1.2. О научном исследовании Понятие научного знания

Знание – идеальное воспроизведение в языковой форме обобщенных представлений о закономерных связях объективного мира.

1. Знания – это продукт, с одной стороны, частный (его можно присвоить), а с другой – общественный, принадлежащий всем. С другой стороны секреты производства могут быть открыты и другими людьми, чаще всего это вопрос времени. Желание прославиться также способствует передаче знаний (открытие фосфора). Можно говорить о так называемом неотделимом, или неявном, знании. Речь идет о том знании, которое невозможно отделить от его носителя: индивида или научного, конструкторского и производственного коллектива. В применении к научному коллективу это означает, что для создания знания определенного уровня необходим коллектив, специалисты в котором подобраны в оптимальной квалификации.

2. Дискретность знания как продукта. Конкретное знание либо создано, либо нет. Не может быть знания наполовину или на одну треть.

3. Знания, подобно другим общественным (публичным) благам, будучи созданными, доступны всем без исключения.

4. Знания по своей природе - это информационный продукт, а информация после того, как ее потребили, не исчезает, как обычный материальный продукт.

90% всего количества знаний, которыми располагает человечество, получено за последние 50 лет, так же как 90% общего числа ученых и инженеров, подготовленных за всю историю цивилизации, - наши современники. Это явные признаки перехода от экономики, основанной на использовании природных ресурсов, к экономике знаний.

Функции знания:

- обобщение разрозненных представлений о закономерности природы, общества и мышления;

- хранение того, что может быть передано в качестве устойчивой основы практических действий.

Процесс движения человеческой мысли от незнания к знанию называют познанием.

Научное знание может быть относительным – являясь, в основном, верным отражением действительности, отличается некоторой неполнотой совпадения образа с объектом и абсолютным – достигается полное совпадение.

Абсолютное знание не может быть опровергнуто или изменено в дальнейшем.

Чувственное познание (непосредственная связь человека с окружающей действительностью). Его элементами являются:

- ощущение – отражение мозгом человека свойств предметов или явлений окружающего мира, которые действуют на органы чувств человека;

- восприятие – отражение мозгом человека свойств предметов или явлений окружающего мира в данный момент времени;

- представление – вторичный образ предмета или явления;

- воображение – соединение и преобразование различных представлений в новую картину образов .

Диалектика развития подняла человечество на новую ступень развития, когда успехи в изучении и преобразовании природы стали возможны только на пути синтеза научных знаний. Всего лишь несколько веков назад объем знаний, накопленных человечеством, был столь мал, что один человек мог не только ознако­миться со всеми основными достижениями своего вре­мени, но и внести существенный вклад в развитие мно­гих научных направлений. Достаточно назвать таких ученых, как Леонардо да Винчи, М.В.Ломоносов и многих других.

По мере углубления человеческих знаний и накопле­ния информации в науке стали все более четко очерчи­ваться направления, изучающие те или иные конкрет­ные особенности в окружающем нас мире, те или иные его проявления. В каждом из этих направлений стал вырабатываться свой особый язык и методы изучения. И это принесло большой успех.

Однако этот, первоначально столь обнадеживающий, путь, видимо, в недалеком будущем исчерпает себя. Дело в том, что он противоречит самой своей сути: по мере углубления знаний необходима все большая дифференциация наук, что, естественно, приводит к одно­бокому освещению изучаемых явлений и объектов, поскольку из-за их многочисленности связи между отдельными областями наук ослабляются. Порождением этого процесса явился «узкий специалист», который обладает исчерпывающими знаниями только в какой-либо одной области науки. По мере развития наук и углубления знаний область науки, в которой более или менее свободно ориентируется «узкий специалист», становится все меньше. По этому поводу знаменитый математик Д. Гильберт отметил , что «узкий специалист» — это тот, кто знает все ни о чем. Неудивительно поэтому, что подавляющее число открытий было сделано на стыках наук. Природа во всех своих проявлениях едина.

Но как усвоить хотя бы главные знания не только «своей», но и смежных наук? Ведь объем имеющейся на сегодня информации по каждой из конкретных наук и даже весьма узких ее областей огромен. Однако эта задача не столь безнадежна, как это может показаться вначале. Еще Г. Галилей отмечал: «Философия написана в грандиозной книге — Вселенной, которая открыта нашему пристальному взгляду. Но понять эту книгу может лишь тот, кто научился понимать ее язык и знаки, которыми она изложена. Написана же она на языке математики...». Один из путей решения ее — широкая компьютеризация процессов обучения и обес­печения научно-технической информацией.

По мере развития науки результаты научных иссле­дований оказываются необычайно важными, а иногда и жизненно важными для развития целых отраслей про­мышленности, поэтому все более отчетливо выступает еще одна тенденция — стремление к возможно более быстрому внедрению в промышленность результатов научных исследований. И успехи на этом пути впечат­ляющи: на разработку средств телефонной связи потре­бовалось примерно 56 лет, радио — 35 лет, радиолока­ции — 12 лет, транзисторов — 5 лет, а интегральных схем — всего 3 года.

Подготовка современного специалиста — это длин­ный и сложный процесс, с течением времени отнимаю­щий все большее количество лет жизни человека, про­цесс, требующий огромных затрат и духовных и мате­риальных, и, тем не менее, он оказывается оправданным, если заканчивается пополнением науки и производства высококвалифицированными кадрами.

О значении квалифицированного специалиста в хо­зяйственной деятельности общества свидетельствует такой случай. Одна крупная фирма, занимающаяся производством громадных дорогостоящих электрогенера­торов, обратилась к известному электротехнику-прак­тику Штейнметцу с просьбой помочь разобраться в том, почему последний из созданных этой фирмой электрогенераторов выдает лишь половину мощности по сравне­нию с расчетной. Ознакомившись с представленной информацией, Штейнметц внимательно прослушал работающий генератор, после чего попросил лестницу. При­ставив ее к корпусу генератора, он поднялся по ней и, просверлив дрелью в корпусе отверстие, пересоединил несколько проводов, после чего генератор стал выда­вать положенную ему мощность.

Спустя некоторое время Штейнметц прислал фирме счет за свою работу на 10 000 долларов. Фирма в суде опротестовала его: десять тысяч за просверленную дыр­ку — это ни в какие рамки не укладывается!

На вопрос о том, за что он взял эти десять тысяч долларов, Штейнметц ответил так:

— За то, что просверлил дырку и пересоединил про­вода - 1 доллар; за то, что знал, как исправить гене­ратор,— 9 999 долларов.

Под научным исследованием понимается про­цесс изучения объекта или явления с целью выявления закономерностей его возникновения и развития, а также возможностей изменения и преобразования его в инте­ресах общества.

Разработка наиболее эффективных приемов и средств для проведения научных исследований всегда занимала умы специалистов, работающих в самых различных областях естествознания. Правила, сформулированные для решения математических задач, не могут быть без изменений перенесены на задачи другого типа. Более того, различные сферы деятельности всегда будут в опре­деленной мере специфичными.

Понятие научного исследования не следует путать с понятием испытания. Хотя в одной и той же работе эти понятия могут идти рядом, их надо разграничивать. Под испытанием понимают проверку каких-либо установлен­ных заранее (ГОСТ, ТУ, нормалями и требованиями министерств) свойств или качеств объекта. Например, при выпуске двигателя проверяют, разви­вает ли он гарантированную мощность, каков при этом расход топлива и т. п. Но если ставится задача, каким образом наиболее целесообразно повысить мощность этого двигателя и каковы при этом будут последствия при эксплуатации двигателя с повышенной мощ­ностью, — это уже предмет исследований.

Исследование может быть теоретическим или экспе­риментальным.

Научная абстракция — общий метод теоретического исследования. В приложении к технике теоретическое ис­следование заключается в анализе и синтезе закономер­ностей и открытии новых закономерностей при помощи математического аппарата. Используя известные мате­матические выражения законов природы, устанавливают и объясняют новые объективные закономерности пу­тем логического развития, принятия новых предпосы­лок и допущений.

Теоретическое исследование обладает свойствами всеобщности (для данной группы явлений или их разви­тия в определенных пределах). Оно не требует больших затрат труда и средств. При достаточной надежности исследования его результаты действительны в течение длительного времени. Правильность теоретического исследования и его на­дежность (с точки зрения соответствия закономернос­тям объективного мира) зависят от правильности предпосылок, допущений и логического развития.

Изучаемые явления настолько многообразны и слож­ны, что часто трудно, а порою и невозможно получить точное теоретическое решение, поэтому результаты рас­четов становятся ненадежными.

Теория, или научно обобщенная система знаний, дол­жна соответствовать практике, иначе принятые иссле­дователем положения и построения в лучшем случае бу­дут гипотетическими, предположительными, а иногда и просто досужим вымыслом. Очень часто только экспери­мент (научно поставленный опыт) является единствен­ным надежным способом решения поставленной задачи.

Роль экспериментальных исследований в развитии науки огромна. Они дают исходные данные для даль­нейшего развития существующей теории или построе­ния новой и помогают контролировать жизненность тео­ретических выводов. В этом смысле опыт—процесс из­менения природы человеком, основа познания и крите­рий истины: человек может познавать природу, лишь воздействуя на нее.

Опытное решение — основа экспериментального ис­следования; оно (решение) всегда конкретно и точно (в пределах, обусловленных применяемой методикой), но иногда громоздко и трудоемко.

Практика выше теоретического познания, так как она имеет не только достоинство всеобщности, но и непос­редственной действительности. Но экспериментальное исследование полностью этой все­общности не отмечает и не может установить всю бесконечную сложность взаимозависимых связей, характе­ризующих сущность явления. Мы по необходимости выбираем для изучения и открытия природных закономерностей лишь какую-то часть сущности. Таким обра­зом, экспериментальное и теоретическое исследования дополняют друг друга, расширяют и углубляют на каждом своем этапе наши знания о развитии явления.

В большинство случаев нельзя обособлять теоретические и экспериментальные исследования, так как в основе теоретического исследования лежит опыт, а обобщение опытных данных развивает

теорию.

Исследование, состоящее из эксперименталь­ной и теоретической части, называется комплексным.

Под экспериментальным исследованием обычно подра­зумевается комплексное.

Термин «комплексное исследование» может иметь и несколько иное понятие. Исследование какого-либо яв­ления может проводиться специалистами различного направления; в сельском хозяйство, особо ценны иссле­дования, проводимые с одной общей целью биологами, инженерами и экономистами, причем каждый из специ­алистов исследует экспериментально и теоретически свое направление, так что в общем получается многостороннее исследование поставленной задачи. Такие комп­лексные исследования обычно весьма эффективны, и их следует развивать.

По организации исследования разделяют на лабо­раторные, заводские (полевые, клинические и др.) и лабораторно-заводские.

В какой бы кон­кретной области ни проводились исследования, им присущи некоторые общие черты, а именно компоненты исследования, которые можно сформулировать так:

1. Постановка задачи, проблемы.

2. Предварительный анализ имеющейся информации, условий и методов решений задач данного класса.

3. Выдвижение гипотез, новых научных и техниче­ских решений.

4. Планирование и организация натурного или тео­ретического эксперимента.

5. Проведение эксперимента.

6. Анализ и обобщение полученных результатов.

7. Проверка исходных гипотез на основе получен­ных фактов.

8. Окончательная формулировка новых фактов и за­конов. Получение объяснений и предсказаний.

Это, разумеется, лишь общая схема исследований, которая может в той или иной мере видоизменяться в зависимости от имеющихся исходных данных и от кон­кретных целей исследования.

Заключительным этапом любого прикладного иссле­дования должно быть внедрение в производство полу­ченных результатов.

Научные исследования могут проводиться на двух взаимосвязанных уровнях:

1) эмпирическом (нахождение новых фактов и фор­мулирование на их основе анализа, синтеза и обобще­ния эмпирических закономерностей);

2) теоретическом (формулирование общих для дан­ной предметной области закономерностей, на основе которых глубже интерпретируются как новые факты, так и полученные на эмпирическом уровне закономерности, создается возможность прогнозирования дальнейшего процесса развития исследуемой предметной области).

Каждое научное исследование в явном или неявном виде включает в себя:

1. Всеобщие философские методы (методы диалек­тического материализма — принцип все­общей взаимосвязи, развития, движения и изменения; принцип единства и борьбы противоположностей; мето­ды, вытекающие из знания законов диалектики — един­ства и борьбы противоположностей, перехода количе­ственных изменений в качественные и обратно, отрица­ния отрицания; диалектических категорий — «сущность и явление», «форма и содержание», «возможность и действительность» и др.).

2. Общие научные методы (анализ и синтез, индук­ция и дедукция, аналогия, аксиоматизация, формализа­ция, математизация и т. д.)

3. Частные методы, специфически характерные для данной конкретной области науки. При этом конкретный способ исследования, подборка используемых методов меняются вместе с изменением предмета исследования.

В начале любого исследования надо определить цель и выбрать предмет исследования. Эти действия не могут быть случайными: научное исследование — одна из ос­нов развития общества, оно долж­но содействовать осуществлению пла­нов и задач стоящими перед обществом. Установление законов развития явления неотделимо от их общественной полезности.

Определив цель и выбрав предмет исследования, исполнитель должен полностью изучить материалы иссле­дований, проведенных ранее в этом же направлении, и критически проанализировать их. Этот этап, иногда довольно обширный, исключает поспешные выводы, неправильные заключения и повторение уже сделанного.

Следующий этап — составление рабочей гипотезы исследования (предположения о вероятном развитии яв­ления), которая в наибольшей степени устраняет из ис­следования случайные поиски решения, определяет нап­равление исследования и его границы.

Общим методом (путем, способом, приемами) любого исследования, как процесса познания окружающего нас мира, является материалистическая диалектика. Не зная диалектического метода, трудно проникнуть в сущность явления и использовать изучаемые закономерности.

В научных исследованиях используются различны методы, присущие той или иной отрасли науки, однако один из общенаучных методов используется всегда. Речь идет о математиза­ции во всех компонентах научного исследования.

Математика в научных исследованиях — это вовсе не искусственный язык, придуманный людьми, и не просто сокращенный способ записей стенографиче­ского типа; это естественный язык науки, и никакого другого сегодня мы не знаем.

Для того чтобы оценить роль математики, нужно ответить на вопросы: Что такое математический метод для исследователя? В чем наиболее ярко проявляется его сущ­ность? Прежде всего, в так называемом дедуктивном подходе, так что каждая дедуктивная теория может счи­таться математикой.

После того как сформулированы аксиомы и определения, целью математического рассуж­дения, основанного на законах логики, является выяв­ление тех следствий, которые вытекают из первоначаль­ных посылок. Первоначальные же посылки — аксиомы (постулаты) и частично определения — обусловлены теми опытными данными, которые имеются в распоряже­нии исследователя, с той его проницательностью, которая позволяет заглянуть вглубь природных явлений. Своеобразие математического подхода начинает прояв­ляться с вводимых определений, которые, по существу, сводятся к тому, что вместо некоторой комбинации из­вестных символов используется один новый. Это позво­ляет значительно сократить формулировки как посылок, так и алгоритма получения следствий из них, которые в противном случае могли бы быть попросту необозримыми.

Таким образом, наиболее ответственным этапом при­менения математических методов становится формули­ровка исходных посылок.

Исходные посылки — это некоторые утверждения, которые, как правило, не могут быть абсолютными. Поэтому вытекающие из них следствия справедливы лишь в определенных границах. Эту особенность любых теоретических результатов хорошо понимают экспери­ментаторы по самому роду своей работы.

Возможности же современной математики огромны. Проиллюстрируем это на примере.

Положим, изучается новое физическое явление. Добиться успеха возможно, только научившись описы­вать его и предсказывать его поведение в различных си­туациях. Это возможно лишь тогда, когда будет построена математическая модель для описания явления, которая в общем случае связывает множество некоторых характеристических параметров U = (U_1, U₂, ..., U_m) и множеством других величин f = (f₁, f₂, …, f_m) с помощью, как правило, непростой зависимости А (U) =f (•), за­писанной в векторной форме, в которой

А = (А_1, A₂, ..., А_т) — вектор операторов в m-мерном пространстве.

Спрашивается, а насколько разумна построенная мо­дель? Допускает ли она решение? Для ответа на такой вопрос существует одна из очень полезных в математике теорем — теорема о неподвижной точке. В одном из вариантов она звучит так: непрерывное отображение замкнутого ограниченного выпуклого множества М эвклидового пространства R_m в себе имеет по меньшей мере одну неподвижную точку.

С ее помощью удается решать огромное число задач из самых различных обла­стей естествознания. Если кому-нибудь покажется, что она слишком абстрактна, то этот человек глубоко заблуждается. Вот пример, опровергающий это заблужде­ние. Возьмем стеклянный шар, заполненный мелким песком, и встряхнем его. Интуитивно кажется, что все песчинки изменят свое положение. Но это неверно! Хотя бы одна из них останется неподвижной — это след­ствие сформулированной теоремы.

В данном случае при известном f(•) роль отображе­ния играет совокупность значений A(U). Если каждая зависимость А_n(U) непрерывна относительно аргу­ментов U_i , а это нетрудно проверить, то первое условие теоремы — непрерывность отображения — будет выпол­нено.

Значения каждой из величин U_i и f_п заключены, оче­видно, в некотором интервале значений, совокупностью которых является множество М. Чаще всего каждый из интервалов вполне можно считать ограниченным; тем самым будет выполнено условие замкнутости.

Если значения величин U_i и U_k (или f_l и f_p) находятся на множестве то и где (аналогично Иначе говоря, возможные значения U_i «сплошь» заполняют множество М; наряду с элемен­тами U_i и U_k множеству М принадлежит и весь отрезок соединяющий U_i и U_k. Тем самым будет выполнено условие выпуклости множества М. При соблюдении отмеченных условий построенная система уравнений, очевидно, имеет решение. На этом этапе возникает другая проблема: как найти это решение? Чтобы убедиться в правильности решения, можно использовать хорошо разработанные методы вы­числительной математики, например прямые методы вариационного исчисления.

Конечно, можно указать много примеров, свидетель­ствующих о том, что математическая идеализация лишь в определенных пределах согласуется с содержанием физической действительности. Но если это обстоятель­ство не упускать из виду, то математический метод выступает со всей своей силой как эффективнейшее и неза­менимое средство при проведении научных исследований.

Современные средства исследования приспособлены к точной регистрации отдельных сторон развивающего­ся явления, к установлению связи между этими сторо­нами, но они не могут исключить ошибку в обобщении, в выражении находимого закона или в построении ма­тематической модели явления. Поэтому тщательность исследования, обязательная и неоднократная проверка суждения, правильный выбор математического аппара­та исключительно важны .

Рассматривая основные вопросы мышления при проведении исследований, не следует пренебрегать интуицией исследователя.

Под интуицией следует понимать способность человеческого ума к чрезвычайно ускоренному процессу логиче­ского мышления, так что интуитивно найденное решение не только постороннему, но и самому исследователю может показаться мгновенным, внезапным.

Способность к интуитивному мышлению присуща в той или иной степени каждому человеку и может развиваться упражнениями. Но для проявления интуиции необходимы: достаточно полная информация об обсуждаемом явлении; напряженная, непрерывная работа мышления; при всем этом обдумывание решения с разных точек зрения, в разных направлениях. Творческое воображение, поиск разрешения противоречий, анализ и синтез последних в их диалектическом единстве — таковы общие признаки проявления интуитивного мышления. Конечно, интуитивное решение требует не только тщательного логиче­ского развития, но и экспериментальной проверки, так как примеры неправильных интуитивных решений, обусловленных чаще всего недостаточной информацией, у молодых исследователей пока еще имеют место.

Приемы, способы исследования зависят от его цели, применяемых средств и особенностей других условий, в которых оно должно проводиться. В каждой науке эти приемы имеют общие черты, что позволяет применять общую методику экспериментального исследования. Любое исследование должно быть планомерным по своeй сущности и проводиться по определенной методике.

Итак, прежде чем начать экспериментальное исследование , необходимо:

- определить цель и выбрать предмет исследования;

- освоить накопленные знания и критически проанализировать их;

- составить методику и план исследования.