Файл: Основы научных исследований.pdf

12
Успехи механики к концу ХVII века (Эйлер, Ломоносов, Даллас) сыграли решающую роль в формировании механистической картины мира.
Эволюционное учение в биологии Дарвина, периодическая сис- тема Менделеева показали наличие развития и внутренней связи ме- жду известными видами животных и веществ.
В середине XIX века создаются социально-экономические, фи- лософские и общенаучные предпосылки для построения научной тео- рии общественного развития (К. Маркс, Ф. Энгельс).
На рубеже ХIХ–ХХ веков новые открытия в физике привели к кризису классической науки нового времени, прежде всего, к краху
«механистической» концепции теории познания, логики и историче- ского материализма.
Кризис разрешился новой революцией в науке, которая началась в физике (Планк, Эйнштейн) и охватила все основные отрасли науки.
К середине XX века сделан ряд фундаментальных открытий: гене- тический код, новые источники энергии и материалов, освоены методы управления большими системами; космические исследования и т. д.
1.3. Закономерности развития науки
В настоящее время, когда обобщен опыт более чем двух тысяче- летий истории науки, отчетливо обнаруживается ряд общих законо- мерностей и тенденций ее развития, рассмотренные в [4, 5, 6]
Наука движется вперед пропорционально объему знаний, унас- ледованных ей от предшествующего поколения, которое описывается экспоненциальным законом. Так, объем научной деятельности удваи- вается (начиная с XVII века) каждые 10–15 лет, что находит выраже- ние в количестве ученых, научных открытий и информации.
Всю историю науки пронизывает сложное диалектическое соче- тание процессов дифференциации и интеграции. Освоение все новых областей реальности и углубление познания приводит к дифферен- циации науки, ее дроблению на более специализированные области знания.
1.4. Классификация отраслей науки

13
Научные дисциплины, образующие в своей совокупности сис- тему науки в целом, весьма условно делят на 3 подсистемы (группы): естественные, общественные и технические.
По своей направленности науку принято подразделять на фун- даментальную и прикладную.
Задачей фундаментальных наук является познание законов, управляющих поведением и взаимодействием базисных структур природы, общества, мышления. Эти законы и структуры изучают в
«чистом виде», безотносительно к их возможному использованию.
Непосредственной целью прикладных наук является применение результатов фундаментальных наук для решения не только познава- тельных, но и социально-практических проблем. Поэтому критерием успеха служит не только достижение истины, но и мера удовлетворе- ния социального заказа – эффективности внедрения. На стыке при- кладных наук и практики развивается особая область исследования – разработки, в которых результаты прикладных наук используют в тех- нологических процессах, новых конструкциях, материалах и т. д. При- кладные науки могут развиваться с преобладанием как теоретической, так и практической проблематики. Все технические науки являются прикладными. В современной науке на долю прикладных наукприхо- дится до 80–90 % всех исследований и ассигнований.
Основная задача в настоящее время заключается в сокращении длительности цикла: фундаментальные исследования – прикладные исследования – разработки – внедрение.
Очень часто молодой научный работник, аспирант или соиска- тель не видят различия между прикладной научно-исследовательской работой (диссертацией) и разработкой в области опытно- конструкторских работ (ОКР). Это заблуждение носит принципиаль- ный характер и в значительной мере отражается на продолжительно- сти выполнения диссертационной работы и ее качестве. Рисунок 1 дает представление об этапах выполнения научно-исследовательской работы.

14
Рисунок 1 – Этапы выполнения прикладной научно-исследовательской работы
Вопросы
1. Методологии научных исследований.
2. Понятие «наука» и цель науки.
Формулирование темы исследования (предварительное оз- накомление с литературой и классификация основных на- правлений, оценка актуальности)
Формулирование цели и задач исследования (подробное изучение литературы, анализ, сопоставление, критика прора- батываемой информации сообщение информации и составле- ние главы. Состояние вопроса и уровень его исследования, проблемная ситуация, цели и задачи)
Теоретические исследования (изучение физической сущно- сти, формулирование гипотезы, выбор и обоснование матема- тической модели, получение аналитических выражений, тео- ретический анализ)
Экспериментальные исследования (цели, задачи, програм- ма и методика исследования, материальное обеспечение стендами, агрегатами, приборами, проведение эксперимен- тов, обработка результатов наблюдении)
Анализ и оформление научных исследований (сопоставле- ние эксперимента с теорией, уточнение теоретических моде- лей, исследований и выводов, дополнительные эксперимен- ты, превращение гипотезы в теорию, сформирование науч- ных и производственных выводов)
Внедрение и экономическая оценка эффективности иссле- дований
Эта- пы
2 3
4 5
6 1
Этап

15 3. История развития науки.
4. Закономерности развития науки.
5. Классификация отрасли науки.
6. Этапы выполнения прикладной научно-исследовательской работы.
7. Задачи фундаментальных наук.
8. Кто внес огромный вклад в науку в эпоху Средневековья?
9. Что является целью прикладных наук?
10. Какие открытия привели к кризису классической науки ново- го времени?

16
2. НАУЧНЫЕ ГИПОТЕЗЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В соответствии философским определением под методом по- знания понимают совокупность требований или принципов, которые должен соблюдать человек в процессе исследований той или иной области действительности.
В науке можно выделить эмпирический и теоретический ме- тоды (уровни) исследования. Эмпирический метод основан на опыте.
На эмпирическом уровне познания широко используют методы срав- нения, измерения, индукцию, анализ и синтез.
Для теоретического уровня характерны такие познавательные приемы, как гипотеза, моделирование, идеализация, абстракция, де- дукция, обобщение и мысленный эксперимент.
Необходимо обратить внимание на сравнительно малоразвитый и малоиспользуемый в наших исследованиях метод, основанный на разработке гипотезы.
2.1. Научные гипотезы
В обыденном представлении под гипотезой понимают догадку, предположение, прогноз событий или явлений. С точки зрения тео- рии познания под научной гипотезой понимают предположение, ос- нованное на реальных данных о причине, обусловливающей опреде- ленные следствия. Гипотеза потому и включает определенный тер- мин «научная», что является научно обоснованным предположением о наличии существенных функциональных связей между следствием и причиной [7].
На первой стадии поисков исследователь выдвигает рабочую гипотезу, имеющую вспомогательное значение для направления ис- следования.
Результаты опытного исследования и их простейшего обобще- ния составляют лишь начало научного познания. Эти результаты ну- ждаются в интерпретации и объяснении, что невозможно сделать без гипотезы. Важнейшая функция гипотез в опытных науках состоит в расширении и обобщении эмпирического материала.
Результаты наблюдений и экспериментов всегда относят к не- большому числу явлений или событий, а утверждения науки претен- дуют на универсальность или весьма большую общность. С помощью гипотез мы стремимся расширить наши знания. В сравнительно про-

17 стых ситуациях такое расширение знания достигают с помощью ин- дукции и логики, при этом немаловажное значение имеют интуиция и опыт ученого. Как правило, гипотезы здесь используют в качестве посылок дальнейших умозаключений. Именно по проверяемым след- ствиям таких умозаключений делают вывод о правдоподобности са- мой гипотезы.
В формировании гипотезы выделяют несколько этапов, которые нередко рассматривают в качестве самостоятельных типов гипотез.
Первоначально всякое предположение выступает в форме до-
гадки, которая обычно связывается с конкретными фактами, опытом или эмпирическими данными. Как правило, для догадки не хватает достаточного количества данных или даже имеющиеся данные вызы- вают сомнения и требуют дальнейшего анализа. В большей степени догадка требует обоснования теоретическими знаниями. Поскольку всякая гипотеза зависит от количества факторов и степени обоснова- ния ее теоретическими знаниями, то различают гипотезы эмпириче- ски правдоподобные или теоретически правдоподобные.
Эмпирические гипотезы обычно подтверждают фактами в не- большой области исследования. Этим гипотезам не хватает теорети- ческого обоснования, а самое главное, они представляют отдельные, изолированные предложения.
Обычно эмпирическая стадия исследования начинается именно с такого рода обособленных гипотез, в которых ученые пытаются ос- мыслить быстрорастущую информацию об опытных данных.
Теоретически правдоподобные гипотезы в отличие от эмпи- рических основываются на тех или иных теоретических принципах, идеях и законах. Нередко они являются логическим следствием из- вестных принципов и законов. Однако они недостаточно обосновы- ваются опытными данными, поэтому остаются теоретическими пред- положениями. Ярким примером теоретической гипотезы было пред- сказание радиоволн, сделанное английским физиком Максвеллом.
Существование таких волн впоследствии было экспериментально до- казано немецким физиком Герцем.
На теоретической стадии исследования обычно имеют дело не только с эмпирически хорошо подтвержденными, но и с теоретически обоснованными гипотезами. Доказательство справедливости гипоте- зы производят путем сопоставления и связи с законами и принципа- ми, ранее установленными в науке.

18
Если гипотеза верна, то она безошибочно может предсказать не- которые следствия по определенной причине. Гипотеза, многократно подтвержденная опытом, постепенно превращается в научную тео- рию, достоверное знание, закономерность.
Из всего сказанного выше важно подчеркнуть направление про- цесса познания: из первоначальных, довольно разрозненных и изоли- рованных догадок, эмпирических обобщений и гипотез при посте- пенном обосновании и опытной проверке возникает систематическое и надежное знание – законы и научные теории.
Наибольший интерес для технических наук представляет мате- матическая гипотеза. Академик С.И. Вавилов впервые в нашей лите- ратуре поставил вопрос о математической гипотезе и так характери- зовал ее сущность: «Положим, что из опыта известно, что изученное явление зависит от ряда переменных и постоянных величин, связан- ных между собой некоторым уравнением, то, видоизменяя это урав- нение, можно получить другие соотношения между переменными.
В этом и состоит математическая гипотеза, или экстраполяция.
Она приводит к выражениям, которые совпадают или расходятся с опытом, и соответственно применяется или отбрасывается». Наибо- лее вероятные, правдоподобные гипотезы проверяются в эксперимен- те. Планирование эксперимента и полевых опытов приведено в работах [8, 9].
Эксперимент– это активные воздействия исследователя на изучаемый объект и его процессы в искусственных условиях в соот- ветствии с целями опыта. Исследователь ставит изучаемый объект в различные, заранее запланированные условия, и в этом заключается преимущество эксперимента. Преимуществом эксперимента является также и то, что изучать явления можно в любое время, не ожидая, по- ка они возникнут в природе (провести полив, внести удобрения, обре- зать деревья и др.). Одним из преимуществ эксперимента является и то, что в одном опыте можно изучать несколько явлений, расчленяя их в процессе проведения опыта и анализа результатов.
В эксперименте можно сравнивать не только отдельные элемен- ты агротехники, но и технологии полностью. Например, сравнение интенсивной технологии выращивания плодовых или овощных куль- тур с обычной технологией, которая применялась раньше. Синони- мом слова эксперимент является слово опыт. Эксперимент является ведущим методом агрономических исследований.

19
2.2. Методы исследования
Метод наблюдения. Для того чтобы в опыте выявить лучшие агрономические приемы или технологии возделывания культуры, ис- пользуют такой метод исследований, как наблюдение. Наблюдение –
сосредоточение внимания исследователя на явлениях эксперимента или природы, их количественная и качественная регистрация с целью выявления лучших приемов повышения урожая и его качества у пло- довых и овощных культур.
Примеры наблюдений: определение даты распускания почек, цветения, завязывания плодов, роста, листьев, созревания плодов, листопада и др. Наблюдают также за повреждением растений вреди- телями и поражением болезнями, морозом – засухоустойчивостью, за динамикой пищевого и водного режимов почвы, ростом растений.
Разновидностью наблюдений является учет урожая и определение его качества, и это наблюдение является одним из главных во всех экспе- риментах.
Все учеты и наблюдения необходимо проводить по специаль- ным методикам в соответствии с государственными стандартами. Для наблюдений необходимо использовать приборы (весы, термометры, колориметры и др.), которые раз в году проверяет и контролирует го- сударственная инспекция. Результаты проверки оформляют соответ- ствующим актом.
Наблюдения проводят не только в эксперименте, но и вне него.
Например, наблюдают за явлениями природы (атмосферные осадки, температура воздуха и почвы, влажность воздуха, количеством сол- нечных дней, первыми заморозками осенью, последними заморозка- ми весной, началом вегетации и цветения, концом цветения, концом вегетации и др.). В результате таких наблюдений вне эксперимента можно сделать ценные выводы об агроклиматическом районировании плодовых и овощных культур.
Анализ – метод исследования, с помощью которого изучаемый предмет мысленно или практически расчленяют на составные части для более детального изучения. Так, весь опыт расчленяют на повторения, каждое повторение – на опытные делянки. При изучении особенностей растений их расчленяют на отдельные органы, которые анализируют отдельно: корни, побеги, листья, цветы, плоды. Например, в плодах оп- ределяют содержание сахара, кислот, витаминов и пр. Анализ как метод исследования используют только в связи с синтезом.

20
Синтез – объединение расчлененных и проанализированных частей в единое целое с целью получения более полных выводов и обобщений. Проанализировав данные по каждой части исследования, исследователи выводят средние значения по каждому варианту, т. е. объединяют данные по делянкам с одинаковыми вариантами. Анали- зируя каждый вариант, они объединяют их в единый опыт, по кото- рому делают выводы, обобщения и как конечный синтез дают реко- мендации производству. Таким образом, анализ и синтез как диалек- тическое единство и противоположность способствуют более полно- му изучению эффективности агрономических приемов и явлений.
Индукция – метод, с помощью которого рассуждения ведутся от фактов к конкретным выводам. Так, если листья на растениях увя- дают, то на основании этого факта делают вывод о недостатке влаги, при пожелтении листьев делают вывод о нарушении минерального питания, а если в одном из вариантов опыта получена наиболее высо- кая урожайность и качество плодов, то делают выводы и предложе- ния о внедрении этого варианта в производство. Это и есть использо- вание метода индукции в исследованиях.
Дедукция – метод, с помощью которого рассуждения ведутся от общих положений к выводам. Например, используют альбом цветных изображений листьев плодовых и ягодных культур, свидетельствую- щих о недостатке определенных элементов питания. Сравнение фак- тической окраски листьев с определенными изображениями в альбо- ме позволяет путем дедуктивного мышления прийти к выводу о не- достатке определенных элементов питания у растений. Метод дедук- ции лежит в основе определения сортов плодовых культур.
Абстрагирование – это теоретическое обобщение опыта или мысленное выделение главного, наиболее существенных связей при отвлечении от всех остальных. Используются два типа абстракций: отождествление – для образования понятий о системе, классах; изо- лирование – для выделения главного. Так, среди десятков вариантов опыта исследователь выделяет наиболее главные, где получена суще- ственная прибавка урожая и улучшено его качество. Когда изучают образование растением органического вещества (как результат самых сложных химических, биохимических, микробиологических, физио- логических и других процессов с участием солнечной энергии), упот- ребляют понятие «фотосинтез». Исследователь абстрагируется от второстепенных процессов и выделяет в мыслях наиболее сущест- венное в первичном создании органического вещества на Земле.

21
Идеализация – это мысленное представление вещей или про- цессов, несуществующих в реальном мире. При этом свойства мыс- ленно изучаемого предмета или явления доводят до оптимальных значений. Например, идеальным является сорт яблони, комплексно устойчивый против всех болезней, вредителей, морозостойкий, засу- хоустойчивый, солевыносливый, высокопродуктивный с отличным качеством плодов. Идеализации используют сначала для создания на- учной теории, а затем для применения ее в практике.
Конкретизация – метод исследования, с помощью которого от абстрактного переходят к конкретному представлению. Например, выделив в создании растением органического вещества самый глав- ный процесс – фотосинтез – познав его сущность, исследователь в мышлении снова возвращается ко всему растению, среде, рассматри- вает взаимодействие растения со всеми факторами его жизни. Выде- лив путем абстрагирования минеральное питание как агрохимиче- ский процесс, исследователь мысленно возвращается ко всем осталь- ным процессам, в результате которых создается урожай. Таким обра- зом, методы абстрагирования и конкретизации тесно взаимосвязаны, дополняют друг друга и исследователь использует их, как анализ и синтез, индукцию и дедукцию.
Моделирование. Сущность моделирования заключается в заме- не трудно изучаемого предмета или явления специально созданным аналогом, удобной моделью, которую потом исследуют. Для эффек- тивности этих исследований каждая модель должна содержать суще- ственные черты оригинала. Если модель сохраняет физическую при- роду оригинала, например, модель почвы, растительной клетки, орга- на, то она является физической. Если модель физически не создается, а ее оригинал лишь описывается соответственными уравнениями, то модель является математической. Например, применяют математиче- ское описание урожайности конкретного сорта плодовых или ягодных культур в зависимости от факторов жизни. Моделированием является также составление схемы опыта, вычерчивание размера и формы де- лянки, изображение на плане метода размещения вариантов и др.
Формализация – метод изучения объектов при помощи отдель- ных элементов их форм, отражающих содержание объекта. Это мо- жет быть формула, описывающая объект. Например, изучают окруж- ность штамба молодого плодового дерева. Для этого штангенцирку-