Тема 5. Проведение теоретических исследований

план

1. Сущность, цель, задачи и этапы теоретических исследований

2. Методы теоретических исследований

3. Использование математических методов в исследованиях

1. Сущность, цель, задачи и этапы теоретических исследований

Теоретический уровень научного исследования связан с глубоким анализом научных фактов, с проникновением в сущность явлений, исследуемых с познанием и формулировкой законов науки, то есть с объяснением предметов и процессов реальной действительности. Результаты теоретического исследования находят свое выражение в таких формах, как закон, теория, научная гипотеза.

Закон - внутренний существенный и устойчивый связь явлений, обусловливающая их упорядоченное изменение.

Теория - система обобщенного достоверного знания о том или ином «фрагмент» действительности, описывающей, объясняет и предусматривает функционирование определенной совокупности объектов, составляющих его.

Гипотеза - система умозаключений, с помощью которых на основе ряда фактов делается вывод о существовании объекта, связи или причины явления, причем этот вывод нельзя считать абсолютно достоверным.

На основе эмпирических данных теоретически исследования происходит объединение с помощью мысли исследуемых объектов, постижение их сущности, законов их существования, которые составляют основное содержание теорий. Таким образом теоретически исследования с помощью специфических методов решаются свои познавательные задачи. Во-первых, исследователь познает сущность изучаемых; во-вторых, теоретически происходит постижение объективной истины во всей ее конкретности и полноте содержания. На основе теоретического объяснения и познанных законов происходит научное предвидение будущего.

Таким образом, целью теоретических исследований является выявление существенных связей между объектом исследуемого и окружающей средой, объяснение и обобщение результатов эмпирического исследования, выявление общих закономерностей и их формализация.

Теоретическое исследование завершается формированием теории - системы научных достоверных знаний в форме утверждений и доказательств, не обязательно связана с построением ее математического аппарата.

Теоретическое исследование включает следующие процедуры:

- Анализ сущности процессов, явлений;

- Формулировка гипотезы исследования;

- Построение (разработка) физической модели;

- Проведение математического исследования;

- Анализ теоретических решений;

- Формулирование выводов.

Если нельзя выполнить математическое исследование, то рабочая гипотеза формулируется в словесной форме с привлечением графиков, таблиц и т.

Теоретические исследования играют большую роль в процессе познания объективной действительности, поскольку они позволяют глубоко проникнуть в сущность природных явлений, создают научную картину мира, постоянно развивается. Теоретические исследования является функцией мышления, заключается в том, чтобы открывать, проверять, частично осваивать различные области природы, создавать и развивать мировоззрение.

2. Методы теоретических исследований

К основным общенаучных методов, используемых теоретически исследования, могут быть отнесены рассмотрены выше (в теме 1.2) методы: анализа и синтеза, индукции и дедукции, восхождения от абстрактного к конкретному, идеализации и формализации, системный подход.

При разработке теорий наряду с этими методами используются и другие методы. Так, значительную роль при построении любых теорий играют, например, логические законы, имеющие нормативный характер. К этим законам относятся: закон тождества, закон противоречия, закон исключенного третьего и закон достаточного основания.

Закон тождества определяет, что предмет мысли в пределах одного рассуждения должен оставаться неизменным А есть А (А = А), где А - это мнение.

Этот закон требует, чтобы в сообщении все понятия и суждения имели однозначный характер, исключали многозначность и неопределенность.

Согласно закону противоречия не могут быть одновременно истинными два вывода, один из которых что-то утверждает, а второй отрицает то же. Закон утверждает: «неправильно, что А и не А одновременно истинны».

Основой закона противоречия является качественная определенность вещей и явлений, относительная устойчивость их свойств. Сознательное использование этого закона помогает выявить и ликвидировать противоречия в объяснении фактов и явлений, выработать критическое отношение к любого рода неточностей и непоследовательностей в полученной информации.

Закон исключенного третьего утверждает, что из двух противоречащих суждений одно ошибочное, а второе истинно. Третьего не дано. Он выражается формулой: «А есть или В, либо не В». Например, если правильным является суждение «Наш университет является государственным учебным заведением», то суждение «Наш университет не является государственным учебным заведением» - ложное.

Требование доказательности научных выводов, обоснованности суждений выражает закон достаточного основания, который формулируется следующим образом: любая хорошая мысль дает достаточно оснований для своего обоснования.

Специальными принципами построения теорий служат также принципы формирования аксиоматических теорий (т.е. теорий, которые построены на некотором множестве утверждений, принимаемых без доказательств, - аксиом, а все остальные знания выводятся из них в соответствии с определенными логическими правилами), основанные на критериях непротиворечивости, полноты и независимости систем аксиом и гипотез.

Аналогия - это метод, согласно которому на основании сходства предметов по одним признакам делается вывод об их сходстве по другим признакам. Аналогия, как и неполная индукция, сама по себе еще не гарантирует достоверные выводы.

Аналогия не дает достоверного знания: если размышления по аналогии являются истинными, то это еще не значит, что его результаты будут истинными. Для повышения достоверности выводов по аналогии необходимо стремиться к тому, чтобы:

 были охвачены внутренние, а не внешние качества объектов, которые совпадают;

 эти объекты были сходны в вважливих и существенных признаках, а не в случайных и второстепенных;

 учет не только сходства, но и различия - чтобы последнее не перенести на другой объект.

Экстраполяция (от - над, и - меняю, исправляю) - метод научного исследования, заключающийся в распространении выводов, полученных из наблюдений над одной частью объекта.

Идеализация - это конструирование мысленно объектов, которые не существуют в действительности или практически невыполнимы (например, абсолютно твердое тело, абсолютно черное тело, линия, плоскость).

Цель идеализации: лишить реальные объекты некоторых присущих им свойств и наделить (мысленно) эти объекты определенными нереальными и гипотетическими свойствами. При этом цель достигается благодаря:

 многоступенчатом абстрагированию (например, абстрагирование

от толщины приводит к понятию "плоскость")

 перехода мысленно к конечному случае в развитии какой-то свойства (абсолютно твердое тело)

 простому абстрагированию (жидкость не сжимается).

 Любая идеализация правомерна лишь в определенных пределах.

Формализация - это метод,. помощью которого содержательное знание отображается в формализованном языке. Формализация основана на мышлении, что позволяет отображать основные закономерности и процессы развития объектов окружающего мира в знаковой форме с помощью специальных знаков, символов, формул или формализованных языков.

Символика формализованных языков добавляет краткости изложения, четко фиксирует конкретные значения исследованных признаков, свойств или отношений и не допускает их двусмысленных толкований. Такая форма отражения реальных явлений и процессов обеспечивает обобщенность подхода к решению различных классов задач и на основе формирования знаковых моделей позволяет находить наиболее эффективных решений, справедливых для всех задач данного класса.

Метод формализации дает возможность освободиться от интуитивных представлений, малопригодных для науки за их неопределенность и неоднозначность.

Необходимым условием для построения такого языка является использование аксиоматического метода, благодаря которому удается получить все утверждения теории с небольшого количества положений (аксиом), которые принимаются без доказательства.

Формализация является необходимым условием построения искусственных (формализованных) языков. Получении с помощью формализации результаты имеют большое философское значение, в частности для решения проблемы соотношения формальных и содержательных компонентов в научном знании. Она является средством выявления и уточнения содержания научного знания.

Метод формализации имеет определенные преимущества перед другими методами научного познания:

 он обеспечивает полноту обзора определенной отрасли проблем, обобщенность подхода к их решению;

 основывается на использовании искусственных языка, то есть определенной символики, которая обеспечивает «свертывания» информации об объекте исследования, ее четкость и краткость;

 дает возможность путем приписывания отдельным символам и системам определенных

свойств избежать многозначности терминов;

 технологизуе процесс научного исследования способом формального оперирования со знаковой моделью.

Искусственные языки. Используемых в формализации, по сравнению с естественным языком более самостоятельны и независимы от материального носителя знака. Операция с природными языковыми знаками являются содержательными, а операции со знаками искусственного языка имеют формальный характер.

Формализация связана, как правило, с использованием математического аппарата, а также широко применяются при математического моделирования изучаемых явлений и процессов Метод формализации пользуются на всех этапах научного исследования, сочетая его: другими методами. При этом особое значение использования формализации приобретает на этапах разработки теоретических основ и предпосылок исследования, а также обобщении результатов теоретического и экспериментального исследования.

Формализация - метод изучения различных объектов путем отображения их структуры в знаковой форме с помощью искусственных языков, например языком математики.

Преимущества формализации:

 она обеспечивает обобщенность подхода к решению проблем;

 символика предоставляет краткости и четкости фиксации значений;

 однозначность символики (Нет многозначности естественного языка)

 позволяет формировать знаковые модели объектов и заменять изучение реальных вещей и процессов изучением этих моделей.

Аксиоматический метод - метод построения научной теории, при котором некоторые утверждения принимаются без доказательств, а все остальные знания выводятся из них в соответствии с определенными логическими правилами.

Гипотеза и предположения. В становлении теорий как системы научного знания важнейшую роль играет гипотеза. Гипотеза является формой осмысления фактического материала, формой перехода от фактов к законам.

Развитие гипотезы происходит по трем стадиям:

 накопления фактического материала и высказывания в его основе предположений;

 формирование гипотезы, то есть выведение следствий из сделанного предположения, развертывание на его основе приемлемой теории;

 проверка полученных результатов на практике и на их основе уточнения гипотезы. Если при проверке следствие отвечает действительности, то гипотеза превращается в научную теорию.

Гипотезы (по идее) носят вероятностный характер. На их основе происходит систематизация ранее накопленных знаний и осуществляется поиск новых научных результатов - в этом сущность и назначение гипотезы как формы развития науки. Гипотеза может согласовываться с. другими научными системами или противоречить им. Ни то ни другое не дает оснований отвергнуть гипотезу или принять его. Гипотеза может противоречить даже достоверной теории. К такого противоречия надо относиться достаточно серьезно, но не стоит думать, что она обязательно приводит к опровержению гипотезы. Гипотеза выдвигается с надеждой на то, что она если не целиком, то хотя бы частично станет достоверным знанием.

Исторический метод позволяет исследовать возникновение, формирование и развитие процессов и событий в хронологической последовательности с целью выявления внутренних и внешних связей, закономерностей и противоречий. Один из основных методов научного познания в общественных науках.

Системный подход заключается в комплексном исследовании больших и сложных объектов (систем), исследовании их как единого целого с согласованным функционированием всех элементов и частей. Исходя из этого принципа, надо изучить каждый элемент системы в его связи и взаимодействия с другими элементами, выявить влияние свойств отдельных частей системы на ее поведение в целом, установить эмерджентные свойства системы и определить оптимальный режим ее функционирования.

Усложнение задач и объектов исследования вызывает необходимость распределения (декомпозиции) системы на системы низшего уровня (подсистемы), которые исследуются автономно, причем с обязательным учетом дальнейшего согласования целей каждой подсистемы с общей целью системы. Таким образом, декомпозиция предопределяет создание иерархии системы. Применение декомпозиции обусловлено не только невозможностью охватить необъятное, но и разнородностью элементов сложной системы и, как следствие, необходимостью привлечения специалистов различного профиля.

По сути, декомпозиция - это операция анализа системы. Естественно, что исследования менее сложных систем низшего уровня проще и удобнее. Однако последующее согласование функционирования подсистем (операция синтеза) представляет собой существенно более сложная задача, чем исследование отдельных подсистем.

Систематизация - специфический метод исследования, познавательный процесс упорядочения некоторого множества разрозненных объектов и знания о них. Составление осуществляется путем установления единства и различия элементов, подлежащих систематизации, определения каждого элемента относительно друг друга. При этом используются логические операции сравнения, абстрагирования, классификации, анализа и синтеза, описания и объяснения. Результатом систематизации является соответствующая научная система объектов и знаний о них. Выделяют отдельные разновидности систематизации и ее результатов, в частности классификационные системы и таблицы, которые распределяют и описывают предметы и знания о них по типам, классам, разрядам, родами, семействами, видами и т.д. (например, систематика в биологии, периодическая система элементов в химии, таблица элементарных частиц в физике) интегральные системы, синтезирующих разрозненные объекты и понятия в целостную систему высшего порядка с помощью интегрирующей идеи, при этом происходит прирост познавательного смысла системе, не характерного для каждого элемента в частности (например, абстракции, ассоциации абстракций, научные гипотезы и теории, которые интегрируют в себе большой массив познавательного материала).

Метод классификации. Система классификации определяется и характеризуется использованным методом классификации, признаками классификации, последовательностью и количеством уровней классификации, количеством группировок.

Система классификации - это совокупность методов и правил распределения множества объектов на подмножества в соответствии с признаками сходства или несхожести.

Объект классификации - элемент классификационной множества.

Классификационное группировки - подмножество объектов, полученных в результате классификации.

Метод классификации - это совокупность правил создания системы классификационных группировок и связи между ними. Различают два основных метода классификации: иерархический и Фасетный.

Иерархический метод классификации - это последовательное разделение множества объектов на подчиненные классификационные группировки. Он характеризуется тем, что начальная множество объектов последовательно делится на группировки (классы) первого уровня разделения, затем - второго и так далее. Совокупность группировок при этом образует иерархическую древовидную структуру, которую изображают в виде ветвистого граф.

Иерархический метод классификации характеризуется глубиной (количеством уровней классификации), емкостью (глубина и количество созданных на каждом уровне группировок) и гибкостью (хорошая приспособленность для ручной обработки и большая информативность кодов). Основным недостатком этого метода является жесткость структуры, обусловленная фиксированностью признаков и их последовательностью. Изменение хотя бы одного признака приводит к перераспределению классификационных группировок. Поэтому в классификаторах, построенных по иерархическому методу, должны быть предусмотрены резервные емкости. Также этот метод не позволяет собрать объекты по любым произвольным сочетанием признаков.

Преимущества: логичность построения, четкость определения признаков, большой объем информации, удобство использования.

Недостатки: жесткая структура, отсутствие резервного объема.

Фасетный метод классификации - параллельный разделение множества объектов на независимые классификационные группировки. Он компенсирует недостатки иерархического метода классификации. При этом методе классификации начальная множество объектов может независимо разделяться на классификационные группировки с использованием одной из образных признаков. Каждый признак фасетной классификации отвечает фасете, которая представляет собой список значений этой классификации (цвет: красный, зеленый; профессия: инженер, бухгалтер). Фасета - набор значений одного признака классификации. Фасеты взаимно независимы. Каждый объект может одновременно входить в различные классификационные группировки.

Система классификации может быть подана перечнем независимых фасетов (списков), которые содержат значение признаков классификации. Количество фацетных формул, для которых могут быть образованы иерархические классификации, определяется возможным сочетанием признаков.

Типология (от греч. - Отпечаток, форма, образец и логос - слово, учение) - метод научного познания, в основе которого лежит расчленение систем объектов и их группировка с помощью обобщенной, идеализированной модели или типа. Проблемы типологии возникают во всех науках, которые имеют дело с разнородными по составу множествами объектов (как правило, дискретных) и решают задачи упорядоченного описания и объяснения этих множеств. Типология опирается на выявление сходства и различия изучаемых объектов, на поиск надежного способа их идентификации, а в своїй теоретически развитой форме стремится отобразить строение исследуемой системы, выявить ее закономерности, позволяющие предсказывать существование неизвестных объектов.

По способу строения различают эмпирическую и теоретическую типологию. В основе первой лежит количественная обработка и обобщение данных исследования, фиксация устойчивых признаков сходства и различия, найденных индуктивным путем, систематизация и интерпретация полученного материала. Теоретическая типология предполагает построение идеальной модели объекта, обобщенное выражение признаков, фиксацию принципов описания множества исследуемых объектов (например, принцип гомологической сходства в систематике животных, принцип симметрии в физике элементарных частиц и т.д.). Теоретическая типология опирается на понимание объекта как системы, что связано с изъятием системообразующих связей, с построением представления о структурных уровнях объекта.

Различают разные формы типологии, применяемые в научном познании. Морфологическая типология ориентирует на поиск постоянного «архетипа», «плана построения». С утверждением в науке исторического подхода формируется сравнительно-историческая типология, цель которой - отражение системы в ее развитии (построение генеалогического древа индоевропейских языков).

Сравнение - метод научного познания, с помощью которого делается вывод о сходстве или различие объектов познания. Этот метод дает возможность выявить количественные качественные характеристики предметов, классифицировать, упорядочить и оценить их.

Метод сравнения используют при изучении совокупности однородных объектов (предметов, явлений), которые образуют определенный класс и имеют существенные для сопоставления свойств (признаки, характеристики, параметры). При реализации метода сравнения могут иметь место две ситуации:

 сравнения предметов наглядного опыта, непосредственное наблюдение которых невозможно;

 сравнения соображений о предметах, а следовательно, определенных абстракций, на которых основаны на размышления.

Методологическая специфика сравнения заключается в следующем:

 сравнения имеет смысл только в пределах совокупности предметов, образующих их определенный класс;

 сравнения предметов одного класса выполняется по признакам, существенными для начатого рассмотрения (при этом предметы, сопоставимые по одним признаком, могут различаться по другим).

Сравнение применяется на всех этапах и уровнях исследования, но особой роли оно приобретает при классификации объектов или явлений.

Гипотетико-дедуктивный метод (греч. Основа, предположение) - способ познавательной действительности, заключается в построении гипотетико-дедуктивной модели для теории, структура которой изучается. Его применение условно разделяют на три этапа. Первый заключается в выдвижении ряда гипотез о причинах явлений, которые исследуют, второй - в выведении путем дедукции возможных выводов из этих гипотез, является описанием наблюдаемых данных. Вывод выводов предусматривает эмпирическую интерпретацию гипотез. На третьем этапе гипотезы вместе с выводами из них выступают как аксиоматическое система, где аксиомами являются гипотезы, а теоремами - выводы из них. В проблемной ситуации происходит выдвижение нескольких логически несовместимых между собой гипотез. Чем больше разнообразных вопросов решается с помощью определенной гипотезы, тем больше ее эвристическая ценность. Доведение какой гипотезы является одновременно опровержением конкурирующих гипотез; доведение не закончено, пока теория позволяет еще хоть одно конкурирующее предположения. Доказана гипотеза становится истиной.

Теория - система знаний, которая описывает и объясняет совокупность явлений определенной части действительности и сводит открытые в этой области законы к единому объединительного начала (утечки). Теория строится на результатах, полученных на эмпирическом уровне исследований. В теории эти результаты упорядочиваются, вписываются в стройную систему, объединенную общей идеей, уточняются на основе введенных теории абстракции, идеализации и принципов.

К новой теории предъявляются следующие требования:

 адекватность научной теории описываемому объекту, что позволяет в определенных пределах заменять экспериментальные исследования теоретическими;

 полнота описания определенной области действительности;

 необходимость объяснения взаимосвязей между различными компонентами в рамках самой теории. Наличие связей между различными положениями теории обеспечит переход от одних утверждений к другим;

 отсутствие внутренней непротиворечивости теории и соответствие ее опытным данным.

Теория должна быть эвристической, конструктивной и простой.

Эвристичность теории отражает ее возможности предсказания и пояснювання. Математический аппарат теории должен не только обеспечивать точные количественные предсказания, но и помогать открывать новые явления. Конструктивность теории заключается в возможности простой, осуществляемой по определенным правилам проверки основных ее положений, принципов и законов. Простота теории достигается введением обобщенных законов сокращения и сжатия информации с помощью специальных символов.

Решающим основой научного познания является практика. Роль практики заключается в создании материально-технических средств научного исследования. При этом материально-технические средства не остаются неизменными, а непрерывно совершенствуются в процессе развития материального производства, промышленности, техники.

Научное познание призвано освещать путь практике, предоставлять теоретические основы для решения практических проблем.