Естествознание методы естествознания. Методы естествознания
Методология естествознания
Если понять связи между процессами естествознания, то можно построить картину современного естествознания. Естествознание прошло несколько стадий: сбор естественнонаучной информации, затем её анализ. Стадия анализа уже некоторая составляющая методологии. Наука с ее развитием все более усложняется в методах.- Общеметодологические проблемы естествознания:
- Раскрытие всеобщей связи явлений природы (живой и неживой), установление сущности жизни, ее происхождение, физико-химические основы наследственности.
- Раскрытие сущности явлений как в глубь материи (область элементарных частиц), так и в сторону макро (околоземных) и мега (далее) объектов.
- Раскрытие реальных противоречий объектов природы, таких как корпускулярно-волновой дуализм (кто бы нам, юристам, сказал, что это такое?), частица и античастица, взаимоотношение динамических и статистических закономерностей (динамические законы отражают жесткую детерминированную связь между объектами, эта связь однозначна и предсказуема, если мы приложили силу к определенной точке, то мы знаем в какой момент и в каком месте она будет находиться); статистические закономерности (иногда их называют вероятностными законами, используют для описания анализа в системах, где очень много компонентов, где невозможно все точно предсказать), случайности и необходимости.
- Выявление сущности качественного преобразования в природе (в естествознании важен не сам переход, а важны условия перехода в реальности и природа скачка, т.е. механизм), выявление соотношения между материей и сознанием. На современном этапе необходимы совершенно новые подходы.
Метод - это совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности. Метод вооружает исследователя системой принципов, требований, правил, руководствуясь которыми он может достичь намеченной цели. Владением методом означает знание того, каким образом, в какой последовательности совершать те или иные действия. Методология это область знания, занимающаяся изучением методов, оценкой их эффективности, сущности и применимости, методы научного познания принято подразделять по степени их общности, т.е. широте применимости в процессе научного исследования:
- Первая группа это всеобщие методы: диалектический и метафизический, еще их называют общефилософскими методами.
- Вторую группу методов составляют общенаучные методы, которые используются в самых различных областях наук, т.е. имеют широкий спектр междисциплинарного применения.
- Третья группа методов: частнонаучные, которые используются только в рамках исследования какой-то конкретной науки или даже конкретного явления.
Существует два уровня познания, это эмпирический и теоретический. На эмпирическом уровне используют наблюдение, эксперимент, измерение. На теоретическом уровне используют идеализацию и формализацию. А метод моделирования можно использовать на обоих уровнях. В модели надо учесть множество факторов и оптимизировать их. Моделирование чаще используется на теоретическом уровне, когда имеется уже много фактов, их надо обобщить, квалифицировать прогнозировать. Математические методы моделирования проникли во все науки.
- Элементы структуры научного знания:
- Фактический материал или твердо установленный факт.
- Это результаты обобщения фактического материала выраженные в понятиях.
- Научные предположения (гипотезы).
- Нормы научного знания - это совокупность определенных, концептуальных и методологических установок, свойственных науке на каждом конкретно историческом этапе ее развития. Основной функцией является организация и регулирование процесса исследования. Выявление наиболее эффективных способов и путей решения проблемы. Смена этапов в науке приводит к изменению норм научного познания.
- Законы, принципы, теории.
- Стиль мышления, характеризуется двумя подходами (в основном) к рассмотрению объектов. Первое, это представление о простых динамических системах (это первый исторический тип мышления) и второе, это представление о сложных процессах, о самоорганизующихся системах.
Проблема управляемого развития :
С переходом на современном этапе естествознания к изучению больших и сложноорганизованных объектов (систем) прежние методы классического естествознания оказались не эффективными. Иначе, мир объектов предстал значительно более многообразным и сложным, чем ожидалось и те методы, которые позволяли изучить часть объектов и могли дать картину в статике, на современном этапе уже не могут быть применены. Сейчас мир понимается, как динамическая система, где компоненты взаимодействуют и приобретают новые качества.
Для изучения такой системы выработан системный подход (системное исследование объектов). Основатель теории систем Берталанфи развил первую систему, это австрийский биолог теоретик, и системный подход стал впервые применяться в биологии. Основная задача общей теории систем состоит в том, чтобы найти совокупность законов, объясняющих поведение функционирование и развитие всего класса объектов как целого. Это направлено на построение целостной теоретической модели классов объектов. В классической науке бралась система, в ней были какие-то компоненты (здесь аналогия механики, все сводилось к движению внутри системы, все системы рассматривались как закрытые системы). Сегодня можно поставить такой вопрос, существуют ли изолированные системы в принципе, ответ отрицательный. Естественными системами в природе являются открытые термодинамические системы, которые обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией. Особенности системного подхода:
- При исследовании объекта как системы, компоненты этой системы рассматриваются не сами по себе отдельно, а с учетом их места в структуре целого.
- Даже если компоненты системы одного класса, то при системном анализе они рассматриваются как наделенные разными свойствами, параметрами и функциями, но которые объединены общей программой управления.
- При исследовании систем обязательно предполагается учет внешних условий их существования. Для высокоорганизованных систем (органических) оказывается недостаточным причинное описание их поведения. Это означает, что причинно-следственная связь является очень жесткой (в смысле однозначной), согласно таким представлениям считалось, что можно спрогнозировать весь процесс событий, это по классической школе. И случайность, и нелогичность рассматривались как некие недоразумения. Случайностям не уделялось достаточно внимания. Вместе с тем, когда ученые стали рассматривать поведение сложных высокоорганизованных систем (биологические, социальные, технические), то выявилось, что строгой предопределенности (однозначности прогнозирования) нет. Кризиса в науке в связи с этим не случилось, т.к. открытия в области естественных наук выявили общие закономерности конкретных систем, то эти закономерности стало возможным применить и к самой науке.
Движение развития науки, поднятие на новый качественный уровень связывали с НТР. Если мы говорим о развитии сложных систем, то всегда имеется точка бифуркации (к этому моменту подходит любая сложная система на своём развитии). От этой точки развитие может пойти вниз, а может вверх. Применительно к сложным системам в точке бифуркации необходимо применить немного сил, чтобы развитие пошло вверх.
РАЗВИТИЕ
/ \
Хаос Порядок
Если раньше полагали, что развитие это только движение, и хаос воспринимали как жуткую бездну и не понимали, что есть взаимосвязь между хаосом и порядком. В результате скачка система приобретает новые свойства за счет внутренней упорядоченности (организации). Если говорить о твердых телах - это упорядоченность в структуре (кристаллическая решетка), таким образом, в природе мы тоже видим упорядоченность. Развитие порядка происходит через хаос. Выбор определяется и условиями внешнего воздействия на систему. Из точки бифуркации возможно два пути: переход к более высокой организации или разрушение системы (считай деградация). В науках есть критические точки развития, но есть нюанс, что в точке есть несколько путей выбора. Главный принцип в том, что если мы понимаем как развивается сложная система, не надо ей мешать, а при необходимости лишь слегка направить систему в нужном направлении. Положения из синергетического подхода:
- Сложно организованным системам нельзя навязывать пути их развития. Наоборот следует понять, каким образом способствовать их собственным тенденциям развития. Следовательно, необходимо попытаться вывести на их собственные более эффективные пути развития.
- Этот подход позволяет понять роль хаоса в качестве новой организации систем.
- Позволяет понять и использовать моменты неустойчивости системы. Точка бифуркации как раз момент неустойчивости, где малое усилие порождает большие последствия. В моменты неустойчивости могут происходить изменения на более высоких уровнях организации материи.
- Синергетика свидетельствует о том, что для сложных систем существует несколько альтернативных путей развития. Это положение позволяет сделать вывод, что в принципе существуют такие пути развития человека и природы, которые могли бы устроит человека и не наносить вреда природе. Для нахождения таких путей мы должны понять закономерности развития сложных систем.
- Синергетика дает знания о том, как оперировать сложными системами.
- Синергетика позволяет раскрыть закономерности протекания быстрых, нелинейных процессов, которые лежат в основе качественных преобразований системы.
- Детерминизм - учение о причинной материальной обусловленности природных, социальных и психических явлений.
- Индетерминизм - учение, отрицающее какую-либо объективную причинную обусловленность явлений.
Динамические законы. Первая и такая теория, которая соотносилась с детерминизмом - динамическая. Динамический закон - это физический закон, отображающий объективную закономерность в форме однозначной связи неких физических величин выраженных количественно. Исторически первой и простой явилась динамическая механика Ньютона. Лапласу принадлежит абсолютизация динамических закономерностей. Согласно его принципу все явления в мире детерминированы, т.е. предопределены необходимостью. А случайным явлениям и событиям, как объективной категории, не отводится никакого места. На определенной стадии развития таких законов возник вопрос о том, что динамические законы не единственные законы, что они не являются универсальными. Исторически это связано с изучением более сложных систем, а также со стремлением ученых проникнуть в глубь материи.
Статистические законы. Наряду с динамическими законами действуют законы иного рода, предсказания которых являются не определенными, а вероятностными. Но детерминизм не уходит из науки, а вышеназванный подход называется вероятностным детерминизмом - вероятностное прогнозирование объективных закономерностей на основе вероятностных законов. Такие законы получили название статистических. Это значит, что предсказать событие можно не однозначно, а с определенной степенью вероятности. Здесь оперируют срединными величинами и усредненными значениями. Вероятностными эти законы называются потому, что заключения, основанные на них, не следуют логически из имеющейся информации, а потому не являются однозначными. Т.к. сама информация носит статистический характер, эти законы называют статистическими. Логика выявления этих законов принадлежит Максвеллу. Вероятность имеет объективный характер, это означает, что на фоне множества событий обнаруживается определенная закономерность, выражаемая определённым числом.
| 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.
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:- Накопление экспериментальных материалов.
- Обработка, систематизация и обобщение этих материалов.
- Установление соотношений и, как следствие, возможных связей между величинами, полученными в результате обработки. Эти соотношения составляют эмпирические закономерности.
- Получение на базе эмпирических закономерностей прогнозов, предсказывающих возможные результаты экспериментальной проверки.
- 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.
Научное знание представляет собой систему, имеющую несколько уровней познания, различающихся по целому ряду параметров. В зависимости от предмета, характера, типа, метода и способа получаемого знания выделяют эмпирический и теоретический уровни познания. Каждый из них выполняет определенные функции и располагает специфическими методами исследования. Уровням соответствуют взаимосвязанные, но в то же время специфические виды познавательной деятельности: эмпирическое и теоретическое исследования. Выделяя эмпирический и теоретический уровни научного познания, современный исследователь отдает себе отчет в том, что если в обыденном познании правомерно различать чувственный и рациональный уровни, то в научном исследовании эмпирический уровень исследования никогда не ограничивается чисто чувственным знанием, теоретическое знание не представляет собой чистую рациональность. Даже первоначальные эмпирические знания, полученные путем наблюдения, фиксируются с использованием научных терминов. Теоретическое знание также не является чистой рациональностью. При построении теории используются наглядные представления, которые являются основой чувственного восприятия. Таким образом, можно сказать, что в начале эмпирического исследования преобладает чувственное, а в теоретическом – рациональное. На уровне эмпирического исследования не исключено выявление зависимостей и связей между явлениями, определенных закономерностей. Но если эмпирический уровень может уловить только внешнее проявление, то теоретический доходит до объяснения сущностных связей исследуемого объекта.
Эмпирические знания – результат непосредственного взаимодействия исследователя с реальностью в наблюдении или эксперименте. На эмпирическом уровне происходит не только накопление фактов, но и их первичная систематизация, классификация, что позволяет выявлять эмпирические правила, принципы и законы, которые преобразуются в наблюдаемые явления. На этом уровне исследуемый объект отражается преимущественно во внешних связях и проявлениях. Сложность научного знания определяется наличием в нем не только уровней и методов познания, но и форм, в которых оно фиксируется и развивается. Основными формами научного познания являются факты, проблемы, гипотезы и теории. Их значение – раскрывать динамику процесса познания в ходе исследования и изучения какого-либо объекта. Установление фактов является необходимым условием успешности естественнонаучных исследований. Для построения теории факты должны быть не только достоверно установлены, систематизированы и обобщены, но и рассмотрены во взаимосвязи. Гипотеза – это предположительное знание, которое носит вероятностный характер и требует проверки. Если в ходе проверки содержание гипотезы не согласуется с эмпирическими данными, то оно отвергается. Если же гипотеза подтверждается, то можно говорить о ней с той или иной степенью вероятности. В результате проверки и доказательства одни гипотезы становятся теориями, другие уточняются и конкретизируются, третьи отбрасываются, если их проверка дает отрицательный результат. Основным критерием истинности гипотезы является практика в разных формах.
Научная теория – обобщенная система знаний, дающая целостное отображение закономерных и существенных связей в определенной области объективной реальности. Основная задача теории заключается в том, чтобы описать, систематизировать и объяснить все множество эмпирических фактов. Теории классифицируют как описательные, научные и дедуктивные. В описательных теориях исследователи формулируют общие закономерности на основе эмпирических данных. Описательные теории не предполагают логического анализа и конкретности доказательств (физиологическая теория И. Павлова, эволюционная теория Ч. Дарвина и др.). В научных теориях конструируют модель, замещающую реальный объект. Следствия теории проверяются экспериментом (физические теории и др.). В дедуктивных теориях разработан специальный формализованнный язык, все термины которого подвергаются интерпретации. Первая из них – «Начала» Евклида (сформулирована основная аксиома, потом к ней добавлены положения, логически выведенные из нее, и все доказательства проводятся на этой основе).
Главными элементами научной теории являются принципы и законы. Принципы представляют общие и важные подтверждения теории. В теории принципы играют роль первичных предпосылок, образующих ее основу. В свою очередь, содержание каждого принципа раскрывается с помощью законов. Они конкретизируют принципы, раскрывают механизм их действия, логику взаимосвязи, вытекающих из них следствий. Законы представляют собой форму теоретических утверждений, раскрывающих общие связи изучаемых явлений, объектов и процессов. При формулировании принципов и законов исследователю достаточно непросто уметь увидеть за многочисленными, часто совершенно непохожими внешне фактами именно существенные свойства и характеристики исследуемых свойств объектов и явлений. Трудность заключается в том, что в непосредственном наблюдении зафиксировать сущностные характеристики исследуемого объекта сложно. Поэтому прямо перейти с эмпирического уровня познания на теоретический нельзя. Теория не строится путем непосредственного обобщения опыта, поэтому следующим шагом становится формулирование проблемы. Она определяется как форма знания, содержанием которой является осознанный вопрос, для ответа на который имеющихся знаний недостаточно. Поиск, формулирование и решение проблем – основные черты научной деятельности. В свою очередь, наличие проблемы при осмыслении необъяснимых фактов влечет за собой предварительный вывод, требующий экспериментального, теоретического и логического подтверждения. Процесс познания окружающего мира представляет собой решение разного рода задач, возникающих в ходе практической деятельности человека. Эти проблемы решаются путем использования особых приемов – методов.
– совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности.
Методы исследований оптимизируют деятельность человека, вооружают его наиболее рациональными способами организации деятельности. А. П. Садохин кроме выделения уровней познания при классификации научных методов учитывает критерий применяемости метода и выделяет общие, особенные и частные методы научного познания. Выделенные методы часто сочетаются и комбинируются в процессе исследования.
Общие методы познания касаются любой дисциплины и дают возможность соединить все этапы процесса познания. Эти методы используются в любой области исследования и позволяют выявлять связи и признаки исследуемых объектов. В истории науки исследователи к таким методам относят метафизический и диалектический методы. Частные методы научного познания – это методы, применяющиеся только в отдельной отрасли науки. Различные методы естествознания (физики, химии, биологии, экологии и т. д.) являются частными по отношению к общему диалектическому методу познания. Иногда частные методы могут использоваться за пределами тех отраслей естествознания, в которых они возникли. Например, физические и химические методы используются в астрономии, биологии, экологии. Часто исследователи применяют комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета. Например, экология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, биологии. Частные методы познания связаны с особенными методами. Особенные методы исследуют определенные признаки изучаемого объекта. Они могут проявляться на эмпирическом и на теоретическом уровнях познания и быть универсальными.
Среди особенных эмпирических методов познания выделяют наблюдение, измерение и эксперимент.
Наблюдение представляет собой целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, чувственное отражение объектов и явлений, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Поэтому исследование чаще всего начинается с наблюдения, и лишь потом исследователи переходят к другим методам. Наблюдения не связаны с какой-либо теорией, но цель наблюдения всегда связана с некой проблемной ситуацией. Наблюдение предполагает наличие определенного плана исследования, предположение, подвергаемое анализу и проверке. Наблюдения используются там, где нельзя поставить прямой эксперимент (в вулканологии, космологии). Результаты наблюдения фиксируются в описании, отмечающем те признаки и свойства изучаемого объекта, которые являются предметом изучения. Описание должно быть максимально полным, точным и объективным. Именно описания результатов наблюдения составляют эмпирический базис науки, на их основе создаются эмпирические обобщения, систематизация и классификация.
Измерение – это определение количественных значений (характеристик) изучаемых сторон или свойств объекта с помощью специальных технических устройств. Большую роль в исследовании играют единицы измерения, с которыми сравниваются полученные данные.
Эксперимент – более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он представляет собой целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующий объект или явление для изучения его различных сторон, связей и отношений. В ходе экспериментального исследования ученый вмешивается в естественный ход процессов, преобразует объект исследования. Специфика эксперимента состоит также в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в чистом виде. Это происходит за счет максимального исключения воздействия посторонних факторов. Экспериментатор отделяет существенные факты от несущественных и тем самым значительно упрощает ситуацию. Такое упрощение способствует глубокому пониманию сути явлений и процессов и создает возможность контролировать многие важные для данного эксперимента факторы и величины. Для современного эксперимента характерны особенности: увеличение роли теории на подготовительном этапе эксперимента; сложность технических средств; масштабность эксперимента. Основная задача эксперимента заключается в проверке гипотез и выводов теорий, имеющих фундаментальное и прикладное значение. В экспериментальной работе при активном воздействии на исследуемый объект искусственно выделяются те или иные его свойства, которые и являются предметом изучения в естественных либо специально созданных условиях. В процессе естественнонаучного эксперимента часто прибегают к физическому моделированию исследуемого объекта и создают для него различные управляемые условия. С. X. Карпенков подразделяет экспериментальные средства по содержанию на следующие системы:
С. Х. Карпенков указывает, что в зависимости от поставленной задачи данные системы играют разную роль. Например, при определении магнитных свойств вещества результаты эксперимента во многом зависят от чувствительности приборов. В то же время при исследовании свойств вещества, не встречающегося в природе в обычных условиях, да еще и при низкой температуре, важны все системы экспериментальных средств.
В любом естественнонаучном эксперименте выделяют такие этапы:
Подготовительный этап представляет собой теоретическое обоснование эксперимента, его планирование, изготовление образца исследуемого объекта, выбор условий и технических средств исследований. Результаты, полученные на хорошо подготовленной экспериментальной базе, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Анализ результатов эксперимента позволяет оценить те или иные признаки исследуемого объекта, сопоставить полученные результаты с гипотезой, что очень важно при определении правильности и степени достоверности окончательных результатов исследования.
Для повышения достоверности полученных результатов эксперимента необходимы:
Среди особенных теоретических методов научного познания выделяют процедуры абстрагирования и идеализации. В процессах абстрагирования и идеализации формируются понятия и термины, используемые во всех теориях. Понятия отражают существенную сторону явлений, появляющуюся при обобщении исследования. При этом из объекта или явления выделяется только некоторая его сторона. Так, понятию «температура» может быть дано операционное определение (показатель степени нагретости тела в определенной шкале термометра), а с позиций молекулярно-кинетической теории температура – это величина, пропорциональная средней кинетической энергии движения частиц, составляющих тело. Абстрагирование – мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые считают несущественными. Таковы модели точки, прямой линии, окружности, плоскости. Результат процесса абстрагирования называется абстракцией. Реальные объекты в каких-то задачах могут быть заменены этими абстракциями (Землю при движении вокруг Солнца можно считать материальной точкой, но нельзя при движении по ее поверхности).
Идеализация представляет операцию мысленного выделения какого-то одного важного для данной теории свойства или отношения, мысленного конструирования объекта, наделенного этим свойством (отношением). В результате идеальный объект обладает только этим свойством (отношением). Наука выделяет в реальной действительности общие закономерности, которые существенны и повторяются в различных предметах, поэтому приходится идти на отвлечения от реальных объектов. Так образуются такие понятия, как «атом», «множество», «абсолютно черное тело», «идеальный газ», «сплошная среда». Полученные таким образом идеальные объекты в действительности не существуют, так как в природе не может быть предметов и явлений, имеющих только одно свойство или качество. При применении теории необходимо вновь сопоставить полученные и использованные идеальные и абстрактные модели с реальностью. Поэтому важны выбор абстракций в соответствии с их адекватностью данной теории и последующее исключение их.
Среди особенных универсальных методов исследований выделяют анализ, синтез, сравнение, классификацию, аналогию, моделирование. Процесс естественнонаучного познания совершается так, что мы сначала наблюдаем общую картину изучаемого объекта, при которой частности остаются в тени. При таком наблюдении нельзя познать внутреннюю структуру объекта. Для ее изучения мы должны разделить изучаемые объекты.
Анализ – одна из начальных стадий исследования, когда от цельного описания объекта переходят к его строению, составу, признакам и свойствам. Анализ – метод научного познания, в основе которого лежит процедура мысленного или реального разделения объекта на составляющие его части и их отдельное изучение. Невозможно познать сущность объекта, только выделяя в нем элементы, из которых он состоит. Когда путем анализа частности исследуемого объекта изучены, он дополняется синтезом.
Синтез – метод научного познания, в основе которого лежит объединение выделенных анализом элементов. Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единственных знаний, полученных с помощью анализа. Он показывает место и роль каждого элемента в системе, их связь с другими составными частями. Анализ фиксирует в основном то специфическое, что отличает части друг от друга, синтез – обобщает аналитически выделенные и изученные особенности объекта. Анализ и синтез берут свое начало в практической деятельности человека. Человек научился мысленно анализировать и синтезировать лишь на основе практического разделения, постепенно осмысливая то, что происходит с объектом при выполнении практических действий с ним. Анализ и синтез являются компонентами аналитико-синтетического метода познания.
При количественном сопоставлении исследуемых свойств, параметров объектов или явлений говорят о методе сравнения. Сравнение – метод научного познания, позволяющий установить сходство и различие изучаемых объектов. Сравнение лежит в основе многих естественнонаучных измерений, составляющих неотъемлемую часть любых экспериментов. Сравнивая объекты между собой, человек получает возможность правильно познавать их и тем самым правильно ориентироваться в окружающем мире, целенаправленно воздействовать на него. Сравнение имеет значение, когда сравниваются действительно однородные и близкие по своей сущности объекты. Метод сравнения выделяет отличия исследуемых объектов и составляет основу любых измерений, то есть основу экспериментальных исследований.
Классификация – метод научного познания, который объединяет в один класс объекты, максимально сходные друг с другом в существенных признаках. Классификация позволяет свести накопленный многообразный материал к сравнительно небольшому числу классов, типов и форм и выявить исходные единицы анализа, обнаружить устойчивые признаки и отношения. Как правило, классификации выражаются в виде текстов на естественных языках, схем и таблиц.
Аналогия – метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного при рассмотрении какого-либо объекта, на другой, менее изученный, но схожий с первым по каким-то существенным свойствам. Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, причем сходство устанавливается в результате сравнения предметов между собой. Таким образом, в основе метода аналогии лежит метод сравнения.
Метод аналогии тесно связан с методом моделирования, который представляет собой изучение каких-либо объектов с помощью моделей с дальнейшим переносом полученных данных на оригинал. В основе этого метода лежит существенное сходство объекта-оригинала и его модели. В современных исследованиях используют различные виды моделирования: предметное, мысленное, символическое, компьютерное. Предметное моделирование представляет собой использование моделей, воспроизводящих определенные характеристики объекта. Мысленное моделирование представляет собой использование различных мысленных представлений в форме воображаемых моделей. Символическое моделирование использует в качестве моделей чертежи, схемы, формулы. В них в символико-знаковой форме отражаются определенные свойства оригинала. Видом символического моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики. Оно предполагает формирование систем уравнений, которые описывают исследуемое природное явление, и их решение при различных условиях. Компьютерное моделирование получило широкое распространение в последнее время (Садохин А. П., 2007).
Разнообразие методов научного познания создает трудности в их применении и понимании их роли. Эти проблемы решаются особой областью знания – методологией. Основной задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности, развития методов познания.
Введение
«Учись так, словно точных знаний тебе вечно не хватает, и ты страшишься их растерять »
(Конфуций)
Стремление человека к познанию окружающего мира бесконечно. Одним из средств постижения тайн природы является естествознание. Эта наука активно участвует в формировании мировоззрения каждого человека отдельно и общества в целом. Разные исследователи определяют понятие «естествознание» по разному: одни считают, что естествознание – это сумма наук о природе, а другие что это единая наука . Разделяя вторую точку зрения, мы считаем, что структура естествознания иерархична. Будучи единой системой знаний, оно складывается из определенного количества входящих в эту систему наук, которые в свою очередь состоят из еще более дробных отраслей знания.
В целом, знания о природе человек получает из химии, физики, географии, биологии. Но они мозаичны, ибо каждая наука изучает определенные «свои» объекты. Между тем, природа едина. Целостную картину мироустройства позволяет создать особая наука, представляющая систему знаний об общих свойствах природы. Такой наукой может быть естествознание.
Во всех определения естествознания присутствуют два основных понятия - «природа» и «наука». В широком смысле слова «природа» - это все сути в бесконечном многообразии своих проявлений (Вселенная, материя, ткань, организмы и т.п.). Под наукой обычно понимают сферу человеческой деятельности, в рамках которой вырабатываются и систематизируются объективные знания о действительности.
Цель естествознания - раскрыть сущность явлений природы, познать их законы и объяснить на их основе новые явления, а также указать возможные пути использования на практике познанные законы развития материального мира.
«Естествознание так человечно, так правдиво, что я желаю удачи каждому, кто отдается ему»
Предмет и метод естествознания
Естествознание - это самостоятельная наука о картине окружающего мира и месте человека в системе природы, это интегрированная область знаний об объективных законах существования природы и общества. Она объединяет их в научную картину мира. В последней взаимодействуют два типа компонентов: естественнонаучный и гуманитарный. Их взаимоотношения достаточно сложны.
Европейская культура во многом была сформирована в эпоху Возрождения и имеет свои корни в античной натурфилософии. Естественные науки не только обеспечивают научно-технический прогресс, но и формируют определенный тип мышления весьма важный для мировоззрения современного человека. Оно определяется научными знаниями и умением разбираться в окружающем мире. В то же время гуманитарная составляющая включает искусство, литературу, науки об объективных законах развития общества и внутреннего мира человека. Все это составляет культурный, мировоззренческий багаж современного человека.
Из глубины веков в систему науки вошли две формы организации знаний: энциклопедическая и дисциплинарная.
Энциклопедизм - это свод знаний по всему кругу (энциклике) наук. К.А.Тимирязеву принадлежит определение меры образованности личности: «Образованный человек должен знать что-то обо всем, и все о чем-то».
Наиболее известная энциклопедия по естественной истории античного мира, принадлежащая перу Гая Плиния Старшего (23-73г) начинается с обзора античной картины мира: основные элементы мироздания, структура Вселенной, место Земли в ней. Затем идут сведения по географии, ботанике, зоологии, сельскому хозяйству, медицине и т.д. Исторический взгляд на окружающий мир развивал Жорж Луи Леклерк де Бюффон (1707 - 1788) в своем капитальном труде «Естественная история», где автор рассмотрел историю Вселенной и Земли, происхождение и развитие жизни вообще, растительного и животного мира, место человека в природе. В семидесятых годах двадцатого века вышла в свет книга немецкого натурфилософа Крауса Штарни «Werden and Vergehen», а в 1911 г. она была издана в России под названием «Эволюция мира». В десяти главах этого энциклопедического труда рассматривались последовательно проблемы макроструктуры Вселенной, химический состав звезд, туманности и т. п.; строение Солнечной системы и Земли («дневник Земли»), возникновение и развитие жизни на Земле, описывается растительный и животный мир.
Таким образом, энциклопедическая организация знаний дает гносеологическое отображение картины мира, основываясь на философских идеях о структуре мироздания, о месте Человека во Вселённой, о см ысле и целостности его лич ности.
Дисциплинарная форма знаний возникла в Древнем Риме (подобно Римскому праву в юриспруденции). Оно связано с расчленением окружающего мир на предметные области и предметы исследования. Все это привело к более точному и адекватному выделению мелких фрагментов мироздания.
На смену присущей энциклопедии модели «Круга знаний» пришла «лестница» дисциплин. При этом окружающий мир расчленяется по предметам исследования, а единая картина мира исчезает, знания о природе приобретают мозаичный характер.
В истории науки энциклопедизм или интегрированность знаний вошла в основе философского осмысления относительно большого количества фактов. В середине века, начиная с эпохи Возрождения, эмпирические знания стремительно накапливались, что активизировало дробление науки на отдельные предметные области. Началась эпоха «разбегания» наук. Однако, было бы неправильно считать, что дифференциация науки не сопровождается одновременно идущими в ней процессами интеграции. Это привело к укреплению межпредметных связей. Прошлый, ХХ век, характеризовался столь бурным развитием дисциплин, изучающих неживую и живую природу, что выявилась их тесная связь.
В результате обособились целые области знаний, где интегрировались некоторые из разделов естественнонаучного цикла: астрофизика, биохимия, биофизика, экология и др. Выявление междисциплинарных связей положило начало современной интеграции научных отраслей. Вследствие этого возникла энциклопедическая форма организации знаний на новом уровне, но с той же задачей – познать наиболее общие законы мироздания и определить место человека в природе.
Если в отдельных отраслях науки происходит накопление фактического материала, то в интегрированном, энциклопедическом знании важно получение наибольшей информации из наименьшего числа фактов, чтобы сделать возможным выделение общих закономерностей, позволяющих понять с единой точки зрения самые разные явления. В природе можно обнаружить достаточно много, казалось бы, разнокачественных явлений, которые, тем не менее, объясняются одним фундаментальным законом, одной теорией.
Рассмотрим некоторые из них. Так молекулярно-клеточная теория утверждает идею о дискретности веществ и объясняет протекание химических реакций, распространение запахов, процессы дыхания различных организмов, тургора, осмоса и т.д. Все перечисленные явления связаны с диффузией, обусловленной непрерывным хаотичным движением атомов и молекул.
Еще пример. Приведем такие факты: по небу движутся звезды и планеты, воздушный шар поднимается и парит в небе, а камень падает на Землю; в океанах остатки организмов медленно оседают на дно; у мыши тонкие ноги, а у слона огромные конечности; наземные животные не достигают размеров кита.
Возникает вопрос, что общего между всеми этими фактами? Оказывается, что вес они – результат проявления закона всемирного тяготения.
Таким образом, естествознание формирует у человека научную картину мира, являясь наукой энциклопедического типа. Оно опирается на достижения различных естественных и гуманитарных наук.
В любой науке есть свой предмет изучения. Например, в ботанике – растения, в зоологии – животные, предмет генетики – наследование признаков в ряду поколений, в астрономии – структура Вселенной и т.п.
Понятие, обозначающее предмет изучения естествознания, должно быть обобщающим. Оно должно включать и атом и человека, и Вселенную. Такое понятие введено В.И. Вернадским еще в тридцатые годы прошлого столетия. Это природное естественное тело: «Каждый объект естествознания есть естественное тело или естественное явление, создаваемое природными процессами».
В.И. Вернадский выделил три типа природных (естественных) тел: косные, живые и биокосные.
В целом основные различия живых и косных тел касаются не материально – энергетических процессов. Биокосные тела – это результат закономерного взаимодействия косных и живых природных тел. Они характерны для биосферы Земли. Им присуща биогенная миграция химических элементов. Биокосными является подавляющее большинство земных вод, почва и т.д.
Итак, предмет естествознания – природные тела и природные являения. Они достаточно сложны и многообразны; их существование и развитие происходит на основе множества более или менее частных закономерностей (молекулярно-кинетические явления, тепловые свойства тел, проявление гравитации и т.п.)
Наиболее общими законами существования и развития окружающего мира являются всего два закона: закон эволюции и закон с охранения веще ства и энергии.
Таблица 1.
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-01-31
