Основы научных исследований

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» (СГУГиТ) Кафедра инженерной геодезии и маркшейдерского дела Конспект лекций Основы научных исследований Специальность 21.05.04 Горное дело Форма обучения Заочная 2020 г. ОГЛАВЛЕНИЕ 1 ОБЩИЕ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. 3 2 ВЫБОР ТЕМЫ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И ЭТАПЫ НИР 13 3 ПРИМЕНЕНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ МЕТОДОВ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ. 17 4 СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТОВ НИР. 24 1 ОБЩИЕ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Основой развития научно-технического прогресса является тесная связь науки с производством. Решение задач, стоящих перед горнодобывающей промышленностью, немыслимо без серьезных исследований физических процессов горного производства. Один из эффективных путей их решения – подготовка практических специалистов в вузе, умеющих самостоятельно поставить и провести научно-исследовательскую работу (НИР) в производственных условиях. Научное исследование – это целенаправленное познание, результаты которого выступают в виде системы понятий, законов и теорий. Характеризуя научное исследование, обычно указывают на следующие его отличительные признаки: – это обязательно целенаправленный процесс, достижение осознанно поставленной цели, четко сформулированных задач; – это процесс, направленный на поиск нового, на творчество, на открытие неизвестного, на выдвижение оригинальных идей, на новое освещение рассматриваемых вопросов; – оно характеризуется систематичностью: здесь упорядочены, приведены в систему и сам процесс исследования, и его результаты; – ему присуща строгая доказательность, последовательное обоснование сделанных обобщений и выводов. Объектом научно-теоретического исследования выступает не просто отдельное явление, конкретная ситуация, а целый класс сходных явлений и ситуаций, их совокупность. Цель, непосредственные задачи научно-теоретического исследования состоят в том, чтобы найти общее у ряда единичных явлений, вскрыть законы, по которым возникают, функционируют, развиваются такого рода явления, т.е. проникнуть в их глубинную сущность. Основные средства научно-теоретического исследования: 1 Совокупность научных методов, всесторонне обоснованных и сведенных в единую систему; 2 Совокупность понятий, строго определенных терминов, связанных между собою и образующих характерный язык науки. Результаты научных исследований воплощаются в научных трудах (статьях, монографиях, учебниках, диссертациях и т. д.) и лишь затем, после их всесторонней оценки используются в практике, учитываются в процессе практического познания и в снятом, обобщенном виде включаются в руководящие документы. Деятельность людей в любой ее форме (научная, практическая и другая) определяется целым рядом факторов, поэтому конечный ее результат зависит не только от того, кто действует (субъект) или на что она направлена (объект), но и от того, как совершается данный процесс, какие способы, приемы, средства при этом применяются. Это и есть проблемы метода. Метод (греч. – способ познания) – в самом широком смысле слова – «путь к чему-либо», способ деятельности субъекта в любой ее форме. Понятие «методология» имеет два основных значения: система определенных способов и приемов, применяемых в той или иной сфере деятельности (в науке, политике, искусстве и т.п.); учение об этой системе, общая теория метода, теория в действии. Методология – учение о правилах мышления при создании теории науки. На первых порах методология вытекала из знаний, предписанных геометрией как наукой, где содержались нормативные указания по изучению реального мира. Затем методология выступила как комплекс правил по изучению мироздания и перешла в сферу философии. Характерной чертой современной науки является ускоренное внедрение научных достижений в практику. Пути интенсификации науки – повышение технической оснащенности, механизация и автоматизация трудоемких операций в экспериментах, широкое использование ЭВМ. Горная наука родилась в недрах производства и первоначально являлась сводом правил по его организации и ведению. В середине XVI в. (1556 г.) был опубликован капитальный труд в 12 томах «О горном деле и металлургии» немецкого ученого Георгия Агриколы, который долгое время служил основным источником сведений о горном деле. Наш великий соотечественник М. В. Ломоносов еще в середине XVIII в. заложил основы отечественной горной науки и далеко продвинул вперед важнейшие теоретические вопросы горного дела («Первые основы металлургии или рудных дел», 1763 г.). Горная наука – это наука о способах добычи полезных ископаемых, изучающая законы взаимодействия техники с природной средой. Академик Н.В. Мельников определяет горную науку как совокупность знаний: 1) о природных условиях залегания месторождений минерального сырья и о физических явлениях и процессах, происходящих в недрах в связи с проведением выработок; 2) о технологических способах добычи и обогащения полезных ископаемых; 3) об организации производства, обеспечивающей безопасную и экономичную разработку месторождений. Предмет горной науки – процессы разработки твердых полезных ископаемых в их развитии и взаимосвязи с сопутствующими им природными явлениями, т.е. условиями фактического их осуществления. Цель горной науки – раскрытие процессов, происходящих при разработке полезных ископаемых, для коренного совершенствования техники и экономики горного производства. Процесс движения человеческой мысли от незнания к знанию называют познанием. Знание представляет собой адекватное отражение действительности в сознании человека, проверенное общественноисторической практикой и удостоверенное логикой. Для получения объективных сведений о действительности используются научные методы. Метод – совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности. Основное содержание методов науки составляют прежде всего научные теории, проверенные практикой. Учение о методах называется методологией. Наряду с этим, методологией называют и саму систему принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности. Одним из этапов исследования является разработка гипотезы. Гипотеза – это научное допущение или предположение, истинное значение которого не определено. После проверки гипотеза превращается либо в достоверную теорию, либо в достоверное знание определенного факта. Научная гипотеза имеет следующие свойства: проверяемость, определенную предсказательность и общность для явлений одного класса, логическую непротиворечивость. В ряде случаев выдвижение гипотезы происходит через интуицию. Интуиция – способность постижения истины путем прямого ее усмотрения без обоснования с помощью доказательств. Интуиция возможна, как правило, лишь при наличии определенных знаний и большого опыта теоретического и практического мышления. При обсуждении результатов экспериментов, выдвижении гипотез у исследователя возникают идеи. Идея – это мысль, достигшая высокой степени объективности, полноты и конкретности и в то же время нацеленная на прак- тическую реализацию. Всякой идее предшествуют знания, научные открытия, изобретения. Методы научного познания условно подразделяются на ряд уровней. Методы эмпирического уровня – наблюдение, сравнение, счет, измерение, анкетный опрос, тесты, метод проб и ошибок (используются на этапе формирования научной гипотезы). Методы экспериментально-теоретического уровня – эксперимент, моделирование, анализ и синтез, индукция и дедукция, гипотетический (гипотеза), исторический и логический (не только восприятие, но и отбор, классификация, осмысливание материала). Методы теоретического уровня – абстрагирование, идеализация, формализация, анализ и синтез, индукция и дедукция, обобщение и т.д. (исследования, выработка понятий, суждений, умозаключений) – надстраиваются над эмпирическими знаниями. Наблюдая и изучая предметы, явления человек получает информацию об окружающем мире. Информация – это сведения о чем-либо, отражение одного предмета или явления в другом. Информация представляется фактами. Фактом – называется реальное явление, событие, результат, нечто конкретное (эмпирическое наблюдение и закон). С философской точки зрения методы можно разделить на всеобщие (материалистическая диалектика), действующие во всех областях науки и на всех этапах исследования; общенаучные (т.е. для всех наук); частные (т.е. для определенных наук); специальные или специфические (для данной науки). Рисунок 1.1 – Классификация методов научного познания Общенаучные методы познания Наблюдение – непосредственное восприятие предметов, явлений при помощи органов чувств без вмешательства в процесс со стороны исследователя. Сравнение – установление различия или общего между объектами при помощи органов чувств или специальных устройств. Счет – определение численного значения некоторой величины путем сравнения ее с эталоном. Эксперимент – это метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности (физический и математический эксперименты). При необходимости эксперимент повторяется и как одна из форм практики выполняет функцию критерия истинности. При эксперименте исследователь активно вмешивается в естественное течение процесса, варьирует технологическими параметрами, использует специальные разработанные установки и измерительные устройства. Если непосредственное изучение объекта затруднено, прибегают к моделированию. Моделирование – исследование объектов познания на их моделях, которые являются аналогами, «заменителями» оригинала. Основными видами мыслительной деятельности при выполнении исследований и обсуждений их результатов являются анализ и синтез. Анализ – мысленное разложение предметов исследования на составные части и изучение каждой из этих частей (устойчивость, трещиноватость, структура рудной залежи). Синтез – мысленное соединение отдельных сторон (частей) предмета в единое целое, например, соединение геологических и горнотехнических факторов при изучении показателей извлечения). В зависимости от соотношения эмпирического и теоретического уровней познания при изучении явлений различают два основных метода познания: дедуктивный и индуктивный. Дедукция (выведение) – процесс аналитического рассуждения от общего к частному или менее общему (высокое разубоживание руды может быть объяснено мелкокусковыми налегающими породами). Индукция – процесс наведения общего положения из наблюдения ряда единичных величин (частное заключение о грансоставе отбитой руды приводит к предположению о качестве ее дробимости). Основные методы исследований горной науки Методы горной науки могут быть разделены на три большие группы: аналитические (теоретические), экспериментальные и комбинированные (комплексные). Целью аналитических исследований является установление математических зависимостей между параметрами изучаемого явления для его глубокого анализа. Например, применительно к задачам изучения проявлений горного давления эти исследования заключаются, в частности, в вычислении напряжений, деформаций и смещений горных пород, нагрузок на крепь выработок, в определении опасных зон и условий равновесия горных пород на основе методов теории сплошной среды и различных предположений (гипотез) горного давления и др. Для решения сложных технологических задач, используются, например, методы математического моделирования, позволяющие одновременно учитывать взаимодействие многих факторов и их влияние на показатели эффективности технологии. Экспериментальные исследования в свою очередь делятся на две большие группы: лабораторный эксперимент и производственный – в шахтных условиях. Лабораторные методы исследований позволяют изучать и решать те вопросы, которые по каким-либо причинам не могут быть изучены в производственных условиях. К ним относятся, например, многочисленные методы исследования свойств горных пород на образцах, физическое и аналоговое моделирование, а также другие методы. Натурные (шахтные) исследования основаны на наблюдениях и опытах непосредственно в шахтах. Они дают много полезных материалов для изучения механизма процесса, обоснования теоретических схем, гипотез и закономерностей. Комбинированные методы исследований нашли широкое распространение и являются наиболее перспективными, так как содержат в себе лучшие стороны аналитических и экспериментальных методов. К ним относятся, например, «аналитикоэкспериментальный метод» предложенный профессорами Ю. З.  Заславским и Г. И. Грицко для исследований проявления горного давления. Суть его заключается в том, что с применением аналитических (теоретических) методов устанавливается качественная картина явления и формулы, отвечающие физическому смыслу изучаемого явления. Погрешности же решения, вызванные рядом допущений, корректируется эмпирическими коэффициентами, значения которых находятся из шахтных замеров. Методы решения проблем горной науки зависят от цели, объекта исследований и возможностей исследователей. Основные методы приведены на рисунке 1.2 Рисунок 1.2 – Основные методы исследований горной науки Основные методы моделирования при исследовании геомеханических процессов. Моделирование как метод исследования широко используют в механике горных пород. Моделирование открывает такие возможности изучения процессов механики горных пород, которые не дают ни аналитические методы, ни наблюдения и измерения в натуральных условиях (в натуре – более трудоемки, дороги и требуют длительного времени, ограничены возможности варьирования параметрами). В основе моделирования физических явлений лежит учение о подобии (геометрическое, кинематическое, динамическое подобие). Основы теории подобия и размерностей. Эффективность разработки месторождений в значительной степени зависит от умения управлять горными процессами, предвидеть ход их развития. Многообразие и сложность горно-геологических условий разработки затрудняют теоретические, а иногда экспериментальные исследования в натуре. Возможности экспериментального исследования значительно расширяет физическое моделирование. Моделирование используют для выявления общих закономерностей и решения частных задач (сдвижение и давление горных пород, варианты систем разработки и их параметры, кинематика процесса выпуска, показатели извлечения, расположение выпускных отверстий, порядок выпуска и т.д.), а также приближенной количественной характеристики исследуемых величин. Выемку рудных залежей под налегающими обрушенными породами моделируют в эквивалентных материалах. Эквивалентные материалы должны находиться в определенных соотношениях с механическими константами моделируемой среды с тем, чтобы их поведение было подобным поведению среды в натуре. Моделирование как метод исследования имеет целью воспроизведение на модели процесса, подобного процессу в натуре. Модель – предмет или специальное устройство для изучения интересующего нас объекта. Подобие явлений выражается константами и критериями подобия. Подобными называются явления, происходящие в геометрически подобных системах, если у них во всех сходственных точках отношение одноименных величин есть постоянные числа. Эти отношения называются константами подобия, они равны масштабу моделирования. Безразмерные комплексы или комбинации, имеющие одно и то же значение в сходственных точках, называются критериями подобия. Критерии подобия – необходимые условия физического подобия двух явлений (натура и модель). В постановке опытов важно правильно выбрать безразмерные параметры. Число их должно быть минимальным и взятые параметры должны отражать в наиболее удобной форме основные эффекты. Безразмерные параметры получаются из соотношения ряда размерных физических величин. Величины, численные значения которых зависят от принятых масштабов, т.е. от системы единиц измерения, называются размерными или именованными величинами (длина, время, сила, энергия, момент силы и т.д.). Величины, численные значения которых не зависят от применяемой системы единиц измерения, называются безразмерными или отвлеченными величинами (углы, отношения двух длин, отношение квадрата длины к площади и т.д.). Теоретической базой эксперимента является теория подобия, позволяющая установить такие условия, при которых результаты исследований можно перенести на другие явления, подобные рассматриваемому. Основные положения теории подобия формулируют в виде трех теорем. Первая теорема – подобные между собой процессы имеют одинаковые критерии подобия. Вторая теорема – любая зависимость между переменными, характеризующими какое-либо явление, может быть представлена в виде зависимости между критериями подобия. Третья теорема – подобны те процессы, условия однозначности которых подобны, и критерии, составленные из условий однозначности, численно одинаковы. 2 ВЫБОР ТЕМЫ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И ЭТАПЫ НИР Выбор темы научного исследования является одним из ответственных этапов. Тема, которую выбирает для исследования обучающийся, должна быть связана с основными направлениями развития отрасли и научными исследованиями, которые проводятся в вузе. Под научным направлением понимают сферу научных исследований научного коллектива высшего учебного заведения, который в течение соответствующего времени решает ту или иную проблему. Научное направление подразделяется на отдельные научные проблемы, их решают несколько научных коллективов в течение двух или более лет. Научная проблема – это совокупность новых, диалектически возникающих сложных теоретических или практических вопросов, противоречащих существующим знаниям или прикладным методикам в данной науке, требующая решения путем научных исследований. Выбор проблемы исследования обосновывается прежде всего ее актуальностью, то есть насколько предполагаемые исследования будут способствовать выполнению практических задач. Проблема должна содержать определенность, последовательность и непротиворечивость соответствующим законам. Важным условием истинности проблемы является свойство ее доказательности, которое выражается в формальной логике законом достаточного основания. Поскольку научная проблема представляет собой совокупность сложных теоретических или практических вопросов, то в процессе научного исследования или определения его параметров проблемы делят на составляющие компоненты – темы. Тема – научное задание, которое охватывает определенную отрасль научного исследования. Исследователь выбирает тему научной работы, исходя из цели исследовательской работы, которая должна предусматривать разработку новых концепций или направлений развития данной науки, совершенствование существующей методологии или разработку новых методик по отдельным разделам горной науки. По конкретной теме научных исследований формируются задачи в пределах проблем данной науки, которые подразделяют на: – теоретические, относящиеся к исследованию отдельных концепций теории данной науки, касающиеся ее научных законов, разработки аксиоматических знаний; – методологические, касающиеся методов данной науки, применяемых в процессе изучения ее объектов; – организационные, включающие организацию исследований по данной науке и применение ее результатов в практической деятельности. Для определения эффективности темы необходимо определить ее актуальность и степень научной новизны для развития определенных знаний, направленных на решение практических вопросов горной науки. Поэтому при выборе темы следует по литературным источникам определить степень и уровень разработки запроектированного исследования, обобщить передовой опыт предприятий и объединений. Важно ознакомиться также с планами научно-исследовательских учреждений, которые разрабатывают аналогичные темы, а по возможности изучить их отчеты по выполненным научно-исследовательским работам. Для этих целей в качестве источников информации используют реферативные сборники, книжные летописи, периодические издания. Начинающему исследователю следует избрать более узкую тему, однако, не теряя связи с общей научной проблемой, в которую она входит. При этом принимается во внимание прошлая деятельность исследователя, а для экономических исследований обязательна связь с предприятиями и объединениями – объектами будущего исследования. Чем больше высказывает исследователь критических замечаний по проектируемой теме работы, делает предложений по направлениям совершенствования данной сферы деятельности, тем увереннее можно судить об успешном ее выполнении. Исследователь должен сам избрать тему исследования, сделать ее обоснование в части предполагаемой научной новизны и практической значимости результатов исследования. Но самостоятельное избрание темы вовсе не предполагает игнорирование опыта руководителя. К его советам и консультациям начинающему исследователю следует прислушиваться, но окончательное решение остается за ним. Он должен быть внутренне глубоко убежден в актуальности и необходимости разработки избираемой темы. Только самостоятельное, всестороннее, научно аргументированное решение вопроса выбора темы обеспечивает успешное завершение исследовательской работы. На стадии выбора темы определяется ее наименование – содержательный заголовок: простой, точный, ясный, краткий, оригинальный. В самом заглавии темы исследования должно содержаться динамическое развитие научных знаний, что вытекает из функций и роли науки в обществе. Актуальность исследования На основании анализа литературы, посвященной научному исследованию, в своей работе следует придерживаться следующих рекомендаций: 1. Освещение актуальности не должно быть многословным. Начинать ее характеристику издалека нет необходимости; 2. В сжатом изложении показывается, какие задачи стоят перед практикой обучения и воспитания и перед педагогической наукой в аспекте выбранного направления в современных условиях развития общества; 3. Необходимо сделать краткий обзор предпосылок для исследования: что сделано предшественниками, и что осталось нераскрытым, что предстоит сделать (указание авторов, которые занимались данной проблемой); 4. Необходимо сформулировать противоречие. Противоречие (научное) – это важнейшая логическая форма развития научного познания. Научные теории развиваются в результате раскрытия и разрешения противоречий, обнаруживающихся в предшествующих теориях или в практической деятельности людей; 5. Следующий логический шаг исследования - формулирование проблемы. Не всякое противоречие в практике может разрешаться средствами науки - оно может быть обусловлено материальными, кадровыми затруднениями, отсутствием необходимого оборудования и т.д. Более того, наука и не разрешает противоречий в практике, а только создает предпосылки для их разрешения, показывает способы их разрешения, которые, кстати, могут впоследствии не быть реализованы по разным причинам. Научное исследование 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. В первом разделе ТЭО темы указываются причины разработки (ее обоснование), приводится краткий литературный обзор, в котором описываются уже достигнутый уровень исследования и ранее полученные результаты. Особое внимание уделяется еще не решенным вопросам, обоснованию, актуальности и значимости исследования для отрасли и народного хозяйства страны. Такой обзор позволяет наметить методы решения, задачи и стадии исследования, определить конечную цель выполнения темы. Сюда входят патентная проработка темы и определение целесообразности закупки лицензии. На стадии разработки ТЭО устанавливается область использования ожидаемых результатов НИР, возможность их практической реализации в данной отрасли, определяется предполагаемый экономический эффект за период применения новой техники. 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. 3 ПРИМЕНЕНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ МЕТОДОВ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ Научное исследование – это форма существования и развития науки. Структуру организации научных исследований целесообразно представить в виде четырех компонентов (рис.3.1.): – первый - общие вопросы научных исследований (теория, методология и методы); – второй – процессы научных исследований (формы, методы и средства познания); – третий – методика научных исследований (выбор конкретных форм, методов и средств, эффективных для соответствующей области науки или отрасли профессиональной деятельности); – четвертый – технология научных исследований (совокупность знаний о процессах научных исследований и методике их выполнения). Рисунок 1 - Структура организации научных исследований Методы исследования – приемы, процедуры и операции эмпирического и теоретического познания и изучения явлений действительности. С помощью этой группы методов получают достоверные сведения, используемые для построения научных теорий и выработки практических рекомендаций. Система методов исследования определяется исходной концепцией исследователя: его представлениями о сущности и структуре изучаемого, общей методологической ориентации, целей и задач конкретного исследования. Методы исследования подразделяются на следующие: – всеобщий, или философский, общенаучные и методы частных наук; – констатирующие и преобразующие; – эмпирические и теоретические; – качественные и количественные; – содержательные и формальные; – методы сбора эмпирических данных, проверки и опровержения гипотез и теории; – описания, объяснения и прогноза; – обработки результатов исследования. Всеобщий, или философский метод – всеобщий метод материалистической диалектики. К общенаучным методам относятся: Наблюдение – это способ познания объективного мира, основанный на непосредственном восприятии предметов и явлений при помощи органов чувств без вмешательства в процесс со стороны исследователя. Сравнение – это установление различия между объектами материального мира или нахождение в них общего; осуществляется как при помощи органов чувств, так и при помощи специальных устройств. Счет – это нахождение числа, определяющего количественное соотношение однотипных объектов или их параметров, характеризующих те или иные свойства. Измерение – это физический процесс определения численного значения некоторой величины путем сравнения ее с эталоном. Эксперимент – одна из сфер человеческого практики, в которой подвергается проверке истинность выдвигаемых гипотез или выявляются закономерности объективного мира. Обобщение – определение общего понятия, в котором находит отражение главное, основное, характеризующее объекты данного класса. Абстрагирование – это мысленное отвлечение от несущественных свойств, связей, отношений предметов и выделение нескольких сторон, интересующих исследователя. Формализация – отображение объекта или явления в знаковой форме какого-либо искусственного языка (математики, химии и т.д.). Аксиоматический метод – способ построения научной теории, при котором некоторые утверждения принимаются без доказательств. Анализ – метод познания при помощи расчленения или разложения предметов исследования на составные части. Синтез – соединение отдельных сторон предмета в единое целое. Индукция – умозаключение от фактов к некоторой гипотезе (общему утверждению). Дедукция – умозаключение, в котором вывод о некотором элементе множества делается на основании знания общих свойств всего множества. Аналогия – метод, посредством которого достигается знание о предметах и явлениях на основании того, что они имеют сходство с другими. Гипотетический метод познания предполагает разработку научной гипотезы на основе изучения физической, химической и т.п., сущности исследуемого явления, формулирование гипотезы, составление расчетной схемы алгоритма (модели), ее изучение, анализ, разработка теоретических положений. Исторический метод познания предполагает исследование возникновения, формирования и развития объектов в хронологической последовательности. Идеализация – это мысленное конструирование объектов, которые практически неосуществимы. Системные методы: исследование операций, теория массового обслуживания, теория управления, теория множеств и др. Методы частных наук — специфические способы познания и преобразования отдельных областей реального мира, присущие той или иной конкретной системе знаний (социология – социометрия; психология — психодиагностика). 2) Методы как прием, способ и образ действий (методы практической деятельности) включают в себя способы воздействия, совокупность приемов, операций и процедур подготовки и принятия решения, организации его выполнения. Для выбора методов на каждом этапе необходимо знать общие и конкретные возможности каждого метода, его место в системе исследовательских процедур. Задача исследователя состоит в том, чтобы для каждого этапа исследования определить оптимальный комплекс методов. Разнообразные методы научного познания условно подразделяются на ряд уровней: эмпирический, экспериментально-теоретический, теоретический и метатеоретический. Методы эмпирического уровня: наблюдение, сравнение, счет, измерение, анкетный опрос, собеседование, тесты, метод проб и ошибок и т.д. Методы экспериментально-теоретического уровня: эксперимент, анализ и синтез, индукция и дедукция, моделирование, гипотетический, исторический и логический методы. Методы теоретического уровня: абстрагирование, идеализация, формализация, анализ и синтез, индукция и дедукция, аксиоматика, обобщение и т.д. К методам метатеоретического уровня относятся диалектический и метод системного анализа. Методика научных исследований это совокупность конкретных форм, методов и средств теоретических и прикладных исследований в определенной области знаний (направления профессиональной деятельности исследователя). Методика научных исследований выбирается для решения научной задачи в соответствии со сформулированной целью изучения конкретного объекта исследований (структуры, характеристики, информационные связи и другие свойства объекта) с помощью научных принципов и методов познания для получения запланированных результатов, определяющих целесообразную деятельность для достижения определенного эффекта при дальнейшем использовании научных результатов в теории и практике (внедрение в производство, науку, образование и т.п.). В зависимости от сферы применения и степени общности различают методы: 1) всеобщие (философские), действующие во всех науках и на всех этапах познания; 2) общенаучные, которые могут применяться в гуманитарных, естественных и технических науках; 3) специальные – для конкретной науки, области научного познания. Специальные методы исследования используются только в какой-нибудь одной отрасли научного знания либо их применение ограничивается несколькими узкими областями знания. Процессы горных работ отличаются большой сложностью. Результаты опытов, исследований, натурных наблюдений в горном деле определяются большим числом контролируемых и неконтролируемых факторов. Часть факторов, вследствие малого влияния их на изучаемую величину, проконтролировать в процессе исследования не представляется возможным. Однако при проведении экспериментов эти неконтролируемые факторы вызывают разброс значений исследуемой величины, т.е. опыты, повторенные несколько раз при одних и тех же значениях контролируемых факторов, дают результаты, отличающиеся друг от друга. Кроме этого, воздействие каждого из факторов на исследуемую величину осложняется влиянием взаимодействий факторов. Эффективность и безопасность горных работ зависит от многих факторов, к которым можно отнести состояние массива горных пород (трещиноватость, водообильность, слоистость, газоносность и т.д.), свойства горных пород (прочность, плотность, пористость и т.д.), параметры управления горным давлением, параметры охраны горных выработок и т.п., и т.д. При разработке новых технологических схем, при выявлении причин различных горнотехнических ситуаций и решении множества инженерных задач возникает необходимость отсеивания незначимых и выявления значимых факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на результаты исследовательского эксперимента, которые и подлежат в дальнейшем более детальному изучению. Как известно, число факторов определяет количество опытов эксперимента, и увеличение числа факторов, включаемых в исследование, приводит к значительному увеличению объема экспериментальной работы. Например, при проведении полного факторного эксперимента типа 2k увеличение всего на единицу числа факторов влечет за собой удвоение числа опытов. Так при числе факторов, равном 5, необходимо провести 25 = 32 опыта, а при шести факторах число опытов будет равно 26 = 64. При установлении зависимости параметров процесса от факторов для сокращения объема экспериментальной работы желательно иметь по возможности меньшее число таких исследуемых факторов. Однако следует иметь в виду, что эксперименты, направленные на отыскание оптимальных условий протекания процесса, могут потерять всякий смысл при исключении из числа факторов хотя бы одного фактора, оказывающего существенное влияние на параметр оптимизации. Таким образом, при большом числе исследуемых факторов стремятся уменьшить их число за счет исключения таких факторов, которые оказывают несущественное влияние на процесс. Для исключения, или отсеивания, факторов, не оказывающих существенного влияния, необходимо заранее знать, какие факторы процесса и их взаимодействия являются наиболее значимыми, а какие факторы являются малозначимыми. На первых этапах изучения процесса при отсутствии у исследователя данных о значимости факторов рекомендуется включать в исследование все факторы, могущие оказать влияние на исследуемый процесс. Следует иметь в виду, что теория эксперимента располагает способами, позволяющими выделять существенные факторы из общего числа факторов системы. Один из этих способов рассматривается ниже. Для принятия квалифицированного управленческого или научно-технического решения в условиях недостатка информации часто применяется метод априорного ранжирования факторов, влияющих на состояние объекта. Наиболее простым и оперативным методом ранжирования является экспертиза, основанная на выявлении и систематизации коллективного мнения квалифицированных специалистов. Обычно экспертизу проводят в следующей последовательности. На основании литературных данных составляют список факторов, влияющих на исследуемый параметр, и устанавливают область определения каждого из факторов. Затем предлагают специалистам, работающим в данной области, расположить факторы в ряд по степени их влияния. При этом каждый специалист может дополнить список, если он, по его мнению, не является полным или высказать мнение об изменении интервалов варьирования. При подборе специалистов необходимо стремиться к наличию среди них представителей возможно большего числа научных школ. При сборе мнений каждому из специалистов предлагается заполнить анкету, в которой перечислены факторы, их размерность и предполагаемые интервалы варьирования. Заполняя анкету, специалист определяет место факторов в ранжированном ряду. Вклад каждого фактора оценивается по величине ранга – места, которое отводится специалистом данному фактору при ранжировании всех факторов с учётом их предполагаемого влияния. Фактору, которому приписывается ведущая роль, отводится первое место, остальные располагаются в порядке убывания степени их влияния на выбранный параметр. 4 СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТОВ НИР Методика оформления научных результатов в виде научного положения, которое является заключающим этапом решения научной проблемы. Формами научной продукции являются: • научно-технический отчет; • доклад; • тезисы; • статья; • монография; • учебное пособие; • выпускная квалификационная работа. Новые научные результаты, имеющие важное теоретическое значение и имеют практическое применение, публикуются в монографиях, статьях, научных отчетах, а учебные материалы в учебниках, учебных пособиях, методических рекомендациях. Монография – научное издание в виде книги, содержащее всестороннее исследование одной проблемы. Доклад – краткое изложение содержания основных научных положений, сформулированных автором, выводы и предложения. При подготовке доклада необходимо составить краткие тезисы на 1-2 страницах с изложением цели и содержания идей. Статья – материал, предоставленный в виде информации для специалистов, которые могут использовать результаты в своей работе. Учебник – учебное издание в виде книги, содержащее систематическое изложение определенной учебной дисциплины, соответствующее учебной программе, утвержденной официальными органами. Учебное пособие – учебное издание частично заменяющее или дополняющее учебник. Выпускная квалификационная работа – результат научных исследований выпускника высшего учебного заведения. ВКР классифицируется как специальная, публично защищаемая квалификационная работа. Для проведения научных исследований необходимо выбрать оптимальную методику для данной темы (задачи) из имеющихся в науке или разработать новую. Причем необходимо обратить особое внимание на три взаимосвязанных научных понятия: методология, метод, методика, значение которых носит принципиальный характер для выпускников, выполняющих исследования по теме ВКР. Отчет о НИР – один из основных, обязательных документов, завершающих исследовательскую работу. Если работа проводится в несколько этапов, то отчет составляется на каждый этап. По своему назначению отчет о НИР подводит итог исследований и составляется для изложения результатов работы. Как должен быть построен отчет, определяется стандартом ГОСТ 7.32 – 2001. В этом стандарте подробно определены структура отчета, его структурные элементы (разделы) и их назначение. Отчеты НИР могут состоять из нескольких частей. Для таких отчетов каждая часть должна иметь свой титульный лист, соответствующий титульному листу первой части и содержащий сведения, относящиеся к данной части. ГОСТ 7.32 определяет титульный лист как первую страницу отчета о НИР, которая служит источником информации, необходимой для обработки и поиска документа. На титульном листе указываются: наименование вышестоящей организации; наименование организации-исполнителя НИР; индекс Универсальной десятичной классификации (УДК); коды Высших классификационных группировок Общероссийского классификатора промышленной и сельскохозяйственной продукции для НИР (ВКГ ОКП), предшествующих постановке продукции на производство; номера, идентифицирующие отчет; грифы согласования и утверждения отчета; наименование работы; наименование отчета; вид отчета (заключительный, промежуточный); номер (шифр) работы; должности, ученые степени, ученые звания, фамилии и инициалы руководителей организации-исполнителя НИР, руководителей НИР; место и дату составления отчета. Рисунок 1. Пример оформления титульного листа (По приложению Б к ГОСТ 7.32-2001) Поле УДК используется для указания кода Универсальной десятичной классификации. УДК – система классификации информации, широко используется во всем мире для систематизации произведений науки, литературы и искусства, периодической печати, различных видов документов и организации картотек. ОКП – Общероссийский классификатор продукции входит в состав ЕСКК РФ (Единая система классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации). По назначению ОКП предусмотрен для обеспечения достоверности, сопоставимости и автоматизированной обработки информации о продукции в таких сферах деятельности как стандартизация, статистика, экономика, сертификация продукции и другие. Поддержку и другие работы, связанные с ведением ОКП, осуществляет Всероссийский научно-исследовательский институт классификации, терминологии и информации по стандартизации и качеству (ВНИИКИ) Госстандарта России совместно с головными и ведущими организациями по ОКП министерств и ведомств. Обязательным структурным элементом отчета НИР является реферат. По требованиям стандарта реферат должен содержать основные сведения о материалах, включенных в отчет о НИР, поэтому реферат обычно пишут после составления всего отчета, когда основная часть и другие структурные элементы уже готовы. При описании требований к реферату к отчету о НИР ГОСТ 7.32 ссылается на другой стандарт (ГОСТ 7.9), формулирующий общие требования к реферату. По требованиям стандарта ГОСТ 7.32 реферат должен содержать следующую обязательную информацию: в реферате должно быть указано число частей, число страниц, таблиц, иллюстраций, приложений и источников, на которые имеются ссылки в отчете; в реферате должны быть перечислены ключевые слова; текст реферата должен иметь достаточно строгую структуру. Перечень ключевых слов включает слова или словосочетания, характеризующие содержание отчета. Ключевые слова, перечисленные в реферате, служат для целей информационного поиска, они должны наиболее точно отражать суть работы, поэтому к выбору ключевых слов следует подходить весьма внимательно. В реферате указывается от 5 до 15 ключевых слов или словосочетаний. Ключевые слова требуется записывать в именительном падеже строчными буквами (см. п.5.3.2.1 ГОСТ 7.32) в строку через запятые. Сам текст реферата должен включать некоторые обязательные элементы. В реферате необходимо описать (порядок изложения следует соблюдать): объект исследования или разработки; цель работы; метод или методологию проведения работы; результаты работы; основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики; степень внедрения; рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР; область применения; экономическую эффективность или значимость работы; прогнозные предположения о развитии объекта исследования. В НИР могут рассматриваться не все перечисленные выше характеристики и особенности объекта исследования. Например, в работе могло не проводиться исследования технико-экономических свойств объекта, или работа проводилась на этапе, не предусматривающем внедрение результатов. В этих случаях соответствующий раздел реферата опускается, но последовательность изложения материала должна сохраняться. Содержание в отчете по НИР – необязательный структурный элемент. В отчетах, содержащих менее 10 страниц, допускается данный структурный элемент не указывать. В больших по объему отчетах содержание указывается обязательно. В Содержании перечисляются введение, наименование всех разделов, подразделов, пунктов и подпунктов (если они имеют наименование), заключение, список использованных источников и наименование приложений с указанием номеров страниц, с которых начинаются эти элементы отчета о НИР. Отчет может состоять более чем из одной части. В таком случае содержание составляется для каждой из них. В первую часть включается содержание всего отчета с указанием номеров частей, в следующие части включается содержание только соответствующей части. В содержание к первой части допустимо включать вместо содержания последующих частей только их наименования. Структурный элемент отчета НИР «Нормативные ссылки» предназначен для указания перечня стандартов, на которые в тексте отчета дана ссылка. Перечень ссылочных стандартов начинают со слов: «В настоящем отчете о НИР использованы ссылки на следующие стандарты». Далее перечисляются стандарты с указанием их наименований по возрастанию их регистрационных номеров. Структурный элемент «Определения» перечисляет необходимые для уточнения или формулирования терминов, используемых в НИР, определения. Перечень определений начинают со слов: «В настоящем отчете о НИР применяют следующие термины с соответствующими определениями». Далее перечисляются используемые в отчете о НИР определения для оригинальных терминов. Упущением считается как использование в тексте отчета термина без соответствующего определения, так и определение в настоящем разделе термина, который в отчете не используется. Если в отчете нет информации для представления в данном разделе, то раздел нужно опустить. Обозначения и сокращения (необязательный структурный элемент). По установившейся практике в научных публикациях принято использовать вводимые автором или авторами обозначения и сокращения. В отчетах о НИР эта практика сохраняется. Раздел «Обозначения и сокращения» служит их для перечисления. Порядок записи обозначений и сокращений должен соответствовать порядку их появления в тексте отчета. Каждому обозначению или сокращению дается необходимая расшифровка и пояснения. В отчете допустимо приводить определения, обозначения и сокращения в одном разделе: «Определения, обозначения и сокращения». Данный раздел, как и предыдущий, не считается обязательным. Условие, при котором данный раздел отчета можно опустить, формулируется просто: «Если отчет не содержит введенных авторами определений и сокращений, то раздел, перечисляющий определения и сокращения, опускается». Если в отчете определения и/или сокращения, введенные авторами, используются, то их нужно определять так, как пояснено выше. Введение (обязательный структурный элемент). Введение должно в краткой форме определить необходимость выполнения данной работы, показать, что на настоящий момент сделано, как предполагается выполнять работу и что будет служить результатом ее выполнения. ГОСТ устанавливает, какие общие сведения должны быть приведены во Введении. В этом разделе необходимо: дать оценку современному состоянию решаемой научно-технической проблемы; привести основание и исходные данные для разработки темы (или этапа исследований); дать обоснование необходимости проведения исследований; привести сведения о планируемом научно-техническом уровне разработки; привести информацию о патентных исследованиях (если таковые были предусмотрены); если необходимо, то привести сведения о метрологическом обеспечении НИР; показать актуальность и новизну темы (или работ, выполняемых на данном этапе); показать связь данной работы с другими научно-исследовательскими работами. Форматы промежуточного и заключительного отчетов немного различаются. Для промежуточного отчета по этапу НИР во введении должны быть приведены цели и задачи этапа исследований, их место в выполнении НИР в целом. Во введении к заключительному отчету о НИР помещают перечень наименований всех подготовленных промежуточных отчетов по этапам и их инвентарные номера. Более строго содержание этого раздела определяется в официальном тексте ГОСТ 7.32-2001. Основная часть (обязательный структурный элемент). После введения располагается основная часть отчета. По определениям, приведенным в ГОСТ, эта часть отчета содержит данные, характеризующие направленность, сущность, методику, методы и основные результаты выполненной НИР. В ней должна быть представлена основная информация о проведенных исследованиях. Основные «структурные блоки» этой информации следующие: а) В основной части необходимо описать направление исследований, использованные при выполнении работы методики, методы решения задач; привести требуемые обоснования и сопоставления. Под методикой проведения исследований понимается совокупность и последовательность использованных для получения результатов методов, а под методом понимается способ проведения теоретических или экспериментальных исследований; б) Для проведенных теоретических или экспериментальных исследований необходимо: привести их описание (в том числе обоснование для экспериментальных работ); показать содержание процесса исследований; описать применение методов для получения результатов работы. Во многом представляемая в этой части отчета информация должна соответствовать логике проводимых исследований и отражать общую методику выполнения работы. в) В основной части отчета требуется привести обобщение полученных результатов, оценить полноту полученных решений, дать оценку перспективам развития работы, сформулировать направления дальнейших исследований. Полученные результаты необходимо оценить, сопоставляя их с аналогичными результатами других российских и зарубежных исследователей. При сравнении результатов необходимо отмечать различия в формулировках задач, технических условиях, конструктивных характеристиках. Сопоставления могут выявить как положительные, так и отрицательные результаты сравнения решений. Если работа не завершилась успехом, то необходимо сформулировать доводы, обосновывающие необходимость продолжения или прекращения исследований в данном направлении. Выше отмечены основные требования, предъявляемые действующим стандартом к содержанию основной части отчета о НИР. Следует обратить внимание на взаимосвязь отдельных частей работы. Если отчет промежуточный, то «структурные блоки» нужно относить к этапу исследований, включая в отчет только необходимые для выполнения этапа сведения о работе в целом. Так, на первом этапе может понадобится сформулировать направление ко всей работе. Этот результат и должен быть включен в промежуточный отчет по первому этапу. Если этап работы посвящен отдельной самостоятельной части исследований, то в промежуточный отчет включается описание исследований на этом этапе. В итоговый отчет должны быть включены в обобщенном виде результаты всей работы. С деталями, касающимися требований к этой, центральной части отчета, нужно сверяться в разделе 5 ГОСТ 7.32. В отчете могут использоваться данные о свойствах материалов и веществ. ГОСТ 7.32 указывает, что для представления этих данных следует руководствоваться ГОСТом 7.54. Для используемых физических величин следует применять ГОСТ 8.417. Статус этих стандартов и ссылки, по которым их можно найти в интернете, приводятся ниже в Приложении А к этой статье. Заключение (обязательный структурный элемент) Заключение должно содержать в краткой, лаконичной форме основные результаты работы, в том числе выводы по полученным результатам теоретических или экспериментальных исследований, оценку их полноты, предложения по использованию, рекомендации по конкретному применению результатов этапа или НИР в целом, сопоставление результатов НИР с достигнутым на настоящее время уровнем. В заключение также могут включаться технико-экономические оценки эффективности внедрения результатов НИР. Введение и Заключение являются очень важными и трудными в описании подразделами основной части отчета. Важность объясняется тем, что во Введении расставляются акценты на тех моментах выполняемой работы, которые авторы хотели бы особенно выделить. В Заключении отмечаются важные для авторов результаты. Трудность состоит в том, что и Введение, и Заключение нужно писать кратко и убедительно. Список использованных источников (необязательный структурный элемент) В отчете о НИР должны быть установлены ссылки на все, использованные при составлении отчета источники (журнальные статьи, монографии, учебники, отчеты, патенты и др.). Раздел «Список использованных источников» может быть опущен, если в отчете ссылок на источники нет. Стандарт ГОСТ 7.32 устанавливает, что при подготовке списка источников нужно руководствоваться стандартом ГОСТ 7.1 «Библиографическая запись. Библиографическое описание: Общие требования и правила составления». ГОСТ 7.1 – весьма объемный документ. Для удобства в этом стандарте в Приложении А приведено (в качестве справочной информации) много примеров, которые можно использовать как образцы при подготовке списка использованных источников. Приложения (необязательный структурный элемент) Как сказано в ГОСТ 7.32, в приложения рекомендуется включать материалы, связанные с выполненной НИР, но которые по каким-либо причинам не могут быть включены в основную часть. В приложения могут быть включены: промежуточные математические доказательства, формулы и расчеты; таблицы вспомогательных цифровых данных; протоколы испытаний; описание аппаратуры и приборов, применяемых при проведении экспериментов, измерений и испытаний; заключение метрологической экспертизы; инструкции, методики, разработанные в процессе выполнения НИР; иллюстрации вспомогательного характера; копии технического задания на НИР, программы работ, договора или другого исходного документа для выполнения НИР; протокол рассмотрения выполненной НИР на научно-техническом совете; акты внедрения результатов НИР и др. Если в отчете о НИР обосновывается переход к постановке продукции на производство, то в приложения должен быть включен проект технического задания на разработку (модернизацию) продукции или документ (заявка, протокол, контракт и др.), содержащий обоснованные технико-экономические требования к продукции.