Методи на природонаучните изследвания. Методология на научните изследвания в природните науки. Научният процес е проява на съвкупността от изброените фактори, функция на личността на изследователя

Основата за развитието на съвременните природни науки е специфична научна методология. Научната методология се основава на опит- базирано на практика сетивно-емпирично познание за действителността. Под практикаозначава обективна човешка дейност, насочена към постигане на материални резултати.

В процеса на своето развитие класическото естествознание е развило специфичен вид практика, наречена "научен експеримент". научен експеримент- това също е обективната дейност на хората, но вече насочена към проверка на научните положения. Смята се, че една научна позиция отговаря на истината, ако е потвърдена от опит, практика или научен експеримент.

В допълнение към взаимодействието с експеримента, когато разработват научни теории, те понякога използват чисто логически критерии: вътрешна последователност, съображения за симетрия и дори такива неясни съображения като "красотата" на хипотезата. въпреки това Крайните съдии на научната теория винаги са практиката и експериментът..

Като пример за „красива“ хипотеза ще цитирам хипотезата на американския физик Файнман за идентичността на елементарните частици. Факт е, че те имат абсолютно фантастично свойство. Елементарните частици от един вид, например електроните, са неразличими. Ако в системата има два електрона и единият от тях е бил премахнат, тогава никога няма да можем да определим кой от тях е бил премахнат и кой е останал. За да обясни тази неразличимост, Фейнман предположи, че има само един електрон в света, който може да се движи напред и назад във времето. Във всеки един момент от времето ние възприемаме този един електрон като множество електрони, които, разбира се, са неразличими. Това всъщност е същият електрон. Не е ли добра хипотеза? Няма да е лошо и вие да можете да измислите нещо подобно, но в областта на икономиката.

Етапи на решаване на научен проблем

Взаимодействието с опита изисква науката да разработи специфичен механизъм за интерпретиране на експериментални данни. Състои се в прилагане на идеализация и абстракция към тези данни.

Същност на идеализациятасе състои в отхвърляне на аспектите на изследваното явление, които не са съществени за неговото разрешаване.

Страната на явление или обект е свойство, присъщо на него, което може или не може да бъде. Например дръжката на пожарна брадва може или не може да бъде боядисана в червено. В същото време брадвата няма да промени другите си свойства.

Страните на явлението могат да бъдат повече или по-малко значими в това отношение. Така че цветът на дръжката на брадвата не играе никаква роля по отношение на основната й цел - рязане на дърва. В същото време наличието на ярък цвят е от съществено значение, когато търсите брадва в екстремна ситуация. От естетическа гледна точка използването на яркочервен цвят за оцветяване на инструмент може да изглежда безвкусно. Така, в процеса на идеализация, страните на едно явление трябва винаги да се оценяват в това конкретно отношение.

В процеса на идеализация се отхвърлят незначителните в разглеждания аспект аспекти на явлението.Останалите съществени аспекти са подложени на процес на абстракция.

абстракциясе състои в прехода от качествена оценка на въпросните страни към количествена.

В същото време качествените отношения се обличат в „дрехите“ на математическите отношения. Обикновено в това участват спомагателни количествени характеристики и се прилагат известните закони, на които се подчиняват тези характеристики. Процесът на абстракция води до създаването на математически модел на изследвания процес.

Например кафяв боксов чувал с тегло 80 кг и цена 55 условни единици пада от прозореца на шестия етаж на нова сграда. Необходимо е да се определи количеството топлина, отделена в момента на контакта му с асфалта.

За да се реши проблемът, е необходимо преди всичко да се направи идеализация. Така че цената на чантата и нейният цвят нямат значение по отношение на задачата, която се решава. При падане от сравнително малка височина триенето във въздуха също може да бъде пренебрегнато. Следователно формата и размерът на чантата се оказват незначителни по отношение на този проблем. Следователно, когато се разглежда процесът на падане, моделът на материална точка може да се приложи към торбата (материална точка е тяло, чиято форма и размер могат да бъдат пренебрегнати в условията на тази задача).

Процесът на абстракция дава височината на прозореца на шестия етаж на нова сграда приблизително равна на 15 м. Ако приемем, че процесът на взаимодействие на торба с асфалт се подчинява на основните закони на теорията на топлината, тогава да се определи количеството на топлина, отделена при падането й, е достатъчно да се намери кинетичната енергия на тази торба в момента на контакт с асфалта. И накрая, задачата може да се формулира по следния начин: намерете кинетичната енергия, която материална точка с маса 80 kg придобива при падане от височина 15 м. В допълнение към законите на термодинамиката, законът за запазване на общата механична енергия също е използвани в процеса на абстракция. Изчислението с помощта на тези закони ще доведе до решението на проблема.

Наборът от математически отношения, които позволяват решаването на проблема, е математически модел на решението.

Тук трябва да се отбележи, че идеализацията, основана по същество на отхвърлянето на несъществени аспекти на явлението, неизбежно води до известна загуба на информация за описания процес. Парадигмата легитимира идеализацията и я кара да изглежда така, сякаш се разбира от само себе си. Следователно, под влиянието на парадигмата, идеализацията често се използва дори в случаите, когато е неоправдана, което, разбира се, води до грешки. За да се избегнат подобни грешки, академик А. С. Предводителев предложи принципа на двойствеността. Принципът на дуалността ни инструктира да разглеждаме всеки проблем от две алтернативни гледни точки, като отхвърляме различните му страни в процеса на идеализиране. С този подход загубата на информация може да бъде избегната.

Феноменологични и моделни методи

Има два вида взаимодействие между научната теория и опита: феноменологично и моделно.

Наименованието на феноменологичния метод идва от гръцката дума “феномен”, което означава явление. Това е емпиричен метод, тоест базиран на експеримент.

Първо трябва да се постави задачата. Това означава, че началните условия и целта на задачата, която трябва да се реши, трябва да бъдат точно формулирани.

След това методът предписва да се предприемат следните стъпки за разрешаването му:

1. Натрупване на опитни материали.
2. Обработка, систематизиране и обобщаване на тези материали.
3. Установяване на връзки и в резултат на това възможни връзки между стойностите, получени в резултат на обработката. Тези съотношения представляват емпирични закономерности.
4. Получаване, въз основа на емпирични закономерности, на прогнози, които предвиждат възможните резултати от експериментална проверка.
5. Експериментална проверка и сравняване на резултатите с прогнозираните.

Ако прогнозираните данни и резултатите от теста винаги съвпадат със задоволителна степен на точност, тогава закономерността получава статут на природонаучен закон.

Ако не се постигне такова съответствие, процедурата се повтаря, като се започне от стъпка 1.

Феноменологичната теория обикновено е обобщение на експериментални резултати. Появата на експеримент, който противоречи на тази теория, води до усъвършенстване на областта на нейната приложимост или до въвеждане на уточнения в самата теория. Следователно, колкото повече опровержения има една феноменологична теория, толкова по-точна става тя.

Примери за феноменологични теории са класическата термодинамика, феноменологични зависимости, свързани с областта на физичната и химичната кинетика, законите на дифузията, топлопроводимостта и др.

Моделните теории използват дедуктивния метод. Очевидно първото научно обосноваване на този метод е дадено от известния френски философ Рене Декарт. Обосновката на дедуктивния метод се съдържа в известния му трактат За метода.

Създаването на моделна теория започва с издигането на научна хипотеза - предположение относно същността на изследваното явление. Въз основа на хипотезата чрез абстракция се създава математически модел, който възпроизвежда основните закономерности на изследваното явление с помощта на математически зависимости. Последствията, получени от тези отношения, се сравняват с експеримента. Ако експериментът потвърди резултатите от теоретичните изчисления, направени въз основа на този модел, тогава той се счита за правилен. Появата на експериментално опровержение води до отхвърляне на хипотеза и насърчаване на нова.

Пример за моделна теория е класическото описание на дисперсията на светлината. Тя се основава на идеята, предложена от J. Thomson за атома като група от положителни заряди, в които като семки в диня са разпръснати отрицателни електрони. Класическата теория на дисперсията дава добро качествено съответствие с експеримента. Въпреки това, вече експериментите на Ръдърфорд за определяне на структурата на атома показаха провала на основната хипотеза и доведоха до пълното отхвърляне на класическата теория на дисперсията.

Моделните теории на пръв поглед изглеждат по-малко привлекателни от феноменологичните. Въпреки това те позволяват по-задълбочено разбиране на вътрешните механизми на разглежданите явления. Често теориите за модела се усъвършенстват и продължават да съществуват в ново качество. И така, за да обяснят природата на ядрените сили, руските учени Иваненко и Там изложиха хипотеза, според която взаимодействието на ядрените частици се дължи на факта, че те обменят електрони. Опитът показва, че характеристиките на електроните не отговарят на необходимия мащаб на взаимодействие. Малко по-късно, въз основа на модела на Иваненко и Там, японецът Юкава предполага, че ядреното взаимодействие се осъществява от частици, които имат характеристики, подобни на тези на електроните, и маса приблизително двеста пъти по-голяма. Впоследствие частиците, описани от Юкава, са открити експериментално. Те се наричат ​​мезони.

Измерванията са в основата на научната истина

Научният експеримент изисква точни количествени резултати. За това се използват измервания. Измерванията се изучават от специален клон на науката - метрология.

Измерванията са преки или непреки.. Резултатите от директното измерване се получават директно, обикновено чрез отчитане от скалите и индикаторите на измервателните уреди. Резултатите от непреките измервания се получават чрез изчисления, като се използват резултатите от преките измервания.

Така че, за да измерите обема на правоъгълен паралелепипед, трябва да измерите неговата дължина, ширина и височина. Това са директни измервания. След това получените измервания трябва да се умножат. Полученият обем вече е резултат от косвено измерване, тъй като се получава в резултат на изчисление, базирано на директни измервания.

Измерването включва сравняване на два или повече обекта. За да направите това, обектите трябва да бъдат хомогенни по отношение на критерия за сравнение. Така че, ако искате да измерите броя на студентите, дошли на младежкия форум, тогава трябва да изберете всички студенти от публиката (критерий за сравнение) и да ги преброите. Останалите им качества (пол, възраст, цвят на косата) могат да бъдат произволни. Еднородността на обектите в случая означава, че не трябва да взимате под внимание ключари, освен ако не са студенти.

Техниката на измерване се определя от обектите на измерване. Обекти на измерване от един и същи тип образуват набор. Може да се говори например за набор от дължини или набор от маси.

За извършване на измервания е необходимо да има мярка върху набор от измервани обекти и измервателно устройство. И така, мярка за набор от дължини е метър, а обикновена линийка може да служи като инструмент. За набор от маси се взема като мярка един килограм. Масата се измерва най-често с помощта на везни.

Наборът от измервани обекти се разделя на непрекъснати и дискретни.

Едно множество се счита за непрекъснато, ако за всеки два негови елемента винаги е възможно да се намери трети, разположен между тях. Всички точки на числовата ос образуват непрекъснато множество. За дискретен набор винаги можете да намерите два елемента, между които няма трети. Например множеството от всички естествени числа е дискретно.

Има фундаментална разлика между непрекъснатите и дискретните множества. Дискретно множество съдържа своята вътрешна мярка в себе си. Следователно, за извършване на измервания на дискретен набор е достатъчно просто изчисление. Например, за да намерите разстоянието между точки 1 и 10 от естествената серия, е достатъчно просто да преброите броя на числата от едно до десет.

Непрекъснатите набори нямат вътрешна мярка. Трябва да се внесе отвън. За да направите това, използвайте стандарта за измерване. Типичен пример за измерване на непрекъснат набор е измерването на дължина. За измерване на дължината се използва стандартна права линия с дължина един метър, с която се сравнява измерената дължина.

Тук трябва да се отбележи, че почти през цялото време на развитие на съвременната техника измерването на различни физични величини се е стремяло да се сведе до измерване на дължина. Така измерването на времето се сведе до измерване на разстоянието, изминато от стрелката на часовника. Мярката на ъгъла в технологията е съотношението на дължината на дъгата, извадена от ъгъла, към дължината на радиуса на тази дъга. Стойностите, измерени от показалеца, се определят от разстоянието, изминато от показалеца на устройството. Изучавайки техниката на физични и химични измервания, човек неволно се учудва на триковете, към които учените прибягват, за да намалят измерването на някакво количество до измерването на дължината.

Приблизително в средата на 20-ти век, във връзка със създаването на електронни калкулатори, е разработена фундаментално нова техника за измерване, която се нарича цифрова. Същността на цифровата техника се състои в това, че непрекъснато измерената стойност се преобразува в дискретна с помощта на специално подбрани прагови устройства. На резултантния дискретен набор измерването се свежда до просто изчисление, извършено чрез схема за преизчисляване.

Цифровото измервателно устройство съдържа аналогово-цифров преобразувател (ADC), логическо устройство за броене и индикатор. Основата на аналогово-цифровия преобразувател е дигитайзер, компаратор и суматор. Пробникът е устройство, способно да произвежда сигнали с фиксирани нива. Разликата между тези нива винаги е равна на най-малкото от тях и се нарича интервал на вземане на проби. Компараторът сравнява измерения сигнал с първия интервал на извадка. Ако сигналът се оказа по-малък, тогава на индикатора се показва нула. Ако първото ниво на семплиране е превишено, тогава сигналът се сравнява с втория и единица се изпраща към суматора. Този процес продължава, докато нивото на сигнала бъде превишено от нивото на семплиране. В този случай суматорът ще съдържа броя на нивата на дискретизация, по-малък или равен на стойността на измерения сигнал. Индикаторът показва стойността на суматора, умножена по стойността на интервала на вземане на проби.

Така например работи дигитален часовник. Специален генератор генерира импулси със строго стабилизиран период. Преброяването на броя на тези импулси дава стойността на измерения интервал от време.

Примери за такава дискретизация са лесни за намиране в ежедневието. Така изминатото разстояние по пътя можело да се определи по телеграфни стълбове. В Съветския съюз телеграфните стълбове бяха монтирани на всеки 25 м. Като се преброи броят на стълбовете и се умножи по 25, беше възможно да се определи изминатото разстояние. Грешката в този случай е 25 m (интервал на вземане на проби).

Надеждност и точност на измерване

Основните характеристики на измерването са неговата точност и надеждност.. За непрекъснатите комплекти точността се определя от точността на производството на стандарта и възможните грешки, които възникват по време на процеса на измерване. Например, когато измервате дължина, обикновена мащабна линийка може да служи като стандарт или може би специален инструмент - шублер. Дължините на различните линийки могат да се различават с не повече от 1 мм. Челюстите са направени така, че дължините им да могат да се различават с не повече от 0,1 mm. Съответно точността на измерване на мащабната лента не надвишава 1 mm, а точността на шублера е 10 пъти по-висока.

Минималната възможна грешка, която възниква при измерване с този уред, е неговият клас на точност. Обикновено класът на точност на устройството е посочен на неговата скала. Ако няма такава индикация, минималната стойност на делението на инструмента се приема като клас на точност. Грешките на измерване, определени от класа на точност на измервателното устройство, се наричат ​​инструментални.

Нека резултатът от измерването се изчислява по формула, включваща директни измервания, извършени от различни инструменти, т.е. измерването е индиректно. Грешката, свързана с ограничената точност на тези инструменти, се нарича грешка на метода. Грешка на метода е минималната грешка, която може да бъде толерирана при измерване с помощта на даден метод.

При измерване на дискретни комплекти по правило няма грешки, определени от точността на устройството. Измерването на такива комплекти се свежда до просто броене. Следователно точността на измерване се определя от точността на броенето. Измерването на дискретен набор по принцип може да бъде направено абсолютно точно. На практика за такива измервания се използват механични или електронни броячи (суматори). Точността на такива суматори се определя от тяхната битова мрежа. Броят на цифрите в суматора определя максималното число, което може да покаже. Ако това число бъде превишено, суматорът „скача“ над нулата. Очевидно в този случай ще бъде върната грешна стойност.

За цифровите измервания точността се определя от грешките на дискретизация и битовата мрежа на суматора, използван при това измерване.

Надеждността на резултатите, получени в резултат на измерването, показва колко можем да се доверим на получените резултати. Надеждността и точността са взаимосвързани по такъв начин, че с увеличаването на точността надеждността намалява и, обратно, с увеличаването на надеждността точността намалява. Например, ако ви кажат, че дължината на измерения сегмент е между нула и безкрайност, тогава това твърдение ще има абсолютна надеждност. В този случай изобщо не е необходимо да се говори за точност. Ако определена стойност на дължината е посочена точно, тогава това твърдение ще има нулева надеждност. Поради грешки в измерването можете да посочите само интервала, в който може да се намира измерената стойност.

На практика те се стремят да извършват измерването така, че както точността на измерването, така и неговата надеждност да задоволяват изискванията на решавания проблем. В математиката такава координация на величини, които се държат по обратен начин, се нарича оптимизация. Оптимизационните проблеми са характерни за икономиката. Например, вие, като отидете на пазара, се опитвате да закупите максимално количество стоки, като същевременно харчите най-малко пари.

В допълнение към грешките, свързани с класа на точност на измервателното устройство, могат да бъдат допуснати и други грешки по време на процеса на измерване поради ограничените възможности на измервателния уред. Пример може да бъде грешка, свързана с паралакса. Получава се при измерване с линийка, ако зрителната линия е ориентирана под ъгъл спрямо мащаба на линийката.

В допълнение към инструменталните и случайни грешки в метрологията е обичайно да се отделят систематични грешки и груби грешки. Систематичните грешки се проявяват във факта, че към измерената стойност се добавя редовно отклонение. Често те са свързани с промяна в произхода. За да се компенсират тези грешки, повечето стрелкови инструменти са оборудвани със специален нулев коректор. Грубите пропуски се появяват в резултат на невниманието на измерващия. Обикновено грубите пропуски се открояват рязко от обхвата на измерените стойности. Общата теория на метрологията позволява да не се вземат предвид до 30% от стойностите, за които се предполага, че са груби пропуски.

Въведение

« Учете се така, сякаш винаги ви липсват точни знания и се страхувате да не ги загубите.»

(Конфуций)

Стремежът на човека към познание на околния свят е безкраен. Едно от средствата за разбиране на тайните на природата е естествената наука. Тази наука участва активно във формирането на мирогледа на всеки човек поотделно и на обществото като цяло. Различните изследователи дефинират понятието "естествена наука" по различни начини: някои смятат, че естествената наука е сборът от науките за природата, докато други смятат, че е единна наука. Споделяйки втората гледна точка, ние считаме, че структурата на природните науки е йерархична. Като единна система от знания, тя се състои от определен брой науки, включени в тази система, които от своя страна се състоят от още по-дробни клонове на знанието.

Като цяло човек получава знания за природата от химия, физика, география, биология. Но те са мозаечни, защото всяка наука изучава определени „свои” обекти. Междувременно природата е една. Цялостна картина на световния ред може да се създаде от специална наука, която представлява система от знания за общите свойства на природата. Такава наука може да бъде естествената наука.

Във всички дефиниции на естествознанието има две основни понятия – „природа” и „наука”. В най-широкия смисъл на думата "природа" - това са всички същности в безкрайното многообразие на техните проявления (Вселената, материята, тъканите, организмите и др.). Науката обикновено се разбира като сфера на човешката дейност, в рамките на която се развиват и систематизират обективни знания за реалността.

Целта на естествознанието е да разкрива същността на природните явления, да познава техните закони и да обяснява на тяхна основа нови явления, както и да посочи възможните начини за използване на известните закони на развитието на материалния свят в практиката.

„Естествената наука е толкова човешка, толкова истинска, че пожелавам късмет на всеки, който й се отдаде“

Предмет и метод на естествознанието

естествени науки - тя е самостоятелна наука за картината на околния свят и мястото на човека в системата на природата, тя е интегрирана област от знания за обективните закони на съществуването на природата и обществото. Обединява ги в научна картина на света. В последния си взаимодействат два вида компоненти: природонаучен и хуманитарен. Връзката им е доста сложна.

Европейската култура до голяма степен се формира през Ренесанса и има своите корени в древната натурфилософия. Естествените науки не само осигуряват научно-технически прогрес, но и формират определен тип мислене, което е много важно за светогледа на съвременния човек. То се определя от научните познания и способността за разбиране на света наоколо. В същото време хуманитарният компонент включва изкуство, литература, науки за обективните закони на развитието на обществото и вътрешния свят на човека. Всичко това съставлява културния, идеологическия багаж на съвременния човек.

От незапомнени времена в системата на науката са навлезли две форми на организация на знанието: енциклопедична и дисциплинарна.

Енциклопедизмът е сбор от знания в целия кръг (енциклика) на науките. К. А. Тимирязев притежава определението за мярка за образование на човек: „Един образован човек трябва да знае нещо за всичко и всичко за нещо.“

Най-известната енциклопедия за естествената история на древния свят, написана от Гай Плиний Стари (23-73), започва с преглед на древната картина на света: основните елементи на Вселената, структурата на Вселената, мястото на Земята в него. След това идва информация по география, ботаника, зоология, селско стопанство, медицина и т.н. Историческият възглед за околния свят е разработен от Жорж Луи Льоклер дьо Бюфон (1707 - 1788) в неговия основен труд "Естествена история", където авторът разглежда историята на Вселената и Земята, произхода и развитието на живота като цяло , флора и фауна, мястото на човека в природата. През седемдесетте години на ХХ век излиза книгата на немския натурфилософ Краус Старни "Верден и Вергехен", а през 1911 г. излиза в Русия под заглавие "Еволюция на света". В десет глави на този енциклопедичен труд бяха разгледани последователно проблемите на макроструктурата на Вселената, химичния състав на звездите, мъглявините и др.; описва се устройството на Слънчевата система и Земята („дневник на Земята“), възникването и развитието на живота на Земята, растителният и животинският свят.

По този начин енциклопедичната организация на знанието осигурява епистемологично показване на картината на света, основана на философски идеи за структурата на Вселената, за мястото на човека в за вселената, за вжум и почтеност от личността муност.

Дисциплинарната форма на познание възниква в древен Рим (както римското право в юриспруденцията). Свързано е с разделянето на околния свят на предметни области и обекти на изследване. Всичко това доведе до по-точен и адекватен подбор на малки фрагменти от Вселената.

Моделът „Кръг на знанието“, присъщ на енциклопедията, беше заменен от „стълбата“ на дисциплините. В същото време околният свят се разделя на предмети на изучаване и изчезва една картина на света, знанията за природата придобиват мозаечен характер.

В историята на науката енциклопедизмът или интегрирането на знанието се превърна в основата на философското разбиране на сравнително голям брой факти. В средата на века, започвайки от Ренесанса, бързо се натрупват емпирични знания, които засилват фрагментацията на науката в отделни предметни области. Започва епохата на "разпиляване" на науките. Би било погрешно обаче да се приеме, че диференциацията на науката не е придружена от едновременни процеси на интеграция, протичащи в нея. Това доведе до засилване на междупредметните връзки. Последният, двадесети век, се характеризира с толкова бързо развитие на дисциплините, изучаващи неживата и живата природа, че се разкрива тясната им връзка.

В резултат на това бяха изолирани цели области на знанието, в които бяха интегрирани някои от разделите на природонаучния цикъл: астрофизика, биохимия, биофизика, екология и др. Идентифицирането на междудисциплинарни връзки бележи началото на съвременната интеграция на научните отрасли. В резултат на това възниква енциклопедична форма на организация на знанието на ново ниво, но със същата задача - да се познават най-общите закони на Вселената и да се определи мястото на човека в природата.

Ако в определени клонове на науката има натрупване на фактически материал, тогава в интегрираното, енциклопедично познание е важно да се получи най-много информация от най-малкия брой факти, за да е възможно да се отделят общи модели, които позволяват разбират различни явления от единна гледна точка. В природата могат да се намерят доста на пръв поглед различни по качество явления, които въпреки това се обясняват с един основен закон, една теория.

Нека разгледаме някои от тях. Така че молекулярно-клетъчната теория утвърждава идеята за дискретността на веществата и обяснява хода на химичните реакции, разпространението на миризми, процесите на дишане на различни организми, тургора, осмозата и др. Всички тези явления са свързани с дифузия, дължаща се на непрекъснатото хаотично движение на атоми и молекули.

Друг пример. Ето фактите: звезди и планети се движат по небето, балон се издига и се рее в небето, а камък пада на Земята; в океаните останките от организми бавно се утаяват на дъното; мишката има тънки крака, а слонът има огромни крайници; сухоземните животни не достигат размерите на кит.

Възниква въпросът какво е общото между всички тези факти? Оказва се, че теглото им е резултат от проявата на закона за всемирното привличане.

Така естествената наука формира научна картина на света в човек, като е енциклопедичен тип наука. Тя се основава на постиженията на различни природни и хуманитарни науки.

Всяка наука има свой предмет на изследване. Например в ботаниката - растенията, в зоологията - животните, предметът на генетиката - наследяването на признаци в редица поколения, в астрономията - устройството на Вселената и т.н.

Понятието, обозначаващо предмета на изучаване на естествените науки, трябва да бъде обобщаващо. Тя трябва да включва и атома, и човека, и Вселената. Тази концепция е въведена от V.I. Вернадски още през тридесетте години на миналия век. Това е естествено природно тяло: „Всеки обект на естествената наука е природно тяло или природно явление, създадено от природни процеси.“

В И. Вернадски разграничи три вида естествени (естествени) тела: инертни, живи и биоинертни.

По принцип основните разлики между живите и инертните тела не са свързани с материално-енергийните процеси. Биоинертните тела са резултат от естественото взаимодействие на инертни и живи природни тела. Те са характерни за биосферата на Земята. Те се характеризират с биогенна миграция на химични елементи. Биоинертни са по-голямата част от земните води, почвата и др.

И така, предметът на естествените науки са природните тела и природните явления. Те са доста сложни и разнообразни; тяхното съществуване и развитие се извършва въз основа на много повече или по-малко специфични закономерности (молекулярно-кинетични явления, топлинни свойства на телата, проява на гравитация и др.)

Най-общите закони на съществуването и развитието на околния свят са само два закона: символ на еволюциятаИ закон сзащита аз нещоства и енергия.

Маса 1.

©2015-2019 сайт
Всички права принадлежат на техните автори. Този сайт не претендира за авторство, но предоставя безплатно използване.
Дата на създаване на страницата: 2018-01-31

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

МЕТОДОЛОГИЯ НА НАУЧНОТО ИЗСЛЕДВАНЕ ПО ПРИРОДНАТА НАУКА

• Глава 1. Ролята на диалектическия метод в научното творчество 3
• Глава 2. Психология на научното творчество 8
• Глава 3. Общонаучни методи на изследване 12
• Глава 4. Основните етапи на изпълнението и прогнозирането на научните изследвания 20
• Глава 5. Приложение на математическите методи на изследване 23
• по природни науки 23
• История на математиката 23
• Математиката - езикът на науката 26
• Използване на математически метод и математически резултат 28
• Математика и околна среда 30
• Литература 35

Глава 1. Ролята на диалектическия метод в научното творчество

Понятието "метод" (от гръцки "methodos" - път към нещо) означава набор от техники и операции за практическо и теоретично развитие на действителността. Методът въоръжава човек със система от принципи, изисквания, правила, ръководени от които той може да постигне поставената цел. Притежаването на метода означава за човек знанието как, в каква последователност да извършва определени действия за решаване на определени проблеми и способността да прилага тези знания на практика. Учението за метода започва да се развива в науката на новото време. Неговите представители смятаха правилния метод за ръководство в движението към надеждно, истинско знание. И така, виден философ от XVII век. Ф. Бейкън сравнява метода на познанието с фенер, който осветява пътя на пътник, който върви в тъмното. А друг известен учен и философ от същия период, Р. Декарт, очертава своето разбиране за метода по следния начин: „Под метод имам предвид точни и прости правила, чието стриктно спазване, без да се губи умствена сила, но постепенно и непрекъснато увеличаващо се знание, допринася за факта, че умът постига истинското знание за всичко, което му е достъпно. Има цяла област на знанието, която се занимава конкретно с изучаването на методите и която обикновено се нарича методология. Методология буквално означава "учение за методите" (този термин е от две гръцки думи: "methodos" - метод и "logos" - учение). Изучавайки закономерностите на човешката познавателна дейност, методиката разработва на тази основа методите за нейното осъществяване. Най-важната задача на методологията е да изучава произхода, същността, ефективността и други характеристики на когнитивните методи.

Развитието на науката на съвременния етап е революционен процес. Старите научни идеи се разрушават, формират се нови понятия, които най-пълно отразяват свойствата и връзките на явленията. Нараства ролята на синтеза и системния подход.

Понятието наука обхваща всички области на научното познание, взети в тяхното органично единство. Техническото творчество е различно от научното. Характеристика на техническите знания е практическото приложение на обективните закони на природата, изобретяването на изкуствени системи. Технически решения са: кораб и самолет, парна машина и ядрен реактор, съвременни кибернетични устройства и космически кораби. Такива решения се основават на законите на хидро-, аеро- и термодинамиката, ядрената физика и много други, открити в резултат на научни изследвания.

Науката в своята теоретична част е сфера на духовна (идеална) дейност, която произтича от материалните условия, от производството. Но науката има и обратен ефект върху производството - познатите природни закони са въплътени в различни технически решения.

На всички етапи на научната работа се използва методът на диалектическия материализъм, който дава основната насока на изследването. Всички останали методи се разделят на общи методи на научно познание (наблюдение и експеримент, аналогия и хипотеза, анализ и синтез и др.) И частнонаучни (специфични) методи, използвани в тясна област на знанието или в отделна наука. Диалектическите и частно-научните методи са взаимосвързани в различни техники, логически операции.

Законите на диалектиката разкриват процеса на развитие, неговата природа и посока. В научното творчество методологическата функция на законите на диалектиката се проявява в обосновката и интерпретацията на научните изследвания. Осигурява изчерпателност, последователност и яснота на анализа на цялата разглеждана ситуация. Законите на диалектиката позволяват на изследователя да разработи нови методи и средства за познание, улеснява ориентацията в неизвестно преди това явление.

Категориите на диалектиката (същност и явление, форма и съдържание, причина и следствие, необходимост и случайност, възможност и реалност) улавят важни аспекти на реалния свят. Те показват, че познанието се характеризира с израз на универсалното, постоянното, устойчивото, закономерното. Чрез философските категории в конкретните науки светът се явява като един, всички явления са взаимосвързани. Например връзката между категориите причина и следствие помага на изследователя да се ориентира правилно в задачите за конструиране на математически модели според дадени описания на входните и изходните процеси, а връзката между категориите необходимост и случайност - в масата на събития и факти с помощта на статистически методи. В научното творчество категориите на диалектиката никога не се появяват изолирано. Те са взаимосвързани, взаимозависими. По този начин категорията на същността е важна при идентифицирането на модели в ограничен брой наблюдения, получени в скъп експеримент. При обработката на резултатите от експеримента особен интерес представлява изясняването на причините за съществуващите закономерности, установяването на необходимите връзки.

Познаването на причинно-следствените връзки ви позволява да намалите средствата и разходите за труд при провеждане на експерименти.

При проектирането на експериментална установка изследователят предвижда действието на различни аварии.

Ролята на диалектиката в научното познание се разкрива не само чрез закони и категории, но и чрез методологически принципи (обективност, познаваемост, детерминизъм). Тези принципи, ориентиращи изследователите към най-пълно и всестранно отразяване в разработваните научни проблеми на обективни свойства, връзки, тенденции и закони на познанието, са от изключително значение за формирането на светогледа на изследователите.

Проявата на диалектическия метод в развитието на науката и научното творчество може да се проследи във връзката на новите статистически методи с принципа на детерминизма. Възникнал като един от основните аспекти на материалистичната философия, детерминизмът е доразвит в концепциите на И. Нютон и П. Лаплас. Въз основа на новите постижения в науката тази система беше усъвършенствана и вместо недвусмислена връзка между обекти и явления се установи статистически детерминизъм, допускащ случаен характер на връзките. Идеята за статистически детерминизъм се използва широко в различни области на научното познание, отбелязвайки нов етап в развитието на науката. Благодарение на принципа на детерминизма научната мисъл има, по думите на И. П. Павлов, "предсказание и авторитет", обяснявайки много събития в логиката на научното изследване.

Важен аспект от диалектиката на научното творчество е предвиждането, което е творческо развитие на теорията на отражението. В резултат на предвидливостта се създава нова система от действия или се откриват неизвестни досега модели. Форсайтът позволява въз основа на натрупаната информация да се формира модел на нова ситуация, която все още не съществува в действителност. Правилността на предвидливостта се проверява от практиката. На този етап от развитието на науката не е възможно да се представи строга схема, която да моделира възможните начини на мислене с научно предвиждане. Въпреки това, когато извършвате научна работа, трябва да се стремите да изградите модел поне на отделните, най-трудоемки фрагменти от изследването, за да прехвърлите част от функциите на машината.

Изборът на конкретна форма на теоретично описание на физическите явления в научно изследване се определя от някои първоначални разпоредби. Така че, когато мерните единици се променят, числените стойности на определяните количества също се променят. Промяната на използваните мерни единици води до появата на други числени коефициенти

в изрази на физични закони, свързани с различни количества. Инвариантността (независимостта) на тези форми на описание е очевидна. Математическите отношения, описващи наблюдаваното явление, са независими от конкретна референтна система. Използвайки свойството инвариантност, изследователят може да проведе експеримент не само с реални обекти, но и със системи, които все още не съществуват в природата и които са създадени от въображението на дизайнера.

Диалектическият метод обръща специално внимание на принципа за единството на теорията и практиката. Като стимул и източник на познание, практиката служи същевременно като критерий за достоверността на истината.

Изискванията на практическия критерий не трябва да се приемат буквално. Това не е само директен експеримент, който ви позволява да проверите изложената хипотеза, модела на явлението. Резултатите от изследването трябва да отговарят на изискванията на практиката, т.е. помагат за постигане на целите, към които човек се стреми.

Откривайки първия си закон, И. Нютон разбира трудностите, свързани с тълкуването на този закон: във Вселената няма условия, при които материалното тяло да не бъде засегнато от сили. Много години практическо тестване на закона потвърдиха неговата безупречност.

По този начин диалектическият метод, който е в основата на методологията на научното изследване, се проявява не само във взаимодействие с други конкретни научни методи, но и в процеса на познание. Осветявайки пътя на научното изследване, диалектическият метод посочва посоката на експеримента, определя стратегията на науката, като в теоретичен аспект допринася за формулирането на хипотези, теория, а в практически аспект - начини за реализиране на целите на познанието. Насочвайки науката към използването на цялото богатство от познавателни техники, диалектическият метод дава възможност да се анализират и синтезират решаваните проблеми и да се правят разумни прогнози за бъдещето.

В заключение цитираме думите на П. Л. Капица, в които комбинацията от диалектическия метод и естеството на научното изследване е перфектно изразена: „... прилагането на диалектиката в областта на природните науки изисква изключително дълбоко познаване на експерименталните факти и тяхното теоретично обобщение.може да даде решение на проблема.Това е все едно цигулка на Страдивариус,най-съвършената от всички цигулки,но за да свири човек трябва да е музикант и да познава музиката.Без това тя ще бъде точно толкова разстроена, колкото и обикновена цигулка." Глава 2. Психология на научното творчество

Разглеждайки науката като сложна система, диалектиката не се ограничава до изучаването на взаимодействието на нейните елементи, а разкрива основите на това взаимодействие. Научната дейност като клон на духовното производство включва три основни структурни елемента: труд, обект на познание и познавателни средства. Във взаимната си обусловеност тези компоненти образуват единна система и не съществуват извън тази система. Анализът на връзките между компонентите позволява да се разкрие структурата на научната дейност, чиято централна точка е изследователят, т.е. предмет на научно познание.

Безспорен интерес при изучаването на изследователския процес представлява въпросът за психологията на научното творчество. Когнитивният процес се осъществява от конкретни хора и между тези хора съществуват определени социални връзки, които се проявяват по различни начини. Работата на научния работник е неделима от работата на неговите предшественици и съвременници. В трудовете на отделния учен като в капка вода се пречупват особеностите на науката на неговото време. Спецификата на научното творчество изисква определени качества на учения, характерни за този конкретен вид познавателна дейност.

Движещата сила на знанието трябва да бъде безкористната жажда за знания, удоволствието от процеса на изследване, желанието да бъдем полезни на обществото. Основното в научната работа не е да се стремите към открития, а да изследвате задълбочено и изчерпателно избраната област на знанието. Откритието възниква като страничен продукт от изследването.

Планът за действие на учения, оригиналността на неговите решения, причините за успеха и провала зависят до голяма степен от такива фактори като наблюдение, интуиция, усърдие, творческо въображение и др. Но най-важното е да имате смелостта да повярвате в резултатите си, колкото и да се различават от общоприетите. Ярък пример за учен, който знае как да пречупи всякакви "психологически бариери", е създателят на първата космическа технология С. П. Королев.

Движещата сила на научното творчество не трябва да бъде желанието да се направи революция, а любопитството, способността да бъдете изненадани. Има много случаи, когато изненадата, формулирана като парадокс, е довела до открития. Така например беше, когато А. Айнщайн създаде теорията за гравитацията. Интересно е и твърдението на А. Айнщайн за това как се правят открития: всеки знае, че нещо не може да се направи, но един човек не знае това случайно, затова прави откритието.

От изключителна важност за научното творчество е способността да се радваме на всеки малък успех, както и усещането за красотата на науката, която се състои в логическата хармония и богатството на връзки в изследваното явление. Концепцията за красота играе важна роля в проверката на правилността на резултатите, в намирането на нови закони. Това е отражение в нашето съзнание на хармонията, която съществува в природата.

Научният процес е проява на съвкупността от изброените фактори, функция на личността на изследователя.

Задачата на науката е да открие обективните закони на природата и следователно крайният резултат не зависи от личните качества на учения. Но начините на познание могат да бъдат различни, всеки учен стига до решение по свой начин. Известно е, че М.В. Ломоносов, без да използва математическия апарат, без нито една формула, успява да открие основния закон за запазване на материята, а неговият съвременник Л. Ойлер мисли в математически категории. А. Айнщайн предпочиташе хармонията на логическите конструкции, а Н. Бор използваше точно изчисление.

Съвременният учен се нуждае от такива качества като способността да преминава от един тип проблем към друг, способността да предскаже бъдещото състояние на обекта, който се изследва или значението на всякакви методи, и най-важното, способността за диалектическо отричане (с запазване на всичко положително) стари системи, които пречат на качествената промяна в знанието, тъй като без разбиване на остарели идеи е невъзможно да се създадат по-съвършени. В познанието съмнението изпълнява две пряко противоположни функции: от една страна, то е обективна основа за агностицизма, от друга, то е мощен стимул за познание.

Успехът в научните изследвания често съпътства онези, които гледат на старото знание като условие за напредък. Както показва развитието на науката през последните години, всяко ново поколение учени създава по-голямата част от знанията, натрупани от човечеството. Научното съперничество с учителите, а не сляпото им подражание, допринася за прогреса на науката. За ученика идеалът трябва да бъде не толкова съдържанието на знанията, получени от ръководителя, а неговите качества като човек, който иска да имитира.

Научният работник е обект на специални изисквания, така че той трябва да се стреми възможно най-скоро да предостави на колегите получените знания, но да не допуска прибързани публикации; бъдете чувствителни, възприемчиви към новите неща и защитавайте идеите си, независимо колко голяма е опозицията. Той трябва да използва работата на своите предшественици и съвременници, като обръща стриктно внимание на детайлите; възприемат като свое първо задължение възпитанието на ново поколение научни работници. Младите учени смятат за щастие, ако успеят да преминат през училището за чиракуване при магистрите на науките, но в същото време трябва да станат независими, да постигнат независимост и да не остават в сянката на своите учители.

Напредъкът на науката, характерен за нашето време, доведе до нов стил на работа. Появи се романтиката на колективния труд и основният принцип на организиране на съвременните научни изследвания се крие в тяхната сложност. Нов тип учен е учен-организатор, ръководител на голям научен колектив, способен да управлява процеса на решаване на сложни научни проблеми.

Показатели за чистотата на моралния характер на изключителни учени винаги са били: изключителна добросъвестност, принципно отношение към избора на посоката на изследване и получените резултати. Следователно върховният авторитет в науката е социална практика, чиито резултати са по-високи от мненията на най-големите авторитети.

Глава 3

Процесът на познание като основа на всяко научно изследване е сложен диалектичен процес на постепенно възпроизвеждане в съзнанието на човек на същността на процесите и явленията на заобикалящата го действителност. В процеса на познание човек овладява света, трансформира го, за да подобри живота си. Движеща сила и крайна цел на знанието е практиката, която преобразува света въз основа на собствените си закони.

Теорията на познанието е учение за закономерността на процеса на опознаване на околния свят, методите и формите на този процес, истината, критериите и условията за нейната надеждност. Теорията на познанието е философската и методологическа основа на всяко научно изследване и следователно всеки начинаещ изследовател трябва да знае основите на тази теория. Методологията на научното изследване е учение за принципите на изграждане, формите и методите на научното познание.

Прякото съзерцание е първият етап от процеса на познание, неговият чувствен (жив) етап и е насочен към установяване на факти, експериментални данни. С помощта на усещанията, възприятията и представите се създава понятие за явленията и обектите, което се проявява като форма на знание за тях.

На етапа на абстрактното мислене широко се използват математическият апарат и логическите заключения. Този етап позволява на науката да гледа напред в неизвестното, да прави важни научни открития и да получава полезни практически резултати.

Практиката, човешките производствени дейности са най-висшата функция на науката, критерий за надеждността на изводите, получени на етапа на абстрактно-теоретичното мислене, важна стъпка в процеса на познание. Позволява ви да зададете обхвата на получените резултати, да ги коригирате. Въз основа на него се създава по-правилно представяне. Разгледаните етапи на процеса на научно познание характеризират общите диалектически принципи на подхода към изучаването на законите на развитието на природата и обществото. В конкретни случаи този процес се осъществява с помощта на определени методи на научно изследване. Изследователският метод е набор от техники или операции, които допринасят за изучаването на заобикалящата реалност или практическото прилагане на явление или процес. Методът, използван в научните изследвания, зависи от естеството на изследвания обект, например методът на спектралния анализ се използва за изследване на излъчващи тела.

Методът на изследване се определя от наличните в дадения период средства за изследване. Методите и средствата за изследване са тясно свързани помежду си, стимулират развитието един на друг.

Във всяко научно изследване могат да се разграничат две основни равнища: 1) емпирично, на което протича процесът на сетивното възприемане, установяването и натрупването на факти; 2) теоретичен, върху който се постига синтез на знания, който се проявява най-често под формата на създаване на научна теория. В тази връзка общонаучните методи на изследване се разделят на три групи:

1) методи на емпиричното ниво на изследването;

2) методи на теоретичното ниво на изследване;

3) методи на емпирични и теоретични нива на изследване - общонаучни методи.

Емпиричното ниво на изследване е свързано с провеждането на експерименти, наблюдения и следователно ролята на сетивните форми на отражение на околния свят тук е голяма. Основните методи на емпирично ниво на изследване са наблюдение, измерване и експеримент.

Наблюдението е целенасочено и организирано възприемане на обекта на изследване, което позволява да се получи първичен материал за неговото изучаване. Този метод се използва както самостоятелно, така и в комбинация с други методи. В процеса на наблюдение няма пряко въздействие на наблюдателя върху обекта на изследване. По време на наблюденията се използват широко различни инструменти и инструменти.

За да бъде плодотворно едно наблюдение, то трябва да отговаря на редица изисквания.

1. Трябва да се извърши за определена ясно дефинирана задача.

2. На първо място трябва да се разгледат страните на явлението, които представляват интерес за изследователя.

3. Наблюдението трябва да е активно.

4. Необходимо е да се търсят определени характеристики на явлението, необходимите обекти.

5. Наблюдението трябва да се извършва съгласно разработения план (схема).

Измерването е процедура за определяне на числената стойност на характеристиките на изследваните материални обекти (маса, дължина, скорост, сила и др.). Измерванията се извършват с помощта на подходящи измервателни уреди и се свеждат до сравняване на измерената стойност с еталонната стойност. Измерванията осигуряват доста точни количествени дефиниции на описанието на свойствата на обектите, като значително разширяват познанията за заобикалящата реалност.

Измерването с уреди и инструменти не може да бъде абсолютно точно. В тази връзка по време на измерванията голямо значение се отдава на оценката на грешката на измерване.

Експеримент - система от операции, въздействия и наблюдения, насочени към получаване на информация за обекта по време на изследователски тестове, които могат да се извършват в естествени и изкуствени условия с промяна в естеството на процеса.

Експериментът се използва на последния етап от изследването и е критерий за истинността на теориите и хипотезите. От друга страна, експериментът в много случаи е източник на нови теоретични концепции, разработени на базата на експериментални данни.

Експериментите могат да бъдат натурни, моделни и компютърни. Пълномащабен експеримент изучава явления и обекти в тяхното естествено състояние. Модел - моделира тези процеси, позволява ви да изучавате по-широк спектър от промени в определящите фактори.

В машиностроенето широко се използват както пълномащабни, така и компютърни експерименти. Компютърният експеримент се основава на изследването на математически модели, които описват реален процес или обект.

На теоретичното ниво на изследване се използват такива общи научни методи като идеализация, формализация, приемане на хипотеза, създаване на теория.

Идеализацията е мислено създаване на обекти и условия, които не съществуват в действителност и не могат да бъдат създадени практически. Това дава възможност да се лишат реалните обекти от някои от присъщите им свойства или да им се придаде мисловно нереалистични свойства, което прави възможно да се получи решение на проблема в неговата окончателна форма. Например в технологията на машиностроенето широко се използва концепцията за абсолютно твърда система, идеален процес на рязане и др. Естествено всяка идеализация е оправдана само в определени граници.

Формализацията е метод за изучаване на различни обекти, при който основните модели на явления и процеси се показват в символна форма с помощта на формули или специални символи. Формализацията осигурява обобщен подход към решаването на различни проблеми, позволява ви да формирате символни модели на обекти и явления, да установявате редовни връзки между изучаваните факти. Символиката на изкуствените езици дава краткост и яснота на фиксирането на значенията и не позволява двусмислени тълкувания, което е невъзможно в обикновения език.

Хипотезата е научно обоснована система от умозаключения, чрез която въз основа на редица фактори се прави извод за съществуването на обект, връзка или причина за дадено явление. Хипотезата е форма на преход от факти към закони, преплитане на всичко надеждно, фундаментално проверимо. Поради своя вероятностен характер, хипотезата изисква проверка, след което се модифицира, отхвърля или се превръща в научна теория.

В своето развитие хипотезата преминава през три основни етапа. На етапа на емпиричното познание има натрупване на фактически материал и изявление на негова основа на някои предположения. По-нататък, въз основа на направените предположения, се развива предположена теория - формира се хипотеза. На последния етап хипотезата се тества и уточнява. По този начин основата за превръщането на хипотезата в научна теория е практиката.

Теорията е най-висшата форма на обобщаване и систематизиране на знанията. Той описва, обяснява и предсказва съвкупността от явления в определена област на реалността. Създаването на теория се основава на резултатите, получени на емпирично ниво на изследване. След това тези резултати се подреждат на теоретично ниво на изследване, привеждат се в стройна система, обединена от обща идея. В бъдеще, използвайки тези резултати, се излага хипотеза, която след успешно тестване от практиката се превръща в научна теория. Така, за разлика от хипотезата, теорията има обективна обосновка.

Има няколко основни изисквания към новите теории. Една научна теория трябва да е адекватна на описания обект или явление, т.е. трябва да ги възпроизведе правилно. Теорията трябва да отговаря на изискването за пълнота на описанието на някаква област от реалността. Теорията трябва да съответства на емпиричните данни. В противен случай той трябва да бъде подобрен или отхвърлен.

В развитието на една теория може да има два независими етапа: еволюционен, когато теорията запазва своята качествена сигурност, и революционен, когато се променят нейните основни изходни принципи, компоненти на математическия апарат и методология. По същество този скок е създаването на нова теория, той се осъществява, когато възможностите на старата теория са изчерпани.

Идеята действа като първоначална мисъл, обединявайки понятията и съжденията, включени в теорията, в цялостна система. Тя отразява фундаменталната закономерност, залегнала в основата на теорията, докато други понятия отразяват някои съществени аспекти и аспекти на тази закономерност. Идеите могат не само да послужат като основа на една теория, но и да свържат редица теории в наука, отделна област на знанието.

Законът е теория, която има голяма надеждност и е потвърдена от множество експерименти. Законът изразява общите отношения и връзки, които са характерни за всички явления от дадена серия, клас. Тя съществува независимо от съзнанието на хората.

На теоретично и емпирично ниво на изследване се използват анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия, моделиране и абстракция.

Анализът е метод на познание, който се състои в умственото разделяне на предмета на изследване или явление на съставни, по-прости части и разпределянето на неговите индивидуални свойства и връзки. Анализът не е крайната цел на изследването.

Синтезът е метод на познание, състоящ се в мисленото свързване на връзките на отделни части на сложно явление и познаването на цялото в неговото единство. Разбирането на вътрешната структура на даден обект се постига чрез синтеза на феномена. Синтезът допълва анализа и е неразривно единство с него. Без изучаване на частите е невъзможно да се познае цялото, без изучаване на цялото с помощта на синтеза е невъзможно пълното познаване на функциите на частите в състава на цялото.

В природните науки анализът и синтезът могат да се извършват не само теоретически, но и практически: действително се разделят и обединяват изучаваните обекти, установява се техният състав, връзки и т.н.

Преходът от анализ на фактите към теоретичен синтез се осъществява с помощта на специални методи, сред които най-важни са индукцията и дедукцията.

Индукцията е метод за преход от познаване на отделни факти към познаване на общото, емпирично обобщение и установяване на обща позиция, която отразява закон или друга значима връзка.

Индуктивният метод намира широко приложение при извеждането на теоретични и емпирични формули в теорията на металообработката.

Индуктивният метод за преминаване от частното към общото може да се приложи успешно само ако е възможно да се проверят получените резултати или да се проведе специален контролен експеримент.

Дедукцията е метод за преход от общи разпоредби към частни, получаване на нови истини от известни истини с помощта на законите и правилата на логиката. Важно правило на дедукцията е: "Ако твърдение A предполага твърдение B и твърдение A е вярно, тогава предложение B също е вярно."

Индуктивните методи са важни в науките, където преобладават експериментът, неговото обобщение и разработването на хипотези. Дедуктивните методи се използват предимно в теоретичните науки. Но научни доказателства могат да бъдат получени само ако има тясна връзка между индукцията и дедукцията. Ф. Енгелс, в това отношение, посочи: „Индукция и дедукция са взаимосвързани по същия необходим начин като синтеза и анализа ... Трябва да се опитаме да приложим всеки на мястото му, да не изпускаме от поглед връзката им помежду си, техен взаимно допълващ се приятел."

Аналогия - метод на научно изследване, при който знанията за неизвестни обекти и явления се постигат въз основа на сравнение с общите характеристики на обекти и явления, които са известни на изследователя.

Същността на извода по аналогия е следната: нека явлението А има признаци X1, X2, X3, ..., Xn, Xn + 1, а явлението B признаци X1, X2, X3, ..., Xn. Следователно можем да приемем, че явлението B също има атрибут Xn+1. Такова заключение въвежда вероятностен характер. Възможно е да се увеличи вероятността за получаване на вярно заключение с голям брой подобни характеристики в сравняваните обекти и наличието на дълбока връзка между тези характеристики.

Моделирането е метод на научно познание, който се състои в замяната на обекта или явлението, което се изучава, със специален модел, който възпроизвежда основните характеристики на оригинала, и неговото последващо изследване. По този начин при моделиране експериментът се провежда върху модела и резултатите от изследването се разширяват до оригинала с помощта на специални методи.

Моделите могат да бъдат физически и математически. В тази връзка се разграничават физическото и математическото моделиране.

При физическото моделиране моделът и оригиналът имат една и съща физическа природа. Всяка експериментална постановка е физически модел на някакъв процес. Създаването на експериментални съоръжения и обобщаването на резултатите от физически експеримент се извършват въз основа на теорията на подобието.

При математическото моделиране моделът и оригиналът могат да имат една и съща или различна физическа природа. В първия случай явление или процес се изучава въз основа на техния математически модел, който е система от уравнения със съответните условия за уникалност, във втория случай те използват факта, че математическото описание на явления от различно физическо естество е идентичен по външна форма.

Абстракцията е метод на научно познание, който се състои в мислено абстрахиране от редица свойства, връзки, отношения на обекти и подчертаване на няколко свойства или характеристики, които представляват интерес за изследователя.

Абстракцията позволява да се замени сложен процес в човешкото съзнание, който въпреки това характеризира най-съществените характеристики на обект или явление, което е особено важно за формирането на много понятия. Глава 4

Като се има предвид изследователската работа, могат да се отделят фундаментални и приложни изследвания, както и експериментален дизайн.

Първият етап от научното изследване е подробен анализ на текущото състояние на разглеждания проблем. Извършва се на базата на извличане на информация с широко използване на компютри. Въз основа на резултатите от анализа се съставят рецензии, резюмета, прави се класификация на основните области и се поставят конкретни цели на изследването.

Вторият етап на научното изследване се свежда до решаване на задачите, поставени на първия етап, с помощта на математическо или физическо моделиране, както и комбинация от тези методи.

Третият етап от научното изследване е анализът на получените резултати и тяхното регистриране. Прави се сравнение на теория и експеримент, анализира се ефективността на изследването, дава се възможността за несъответствия.

На съвременния етап от развитието на науката прогнозирането на научни открития и технически решения е от особено значение.

В научно-техническото прогнозиране се разграничават три интервала: прогнози от първи, втори и трети ешелон. Прогнозите на първия ешелон се изчисляват за 15-20 години и се съставят въз основа на определени тенденции в развитието на науката и технологиите. През този период се наблюдава рязко нарастване на броя на учените и обема на научната и техническата информация, научно-производственият цикъл е към своя край и на преден план ще излезе ново поколение учени. Прогнозите на втория ешелон обхващат период от 40-50 години на базата на качествени оценки, тъй като през тези години ще има почти удвояване на обема на концепциите, теориите и методите, приети в съвременната наука. Целта на тази прогноза, основана на широка система от научни идеи, не са икономическите възможности, а основните закони и принципи на естествената наука. За прогнозите на третия ешелон, които имат хипотетичен характер, се определят периоди от 100 години или повече. През такъв период може да настъпи радикална трансформация на науката и да се появят научни идеи, много аспекти на които все още не са известни. Тези прогнози се основават на творческото въображение на велики учени, като се вземат предвид най-общите закони на естествената наука. Историята ни е донесла достатъчно примери, когато хората са можели да предвидят настъпването на важни събития.

Форсайт М.В. Ломоносов, Д.И. Менделеев, К.Е. Циолковски и други видни учени се основаваха на дълбок научен анализ.

Прогнозата има три части: разпространение на вече въведени иновации; внедряване на постижения, които са излезли извън стените на лабораториите; посока на фундаменталните изследвания. Прогнозата за науката и технологиите се допълва от оценка на социалните и икономическите последици от тяхното развитие. При прогнозиране се използват статистически и евристични методи за прогнозиране на експертни оценки. Статистическите методи се състоят в изграждането на прогнозен модел въз основа на наличния материал, който позволява да се екстраполират наблюдаваните в миналото тенденции към бъдещето. Получените по този начин динамични редове се използват в практиката поради тяхната простота и достатъчна достоверност на прогнозата за кратки периоди от време. Тоест, статистически методи, които ви позволяват да определите средните стойности, които характеризират целия набор от изследвани предмети. „Използвайки статистическия метод, не можем да предвидим поведението на индивид в популация. Можем само да предвидим вероятността той да се държи по някакъв конкретен начин. Статистическите закони могат да се прилагат само към големи популации, но не и към отделните индивиди, които формират тези популации" (А. Айнщайн, Л. Инфелд).

Евристичните методи се основават на прогнозиране чрез интервюиране на висококвалифицирани специалисти (експерти) в тясна област на науката, технологиите и производството.

Характерна черта на съвременната естествознание е също така, че методите на изследване все повече влияят върху нейните резултати.

Глава 5

в естествените науки

Математиката е наука, която се намира като че ли на границата на естествената наука. В резултат на това понякога се разглежда в рамките на концепциите на съвременната естествена наука, но повечето автори го извеждат извън тази рамка. Математиката трябва да се разглежда заедно с други естествено-научни понятия, тъй като тя е играла обединяваща роля в продължение на много векове за отделните науки. В тази си роля математиката също допринася за формирането на стабилни връзки между естествените науки и философията.

История на математиката

През хилядолетията на своето съществуване математиката измина дълъг и труден път, по време на който нейната природа, съдържание и стил на представяне многократно се променят. От примитивното изкуство на броенето математиката се е развила в обширна научна дисциплина със собствен предмет на изследване и специфичен метод на изследване. Тя разработи свой собствен език, много икономичен и прецизен, който се оказа изключително ефективен не само в математиката, но и в много области на нейните приложения.

Примитивният математически апарат от онези далечни времена се оказа недостатъчен, когато астрономията започна да се развива и далечните пътувания изискваха методи за ориентация в пространството. Жизнената практика, включително практиката на развиващите се природни науки, стимулира по-нататъшното развитие на математиката.

В древна Гърция е имало школи, в които математиката се е изучавала като логично развита наука. Тя, както пише Платон в своите писания, трябва да бъде насочена към познанието не за „всекидневието“, а за „съществуващото“. Човечеството е осъзнало значението на математическите знания като такива, независимо от задачите на конкретната практика.

Предпоставките за нов бурен прилив и последвалия непрекъснато нарастващ прогрес на математическите знания са създадени от ерата на морските пътувания и развитието на манифактурното производство. Ренесансът, който даде на света невероятен разцвет на изкуството, предизвика и развитието на точните науки, включително математиката, и се появи учението на Коперник. Църквата яростно се бори срещу прогреса на естествените науки.

Последните три века донесоха много идеи и резултати в математиката, както и възможност за по-пълно и задълбочено изследване на природните явления. Съдържанието на математиката непрекъснато се променя. Това е естествен процес, тъй като с изучаването на природата, развитието на технологиите, икономиката и други области на знанието възникват нови проблеми, за чието решаване не са достатъчни предишните математически концепции и методи на изследване. Необходимо е по-нататъшно усъвършенстване на математическата наука, разширяване на арсенала от нейните изследователски инструменти.

Приложна математика

Астрономите и физиците преди другите осъзнаха, че математическите методи за тях са не само методи за изчисление, но и един от основните начини за проникване в същността на закономерностите, които изучават. В наше време много науки и области на естествените науки, които доскоро бяха далеч от използването на математически средства, сега са интензивно

Стремете се да наваксате пропуснатото време. Причината за този фокус върху математиката е фактът, че качественото изследване на феномените на природата, технологиите, икономиката често е недостатъчно. Как можете да създадете автоматично работеща машина, ако има само общи идеи за продължителността на последействието на предаваните импулси върху елементите? Как можете да автоматизирате процеса на топене на стомана или крекинг на масло, без да знаете точните количествени закони на тези процеси? Ето защо автоматизацията предизвиква по-нататъшното развитие на математиката, усъвършенствайки нейните методи за решаване на огромен брой нови и трудни проблеми.

Ролята на математиката в развитието на други науки и в практическите области на човешката дейност не може да бъде установена завинаги. Променят се не само тези въпроси, които изискват бързо разрешаване, но и характерът на задачите, които се решават. Създавайки математически модел на реален процес, ние неизбежно го опростяваме и изучаваме само неговата приблизителна схема. Тъй като познанията ни се подобряват и ролята на неуточнените досега фактори става по-ясна, успяваме да направим математическото описание на процеса по-пълно. Процедурата на усъвършенстване не може да бъде ограничена, както не може да бъде ограничено самото развитие на знанието. Математизирането на науката не се състои в изключване на наблюдението и експеримента от процеса на познание. Те са незаменими компоненти на пълноценното изследване на явленията от света около нас. Смисълът на математизирането на знанието е да се изведат следствия от точно формулирани изходни предпоставки, които са недостъпни за непосредствено наблюдение; използвайки математическия апарат не само за описване на установените факти, но и за предсказване на нови модели, прогнозиране на хода на явленията и по този начин придобиване на способността да ги контролирате.

Математизирането на нашето знание се състои не само в използването на готови математически методи и резултати, но в започването на търсене на онзи специфичен математически апарат, който би ни позволил най-пълно да опишем кръга от интересуващи ни явления, да изведем нови следствия от това описание, за да се използват уверено характеристиките на тези явления на практика. Това се случи в период, когато изучаването на движението стана спешна необходимост и Нютон и Лайбниц завършиха създаването на принципите на математическия анализ. Този математически апарат все още е един от основните инструменти на приложната математика. В наши дни развитието на теорията на управлението доведе до редица изключителни математически изследвания, които полагат основите за оптимално управление на детерминистични и случайни процеси.

20-ти век драматично промени представата за приложната математика. Ако по-рано арсеналът на приложната математика включваше аритметика и елементи на геометрията, тогава осемнадесети и деветнадесети век добавиха към тях мощни методи за математически анализ. В наше време е трудно да се посочи поне един важен клон на съвременната математика, който в една или друга степен да не намери приложение в големия океан от приложни проблеми. Математиката е инструмент за разбиране на природата, нейните закони.

При решаването на практически проблеми се разработват общи техники, които позволяват покриване на широк кръг от различни въпроси. Този подход е особено важен за прогреса на науката. Това е от полза не само за тази област на приложение, но и за всички останали и на първо място за самата теоретична математика. Именно този подход към математиката кара човек да търси нови методи, нови концепции, които могат да покрият нов кръг от проблеми, той разширява полето на математическите изследвания. Последните десетилетия ни дадоха много примери от този род. За да се убедим в това, достатъчно е да си припомним появата в математиката на такива сега централни клонове като теорията на случайните процеси, теорията на информацията, теорията за оптимално управление на процесите, теорията на опашките и редица области, свързани с електронните компютри.

Математиката е езикът на науката

За първи път великият Галилео Галилей каза ясно и ярко за математиката, като език на науката, преди четиристотин години: „Философията е написана в грандиозна книга, която винаги е отворена за всички и всеки - говоря за природата .. Но само тези, които са се научили да го разбират, могат да го разберат.” езикът и знаците, с които е написано, но е написано на математически език, а знаците са неговите математически формули. Няма съмнение, че оттогава науката е постигнала огромен напредък и математиката е неин верен помощник. Без математиката много постижения в науката и технологиите просто биха били невъзможни. Не без основание един от най-големите физици, В. Хайзенберг, описва мястото на математиката в теоретичната физика по следния начин: „Основният език, който се развива в процеса на научно усвояване на фактите, обикновено е езикът на математиката в теоретичната физика, а именно математическа схема, която позволява на физиците да предскажат резултатите от бъдещи експерименти."

За общуване и за изразяване на мислите си хората са създали най-великото средство за разговор - живият говорим език и неговият писмен запис. Езикът не остава непроменен, той се адаптира към условията на живот, обогатява своя речник, разработва нови средства за изразяване на най-фините нюанси на мисълта.

В науката яснотата и точността на изразяване на мислите е особено важна. Научното изложение трябва да е кратко, но съвсем определено. Ето защо науката е длъжна да развие свой собствен език, способен да предаде възможно най-точно присъщите й характеристики. Известният френски физик Луи дьо Бройл прекрасно е казал: „... където може да се приложи математически подход към проблемите, науката е принудена да използва специален език, символен език, един вид стенограма за абстрактна мисъл, чиито формули, когато са правилно записани, очевидно не оставят място за несигурност, нито за неточно тълкуване." Но към това трябва да се добави, че математическият символизъм не само не оставя място за неточно изразяване и неясно тълкуване, но също така позволява автоматизирането на извършването на онези действия, които са необходими за получаване на заключения.

Математическата символика ви позволява да намалите записването на информация, да я направите видима и удобна за по-нататъшна обработка.

През последните години се появи нова линия в развитието на формализирани езици, свързани с компютърните технологии и използването на електронни компютри за управление на производствените процеси. Необходимо е да се комуникира с машината, необходимо е да й се осигури възможност във всеки един момент самостоятелно да избира правилното действие при дадените условия. Но машината не разбира обикновената човешка реч, трябва да "говорите" с нея на език, който е достъпен за нея. Този език не трябва да допуска несъответствия, неясноти, недостатъчност или прекомерна излишност на докладваната информация. В момента са разработени няколко системи от езици, с помощта на които машината недвусмислено възприема информацията, която й се съобщава, и действа, като взема предвид създадената ситуация. Това прави електронните компютри толкова гъвкави при извършване на най-сложните изчислителни и логически операции.

Използване на математическия метод и математическия резултат

Няма такива природни явления, технически или социални процеси, които биха били обект на изучаване на математиката, но не биха били свързани с физически, биологични, химични, инженерни или социални явления. Всяка естественонаучна дисциплина: биология и физика, химия и психология - се определя от материалната характеристика на нейния предмет, специфичните особености на областта от реалния свят, която изучава. Самият обект или явление може да бъде изследван с различни методи, включително математически, но променяйки методите, ние все още оставаме в границите на тази дисциплина, тъй като съдържанието на тази наука е истинският предмет, а не методът на изследване. За математиката материалният предмет на изследване не е от решаващо значение, важен е прилаганият метод. Например тригонометричните функции могат да се използват както за изследване на осцилаторно движение, така и за определяне на височината на недостъпен обект. И какви явления от реалния свят могат да бъдат изследвани с помощта на математическия метод? Тези явления се определят не от тяхната материална природа, а изключително от формални структурни свойства и преди всичко от онези количествени отношения и пространствени форми, в които те съществуват.

Математическият резултат има свойството, че не само може да се използва при изследване на едно конкретно явление или процес, но и да се използва за изследване на други явления, чиято физическа природа е фундаментално различна от разгледаните по-рано. Така правилата на аритметиката са приложими и в проблемите на икономиката, и в технологичните процеси, и при решаването на проблеми на селското стопанство, и в научните изследвания.

Математиката като творческа сила има за цел разработването на общи правила, които трябва да се използват в множество специални случаи. Този, който създава тези правила, създава нещо ново, създава. Този, който прилага готови правила в самата математика, вече не създава, а създава нови стойности в други области на знанието с помощта на математически правила. Днес данните от интерпретацията на космически изображения, както и информацията за състава и възрастта на скалите, геохимичните, географските и геофизичните аномалии се обработват с помощта на компютър. Несъмнено използването на компютри в геоложките изследвания прави тези изследвания геологични. Принципите на работа на компютрите и техния софтуер са разработени, без да се отчита възможността за използването им в интерес на геологическата наука. Самата тази възможност се определя от факта, че структурните свойства на геоложките данни са в съответствие с логиката на определени компютърни програми.

Математическите концепции са взети от реалния свят и са свързани с него. По същество това обяснява удивителната приложимост на резултатите от математиката към явленията от заобикалящия ни свят.

Математиката, преди да изследва всяко явление със свои методи, създава своя математически модел, т.е. изброява всички онези характеристики на явлението, които ще бъдат взети предвид. Моделът принуждава изследователя да избере онези математически инструменти, които напълно адекватно ще предадат характеристиките на изследваното явление и неговата еволюция.

Като пример, нека вземем модел на планетарна система. Слънцето и планетите се разглеждат като материални точки със съответните маси. Взаимодействието на всяка две точки се определя от силата на привличане между тях. Моделът е прост, но повече от триста години предава с голяма точност характеристиките на движението на планетите от Слънчевата система.

Математическите модели се използват при изучаване на биологични и физически явления в природата.

Математика и околна среда

Навсякъде сме заобиколени от движение, променливи и техните взаимовръзки. Различните видове движение и техните модели са основният обект на изследване на конкретни науки: физика, геология, биология, социология и др. Следователно, точен език и подходящи методи за описване и изучаване на променливи се оказват необходими във всички области на знанието до приблизително същата степен, както числата и аритметиката са необходими при описването на количествените зависимости. Математическият анализ формира основата на езика и математическите методи за описание на променливи и техните взаимоотношения. В наши дни без математически анализ е невъзможно не само да се изчислят космическите траектории, работата на ядрените реактори, движението на океанска вълна и закономерностите на развитие на циклона, но и икономично управление на производството, разпределението на ресурсите, организацията на технологичните процеси, предскаже хода на химичните реакции или промените в броя на различните видове животни и растения, свързани помежду си в природата, тъй като всичко това са динамични процеси.

Едно от най-интересните приложения на съвременната математика се нарича теория на катастрофите. Неговият създател е един от най-забележителните математици в света Рене Том. Теорията на Том е по същество математическа теория на процесите със "скокове". Той показва, че появата на "скокове" в непрекъснати системи може да бъде описана математически и промените във формата могат да бъдат предвидени качествено. Моделите, базирани на теорията на катастрофите, вече са довели до полезни прозрения в много случаи от реалния живот: физика (например разбиването на вълни във водата), физиология (действието на сърдечни удари или нервни импулси) и социални науки. Перспективите за приложение на тази теория, най-вероятно в биологията, са огромни.

Математиката направи възможно справянето с други практически въпроси, които изискваха не само използването на съществуващите математически инструменти, но и развитието на самата математическа наука.

Подобни документи

Емпирични, теоретични и производствено-технически форми на научно познание. Приложение на специални методи (наблюдение, измерване, сравнение, експеримент, анализ, синтез, индукция, дедукция, хипотеза) и частнонаучни методи в естествените науки.

резюме, добавено на 13.03.2011 г


Същността на принципа на последователност в естествознанието. Описание на сладководна екосистема, широколистна гора и нейните бозайници, тундра, океан, пустиня, степ, клисури. Научни революции в естествените науки. Общи методи на научно познание.

тест, добавен на 20.10.2009 г


Изследването на концепцията за научна революция, глобална промяна в процеса и съдържанието на системата от научно познание. Геоцентрична система на света на Аристотел. Изследвания на Николай Коперник. Законите на Йоханес Кеплер за движението на планетите. Основните постижения на И. Нютон.

презентация, добавена на 26.03.2015 г


Основните методи за изолиране и изследване на емпиричен обект. Наблюдение на емпирично научно познание. Методи за получаване на количествена информация. Методи, които включват работа с получената информация. Научни факти на емпиричните изследвания.

резюме, добавено на 03/12/2011


Методология на естествознанието като система от човешка познавателна дейност. Основни методи на научно изследване. Общи научни подходи като методологични принципи на познаване на интегрални обекти. Съвременни тенденции в развитието на природните науки.

резюме, добавено на 06/05/2008


Синергетиката като теория за самоорганизиращите се системи в съвременния научен свят. Историята и логиката на възникване на синергетичния подход в естествените науки. Влиянието на този подход върху развитието на науката. Методологическо значение на синергетиката в съвременната наука.

резюме, добавено на 27.12.2016 г


Сравнение, анализ и синтез. Основните постижения на НТР. Концепцията на Вернадски за ноосферата. Произходът на живота на земята, основните разпоредби. Екологични проблеми на Курганската област. Значението на естествените науки за социално-икономическото развитие на обществото.

тест, добавен на 26.11.2009 г


Същността на процеса на природонаучното познание. Специални форми (страни) на научното познание: емпирични, теоретични и производствено-технически. Ролята на научния експеримент и математическия апарат на изследването в системата на съвременното естествознание.

доклад, добавен на 02/11/2011


Приложение на математическите методи в естествените науки. Периодичен закон D.I. Менделеев, неговата съвременна формулировка. Периодични свойства на химичните елементи. Теория на структурата на атомите. Основните видове екосистеми според техния произход и източник на енергия.

резюме, добавено на 03/11/2016


Развитието на науката през ХХ век. под влияние на революцията в естествознанието в началото на 19-20 век: открития, тяхното практическо приложение - телефон, радио, кино, промени във физиката, химията, развитие на интердисциплинарни науки; Психика, интелект във философските теории.

Методи на науката - набор от техники и операции за практическо и теоретично познание на реалността.

Изследователските методи оптимизират човешката дейност, оборудват я с най-рационалните начини за организиране на дейности. А. П. Садохин, в допълнение към подчертаването на нивата на познание в класификацията на научните методи, взема предвид критерия за приложимост на метода и идентифицира общи, специални и частни методи на научно познание. Избраните методи често се комбинират и комбинират в процеса на изследване.

Общите методи на познание са свързани с всяка дисциплина и позволяват да се свържат всички етапи на процеса на познание. Тези методи се използват във всяка област на изследване и ви позволяват да идентифицирате връзките и характеристиките на изследваните обекти. В историята на науката изследователите се позовават на такива методи като метафизични и диалектически методи. Частните методи на научно познание са методи, които се използват само в определен клон на науката. Различните методи на естествените науки (физика, химия, биология, екология и др.) са специфични по отношение на общия диалектически метод на познание. Понякога частните методи могат да се използват извън клоновете на природните науки, в които са възникнали.

Например физични и химични методи се използват в астрономията, биологията и екологията. Често изследователите прилагат набор от взаимосвързани конкретни методи за изучаване на един предмет. Например, екологията използва едновременно методите на физиката, математиката, химията и биологията. Отделни методи на познание са свързани със специални методи. Специални методи изследват определени характеристики на обекта, който се изследва. Те могат да се проявяват на емпирично и теоретично ниво на познанието и да бъдат универсални.

Сред специалните емпирични методи на познание се разграничават наблюдение, измерване и експеримент.

Наблюдението е целенасочен процес на възприемане на обекти от реалността, чувствено отразяване на обекти и явления, по време на който човек получава първична информация за света около него. Следователно изследването най-често започва с наблюдение и едва след това изследователите преминават към други методи. Наблюденията не са свързани с някаква теория, но целта на наблюдението винаги е свързана с някаква проблемна ситуация.

Наблюдението предполага наличието на определен изследователски план, допускане, подлежащо на анализ и проверка. Наблюденията се използват там, където не може да се направи директен експеримент (във вулканологията, космологията). Резултатите от наблюдението се записват в описание, което посочва онези характеристики и свойства на обекта, който се изследва, които са обект на изследване. Описанието трябва да бъде максимално пълно, точно и обективно. Описанията на резултатите от наблюдението представляват емпиричната основа на науката, на тяхна основа се създават емпирични обобщения, систематизация и класификация.

Измерването е определянето на количествени стойности (характеристики) на изследваните страни или свойства на обект с помощта на специални технически устройства. Важна роля в изследването играят мерните единици, с които се сравняват получените данни.

Експеримент - метод на познание, с помощта на който се изследват явленията от действителността при контролирани и контролирани условия. Различава се от наблюдението чрез намеса в изучавания обект, тоест чрез дейност по отношение на него. При провеждане на експеримент изследователят не се ограничава до пасивно наблюдение на явленията, а съзнателно се намесва в естествения ход на тяхното протичане, като пряко влияе върху изследвания процес или променя условията, при които протича този процес.

Развитието на естествознанието поставя на преден план проблема за строгостта на наблюдението и експеримента. Факт е, че те се нуждаят от специални инструменти и устройства, които напоследък станаха толкова сложни, че сами започват да влияят на обекта на наблюдение и експеримент, което според условията не трябва да бъде. Това се отнася преди всичко за изследванията в областта на физиката на микросвета (квантова механика, квантова електродинамика и др.).

Аналогията е метод на познание, при който има трансфер на знания, получени по време на разглеждането на всеки един обект, към друг, по-малко проучен и в момента се изучава. Методът на аналогията се основава на сходството на обектите в редица всякакви признаци, което ви позволява да получите доста надеждни знания за изучавания предмет.

Използването на метода на аналогията в научното познание изисква известно внимание. Тук е изключително важно ясно да се идентифицират условията, при които той работи най-ефективно. Но в случаите, когато е възможно да се разработи система от ясно формулирани правила за прехвърляне на знания от модел към прототип, резултатите и заключенията по метода на аналогията стават доказателствени.

Анализът е метод на научно познание, който се основава на процедурата на умствено или реално разчленяване на обект на неговите съставни части. Разчленяването е насочено към прехода от изучаването на цялото към изучаването на неговите части и се осъществява чрез абстрахиране от връзката на частите помежду си.

Синтезът е метод на научно познание, който се основава на процедурата за комбиниране на различни елементи от даден обект в едно цяло, система, без която е невъзможно истинско научно познание на този предмет. Синтезът действа не като метод за конструиране на цялото, а като метод за представяне на цялото под формата на единство от знания, получени чрез анализ. При синтеза се получава не просто обединение, а обобщение на аналитично разграничените и изследвани характеристики на даден обект. Положенията, получени в резултат на синтеза, са включени в теорията на обекта, която, обогатена и усъвършенствана, определя пътищата на ново научно търсене.

Индукцията е метод на научно познание, който е формулирането на логическо заключение чрез обобщаване на данните от наблюдение и експеримент.
Дедукцията е метод на научно познание, който се състои в прехода от определени общи предпоставки към конкретни резултати-последствия.
Решаването на всеки научен проблем включва издигането на различни предположения, предположения и най-често повече или по-малко обосновани хипотези, с помощта на които изследователят се опитва да обясни факти, които не се вписват в старите теории. В несигурни ситуации възникват хипотези, чието обяснение става релевантно за науката. Освен това на нивото на емпиричните знания (както и на нивото на тяхното обяснение) често има противоречиви преценки. За решаването на тези проблеми са необходими хипотези.

Хипотезата е всяко предположение, предположение или прогноза, направено за елиминиране на ситуация на несигурност в научните изследвания. Следователно хипотезата не е надеждно знание, а вероятно знание, чиято истинност или неистинност все още не е установена.
Всяка хипотеза трябва непременно да бъде обоснована или от постигнатото познание на дадената наука, или от нови факти (несигурните знания не се използват за обосноваване на хипотезата). Тя трябва да има свойството да обяснява всички факти, които се отнасят до дадена област на знанието, да ги систематизира, както и факти извън тази област, предсказвайки появата на нови факти (например квантовата хипотеза на М. Планк, изложена в началото на 20 век, довежда до създаването на квантова механика, квантова електродинамика и други теории). В този случай хипотезата не трябва да противоречи на вече съществуващите факти. Хипотезата трябва да бъде потвърдена или опровергана.

в) частни методи са методи, които работят или само в рамките на отделен клон на естествената наука, или извън клона на естествената наука, където са възникнали. Това е методът за опръстеняване на птиците, използван в зоологията. А методите на физиката, използвани в други клонове на естествените науки, доведоха до създаването на астрофизика, геофизика, физика на кристалите и т.н. Често за изучаване на един предмет се прилага комплекс от взаимосвързани конкретни методи. Например, молекулярната биология едновременно използва методите на физиката, математиката, химията и кибернетиката.

Моделирането е метод на научно познание, основаващ се на изследване на реални обекти чрез изследване на модели на тези обекти, т.е. чрез изучаване на заместващи обекти от естествен или изкуствен произход, които са по-достъпни за изследване и (или) намеса и имат свойствата на реални обекти.

Свойствата на който и да е модел не трябва и не могат точно и напълно да съответстват на абсолютно всички свойства на съответния реален обект във всякакви ситуации. В математическите модели всеки допълнителен параметър може да доведе до значително усложняване на решението на съответната система от уравнения, до необходимостта от прилагане на допълнителни допускания, отхвърляне на малки членове и т.н., при числена симулация времето за обработка на проблема от компютър се увеличава непропорционално и грешката в изчислението се увеличава.

Разнообразието от методи на научно познание създава трудности при тяхното прилагане и разбиране на тяхната роля. Тези проблеми се решават от специална област на знанието - методология. Основната задача на методологията е да изучава произхода, същността, ефективността, развитието на методите на познанието.



Научното познание е система, която има няколко нива на познание, които се различават по редица параметри. В зависимост от предмета, характера, вида, метода и метода на полученото познание се разграничават емпирични и теоретични нива на познание. Всеки от тях изпълнява определени функции и има специфични методи за изследване. Нивата съответстват на взаимосвързани, но в същото време специфични видове познавателна дейност: емпирични и теоретични изследвания. Откроявайки емпиричните и теоретичните нива на научното познание, съвременният изследовател е наясно, че ако в ежедневното познание е легитимно да се прави разлика между сетивни и рационални нива, то в научните изследвания емпиричното ниво на изследване никога не се ограничава до чисто сетивно познание, теоретично познание. не е чиста рационалност. Дори първоначалните емпирични знания, получени чрез наблюдение, се записват с помощта на научни термини. Теоретичните знания също не са чиста рационалност. При изграждането на теория се използват визуални представи, които са в основата на сетивното възприятие. Така можем да кажем, че в началото на емпиричното изследване преобладава чувственото, а в теоретичното - рационалното. На ниво емпирично изследване е възможно да се идентифицират зависимости и връзки между явления, определени закономерности. Но ако емпиричното ниво може да обхване само външното проявление, то теоретичното стига до обяснение на съществените връзки на изследвания обект.

Емпиричното знание е резултат от прякото взаимодействие на изследователя с реалността при наблюдение или експеримент. На емпирично ниво се извършва не само натрупването на факти, но и тяхната първична систематизация, класификация, което позволява да се идентифицират емпирични правила, принципи и закони, които се трансформират в наблюдавани явления. На това ниво изследваният обект се отразява главно във външни връзки и проявления. Сложността на научното познание се определя от наличието в него не само на нивата и методите на познание, но и на формите, в които то се фиксира и развива. Основните форми на научно познание са факти, проблеми, хипотезиИ теории.Тяхното значение е да разкрият динамиката на процеса на познание в хода на изследване и изучаване на всеки обект. Установяването на факти е необходимо условие за успеха на природонаучните изследвания. За да се изгради една теория, фактите трябва не само да бъдат надеждно установени, систематизирани и обобщени, но и да се разглеждат във взаимовръзка. Хипотезата е спекулативно знание, което има вероятностен характер и изисква проверка. Ако по време на теста съдържанието на хипотезата не съответства на емпиричните данни, тогава тя се отхвърля. Ако хипотезата се потвърди, тогава можем да говорим за нея с различна степен на вероятност. В резултат на проверка и доказване някои хипотези се превръщат в теории, други се усъвършенстват и конкретизират, а трети се отхвърлят, ако тяхната проверка даде отрицателен резултат. Основният критерий за истинността на една хипотеза е практиката в различни форми.

Научната теория е обобщена система от знания, която дава холистично изображение на редовни и съществени връзки в определена област на обективната реалност. Основната задача на теорията е да опише, систематизира и обясни цялата съвкупност от емпирични факти. Теориите се класифицират като описателен, наученИ дедуктивен.В дескриптивните теории изследователите формулират общи модели въз основа на емпирични данни. Описателните теории не предполагат логичен анализ и конкретност на доказателствата (физиологичната теория на И. Павлов, еволюционната теория на Ч. Дарвин и др.). В научните теории се изгражда модел, който замества реалния обект. Последиците от теорията се проверяват чрез експеримент (физични теории и др.). В дедуктивните теории е разработен специален формализиран език, всички термини на който подлежат на тълкуване. Първият от тях е "Началата" на Евклид (основната аксиома е формулирана, след това към нея се добавят логически произтичащите от нея разпоредби и всички доказателства се извършват на тази основа).

Основните елементи на научната теория са принципи и закони. Принципите осигуряват обща и важна подкрепа за теорията. На теория принципите играят ролята на първични предпоставки, които формират нейната основа. От своя страна съдържанието на всеки принцип се разкрива с помощта на закони. Те конкретизират принципите, разкриват механизма на тяхното действие, логиката на взаимоотношенията, произтичащите от тях последици. Законите са форма на теоретични постановки, които разкриват общите връзки на изучаваните явления, обекти и процеси. Когато формулира принципи и закони, за изследователя е доста трудно да види зад многобройни, често напълно различни външно факти, точно основните свойства и характеристики на изследваните свойства на обекти и явления. Трудността се състои в това, че при пряко наблюдение е трудно да се фиксират съществените характеристики на изследвания обект. Следователно е невъзможно да се премине директно от емпиричното ниво на познание към теоретичното. Теорията не се изгражда чрез директно обобщаване на опита, така че следващата стъпка е формулирането на проблема. Определя се като форма на знание, чието съдържание е съзнателен въпрос, за отговор на който наличните знания не са достатъчни. Търсенето, формулирането и решаването на проблеми са основните характеристики на научната дейност. На свой ред наличието на проблем при разбирането на необясними факти води до предварителен извод, който изисква експериментално, теоретично и логическо потвърждение. Процесът на опознаване на околния свят е решение на различни проблеми, които възникват в хода на човешката практическа дейност. Тези проблеми се решават с помощта на специални техники - методи.

- набор от техники и операции за практическо и теоретично познание на реалността.

Изследователските методи оптимизират човешката дейност, оборудват я с най-рационалните начини за организиране на дейности. А. П. Садохин, в допълнение към подчертаването на нивата на познание в класификацията на научните методи, взема предвид критерия за приложимост на метода и идентифицира общи, специални и частни методи на научно познание. Избраните методи често се комбинират и комбинират в процеса на изследване.

Общи методиЗнанието е свързано с всяка дисциплина и позволява да се свържат всички етапи на процеса на познание. Тези методи се използват във всяка област на изследване и ви позволяват да идентифицирате връзките и характеристиките на изследваните обекти. В историята на науката изследователите се позовават на такива методи като метафизични и диалектически методи. Частни методинаучно познание – това са методи, които се използват само в отделен клон на науката. Различните методи на естествените науки (физика, химия, биология, екология и др.) са специфични по отношение на общия диалектически метод на познание. Понякога частните методи могат да се използват извън клоновете на природните науки, в които са възникнали. Например физични и химични методи се използват в астрономията, биологията и екологията. Често изследователите прилагат набор от взаимосвързани конкретни методи за изучаване на един предмет. Например, екологията използва едновременно методите на физиката, математиката, химията и биологията. Отделни методи на познание са свързани със специални методи. Специални методиизследват определени характеристики на обекта, който се изследва. Те могат да се проявяват на емпирично и теоретично ниво на познанието и да бъдат универсални.

Между специални емпирични методи на познаниеразличават наблюдение, измерване и експеримент.

Наблюдениее целенасочен процес на възприемане на обекти от реалността, чувствено отражение на обекти и явления, по време на който човек получава първична информация за света около него. Следователно изследването най-често започва с наблюдение и едва след това изследователите преминават към други методи. Наблюденията не са свързани с някаква теория, но целта на наблюдението винаги е свързана с някаква проблемна ситуация. Наблюдението предполага наличието на определен изследователски план, допускане, подлежащо на анализ и проверка. Наблюденията се използват там, където не може да се направи директен експеримент (във вулканологията, космологията). Резултатите от наблюдението се записват в описание, което посочва онези характеристики и свойства на обекта, който се изследва, които са обект на изследване. Описанието трябва да бъде максимално пълно, точно и обективно. Описанията на резултатите от наблюдението представляват емпиричната основа на науката, на тяхна основа се създават емпирични обобщения, систематизация и класификация.

Измерване- това е определянето на количествените стойности (характеристики) на изследваните страни или свойства на обект с помощта на специални технически устройства. Важна роля в изследването играят мерните единици, с които се сравняват получените данни.

Експеримент -по-сложен метод на емпирично познание в сравнение с наблюдението. Това е целенасочено и строго контролирано въздействие на изследовател върху интересуващ го обект или явление с цел изучаване на неговите различни аспекти, връзки и отношения. В хода на експериментално изследване ученият се намесва в естествения ход на процесите, трансформира обекта на изследване. Спецификата на експеримента е също така, че ви позволява да видите обекта или процеса в най-чистата му форма. Това се дължи на максималното изключване на влиянието на външни фактори. Експериментаторът отделя съществените факти от несъществените и по този начин значително опростява ситуацията. Това опростяване допринася за дълбокото разбиране на същността на явленията и процесите и дава възможност да се контролират много фактори и величини, които са важни за даден експеримент. Съвременният експеримент се характеризира със следните характеристики: увеличаване на ролята на теорията в подготвителния етап на експеримента; сложност на техническите средства; мащаба на експеримента. Основната задача на експеримента е да провери хипотези и изводи на теории, които са от фундаментално и приложно значение. При експериментална работа, при активно въздействие върху изследвания обект, изкуствено се разграничават едни или други негови свойства, които са обект на изследване в природни или специално създадени условия. В процеса на природонаучен експеримент те често прибягват до физическо моделиране на изследвания обект и създават различни контролирани условия за него. С. Х. Карпенков подразделя експерименталните средства според тяхното съдържание на следните системи:

С. Х. Карпенков посочва, че в зависимост от задачата тези системи играят различна роля. Например, когато се определят магнитните свойства на дадено вещество, резултатите от експеримента до голяма степен зависят от чувствителността на инструментите. В същото време, когато се изучават свойствата на вещество, което не се среща в природата при обикновени условия и дори при ниски температури, всички системи от експериментални средства са важни.

Във всеки природонаучен експеримент се разграничават следните етапи:

Подготвителният етап е теоретичната обосновка на експеримента, неговото планиране, изготвянето на проба от обекта на изследване, изборът на условия и технически средства за изследване. Резултатите, получени на добре подготвена експериментална база, по правило се поддават по-лесно на сложна математическа обработка. Анализът на резултатите от експеримента ви позволява да оцените определени характеристики на обекта, който се изследва, да сравните резултатите с хипотезата, което е много важно за определяне на правилността и степента на надеждност на крайните резултати от изследването.

За повишаване на надеждността на получените резултати от експеримента е необходимо:

Между специални теоретични методи на научното познаниеправи разлика между процедурите на абстракция и идеализация. В процесите на абстракция и идеализация се формират понятията и термините, използвани във всички теории. Понятията отразяват съществената страна на явленията, която се проявява в обобщението на изследването. В същото време само някои от неговите страни се отличават от обекта или явлението. По този начин на понятието „температура“ може да се даде операционна дефиниция (показател за степента на нагряване на тялото по определена скала на термометър), а от гледна точка на молекулярно-кинетичната теория температурата е величина, пропорционална на средна кинетична енергия на движението на частиците, изграждащи тялото. абстракция -умствено абстрахиране от всички свойства, връзки и отношения на изследвания обект, които се считат за незначителни. Това са моделите на точка, права, окръжност, равнина. Резултатът от процеса на абстракция се нарича абстракция. Реалните обекти в някои задачи могат да бъдат заменени с тези абстракции (Земята може да се счита за материална точка, когато се движи около Слънцето, но не и когато се движи по повърхността му).

Идеализацияпредставлява операция за умствен избор на едно важно свойство или отношение за дадена теория, умствено конструиране на обект, надарен с това свойство (отношение). В резултат на това идеалният обект има само това свойство (отношение). Науката идентифицира в реалността общи модели, които са значими и се повтарят в различни теми, така че трябва да преминем към отвличане на вниманието от реални обекти. Така се формират понятия като „атом“, „набор“, „абсолютно черно тяло“, „идеален газ“, „непрекъсната среда“. Така получените идеални обекти всъщност не съществуват, тъй като в природата не могат да съществуват обекти и явления, които да имат само едно свойство или качество. При прилагането на теорията е необходимо отново да се съпоставят получените и използвани идеални и абстрактни модели с реалността. Следователно важен е изборът на абстракции в съответствие с тяхната адекватност на дадената теория и последващото им изключване.

Между специални универсални методи на изследванеразпределете анализ, синтез, сравнение, класификация, аналогия, моделиране. Процесът на естествено научно познание се осъществява по такъв начин, че първо да наблюдаваме общата картина на изучавания обект, в която подробностите остават в сянка. При такова наблюдение е невъзможно да се познае вътрешната структура на обекта. За да го изследваме, трябва да отделим изследваните обекти.

Анализ- един от началните етапи на изследването, когато от цялостно описание на обект преминават към неговата структура, състав, характеристики и свойства. Анализът е метод на научно познание, който се основава на процедурата на умствено или реално разделяне на обект на съставните му части и тяхното отделно изследване. Невъзможно е да се знае същността на един обект, само като се подчертаят в него елементите, от които се състои. Когато особеностите на изследвания обект се изучават чрез анализ, той се допълва чрез синтез.

Синтез -метод на научно познание, който се основава на комбинацията от елементи, идентифицирани чрез анализ. Синтезът не действа като метод за конструиране на цялото, а като метод за представяне на цялото под формата на единственото знание, получено чрез анализ. Той показва мястото и ролята на всеки елемент в системата, връзката им с другите компоненти. Анализът фиксира главно специфичното, което отличава частите една от друга, синтезът - обобщава аналитично установените и изследвани характеристики на обекта. Анализът и синтезът се зараждат в практическата дейност на човека. Човек се е научил да анализира и синтезира мислено само въз основа на практическо разделяне, постепенно разбирайки какво се случва с даден обект, когато извършва практически действия с него. Анализът и синтезът са компоненти на аналитико-синтетичния метод на познание.

При количествено съпоставяне на изследваните свойства, параметри на обекти или явления се говори за метод на сравнение. Сравнение- метод на научно познание, който ви позволява да установите приликата и разликата между изследваните обекти. Сравнението е в основата на много естествени научни измервания, които са неразделна част от всеки експеримент. Сравнявайки обектите един с друг, човек получава възможност правилно да ги разпознава и по този начин правилно да се ориентира в света около себе си, целенасочено да му влияе. Сравнението има значение, когато се сравняват обекти, които са наистина еднородни и подобни по същество. Методът на сравнение подчертава разликите между изследваните обекти и формира основата на всякакви измервания, т.е. основата на експерименталните изследвания.

Класификация- метод на научно познание, който обединява в един клас обекти, които са възможно най-сходни един с друг по съществени характеристики. Класификацията позволява да се намали натрупаният разнообразен материал до сравнително малък брой класове, типове и форми и да се разкрият първоначалните единици на анализ, да се открият устойчиви характеристики и връзки. По правило класификациите се изразяват под формата на текстове на естествени езици, диаграми и таблици.

аналогия -метод на познание, при който има трансфер на знания, получени чрез разглеждане на обект към друг, по-малко изучен, но подобен на първия в някои съществени свойства. Методът на аналогията се основава на сходството на обектите по редица признаци, а сходството се установява в резултат на сравняване на обекти един с друг. По този начин методът на аналогията се основава на метода на сравнение.

Методът на аналогията е тясно свързан с метода моделиране,което е изследване на всякакви обекти с помощта на модели с по-нататъшно прехвърляне на получените данни към оригинала. Този метод се основава на същественото сходство на оригиналния обект и неговия модел. В съвременните изследвания се използват различни видове моделиране: предметно, мисловно, символно, компютърно. предметмоделирането е използването на модели, които възпроизвеждат определени характеристики на даден обект. психическимоделирането е използването на различни умствени представи под формата на въображаеми модели. Символичномоделирането използва чертежи, диаграми, формули като модели. Те отразяват определени свойства на оригинала в символно-знакова форма. Вид символично моделиране е математическото моделиране, произведено с помощта на математика и логика. Включва формирането на системи от уравнения, които описват изследваното природно явление, и тяхното решаване при различни условия. компютърмоделирането напоследък стана широко разпространено (Sadokhin A.P., 2007).

Разнообразието от методи на научно познание създава трудности при тяхното прилагане и разбиране на тяхната роля. Тези проблеми се решават от специална област на знанието - методология. Основната задача на методологията е да изучава произхода, същността, ефективността, развитието на методите на познанието.