Тема 3.Уровни научного исследования

Учебные вопросы:

Научное исследование как взаимосвязанный процесс эмпирического и теоретического уровней познания. Особенности теоретического познания: комплекс «проблема – гипотеза – теория». Единство теории и практики условие научного познания. Применение теории на практике, ее материализация. Научные методы теоретического исследования: формализация, аксиоматический метод, гипотетико-дедуктивный метод. Научные методы эмпирического исследования: наблюдение, (социальный) эксперимент, сравнение.

Выделяют следующие уровни научного исследования:

• теоретический - научные методы исследования (познания): формализация, аксиоматический метод, гипотетико-дедуктивный метод;

• эмпирический - научные методы исследования: наблюдение, эксперимент (социальный), аналогия (сравнение), моделирование.

Теоретический уровень исследованиясвязан с глубоким анализом фактов, проникновением в сущность исследуемых явлений, с познанием и формулированием в качественной и количественной форме законов, то есть с объяснением явлений. Далее на этом этапе осуществляется прогнозирование возможных событий или изменений в изучаемых явлениях, вырабатываются принципы действия и рекомендации о практическом воздействии на эти явления. Известно, что Д. И. Менделеев говорил о задачах научного исследования: « Изучать – значит, не просто добросовестно изображать или просто описывать, но и узнавать отношение изучаемого к тому, что известно; измерять все, что подлежит измерению; определять место изучаемого в системе известного, пользуясь как качественными, так и количественными сведениями; находить закон; составлять гипотезы о причинной связи между изучаемыми явлениями; проверять гипотезы опытом; составлять теорию изучаемого».

Эмпирический уровень исследованиясвязан с получением и первичной обработкой исходного фактического материала. Обычно разделяют: научные факты и факты действительности. Научные факты – это подвергнутые анализу факты действительности, проверенные, осмысленные и зафиксированные в виде логических суждений. Факты действительности – события, явления, которые происходили или происходят на самом деле, различные стороны, свойства, отношения изучаемых объектов.

Эмпирический этап состоит из двух стадий работы: первая – процесс добывания, получения и фиксации фактов; вторая – первичная обработка и оценка фактов в их взаимосвязи, т.е. включает в себя: осмысление и строгое описание добытых фактов в терминах научного языка; классификация фактов и выявление основных зависимостей между ними. В ходе этого этапа исследователь осуществляет: критическую оценку и проверку каждого факта, очищая его от случайных и несущественных деталей; описание каждого факта научным языком; отбор из всех фактов типичных, наиболее повторяющихся и выражающих основные тенденции развития; классификацию фактов по видам изучаемых явлений, по их существенности, приводит их в систему; вскрывает наиболее очевидные связи между отобранными фактами, т.е. на эмпирическом уровне исследует закономерности, которые характеризуют изучаемые явления.

Рассматривая теоретическое познание как высшую и наиболее развитую его форму, определяют основные его структурные компоненты: проблема, гипотеза и теория, - выступающие и как узловые моменты построения и развития знания на теоретическом его уровне. Проблема - форма знания, содержанием которой является то, что еще не познано человеком (знание о незнании), но что нужно познать. Гипотеза - научное предположение, выдвигаемое для объяснения каких-либо явлений. Теория - наиболее развитая форма научного знания, дающая целостное отображение закономерных и существенных связей определенной области действительности.

Научные методы теоретического исследования: формализация, аксиоматический метод, гипотетико-дедуктивный метод.

Формализация (лат. forma вид, образ) - отображение результатов мышления в точных понятиях и утверждениях; отображение содержательного знания в формализованной теории (исчислении); метод исследования объектов путем представления их элементов в виде специальной символики. При этом изучаемым объектам, их свойствам и отношениям ставятся в соответствие некоторые устойчивые, хорошо обозримые и отождествимые материальные конструкции, дающие возможность выявить и зафиксировать существенные стороны объектов. Она уточняет содержание путем выявления его формы и может осуществляться с разной степенью полноты.

Формализация позволяет систематизировать, уточнить и методологически прояснить содержание теории, выяснить характер взаимосвязи между собой различных её положений, выявить и сформулировать ещё не решенные проблемы. Как познавательный приём (в частности в узком "математическом" смысле) она носит относительный характер: одна и та же теория может быть одновременно и средством формализации (некоторой др. теории и области явлений), и предметом формализации (в более "формальной" теории). Так, традиционная "формальная" логика является формализацией по отношению к совокупности отражённых в ней закономерностей человеческого мышления; по отношению же к своим (аксиоматическим) формализациям она выступает в качестве содержательной теории предмета формализации.

Выражение мышления в естественном языке можно считать первым шагом формализации. Дальнейшее ее углубление достигается введением в обычный язык разного рода специальных знаков и созданием частично искусственных и искусственных языков. Логическая формализация направлена на выявление и фиксацию логической формы выводов и доказательств. Полная формализация теории имеет место тогда, когда совершенно отвлекаются от содержательного смысла ее исходных понятий и положений и перечисляют все правила логического вывода, используемые в доказательствах. Она включает в себя три момента: 1) обозначение всех исходных, неопределяемых терминов; 2) перечисление принимаемых без доказательства формул (аксиом); 3) введение правил преобразования данных формул для получения из них новых формул (теорем).

В формализованной теории доказательство не требует обращения к содержанию используемых понятий, их смыслу. Доказательство является здесь последовательностью формул, каждая из которых либо есть аксиома, либо получается из аксиом по правилам вывода. Проверка такого доказательства (но не его отыскание) превращается в чисто механическую процедуру, которая может быть передана вычислительной машине. Ф. играет существенную роль в уточнении научных понятий. Многие проблемы не могут быть не только решены, но даже сформулированы, пока не будут формализованы связанные с ними рассуждения. Так обстоит дело, в частности, с широко используемым понятием алгоритма и вопросом о том, существуют ли алгоритмически неразрешимые проблемы.

Модель - алгоритм - программа. Алгоритм [23] – совокупность правил, определяющих эффективную процедуру решения любой задачи из некоторого класса задач. Свойства, которыми должен обладать алгоритм: определенность (однозначность и понятность для исполнения), результативность (приводить к искомому результату во всех случаях, для которых он создан, за конечное число простых шагов - дискретность), массовость (для каждого алгоритма существует некоторый класс меняющихся в известных пределах значений исходных данных). Формы представления алгоритма: а) словесная форма записи на естественном языке, б) графический способ - блок-схема.

Аксиоматический подход, или метод – способ построения научной теории, при котором в основу теории кладутся некоторые исходные положения (аксиомы теории), а все остальные предложения теории получаются как логические следствия аксиом.

Каким требованиям должна отвечать система аксиом?

В результате отказа от ставки на непосредственную очевидность некоторых истин математики и логики было установлено, что в формальном плане, где нет места образному мышлению, аксиомы должны отвечать, прежде всего, трем главным требованиям - непротиворечивости,полноты и независимости.

Система аксиом называется непротиворечивой, если из этих аксиом нельзя сделать два взаимно исключающих друг друга вывода.

Система аксиом называется полной, если она допускает лишь одну-единственную реализацию, то есть если две любые модели этой системы аксиом совпадают, или, как говорят, изоморфны. Две модели аксиоматической системы считаются изоморфными, если между образующими эти модели элементами можно установить взаимно-однозначное соответствие. Иными словами, две изоморфные модели представляют собой один и тот же абстрактный математический объект, только описанный разными (но "переводимыми") формальными языками.

Система аксиом называется независимой, если ни одну из аксиом этой системы нельзя вывести из других аксиом, то есть как теорему доказать, базируясь на всех остальных аксиомах системы.

Развитие аксиоматического метода можнорассматриватькаквыражениетенденции ограничитьобращениекинтуитивнойочевидности, которая чревата субъективизмом и разночтением.

Формальное доказательство некоторого высказывания S состоит в построении конечной последовательности высказываний, такой, что (1) первое высказывание есть какая-либо аксиома нашего формального языка, (2) каждое из последующих высказываний есть или некоторая аксиома, или непосредственно выводимо с помощью одного из правил вывода из каких-либо высказываний, предшествующих ему в этой последовательности, и (3) последним высказыванием в этой последовательности является S. Ни одно высказывание не может рассматриваться здесь как теорема, если для него не может быть найдено соответствующее формальное доказательство.

Гипотетический метод основан на гипотезе, научном предположении, выдвигаемом для объяснения какого-либо явления и требующем проверки на опыте и теоретического обоснования, чтобы стать достоверно научной теорией. Он применяется при исследовании новых явлений, не имеющих аналогов (изучение эффективности телекоммуникационных и мобильных средств связи и т. п.).

В современной методологии термин "гипотеза" употребляется в двух основных значениях: метод развития научного знания; форма знания, характеризующаяся проблематичностью и недостоверностью, содержащая предположение, сформулированное на основе ряда фактов, истинное значение которого неопределенно и нуждается в доказательстве.

Гипотезы могут быть описательными (предполагающими существование явления), объяснительными (вскрывающими причины его) и описательно-объяснительными. Говоря об отношении гипотез к опыту, выделяют следующие типы: гипотезы, которые возникают на основе обобщения только предшествующих концептуальных построений; гипотезы, возникающие непосредственно для объяснения опыта; гипотезы, в формулировании которых опыт играет определенную, но не исключительную роль.

Дедуктивная гипотеза, как правило, выводится из уже известных отношений или теорий, от которых отталкивается исследователь. В случаях, когда степень надежности гипотезы может быть определена путем статистической переработки количественных результатов опыта, рекомендуется формулировать нулевую, или отрицательную гипотезу. При ней исследователь допускает, что нет зависимости между исследуемыми факторами.

Дедукция - вид умозаключения от общего к частному, когда из массы частных случаев делается обобщенный вывод о всей совокупности таких случаев. Индукция - вид умозаключения от частных фактов, положений к общим выводам. Идея - определяющее положение в системе взглядов, теорий и т.п.

Дедукция – это и метод научного познания, который заключается в переходе от некоторых общих посылок к частным результатам-следствиям. Умозаключение по дедукции строится по следующей схеме; все предметы класса «А» обладают свойством «В»; предмет «а» относится к классу «А»; значит «а» обладает свойством «В». В целом дедукция как метод познания исходит из уже познанных законов и принципов. Поэтому метод дедукции не позволяет получить содержательно нового знания. Дедукция представляет собой лишь способ логического развертывания системы положений на базе исходного знания, способ выявления конкретного содержания общепринятых посылок.

Решение любой научной проблемы включает выдвижение различных догадок, предположений, а чаще всего более или менее обоснованных гипотез, с помощью которых исследователь пытается объяснить факты, не укладывающиеся в старые теории. Гипотезы возникают в неопределенных ситуациях, объяснение которых становится актуальным для науки. Кроме того, на уровне эмпирических знаний (а также на уровне их объяснения) нередко имеются противоречивые суждения. Для разрешения этих проблем требуется выдвижение гипотез. Гипотеза представляет собой всякое предположение, догадку или предсказание, выдвигаемое для устранения ситуации неопределенности в научном исследовании. Поэтому гипотеза есть не достоверное, а вероятное знание, истинность или ложность которого еще не установлены. Любая гипотеза должна быть обоснована либо достигнутым знанием данной науки, либо новыми фактами (неопределенное знание для обоснования гипотезы не используется). Она должна обладать свойством объяснения всех фактов, которые относятся к данной области знания, систематизации их, а также фактов за пределами данной области, предсказывать появление новых фактов (например, квантовая гипотеза М. Планка, выдвинутая в начале XX в., привела к созданию квантовой механики, квантовой электродинамики и других теорий). При этом она не должна противоречить уже имеющимся фактам.

Гипотеза должна быть либо подтверждена, либо опровергнута. Для этого она должна обладать свойствами фальсифицируемости и верифицируемости. Фальсификация - процедура, устанавливающая ложность гипотезы в результате экспериментальной или теоретической проверки. Требование фальсифицируемой гипотез означает, что предметом науки может быть только принципиально опровергаемое знание. Неопровержимое знание (истины религии, например) к науке отношения не имеет. При этом сами по себе результаты эксперимента опровергнуть гипотезу не могут. Для этого нужна альтернативная гипотеза или теория, обеспечивающая дальнейшее развитие знаний. В противном случае отказа от первой гипотезы не происходит. Верификация - процесс установления истинности гипотезы или теории в результате их эмпирической проверки. Возможна также косвенная верифицируемость, основанная на логических выводах из прямо верифицированных фактов.

Научные методы эмпирического исследования: наблюдение, эксперимент (социальный), аналогия (сравнение), моделирование.

Наблюдение - это целенаправленный строгий процесс восприятия предметов действительности, которые не должны быть изменены. Исторически метод наблюдения развивается как составная часть трудовой операции, включающей в себя установление соответствия продукта труда его запланированному образцу. Наблюдение как метод познания действительности применяется либо там, где невозможен или очень затруднен эксперимент, либо там, где стоит задача изучить именно естественное функционирование или поведение объекта (социальная психология). Наблюдение как метод предполагает наличие программы исследования, формирующейся на базе прошлых убеждений, установленных фактов, принятых концепций. Частными случаями метода наблюдения являются измерение и сравнение.

Эксперимент - метод познания, при помощи которого явления действительности исследуются в контролируемых и управляемых условиях. Он отличается от наблюдения вмешательством в исследуемый объект, то есть активностью по отношению к нему. Проводя эксперимент, исследователь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания путем непосредственного воздействия на изучаемый процесс или изменения условий, в которых проходит этот процесс. Специфика эксперимента состоит также в том, что в обычных условиях процессы в природе крайне сложны и запутанны, не поддаются полному контролю и управлению. Поэтому возникает задача организации такого исследования, при котором можно было бы проследить ход процесса в «чистом» виде. В этих целях в эксперименте отделяют существенные факторы от несущественных и тем самым значительно упрощают ситуацию. В итоге такое упрощение способствует более глубокому пониманию явлений и создает возможность контролировать немногие существенные для данного процесса факторы и величины.

Развитие естествознания выдвигает проблему строгости наблюдения и эксперимента. Дело в том, что они нуждаются в специальных инструментах и приборах, которые последнее время становятся настолько сложными, что сами начинают оказывать влияние на объект наблюдения и эксперимента, чего по условиям быть не должно. Это, прежде всего, относится к исследованиям в области (квантовой) физики микромира.

Аналогия - метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного в ходе рассмотрения какого-либо одного объекта, на другой, менее изученный и в данный момент изучаемый. Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, что позволяет получить вполне достоверные знания об изучаемом предмете. Применение метода аналогии в научном познании требует определенной осторожности. Здесь чрезвычайно важно четко выявить условия, при которых он работает наиболее эффективно. Однако в тех случаях, когда можно разработать систему четко сформулированных правил переноса знаний с модели на прототип, результаты и выводы по методу аналогии приобретают доказательную силу.

Моделирование - метод научного познания, основанный на изучении каких- либо объектов посредством их моделей. Появление этого метода вызвано тем, что иногда изучаемый объект или явление оказываются недоступными для прямого вмешательства познающего субъекта или такое вмешательство нецелесообразно по ряду причин. Моделирование предполагает перенос исследовательской деятельности на другой объект, выступающий в роли заместителя интересующего нас объекта или явления. Объект-заместитель называют моделью, а объект исследования - оригиналом, или прототипом. При этом модель выступает как такой заместитель прототипа, который позволяет получить о последнем определенное знание.

Таким образом, сущность моделирования как метода познания заключается в замещении объекта исследования моделью, причем в качестве модели могут быть использованы объекты как естественного, так и искусственного происхождения. Возможность моделирования основана на том, что модель в определенном отношении отображает какие-либо стороны прототипа. При моделировании очень важно наличие соответствующей теории или гипотезы, которые строго указывают пределы и границы допустимых упрощений.

Модель – условный образ, отображающий существенные свойства исследуемого объекта (или процесса) так, что его изучение дает новую информацию о моделируемом объекте. Модель математическая – приближенное описание какого-либо класса явлений внешнего мира, выраженное с помощью математической символики. Модель тренда – графическое или аналитическое (табличное) описание эмпирического временнόго ряда, то есть упорядоченного по времени набора измерений тех или иных характеристик исследуемого объекта, процесса.