психологии научного творчества. Познавательный процесс осуществляется конкретными людьми, и между этими людьми существуют определенные социальные связи, которые проявляются по - разному. Труд научного работника неотделим от труда предшественников и современников. В трудах отдельного ученого, как в капле воды, преломляются особенности науки его времени. Специфика научного творчества требует определенных качеств ученого, свойственных именно этому виду познавательной деятельности.

Силой, побуждающей к знанию, должна быть бескорыстная жажда знаний, наслаждение процессом исследования, стремление быть полезным обществу. Главное в научной работе не стремиться к открытию, а глубоко и всесторонне исследовать избранную область познания. Открытие возникает как побочный элемент исследования.

План действий учёного, своеобразие принимаемых им решений, причины успехов и неудач зависят во многом от таких факторов, как наблюдательность, интуиция, трудолюбие, творческое воображение и т.п. Но главное - это иметь мужество поверить в свои результаты, как бы они ни расходились с общепринятыми. Яркий пример ученого, умевшего ломать любые "психологические барьеры", - создатель первой космической техники С. П. Королев.

Движущей силой научного творчества должно быть не стремление совершить переворот, а любознательность, способность удивляться. Известно много случаев, когда удивление, сформулированное в виде парадокса, приводило к открытиям. Так, например, было при создании теории тяготения А. Эйнштейном. Интересно также высказывание А. Эйнштейна о том, как делаются открытия: все знают, что чего-то делать нельзя, а один человек случайно не знает этого, вот он-то и делает открытие.

Исключительное значение для научного творчества имеет способность радоваться каждой малой удаче, а также ощущение красоты науки, заключающейся в логической стройности и богатстве связей в изучаемом явлении. Понятие красоты играет важную роль для проверки правильности результатов, для отыскания новых законов. Оно представляет собой отражение в нашем сознании гармонии, существующей в природе.

Научный процесс есть проявление всей совокупности перечисленных факторов, функция личности исследователя.

Задача науки - найти объективные законы природы, и поэтому окончательный результат не зависит от личных качеств ученого. Однако способы познания могут быть различными, каждый ученый приходит к решению своим путем. Известно, что М.В. Ломоносов, не пользуясь матема-тическим аппаратом, без единой формулы, смог открыть фундаментальный закон сохранения вещества, а его современник Л. Эйлер мыслил математическими категориями. А. Эйнштейн предпочитал гармонию логических построений, а Н. Бор пользовался точным расчетом.

Современному ученому необходимы такие качества, как способность переходить от одного типа задач к другому, способность предсказывать будущее состояние исследуемого объекта или значимость каких-либо методов, а главное - способность диалектически отрицать (с сохранением всего положительного) старые системы, мешающие качественному изменению знания, ибо без ломки устаревших представлений нельзя создать более совершенные. В познании сомнение выполняет две прямо противоположные функции: с одной стороны, оно - объективное основание для агностицизма, с другой - мощный стимул познания.

Успех в научном исследовании часто сопутствует тому, кто смотрит на старое знание как на условие движения вперед. Как показывает развитие науки последних лет, каждое новое поколение ученых творит большую часть знаний, накопленных человечеством. Научное соперничество с учителями, а не слепое подражание им, способствует прогрессу науки. Для ученика должно быть идеалом не столько содержание знаний, полученных от научного руководителя, сколько его качества как личности, которой хочется подражать.

К научному работнику предъявляют особые требования, поэтому он должен стремиться по возможности скорее сделать полученное им знание доступным для коллег, но не допускать поспешных публикаций; быть чутким, восприимчивым к новому и защищать свои идеи, сколь бы ни была велика оппозиция. Он должен использовать труды своих предшественников и современников, уделяя скрупулезное внимание деталям; воспринимать как свою первую обязанность воспитание нового поколения научных работников. Молодые ученые считают счастьем, если им удается пройти школу ученичества у мастеров науки, но в то же время они должны стать самостоятельными, добиться независимости и не остаться в тени своих учи-телей.

Прогресс науки, свойственный нашему времени, привел к новому стилю работы. Возникла романтика коллективного труда, а главный принцип организации современных научных исследований заключается в их комплексности. Новый тип учёного - это учёный-организатор, руководитель крупного научного коллектива, способный управлять процессом решения сложных научных проблем.

Показателями чистоты морального облика выдающихся учёных всегда были: исключительная добросовестность, принципиальное отношение к выбору направления исследований и полученным результатам. Поэтому окончательный авторитет в науке это общественная практика, результаты которой выше мнений самых больших авторитетов.

Глава 3. Общенаучные методы исследования

Процесс познания как основа любого научного исследования представляет собой сложный диалектический процесс постепенного воспроизведения в сознании человека сущности процессов и явлений окружающей его действительности. В процессе познания человек осваивает мир, преобразует его для улучшения своей жизни. Движущей силой и конечной целью познания является практика, преобразующая мир на основе его собственных законов.

Теория познания представляет собой учение о закономерности процесса познания окружающего мира, методах и формах этого процесса, об истине, критериях и условиях её достоверности. Теория познания является философско-методологической основой любого научного исследования и поэтому основы этой теории должен знать каждый начинающий исследователь. Методология научного исследования представляет собой учение о принципах построения, формах и способах научного познания.

Непосредственное созерцание является первым этапом процесса познания, его чувственной (живой) ступенью и направлено на установление фактов, опытных данных. С помощью ощущений, восприятий и представлений создается понятие о явлениях и объектах, которое проявляется как форма знания о нем.

На этапе абстрактного мышления широко используются математический аппарат, логические умозаключения. Этот этап позволяет науке заглядывать вперед, в область неизведанного, делать важные научные открытия, получать полезные практические результаты.

Практика, производственная деятельность человека являются высшей функцией науки, критерием достоверности выводов, полученных на этапе абстрактно-теоретического мышления, важной ступенью процесса познания. Она позволяет установить область применения полученных результатов, скорректировать их. На её основе создается более правильное представление. Рассмотренные этапы процесса научного познания характеризуют общие диалектические принципы подхода к изучению законов развития природы и общества. В конкретных случаях этот процесс осуществляется с помощью определенных методов научного исследования. Метод исследования -- это совокупность приемов или операций, способствующих изучению окружающей действительности или практическому осуществлению какого-либо явления или процесса. Применяемый в научных исследованиях метод зависит от характера исследуемого объекта, например, метод спектрального анализа используется для изучения излучающих тел.

Метод исследования определяется имеющимися на данный период средствами исследования. Методы и средства исследования тесно связаны между собой, стимулируют развитие друг друга.

В каждом научном исследовании можно выделить два основных уровня: 1) эмпирический, на котором происходит процесс чувственного восприятия, установление и накопления фактов; 2) теоретический, на котором достигается синтез знания, проявляющийся чаще всего в виде создания научной теории. В связи с этим общенаучные методы исследования подразделяются на три группы:

1) методы эмпирического уровня исследования;

2) методы теоретического уровня исследования;

3)методы эмпирического и теоретического уровней исследования - всеобщие научные методы.

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. При наблюдениях широко применяются различные приборы и инструменты.

Чтобы наблюдение было плодотворным, оно должно удовлетворять ряду требований.

1.Оно должно вестись для определенной четко поставленной задачи.

2.В первую очередь должны рассматриваться интересующие исследователя стороны явления.

3. Наблюдение должно быть активным.

4. Надо искать определенные черты явления, нужные объекты.

5. Наблюдение необходимо вести по разработанному плану (схеме).

Измерение - это процедура определения численного значения характеристик исследуемых материальных объектов (массы, длины, скорости, силы и т.д.). Измерения выполняются с помощью соответствующих измерительных приборов и сводятся к сравнению измеряемой величины с эталонной величиной. Измерения дают достаточно точные количественные определения описания свойств объектов, существенно расширяя познания об окружающей действительности.

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 наблюдений, направленных на получение информации об объекте при исследовательских испытаниях, которые могут осуществляться в естественных и искусственных условиях при изменении характере протекания процесса.

Эксперимент используется на заключительной стадии исследования и является критерием истинности теорий и гипотез. С другой стороны, эксперимент во многих случаях является источником новых теоретических представлений, развиваемых на основе данных проведенного опыта.

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

В машиностроении широко применяют как натурные, так и компьютерные эксперименты. Компьютерный эксперимент основывается на исследовании математических моделей, описывающих реальный процесс или объект.

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 свойствами, позволяя получить решение задачи в окончательном виде. Например, в технологии машиностроения широко применяют понятие абсолютно жесткой системы, идеальный процесс резания и т.д. 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 закономерные связи между изучаемыми фактами. Символика искусственных языков придаёт 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 факторов делается вывод о существовании объекта, связи или причины явления. Гипотеза является формой перехода от фактов к законам, переплетением всего достоверного, принципиально проверяемого. Ввиду своего вероятностного характера гипотеза требует проверки, после которой она видоизменяется, отвергается или становится научной теорией.

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

Теория представляет собой наиболее высокую форму обобщения и систе-матизации знаний. Она описывает, объясняет и предсказывает совокупность явлений в некоторой области действительности. Создание теории основывается на результатах, полученных на эмпирическом уровне исследований. Затем эти результаты на теоретическом уровне исследования упорядочиваются, приводятся в стройную систему, объединенную общей идеей. 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. Теория должна удовлетворять требованию полноты описания некоторой области действительности. Теория должна соответствовать эмпирическим данным. В противном случае она должна быть усовершенствована или отвергнута.

В развитии теории могут быть два самостоятельных этапа: эволюционный, когда теория сохраняет свою качественную определенность, 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.

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 могут не только служить основой теории, но и связывать ряд теорий в науку, отдельную область знаний.

Законом называется теория, обладающая большой надежностью и подтвержденная многочисленными экспериментами. Закон выражает общие отношения и связи, которые характерны для всех явлений данного ряда, класса. Он существует независимо от сознания людей.

На теоретическом и эмпирическом уровнях исследования используется анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия, моделирование и абстрагирование.

Анализ - метод познания, заключающийся в мысленном расчленении предмета исследования или явления на составные, более простые, части и выделении его отдельных свойств и связей. Анализ не конечная цель исследования.

Синтез - метод познания, состоящий в мысленном соединении связей отдельных частей сложного явления и познания целого в его единстве. Понимание внутренней структуры объекта достигается с помощью синтеза явления. Синтез дополняет анализ и находится с ним в неразрывном единстве. Без изучения частей нельзя познать целое, без изучения целого с помощью синтеза нельзя познать до конца функции частей в составе целого.

В естественных науках анализ и синтез могут осуществляться не только теоретически, но и практически: исследуемые предметы фактически расчленяются и соединяются, устанавливаются их состав, связи и т.д.

Переход от анализа фактов к теоретическому синтезу осуществляется с помощью особых методов, среди которых наиболее важное значение имеет индукция и дедукция.

Индукция представляет собой метод перехода от знания отдельных фактов к знанию общего, эмпирическому обобщению и установлению общего положения, отражающего закон или другую существенную связь.

Индуктивный метод широко применяется при выводе теоретических и эм-пирических формул в теории металлообработки.

Индуктивный метод движения от частного к общему можно успешно при-менять только при условии возможностей проверки полученных результатов или проведения специального контрольного эксперимента.

Дедукция - метод перехода от общих положений к частным, получение из известных истин новых истин с использованием законов и правил логики. Важным правилом дедукции является следующее: "Если из высказывания А следует высказывание В и высказывание А истинно, то высказывание В также истинно".

Индуктивные методы имеют важное значение в науках, где преобладают эксперимент, его обобщение, разработка гипотез. Дедуктивные методы в первую очередь применяются в теоретических науках. Но научные показания могут быть получены только при наличии тесной связи между индукцией и дедукцией. Ф. Энгельс, в связи с этим указывал: "Индукция и дедукция связаны между собой столь же необходимым образом, как синтез и анализ... Надо стараться применять каждую на своем месте, не упускать из виду их связь между собой, их взаимное дополнение друг друга".

Аналогия - метод научного исследования, когда знания о неизвестных предметах и явлениях достигаются на основе сравнения с общими признаками предметов и явлений, которые исследователю известны.

Сущность заключения по аналогии состоит в следующем: пусть явление А имеет признаки X1, Х2, Х3, ..., Хn, Xn+1, а явление В признаки X1, Х2, ХЗ, ..., Хn. Следовательно, можно предположить, что явление В тоже имеет признак Xn+1. Такой вывод вносит вероятностный характер. Увеличить вероятность получения истинного вывода можно при большом числе сходных признаков у сравниваемых объектов и наличии глубокой взаимосвязи этих признаков.

Моделирование - метод научного познания, заключающийся в замене при исследовании изучаемого предмета или явления специальной моделью, воспроизводящей главные особенности оригинала, и её последующим исследованием. Таким образом, при моделировании эксперимент проводят на модели, а результаты исследования с помощью специальных методов распространяют на оригинал.

Модели могут быть физическими и математическими. В связи с этим различают физическое и математическое моделирование.

При физическом моделировании модель и оригинал имеют одинаковую физическую природу. Любая экспериментальная установка является физической моделью какого-либо процесса. Создание экспериментальных установок и обобщение результатов физического эксперимента осуществляются на основе теории подобия.

При математическом моделировании модель и оригинал могут иметь одинаковую и различную физическую природу. В первом случае какое-либо явление или процесс исследуется на основе их математической модели, представляющей собой систему уравнений с соответствующими условиями однозначности, во втором - используют факт одинакового по внешней форме математического описания явлений различной физической природы.

Абстрагирование - метод научного познания, заключающийся в мысленном отвлечении от ряда свойств, связей, отношений предметов и выделении нескольких интересующих исследователя свойств или признаков.

Абстрагирование позволяет заменить в сознании человека сложный про-цесс, который характеризует, тем не менее, наиболее существенные признаки предмета или явления, что особенно важно для образования многих понятий.Глава 4. Основные этапы выполнения и прогнозирования научных исследований

Рассматривая научно-исследовательскую работу, можно выделить фунда-ментальные и прикладные исследования, а также опытно-конструкторские разработки.

Первым этапом научного исследования является подробный анализ совре-менного состояния рассматриваемой проблемы. Он выполняется на основе информационного поиска с широким применением ЭВМ. По результатам анализа составляются обзоры, рефераты, делается классификация основных направлений, и ставятся конкретные задачи исследования.

Второй этап научного исследования сводится к решению поставленных на первом этапе задач с помощью математического или физического моделиро-вания, а также сочетания этих методов.

Третьим этапом научного исследования являются анализ полученных ре-зультатов и их оформление. Производится сравнение теории и эксперимента, дается анализ эффективности выполнения исследования, возможность расхождений.

На современном этапе развития науки особую важность приобретает прогнозирование научных открытий и технических решений.

В научно-техническом прогнозировании выделяют три интервала: прогнозы первого, второго и третьего эшелона. Прогнозы первого эшелона рассчитаны на 15-20 лет и составляются исходя из определившихся тенденций развития науки и техники. За этот период происходит резкое увеличение количества научных работников и объема научно-технической информации, завершается цикл наука - производство, на передовые рубежи выйдет новое поколение ученых. Прогнозы второго эшелона охватывают период 40-50 лет на базе качественных оценок, поскольку за эти годы произойдет практически удвоение объема принятых в современной науке концепций, теорий и методов. Цель этого прогноза, основанного на широкой системе научных представлений, - не экономические возможности, а фундаментальные законы и принципы естествознания. Для прогнозов третьего эшелона, носящих гипотетический характер, определяются сроки продолжительностью 100 лет и более. За такой период может произойти коренное преобразование науки, и появятся научные представления, многие аспекты которых еще не известны. В основе этих прогнозов - творческая фантазия крупных ученых, учитывающая наиболее общие законы естествознания. История донесла до нас достаточно примеров, когда люди могли предвидеть возникновение важных событий.

Предвидения М.В. Ломоносова, Д.И. Менделеева, К.Э. Циолковского и других крупнейших ученых основывались на глубоком научном анализе.

Выделяют три части прогноза: распространение уже внедренных новшеств; внедрение достижений, вышедших за стены лабораторий; направление фундаментальных исследований. Прогноз науки и техники дополняется оценкой социальных и экономических последствий от их развития. При прогнозировании используются статистические и эвристи-ческие методы прогноза экспертных оценок. Статистические методы заключаются в построении на базе имеющегося материала модели прогноза, позволяющей экстраполировать на будущее тенденции, наблюдавшиеся в прошлом. Полученные при этом динамические ряды применяются в практике благодаря своей простоте и достаточной надежности прогноза на небольшие периоды времени. То есть статистические методы, позволяющие определять средние значения, характеризующие всю совокупность изучаемых предметов. "Применяя статистический метод, мы не можем предсказать поведение отдельного индивидуума совокупности. Мы можем предсказать только вероятность того, что он будет вести себя некоторым определённым образом. Статистические законы можно применять только к большим совокупностям, но не к отдельным индивидуумам, образующим эти совокупности" (А. Эйнштейн, Л. Инфельд).

Эвристические методы основаны на прогнозе путём опроса высококвалифицированных специалистов (экспертов) в узкой области науки, техники, производства.

Характерной особенностью современного естествознания является также то, что методы исследования всё в большей степени влияют на его результат.

Глава 5. Применение математических методов исследования

в естествознании

Математика представляет собой науку, расположенную как бы на границах естествознания. Вследствие этого ее иногда рассматривают в рамках концепций современного естествознания, но большинство авторов выносит ее за эти рамки. Математику следует рассматривать вместе с другими естественно - научными концепциями, поскольку она уже много веков играет объединительную роль для отдельных наук. В этой своей роли математика способствует образованию устойчивых связей также между естествознанием и философией.

История математики

За тысячелетия своего существования математика прошла большой и сложный путь, на протяжении которого неоднократно изменялся ее характер, содержание и стиль изложения. Из примитивного искусства счета математика сформировалась в обширную научную дисциплину с собственным предметом изучения и специфическим методом исследования. Она выработала собственный язык, очень экономный и точный, который оказался исключительно эффективным не только внутри математики, но и в многочисленных областях ее применений.

Примитивный математический аппарат тех далеких времен оказался недостаточным, когда начала развиваться астрономия и далекие путешествия потребовали методов ориентации в пространстве. Жизненная практика, в том числе и практика развивающихся естественных наук, стимулировала даль-нейшее развитие математики.

В Древней Греции существовали школы, в которых математика изуча-лась, как развитая в логическом отношении наука. Она, как писал Платон в своих трудах, должна быть направлена на познание не "бытного", а "сущего". Человечество осознало важность математического познания, как такового, безотносительного к задачам конкретной практики.

Предпосылки к новому бурному всплеску и последующему все возрас-тающему прогрессу математических знаний создала эпоха морских путеше-ствий и развития мануфактурного производства. Эпоха Возрождения, давшая миру изумительный расцвет искусства, вызвала также развитие точных наук, в том числе и математики, появилось учение Коперника. Церковь яростно боролась с прогрессом естествознания.

Последние три столетия внесли в математику много идей и результатов, а также возможность для более полного и глубокого изучения явлений природы. Содержание математики постоянно меняется. Это естественный процесс, поскольку по мере изучения природы, развития техники, экономики и других областей знаний возникают новые задачи, для решения которых не-достаточно прежних математических понятий и методов исследования. Воз-никает потребность в дальнейшем совершенствовании математической нау-ки, расширение арсенала ее средств исследования.

Прикладная математика

Астрономы и физики раньше других поняли, что математические методы для них не только способы вычисления, но и один из основных путей проникновения в существо изучаемых ими закономерностей. В наше время многие науки и области естествознания, до последнего времени находив-шиеся вдали от использования математических средств, теперь усиленно

Устремятся наверстать упущенное. Причина такого внимания к математике в том, что качественное изучение явлений природы, техники, экономики зачастую оказывается недостаточным. Как можно создать автоматически работающую машину, если имеются только общие представления о длительности последействия передаваемых импульсов на элементы? Как можно автомати-зировать процесс выплавки стали или крекинга нефти без знания точных ко-личественных закономерностей этих процессов? Вот почему автоматизация вызывает дальнейшее развитие математики, оттачивание ее методов для ре-шения огромного числа новых и трудных проблем.

Роль математики в развитии других наук и в практических областях деятельности человека невозможно установить на все времена. Изменяются не только те вопросы, которые требуют скорейшего разрешения, но и харак-тер решаемых задач. Создавая математическую модель реального процесса, мы неизбежно упрощаем его и изучаем лишь приближенную его схему. По мере уточнения наших знаний и выяснения роли ранее неуточненных факто-ров удается сделать более полным математическое описание процесса. Про-цедуру уточнения нельзя ограничить, как нельзя ограничить развитие самого знания. Математизация науки состоит не в том, чтобы исключить из процесса познания наблюдение и эксперимент. Они являются непременными состав-ными частями полноценного изучения явлений окружающего нас мира. Смысл математизации знаний состоит в том, чтобы из точно сформулиро-ванных исходных предпосылок выводить следствия, недоступные непосредственному наблюдению; с помощью математического аппарата не только описывать установленные факты, но и предсказывать новые закономерности, прогнозировать течение явлений, а тем самым получать возможность управления ими.

Математизация наших знаний состоит не только в том, чтобы исполь-зовать готовые математические методы и результаты, а в том, чтобы начать поиски того специфического математического аппарата, который позволил бы наиболее полно описывать интересующий нас круг явлений, выводить из этого описания новые следствия, чтобы уверенно использовать особенности этих явлений на практике. Так случилось в период, когда изучение движения стало насущной необходимостью, а Ньютон и Лейбниц завершили создание начал математического анализа. Этот математический аппарат до сих пор яв-ляется одним из основных орудий прикладной математики. В наши дни раз-работка теории управления привела к ряду выдающихся математических ис-следований, в которых заложены основы оптимального управления детерминированными и случайными процессами.

Двадцатый век резко изменил представления о прикладной математике. Если раньше в арсенал средств прикладной математики входили арифметика и элементы геометрии, то восемнадцатый и девятнадцатый века добавили к ним мощные методы математического анализа. В наше время трудно назвать хотя бы одну значительную ветвь современной математики, которая в той или иной мере не находила бы применений в великом океане прикладных проблем. Математика является орудием познания природы, ее законов.

При решении практических задач разрабатывают общие приемы, позволяющие освещать широкий круг различных вопросов. Такой подход особенно важен для прогресса науки. От этого выигрывает не только данная область приложений, но и все остальные, а в первую очередь сама теоретическая математика. Именно такой подход к математике заставляет искать новые методы, новые понятия, способные охватить новый круг про-блем, он расширяет область математических исследований. Последние деся-тилетия дают нам множество примеров подобного рода. Чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить появление в математике таких, теперь централь-ных, ее ветвей, как теория случайных процессов, теория информации, теория оптимального управления процессами, теория массового обслуживания, ряд областей, связанных с электронными вычислительными машинами.

Математика -- язык науки

Впервые четко и ярко о математике, как языке науки сказал четыреста лет назад великий Галилео Галилей: "Философия написана в грандиозной книге, которая открыта всегда для всех и каждого, - я говорю о природе. Но понять ее может лишь тот, кто научился понимать ее язык и знаки, которыми она написана. Написана же она на математическом языке, а знаки - ее математические формулы". Несомненно, что с тех пор наука добилась огромных успехов и математика была ее верной помощницей. Без мате-матики многие успехи науки и техники были бы просто невозможны. Неда-ром один из крупнейших физиков В. Гейзенберг так охарактеризовал место математики в теоретической физике: "Первичным языком, который выраба-тывают в процессе научного усвоения фактов, является в теоретической физике обычно язык математики, а именно математическая схема, позволяющая физикам предсказывать результаты будущих экспериментов".

Для общения и для выражения своих мыслей люди создали величайшее разговорное средство - живой разговорный язык и письменную его запись. Язык не остается неизменным, он приспосабливается к условиям жизни, обогащается словарным запасом, вырабатывает новые средства для выраже-ния тончайших оттенков мысли.

В науке особенно важна ясность и точность выражения мыслей. Научное изложение должно быть кратким, но вполне определенным. Именно поэтому наука обязана разрабатывать собственный язык, способный максимально точно передавать свойственные ей особенности. Прекрасно сказал известный французский физик Луи де Бройль: "... где можно применить математический подход к проблемам, наука вынуждена пользоваться особым языком, символическим языком, своего рода стенографией абстрактной мысли, формулы которой, когда они правильно записаны, по-видимому не остав-ляют места ни для какой неопределенности, ни для какого неточного истол-кования". Но к этому нужно добавить, что математическая символика не только не оставляет места для неточности выражения и расплывчатого истолкования, - математическая символика позволяет вдобавок автоматизиро-вать проведение тех действий, которые необходимы для получения выводов.

Математическая символика позволяет снижать запись информации, де-лать ее обозримой и удобной для последующей обработки.

В последние годы появилась новая линия в развитии формализованных языков, связанная с вычислительной техникой и использованием электрон-ных вычислительных машин для управления производственными процесса-ми. Необходимо общение с машиной, надо представить ей возможность в каждый момент самостоятельно выбирать правильное в данных условиях действие. Но машина не понимает обычную человеческую речь, с ней нужно "разговаривать" на доступном ей языке. Этот язык не должен допускать раз-ночтений, неопределенности, недостаточности или чрезмерной избыточности сообщаемой информации. В настоящее время разработано несколько систем языков, с помощью которых машина однозначно воспринимает сообщаемую ей информацию и действует с учетом создавшейся обстановки. Именно это и делает электронные вычислительные машины столь гибкими при выполне-нии сложнейших вычислительных и логических операций.

Использование математического метода и математического результата

Не существует таких явлений природы, технических или социальных процессов, которые были бы предметом изучения математики, но при этом не относились бы к явлениям физическим, биологическим, химическим, ин-женерным или социальным. Каждая естественно - научная дисциплина: биоло-гия и физика, химия и психология - определяется материальной особенностью своего предмета, специфическими чертами той области реального мира, которую она изучает. Сам предмет или явление может изучаться разными методами, в том числе и математическими, но, изменяя методы, мы все же остаемся в пределах данной дисциплины, поскольку содержанием данной науки является реальный предмет, а не метод исследования. Для математики же материальный предмет исследования не имеет решающего значения, важен применяемый метод. Например, тригонометрические функции можно использовать и для исследования колебательного движения, и для определения высоты недоступного предмета. А какие явления реального мира можно исследовать с помощью математического метода? Эти явления определяются не их материальной природой, а исключительно формальными структурными свойствами и, прежде всего, теми количественными соотношениями и пространственными формами, в которых они существуют.

Математический результат обладает тем свойством, что его можно не только применять при изучении какого-то одного определенного явления или процесса, но и использовать для исследования других явлений, физическая природа которых принципиально отлична от ранее рассмотренных. Так, пра-вила арифметики применимы и в задачах экономики, и в технологических процессах, и при решении задач сельского хозяйства, и в научных исследованиях.

Математика как творческая сила имеет своей целью разработку общих правил, которыми следует пользоваться в многочисленных частных случаях. Тот, кто создает эти правила, создает новое, творит. Тот, кто применяет уже готовые правила в самой математике, уже не творит, но создает с помощью математических правил новые ценности в других областях знания. В наши дни, данные дешифровки космических снимков, а также сведения о составе и возрасте горных пород, геохимических, географических и геофизических аномалиях обрабатываются с помощью ЭВМ. Несомненно, что применение ЭВМ в геологических исследованиях оставляет эти исследования геологиче-скими. Принципы же работы ЭВМ и их математическое обеспечение разра-батывались без учета возможности их использования в интересах геологической науки. Сама эта возможность определяется тем, что структурные свойства геологических данных находятся в соответствии с логикой определенных программ работы ЭВМ.

Математические понятия берутся из реального мира и с ним связаны. В сущности, этим и объясняется поразительная применимость результатов ма-тематики к явлениям окружающего нас мира.

Математика, прежде чем изучать своими методами какое-нибудь явление, создает его математическую модель, т.е. перечисляет все те особенности явления, которые будут приниматься во внимание. Модель принуждает ис-следователя выбирать те математические средства, которые позволят вполне адекватно передать особенности изучаемого явления и его эволюции.

В качестве примера возьмем модель планетной системы. Солнце и пла-неты рассматриваются как материальные точки с соответствующими масса-ми. Взаимодействие каждых двух точек определяется силой притяжения ме-жду ними. Модель проста, но она в течение вот уже более трехсот лет с огромной точностью передает особенности движения планет Солнечной сис-темы.

Математические модели используются при исследовании биологических и физических явлений природы.

Математика и окружающая среда

Повсюду нас окружают движение, переменные величины и их взаимо-связи. Различные виды движения и их закономерности составляют основной объект изучения конкретных наук: физики, геологии, биологии, социологии и других. Поэтому точный язык и соответствующие методы описания и изуче-ния переменных величин оказались необходимыми во всех областях знания примерно в той же степени, в какой числа и арифметика необходимы при описании количественных соотношений. Математический анализ составляет основу языка и математических методов описания переменных величин и их взаимосвязей. В наши дни без математического анализа невозможно не толь-ко рассчитать космические траектории, работу ядерных реакторов, бег океанской волны и закономерности развития циклона, но и экономично управлять производством, распределением ресурсов, организацией технологических процессов, прогнозировать течение химических реакций или изменение чис-ленности различных взаимосвязанных в природе видов животных и растений, потому что всё это - динамические процессы.

Одно из наиболее интересных применений современной математики называется теорией катастроф. Её создатель - один из выдающихся математиков мира Рене Том. Теория Тома - по сути, математическая теория процессов со "скачками". В ней показано, что возникновение "скачков" в непрерывных системах можно описать математически и изменения вида можно предсказать качественно. Модели, строящиеся на основе теории катастроф, уже привели к полезному проникновению в суть множества случаев из реальной жизни: в физику (примером может служить разрушение волн на воде), физиологию (действие сердечных сокращений или нервных импульсов) и социальные науки. Перспективы применения этой теории, вероятнее всего в биологии, огромны.

Математика дала возможность заниматься и другими практическими вопросами, которые требовали не только применения уже имеющихся мате-матических средств, но и развития самой математической науки.

Подобные документы

Эмпирическая, теоретическая и производственно-техническая формы научного познания. Применение особенных методов (наблюдение, измерение, сравнение, эксперимент, анализ, синтез, индукция, дедукция, гипотеза) и частных научных методов в естествознании.

реферат , добавлен 13.03.2011


Сущность принципа системности в естествознании. Описание экосистемы пресного водоема, лиственного леса и его млекопитающих, тундры, океана, пустыни, степи, овражистых земель. Научные революции в естествознании. Всеобщие методы научного познания.

контрольная работа , добавлен 20.10.2009


Изучение понятия научной революции, глобального изменения процесса и содержания системы научного познания. Геоцентрическая система мира Аристотеля. Исследования Николая Коперника. Законы движения планет Иоганна Кеплера. Основные достижения И. Ньютона.

презентация , добавлен 26.03.2015


Основные методы вычленения и исследования эмпирического объекта. Наблюдение эмпирического научного познания. Приемы получения количественной информации. Методы, предполагающие работу с полученной информацией. Научные факты эмпирического исследования.

реферат , добавлен 12.03.2011


Методология естествознания как система познавательной деятельности человека. Основные методы научного изучения. Общенаучные подходы как методологические принципы познания целостных объектов. Современные тенденции развития естественно-научного изучения.

реферат , добавлен 05.06.2008


Синергетика как теория самоорганизующихся систем в современном научном мире. История и логика возникновения синергетического подхода в естествознании. Влияние этого подхода на развитие науки. Методологическая значимость синергетики в современной науке.

реферат , добавлен 27.12.2016


Сравнение, анализ и синтез. Основные достижения НТР. Концепция ноосферы Вернадского. Происхождение жизни на земле, основные положения. Экологические проблемы Курганской области. Значение естествознания для социально–экономического развития общества.

контрольная работа , добавлен 26.11.2009


Сущность процесса естественнонаучного познания. Особые формы (стороны) научного познания: эмпирическая, теоретическая и производственно–техническая. Роль научного эксперимента и математического аппарата исследования в системе современного естествознания.

доклад , добавлен 11.02.2011


Применение математических методов в естествознании. Периодический закон Д.И. Менделеева, его современная формулировка. Периодические свойства химических элементов. Теория строения атомов. Основные типы экосистем по их происхождению и источнику энергии.

реферат , добавлен 11.03.2016


Развитие науки ХХ в. под влиянием революции в естествознании на рубеже ХIХ–ХХ вв.: открытия, их практическое применение - телефон, радио, кинематограф, изменения в физике, химии, развитие междисциплинарных наук; Психика, интеллект в философских теориях.

Методы науки – совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности.

Методы исследований оптимизируют деятельность человека, вооружают его наиболее рациональными способами организации деятельности. А. П. Садохин кроме выделения уровней познания при классификации научных методов учитывает критерий применяемости метода и выделяет общие, особенные и частные методы научного познания. Выделенные методы часто сочетаются и комбинируются в процессе исследования.

Общие методы познания касаются любой дисциплины и дают возможность соединить все этапы процесса познания. Эти методы используются в любой области исследования и позволяют выявлять связи и признаки исследуемых объектов. В истории науки исследователи к таким методам относят метафизический и диалектический методы. Частные методы научного познания – это методы, применяющиеся только в отдельной отрасли науки. Различные методы естествознания (физики, химии, биологии, экологии и т. д.) являются частными по отношению к общему диалектическому методу познания. Иногда частные методы могут использоваться за пределами тех отраслей естествознания, в которых они возникли.

Например, физические и химические методы используются в астрономии, биологии, экологии. Часто исследователи применяют комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета. Например, экология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, биологии. Частные методы познания связаны с особенными методами. Особенные методы исследуют определенные признаки изучаемого объекта. Они могут проявляться на эмпирическом и на теоретическом уровнях познания и быть универсальными.

Среди особенных эмпирических методов познания выделяют наблюдение, измерение и эксперимент.

Наблюдение представляет собой целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, чувственное отражение объектов и явлений, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Поэтому исследование чаще всего начинается с наблюдения, и лишь потом исследователи переходят к другим методам. Наблюдения не связаны с какой-либо теорией, но цель наблюдения всегда связана с некой проблемной ситуацией.

Наблюдение предполагает наличие определенного плана исследования, предположение, подвергаемое анализу и проверке. Наблюдения используются там, где нельзя поставить прямой эксперимент (в вулканологии, космологии). Результаты наблюдения фиксируются в описании, отмечающем те признаки и свойства изучаемого объекта, которые являются предметом изучения. Описание должно быть максимально полным, точным и объективным. Именно описания результатов наблюдения составляют эмпирический базис науки, на их основе создаются эмпирические обобщения, систематизация и классификация.

Измерение – это определение количественных значений (характеристик) изучаемых сторон или свойств объекта с помощью специальных технических устройств. Большую роль в исследовании играют единицы измерения, с которыми сравниваются полученные данные.

Эксперимент - метод познания, при помощи которого явления действительности исследуются в контролируемых и управляемых условиях. Он отличается от наблюдения вмешательством в исследуемый объект, то есть активностью по отношению к нему. Проводя эксперимент, исследователь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания путем непосредственного воздействия на изучаемый процесс или изменения условий, в которых проходит этот процесс.

Развитие естествознания выдвигает проблему строгости наблюдения и эксперимента. Дело в том, что они нуждаются в специальных инструментах и приборах, которые последнее время становятся настолько сложными, что сами начинают оказывать влияние на объект наблюдения и эксперимента, чего по условиям быть не должно. Это, прежде всего, относится к исследованиям в области физики микромира (квантовой механике, квантовой электродинамике и т.д.).

Аналогия - метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного в ходе рассмотрения какого-либо одного объекта, на другой, менее изученный и в данный момент изучаемый. Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, что позволяет получить вполне достоверные знания об изучаемом предмете.

Применение метода аналогии в научном познании требует определенной осторожности. Здесь чрезвычайно важно четко выявить условия, при которых он работает наиболее эффективно. Однако в тех случаях, когда можно разработать систему четко сформулированных правил переноса знаний с модели на прототип, результаты и выводы по методу аналогии приобретают доказательную силу.

Анализ - метод научного познания, в основу которого положена процедура мысленного или реального расчленения предмета на составляющие его части. Расчленение имеет целью переход от изучения целого к изучению его частей и осуществляется путем абстрагирования от связи частей друг с другом.

Синтез - это метод научного познания, в основу которого положена процедура соединения различных элементов предмета в единое целое, систему, без чего невозможно действительно научное познание этого предмета. Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единства знаний, полученных с помощью анализа. В синтезе происходит не просто объединение, а обобщение аналитически выделенных и изученных особенностей объекта. Положения, получаемые в результате синтеза, включаются в теорию объекта, которая, обогащаясь и уточняясь, определяет пути нового научного поиска.

Индукция - метод научного познания, представляющий собой формулирование логического умозаключения путем обобщения данных наблюдения и эксперимента.
Дедукция - метод научного познания, который заключается в переходе от некоторых общих посылок к частным результатам-следствиям.
Решение любой научной проблемы включает выдвижение различных догадок, предположений, а чаще всего более или менее обоснованных гипотез, с помощью которых исследователь пытается объяснить факты, не укладывающиеся в старые теории. Гипотезы возникают в неопределенных ситуациях, объяснение которых становится актуальным для науки. Кроме того, на уровне эмпирических знаний (а также на уровне их объяснения) нередко имеются противоречивые суждения. Для разрешения этих проблем требуется выдвижение гипотез.

Гипотеза представляет собой всякое предположение, догадку или предсказание, выдвигаемое для устранения ситуации неопределенности в научном исследовании. Поэтому гипотеза есть не достоверное знание, а вероятное, истинность или ложность которого еще не установлены.
Любая гипотеза должна быть обязательно обоснована либо достигнутым знанием данной науки, либо новыми фактами (неопределенное знание для обоснования гипотезы не используется). Она должна обладать свойством объяснения всех фактов, которые относятся к данной области знания, систематизации их, а также фактов за пределами данной области, предсказывать появление новых фактов (например, квантовая гипотеза М. Планка, выдвинутая в начале XX в., привела к созданию квантовой механики, квантовой электродинамики и др. теорий). При этом гипотеза не должна противоречить уже имеющимся фактам. Гипотеза должна быть либо подтверждена, либо опровергнута.

в) частные методы - это методы, действующие либо только в пределах отдельной отрасли естествознания, либо за пределами той отрасли естествознания, где они возникли. Таков метод кольцевания птиц, применяемый в зоологии. А методы физики, использованные в других отраслях естествознания, привели к созданию астрофизики, геофизики, кристаллофизики и др. Нередко применяется комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета. Например, молекулярная биология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, кибернетики.

Моделирование – метод научного познания, основанный на изучении реальных объектов посредством изучения моделей этих объектов, т.е. посредством изучения более доступных для исследования и (или) вмешательства объектов-заместителей естественного или искусственного происхождения, обладающих свойствами реальных объектов.

Свойства любой модели не должны, да и не могут, точно и полностью соответствовать абсолютно всем свойствам соответствующего реального объекта в любых ситуациях. В математических моделях любой дополнительный параметр может привести к существенному усложнению решения соответствующей системы уравнений, к необходимости применения дополнительных допущений, отбрасывания малых членов и т.п., при численном моделировании непропорционально вырастает время обработки задачи компьютером, нарастает ошибка счета.

Разнообразие методов научного познания создает трудности в их применении и понимании их роли. Эти проблемы решаются особой областью знания – методологией. Основной задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности, развития методов познания.