Наука как вид деятельности человека по получению новых знаний

Лекция 2

Наука. Научные исследования

Наука как вид деятельности человека по получению новых знаний

Классификация научных исследований

Язык науки

Наука как вид деятельности человека по получению новых знаний

Наука – это особый вид деятельности человека, целью которой является познание окружающего реального мира во всем его природном и созданном человеком многообразии, получение новых знаний о нем в интересах человеческого общества. Для получения новых знаний, кроме цели, необходимы опробованные надежные методы исследования и средства (измерительные приборы и научное и технологическое оборудование, программы для расчетов,...), квалифицированный персонал, соответствующая инфраструктура организации, в которой проводятся исследования, возможность доступа участников исследований к литературе и базам данных, обмен информацией, достаточное для проведения исследований финансирование. Любая научная деятельность предполагает наличие объекта (это все то, что подвергается исследованию в ходе научной работы, например, процесс, явление, система управления, подготовки персонала и его переобучения,…) и тесно связанных с ним предмета и субъекта исследования. Под предметом исследования понимают конкретные характеристики объекта (чувствительность аппаратуры, скорость ее срабатывания на внешнее воздействие, эффективность обмена информацией или обучения работников наземных служб аэродромов, …). При научных исследованиях требуется обычно установить, в каких пределах и под действием каких факторов изменяются требуемые характеристики, как можно надежно управлять степенью их изменения. Субъект исследования – это ученый (или студент, бакалавр, магистр, аспирант,…), который проводит исследования в определенной организационной структуре (институте, университете, в компании,…). Следует отметить, что в современных условиях научные исследования зачастую ведутся большими коллективами ученых, членами которых могут быть представители разных институтов, университетов, компаний и предприятий. Обусловлено это и сложностью решаемых задач, и необходимостью исследовать у объекта многообразные свойства и характеристики при недостатке приборов и оборудования для научных исследований у каждого из юридических лиц, где работают члены научного коллектива.

Разумеется, и для науки, и для практики важен и получаемый в ходе исследований результат. По всем этим параметрам (объект, предмет, субъект и результат исследований) разные виды научных исследований отличается друг от друга.

Итак, что же такое наука? Наука – это и система существующих знаний, и процесс получения новых знаний, и определенная организация (определенный институт, университет, компания, предприятие), которые организуют исследовательскую деятельность. Получение знаний как главная цель деятельности есть только у науки, во всех других видах человеческой деятельности оно является побочным продуктом, а вовсе не ее целью.

 

1. Классификация научных исследований

Научные знания обычно систематизируются, классифицируются, и одним из способов их классификации является деление на эмпирические и теоретические. Эмпирические знания – это качественные и количественные характеристики объекта исследования, связанные друг с другом эмпирически установленными математическими соотношениями (уравнениями). Они получаются в результате прямого контакта субъекта исследовательской деятельности, вооруженного разными методами и средствами ведения научных исследований, с реальными объектами исследований. Под прямым контактом субъекта с объектом исследования понимают, например, наблюдение за объектом и поставленный над ним эксперимент с анализом полученных в них результатов, накопление статистических данных о характеристиках объекта, сопоставление полученных в эксперименте данных с данными из литературных источников.

Теоретические знания получаются в ходе теоретических исследований объекта. Теория – важный элемент научного познания. Ее задачи – описать результаты наблюдений за объектом или данные, полученные в эксперименте, объяснить эмпирически установленные закономерности, математически связывающие друг с другом разные параметры или характеристики процесса или явления, исходя из небольшого числа принципов, предсказать существование новых характеристик объекта или процессов с его участием. Так, в 1869 году Менделеев на основе открытого им периодического закона создал таблицу элементов, оставив в ней несколько пустых клеточек и с высочайшей точностью предсказав основные физико-химические свойства еще неоткрытых элементов и даже их основных химических соединений. Позднее эти элементы – германий, скандий и галлий – были открыты учеными из Германии, Швеции и Франции. Это пример предсказательной силы хорошей теории. И, хотя чаще всего теория объясняет результаты наблюдения или эксперимента, она может и опережать практику. Так, в уже далеком 1916 г. А. Эйнштейн, развивая представления Н. Бора об энергетических уровнях электронов в атомных системах и о связи испускания этими системами света со спонтанными (самопроизвольными, т. е. происходящими сами по себе) переходами электронов с выше расположенных уровней на уровни, лежащие на шкале энергий ниже, предположил, что наряду с самопроизвольными переходами электроны могут совершать и вынужденные переходы сверху вниз под действием света с определенной энергией квантов. И только спустя 45 лет, в 1961 г. был создан первый лазер, генерирующий свет именно за счет таких вынужденных электронных переходов.

Теория чаще всего имеет дело с идеальными объектами. В механике, например, таковым идеальным объектом является обладающая некой массой материальная точка, размерами которой на масштабе процессов, в которых она участвует, можно пренебречь. Отталкиваясь от реальности, можно приписать ей определенные координаты, направление, скорость и ускорение движения, т. е. наделять ее некими как бы реальными свойствами, параметрами, которые мы можем контролировать. Таким образом, теория абстрагируется от реальности, в ее рамках рассматривается не реальный, а идеальный объект, разрабатываются модели конкретных явлений с его участием, позволяющих описать наблюдаемые закономерности в поведении реальных объектов.

Для развития науки важную роль играют открытия. Они осуществляются различными способами и не зависят от конкретной личности. И эмпирические, и теоретические формы познания опираются на идеализацию объекта исследования, на обобщение, на рассуждение по аналогии, на анализ (разложение процесса на отдельные стадии и изучение их характеристик) и на синтез (создание модели или теории явления или процесса на основе соединения характерных особенностей отдельных стадий).

Какие средства используются субъектами научного исследования в научной деятельности?

1. Язык науки и ее словарь. У каждой науки они свои, и для ее развития огромное значение имеет развитие языка и словаря науки (см. Приложение «Краткий глоссарий науки»). Особое значение в науке имеет математический язык, однако вплоть до 16 века в научном обиходе не было никаких буквенных математических обозначений. Их ввел Виет.

2. Измерительные приборы и устройства, являющиеся орудием испытаний. До 17 века вся наука опиралась только на наблюдения и ограничивалась лишь качественным описанием явлений и процессов. Потом постепенно стали создаваться приборы и измерительные устройства, которыми стали пользоваться естествоиспытатели в своей исследовательской практике, что позволило перейти при изучении объектов исследования на количественный уровень описания. Следует помнить, что для получения надежных результатов, на основе которых только и могут быть сделаны достоверные выводы об объекте исследования, нужно применять аттестованные специализированными компаниями приборы и установки и следить за тем, не пропущен ли срок следующей аттестации.

Без языка науки, ее словаря, без приборов и без устройств настоящая научная деятельность невозможна.

3. Важную роль в развитии науки, научных исследований играет обмен информацией. Во-первых, он осуществляется на конференциях, симпозиумах, конгрессах, на которых ученые делают доклады о своих исследованиях. Труды перечисленных научных форумов публикуются в виде специальных сборников. Во-вторых, результаты исследований публикуются в виде статей в периодических научных журналах, предварительно пройдя рецензирование у авторитетных ученых, к которым обращаются за рецензией на присланную статью редакции научных журналов. В-третьих, признанные в своей области науки ученые пишут монографии, отражающие состояние дел и перспективы развития данной области науки, а также связи с другими смежными областями. Сообщения обо всех таких публикациях отмечаются в реферативных журналах по направлениям научной деятельности. Информацию о них можно найти и в интернете

4. Нормальное развитие науки в каждой ее области невозможно без экспертного сообщества, состоящего из авторитетных специалистов того или иного направления науки и техники. Отвергая или принимая результаты отдельных исследований, они помогают накапливать базу надежных данных, на основе которых и развиваются те или иные направления научных исследований.

В зависимости от своего целевого назначе ния, степени связи с объектом, глубины и характера научной работы научные исследования подразделяются на фундаментальные, прикладные и на разработки.

Фундаментальные исследования направлены на получение принципиально новых знаний и на дальнейшее развитие системы уже накопленных знаний. Они могут быть теоретическими или экспериментальными. Цель фундаментальных исследований – открытие новых законов природы, вскрытие связей между явлениями или разными сторонами одного явления и создание новых теорий. Теоретические исследования базируются на анализе результатов наблюдения и экспериментальных исследований и на применении математических и логических методов познания объекта. Результатом исследования может быть гипотеза, приемлемо описывающая названные результаты, или теория, выросшая из гипотезы. Для создания теории требуется объект исследования «поставить» в специальные условия и удостовериться, что в этих условиях объект демонстрирует требуемые свойства и характеристики. Субъектами фундаментальных исследований чаще всего выступают представители естественных наук, прежде всего физики и химии. Фундаментальные исследования тесносвязаны со значительным риском и неопределённостью с точки зрения получения конкретного положительного результата, вероятность которого, скорее всего, не превышает 10 %. Несмотря на это именно фундаментальные исследования составляют основу развития как самой науки, так и общественного производства. Экспериментальные исследования осуществляются либо на натурных образцах, либо созданных руками человека, либо на каких-то моделях в лабораторных условиях, при которых устанавливаются новые свойства объекта, определенные закономерности в их поведении, зависимости разных физических величин друг от друга и диапазоны их изменения, а также подтверждаются выдвинутые ранее теоретические предположения и представления.

Прикладные исследования ориентированы на решение практических задач развития отдельных отраслей науки или техники на основе результатов фундаментальных исследований. Они направлены на создание новых, либо на совершенствование существующих приборов и измерительных устройств, средств производства, технологий, предметов потребления и т. п. Прикладные исследования в области техники не имеют, как правило, непосредственного дела с природой. Объектом исследования в них обычно являются машины, устройства, технологии, инфраструктурные объекты, организационные структуры. Отчетливое утилитарное целевое назначение и практическая направленность прикладных исследований делает вероятность получения ожидаемых от них результатов весьма значительной, зачастую не менее 80-90 %.

Разработки имеют целью создание и отработку опытных моделей техники (машин, продуктов,…) или технологии производства, а также усовершенствование существующей техники на основе результатов прикладных исследований. На этапе разработки результаты, продукты научных исследований принимают такую форму, которая позволяет использовать их в других отраслях общественного производства.

Исследование сложных объектов исследованияне возможно без комплексных исследований, которые представляют собой изучение разнородных свойств и сторон одного и того же объекта, каждое из которых может предусматривать применение своих особых методов и средств исследования. Понятно поэтому, что для проведения комплексных исследований требуется использовать сразу несколько методов исследования, большое число разнообразных приборов и устройств, привлекать к их проведению специалистов разного научно-технического профиля, часто являющихся представителями разных юридических лиц. Часто проведению комплексных исследований предшествуют серьезное планирование и основательная подготовка как объекта исследования, так и исследовательской инфраструктуры. Примерами комплексного исследования может служить оценка надежности автомобиля или летной годности воздушного судна, каждая из которых зависит от целого ряда своих факторов, поэтому эти характеристики является интегральными и зависят от таких его отдельных свойств, как безотказность работы двигателя, ремонтопригодность машины, сохраняемость и долговечность деталей и т.д.

Наряду с комплексными научными исследованиями возможны и дифференцированные исследования, к которым относятся такие исследования, в ходе которых изучается и познается только одно из свойств или группа однородных свойств. В рассмотренном примере исследование каждого в отдельности свойства надежности автомобиля или воздушного судна (безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость и долговечность деталей и т.д.) является дифференцированным.

Характеристикой научных исследований может быть место их проведения. По этому параметру они обычноделятся на лабораторные или производственные. Исследуемый объект при этом может быть натурным или модельным. В каждом случае выбор вида исследуемого объекта подлежит обоснованию.

При разработке крупной научно-технической проблемы научные исследования могут выполняться в течение многих лет и состоять из нескольких стадий,которые называются поисковыми исследованиями, научно-исследовательской работой (НИР), опытно-конструкторской работой (ОКР) опытно-промышленной разработкой (ОПР). Первой стадией всегда является поисковое исследование, в результате которого устанавливаются принципиальные основы, пути и методы решения поставленной задачи. Вторая стадия представляет собой НИР, целью которой является установление необходимых зависимостей, свойств и закономерностей, создающих предпосылки для дальнейших инженерных решений. Третья стадия – ОКР, т. е. комплекс работ по созданию конструкторской и технологической документации, изготовление и испытания опытных или головных образцов изделий единичного производства. Четвертой стадией бывает ОПР, главная задача которой состоит в доведении исследования до практической реализации, т.е. его апробации в условиях производства. На основе результатов опытно-производственной проверки вносятся коррективы в техническую документацию для широкого внедрения разработки в производство.

Научные исследования классифицируют еще по целому ряду признаков:

1. По области практической деятельности - исследования в областях промышленности, сельского хозяйства, строительства, транспорта, экономики, науки, литературы и искусства, других отраслей практической деятельности общества.

2. По области науки - естественные, гуманитарные, технические, медицинские, военные, политические,...

3. По цели исследования - глобальные, отраслевые, локальные, квалификационные.

4. По административно территориальным границам исследования - исследования в рамках международных и национальных программ, исследования по планам министерств и ведомств, исследования по планам предприятий (вузов, НИУ).

5. По значимости для развития науки и практики: фундаментальные, прикладные, теоретические, научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки (НИОКР).

6. По длительности разработки: долгосрочные (срок исполнения более 5-ти лет), среднесрочные (1-5 лет), краткосрочные (до 1-го года).

7. По степени закрытости информации: открытые, закрытые, секретные, для служебного пользования (ДСП).

8. По источнику финансирования: госбюджетные (в рамках Федеральных целевых программ (ФЦП) развития того или иного крупного научного направления), хоздоговорные (исследования проводятся одним хозяйствующим субъектом по заказу другого хозяйствующего субъекта), грантовые (финансируются из какого-либо отечественного (Российский фонд фундаментальных исследований, Российский научный фонд,…) или зарубежного фонда, инициативные (финансируемые из средств института, компании, предприятия).

Каждое научное исследование можно отнести к какому-то определенному научному направлению. Под научным направлением понимается совокупность научных работ, объединенных общностью объекта (или схожестью нескольких объектов) исследования, методами его исследования, общностью тем исследования и их взаимосвязанностью, принадлежностью к одной научной области, одной научной школе. В рамках научного направления изучаются, как правило, комплексные проблемы, сложные научные вопросы.

Выбор направления, проблемы, темы научного исследования и постановка научных вопросов являются весьма ответственной задачей. Так, в частности актуальные направления и комплексные проблемы исследований стратегического масштаба формулируются в директивных документах правительства страны. В научном учреждении направление исследования часто предопределяется спецификой этого научного учреждения или отраслью науки, в которых работает тот или иной исследователь.

Выбранное направление исследований часто становится стратегией научного работника или научного коллектива на длительный период. Однако необходимо иметь в виду, что в процессе научных разработок возможны и некоторые изменения в тематике по предложению заказчика.

Таким образом, в структурном отношении научное исследование включает в себя 5 следующих этапов: проявление проблемы, выдвижение первоначальной гипотезы, проведение теоретических исследований, проверка полученных в ходе теоретических исследований результатов на практике в ходе специально спланированных и проведенных экспериментов, формулирование выводов и рекомендаций.

Приложение