Основные науковедческие понятия. Функции научного знания. Классификация наук

Лекция №1 Основные науковедческие понятия. Функции научного знания. Классификация наук Наука - сложное общественное, социальное явление, особая сфера приложения целенаправленной человеческой деятельности, основной задачей которой является получение, освоение новых знаний и создание но­вых методов и средств для решения этой задачи. Наука сложна и много­гранна, и дать ей однозначное определение невозможно. Часто науку определяют как сумму знаний. Это неверно, так как понятие сумма ассоциируется с неупорядоченностью. Если, к примеру, каждый элемент накопленного знания представить в виде кирпичика, то беспорядочная куча таких кирпичей составит сумму. Наука же и каждая ее отрасль - это стройное, упорядоченное, строго систематизированное сооружение. Поэтому наука - это система знаний. В ряде работ науку рассматривают как умственную деятельность людей, направленную на расширение человечеством своих знаний об окру­жающем мире и обществе. Это правильное определение, но неполное, ха­рактеризующее только одну сторону науки, а не науку в целом. Науку также считают сложной информационной системой для сбора, анализа и переработки сведений о новых истинах. Но и это определение страдает узостью, односторонностью. Существу­ют две основные функции науки: познавательная (теоретико-методологическая и методическая) и практическая, которые свойственны науке в любом ее проявлении. В соответствии с этими функ­циями можно говорить о науке как о системе ранее накопленных знаний, т.е. информационной системе, которая служит основой для дальнейшего познания объективной действительности и приложения познанных зако­номерностей в практике. Развитие науки - это деятельность людей, на­правленная на получение, освоение, систематизацию научных знаний, ко­торые используются для дальнейшего познания и воплощения их в прак­тику. Развитие науки осуществляется в специальных учреждениях: науч­но-исследовательских институтах, лабораториях, научно-исследовательских группах при кафедрах вузов, конструкторских бюро и проектных организациях. Наука как общественная, социальная система, обладающая относи­тельной самостоятельностью, складывается из трех неразрывно связанных элементов: накопленных знаний, деятельности людей и соответствующих учреждений. Поэтому эти три компонента должны войти в определение науки, и формулировка понятия «наука» приобретает следующее содержа­ние. Наука - это целостная социальная система, объединяющая в себе по­стоянно развивающуюся систему научных знаний об объективных законах природы, общества и человеческого сознания, научную деятельность лю­дей, направленную на создание и развитие этой системы, и учреждения, обеспечивающие научную деятельность. Высшим предназначением науки является ее служение на благо чело­века, его всестороннее и гармоничное развитие. Науку характеризует следующая система определений: 1. Наука есть система знаний о законах функционирования и развития объектов. 2. Наука всегда фиксируется в максимально определенном (для каждого уровня) языке. 3. Наука представляет знание, эмпирически проверяемое и подтверждаемое. 4. Наука представляет систему возрастающих, использующихся знаний. 5. Наука обладает составом, в который входит: предмет (совокупность проблем и задач, решаемых наукой), теория и гипотеза, метод, факт (описание эмпирического материала). Главной целью науки является приращение знаний о мире, а ос­новными ее задачами являются: • сбор, анализ, обобщение и объяснение фактов; • объяснение сущности явлений и процессов; • открытие законов и закономерностей развития природы, обще­ства, мышления; • систематизация и распространение полученных знаний; • установление направлений и форм практического использова­ния полученных знаний. Теоретические знания основываются на научных теориях. Науч­ная теория (от греч. theoria — наблюдение, исследование) — логиче­ское обобщение опыта, практики, отражающее объективные законо­мерности развития природы и общества. Теоретические знания охва­тывают процессы как создания теорий (выдвижение гипотезы), так и выведения следствий из них. Любая теория заменяется по мере своего развития более глубокой теорией. Однако если теория прошла хорошую экспериментальную проверку, она не отбрасывается полностью и сохраняет свое значение в соответствующей науке. Научная теория обладает характерными для нее границами приме­няемости, за пределами которых она имеет ограниченное действие или полностью неприменима. Границы применяемости теории уста­навливает обычно более общая теория. Из этого следует, что любая теория имеет сложную структуру. Теория неразрывно связана с практикой, которая ставит перед зна­нием назревшие задачи и требует их решения. Научная теория харак­теризуется наличием следующих элементов: - общие законы и сферы их применяемости, где научная теория объясняет происходящие явления; - сферы предсказания неизвестных явлений; - логико-математический аппарат выведения следствий из зако­нов; - концептуальная схема, без которой невозможно понимание объектов изучения данной научной теории. Отличительной чертой науки является ее активный поисковый ха­рактер. Наука должна постоянно изменяться и развиваться, находить новые решения и получать новые результаты. Если наука не выявляет рациональные пути решения практических задач, то она не сможет удовлетворять потребности, которыми вызвано ее развитие. Поэтому наука — не только система научных знаний, объясняющих мир, но одновременно и средство, метод его изменения и преобразования. Она влияет на познание окружающего мира человеком не через эмоцио­нальное или эстетическое восприятие, а посредством систематизиро­ванного, строго логического выявления объективных законов. Большое значение в научных исследованиях имеет классификация наук, т.е. многоступенчатое, разветвленное деление наук, использующее на разных этапах деления разные основания. В современном мире существует много разнообразных наук, которые можно подразделить на четыре больших блока в соответствии с изучаемым предметом: естественные, общественные, гуманитарные и технические. Соответственно, предметы этих четырех блоков наук достаточно явно выделяются: природа, общество, духовный мир человека, техника К естественным наукам относятся физика, химия, науки биологического ряда и другие. Некоторые естественные науки (например, география, космология) оказываются очень близкими к социальным и гуманитарным наукам. Кроме того, в современном естествознании происходят серьезные изменения, приводящие к появлению новых видов наук. Это в корне меняет соотношение между физикой и механикой, физикой и химией, биологией и химией и т.д., что приводит к появлению многих переходных и промежуточных наук. В силу этого вся современная система наук о природе стала системой взаимопроникающих и переплетающихся наук. К общественным наукам относятся науки исторического ряда, экономика, социология, политология и т.д. К гуманитарным наукам относят лингвистику, психологию личности, филологические науки и многие другие. К техническим наукам относят науки, изучающие технику как искусственно созданную человеком среду, законы ее функционирования, а именно: электротехнику, кораблестроение, материаловедение, машиностроение, ядерную энергетику и др. 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. Отметим также существование так называемых «формальных наук.», к которым относятся логика и математика. Они отличаются абстрактным подходом к исследуемым объектам, поэтому получаемые результаты находят применение при изучении всех сфер человеческой деятельности. Помимо предметного критерия, науки можно классифицировать и по их отношению к практике, выделяя при этом фундаментальные и прикладные науки. Задачей фундаментальных наук является познание законов, управляющих поведением и взаимодействием элементов природы, общества и мышления. Эти законы и элементы изучаются в «чистом виде», как таковые, безотносительно к их возможному использованию. Непосредственная цель прикладных наук - это применение результатов фундаментальных наук для решения не только теоретических, но и социально-практических проблем. При этом на стыке прикладных наук и практики развивается особая область исследований - разработки, переводящие результаты прикладных наук в форму технологических процессов, конструкций, промышленных материалов и т.п. В конечном счете, результаты фундаментальных и прикладных исследований должны находить применение в экономике, приводить к - экономическому росту отраслей народного хозяйства и повышению уровня жизни людей. По тому, где и кем развивается наука, можно говорить об академической, вузовской и отраслевой науке. Есть и другие критерии, которые позволяют дифференцировать сложное поле науки. Общее руководство научно-технической деятельностью в стране осуществляет правительство РФ. Оно утверждает основные направления развития науки и техники, государственные планы научно- исследовательских работ и использования достижений науки и техники в народном хозяйстве страны. Межотраслевым органом управления является Государственный комитет по науке и технике, который обеспечивает проведение единой государственной политики в области научно-технического прогресса, разрабатывает предложения основных направлениях развития науки и техники в стране, научно-технические прогнозы по важнейшим проблемам, утверждает координационные планы по решению основных научно- технических проблем. Академия наук РФ подчинена непосредственно правительству РФ и является общегосударственным центром разработки научной политики в области естественных и общественных наук. Непосредственно исследования и разработки ведутся в академических научных институтах, научно-исследовательских, конструкторских, проектно- конструкторских и технологических институтах, в высших учебных заведениях, на крупных промышленных предприятиях. Целью деятельности научных учреждений является получение новых научных результатов, создание экономичных, прогрессивных изделий и технологических процессов, их быстрейшее освоение в народном хозяйстве. В научно-исследовательской работе вузов активно принимают участие аспиранты и студенты. Основная цель научно-исследовательской работы студентов (НИРС), сочетающаяся с повышением общего объема научной работы в вузе, состоит в формировании творческой личности. С помощью НИРС развиваются у них творческие способности, интенсифицируется учебный процесс превращением участия студентов в исследованиях в способ обучения, повышается индивидуализация процесса обучения благодаря тесному контакту студентов с преподавателями и сотрудниками в рамках творческих групп, вырабатываются навыки работы на установках и современных приборах, в том числе и на ЭВМ. Около 15% выпускников ежегодно вовлекаются в сферу науки. По отдельным специальностям эта цифра значительно больше. Для решения важных теоретических и практических проблем в вузах созданы проблемные научно-исследовательские лаборатории, которые содержатся за счет государственного бюджета. Кроме того, имеются отраслевые лаборатории, финансируемые той или иной отраслью. Наибольший объем исследовательских работ выполняется по хозяйственным договорам с отраслевыми министерствами, предприятиями и научно- производственными объединениями. Необходимо отметить, что задачи развития науки тесно связаны с подготовкой кадров для науки. Основной формой подготовки является аспирантура. Для оценки квалификации соискатель ученой степени подготавливает и публично защищает диссертацию. Вопросы аттестации кадров высшей квалификации являются компетенцией Высшей аттестационной комиссии РФ (ВАК РФ). К научным работникам относятся все лица, имеющие ученую степень или ученое звание, а также лица, занимающие должности научных сотрудников. В нашей стране присваиваются две ученые степени - кандидат наук и доктор наук. Установлены следующие ученые звания: ассистент, младший и старший научный сотрудник, доцент, профессор, член - корреспондент и академик АН РФ. Лекция №2 Предмет, специфика и классификация горных наук. Общая характеристика методов и видов научных исследований Недра Земли — источник сырьевых ресурсов многих отраслей промышленности — представляют собой сложный объект изуче­ния. В настоящее время под термином «горное дело» понимается область науки, техники, производства, занятия разведкой, добы­чей, первичной переработкой полезных ископаемых и работами, связанными с освоением подземного пространства недр, имеющая социальную функцию способов и средств трудовой деятельности. Как известно, для того чтобы характеризовать любую науку, нужно определить ее цели, задачи и содержание, т.е. назвать пред­мет науки. Цель горной науки не только в описании, объяснении условий, средств и способов разведки, добычи и переработки полезных ис­копаемых, строительства подземных сооружений, а главным об­разом, в поиске правильных путей их изменения и усовершенство­вания для облегчения условий труда и повышения экономичности и экологичности и безопасности производства. Горная наука сегодня — это многогранный, сложный, разви­вающийся комплекс научных дисциплин. Все процессы и явления, происходящие при разведке, добыче, переработке полезных иско­паемых, строительстве подземных сооружений, согласно диалек­тике, содержат внутренние и внешние противоречия, открытие, исследование и разрешение которых является главной задачей гор­ной науки. Горная наука так же, как и другие, возникла и развивается под влиянием общественной практики. Для правильной оценки движу­щих сил развития горной науки необходимо рассмотрение их во взаимодействии с практикой. Тесная интеграция горной науки с производством направляет науку на решение ключевых народнохо­зяйственных задач, на открытия, способные внести подлинно рево­люционные изменения в производство. Практические задачи ис­следований в горном деле — улучшение результатов работы гор­ных предприятий (повышение производительности труда, сниже­ние себестоимости, улучшение условий труда и т.д.), причем од­ной из важнейших задач горных наук составляют исследования состояния и перспектив развития производства, изыскание новых экономичных и экологически чистых способов разведки, добычи и переработки полезных ископаемых, освобождающие человека от тяжелого труда. Из сказанного ясно, что объектом горной науки являются все проблемы, связанные с освоением месторождений и строительст­во подземных сооружений в недрах земли, т.е. вскрытие связей человек-природа в рамках горного дела. В современном понимании термин горная наука (синоним — горные науки) обозначает изучение, научную разработку, систему знаний о средствах, способах и условиях разведки, добычи и пере­работки полезных ископаемых, а также освоения подземного про­странства недр для хозяйственных нужд. Горная наука решает свои задачи путем эмпирического изуче­ния фактического материала, теоретических обобщений и прак­тической проверки соответствующих положений и выводов. Фактором, определяющим развитие горных наук, являются по­требности производства. Предмет горной науки — различные аспекты горного произ­водства, процессы, явления, формы их проявления в природе, их связи и закономерности. Горная наука находится на стыке естественных и обще­ственных наук. Это, прежде всего: науки геологического цикла, которые являются базовыми для решения всех вопросов горного производства — от разведки месторождений до переработки горной массы (учение о полезных ископаемых, гидрогеология, минералогия, петрография, гидрогеология, технологическая минера­логия и др.); естественные науки — физика, химия, биология — в при­ложении к объектам исследования горной науки являются основой ряда дисциплин (физика горных пород, физика взрыва, геофизика, механика горных пород, геохимия, хи­мия горных пород, рудничная микробиология и др.); прикладные технические науки — электротехника, авто­матика, теория машин и механизмов аэро- и гидродинами­ка и другие в приложении к горному делу создали горную электротехнику, горные машины, автоматизацию горных предприятий, гидромеханизацию горных работ, горную аэ­рологию, подземную гидродинамику и др.; науки о мышлении и общественные науки лежат в осно­ве постановки работы в области горных наук (логика, тео­рия познания, философия, психология, право, история, социология, маркетинг, реклама, охрана труда, экономи­ка), причем на базе последней созданы дисциплины гор­ного профиля — геоэкономика, организация, планирова­ние горного производства и управление им (маркетинг, реклама, бизнес). По характеру исследования в горном деле можно подразде­лить следующим образом: - технические и конструктивные улучшения способов и средств разработки месторождений полезных ископаемых при неизменных принципах действия технологиче­ских процессов; - совершенствование способов и средств горной технологии с использованием новых эффектов; - разработка принципиально новых технологических спо­собов и средств разведки, добычи и обогащения полез­ных ископаемых, основанных на совершенно новых идеях. В науке о добыче полезных ископаемых можно выделить два основных направления. Первое связано с изучением физико-геологических условий залегания месторождения полезных иско­паемых (геометрические размеры месторождений, содержание по­лезных компонентов, физические свойства руд и вмещающих по­род, гидрогеологические условия и т.д.). Эти параметры находятся вне сферы действия инженера-технолога по добыче. Однако надо стремиться хорошо, изучить эти условия и знать, чтобы заранее определить, каково будет поведение месторождения при его разра­ботке различными методами. Второе направление включает в себя разработку технологии (средств и способов) добычи и переработки полезных ископаемых. Оно состоит из выбора способа вскрытия и технологии разработки месторождения, системы разработки, доставки, транспорта и подъ­ема рудной массы, а также определения наиболее эффективных схем обогащения и переработки руды. Из сказанного ясно, что горная наука обязана по большому ко­личеству отдельных факторов, характеризующих месторождение, выбрать оптимальную технологическую схему его разработки. Опыт эксплуатации одного конкретного месторождения при адекватном перенесении результатов на другое, несмотря на ка­жущуюся однородность, может привести к большим просчетам. Каждое месторождение полезных ископаемых является объек­том индивидуального изучения и анализа, на основании чего его следует разрабатывать, чтобы получить максимальную отдачу. К сказанному о специфичности научного исследования в горном деле следует добавить, что, несмотря на то, что оно, как и всякое другое исследование, руководствуется общими прие­мами и правилами проведения научной работы, многофактор­ность объекта исследования требует при проведении работ использования многих смежных прикладных и фундаментальных наук и проведения крупномасштабных производственных экспе­риментов. Все горные науки объединяют их производственная сущ­ность и назначение. Они же могут служить и классификационным признаком. Вопрос о классификации наук горного профиля чрезвычайно трудный. Интересные решения предложили В.В. Ржевский (в книге «Горная наука»), Л.A. Пучков («О структуре горной науки») и К.Н. Трубецкой, Д.Р. Каплунов и др. («Горная наука. Освоение и сохра­нение недр Земли») (табл. 1). JI.A. Пучковым горные науки подразделяются на три раздела: фундаментальные горные науки — это совокупность знаний о фи­зических процессах горного дела (горная механика, геомеханика, рудничная газодинамика, термодинамика, гидродинамика, физико-химия); технологические горные науки (подземная, открытая, скважинная, строительная, переработка и обогащение, подводная); горные науки внешней среды (право, безопасность, экономика). Таблица1 Классификация горных наук (по К.Н. Трубецкому, Д.Р. Каплунову и др.) Группа горных наук Горная наука Горное недроведение Горнопромышленная геология. Геометрия и квалиметрия недр. Геомеханика. Разрушение горных по­род. Рудничная аэрогазодинамика. Горная теплофи­зика Горная системология Теория проектирования освоения недр. Экономика освоения георесурсов. Горная экология. Горная информатика Геотехнология Физико-техническая геотехнология. Физико-хими- ческая геотехнология. Строительная геотехнология. Геотехника Обогащение полезных ископаемых Технологическая минералогия. Дезинтеграция и под­готовка минерального сырья к обогащению. Физиче­ские и химические процессы разделения, концентра­ции и переработки минералов физические и химиче­ские процессы извлечения полезных ископаемых компонентов из природных техногенных вод Лекция № 3 Общая характеристика методов и видов научных исследований Научное исследование — процесс изучения, эксперимента, концептуализации и проверки теории, связанный с получением научных знаний. Виды научных исследований: - фундаментальное исследование, предпринятое главным образом, чтобы производить новые знания независимо от перспектив применения. - прикладное исследование, направлено преимущественно на применение новых знаний для достижения практических целей, решения конкретных задач. - монодисциплинарное исследование проводится в рамках отдельной науки. - междисциплинарное исследование требует участия специалистов различных областей и проводится на стыке нескольких научных дисциплин. - комплексное исследование проводится с помощью системы методов и методик, посредством которых ученые стремятся охватить максимально (или оптимально) возможное число значимых параметров изучаемой реальности. - однофакторное или аналитическое исследование направлено на выявление одного, наиболее существенного, по мнению исследователя, аспекта реальности. - поисковое исследование, направлено на определение перспективности работы над темой, отыскивание путей решения научных задач. - критическое исследование проводится в целях опровержения существующей теории, модели, гипотезы, закона и пр. или для проверки того, какая из двух альтернативных гипотез точнее прогнозирует реальность. Критические исследования проводятся в тех областях, где накоплен богатый теоретический и эмпирический запас знаний и имеются апробированные методики для осуществления эксперимента. - уточняющее исследование. Это самый распространённый вид исследований. Их цель — установление границ, в пределах которых теория предсказывает факты и эмпирические закономерности. Обычно, по сравнению с первоначальным экспериментальным образцом, изменяются условия проведения исследования, объект, методика. Тем самым регистрируется, на какую область реальности распространяется полученное ранее теоретическое знание. - воспроизводящее исследование. Его цель — точное повторение эксперимента предшественников для определения достоверности, надежности и объективности полученных результатов. Результаты любого исследования должны повториться в ходе аналогичного эксперимента, проведенного другим научным работником, обладающим соответствующей компетенцией. Поэтому после открытия нового эффекта, закономерности, создания новой методики и т.п. возникает лавина воспроизводящих исследований, призванных проверить результаты первооткрывателей. Воспроизводящее исследование — основа всей науки. Следовательно, метод и конкретная методика эксперимента должны быть интерсубъективными, т.е. операции, проводимые в ходе исследования, должны воспроизводиться любым квалифицированным исследователем. - разработка — научное исследование, внедряющее в практику результаты конкретных фундаментальных и прикладных исследований. Метод - это способ достижения цели. Под методом исследования в науке понимается способ построения и обоснования научного знания (тео­ретического или прикладного) для достижения поставленной цели. С философской точки зрения методы можно условно разделить на всеобщий (материалистическая диалектика), действующий во всех облас­тях науки и на всех этапах исследования; общенаучные (для всех наук); частные (для определенных наук); специальные (для данной науки). Среди общенаучных методов, которые широко применяются и в тех­нических науках, можно выделить следующие: 1) наблюдение - способ познания объективного мира, основанный на непосредственном восприятии предметов и явлений при помощи органов чувств без вмешательства в процесс со стороны исследователя; 2) сравнение - установление различия или сходства между объектами материального мира как при помощи органов чувств, так и при помощи специальных устройств; 3) счет - нахождение числа, определяющего количественное соот­ношение однотипных объектов или их параметров, характеризующих те или иные свойства; 4) измерение - физический процесс определения численного значе­ния некоторой величины путем сравнения ее с эталоном; 5) эксперимент - лабораторный, полупромышленный, промышлен- но-производственный метод, связанный с постановкой исследований, на­правленных на проверку теорий, выявления отдельных свойств объекта и закономерностей его измерения; 6) анализ - расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства или отношения) с целью их всестороннего изучения; 7) синтез - соединение ранее выделенных частей предмета в единое целое; 8) абстрагирование (идеализация) ~ мысленное отвлечение от несу­щественных свойств, связей и отношений изучаемого явления, предмета с одновременным выделением интересующих исследователя свойств и от­ношений (идеальный газ, идеально упругое изотропное однородное тело); 9) обобщение - прием мышления, в результате которого устанавли­ваются общие свойства и признаки объектов; 10) индукция - метод исследования и способ рассуждения, в котором общий вывод строится на основе частных предпосылок (умозаключение от фактов к некоторой гипотезе, утверждению); 11) дедукция - способ рассуждения, посредством которого из общих посылок с необходимостью следует заключение частного характера (умо­заключение о некотором элементе множества на основании знания общих свойств всего множества); 12) аналогия - прием познания, при котором на основе сходства объ­ектов (предметов, явлений) в одних признаках заключают об их сходстве и в других признаках; 13) исторический - предполагает исследование возникновения, фор­мирования и развития объектов в хронологической последовательности, что позволяет получить дополнительные знания об изучаемом объекте (явлении) в процессе их развития; 14) моделирование (физическое, аналоговое, математическое и т.д.) - изучение объекта (оригинала) путем создания и исследования его копии (модели), которая замещает оригинал с определенных сторон, интере­сующих исследователя; 15) классификация - разделение всех изучаемых предметов на от­дельные группы в соответствии с каким-либо важным признаком (по од­ному или нескольким); 16) системные методы (исследование операций, теория массового обслуживания, теория управления, теория множеств, системный анализ и др.) - исследование сложных систем с многообразными связями и боль­шим количеством одновременно влияющих факторов; 17) вероятностно-статистические методы - позволяют исследо­вать случайные, вероятностные (стохастические) процессы в условиях не­прерывно меняющейся обстановки и выявлять определенные закономер­ности, связи, в которых каждому аргументу соответствует множество зна­чений функций. Научный метод как таковой условно подразделяют на методы, ис­пользуемые на каждом уровне исследований: эмпирический, эксперимен­тально-теоретический, теоретический и метатеоретический. К методам эмпирического уровня относятся наблюдение, сравнение, счет, измерение, анкетный опрос, собеседование, тесты и т. д. С помощью этих методов изучаются конкретные явления, на основе которых форми­руются научные гипотезы. Методы экспериментально-теоретического уровня (эксперимент, анализ, синтез, индукция, дедукция, моделирование, гипотетический, ло­гический и исторические методы) помогают исследователю не только со­брать факты, но проверить их, затем систематизировать, выявить неслу­чайные зависимости и определить причины, следствия. Методы теоретического уровня (абстрагирование, идеализация, фор­мализация, анализ и синтез, индукция и дедукция, аксиоматика, обобще­ние и т. д.) позволяют производить логическое исследование собранных фактов, вырабатывать понятия и суждения, делать умозаключения. На тео­ретическом уровне научное мышление освобождается от эмпирической описательности, создает теоретические обобщения. С помощью методов метатеоретического уровня (диалектический метод и метод системного анализа) исследуются сами теории и разрабаты­ваются пути их построения, обосновываются пути синтезирования не­скольких теорий. Одна из основных задач данного уровня исследований - познание условий формализации научных теорий и выработка формализо­ванных языков (метаязыков). В основе системного анализа лежит понятие системы, под которой понимается множество объектов, обладающих заранее определенными свойствами с фиксированными между ними отношениями. Задача состоит в выборе наилучшего решения путем сравнения всех возможных альтерна­тив (комбинаций). Системный анализ как бы состоит из четырех основных этапов. Пер­вый этап - это постановка задачи (определяют объект, дели и задачи ис­следований). Второй этап - выделение границ изучаемой системы и опре­деление ее структуры (составных частей системы - элементов и взаимо­действий между ними). На третьем этапе составляется математическая мо­дель исследуемой системы на формальном, например, алгоритмическом языке. Четвертый этап - анализ полученной математической модели, оп­тимизация (или рационализация) системы путем нахождения оптимума рассматриваемой функции (математической модели процесса, системы и т. д.). При этом в качестве критерия оптимизации используют обычно один основной показатель, который может принимать экстремальные значения (максимальный выход продукции, минимальная себестоимость добычи и переработки и т. д.), а в других (частных) случаях устанавливают порого­вые предельно допустимые значения. Лекция № 4 Элементы методологии научного творчества. Проблемы и структура научного мышления Элементы теории и методологии научно-технического творчества Методология науки, в традиционном понимании, — это учение о методах и процедурах научной деятельности, а также раздел общей теории познания (гносеологии), в особенности теории научного познания (эпистемологии) и философии науки. Методология, в прикладном смысле, — это система (комплекс, взаимосвязанная совокупность) принципов и подходов исследовательской деятельности, на которые опирается исследователь (учёный) в ходе получения и разработки знаний в рамках конкретной дисциплины — физики, химии, биологии и других научных дисциплин. По мне­нию многих ученых, методология науки дает характеристику компо­нентов научного исследования — его объекта, предмета анализа, задачи исследования, совокупности исследовательских средств, не­обходимых для решения задачи данного типа, а также формирует представление о последовательности движения исследователя в про­цессе решения задачи. Основная задача методологии науки заключается в обеспечении эвристической формы познания системой строго выверенных и прошедших апробацию принципов, методов, правил и норм (Эври́стика (от др.-греч. ευρίσκω (heuristiko), лат. Evrica — «отыскиваю», «открываю») — отрасль знания, изучающая творческое, неосознанное мышление человека). В частности, для достижения успеха в исследовательской деятельности (например, в области правоведения) учёный должен овладеть «секретом» метода и обладать эвристической технологией научного мышления. Овладеть существующей методологией необходимо, потому что далеко не каждый исследователь может создать собственную, оригинальную методологию научного исследования, у которой нашлось бы достаточно последователей, чтобы он мог заявить с полным на то основанием о создании собственной научной школы. Поэтому основная часть исследователей должна примкнуть к существующим направлениям (методикам), используя проверенные методологические приёмы для достижения научных результатов. Вместе с термином «методология» часто используются еще три понятия: методологический принцип, подход и парадигма. Методо­логический принцип играет роль нормативной координаты или ори­ентира, организующего и направляющего ход научного исследования к намеченной цели (принципы верификации, фальсификации и т.д.). Методологический подход включает в себя установки, группу методов и приемов, имеющих общее основание (системный, комплексный, междисциплинарный и другие подходы). Методологическая пара­дигма — это совокупность методологических оснований (норм, на­учной картины мира, главенствующих научных идей и принципов), характерных для определенного исторического этапа науки, регули­рующих научное познание (методологические парадигмы классичес­кой, неклассической, современной науки). В литературе принято различать методологию естественных наук и гуманитарных. Существует общность методов, установок, прин­ципов у естественнонаучного и гуманитарного знания, но не менее важны и различия. Если в основе естественных наук лежит генера­лизирующий (номотетический) метод, то в основе гуманитарных (шире — социально-гуманитарных) наук лежит метод индивидуали­зирующий (идиографический). Номотетический подход направлен на выявление общих закономерностей, а идиографический — на по­иск особенного и уникального в объекте или явлении. Поэтому счи­тается, что естественнонаучное познание стремится к описанию и объяснению объекта, а социально-гуманитарное — к его пониманию. Кроме того, методология естественнонаучного познания ориенти­рована на получение знаний вне их аксиологического (ценностного) контекста. Науки о природе описывают, как устроен мир, не говоря при этом, хорошо или плохо он устроен, тогда как социально-гуманитарные науки обязательно включают аспекты должного (жела­емого, ценного), т.е. субъективные предпочтения и оценочные суж­дения. Существенное различие заключается в обосновании достовер­ности знания. Если для естественнонаучного знания проблема до­стоверности в конечном счете определяется практической провер­кой, постановкой научного эксперимента, то в гуманитарной об­ласти достоверность определяется глубиной понимания, интерпретации и аргументации. Социально-гуманитарная мысль диалогична, логика диалога во многом заменяет эксперимент. Творчество — мышление в его высшей форме, выходящее за пределы известного, а также деятельность, порождающая нечто качественно новое. Последняя включает в себя постановку или выбор задачи, поиск условий и способа ее решения и в результате — создание нового. Творчество может иметь место в любой сфере дея­тельности человека: научной, производственно-техниче­ской, художественной политической и т. д. В частности, научное творчество связано с познанием окружающего мира. Научно-техническое (или просто техническое) творчество имеет прикладные цели и на­правление на удовлетворение практических потребностей человека. Под ним понимают поиск и решение задач в об­ласти техники на основе использования достижений науки. В течение всей человеческой истории ученые и изобре­татели прошлого для создания нового использовали ма­лопроизводительный метод «проб и ошибок». Бессистем­но перебирая большое количество возможных (мысли­мых) вариантов, они находили (иногда!) нужное решение. При этом чем сложнее задача, чем выше ее творче­ский уровень, тем больше возможных вариантов ее реше­ния, тем больше «проб» нужно совершить. В связи с этим творческие находки имели преимущественно случайный характер. От первой повозки с колесами до изобретения колеса со ступицей и спицами (2 тыс. лет до н. э.) про­шло около двух тысячелетий. Однако история человече­ства показывает, что в целом период реализации творче­ских идей имеет ярко выраженную тенденцию к сокра­щению. Действительно, если от печатных досок до изобретения книгопечатания (1440) прошло «лишь» шесть веков и затем до создания печатной машинки че­тыре века, то, например, транзистор, изобретенный в 1948 г., был реализован в 1953 г. В эпоху современной научно-технической революции потребность в новых технических решениях высокого уровня существенно возросла и продолжает увеличиваться, что постоянно повышает, требования к производительности, эффективности и качеству творческого труда. Реализация этой задачи возможна только на основе качественной перестройки стиля мышления, разработки теории и методологии научно-технического творчества и их практического использования. Творчество представляет собой явление, относящееся прежде всего к конкретным субъектам и связанное с осо­бенностями человеческой психики, закономерностями высшей нервной деятельности, умственного труда. Одни ученые считают, что мышление начинается там, где соз­далась проблемная ситуация, которая предполагает поиск решения в условиях неопределенности, дефицита информации. Другие утверждают, что определяющим ме­ханизмом творчества является не логика, а интуиция. «Посредством логики доказывают, посредством интуиции изобретают», — говорил А. Пуанкаре. И действитель­но, интуиция нередко помогает в поиске правильного ре­шения, однако при этом следует отметить, что если раньше явление интуиции относилось к чему-то мистиче­скому и сверхъестественному, то в настоящее время до­казали, что интуиция имеет материалистическое объяс­нение и представляет собой быстрое решение, полученное в результате длительного накопления знаний в данной области и, следовательно, длительной подготовки. Это, скорее, итог умственной деятельности, чем начало. Таким образом, интуиция приходит в качестве вознаграждения за труд ученого и поэтому сложному механизму творче­ского мышления присущи как интуиция, так и логика. Специфический акт творчества — внезапное озарение (инсайт) — заключается в осознании чего-то, всплывше­го из глубин подсознания, в схватывании элементов ситуа­ции в тех связях и отношениях, которые гарантируют ре­шение задач. Поиск решения творческой задачи у заинтересованно­го и квалифицированного ученого всегда продолжается в подсознании, в результате чего могут быть решены самые сложные задачи, причем сам процесс обработки информации при этом не осознается. В сознании отража­ется лишь результат (если он получен). Поэтому иссле­дователю иногда кажется, что на него ниспослано оза­рение, что удачная мысль пришла неведомо откуда. Можно констатировать, что человек использует это яв­ление каждый раз, когда он откладывает какое-нибудь дело, чтобы дать мыслям созреть, и, таким образом, рас­считывает на работу своего подсознания. Одной из проблем творчества является его мотивационная структура. Мотивации (побуждения) свя­заны с потребностями, которые делятся на три группы: биологические, социальные и идеальные (познаватель­ные). Биологические потребности (например, принцип экономии сил) лежат в основе житейской изобретательности и совершенствовании навыков, но могут приобрести и самодовлеющее значение, превратившись в лень. Сре­ди социальных потребностей мотивами к творчеству могут быть стремление к материальному вознаграждению, к почету и уважению в обществе. Идеальные — состав­ляют потребности познания в самом широком смысле. Они ведут свое происхождение от потребности в инфор­мации, изначально присущей всему живому, наряду с по­требностью в притоке вещества и энергии. Удовлетворе­ние любой потребности требует информации о путях и способах достижения цели. Но существует потребность в информации и как стремление к новому, ранее не из­вестному. Наиболее важным для творчества видом мыш­ления является воображение. Творческому вооб­ражению, фантазии принадлежит решающая роль в со­здании нового и развитии общества. Эта способность должна постоянно развиваться, стимулироваться и тре­нироваться. Различают три типа воображения: логиче­ское (выводит будущее из настоящего путем логических преобразований); критическое (ищет, что именно в со­временной системе несовершенно, и нуждается в изме­нении); творческое (рождает принципиальные новые идеи и представления, опирающиеся на элементы дейст­вительности, но не имеющие пока прообразов в реаль­ном мире). Активизация творческого мышления предполагает знание факторов, отрицательно влияющих на него. К числу таких факторов относится отсутствие гибкости мышления, сила привычки, узкопрактический подход, чрезмерная специализация, влияние авторитетов, боязнь критики, страх перед неудачей, чересчур высокая само­критичность, лень. Противоположностью творческого воображения яв­ляется психологическая инерция мышле­ния, связанная со стремлением действовать в соответ­ствии с прошлым опытом и знаниями, с использовани­ем стандартных методов и т. д. В связи с этим необходимо формулировать техниче­ские задания таким образом, чтобы исключить возмож­ность психологической инерции и ее отрицательного влияния на творчество, стремиться всемерно развивать творческое воображение. Творческая личность обладает рядом особенностей и прежде всего умением сосредоточить внимание и долго удерживать его на каком-либо вопросе или проблеме. Это одно из важнейших условий успеха в любом виде деятельности. Без упорства, настойчивости, целенаправ­ленности немыслимы творческие достижения. Лекция № 5 Диалектика познания как фундамент научного творчества. Диалектика исследований (Законы диалектики, их суть и примеры использования. Философские категории) Диалектика (греческое — искусство вести беседу, спор). Диа­лектика — философская теория, метод и методология научного по­знания и творчества. Выбор того или иного метода в значитель­ной степени обусловлен природой исследуемых явлений, прису­щими им закономерностями. Практически каждая область науки и практики имеет свои, присущие только ей методы. Философия, обобщая все достижения человечества, выработала метод позна­ния мира, который дает возможность исследователю понять и объяснить различные явления действительности. Законы диалектики. История науки и техники есть история познания законов природы. Но открытие законов — не самоцель науки. Ее задача обслуживать практику, помочь осуществлению практической деятельности на более высоком уровне. Суть диалектики — закон единства и борьбы противопо­ложностей. Он раскрывает источники, причины движения и раз­вития материального мира. Анализ противоречий объективной действительности, раскрытие их природы — важнейшее требо­вание любого исследования. Противоположности и есть те внут­ренние стороны, тенденции, силы предмета, которые исключают, а вместе с тем и предполагают друг друга. Их неразрывная взаи­мосвязь составляет единство противоположностей. Основную идею диалектического понимания развития лю­бой науки выражает закон единства и борьбы противоположно­стей. Именно борьба противоположностей является источником, движущей силой развития науки. Например — разработка месторождений полезных ископае­мых по сути противоречива. Прежде всего, это противоречие ме­жду человеком и природой, между средствами и способами раз­работки, с одной стороны, и условиями залегания — с другой. Условия отработки месторождений полезных ископаемых год от года изменяются, и у человека сложилась постоянная необходи­мость видоизменять (усовершенствовать) средства и способы раз­работок. Это противоречие разрешается путем замены одних средств производства другими более совершенными. Между спо­собами отработки и условиями устанавливается некоторое соот­ветствие, которое с течением времени опять нарушается, и так до бесконечности. Единство и борьба противоположностей в горном деле ведет к поступательному, прогрессивному его развитию. Диалектический метод рассматривает горное производство в со­стоянии непрестанного самодвижения, самообновления, измене­ния, т.е. все явления должны рассматриваться не только с точки зрения их взаимосвязи и обусловленности, но и с точки зрения их движения, развития, изменения. Диалектика различает внутренние и внешние противоречия, однако главными в развитии являются внутренние противоречия. Изменение внешней среды дает лишь толчок развитию и может его интенсифицировать или тормозить. Противоречия могут быть антагонистическими и неантагонистическими, основными и не основными. Например: в настоящее время главным движущим противоре­чием в развитии горного дела является противоречие между уровнем горной науки и состоянием горного производства. Это противоречие имеет две стороны: во-первых, общество в процес­се развития выдвигает перед горной наукой новые требования (например, сейчас в связи с усложнением горно-геологических условий при существующей экономической и экологической конъюнктуре разработка новых месторождений традиционными методами неэффективна, т.е. налицо потребность в принципи­ально новых технических решениях разработки, которые могут быть предложены только при достижении нового, более высоко­го уровня развития науки); во-вторых, это противоречие между уровнем знаний и уровнем производства, когда ряд принципи­альных научных открытий по тем или иным причинам не находит практического применения. Исследование и раскрытие противоречий горного производст­ва — важное условие прогресса горной науки, задача которой и состоит в том, чтобы выявить тенденции развития противоречий и на этой основе определить общее направление процессов раз­вития горного дела. Как, каким образом происходит процесс развития, каков ме­ханизм — об этом говорит закон перехода количественных изменений в качественные. Качество проявляется в свойствах, благодаря чему один предмет отличается от других. Совокупность свойств — каче­ство. Количество характеризует предмет со стороны степени развития или интенсивности присущих ему свойств, величины объема и т.д. Как правило, количество выражается числом. Коли­чество и качество едины, они представляют собой стороны одного и того же предмета. Но изменение качества приводит к измене­нию предмета, т.е. к превращению в другой предмет. Изменение же количества не приводит к изменению качества. Единство количества и качества — мера. Это своего рода граница, рамки, в которых предмет остается самим собой. Нару­шение меры (определенного соотношения количества и качества) приводит к изменению предмета, превращению его в другой. Количественные изменения носят медленный, непрерывный характер, тогда как качественные изменения прерывны и скачко­образны. В исследованиях надо помнить, что развитие всегда представляет собой единство количественных (непрерывных) и качественных (скачкообразных) изменений. Из сказанного видно, что всем предметам и явлениям свой­ственны количественные и качественные определенности, кото­рые между собой взаимосвязаны. В процессе развития незамет­ные, постепенные количественные изменения в форме скачка пе­реходят в коренные, качественные. Характер и формы совершенствования горного дела, спосо­бов ведения разработок и решения других горных проблем гор­ная наука определяет, основываясь на диалектическом законе пе­рехода количественных изменений в качественные. Действие этого закона в горном деле особенно наглядно проявляется в развитии способов разработки. Создание новой техники влечет за собой преобразование способов ведения горных работ, но это происходит не сразу с появлением новых средств, а лишь тогда, когда они начинают применяться количе­ственно и ведут к качественным изменениям. Известно, например, что горные комбайны для добычи угля появились еще в начале века. Однако в силу их незначительного количества и несовер­шенства это еще не могло привести к качественным изменениям характера разработки. И только с организацией их массового производства возникли новые способы разработки и изменились их показатели. Закон перехода количественных изменений в каче­ственные требует внимательного отношения к тем переменам, которые происходят в техническом оснащении горного производ­ства, своевременного определения обусловленных ими количест­венных изменений качественных перспектив. Тенденции развития технологического процесса раскрывают­ся наукой на основе диалектического закона отрицания отри­цания. Закон отрицания отрицания раскрывает общее направление, тенденцию развития материального мира. «Ни в одной области не может происходить развитие, не отрицающее своих прежних форм существования» (К. Маркс, Ф. Энгельс, соч. т. 4, с. 297). От­рицание — результат внутреннего развития, оно присуще разви­тию познания, науки. В результате отрицания разрешается какое-то противоречие, но развитие не останавливается, оно подготавливает новые предпо­сылки, условия для нового отрицания, то есть происходит отрица­ние отрицания. Иллюстрацией этого закона является история развития горного дела, начавшаяся с простого собирания полезных камней по доли­нам рек. Горные разработки в виде шахт и рудников начали углуб­ляться в недра, их сменили открытые разработки, когда благодаря механизации процессов стало возможным перелопачивать огром­ные массы горных пород. В дальнейшем в связи с исчерпанием ме­сторождений, пригодных для открытой разработки, горное дело будет основываться опять на подземной эксплуатации месторож- дений, но уровень ее будет другой. Это будет подземная разра­ботка через скважины, т.е. геотехнологические методы разработ­ки должны стать в будущем основой горного дела. Таким образом, процесс развития горного дела представляет собой цепь проявлений диалектических закономерностей. Со­держание этого процесса включает в себя преодоление старого, отжившего и утверждение нового, накопление положительного опыта и критическую его переработку применительно к изме­нившимся условиям разработки. Основываясь на законе отрица­ния, горная наука должна рассматривать каждый процесс, опе­рацию в технологии добычи полезных ископаемых как звено в общей цепи поступательного развития горного дела и в соответ­ствии с этим определять пути его преобразования. Любая наука — это система законов и наиболее общих по­нятий (категорий), являющихся ее основой. Философские категории — это понятия, отражающие общие черты и связи, стороны и свойства действительности. Они имеют объективный характер. Это, прежде всего, такие категории, как материя, сознание, движение, пространство, время, противоречие, количество, качество, скачок, отрицание и др. Общее свойство всех предметов и явлений — быть объектив­ной реальностью, существовать вне нашего сознания и отражать­ся им, и выражает категорию материи. Движение — форма сущест­вования материи. Формы его разнообразны, взаимосвязаны и нераз­рывны. Категория пространства отражает свойства материаль­ных тел обладать протяженностью, занимать определенное место. Всеобщее свойство материальных процессов протекать друг за другом в определенной последовательности, обладать длительно­стью и последовательностью отражает понятие времени. Созна­ние — свойство человеческого мозга отражать в форме обра­зов внешний мир, регулировать взаимоотношения личности с ок­ружающей действительностью, осмысливать и совершенствовать свой внутренний духовный мир. Являясь итогом всей предыдущей деятельности, категории диалектики имеют громадное значение для исследовательской работы, именно они помогают разобраться в сложной сети явле­ний природы, вскрыть ее закономерности и связи. Каждый предмет или явление материального мира есть еди­ничное, или отдельное, но любое отдельное существует в связи с другими предметами и явлениями. Общее и составляет то, что присуще множеству единичных, отдельных предметов, явлений. Т.е. всякое отдельное есть так или иначе общее. Учет диа­лектики единичного и общего, в научной работе дает возмож­ность глубоко разобраться во всей сложности многообразных процессов объективной реальности, вскрыть ее закономерности и использовать их в практической деятельности. Представление о том, что представляет данный предмет или явление, дают категории содержания и формы. Содержание — со­вокупность элементов и процессов, образующих данный предмет или явление. Форма — это структура, организация содержания внутренне присущая данному содержанию. Содержание и форма неотделимы друг от друга, они едины. Содержание определяет форму, так как первое отличается большей активностью и в силу присущих ему противоречий постоянно развивается, а при измене­нии содержания изменяется и форма. В то же время форма активно воздействует на содержание, способствует или тормозит его разви­тие. Например, форма организации научно-исследовательских ра­бот может способствовать или тормозить исследовательскую ра­боту коллектива. Сущность — это главная внутренняя относительно устойчи­вая сторона предмета. Сущность определяет природу предмета, из нее вытекают все остальные стороны и признаки. Явление — внешнее непосредственное проявление сущно­сти, форма ее проявления. Явление — это та же сущность, но взятая со стороны проявления ее в непосредственной действительности. Задача исследователя — за множеством явлений, внешних сторон, черт действительности отыскать сущность — внутренние глубин­ные процессы, лежащие в их основе. Познание сущности необхо­димо, поскольку явление часто дает обманчивое представление о природе процесса. Исследователь при изучении явлений должен быть связан с выявлением категорий причины и следствия. Как известно, вся­кое явление имеет свои естественные причины и вызывает опре­деленные следствия, т.е. служит источником других явлений. По­этому всякое исследование необходимо начинать с установления причинно-следственных отношений. Причиной называется явле­ние (или группа взаимодействующих явлений), вызывающее новое явление. Явление, возникающее в результате действия причины, называется следствием. Причину нельзя смешивать с поводом — событием, предшествующим следствию и давшим толчок к его действию. Причину следует отличать от условий, в которых она действует. Причинность имеет всеобщий, универсальный ха­рактер. Явление (или событие), которое при определенных условиях обязательно наступает, называется необходимостью, в отли­чие от последней случайность не обязательна. Одно и то же со­бытие и необходимо и случайно, они диалектически взаимосвяза­ны. Авария в шахте случайна по отношению к предприятию, но является необходимым следствием горно-геологических условий, а может быть халатности руководящего персонала. Необходимость — главное направление, тенденция развития, но пробивает себе дорогу через массу случайностей, которые до­полняют необходимость, представляют собой форму ее проявле­ния. Исследователь должен ориентироваться на познание необ­ходимости. Всякая необходимость сначала существует в форме возможности, которая превращается в действительность только при наличии благоприятных условий. Предпосылки для возник­новения нового, имеющиеся в существующем, получили назва­ние возможности. Действительность — это реализованная воз­можность. Абстрактная возможность — возможность, кото­рая в данных условиях не может быть реализована. Реальная возможность — осуществима. Итак, используя в работе законы и категории диалектики, ис­следователи лучше смогут ориентироваться в изучении матери­ального мира, который они призваны познавать. Лекция №6 Методы активизации научного творчества и решения изобретательских задач Чем труднее изобретательская задача, тем больше вариантов приходится перебрать, чтобы найти решение. А раз так, то прежде всего надо повысить количество вариантов, выдвигаемых в единицу времени. Понятно также, что для обнаружения сильного решения нужно иметь среди рассматриваемых идей побольше оригинальных, смелых, неожиданных. Цель методов активизации поиска и состоит в том, чтобы: 1) сделать процесс генерирования идей интенсивнее и 2) повысить «концентрацию» оригинальных идей в общем их потоке. Решая задачу, изобретатель сначала долго перебирает привычные, традиционные варианты, близкие ему по специальности. Иногда ему вообще не удается уйти от таких вариантов. Идеи направлены по «вектору психологической инерции» - в сторону, где меньше всего можно ожидать сильных решений. Психологическая инерция обусловлена самыми различными факторами: тут и боязнь вторгнуться в чужую область, и опасение выдвинуть идею, которая может показаться смешной, и незнание элементарных приемов генерирования «диких» идей. Методы активизации поиска помогают преодолевать эти барьеры. Наибольшей известностью среди этих методов пользуется мозговой штурм, предложенный Алексом Осборном (США) в 40-х годах. Он заметил, что одни люди больше склонны к генерированию идей, другие - к их критическому анализу. При обычных обсуждениях «фантазеры» и «критики» оказываются вместе и мешают друг другу. Осборн предложил разделить этапы генерирования и анализа идей. За 20-30 минут группа «генераторов идей» выдвигает несколько десятков идей. Главное правило - запрещена критика. Можно высказывать любые идеи, в том числе и заведомо нереальные (они играют роль своеобразного катализатора, стимулируя появление новых идей). Желательно, чтобы участники штурма подхватывали и развивали выдвинутые идеи. Вторая группа — это «эксперты», выносящие суждение о ценности выдвинутых идей. В ее состав луч­ше включать людей с аналитическим и критическим складом мышления. Если штурм хорошо организован, удается быстро уйти от идей, навязываемых психологической инерцией. Никто не боится предложить смелую идею, возникает доброжелательная творческая атмосфера, и это открывает путь всевозможным смутным идеям и догадкам. В штурме обычно участвуют люди разных профессий; идеи из разных областей техники сталкиваются, иногда это дает интересные комбинации. Осборн построил процесс генерации идей так, чтобы расковать подсознание: в группе «генераторов идей» не должно быть начальства, надо стремиться к созданию непринужденной обстановки. Иногда к концу штурма возникает своего рода ажиотаж, и «генераторы идей» высказывают предложения, не успевая их обдумать. Идеи возникают как бы непроизвольно, неосознанно, неуправляемо. А магнитофон записывает каждое слово... Полученные при штурме идеи передаются на экспертизу группе «критиков». При этом «критики» должны стремиться выявить рациональное зерно в каждой идее. В 50-е годы с мозговым штурмом связывались большие надежды. Потом выяснилось, что трудные задачи штурму не поддаются. Были испробованы различные модификации штурма (индивидуальный, парный, массовый, двухстадийный, «конференция идей», «кибернетическая сессия» и т. д.). Эти попытки продолжаются и сейчас. Но уже ясно, что мозговой штурм эффективен только при решении несложных задач. Хорошие результаты чаще всего удается получить, «штурмуя» не изобретательские, а организационные проблемы (найти новое применение для выпускаемой продукции, усовершенствовать рекламу и т. д.). Существуют и другие методы активизации поиска. Например, метод фокальных объектов состоит в том, что признаки нескольких случайно выбранных объектов переносят на совершенствуемый объект, в результате чего получаются необычные сочетания, позволяющие преодолевать психологическую инерцию. Так, если случайным объектом взят «тигр», а совершенствуемым (фокальным) «карандаш», то получаются сочетания типа «полосатый карандаш», «хищный карандаш», «клыкастый карандаш». Рассматривая эти сочетания и развивая их, иногда удается прийти к оригинальным идеям. При морфологическом анализе, предложенном швейцарским астрофизиком Цвикки, сначала выделяют оси - главные характеристики объекта, а затем по каждой оси записывают элементы - всевозможные варианты. Например, рассматривая проблему запуска автомобильного двигателя в зимних условиях, можно взять в качестве осей источники энергии для подогрева, способы передачи энергии от источника к двигателю, способы управления этой передачей и т. д. А элементами для оси «источники энергии» могут быть: аккумулятор, химический генератор тепла, бензогорелка, работающий двигатель другой машины, горячая вода, пар и т. д. Имея запись элементов по всем осям и комбинируя сочетания разных элементов, можно получить очень большое число всевозможных вариантов. В поле зрения при этом могут попасть и неожиданные сочетания, которые едва ли пришли бы на ум «просто так». По методу контрольных вопросов, как показывает само название, поиск направляется списками наводящих вопросов. Такие списки предлагались разными авторами. Типичные вопросы: а если сделать наоборот? А если заменить эту задачу другой? А если изменить форму объекта? А если взять другой материал? Наиболее сильный метод активизации поиска - синектика, предложенный Уильмом Гордоном. Слово «синектика» - греческого происхождения и означает соединение воедино различных, а порой даже очевидно несовместимых элементов. В основу синектики положен мозговой штурм, но этот штурм ведет профессиональная или полупрофессиональная группа, которая от штурма к штурму накапливает опыт решения задач. При синектическом штурме допустимы элементы критики и, главное, предусмотрено обязательное использование четырех специальных приемов, основанных на аналогии: прямой (как решаются задачи, похожие на данную?), личной (попробуйте войти в образ данного в задаче объекта и попытайтесь рассуждать с этой точки зрения), символической (дайте в двух словах образное определение сути задачи), фантастической (как эту задачу решили бы сказочные персонажи?). В практике массового технического творчества ис­пользуется также методика программного решения научно-технических задач (алгоритм решения изобрета­тельских задач (АРИЗ)). Понятие «алгоритм» подразу­мевает комплекс последовательно выполняемых дейст­вий. Задачи в АРИЗ рекомендуется формулировать (в терминах, доступных неспециалисту) в виде нежела­тельного эффекта или главной трудности, а не цели. Смысл процесса решения по АРИЗ состоит в том, что­бы после выявления технических и физических противо­речий разрешить их путем целенаправленного перебора относительно небольшого числа вариантов. Методы активизации поиска универсальны, их можно применять для решения любых задач - научных, технических, организационных и др. Принципиальный недостаток этих методов - непригодность при решении достаточно трудных задач. Штурм (простой или синектический) дает на порядок больше идей, чем обычный метод проб и ошибок. Но этого мало, если «цена» задачи 10 000 или 100 000 проб. Вышеперечисленные методологические средства твор­ческого поиска могут использоваться исследователем в разных сочетаниях и последовательностях, но общую схему решения научно-технических задач можно пред­ставить в виде следующих этапов: анализ технических потребностей общества и выяв­ление технического недостатка; анализ систем задач и выбор конкретной задачи; анализ технической системы и разработка ее модели; анализ и формулировка условий технической задачи; анализ и формулировка условий изобретательской задачи; поиск идеи решения (принципа действия); синтез нового технического решения. На первом этапе могут использоваться, например, ме­тоды прогнозирования. Морфологический анализ можно использовать на разных этапах процесса решения зада­чи. АРИЗ включает в себя этапы от анализа техниче­ской системы до поиска идеи решения (включительно). В настоящее время известны сотни эвристических ме­тодов поиска решения проблемных задач, но выше рас­смотрены лишь те методы, которые достаточно широко используются в творческой деятельности. Каждый спе­циалист должен знать эти методы и научиться исполь­зовать их в своей творческой работе. Лекция №7 Методология диссертационного исследования Требования к диссертации как виду научного произведения (рукописи): 1) Диссертация – квалификационная работа, выполняемая с целью публичной защиты и получения ученой степени. 2) В диссертации, в отличие от других видов научных произведений (статей, тезисов докладов, монографий) результаты исследования должны отражаться наиболее полно. 3) Диссертация должна содержать новый материал, полученный диссертантом как в процессе обобщения известных результатов (компиляция), так и в получении собственных результатов. 4) Результаты диссертации должны быть объективными, то есть опираться на объективные факты, но не исключает их субъективной оценки. 5) Диссертация должна отвечать критериям целостности, то есть все главы и параграфы должны быть посвящены заявленным целям, объекту и предмету исследования. 6) Системность диссертации означает, что структура работы должна быть построена по принципам логической взаимосвязи глав, разделов, параграфов и т.д., то есть исключает механическое соединение разделов. 7) Соответствие объема текста и смысловой значимости. 8) В тексте диссертации не должно быть ярко выражены личные пристрастия, эмоции и использование «Я». Методологический аппарат диссертации: 1. Актуальность темы диссертации 2. Объект исследования. 3. Предмет исследования. 4. Цель исследования. 5. Гипотеза исследования. 6. Задачи исследования. 7. Теоретические и методологические основы и методы исследования. 8. Научная новизна диссертационной работы. 9. Значимость полученных результатов для теории. 10. Значимость полученных результатов для практики. Актуальность темы диссертации. Она отражает степень важности работы в данный момент времени или ситуации, а также в заявляет о возможном положительном эффекте. Следует говорить об актуальности конкретной проблемы, а не научного направления в целом (узко и конкретнее). Выявлению актуальности и проблем хорошо помогает установление противоречий межу существующими (традиционными) теориями и подходами и потребностями современной практики Не следует жалеть время на обоснование актуальности и проблематики темы исследования, это все равно что экономить на прицеливании при стрельбе. Объект и предмет исследования. Объект исследования – это процесс или явление, порождающее проблемную ситуацию и избранное для исследования (примеры: машиностроительные предприятия единичного производства; процесс логистики; организационные структуры управления, производственный персонал предприятия и т.д.). Предмет исследования – аспект, ракурс, сторона и т.д. объекта, которая подлежит изучению (например, система мотивации производственного персонала машиностроительного предприятия). Формулировка темы диссертации должна близко совпадать с предметом исследования. Цель. Цель – это формулировка в общем виде того, что должно быть достигнуто в ходе исследования (например, «Разработка методов оценки эффективности внедрения управленческих инноваций в коммерческих банках». Гипотеза. Гипотеза - научное предположение, выдвигаемое для объяснения каких либо явлений, формулируемое с учетом опыта работы и эмпирических наблюдений . Выдвигая гипотезу, диссертант ставит перед собой вопросы, в каком направлении он должен двигаться. В ходе исследования может быть выдвинуто несколько гипотез как по работе в целом, так и по ее отдельным разделам. Задачи исследования. Цель и гипотеза исследования определяют перечень задач исследования, которые выступают как частные самостоятельные цели (подцели) Теоретические и методологические основы и методы исследования. Этот раздел диссертации предполагает описание тех концепций, теорий и методов, на которые опирался диссертант в ходе исследования. Хорошо ссылаться на работы ученых, имеющих серьезные публикации и достижения в области исследования, чтобы показать знание работ предшественников и « не изобретать велосипед». Так как в науке господствуют различные школы, зачастую противоположных взглядов, диссертант должен осознанно занять свою позицию, но при этом продемонстрировать знание подходов другой школы и обосновать свой выбор. Если в работе применяются те или иные математические методы для решения проблем (например, прогнозирования, оптимизации), то необходимо обосновать их выбор, а не просто следовать «моде» или мнению авторитетов. Это правило касается выбора любых методов, используемых в работе. Научная новизна диссертационной работы. Научную новизну желательно формулировать в предложении, состоящем из 3-х частей: 1. Описание того, «Что сделано» 2. Формулировка отличительных (от известных) признаков сделанного, «Что нового» 3. Что будет получено (достигнуто) в результате нового подхода (учета, применения). Значимость полученных результатов для теории и практики. 1. Следует отразить, в какой раздел теории могут быть положены «крупицы новых знаний из диссертации» (научная новизна и значимость для теории – разные вещи и их нельзя смешивать в одной формулировке). 2. Значимость для практики проявляется в возможности использования разработанных методов, моделей, схем и т.п. 3. «Практика» может относиться и к работе научных учреждений (например, обоснование перспективных научных направлений деятельности, выявленных в ходе работы над диссертаций), Университетам (практика образовательной деятельности), а не только к бизнесу. Лекция № 8 Основные этапы научного исследования и вопросы его планирования. Информационное обеспечение научных исследований Этапы научно-исследовательской работы Научно-исследовательская работа выполняется в опре­деленной последовательности. Вначале формулируется сама тема в результате общего ознакомления с пробле­мой, в рамках которой предстоит выполнить исследова­ние и разрабатывается основной исходный предплановый документ — технико-экономическое обоснование (ТЭО) темы. Только при наличии такого обоснования возмож­но дальнейшее планирование и финансирование темы заказчиком. В первом разделе ТЭО темы указываются причины разработки (ее обоснование), приводится крат­кий литературный обзор, в котором описываются уже до­стигнутый уровень исследований и ранее полученные ре­зультаты. Особое внимание уделяется еще не решенным вопросам, обоснованию, актуальности и значимости работы для отрасли и народного хозяйства страны. Такой обзор позволяет наметить методы решения, задачи и эта­пы исследования, определить конечную цель выполнения темы. Сюда входят патентная проработка темы и опре­деление целесообразности закупки лицензий. На стадии составления ТЭО устанавливается область использования ожидаемых результатов НИР, возмож­ность их практической реализации в данной отрасли, определяется предполагаемый (потенциальный) эконо­мический эффект за период применения новой техники (зависящей от продолжительности разработки НИР и ОКР, этапов завершения и внедрения отдельных вопро­сов). Кроме экономического эффекта в ТЭО указыва­ются предполагаемые социальные результаты (рост производительности труда, качества продукции, повы­шение уровня безопасности и производственной санита­рии, обеспечение охраны природы и окружающей сре­ды). В результате составления ТЭО делается вывод о целесообразности и необходимости выполнения НИР и ОКР. Технико-экономическое обоснование утвержда­ется отраслевым министерством. После утверждения ТЭО конкретизируются цели и задачи исследования. Составляется библиографический список отечественной и зарубежной литературы, научно-технических отчетов по теме различных организаций соответствующего про­филя, составляются аннотации литературных источников и в случае необходимости рефераты по теме, уясняются явления, процессы, предметы, которые должны охватить конкретное исследование, а также методы исследования (экспериментальные, теоретические и т.д.). Целью теоретических исследований явля­ется изучение физической сущности предмета. В резуль­тате обосновывается физическая модель, разрабатыва­ются математические модели и анализируются получен­ные таким образом предварительные результаты. Перед организацией экспериментальных ис­следований разрабатываются задачи, выбираются методика и программы эксперимента. Его эффективность существенно зависит от выбора средств измерений. При решении этих задач необходимо руководствоваться ин­струкциями и ГОСТами. Принимаемые методические решения формулируют­ся в виде методических указаний на проведение экспе­римента. После разработки методик исследования составляется рабочий план, в котором указываются объем экс­периментальных работ, методы, техника, трудоемкость и сроки. После завершения теоретических и эксперименталь­ных исследований проводится общий анализ получен­ных результатов, осуществляется сопоставление гипо­тезы с результатами эксперимента. В результате анали­за расхождений уточняются теоретические модели. В случае необходимости проводятся дополнительные эксперименты. Затем формулируются научные и произ­водственные выводы, составляется научно-технический отчет. Следующим этапом разработки темы является внед­рение результатов исследований в производство и опре­деление их действительной экономической эффективно­сти. Внедрение фундаментальных и прикладных научных исследований в производство осуществляется через раз­работки, проводимые, как правило, в опытно-конструк­торских бюро, проектных организациях, опытных заво­дах и мастерских. Разработки оформляются в виде опытно-технологических или опытно-конструкторских работ, включающих формулировки темы; цели и задачи разработки; изучение литературы; подготовку к техни­ческому проектированию экспериментального образца; техническое проектирование (разработка вариантов тех­нического проекта с расчетами и разработкой черте­жей); изготовление отдельных блоков, их объединение в систему; согласование технического проекта и его тех­нико-экономическое обоснование. После этого выполня­ется рабочее проектирование (детальная проработка проекта); изготовляется опытный образец; производятся его опробование, доводка и регулировка; стендовые и производственные испытания. После этого осуществ­ляется доработка опытного образца (анализ производ­ственных испытаний, переделка и замена отдельных уз­лов). Успешное выполнение перечисленных этапов работы дает возможность представить образец к государствен­ным испытаниям, в результате которых образец запус­кается в серийное производство. Разработчики при этом осуществляют контроль и дают консультации. Внедрение завершается оформлением акта экономи­ческой эффективности результатов исследования. Информационное обеспечение научных исследований Использование возможностей научно-технического прогресса (НТП) во многом зависит от своевременного обеспечения предприятий, учреждений и организаций страны оперативной и полной информацией о достижениях науки и техники и эффективного ее использования в научно-исследовательском, проектно-конструкторском производственном процессах и при принятии решения на всех уровнях управления. При создании новой техники в случае неполноты, недостаточной достоверности или неоперативности информации практически невозможно составить представление о лучших мировых и отечественных образцах, в связи с чем уже на стадии проектирования может быть заложена техническая отсталость. Не менее важное значение имеет задача обеспечения научных исследований удобной для восприятия информации о важнейших научных достижениях, полученных в прошлом. Таким образом, задача развития общегосударственной системы сбора, обработки, хранения, эффективного поиска и передачи информации, основанной на использовании самых современных методов и средств (в первую очередь вычислительной техники), является чрезвычайно актуальной. Методы информатики успешно применяются для создания эффективных информационных систем и составляют основу для автоматизации научных исследований, проектирования, различных производственных процессов. Информационные системы. Разработка, создание и использование информационных систем для обеспечения широкого круга потребителей информацией о достижениях науки и техники, решения экономических и управленческих задач – важный раздел современной информатики. При этом термин «информатика» может использоваться для определения как соответствующей научной дисциплины, так и связанной с ней области деятельности. Именно такой подход имеется в виду при использовании ряда родственных терминов: общегосударственная система обработки и передачи информации, государственная система научно-технической информации, система информационного обеспечения ученых и специалистов и др. Обычно эти термины обозначаются понятиями «информационная система» и «система информационного обеспечения». Важнейшим компонентом системы информационного обеспечения является новая научно-техническая информация об оригинальных идеях, научных результатов, фактах и т.д. При этом всегда существовала проблема «адресности», суть которой заключается в том, чтобы эта информация своевременно доставлялась именно тем пользователям, для которых она представляет непосредственный интерес. Система научной коммуникации стала оформляться в качестве самостоятельной системы, ответственной за хранение и распространение научных сведений и знаний. Активно развивались издательское дело, библиотеки, а позднее – реферативные, информационные и консультативные службы. Библиотеки стали активно использовать в своей работе последние достижения науки и техники и прежде всего компьютеры, ЭВМ (и соответствующие системы памяти), объединенные с современными средствами связи. Система научной коммуникации постепенно стала приобретать главенствующую роль в посредничестве между разработчиками новых сведений и потребителями, заинтересованными в их непосредственном использовании. Информационные продукты. Совокупность унифицированных сведений и услуг, представленных в некотором стандартизованном виде, получили название информационных продуктов. Примерами могут служить распечатанные результаты поиска в информационном массиве, специализированные издания, аналитические справки и т. д. Каждый тип информационного продукта требует специфической технологии его получения. Поэтому одни информационные системы стали специализироваться на производстве тех или иных конкретных видов информационных продуктов, другие (более мощные) оказались способными производить совокупность продуктов разного типа. В результате выделились специализированные и универсальные (интегральные) информационные системы. Базы данных, информационные ресурсы. По мере развития вычислительной техники и средств хранения информации появилась возможность экономически оправданного накопления и хранения больших машинных информационных массивов (баз данных). В связи с их широким распространением, развитием методов и средств переработки этих данных в информационные продукты стала быстро развиваться индустрия информации, начался переход к «безбумажной информатике». Базы данных можно подразделить на библиографические и фактографические. Библиографические базы данных содержат так называемую «вторичную» информацию, т. е. сведения о публикациях. Соответствующая «первичная» информация (т. е. сами публикации: книги, статьи, патенты и т. д.) хранится в другом контуре информационной системы. Фактографические базы данных содержат сведения фактического характера и представляют собой конечный пользовательский продукт. Базы данных могут быть отраслевыми, политематическими, «внутренними» (т. е. создаваемыми в рамках некоторой организации) или «внешними» (т. е. создаваемыми за пределами данной организации). Иногда базы данных создаются по признакам принадлежности документов к тому или иному виду (по патентам, диссертациям и т.д.) или по определенной направленности тематики. Информационная технология. Каждый тип информационного продукта требует специфической технологии его получения. Важнейшей составной частью этой технологии является соответствующее программное обеспечение в виде так называемых пакетов прикладных программ (ППП). В тех случаях, когда каждому программному продукту соответствует свой ППП, последний относят к проблемно-ориентированным или функциональным ППП. Если же один и тот же ППП позволяет получать целый ряд информационных продуктов, его обычно называют интегральным. Таким образом, составляющими современного производства информационных продуктов являются: техническими средствами (ЭВМ, средства тиражирования и передачи информации), базы данных, ППП. Процедуры производства информационных продуктов из исходных баз данных оформляются в виде руководств, инструкций, нормативно-технических, организационных и научно-методических документов. Для производства самих баз данных также требуется своя информационная технология. Так, с понятием «база данных» тесно связано понятие «банк данных». Банк данных – разновидность информационной системы для накопления больших объемов относительно однородных взаимосвязанных и изменчивых данных, их оперативного обновления и многоцелевого использования. В состав банка данных входят: база (базы) данных и комплекс средств ее создания и использования (программная система управления базами данных, языки, вычислительное оборудование, процедуры, персонал, методики). Информационные сети. По мере развития средств связи и вычислительной техники они все в большей мере объединяются в единую информационную инфраструктуру, техническую основу которой составляют информационные сети. Через них потребитель получает возможность доступа практически к любым банкам данных, подсоединенных к сети. В настоящее время сосуществуют различные системы научной коммуникации. Часть из них реализована в традиционной форме через информационные центры и библиотеки, другая часть – через сети данных. Потребители информации. Каждый потребитель обычно выдвигает свои специфические требования к информационной системе, его требования строго индивидуальны. Однако с точки зрения рационального создания информационных систем возможных потребителей целесообразно разделить на четыре категории, связанные с проведением научных исследований; с разработкой и проектированием новой техники; с принятием управленческих решений по созданию новой техники; с решением планово-управленческих задач (определение народнохозяйственных пропорций, разработка планов, установление перспектив развития и т. д.). Приведенное разделение потребителей по категориям условно и позволяет в конечном итоге лучше сформулировать требования к конкретным информационным системам и тем самым повысить эффективность информационного обеспечения разного рода конечных потребителей. Лекция № 9 Экспериментальные методы научных исследований. Измерения в физическом эксперименте Классификация, типы и задачи эксперимента. Лат. experimentum - проба, опыт. Эксперимент - важнейшая составная часть научных исследований. Это опыт, целенаправленное наблюдение для: • воспроизведения объекта познания; • проверки предсказания; • изучения объекта. Эксперименты классифицируются: 1. По отраслям науки: химические, биологические, физические, психологические и т.д. 2. По способу формирования условий: естественные, искусственные. 3. По целям исследования: • Преобразующий (созидательный) - включает активное изменение структуры и функций объекта исследования в соответствии с выдвинутой гипотезой. Исследователь преднамеренно создает условия, которые должны способствовать формированию новых свойств и качеств объекта. • Констатирующий - для проверки определенных предположений. В процессе этого эксперимента констатируются наличие определенной связи между воздействием на объект исследования и результат, выявляется наличие определенных факторов. • Контролирующий - для контроля за результатами внешних воздействий на объект исследования с учетом его состояния, характера воздействия и ожидаемого эффекта. • Поисковый — проводится при отсутствии достаточной предварительной (априорной) информации о характере влияния некоторых факторов при их воздействии на объект исследования. По результатам этого эксперимента устанавливается значимость факторов и осуществляется отсеивание незначимых. • Решающий - для проверки справедливости основных положений фундаментальных теорий в том случае, когда две или несколько гипотез одинаково согласуются со многими явлениями. Это согласие приводит к затруднению, какую именно из гипотез считать правильной. (Ньютон - теория истечения света. Гюйгенс - волнообразная теория. По Ньютону скорость света внутри прозрачного тела больше, чем скорость в пустоте. Фуко доказал обратное. В нашем веке теория Гюйгенса заменена электромагнитной гипотезой Максвелла). 4. По организации проведения: - Лабораторные - для изучения влияния одних характеристик при варьировании других (можем задавать различные комбинации как свойств объекта, так и влияющих факторов). Зачастую получаем качественную картину исследуемого процесса, т.к. не всегда моделируется реальных ход изучаемого процесса. - Натурные - в естественных условиях и на реальных объектах для: 1) изучения характеристик воздействия среды на испытываемый объект; 2) оценки эффективности функционирования объекта и проверки его на соответствие заданным требованиям. 5. По структуре изучаемых объектов и явлений: • Простые - для изучения объектов, не имеющих разветвленной структуры с небольшим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих простые функции. • Сложные - для изучения явления и объектов с разветвленной структурой и большим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих сложные функции. 6. По характеру внешних воздействий на объект исследований: • Вещественных эксперимент - предполагает изучение влияния различных вещественных факторов на состояние объекта. • Энергетический эксперимент - используется для изучения воздействия различных видов энергии (электромагнитной, механической, тепловой и т.д.) на объект исследования (естественные науки). • Информационный - изучается воздействие определенной (различной по форме и содержанию) информации на объект исследования (в биологии, психологии, социологии, кибернетике). 7. По характеру взаимодействия средства экспериментального исследования с объектом исследования: • Обычный (классический): объект (или предмет исследования) —> средства эксперимента —> познающий субъект (исследователь). Т.е. экспериментальные средства непосредственно взаимодействуют с объектом исследования. Они - посредники между экспериментатором и объектом исследований. • Модельный эксперимент - исследуемый объект заменяется моделью. 8. По типу моделей, исследуемых в эксперименте: • Мысленный эксперимент - умственный (воображаемый), когда составляются мысленные модели исследуемых объектов или явлений. Это специфическая форма теоретической деятельности субъекта. Мысленный эксперимент имеет более широкую сферу применения, чем реальный. Он применяется как на стадии планирования реального эксперимента, так и при невозможности проведения последнего. Так Галилей в мысленном эксперименте пришел к выводу о существовании движения по инерции (Аристотель - движущееся тело остановится, если прекращает действовать сила, его толкающая). Мысленный эксперимент имеет очень важное значение. Им пользуются не только ученые, но и писатели, художники, педагоги, врачи, шахматисты). Большую роль играет мысленный эксперимент и в техническом конструировании, изобретательстве. • Материальный эксперимент, используются материальные объекты исследования. Основное отличие материального экспе­римента от мысленного в том, что реальный экспери­мент представляет собой форму объективной матери­альной связи сознания с внешним миром, между тем как мысленный эксперимент является специфической формой теоретической деятельности субъекта. 9. По контролируемым величинам: • активный (связан с выбором специальных входных сигналов (факторов) и контроли­рует вход и выход исследуемой системы); - пассивный (это - на­блюдение, которое сопровождается инструменталь­ным измерением выбранных показателей состояния объекта исследования). 10. По числу варьирующих факторов: - однофакторный, предполагает: выделение нужных факторов; стабилизацию мешающих факторов; поочередное варьирование интересующих ис­следователя факторов. - многофакторный - состоит в том, что варьируются все переменные сра­зу и каждый эффект оценивается по результатам всех опытов, проведенных в данной серии экспериментов. Измерения в физическом эксперименте Важное место в экспериментальных исследованиях за­нимают измерения. Измере­ние — это нахождение физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Суть измерения составляет сравнение измеряемой вели­чины с известной величиной, принятой за единицу (эта­лон). Теорией и практикой измерения занимается метроло­гия — наука об измерениях, методах и средствах обеспе­чения их единства и способах достижения требуемой точ­ности. Методы измерения можно подразделить на прямые и косвенные. При прямых измерениях искомую вели­чину устанавливают непосредственно из опыта, при косвенных — функционально от других величин, оп­ределенных прямыми измерениями, например b=f(a), где b — величина, найденная с помощью косвенных из­мерений. Различают также абсолютные и относительные из­мерения. Абсолютные — это прямые измерения в единицах измеряемой величины; относительные измерения представляют собой отношение измеряемой величины к одноименной величине, играющей роль еди­ницы или измерения этой величины по отношению к од­ноименной, принимаемой за исходную. Например, влаж­ность воздуха принимается в относительных единицах (процентах) по отношению к полному его водонасыщению. В исследованиях применяются совокупные и совмест­ные измерения. При совокупных измерениях одно­временно измеряются несколько одноименных величин, а искомую величину при этом находят путем решения системы уравнений. При совместных измерениях — одновременно проводят измерения неодноименных вели­чин для нахождения зависимости между ними. Выделяется несколько основных методов измерения. 1) Метод непосредственной оценки (определение значения величины производится непосредст­венно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (например, измерение массы на ци­ферблатных весах). 2) Метод сравнения (измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, изме­рение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями). 3) Метод противопоставления, осуществляется сравнение с мерой (измеряемая величи­на и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор, с помощью которого устанавли­вается соотношение между этими величинами, как, на­пример, при измерении массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и гирь на двух проти­воположных чашках весов). 4) Дифференциаль­ный метод (на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, воспроизводимой мерой (например, измерения, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе). 5) Нулевой метод (результирую­щий эффект воздействия величины на прибор доводят до нуля (например, измерение электрического сопротив­ления мостом с полным его уравновешиванием). 6) Метод замещения (измеренную величину замеща­ют известной величиной, воспроизводимой мерой (напри­мер, взвешивание с поочередным помещением измеряе­мой массы и гири на одну и ту же чашку весов). 7) Метод совпадений (разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеря­ется с использованием совпадения отметок шкал или пе­риодических сигналов). Неотъемлемой частью экспериментальных исследова­ний являются средства измерений, т. е. сово­купность технических средств, имеющих нормированные погрешности, которые дают необходимую информацию для экспериментатора. К средствам измерений относят меры, изме­рительные приборы, установки и системы. Простейшим средством измерения является мера, предназначенная для воспроизведения физической величины заданного размера (например, гиря — мера массы). Измерительным прибором называют средство измере­ния, предназначенное для получения определенной ин­формации об изучаемой величине в удобной для экспе­риментатора форме. В этих приборах измеряемая вели­чина преобразуется в показание или сигнал. Измерительная установка (стенд) представляет со­бой систему, состоящую из основных и вспомогательных средств измерений, предназначенных для измерения од­ной или нескольких величин. Измерительные приборы (отсчетные устройства) ха­рактеризуются величиной погрешности и точности, ста­бильностью измерений и чувствительностью. Погрешно­сти приборов бывают абсолютными и относительными. Под абсолютной погрешностью измерительного прибора принимается величина b=±( хи— хд), где хи— показа­ния прибора (номинальное значение измеряемой вели­чины); хд — действительное значение измеренной вели­чины, полученное более точным методом. Погрешность средства измерения — одна из важнейших его характе­ристик. Она возникает вследствие недоброкачественных материалов, комплектующих изделий, применяемых для приготовления приборов; плохого качества изготовления приборов; неудовлетворительной эксплуатации и др. Су­щественное влияние оказывают градуировка шкалы и периодическая поверка приборов. Относительная погрешность определяется отношени­ем bотн=±( хи— хд)100/ хд. Суммарные погрешности, установленные при нор­мальных условиях (tв=20°С; влажность воздуха 80%; p=1,01325*105 Н/м2 (101 325 Па, или 760 мм ртутного столба), называют основными погрешно­стями прибора. Диапазоном измерений называют ту часть диапазона показаний прибора, для которой установлены погрешности прибора (если известны погрешности при­бора, то диапазон измерений и показаний прибора совпа­дает). Диапазон измерений является важной характери­стикой прибора. Если шкала измерений изменяется от 0 до N, то в характеристике на прибор диапазон указыва­ют в пределах 0...N. Ряд приборов с нижним пределом измерения 0 имеет большую погрешность в интервале 0...25 % от верхнего предела измерений. Поэтому име­ется много приборов без нижнего нулевого предела из­мерения, например 100...1000 Н/м2. Основной характеристикой прибора является его точность. Она характеризуется суммарной погреш­ностью. Средства измерения делятся на классы точности. Класс точности — это обобщенная характеристика, оп­ределяемая пределами основной и дополнительных до­пускаемых погрешностей, влияющих на точность. Стабильность (воспроизводимость прибора) - это свойство отсчетного устройства обеспечивать постоянст­во показаний одной и той же величины. Со временем в результате старения материалов стабильность показа­ний приборов нарушается. Все средства измерения (приборы, ис­пользуемые для измерения в научных исследованиях) проходят периодическую поверку на точность. Такая по­верка предусматривает определение и по возможности уменьшение погрешностей приборов. Поверка позволяет установить соответствие данного прибора регламентиро­ванной степени точности и определяет возможность его применения для данных измерений, т. е. определяются погрешности и устанавливается, не выходят ли они за пределы допускаемых значений. Важным моментом в организации эксперимента яв­ляется выбор средств измерений. Средства измерения должны максимально соответствовать тематике, цели и задачам НИР; обеспечивать высокую производитель­ность труда экспериментальных работ; обеспечивать тре­буемое качество экспериментальных работ (т. е. задан­ную степень точности при минимальном количестве из­мерений, высокую воспроизводимость и надежность); в наибольшей степени исключать систематические ошиб­ки (желательно максимально использовать средства из­мерений с автоматической записью); иметь высокую экономическую эффективность (т. е. минимум затрат люд­ских, денежных и материальных ресурсов); обеспечи­вать эргономические требования эксперимента (антропометрические, санитарно-гигиенические, психофизиологи­ческие и др.); обеспечивать требования техники безопасности и пожарной профилактики.