Методы эмпирического исследования (наблюдение, эксперимент, измерение)

Наблюдение - это преднамеренное и целенаправленное восприятие явлений и процессов без прямого вмешательства в их течение, подчиненное задачам научного исследования. Основные требования к научному наблюдению следующие:

1) однозначность цели, замысла;

2) системность в методах наблюдения;

3) объективность;

4) возможность контроля либо путем повторного наблюдения, либо с помощью эксперимента.

Наблюдение используется, как правило, там, где вмешательство в исследуемый процесс нежелательно либо невозможно.

Наблюдение в современной науке связано с широким использованием приборов, которые, во-первых, усиливают органы чувств, а во-вторых, снимают налет субъективизма с оценки наблюдаемых явлений.

Важное место в процессе наблюдения (как и эксперимента) занимает операция измерения. Измерение - есть определение отношения одной (измеряемой) величины к другой, принятой за эталон.

Поскольку результаты наблюдения, как правило, приобретают вид различных знаков, графиков, кривых на осциллографе, кардиограмм и т. д., постольку важной составляющей исследования является интерпретация полученных данных.

Особой сложностью отличается наблюдение в социальных науках, где его результаты во многом зависят от личности наблюдателя и его отношения к изучаемым явлениям. В социологии и психологии различают простое и соучаствующее (включенное) наблюдение. Психологи наряду с этим используют и метод интроспекции (самонаблюдения).

Эксперимент в отличие от наблюдения - это метод познания, при котором явления изучаются в контролируемых и управляемых условиях.

Эксперимент, как правило, осуществляется на основе теории или гипотезы, определяющих постановку задачи и интерпретацию результатов.

Преимущества эксперимента в сравнении с наблюдением состоят в том, во-первых, что оказывается возможным изучать явление, так сказать, в "чистом виде", во-вторых, могут варьироваться условия протекания процесса, в-третьих, сам эксперимент может многократно повторяться.

Различают несколько видов эксперимента.

1. Простейший вид эксперимента - качественный, устанавливающий наличие или отсутствие предлагаемых теорией явлений.

2. Вторым, более сложным видом является измерительный или количественный эксперимент, устанавливающий численные параметры какого-либо свойства (или свойств) предмета, процесса.

3. Особой разновидностью эксперимента в фундаментальных науках является мысленный эксперимент.

4. Наконец: специфическим видом эксперимента является социальный эксперимент, осуществляемый в целях внедрения новых форм социальной организации и оптимизации управления. Сфера социального эксперимента ограничена моральными и правовыми нормами.

Наблюдение и эксперимент являются источником научных фактов, под которыми в науке понимаются особого рода предложения, фиксирующие эмпирическое знание. Факты - фундамент здания науки, они образуют эмпирическую основу науки, базу для выдвижения гипотез и создания теорий

Измерение. Большинство научных экспериментов и наблюдений включают в себя проведение измерений. Измерение – это процесс определения количественных значений тех или иных свойств объекта при помощи специальных приборов.

Результат измерения выражается в виде некоторого числа единиц измерения. По способу получения результатов различают прямые и косвенные измерения. В прямых измерениях искомая величина получается путем непосредственного сравнения её с эталоном или же выдается измерительным прибором. В косвенных измерениях искомая величина находится через математическую зависимость, связывающую её с другими величинами, которые определяются в прямых измерениях.

6)Методы теоретического познания: формализация, аксиоматический метод, гипотетико-дедуктивный метод

Формализация – это отражение приобретенного знания в знаково-символическом виде. Этот подход в научном познании базируется на различении естественного и искусственных языков. Примером формализации является широко используемая в науке математическая символика, которая не только помогает закрепить знание, но и служит своего рода инструментом в процессе познания.

Для построения любой формальной системы необходимо:

1) задать алфавит (определенный набор знаков); 2) задать правила, по которым из исходных знаков алфавита можно получить «слова» или «формулы»; 3) задать правила, по которым из одних слов (формул) можно перейти к другим словам (формулам).

Формальные системы позволяют проводить исследования (в данном случае это оперирование знаками) какого-либо объекта без непосредственного обращения к нему. Краткость и четкость фиксирования информации.

Теорема Геделя о неполноте всех формальных систем. Поэтому искусственный язык не является единственным языком науки.

Аксиоматический метод – это один из способов дедуктивного построения научных теорий. В его основе лежит следующая последовательность процедур:

1) Формулируется система основных терминов науки (например, в геометрии Евклида – понятие точки, прямой, угла, плоскости и т.д.)

2) Из этих терминов формулируется некоторое множество аксиом (постулатов) – положений, не требующих доказательств и являющихся исходными, из которых выводятся все другие утверждения теории по определенным правилам.

3) Формулируется система правил вывода, позволяющая преобразовывать исходные положения и переходить от одних положений к другим, а также вводить новые термины в теорию.

4) Осуществляется преобразование постулатов по правилам, дающим возможность из ограниченного числа аксиом получить множество доказуемых положений – теорем.

Как правило, аксиоматический метод может быть применен только для таких теоретических систем, которые в общих чертах уже построены. Как показывает история науки, на стадии становления теория пробивает себе путь, по большей части, методом «проб и ошибок», и лишь на стадии завершения весь корпус знаний может быть оформлен согласно аксиоматическому методу. Во многом это связано с требованиями, предъявляемыми к аксиомам. Помимо непротиворечивости и логической независимости друг от друга, аксиомы должны быть ещё «достаточно полными», т.е. всё содержание научной теории должно выводиться из ограниченного набора аксиом без привлечения каких-либо дополнительных недоказуемых утверждений, – а это, конечно, возможно только в том случае, когда теория хотя бы в общих чертах уже построена…

Гипотетико-дедуктивный метод. Сущность этого метода заключается в создании дедуктивной системы связанных между собой гипотез, из которых, в конечном счете, выводятся утверждения об эмпирических фактах.

Метод основан на выведении заключений из гипотез, истинность которых полностью неопределенна. Поэтому все заключения носят вероятностный характер.

Общая структура гипотетико-дедуктивного метода выглядит следующим образом:

1) Сначала нужно ознакомиться с тем фактическим материалом, который требует теоретического объяснения, и нужно попытаться найти это объяснение, используя уже существующие теории и законы. Если последнее не удаётся, то

2) Выдвигаются предположения о причинах и закономерностях данного явления.

3) Все имеющиеся предположения нужно оценить и выбрать из них наиболее вероятное. При этом каждая гипотеза проверяется на логическую непротиворечивость и на совместимость с фундаментальными теоретическими принципами данной науки (например, с законом сохранения энергии).

4) Из гипотезы выводятся (обычно дедуктивным путем) следствия.

5) Экспериментально проверяются выведенные из гипотез следствия. И лучшая по результатам проверки гипотеза переходит в теорию.

Гипотетико-дедуктивный метод представляет собой иерархию гипотез. На самом верху находятся гипотезы, имеющие наиболее общий характер. Внизу же находятся гипотезы, которые можно сопоставить с эмпирической действительностью.

Этот метод широко используется, к примеру, при построении физических теорий.

7)Общенаучные методы научного познания: абстрагирование, идеализация, мысленный эксперимент

Абстрагирование – это переход (восхождение) от чувственно воспринимаемых конкретных объектов к абстрактным представлениям о них. В ходе этой процедуры исследователь отвлекается от менее существенных сторон объекта и одновременно выявляет более существенные стороны объекта.

Абстракция отождествления получается в результате объединения множества объектов в особую группу на основе каких-либо общих признаков. Например, всё множество животных и растений, таким образом, группируются по видам, родам, отрядам и т.д. Изолирующая абстракция получается в результате выделения некоторых свойств объекта, которые неразрывно связаны с ним, в самостоятельные сущности. Например, в науке используются такие изолирующие абстракции, как «растворимость» веществ или «электропроводность» материалов.

Идеализация – это особый вид абстрагирования, который представляет собой мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследований. В качестве примера идеализации можно назвать понятие абсолютно черного тела. Такое тело наделяется несуществующим в природе свойством поглощать (ничего не отражая) всю попадающую на его поверхность энергию. Спектр излучения абсолютно черного тела является идеальным случаем, на основе которого можно кое-что узнать о процессе излучения вообще. Идеализация очень важна при построении мысленных экспериментов.

Мысленный эксперимент – это метод, предполагающий оперирование идеализированным объектом. В ходе мысленного эксперимента идеализированный объект ставится, как и при реальном эксперименте, в условия, соответствующие целям исследования. Как правило, мысленный эксперимент выступает в роли предварительного идеального плана реального эксперимента. История механики в Новое время начинается с нескольких классических мысленных экспериментов Галилео Галилея. Это мысленный эксперимент с комнатой на корабле (находясь в комнате на корабле, мы никакими способами не можем установить, движется ли корабль или стоит на месте); мысленные эксперименты с маятником и так называемыми "горками Галилея"; мысленный эксперимент с падающими телами (если тяжёлое тело А падает быстрее лёгкого тела Б, как это считает Аристотель, то как будет падать тело, составленное из двух этих тел? Лёгкое тело должно тормозить тяжёлое, поэтому тело А+Б будет отставать от тела А. Но с другой стороны, тело А+Б тяжелее тела A, поэтому оно будет обгонять его: противоречие).

В некоторых случаях мысленный эксперимент обнаруживает противоречия теории и «обыденного сознания», что далеко не всегда является свидетельством неверности теории. Так, знаменитый парадокс близнецов является, в сущности, мысленным экспериментом, демонстрирующим неприменимость «обыденного сознания» в релятивистской физике. Апории Зенона («Ахиллес и черепаха») также являются мысленными экспериментами, демонстрирующими логическую противоречивость представлений о дискретности пространства и времени.

8) Общенаучные методы научного познания: анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия и моделирование.

Анализ процесс мысленного, а нередко и реального расчленения предмета, явления на части (признаки, свойства, отношения). Процедурой, обратной анализу, является синтез. Синтез - это соединение выделенных в ходе анализа сторон предмета в единое целое.

Значительная роль в обобщении результатов наблюдения и экспериментов принадлежит индукции (от лат. inductio - наведение), особому виду обобщения данных опыта. При индукции мысль исследователя движется от частного (частных факторов) к общему. Различают популярную и научную, полную и неполную индукцию. Противоположностью индукции является дедукция, движение мысли от общего к частному. В отличие от индукции, с которой дедукция тесно связана, она в основном используется на теоретическом уровне познания. Классический пример дедукции

1. Все люди смертны

2. Сократ является человеком

3. Следовательно, Сократ смертен

Анало́гия— подобие, равенство отношений; сходство предметов (явлений, процессов) в каких-либо свойствах, а также познание путём сравнения. Между сравниваемыми вещами должно иметься как различие, так и подобие; то, что является основой сравнения, должно быть более знакомым, чем то, что подлежит сравнению. Различие и подобие вещей должны существовать в единстве (метафизическая аналогия) или по крайней мере не должны быть разделяемы (физическая аналогия). В т. н. атрибутивной аналогии то, что является основанием подобия двух вещей, переносится с первого члена аналогии на второй (когда, напр., по аналогии с человеческим телом поступки, поведение человека рассматривают как «здоровые»). В т. н. пропорциональной аналогии каждый из членов аналогии содержит нечто, в чём он в одно и то же время подобен и не подобен другому.

Сущность моделирования состоит в том, что непосредственно исследуется не сам объект, а его аналог, его заместитель, его модель, а затем полученные при изучении модели результаты по особым правилам переносятся на сам объект.

Моделирование используется в тех случаях, когда сам объект либо труднодоступен, либо его прямое изучение экономически невыгодно и т. д. Различают ряд видов моделирования:

1. Предметное моделирование, при котором модель воспроизводит геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта. Например, модель моста, плотины, модель крыла самолета и т. д.

2. Аналоговое моделирование, при котором модель и оригинал описываются единым математическим соотношением. Примером могут служить электрические модели, используемые для изучения механических, гидродинамических и акустических явлений.

3. Знаковое моделирование, при котором в роли моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Роль знаковых моделей особенно возросла с расширением масштабов применения ЭВМ при построении знаковых моделей.

4. Со знаковым тесно связано мысленное моделирование, при котором модели приобретают мысленно наглядный характер. Примером может в данном случае служить модель атома, предложенная в свое время Бором.

5. Наконец, особым видом моделирования является включение в эксперимент не самого объекта, а его модели, в силу чего последний приобретает характер модельного эксперимента. Этот вид моделирования свидетельствует о том, что нет жесткой грани между методами эмпирического и теоретического познания.

9) Формы научного знания: научный факт, проблема гипотеза, закон

Научная проблема представляет собой вопрос или совокупность вопросов, совокупность исследовательских задач, которую формулирует ученый относительно изучаемого им предмета. Научная проблема должна быть актуальной, теоретически или практически значимой.

По своей природе научная проблема парадоксальна. Она представляет собой «знание о незнании». Чтобы сформулировать научную проблему, нужно уже многое знать о предмете познания. В некотором смысле, развитие науки происходит как совершенствование формулировок старых проблем и постановка новых. Так, например, К. Поппер в развитии науки выделяет следующие стадии: исходная проблема – пробные теории – стадия устранения ошибок – новая научная проблема.

Гипотеза – это предположение, вводимое в качестве предварительного условного объяснения некоторого явления. Гипотеза, по сути своей, является формой вероятного знания. Гипотеза - научно обоснованное предположение, исходящее из фактов, умозаключение, имеющее своим назначением решить научную проблему и носящее вероятностный характер. Не вдаваясь в подробности, укажем на признаки плодотворности гипотезы. Прежде всего качество гипотезы определяется мерой ее способности охватить как исследуемый круг явлений, так и другие, в том числе и вновь открываемые явления. Сила гипотезы измеряется и тем, насколько она способна предсказывать новые факты. Наконец, гипотеза должна отвечать требованию принципиальной проверимости, верифицируемости. Гипотеза проходит через стадию эмпирического подтверждения или опровержения. Эмпирическая проверка гипотезы чаще всего осуществляется через сопоставление следствий, выводимых из гипотезы, с результатами наблюдений, экспериментов, измерений. Иногда возможны прямые эмпирические проверки гипотезы. Такая возможность имеет место, когда гипотеза указывает на существование нового объекта (звезды, планеты, элементарной частицы) или нового явления.

Научные факты – это зафиксированные в языке науки знания о действительных событиях, связях, свойствах изучаемых объектов.

Научные факты – это результат познания действительности на эмпирическом уровне. Во-первых, они устанавливаются на основе научных методов познания, проходят через процедуру эмпирического обобщения, статистической обработки и обладают более высокой степенью достоверности. Во-вторых, научные факты – это результат осмысления в свете определенных научных теорий.

Научные факты образуют эмпирический базис соответствующей научной теории.

Законы науки составляют отличительный признак научного знания от ненаучного. Наука формулирует законы.

Закон представляет собой утверждение, фиксирующее определенную связь между явлениями и предметами. И эта связь характеризуется такими чертами как общность, т.е. связь относится не к отдельным явлениям и предметам, а ко всем предметам и явлениям определенного типа (другими словами, выделяет не индивидуальное, а общее); существенность, т.е. связь выделяет наиболее важные, значимые стороны явления или предмета; необходимость, т.е. связь проявляется с необходимостью при соответствующих условиях; повторяемость; устойчивость.

Главное отличие закона от эмпирического факта состоит в том, что закон позволяет получить на основе формальных преобразований некоторые новые знания, тогда как эмпирический факт, сколь бы он общим ни был, не позволяет перейти к другому факту без соответствующего обращения к наблюдениям. Так что факты науки – это ещё не законы.

Законы подразделяют на законы функционирования и законы развития. Законы функционирования фиксируют моменты устойчивости, повторяемости, стабильности в функционирующих системах. Последующие состояния этих систем закономерно воспроизводят предыдущие состояния; например: колебательные движения маятника или процессы в двигателе внутреннего сгорания. Законы же развития фиксируют связь между различными стадиями развивающейся системы. Это необратимый, инновационный процесс; например: закон перехода количественных и качественных изменений или закон смены формаций.

Законы также можно подразделять на динамические и статические. Динамические законы устанавливают однозначную связь между предметами или между разными состояниями изучаемой системы; например, законы классической механики. Статистические же законы устанавливают вероятностную связь между предметами или между разными состояниями изучаемой системы; например, законы статистической физики, законы квантовой механики.

В составе научной теории законы выполняют ряд важнейших функций, которые здесь стоит перечислить:

1) Законы ограничивают предметную область, к которой могут относиться приобретаемые с их помощью эмпирические знания. (Например, первый закон Ньютона выделяет предметную область, ограниченную инерциальными системами отсчёта.)

2) Законы содержат в себе информацию об условиях, в которых могут проводиться наблюдения и эксперименты. (Например, соблюдение таких условий требует действие закона Кулона: электрически заряженные частицы должны быть неподвижными и достаточно малыми по сравнению с расстоянием между ними.)

3) Законы позволяют осуществить формальный вывод одних единиц знания из других. Ибо от законов требуется не только соответствие их явлениям действительности, но и возможность применения к ним некоторых формальных преобразований, на основе которых можно было бы получить новые эмпирические знания, находящиеся во взаимосвязи с изучаемыми системами объектов.

4) Законы формулируют запреты и выполняют в этом смысле защитную функцию. Они указывают, какие ситуации, свойства, отношения и процессы запрещено рассматривать в рамках данной теории. (Например, такую функцию выполняет второй закон термодинамики, запрещающий, в частности, перенос тепла от холодного тела к горячему.)