Предмет, цели задачи естествознания. Методология научного исследования в естествознании

Методы естествознания

Методы естествознания могут быть подразделены на следующие группы:

Общие методы, касающиеся любого предмета, 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.

Особенные методы касаются лишь одной стороны изучаемого предмета или же определенного приема исследования: 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 познания действительности применяется либо там, где невозможен или очень затруднен эксперимент (в астрономии, вулканологии, гидрологии), либо там, где стоит задача изучить именно естественное функционирование или поведение объекта (в этологии, социальной психологии и т.п.). 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. Специфика эксперимента состоит также в том, что в обычных условиях процессы в природе крайне сложны и запутанны, не поддаются полному контролю и управлению. Поэтому возникает задача организации такого исследования, при котором можно было бы проследить ход процесса в «чистом» виде. В этих целях в эксперименте отделяют существенные факторы от несущественных и тем самым значительно упрощают ситуацию. В итоге такое упрощение способствует более глубокому пониманию явлений и создает возможность контролировать немногие существенные для данного процесса факторы и величины. 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.

Моделирование - метод научного познания, основанный на изучении каких- либо объектов посредством их моделей. Появление этого метода вызвано тем, что иногда изучаемый объект или явление оказываются недоступными для прямого вмешательства познающего субъекта или такое вмешательство по ряду причин является нецелесообразным. Моделирование предполагает перенос исследовательской деятельности на другой объект, выступающий в роли заместителя интересующего нас объекта или явления. Объект-заместитель называют моделью, а объект исследования - оригиналом, или прототипом. При этом модель выступает как такой заместитель прототипа, который позволяет получить о последнем определенное знание. Таким образом, сущность моделирования как метода познания заключается в замещении объекта исследования моделью, причем в качестве модели могут быть использованы объекты как естественного, так и искусственного происхождения. Возможность моделирования основана на том, что модель в определенном отношении отображает какие-либо стороны прототипа. При моделировании очень важно наличие соответствующей теории или гипотезы, которые строго указывают пределы и границы допустимых упрощений.

Современной науке известно несколько типов моделирования:

1) предметное моделирование, при котором исследование ведется на модели, воспроизводящей определенные геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта-оригинала;

2) знаковое моделирование, при котором в качестве моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Важнейшим видом такого моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики;

3) мысленное моделирование, при котором вместо знаковых моделей используются мысленно-наглядные представления этих знаков и операций с ними. В последнее время широкое распространение получил модельный эксперимент с использованием компьютеров, которые являются одновременно и средством, и объектом экспериментального исследования, заменяющими оригинал. В таком случае в качестве модели выступает алгоритм (программа) функционирования объекта.

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. Анализ - органичная составная часть всякого научного исследования, являющаяся обычно его первой стадией, когда исследователь переходит от нерасчлененного описания изучаемого объекта к выявлению его строения, состава, а также его свойств и признаков.

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. Непосредственной основой индуктивного умозаключения является повторяемость признаков в ряду предметов определенного класса. Заключение по индукции представляет собой вывод об общих свойствах всех предметов, относящихся к данному классу, на основании наблюдения достаточно широкого множества единичных фактов. Обычно индуктивные обобщения рассматриваются как опытные истины, или эмпирические законы. Различают полную и неполную индукцию. Полная индукция строит общий вывод на основании изучения всех предметов или явлений данного класса. В результате полной индукции полученное умозаключение имеет характер достоверного вывода. Суть неполной индукции состоит в том, что она строит общий вывод на основании наблюдения ограниченного числа фактов, если среди последних не встретились такие, которые противоречат индуктивному умозаключению. Поэтому естественно, что добытая таким путем истина неполна, здесь мы получаем вероятностное знание, требующее дополнительного подтверждения.

Дедукция - метод научного познания, который заключается в переходе от некоторых общих посылок к частным результатам-следствиям. Умозаключение по дедукции строится по следующей схеме; все предметы класса «А» обладают свойством «В»; предмет «а» относится к классу «А»; значит «а» обладает свойством «В». В целом дедукция как метод познания исходит из уже познанных законов и принципов. Поэтому метод дедукции не позволяет получить содержательно нового знания. Дедукция представляет собой лишь способ логического развертывания системы положений на базе исходного знания, способ выявления конкретного содержания общепринятых посылок. 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. Для этого она должна обладать свойствами фальсифицируемости и верифицируемости. Фальсификация- процедура, устанавливающая ложность гипотезы в результате экспериментальной или теоретической проверки. Требование фальсифицируемости гипотез означает, что предметом науки может быть только принципиально опровергаемое знание. Неопровержимое знание (например, истины религии) к науке отношения не имеет. При этом сами по себе результаты эксперимента опровергнуть гипотезу не могут. Для этого нужна альтернативная гипотеза или теория, обеспечивающая дальнейшее развитие знаний. В противном случае отказа от первой гипотезы не происходит. Верификация - процесс установления истинности гипотезы или теории в результате их эмпирической проверки. Возможна также косвенная верифицируемость, основанная на логических выводах из прямо верифицированных фактов.

Частные методы - это специальные методы, действующие либо только в пределах отдельной отрасли науки, либо за пределами той отрасли, 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.

Тема 2. Современная организация научной работы .

Важную роль в успехе научного исследования играет правильная организация научной работы, а также своевременный поиск источников финансирования научно-исследовательской работы.

Классификация наук - многоступенчатое, разветвленное деление наук, использующее на разных этапах деления разные основания. Все науки обычно делятся на три группы: естественные науки, социальные и гуманитарные науки, формальные науки.

К естественным наукам относятся физика, химия, науки биологического ряда и др. Некоторые естественные науки, как, напр., космология, рассматривают исследуемые ими объекты в развитии и оказываются, т.о., близкими к гуманитарным наукам, а именно к наукам исторического ряда. Др. естественные науки, как, к примеру, география или физическая антропология, формулируют сравнительные оценки и тяготеют к таким социальным наукам, как социология и экономическая наука. Поле естественных наук является, т.о., весьма разнородным. Различия отдельных естественных наук настолько велики, что невозможно выделить какую-то одну из них в качестве парадигмы «естественно-научного познания». Идея неопозитивизма о том, что физика является тем образцом, на который должны ориентироваться все др. науки (исключая формальные), является контрпродуктивной. Физика не способна служить в качестве образца даже для самих естественных наук. Ни космология, ни биология, ни тем более физическая антропология не похожи в своих существенных чертах на физику. Попытка распространить на эти научные дисциплины методологию физики, взятую в сколь-нибудь полном объеме, не может привести к успеху, тем не менее определенное внутреннее единство естественных наук имеется: они стремятся описывать исследуемые ими фрагменты реальности, а не оценивать их; даваемые данными науками описания обычно формулируются в терминах не абсолютных, а сравнительных понятий (временной ряд «раньше-позже-одновременно», пространственные отношения «ближе-дальше», каузальное отношение, отношение «вероятнее, чем» и т.п.).

В число социальных наук входят экономическая наука, социология, политические науки, социальная психология и т.п. Для этих наук характерно, что они не только описывают, но и оценивают, причем очевидным образом тяготеют не к абсолютным, а к сравнительным оценкам, как и вообще к сравнительным понятиям. К гуманитарным наукам относятся науки исторического ряда, лингвистика (индивидуальная), психология и др. Одни из этих наук тяготеют к чистым описаниям (напр., история), другие - сочетают описание с оценкой, причем предпочитают абсолютные оценки (напр., психология). Гуманитарные науки используют, как правило, не сравнительные, а абсолютные категории (временной ряд «было-есть-будет», пространственные характеристики «здесь-там», понятие предопределенности, или судьбы и т.п.). Область социальных и гуманитарных наук еще более разнородна, чем область естественных наук. Идея отыскать научную дисциплину, которая могла бы служить образцом социогуманитарного познания, нереалистична. История, старающаяся избегать оценок и всегда обсуждающая прошлое только с т.зр. настоящего, не может служить образцом для социологии или экономической науки, включающих явные и неявные сравнительные оценки и использующих временной ряд «раньше-одновременно-позже», не предполагающий «настоящего»; политические науки не способны дать каких-то образцов для психологии или лингвистики и т.д. Поиски парадигмальной социальной или гуманитарной дисциплины еще более утопичны, чем поиски «образцовой» естественной науки.

Между собственно социальными и гуманитарными науками лежат науки, которые можно назвать нормативными: этика, эстетика, искусствоведение и т.п. Эти науки формируют, подобно социальным наукам, оценки (и их частный случай - нормы), однако даваемые ими оценки являются, как правило, не сравнительными, а абсолютными. В использовании абсолютных оценок нормативные науки напоминают собственно гуманитарные науки, всегда рассуждающие в координатах абсолютных категорий.

К формальным наукам относятся логика и математика. Их подход к исследуемым объектам настолько абстрактен, что получаемые результаты находят приложение при изучении всех областей реальности.

Приведенная классификация наук опирается на две оппозиции: «оценка - описание» и «абсолютные понятия - сравнительные понятия». Все науки сначала делятся на естественные науки, тяготеющие к описанию в системе сравнительных категорий, и социальные и гуманитарные науки, тяготеющие к оценке в системе абсолютных категорий; затем последние подразделяются на социальные, нормативные и гуманитарные науки. Такая классификация не является единственно возможной. Существуют многообразные иные основания деления наук.

Магистратура – это вторая ступень высшего профессионального образования, предусматривающая специальную, индивидуальную для каждого студента программу обучения, направленную на подготовку к самостоятельным занятиям научно-исследовательской деятельностью. Подготовка в магистратуре включает сдачу кандидатских и семестровых зачетов и экзаменов, выполнение научных исследований по избранной теме, подготовку и защиту магистерской диссертации. Диплом магистра, выдаваемый высшим учебным заведением лицу, завершившему обучение на второй ступени высшего образования и успешно прошедшему итоговую аттестацию, подтверждает право на обучение в аспирантуре (адъюнктуре) и (или) на трудоустройство с учетом ранее присвоенной квалификации специалиста с высшим образованием и обучения в магистратуре.

Аспирантура.

По оценкам ЮНЕСКО в ХХI в. в высокоразвитых странах число научных работников должно составить 2–5% населения. Таким образом, подготовка научных кадров фактически превратилась в индустрию и осуществляется в сфере послевузовского профессионального образования, которая распределена по всем научным секторам. Основные формы подготовки – аспирантура и докторантура.

Обучение в аспирантуре всегда было престижным, поскольку ее выпускники считаются специалистами высшей квалификации. Само слово «аспирант» происходит от латинского aspirans (aspirantis) – домогающийся чего-нибудь, стремящийся к чему-либо.

Суть обучения в аспирантуре состоит в подготовке ученых. Обучение аспиранта основано на проведении самостоятельного научного исследования. Результаты исследования представляются в диссертации, научном произведении, выполненном, как правило, в форме рукописи и имеющем квалификационный характер. Диссертация должна быть научной квалификационной работой, в которой содержится решение задачи, имеющей существенное значение для соответствующей отрасли знаний, либо изложение научно обоснованных технических, экономических или технологических разработок, обеспечивающих решение важных прикладных задач. Таким образом, исследование аспиранта должно быть направлено на новые решения актуальной задачи.

Исследование аспиранта и работа над диссертацией занимают большую часть времени его обучения. Но, помимо готовой рукописи диссертации, для получения ученой степени необходимы результаты сдачи экзаменов кандидатского минимума (кандидатских экзаменов). Эти экзамены выступают как «надстройка» над проводимым исследованием, так как аспирант должен сначала выявить недостаток знаний, что возможно только после начала исследования, а затем компенсировать его при подготовке к экзаменам, заодно изучая другие вопросы.

На первых этапах обучения у аспиранта есть повод для серьезных раздумий о своей специальности. Этот вопрос нужно обязательно обсудить с научным руководителем. После утверждения специальности следует также поинтересоваться у руководителя о диссертациях, за которые уже присуждены степени и, по его мнению, наиболее ярко демонстрируют требования к этой специальности.

Название ученой степени дополняется названием отрасли науки, к которой относится специальность ученого. Все специальности, в рамках которых проводятся диссертационные исследования, классифицируются по номенклатуре специальностей научных работников. Классификатор называется шифром специальности, и в его состав входят: шифр отрасли науки (2 знака), шифры группы специальностей и самой специальности (также по два знака). Шифр никогда не приводится частично, только все 6 цифр, разделенные точками.

Например:

Номенклатура специальностей утверждается специальными постановлениями, имеющими, как правило, три приложения:

· приложение №1 доступно для всеобщего распространения,

· приложение №2 – для служебного пользования (ДСП),

· приложение №3 секретно (известно, что ученые степени могут также присуждаться в отрасли военных наук).

Отрасли взаимосвязаны, поэтому для многих специальностей предусмотрена возможность присуждения степени по двум или нескольким отраслям наук. Например, диссертация по специальности 08.00.13 – «Математические и инструментальные методы в экономике» может быть представлена на соискание степени кандидата экономических или физико-математических наук, что заранее накладывает на исследование специфические ограничения. В то же время, наличие в аспирантуре специальности само по себе не означает возможность защитить диссертацию по любой из отраслей наук, имеющих к ней отношение. В дополнение к специальности, уже вне рамок аспирантуры должен действовать диссертационный совет, имеющий право присуждения ученых степеней в той или иной отрасли науки. Право присуждения степеней диссертационный совет получает в случае соответствующей специализации ученых, входящих в его состав.

В течение всего срока обучения у аспиранта есть научный руководитель. В зависимости от обстоятельств, научный руководитель может быть для аспиранта наставником, консультантом, посредником, коллегой. Очень важно правильно оценить роль научного руководителя. Он оказывает научную и методическую помощь, контролирует выполнение работы, может оказывать психологическую поддержку, давать рекомендации по поводу участия аспирантов в учебном процессе. Опыт научного руководителя нередко оказывается незаменимым. Нормативами определяется, что объем работы научного руководителя, связанный с одним аспирантом, равен пяти академическим часам ежемесячно.

Общение аспиранта с научным руководителем – наиболее существенное взаимодействие в рамках аспирантуры. Поскольку самостоятельность – важнейшая особенность обучения аспирантов, инициатива в общении всегда должна оставаться за ними. Многие научные руководители, к тому же, расценивают эту инициативу как показатель потенциала аспирантов и крайне редко сетуют на их чрезмерную энергию. Совместная деятельность научного руководителя и аспиранта должна быть нацелена на принятие совместных решений по результатам выполненной аспирантом работы. Таким образом, перед каждой встречей с научным руководителем следует как можно конкретнее представлять, что именно от него требуется: мнение о рабочем плане, рекомендации по использованию методов, помощь в редактировании статьи и т.д.

Стремясь к цели своего исследования, аспирант может стать в выбранной области даже более компетентен, чем его научный руководитель, поэтому аспирант должен заранее понимать, что не всякий его вопрос найдет ответ у научного руководителя.

В процессе обучения аспирант может почувствовать, что научный руководитель удовлетворяет не всем его требованиям. Это, как правило, происходит, когда исследование аспиранта находится «на стыке» специализаций разных кафедр или областей знаний. В таком случае аспирант вправе просить о назначении второго научного руководителя, который сможет консультировать его по вопросам второй специализации. Второй научный руководитель (он может называться научным консультантом) необязательно должен иметь отношение к организации, в которой обучается аспирант, т. е. может и не быть сотрудником или даже внештатным преподавателем данного вуза. Несмотря на то, что работа второго научного руководителя, как правило, не оплачивается, многие ученые, особенно молодые, могут быть заинтересованы участвовать в интересном исследовании. Кроме того, успешная защита диссертации аспирантом – всегда серьезная заслуга его руководителя, даже если он являлся вторым.

Оконченная диссертация представляется на кафедру для предзащиты. Предзащита – обсуждение на заседании кафедры представленной диссертации и принятие решения относительно ее готовности к защите. Как правило, на предзащите аспиранту делаются замечания, требующие внесения изменений в рукопись. С момента предзащиты до защиты обычно проходит не менее трех месяцев. При этом на подготовку к защите после окончания аспирантуры выделяется только один месяц. Далее статус аспиранта уже безвозвратно теряется, а статус кандидата наук появляется только в течение четырех месяцев после поступления дела соискателя в ВАК. Это может иметь нежелательные последствия 2 , поэтому следует заранее запланировать дату предзащиты за 2-3 месяца до окончания обучения.

Формально успешным результатом подготовки аспиранта является присуждение ему научной квалификации – ученой степени кандидата наук. Ученая степень кандидата наук присуждается диссертационным советом по итогам публичной защиты диссертации, а затем утверждается Высшей аттестационной комиссией Республики Беларусь, который оформляет бланк диплома кандидата наук и отправляет его в диссертационный совет. Ученая степень доктора наук присуждается ВАКом по ходатайству диссертационного совета, поэтому все дипломы в РБ, подтверждающие присуждение ученой степени, являются дипломами государственного образца. Общественная аттестация при присуждении ученых степеней в РБ не допускается.

За рубежом ученая степень, близкая по уровню к степени кандидата наук, называется Ph. D. – Doctor of Philosophy, что означает владение обладателем степени методологией науки. Следует отметить, что из названия степени Ph. D. неясно, с какими именно науками имел или имеет дело ученый, т. к. за рубежом не принята жесткая привязка проводимых исследований к специальностям.

Ученым и преподавателям с большим профессиональным опытом присваиваются ученые звания: доцента, старшего научного сотрудника, профессора. Наличие ученого звания доцента и профессора подтверждаются аттестатами государственного образца. Ученые звания доцента и старшего научного сотрудника присуждаются учеными советами вузов, процедура присвоения ученого звания профессора несколько сложнее. На кафедрах существуют также должности профессоров и доцентов, и их не всегда занимают люди, имеющие соответствующие ученые звания, что вполне допустимо. Указывая статус научного руководителя в официальных документах, аспирантам следует быть внимательнее и лучше уточнить все реквизиты.

Помимо ученых званий, существуют также академические звания члена-корреспондента и академика.

Успешно защитившие диссертации аспиранты получают статус молодых ученых. Таких специалистов отличают способности к самообучению, самодисциплине, объективной оценке ситуации. Они часто проницательны в своих суждениях, умеют вносить рациональные идеи, обладают навыками обработки больших объемов информации, ее профессионального анализа, обобщения и изложения.

Какими бы призрачными не выглядели перспективы современных аспирантов, им необходимо иметь общее представление о своей потенциальной научной карьере. Молодыми ученые, по всеобщему признанию, являются до 35 лет и до этого возраста в большинстве объявляемых научных конкурсов они могут выступать на правах аспирантов. Подобные конкурсы имеют различную тематику и проводятся академией наук, общественными организациями, ассоциациями и т. д. В качестве призов победителям могут выступать гранты на обучение и стажировки, почетные дипломы и медали, реже – денежные выплаты. Аспирантам такие конкурсы также могут оказаться полезными как возможность новых знакомств и совершенствования навыков изложения и оформления научных работ.

Другая альтернатива для кандидата наук – продолжение исследований для оформления диссертации на соискание степени доктора наук. Соискатели ученой степени доктора наук по какой-либо специальности необязательно должны быть кандидатами наук именно по этой специальности или в этой отрасли наук. Поэтому кандидат экономических наук может стать доктором технических наук и т. д.

Вполне вероятный путь молодых ученых – преподавательская работа. Она может сочетаться с иной профессиональной деятельностью, это даже предпочтительнее. Любой вуз заинтересован в том, чтобы лекции студентам читали профессионалы, имеющие ученую степень. Такая деятельность всегда имеет достойно оплачиваемый спрос.

Кроме того, кандидатам наук предоставляется льготная возможность присвоения ученого звания доцента по кафедре. Необходимые условия для этого:

· иметь стаж педагогической работы не менее трех лет (возможно, по совместительству, но срок обучения в аспирантуре не учитывается);

· проработать в должности доцента не менее одного календарного года (возможно, по совместительству);

Руководство вузов обычно предполагает занятие выпускниками аспирантуры административных и управленческих должностей. Безусловно, существуют и иные формы партнерских отношений аспирантов и вуза (в фирмах аспирантов могут проходить практику студенты-дипломники, со временем ожидается выполнение силами аспирантов НИР на основе хоз. договоров и т. д.) Наиболее благоприятный сценарий научной карьеры означает для сегодняшних аспирантов получение в возрасте 40 лет ученой степени доктора наук и ученого звания профессора.

Поскольку очные аспиранты уже являются специалистами с высшим профессиональным образованием, с ними устанавливаются кадровые отношения, т.е. обучение в аспирантуре является, по сути, профессиональной деятельностью. Как и положено, в подобных условиях, происходит фиксирование даты зачисления в трудовой книжке.

Cмотрите так же...
Шпаргалки по философии для кандидатского минимума Часть 1
Философия и естествознание: концепции взаимоотношений (метафизическая, трансцендентальная, антиметафизическая, диалектическая).
Природа как объект философствования. Особенности познания природы.
Естествознание: его предмет, сущность, структура. Место естествознания в системе наук
Научная картина мира и её исторические формы. Естественнонаучная картина природы
Проблема объективности знания в современных естественных науках
Современная наука и изменение формирования мировоззренческих установок техногенной цивилизации
Взаимодействие естественных наук друг с другом. Науки о неживой природе и науки о живой природе
Конвергенция естественнонаучного и социально-гуманитарного знания в неклассической науке
Методы естествознания и их классификация.
Математика и естествознание. Возможности применения математики и компьютерного моделирования
Эволюция понятий пространства и времени в истории естествознания
Философия и физика. Эвристические возможности натурфилософии
Проблема дискретности материи
Идеи детерминизма и индетерминизма в естествознании
Принцип дополнительности и его философские интерпретации. Диалектика и квантовая механика
Антропный принцип. Вселенная как «экологическая ниша» человечества.
Проблема происхождения Вселенной. Модели Вселенной.
Проблема поиска внеземных цивилизаций как междисциплинарное направление научного поиска. Концепции ноокосмологии (И. Шкловский, Ф. Дрейк, К. Саган).
. Философские проблемы химии. Соотношение физики и химии.
. Проблема законов биологии
Эволюционная теория: ее развитие и философские интерпретации.
Философия экологии: предпосылки становления.
Этапы развития научной теории биосферы.
Взаимодействие человека и природы: пути его гармонизации.
Философия медицины и медицина как наука. Философские категории и понятия медицины
Проблема происхождения и сущности жизни в современной науке и философии
Понятие информации. Теоретико-информационный подход в современной науке.
Искусственный интеллект и проблема сознания в современной науке и философии
Кибернетика и общая теория систем, их связь с естествознанием.
Роль идей нелинейной динамики и синергетики в развитии современного естествознания.
Роль современного естествознания в преодолении глобальных кризисов.
Постнеклассическое естествознание и поиск нового типа рациональности. Исторически развивающиеся, человекоразмерные объекты, комплексные системы как объекты исследования в постнеклассическом естествознании
Этические проблемы современного естествознания. Кризис идеала ценностно-нейтрального научного исследования
Естествознание, технические науки и техника
All Pages

Методы естествознания и их классификация.

С появлением потребности получения знаний возникла потребность в анализе и оценке различных методов – т.е. в методологии.

Конкретные научные методы отражают тактику исследования, а общенаучные – стратегию.

Метод познания – способ организации средств, приемов теоретической и практической деятельности.

Метод является основным теоретическим инструментом получения и упорядочения научного знания.

Виды методов естествознания:

– общие (касаются любой науки) – единство логического и исторического, восхождение от абстрактного к конкретному;

– особенные (касаются только одной стороны изучаемого объекта) – анализ, синтез, сравнение, индукция, дедукция и др.;

– частные, которые действуют только в определенной области знаний.

Методы естествознания:

наблюдение – начальный источник информации, целенаправленный процесс восприятия предметов или явлений, используется там, где нельзя поставить прямой эксперимент, например в космологии (частные случаи наблюдения – сравнение и измерение);

анализ – основан на мысленном или реальном расчленении предмета на части, когда от цельного описания объекта переходят к его строению, составу, признакам и свойствам;

синтез – основан на соединении различных элементов предмета в единое целое и обобщении выделенных и изученных особенностей объекта;

индукция – состоит в формулировании логического умозаключения на основе обобщений данных эксперимента и наблюдений; логические рассуждения идут от частного к общему, обеспечивая лучшее осмысление и переход на более общий уровень рассмотрения проблемы;

дедукция – метод познания, состоящий в переходе от некоторых общих положений к частным результатам;

гипотеза – предположение, выдвигаемое для разрешения неопределенной ситуации, она призвана объяснить или систематизировать некоторые факты, относящиеся к данной области знания или находящиеся за ее пределами, но при этом не противоречить уже существующим. Гипотеза должна быть подтверждена или опровергнута;

метод сравнений – применяется при количественном сопоставлении исследуемых свойств, параметров объектов или явлений;

эксперимент – опытное определение параметров исследуемых объектов или предметов;

моделирование – создание модели интересующего исследователя предмета или объекта и проведение над ним эксперимента, наблюдения и дальнейшее наложение полученных результатов на изучаемый объект.

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.

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.

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.

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.

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.

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

В основе методов Е. заложен принцип единства эмпирических и теоретических сторон, которые взаимосвязаны и взаимообусловлены. Их разрыв или преимущественное развитие одной за счет другой закрывает путь к правильному познанию природы: теория становится беспредметной, опыт - слепым.

Методы Е. могут быть подразделены на группы: общие, особенные, частные.

Общие методы касаются всего Е., любого предмета природы, любой науки. Это - различные формы диалектического метода, дающего возможность связывать воедино все стороны процесса познания, все его ступени, например метод восхождения от абстрактного к конкретному и др.

Те системы отраслей Е., строение которых соответствует действительному историческому процессу их развития (биология и химия) фактически следуют этому методу. Диалектический метод в биологии, географии, химии - это сравнительный метод, с его помощью раскрывается всеобщая связь явлений. Отсюда - сравнительные анатомия, эмбриология, физиология. В зоо-, фито- и физической географии он уже давно успешно применяется. В Е. диалектический метод выступает и как исторический, в астрономии на него опираются все прогрессивные космогонические гипотезы - звездные и планетарные; в геологии (как основа исторической геологии), в биологии этот метод лежит в основе Дарвинизма. Иногда оба метода сочетаются в единый сравнительно-исторический метод, который глубже и содержательнее каждого из них в отдельности. Этот же метод в его применении к процессу познания природы, особенно к физике, связан с принципом соответствия и способствует построению современной физической теории.

Особенные методы также применяются в Е., но касаются не его предмета в целом, а лишь одной из его сторон (явлений, сущности, количественной стороны, структурных связей) или же определенного приема исследований: анализ, синтез, индукция, дедукция. Особенными методами служат наблюдения, эксперимент и, как его частный случай, - измерение. Исключительно важны математические приемы и методы как особые способы исследования и выражения, количественных и структурных сторон и отношение предметов и процессов природы, а также метода статистики и теории вероятностей.

Роль математических методов в Е. неуклонно возрастает по мере все более широкого применения персональных компьютеров. Происходит ускоренная компьютеризация современного Е. Современное Е. широко использует методы моделирования природных процессов и промышленного эксперимента.

Частные методы - это специальные методы, действующие в пределах отдельной отрасли Е., где они возникли.

В ходе прогресса Е. методы могут переходить из более низкой категории в более высокую: частные - превращаться в особенные, особенные - в общие.

Методы физики, использованные в других отраслях Е., привели к созданию астрофизики, кристаллофизики, геофизики, химической физики, физической химии, биофизики. распространение химических методов привело к созданию кристаллохимии, геохимии, биохимии и биогеохимии. Зачастую применяется комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета, например молекулярная биология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, кибернетики.

Важнейшая роль в развитии Е. принадлежит гипотезам, которые и являются формой развития Е.

Основу развития современных естественных наук составляет специфическая научная методология. В основу научной методологии положен опыт — основанное на практике чувственно-эмпирическое познание действительности. Под практикой подразумевается предметная человеческая деятельность, направленная на достижение материальных результатов.

В процессе своего развития классическое естествознание выработало специфический вид практики, получивший название “научный эксперимент”. Научный эксперимент — это также предметная деятельность людей, но направленная уже на проверку научных положений. Считается, что научное положение соответствует истине, если оно подтверждается опытом, практикой или научным экспериментом.

Кроме взаимодействия с экспериментом при разработке научных теорий иногда используют и чисто логические критерии : внутреннюю непротиворечивость, соображения симметрии и даже столь неопределенные соображения, как “красота” гипотезы. Однако окончательными судьями научной теории всегда остаются практика и эксперимент .

В качестве примера “красивой” гипотезы приведу гипотезу американского физика Фейнмана о тождественности элементарных частиц. Дело в том, что они обладают совершенно фантастическим свойством. Элементарные частицы одного вида, например, электроны — неразличимы. Если в системе находятся два электрона и один из них был удален, то мы никогда не сумеем определить, какой из них удалили, а какой остался. Чтобы объяснить такую неразличимость, Фейнман предположил, что в мире существует только один электрон, который может двигаться во времени взад-вперед. В каждый отдельный момент времени мы воспринимаем этот один электрон как множество электронов, которые, естественно, являются неразличимыми. Ведь это на самом деле один и тот же электрон. Не правда ли красивая гипотеза? Недурно было бы и вам суметь придумать что-нибудь подобное, но уже в области экономики.

Этапы решения научной задачи

Взаимодействие с опытом потребовало от науки разработки специфического механизма трактовки экспериментальных данных. Он заключается в применении к этим данным идеализации и абстрагирования.

Сущность идеализации состоит в отбрасывании сторон изучаемого явления, несущественных для ее решения.

Стороной явления или предмета называется присущее ему свойство, которое может быть, а может и не быть. Например, ручка пожарного топорика может быть покрашена в красный цвет, а может и не быть покрашена. Топорик при этом остальных своих свойств не изменит.

Стороны явления могут быть более или менее существенны в данном отношении. Так, цвет ручки топорика не играет никакой роли применительно к его основному назначению — рубке древесины. В то же время наличие яркого цвета существенно при поиске топорика в экстремальной ситуации. С эстетической же точки зрения использование ярко-красного цвета для окрашивания инструмента может показаться безвкусным. Таким образом, в процессе идеализации стороны явления всегда должны оцениваться в данном конкретном отношении.

В процессе идеализации стороны явления, несущественные в рассматриваемом отношении, отбрасываются. Оставшиеся существенные стороны подвергаются процессу абстрагирования.

Абстрагирование заключается в переходе от качественной оценки рассматриваемых сторон к количественной.

Качественные соотношения при этом облекаются в “одежду” математических соотношений. Обычно при этом привлекаются вспомогательные количественные характеристики и применяются известные законы, которым подчиняются эти характеристики. Процесс абстрагирования приводит к созданию математической модели изучаемого процесса.

Например, из окна шестого этажа дома новостройки падает коричневый боксерский мешок массой 80 кг и стоимостью 55 условных единиц. Требуется определить количество тепла, выделившееся в момент его соприкосновения с асфальтом.

Для решения поставленной задачи следует прежде всего произвести идеализацию. Так, стоимость мешка и его цвет — стороны несущественные в отношении решаемой задачи. При падении со сравнительно небольшой высоты трением о воздух также можно пренебречь. Поэтому форма и размер мешка оказываются несущественными применительно к данной задаче. Следовательно, при рассмотрении процесса падения к мешку можно применить модель материальной точки (Материальной точкой называют тело, формой и размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи).

Процесс абстрагирования дает высоту окна шестого этажа новостройки, примерно равной 15 м. Если считать, что процесс взаимодействия мешка с асфальтом подчиняется основным законам теории теплоты, то для определения количества тепла, выделившегося при его падении, достаточно найти кинетическую энергию этого мешка в момент соприкосновения с асфальтом. Окончательно задача может быть сформулирована следующим образом: найти кинетическую энергию, которую приобретет материальная точка массы 80 кг при падении с высоты 15 м. Помимо законов термодинамики в процессе абстрагирования используется еще и закон сохранения полной механической энергии. Расчет, использующий эти законы, приведет к решению поставленной задачи.

Совокупность математических соотношений, позволяющих решить задачу, представляет собой математическую модель решения.

Здесь следует отметить, что идеализация, по существу своему основанная на отбрасывании несущественных сторон явления, неизбежно приводит к некоторой потере информации об описываемом процессе. Парадигма узаконивает идеализацию и делает ее как бы само собой подразумевающейся. Поэтому под влиянием парадигмы идеализацию часто используют даже в тех случаях, когда она неоправданна, что, безусловно, приводит к ошибкам. Для того чтобы избежать таких ошибок, академик А. С. Предводителев предложил принцип двойственности. Принцип двойственности предписывает нам производить рассмотрение любой проблемы с двух альтернативных точек зрения, отбрасывая в процессе идеализации различные ее стороны. При таком подходе потери информации можно избежать.

Феноменологический и модельный методы

Имеются два вида взаимодействия научной теории с опытом: феноменологический и модельный.

Название феноменологического метода происходит от греческого слова “феномен”, что означает явление. Это метод эмпирический, т. е. основанный на эксперименте.

Предварительно задача должна быть поставлена. Это означает, что должны быть точно сформулированы начальные условия и цель решаемой задачи.

После этого метод предписывает для ее решения предпринимать следующие шаги:

1. Накопление экспериментальных материалов.
2. Обработка, систематизация и обобщение этих материалов.
3. Установление соотношений и, как следствие, возможных связей между величинами, полученными в результате обработки. Эти соотношения составляют эмпирические закономерности.
4. Получение на базе эмпирических закономерностей прогнозов, предсказывающих возможные результаты экспериментальной проверки.
5. Экспериментальная проверка и сравнение ее результатов с предсказанными.

Если предсказанные данные и результаты проверки всегда совпадают с удовлетворительной степенью точности, то закономерность получает статус естественнонаучного закона.

Если же такое совпадение не достигнуто, то процедура повторяется, начиная с шага 1.

Феноменологическая теория обычно является обобщением экспериментальных результатов . Появление эксперимента, противоречащего этой теории, приводит к уточнению области ее применимости или к внесению уточнений в саму теорию. Таким образом, чем больше опровержений появляется у феноменологической теории, тем точнее она становится.

Примерами феноменологических теорий могут служить классическая термодинамика, феноменологические соотношения, относящиеся к области физической и химической кинетики, законы диффузии, теплопроводности и т. п.

Модельные теории используют дедуктивный метод. По-видимому, впервые научные обоснования этого метода были даны известным французским философом Рене Декартом. Обоснование дедуктивного метода содержится в его знаменитом трактате “О методе”.

Создание модельной теории начинается с выдвижения научной гипотезы — предположения, касающегося существа исследуемого явления. На основании гипотезы путем абстрагирования создается математическая модель, воспроизводящая основные закономерности исследуемого явления при помощи математических соотношений. Следствия, полученные из этих соотношений, сравниваются с экспериментом. Если эксперимент подтверждает результаты теоретических расчетов, сделанных на основе данной модели, то она считается правильной. Появление экспериментального опровержения приводит к отбрасыванию гипотезы и выдвижению новой.

Примером модельной теории может служить классическое описание дисперсии света. Оно основано на выдвинутом Дж. Томсоном представлении об атоме, как о сгустке положительного заряда, в который, как семечки в арбуз, вкраплены отрицательные электроны. Классическая теория дисперсии дает неплохое качественное соответствие с экспериментом. Однако уже опыты Резерфорда по определению структуры атома показали несостоятельность основной гипотезы и привели к полному отбрасыванию классической теории дисперсии.

Модельные теории на первый взгляд кажутся менее привлекательными, чем феноменологические. Тем не менее именно они позволяют глубже понять внутренние механизмы рассматриваемых явлений. Нередко модельные теории подвергаются уточнению и продолжают существовать в новом качестве. Так, для объяснения природы ядерных сил отечественные ученые Иваненко и Тамм выдвинули гипотезу, согласно которой взаимодействие ядерных частиц происходит за счет того, что они обмениваются электронами. Опыт показал, что характеристики электронов не соответствуют требуемому масштабу взаимодействия. Несколько позже, опираясь на модель Иваненко и Тамма, японец Юкава предположил, что ядерное взаимодействие осуществляется частицами, имеющими характеристики, сходные с характеристиками электронов, а массу приблизительно в двести раз большую. Впоследствии частицы, описанные Юкавой, были обнаружены экспериментально. Их называют мезонами.

Измерения — фундамент научной истины

Научный эксперимент требует получения точных количественных результатов. Для этого используют измерения. Измерения изучает специальная отрасль науки — метрология.

Измерения бывают прямыми и косвенными . Результаты прямого измерения получаются непосредственно, обычно путем отсчета со шкал и индикаторов измерительных приборов. Результаты косвенных измерений получают при помощи расчетов с использованием результатов прямых измерений.

Так, чтобы измерить объем прямоугольного параллелепипеда, следует измерить его длину, ширину и высоту. Это прямые измерения. Затем полученные измерения следует перемножить. Полученный в результате объем является уже результатом косвенного измерения, так как получен в результате вычисления на основе прямых измерений.

Измерение подразумевает сравнение двух или более объектов. Для этого объекты должны быть однородными в отношении критерия сравнения. Так, если вы хотите измерить количество студентов, пришедших на молодежный форум, то вам необходимо выделить из собравшихся всех тех, кто является студентом (критерий сравнения) и подсчитать их. Остальные их качества (пол, возраст, цвет волос) могут при этом быть произвольными. Однородность объектов в данном случае означает, что вы не должны брать в расчет слесарей, если они не являются студентами.

Техника измерений определяется объектами измерения. Однотипные объекты измерения составляют множество. Можно говорить, например, о множестве длин или множестве масс.

Для проведения измерений необходимо иметь меру на множестве измеряемых объектов и измерительный прибор. Так, мерой для множества длин является метр, а прибором может служить обыкновенная линейка. На множестве масс в качестве меры принят один килограмм. Измеряют массу чаще всего при помощи весов.

Множество измеряемых объектов подразделяются на непрерывные и дискретные.

Множество считается непрерывным, если для любых двух его элементов всегда можно найти третий, лежащий между ними. Все точки числовой оси составляют непрерывное множество. Для дискретного множества всегда можно найти два элемента, между которыми нет третьего. Например, множество всех натуральных чисел является дискретным.

Между непрерывными и дискретными множествами существует принципиальное различие. Дискретное множество содержит свою внутреннюю меру внутри себя. Поэтому для проведения измерений на дискретном множестве достаточно простого счета. Например, для того, чтобы найти расстояние между точками 1 и 10 натурального ряда, достаточно просто сосчитать количество чисел от одного до десяти.

Непрерывные множества внутренней меры не имеют. Ее приходится привносить извне. Для этого используют эталон измерения. Типичным примером измерения на непрерывном множестве является измерение длины. Для измерения длины используется стандартный прямолинейный отрезок длиной в один метр, с которым и сравнивается измеряемая длина.

Здесь следует заметить, что на протяжении практически всего времени развития современной техники измерение различных физических величин стремились свести к измерению длины. Так, измерение времени сводилось к измерению расстояния, пройденного стрелкой часов. Мерой угла в технике служит отношение длины дуги, стягиваемой углом, к длине радиуса этой дуги. Величины, измеряемые стрелочными приборами, определяются по расстоянию, пройденному стрелкой прибора. Изучая технику физико-химических измерений, невольно изумляешься тем ухищрениям, к которым прибегали ученые для того, чтобы свести измерение какой-нибудь величины к измерению длины.

Примерно в середине XX столетия в связи с созданием электронных пересчетных устройств была разработана принципиально новая методика измерения, получившая название цифровой. Суть цифровой методики заключается в том, что непрерывная измеряемая величина превращается в дискретную при помощи специально подобранных пороговых устройств. На полученном дискретном множестве измерение сводится к простому счету, осуществляемому пересчетной схемой.

Цифровое измерительное устройство содержит внутри себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП), счетно-логическое устройство и индикатор. Основу аналого-цифрового преобразователя составляют дискретизатор, компаратор и сумматор. Дискретизатор — это устройство, способное создавать сигналы, имеющие фиксированные уровни. Разность этих уровней всегда равна наименьшему из них и называется интервалом дискретизации. Компаратор сравнивает измеряемый сигнал с первым интервалом дискретизации. Если сигнал оказался меньше, то на индикаторе отображается ноль. Если первый уровень дискретизации превышен, то сигнал сравнивается со вторым, а в сумматор посылается единица. Этот процесс продолжается до тех пор, пока уровень сигнала не будет превышен уровнем дискретизации. В сумматоре при этом окажется количество уровней дискретизации меньших или равных величине измеряемого сигнала. На индикатор выводится значение сумматора, умноженное на величину интервала дискретизации.

Так, например, работают цифровые часы. Специальный генератор формирует импульсы со строго стабилизированным периодом. Подсчет количества этих импульсов и дает величину измеряемого временного интервала.

Примеры подобной дискретизации несложно найти и в быту. Так, расстояние, пройденное вдоль дороги, можно было определить по телеграфным столбам. В Советском Союзе телеграфные столбы устанавливались через 25 м. Сосчитав количество столбов и умножив его на 25, можно было определить пройденное расстояние. Ошибка при этом составляла 25 м (интервал дискретизации).

Надежность и точность измерения

Основными характеристиками измерения являются его точность и надежность . Для непрерывных множеств точность определяется точностью изготовления эталона и возможными погрешностями, возникающими в процессе измерения. Скажем, при измерении длины эталоном может служить обычная масштабная линейка, а может и специальный инструмент — штангенциркуль. Длины различных линеек могут отличаться не более чем на 1 мм. Штангенциркули изготовляются так, что их длины могут различаться не более чем на 0,1 мм. Соответственно точность измерения масштабной линейкой не превышает 1 мм, а точность штангенциркуля в 10 раз выше.

Минимально возможная погрешность, возникающая при измерении данным прибором, составляет его класс точности. Обычно класс точности прибора указывают на его шкале. Если такое указание отсутствует, в качестве класса точности принимают минимальную цену деления прибора. Погрешности измерения, определяемые классом точности измерительного прибора, называют приборными.

Пусть результат измерения рассчитывается по формуле с привлечением прямых измерений, проводимых различными приборами, т. е. измерение является косвенным. Погрешность, связанная с ограниченной точностью этих приборов, называется ошибкой метода. Ошибка метода — это минимальная погрешность, которая может быть допущена при измерении по данной методике.

При измерении на дискретных множествах ошибки, определяемые точностью прибора, как правило, отсутствуют. Измерение на таких множествах сводится к простому счету. Поэтому точность измерения определяется точностью счета. Измерение на дискретном множестве в принципе может быть сделано абсолютно точным. На практике для подобных измерений используют механические или электронные счетчики (сумматоры). Точность таких сумматоров определяется их разрядной сеткой. Количество разрядов сумматора определяет максимальное число, которое может быть им отображено. При превышении этого числа сумматор “перескакивает” через нуль. Очевидно, что в этом случае будет выдано ошибочное значение.

Для цифровых измерений точность определяется погрешностями дискретизации и разрядной сеткой используемого в этом измерении сумматора.

Надежность полученных в результате измерения результатов показывает, насколько мы можем доверять полученным результатам. Надежность и точность связаны между собой так, что при возрастании точности надежность убывает и, наоборот, при возрастании надежности убывает точность. Например, если вам скажут, что длина измеряемого отрезка лежит между нулем и бесконечностью, то это утверждение будет обладать абсолютной надежностью. Говорить о точности в этом случае вообще не приходится. Если же определенное значение длины будет названо точно, то это утверждение будет обладать нулевой надежностью. Из-за погрешностей измерения указать можно только интервал, внутри которого, возможно, лежит измеряемая величина.

На практике стремятся проводить измерение так, чтобы и точность измерения, и его надежность удовлетворяли требованиям решаемой задачи. В математике такое согласование величин, ведущих себя противоположным образом, называют оптимизацией. Задачи оптимизации характерны для экономики. Например, вы, пойдя на рынок, стараетесь приобрести максимальное количество товара, затратив при этом минимум средств.

Помимо ошибок, связанных с классом точности измерительного прибора, в процессе измерения могут допускаться и другие погрешности, обусловленные ограниченными возможностями измеряющего. В качестве примера можно привести ошибку, связанную с параллаксом. Она возникает при измерении линейкой, если луч зрения ориентирован под углом к шкале линейки.

Помимо приборных и случайных ошибок в метрологии принято выделять систематические погрешности и грубые промахи. Систематические погрешности проявляются в том, что к измеряемой величине прибавляется регулярное смещение. Часто они бывают связаны со смещением начала отсчета. Для того чтобы компенсировать эти ошибки, большинство стрелочных приборов снабжают специальным корректором нуля. Грубые промахи появляются в результате невнимательности измеряющего. Обычно грубые промахи резко выделяются из ряда измеренных значений. Общая теория метрологии позволяет не рассматривать до 30% значений, предположительно являющихся грубыми промахами.

Естествознание опирается на рациональные методы познания. Эти методы реализуются на двух основных уровнях познания: эмпирическом и теоретическом.

На эмпирическом уровне используются следующие формы. Исходная форма знания – факты . Пути накопления фактов: наблюдение и эксперимент. Наблюдение – метод эмпирического познания, представляющий собой чувственное отражение предметов и явлений, не вносящее изменение в наблюдаемую реальность. Эксперимент – метод познания, при помощи которого явление исследуется в контролируемых и управляемых условиях для выявления факторов, на него влияющих. В ходе наблюдения и эксперимента осуществляется измерение – процесс определения количественных значений тех или иных свойств, сторон объекта с помощью специальных устройств, приборов. При измерении определяется та или иная физическая величина. Основное требование к результатам измерения – достоверность . Она непосредственно связана с воспроизводимостью эффекта или параметров, его описывающих. Последнее оценивается вычислением точности измерения. Закономерности и экспериментальные зависимости – взаимосвязи факторов, величин, выявленные в ходе наблюдения и экспериментов.

На теоретическом уровне осуществляется осмысление экспериментальных материалов на основе методов логического мышления:

анализа (разделение объекта на составляющие части с целью их отдельного изучения) и синтеза (соединение составных частей в целое);

индукции (умозаключение от частного к общему, от фактов к гипотезе) и дедукции (вывод по правилам логики частного из общего);

абстрагирования (мысленное отвлечение от тех или иных менее существенных свойств, сторон, признаков изучаемого объекта с одновременным выделением более существенных) и конкретизации (учет особенностей предмета);

идеализации (мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследований) и моделирования (изучение объекта, базирующееся на соответствии некоторой части его свойств построенной копии);

формализации (использование специальной символики, позволяющей отвлечься от изучения реальных объектов и оперировать вместо этого множеством символов).

Теоретический уровень включает в себя следующие формы знаний.

Закон – выражение объективной связи явлений и величин, их описывающих. Законы классифицируются:

По области применения – фундаментальные (закон сохранения энергии) и частные (закон Ома);

По конструкции – количественные (первый закон Ньютона) и качественные (законы эволюции биосферы, второй закон термодинамики);

По характеру объекта – динамические , в которых превалирует необходимость и с помощью которых по известным начальным параметрам состояния конкретного объекта можно точно определить его состояние в любой момент времени (например, второй закон Ньютона), и статистические , в которых случайность является формой проявления необходимости и которые позволяют по заданным с некоторой вероятностью начальным параметрам состояния конкретного объекта определить его состояние в любой момент времени с некоторой вероятностью (например, закон радиоактивного распада).

Постулаты и аксиомы – недоказываемые утверждения, которые, как правило, лежат в основе теории.

Принципы – положения, также лежащие в основе теории.

Гипотезы – предположительные, недостаточно обоснованные положения и утверждения.

Модель – упрощенный образ (копия) реального объекта; исходные положения для создания моделей нередко формируются в виде постулатов. На основе рассмотрения поведения моделей выводятся эмпирически проверяемые следствия; часто используются мысленные эксперименты, в которых проигрываются возможные варианты поведения моделей; развитие этого метода – математическое и компьютерное моделирование. Модели бывают вербальные – на основе понятий и символов, и невербальные – на основе ассоциаций и образов.

Теория – система знаний, описывающая определенную область взаимосвязанных явлений. Теория может строиться на основе эмпирических зависимостей, постулатов и принципов. Она не появляется как прямое обобщение опытных фактов, а возникает в сложном взаимоотношении теоретического мышления и эмпирического знания. Теория должна удовлетворять следующим требованиям: непротиворечивость, соответствие эмпирическим данным, возможность описать известные явления, возможность предсказать новые явления. Как и законы, которые она объединяет, теория имеет область применения, границы которой должны быть оговорены. В ходе развития науки может возникнуть новая теория, описывающая тот же круг явлений, что и прежняя, причем такая, что обе удовлетворяют приведенным выше требованиям. Тогда согласно принципу соответствия новая теория является обобщением предшествующей, имеет более широкую область применения и включает прежнюю как частный случай.

Концепция (conceptio – понимание) – система взаимосвязанных и вытекающих один из другого взглядов на те или иные явления, процессы; способ понимания, трактовки событий, явлений; основополагающая идея, лежащая в основе теории или из нее вытекающая.

Парадигма (paradeigma – пример, образец) – концептуальная схема, совокупность концепций, господствующая в научном сообществе в течение определенного времени, дающая модель постановки проблем и их решения. Схема парадигм представляет собой научную революцию.

Научная картина мира – обобщенное представление обо всех явлениях природы, сформированное в рамках существующей парадигмы. В формировании научной картины мира существенную роль играет принцип историзма – подход к действительности как закономерно развивающейся во времени.