Мысленный эксперимент как метод исследования

Мысленный эксперимент с идеализированными объектами является, по мнению ученых (В.С.Швырев), одним из важнейших методов теоретического исследования. Мысленный эксперимент – это система последовательных логических операций с целью раскрытия его содержания, определения соотношений между элементами и выявления закономерностей его движения (А.Я.Данилюк). Он означает развертывание, объяснение, актуализацию знаний, свернутых внутри идеального объекта, процессов взаимодействия его элементов, мысленное изменение некоего элемента, входящего в целостную систему идеального объекта, мысленное отслеживание процессов изменения и, наконец, приведение полученных знаний к некой разумной системности, согласующейся с данными практики.

Другими словами, мысленный эксперимент (как и реальный) призван давать ответ на вопрос: «что будет с объектом, если мы совершим с ним какие-то преобразования, поставим его в такие-то и такие-то условия?»

Заслуживает внимания модель мысленного эксперимента, предлагаемая В.С.Библером:

1) предмет исследования мысленно перемещается в такие условия, в которых его сущность раскрывается с особой определенностью;

2) этот предмет становиться объектом последующих мысленных трансформаций;

3) в этом же эксперименте мысленно формируется та среда, та система связей, в которую помещается этом предмет; если построение мысленного предмета еще и можно представить как простое «абстрагирование» свойств реального предмета. То этот третий момент по сути дела является продуктивным добавлением к мысленному предмету – лишь в этой особой среде и находит свое раскрытие его содержание.

Система последовательных действий с идеальным объектом для получения системных научных знаний называется генетически-конструктивным методом.

В области прикладных исследований применяются все указанные виды эксперимента. Их задача – проверка конкретных теоретических моделей. Для прикладных наук специфичен модельный эксперимент, который ставится на материальных моделях, воспроизводящих существенные черты исследуемой природной ситуации или технического устройства. Он тесно связан с производственным экспериментом.

Для обработки результатов эксперимента применяют методы математической статистики, специальная отрасль которой исследует принципы анализа и планирования эксперимента.

Понятие «эксперимент» означает действие, направленное на создание условий в целях осуществления того или иного явления и по возможности наиболее чистого, т.е. не осложняемого другими явлениями. Основной целью эксперимента являются выявление свойство исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования.

Постановка и организация эксперимента определяются его назначением. Эксперименты, которые проводятся в различных отраслях науки, являются химическими, биологическими, физическими, психологическими, социальными и т.п. Они различаются:

- по способу формирования условий (естественных и искусственных);

- по целям исследования (преобразующие, констатирующие, контролирующие, поисковые, решающие);

- по организации проведения (лабораторные, натуральные, полевые, производственные и т.п.);

- по структуре изучаемых объектов и явлений (простые, сложные);

- по характеру внешних воздействий на объект исследования (вещественные, энергетические, информационные);

- по характеру взаимодействия средства экспериментального исследования с объектом исследования (обычный и модельный);

- по типу моделей, исследуемых в эксперименте (материальный и мысленный);

- по контролируемым величина (пассивный и активный);

- по числу варьируемых факторов (однофакторный и многофакторный);

- по характеру изучаемых объектов или явлений (технологические, социометрические) и т.п.

Из числа названных признаков естественный эксперимент предполагает проведение опытов в естественных условиях существования объекта исследования (чаще всего используется в биологических, социальных, педагогических и психологических науках).

Искусственный эксперимент предполагает формирование искусственных условий (широко применяется в естественных и технических науках).

Преобразующий (созидательный ) эксперимент включает активное изменение структуры и функций объекта исследования в соответствии с выдвинутой гипотезой, формирование новых связей и отношений между компонентами объекта или между исследуемым объектом и другими объектами. Исследователь в соответствии со вскрытыми тенденциями развития объекта исследования преднамеренно создает условия, которые должны способствовать формированию новых свойств и качеств объекта.

Констатирующий эксперимент используется для проверки определенных предположений. В процессе этого эксперимента констатируется наличие определенной связи между воздействием на объект исследования и результатом, выявляется наличие определенных фактов.

Контролирующий эксперимент сводится к контролю за результатами внешних воздействий на объект исследования с учетом его состояния, характера воздействия и ожидаемого эффекта.

Поисковый эксперимент проводится в том случае, если затруднена классификация факторов, влияющих на изучаемое явление вследствие отсутствия достаточных предварительных (априорных) данных. По результатам поискового эксперимента устанавливается значимость факторов, осуществляется отсеивание незначимых.

Решающий эксперимент ставится для проверки справедливости основных положений фундаментальных теорий в том случае, когда две или несколько гипотез одинаково согласуются со многими явлениями. Это согласие приводит к затруднению, какую именно из гипотез считать правильной.

Для проведения эксперимента любого типа необходимо:

1) разработать гипотезу, подлежащую проверке;

2) создать программы экспериментальных работ;

3) определить способы и приемы вмешательства в объект исследования;

4) обеспечить условия для осуществления процедуры экспериментальных работ;

5) разработать приемы фиксирования хода и результатов эксперимента;

6) подготовить средства эксперимента (приборы, установки, модели и т.д.); обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом.

Методика проведения эксперимента. Методика – это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в определенной последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследования.

При разработке методик проведения эксперимента необходимо предусматривать:

1) проведение целенаправленного предварительного наблюдения над изучаемым объектом или явлением с целью определения исходных данных (гипотез, выбора варьирующих факторов);

2) создание условий, в которых возможно экспериментирование (подбор объектов для экспериментального воздействия, устранение влияния случайных факторов);

3) определение пределов измерения;

4) систематическое наблюдение за ходом развития изучаемого явления и точные описания фактов;

5) проведение систематической регистрации измерений и оценок фактов различными средствами и способами;

6) создание повторяющихся ситуаций, изменение характера условий и перекрестные воздействия, создание усложненных ситуаций с целью подтверждения или опровержения ранее полученных данных;

7) переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям, к анализу и теоретической обработке полученного фактического материала.

Перед каждым экспериментом составляется его план (программа), который включает:

1) цель и задачи эксперимента;

2) выбор варьирующих факторов;

3) обоснование объема эксперимента, числа опытов;

4) порядок реализации опытов, определение последовательности изменения факторов;

5) выбор шага изменения факторов, задание интервалов между будущими экспериментальными точками;

6) обоснование средств измерений;

7) описание проведения эксперимента;

8) обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

Результаты экспериментов должны отвечать трем статистическим требованиям: требование эффективности оценок, т.е. минимальность дисперсии отклонения относительно неизвестного параметра; требование состоятельности оценок, т.е. при увеличении числа наблюдений оценка параметра должна стремиться к его истинному значению; требование несмещенности оценок – отсутствие систематических ошибок в процессе вычисления параметров. Важнейшей проблемой при проведении и обработке эксперимента является совместимость этих трех требований.

Применение математической теории эксперимента позволяет уже при планировании определенным образом оптимизировать объем экспериментальных исследований и повысить их точность.

4.3.3. Сравнение

Сравнение – акт мышления, посредством которого классифицируется, упорядочивается и оценивается содержание бытия и познания. В сравнении мир постигается как «связанное разнообразие». Акт сравнения состоит в по парном сопоставлении объектов с целью выявления их отношений, при этом существенны условия, или основания, сравнения – признаки, которые как раз и детерминируют возможные отношения между предметами.

Сравнение имеет смысл только в совокупности «однородных» предметов, образующих класс. Сравнимость предметов в классе осуществляется по признакам, существенным для данного рассмотрения, при этом предметы, сравнимые по одному основанию, могут быть несравнимы по другому. Так все люди сравнимы по возрасту, но, например, по отношению «быть старше» сравнимы не все.

Простейший важнейший тип отношений выявляется путем сравнения, - это отношения тождества (равенства) и различия. Сравнение по этим отношениями, в свою очередь, приводит к представлению об универсальной сравнимости, т.е. о возможности всегда ответить на вопрос, тождественны предметы или различны.

Предположение об универсальной сравнимости иногда называют абстракцией сравнимости; последняя играет важную роль в классической математике, особенно в теории множеств.

Сравнение – это операция мышления, посредством которой классифицируется, упорядочивается и оценивается содержание действительности. При сравнении производят по парное сопоставление объектов в целях выявления их отношений, сходственных или отличительных признаков. При этом существенны условия сравнения – признаки, которые и определяют возможные отношения между предметами. Этот прием используется на первом этапе установления новой истины.

Сравнение имеет смысл только применительно к совокупности однородных предметов, образующих класс. Сравнимость предметов в классе осуществляется по признакам, существенным для данного рассмотрения; при этом предметы, сравниваемые по одному признаку, могут быть не сравнимыми по другому. Например, отличниками могут быть юноши и девушки, но с позиций пола они различны.