2. Этапы и последовательность выполнения научно-исследовательской работы

Обоснование темы исследований - необходимый момент научного мыш­ления, отличающий его от различных форм донаучного или вненаучного со­знания. Обоснование выполняется в рамках общего плана решения поставлен­ной проблемы, с учетом личного опыта и на основе анализа имеющейся инфор­мации.

Формулировка цели и постановка задач исследований выполняется после предварительного анализа имеющейся информации. Такой анализ обычно изла­гается в разделе «Состояние вопроса» и опирается на тщательно проработанные научные информационные источники и результаты патентных исследований.

При отборе информационных источников и проведении патентных иссле­дований важно бывает определить глубину поиска. Глубина поиска отсчитыва- ется от текущего времени назад (в прошлое). Для патентных исследований имеет значение и объем выборки, то есть количество стран, по которым анализируется патентная информация. Патентные исследования проводят по странам, наиболее плодотворно работающим в данном направлении. Существуют два уровня па­тентных исследований - на уровне подачи заявок в Федеральный инсттуг па­тентной собственности (ФИПС) и исследования, связанные с патентной чисто­той вновь разрабатываемой машины. Во многих научных учреждениях этапы ис­следования регламентируются стандартом предприятия или стандарта отрасли (СТО).

Формулировка исходной гипотезы. Прежде чем сформулировать исходную (рабочую) гипотезу следует определиться с объектом и предметом исследований. Объектом исследований может бьггь какой-либо технологический прием или процесс, рабочий орган сельскохозяйственной машины, или их сочетание. Пред­метом исследований чаще всего выступают функциональные связи между изуча­емыми параметрами (например, зависимость между качественными и режимными или настроечными параметрами).

Гипотеза - это научное допущение или предположение, истинное значение которого на данный момент изучения вопроса неопределенно. Она всегда вы­двигается в контексте развития науки для решения какой-либо конкретной проблемы с целью объяснения новых (ожидаемых) экспериментальных данных, либо для устранения противоречий теории с результатами экспериментов. В ка­честве научных положений гипотезы должны удовлетворять условию принципи­альной проверки означающими, что они обладают свойствами фальсификации (опровержения) и верификации (подтверждения). Первое свойство фиксирует предположительный характер научной гипотезы, а второе позволяет установить и проверить ее относительно эмпирического содержания.

В научных исследованиях, проводимых в области механизации сельского хозяйства на основании выводов, сделанных после изучения информационных и патентных источников, формулируется рабочая гипотеза, в которой предполага­ется, каким образом и за счет чего будет достигнут новый положительный эф­фект.

Теоретический анализ гипотез. Теория в широком смысле слова - это ком­плекс взглядов, представлений, идей, направленных на истолкование и объ­яснение какого-либо явления. Это наиболее сложная и развитая форма научного знания. В современной методологии науки принято выделять следующие основ­ные компоненты теории.

1. Исходную эмпирическую основу, которая включает множество зафик­сированных в данной области знания фактов, достигнутых в ходе экспе­риментов и требующих теоретического осмысления.

2. Исходную теоретическую основу - множество первичных допущений, постулатов, аксиом, общих законов в совокупности, описывающих идеализиро­ванный объект теории.

3. Логику теории - множество допустимых в рамках теорий правил логи­ческого вывода и доказательства.

4. Совокупность выведенных в теории утверждений с их доказательства­ми, составляющих основой массив теоретического знания.

Методологически центральную роль в формировании теории играет лежа­щий в ее основе, идеализированный объект. Он представляет собой теоретиче­скую модель существующих связей реальности, представленных с помощью определенных гипотетических допущений и идеализации. Например, таким объ­ектом в классической механике является система материальных точек, в моле- кулярио-кинетичсской теории - множество замкнутых в определенном объеме хаотически соударяющихся молекул, представляемых в виде абсолютно упру­гих материальных точек.

В современной земледельческой механике идеализированный объект вы­ступает в виде математической модели «почвы» или совокупности таких моде­лей «почва - сошник - почва».

Теоретический анализ выдвинутых гипотез направлен на выбор наиболее подходящей модели идеализированного процесса. Правильность выбора при этом проверяется экспериментальными данными. Чем меньше расхождения меж­ду теоретическими и экспериментальными данными, тем более точна выбранная модель.

Применительно к исследованиям в области механизации сельского хозяй­ства выдвижение и сравнение гипотез производится на основе общих положе­ний земледельческой механики или другой дисциплины, с учетом использования известных математических методов. Последние являются своего рода «инстру­ментом», от правильности выбора которого зависит успешное решение постав­ленных исследовательских задач.

1.3 Понятие наблюдения и измерения

Наблюдение - есть преднамеренное и целенаправленное восприятие, обу­словленное поставленной задачей деятельности. Исторически наблюдение раз­вивается как составная часть трудовой деятельности, включающая в себя уста­новление соответствия продукта труда его запланированному идеальному образу. В научных исследованиях наблюдение обычно включено в качестве составной части в процедуру эксперимента. Основные требования к научному наблюдению: однозначность и объективность, т. е. возможность контроля путем либо повторе­ния наблюдения, либо применения других методов. На первый план все больше выступает интерпретация результатов наблюдения, но при этом, в качестве рв" зультатов наблюдений, могут выступать лишь знаки изучаемых явлений (ННПрК* мер, кривая на осциллографе). Поэтому крайне важно бывает получить колиЧ!* ственную (цифровую) оценку наблюдения, а это можно сделать с помощью мерения.

Измерение - приписывание чисел вещам в соответствии С OiiptAMt шкалами. Измерения преобразуют определенные свойства наших ЮОПр известные, легко поддающиеся обработке вещи, называющиеся '(И0Л>МИ|

Измерения разделяются на три типа: номинальные - числа, приписывае­мые объектам на шкале, лишь констатируют отличие или тождество этих объек­тов, то есть номинальная шкала есть по существу группировка или классифика­ция; порядковые - числа, приписываемые объектам по шкале, упорядочивают их по измеряемому признаку, но указывают лишь на порядок размещения объектов на шкале, а не расстояния между объектами или тем более координаты; интер­вальные - числа, приписываемые объектам на шкале, указывают не только на порядок объектов, но и на расстояние между ними.

Номинальное измерение едва ли заслуживает того, чтобы называться изме­рением. Здесь просто объекты классифицируются, а классы обозначаются номе­рами (числами) лишь только для того, чтобы отличить один класс от другого без всякой связи со свойствами объектов. Например: цвет глаз, автомобильные но­мера, и др.

В порядковой шкале числа, присваиваемые предметам, отражают количе­ство свойств, принадлежавших предметам, но равные разности чисел не означа­ют равных разностей в количестве свойств. Классифицируя по твердости четыре материала, обозначим их в порядке убывания твердости (вода в трех адиабат­ных состояниях и стекло в твердом состоянии) 1, 2, 3, 4. Но сказать, что раз­ность (1-2) равна разности (3 - 4) мы не можем, поскольку сами цифры не отра­жают количество свойств (твердости), а лишь указывают на порядок ее убыва­ния.

Интервальная шкала имеет единицы измерения, при помощи которых мож­но не только упорядочить предметы, но и приписать им число так, чтобы равные разности чисел, присвоенные предметам, отражали равные различия в количе­ствах измеряемого свойства. Например: календарное время, шкалы температур по Цельсию.

Есть еще одна шкала, которая характеризует изменение отношений. Она отличается от интервальной шкалы только тем, что нулевая точка не произволь­на, а указывает на полное отсутствие свойств, например, рост температуры по Кельвину.

Наблюдение всегда проводится для изучения причинно-следственной связи между изучаемыми факторами. Все факторы делятся на основные, поддающиеся учету и случайные, трудно поддающиеся учету факторы. Вопрос о том, какие факторы обязательно учитывать, а какие можно считать случайными, приходится решать каждый раз, применительно к конкретным условиям. В случае проведения научно-исследовательской работы в области механизации сельского хозяйства наблюдения чаще всего производятся в форме испытания. В практических ис­следованиях испытанием называют чаще всего эксперимент, опыт, то есть такое изучение явлений, при котором изучаемые факторы вызываются искусственно - создаются специальные приборы, установки и т. п. Основные факторы должны быть одинаковыми для всех испытаний, посвященных исследованию какого- либо свойства или признака. Такая совокупность испытаний называется серией испытаний.

Испытания с неизменным комплексом основных факторов называются од­нородными. Однородность - важнейшее условие правильного применения ста­тистических методов обработки наблюдений. Для обеспечения однородно­сти испытаний нужно каждую их серию проводить в как можно более стабиль­ных условиях:

• на одних и тех же приборах и установках;

• с одними и теми же исследователями;

• в предельно короткий срок.

При наблюдениях приходится следить не только за результатами испыта­ния, но и за правильностью его проведения. Поэтому признаки, отмечаемые при наблюдении делятся на изучаемые и контрольные. Контрольные признаки служат для проверки однородности испытаний. Например, изучая сопротивле­ние электролита при фиксированной температуре, мы при каждом наблюдении должны отмечать, что температура действительно не изменилась.

По своему характеру результаты, регистрируемые при наблюдениях, де­лятся на качественные и количественные. К первым относятся все результаты, не имеющие числового характера (цвет, вкус, выпадение остатка в растворе). Это не позволяет применить к обработке качественных результатов математические методы. Количественные результаты наиболее удобны для математической об­работки. Источником таких результатов служат наблюдения двух видов: подсчет и измерение.

С наблюдением второго вида мы сталкиваемся, подсчитывая число дефек­тов на готовой детали или число зерен на шлифе, количество саранчи на I м^; и Т. п. Измерения возникают тогда, когда наблюдаемое свойство сравнивается в ко­личественном отношении с некоторым эталоном (единицей измерения), Для это­го используются различные измерительные приборы: весы, мензурки, линейки, ваттметры и т. п. Результаты, полученные непосредственным измерением, чаото подставляются в различные формулы. После подсчета нолучиштся так называе­мые результаты косвенных измерений.

Большинство измеряемых на практике величин обладает СВОЙСТВОМ непре­рывности, т.е. их значения сплошь заполняют некоторый ЧИСЛОВОЙ промежуток. Приборы же, используемые при измерениях, обладают некоторым пределом точ­ности (разрешающей способностью) - разницей в значениях двух величин, кото­рую они в состоянии обнаружи ть. Этот предел указывается на заводских прибо­рах. Например, весы, взвешивающие с ТОЧНОСТЬЮ ДО 0,1 мг, не могут различить такие веса как 12,52 и 12,54 мг и В обоих случаях покажут 12,5 мг. Чув­ствительность процесса измерения задается минимальной единицей цифровой шкалы, которая фиксируется, Пределы для точного значения устанавливаются путем прибавления и вычитания половины чувствительности измерительного процесса от найденного значения.

Пример: Рост человека, измеренный ростомером с ценой деления шкилы 1 см, составил 147 см. На самом же деле рост данного человека находится н интер­вале от 146,5 до 147,5 см.

Любое увеличение точности при измерениях сильно усложнят' жшмрН* мент, а добавление каждого лишнего знака усложняет вычисления ни 10.,Л S Поэтому всегда нужно знать ту точность, которая потребуется от реяулмт И

стремиться к излишней точности измерений и вычислений. При этом целесооб­разно помнить следующее:

• не допускать излишнего количества цифр в промежуточных вычислени­ях;

• если найденная при вычислениях величина будет сравниваться с таблич­ной, то число цифр в ней не должно превышать число цифр в табличной вели­чине - поэтому можно округлять даже исходные данные;

• везде, где это только возможно, нужно избавляться от дробей, изменяя для этого масштабы отсчета и перенося начало отсчета;

• все находимые при расчетах величины нужно проверять с помощью специальных приемов, либо проводя вместе с кем-либо параллель­ные вычисления.