Реферат «Общенаучные методы эмпирического научного исследования»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»
(ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН»)
Институт
информационных
технологий
Кафедра
информационных технологий
и вычислительных систем
РЕФЕРАТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Методология научных исследований»
СТУДЕНТА
1
КУРСА
магистратуры
ГРУППЫ
ИДМ-21-08
(уровень профессионального образования)
Кальницкой Кристины Геннадьевны
НА ТЕМУ
«Общенаучные методы эмпирического научного исследования»
Направление:
09.04.04 Программная инженерия
Отчет сдан «______» ________________20___г.
Оценка ____________________________
Преподаватель
Нелюбова С.М., старший преподаватель
(Ф.И.О., должность, степень, звание.)
МОСКВА 2021
(подпись)
Оглавление
Введение ......................................................................................................................................... 3
1. Научное наблюдение и его особенности ................................................................................. 4
2. Научный эксперимент ............................................................................................................... 6
3. Общие сведения об экспериментальных исследованиях ....................................................... 8
4. Методика и планирование эксперимента .............................................................................. 11
5. Измерение................................................................................................................................. 13
Заключение ................................................................................................................................... 14
Список используемой литературы ............................................................................................. 15
2
Введение
Классификация общенаучных методов тесно связана с понятием
уровней научного познания. Различают два уровня научного познания:
эмпирический и теоретический.
Одни общенаучные методы применяются только на эмпирическом
уровне (наблюдение, эксперимент, измерение). Другие
- только на
теоретическом (идеализация, формализация), а некоторые (например,
моделирование) — как на эмпирическом, так и на теоретическом уровнях.
Эмпирический
уровень
научного
познания
характеризуется
непосредственным исследованием реально существующих, чувственно
воспринимаемых объектов. Теоретический уровень научного исследования
осуществляется на рациональной (логической) ступени познания.
Эмпирический и теоретический уровни познания взаимосвязаны между
собой. Эмпирический уровень выступает в качестве основы, фундамента
теоретического.
В свою очередь, эмпирический уровень научного познания не может
существовать без достижений теоретического уровня.
Эмпирическое исследование обычно опирается на определенную
теоретическую
конструкцию,
которая
определяет
направление
этого
исследования, обусловливает и обосновывает применяемые при этом методы.
3
1. Научное наблюдение и его особенности
Научное наблюдение (в отличие от обыденных, повседневных
наблюдений) характеризуется рядом особенностей:
Научное наблюдение всегда сопровождаются описанием объекта
познания, в котором фиксируются свойства, стороны изучаемого объекта,
составляющие предмет исследования.
Важными особенностями научного наблюдения являются:

Целенаправленность — наблюдение должно вестись для решения
поставленной задачи исследования, а внимание наблюдателя
фиксируется только на явлениях, связанных с этой задачей.

Планомерность — наблюдение должно проводится строго по плану,
составленному исходя из задачи исследования;
 Активность — исследователь должен активно искать, выделять
нужные ему моменты в наблюдаемом явлении, привлекая для этого
свои знания и опыт, используя различные технические средства
наблюдения.
По способу проведения наблюдение может быть непосредственным и
опосредованным.
При непосредственном наблюдении свойства и стороны объекта
отражаются, воспринимаются органами чувств человека.
Опосредованное наблюдение проводится с использованием разных
технических средств (телескоп, микроскоп, современный электронный
микроскоп — для наблюдения мира нанообъектов).
Развитие современного естествознания связано с повышением роли так
называемых косвенных наблюдений — наблюдаются не сами микрообъекты,
а только результаты их воздействия на определенные объекты, являющиеся
техническими средствами исследования.
Вообще любые научные наблюдения, хотя и опираются в первую
очередь на работу органов чувств, в то же время требуют участия и
теоретического мышления. Исследователь, опираясь на свои знания и опыт,
4
должен осознать чувственные восприятия и писать их в определенных
научных терминах, в каких-то графиках, таблицах, рисунках и т. п.
В ряде научных дисциплин, например в астрономии, наблюдение
является единственным методом эмпирического познания. В конце 20 века
развитие методов наблюдательной астрономии привело к одному из
величайших научных открытий современности — открытию экзопланет.
5
2. Научный эксперимент
Эксперимент — это более сложный метод эмпирического познания по
сравнению с наблюдением. Он предполагает активное, целенаправленное и
строго контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект для
выявления и изучения различных его сторон, свойств и связей. Эксперимент
предполагает изменение или воспроизведение объекта в специально
созданных условиях.
Эксперимент
включает
в
себя
другие
методы
эмпирического
исследования (наблюдение, измерение). В то же время он обладает рядом
важных, присущих только ему особенностей:
1. Эксперимент позволяет изучать объект в «чистом» виде, то есть
устранять всякого рода побочные факторы, наслоения, затрудняющие
процесс исследования. Например, проведение некоторых экспериментов
требует
специально
оборудованных
помещений,
защищенных
(экранированных) от внешних электромагнитных воздействий на изучаемый
объект.
2. В ходе эксперимента объект может быть поставлен в некоторые
искусственные, в частности, экстремальные условия, то есть изучаться при
сверхнизких температурах, при чрезвычайно высоких давлениях или,
наоборот, в вакууме, при огромных напряженностях электромагнитного поля
и т. п.
3. Изучая какой-либо процесс, экспериментатор может вмешиваться в
него и активно влиять на его протекание.
4.
Важным
воспроизводимость.
достоинством
Это
многих
означает,
что
экспериментов
условия
является
их
эксперимента
(а
соответственно и проводимые при этом наблюдения, измерения) могут быть
повторены столько раз, сколько это необходимо для получения достоверных
результатов.
Подготовка и проведение эксперимента требуют соблюдения ряда
условий, поэтому научный эксперимент:
6

предполагает наличие четко сформулированной цели исследования,
гипотезы, подлежащей проверке;

всегда базируется на каких-то исходных теоретических положениях;

исследователь
предварительно
намечает
пути
проведения
эксперимента, программу экспериментальных работ, способы и
приемы вмешательства в объект исследования;

предполагает обеспечение условий для осуществления процедуры
экспериментальных работ;

требует определенного уровня развития технических средств
познания, необходимого для его реализации (модели, установки,
приборы, и т.п.) и разработки путей и приемов фиксирования хода и
результатов эксперимента;

должен проводиться людьми, имеющими достаточно высокую
квалификацию.
Только
совокупность
всех
этих
условий
определяет
успех
в
экспериментальных исследованиях.
В зависимости от характера проблем, решаемых в ходе экспериментов,
они обычно подразделяются на исследовательские и проверочные.
Исследовательские эксперименты дают возможность обнаружить у
объекта новые, неизвестные свойства. Результатом такого эксперимента
могут быть выводы, не вытекающие из имевшихся знаний об объекте
исследования.
Проверочные эксперименты служат для проверки теоретических
построений.
7
3. Общие сведения об экспериментальных исследованиях
Основная цель эксперимента — выявление свойств 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
отраслевыми
и
имеют
соответствующие
названия:
физические, химические, биологические, социальные, психологические и т.п.
Эксперименты различаются:
•
по целям исследования (констатирующие, преобразующие,
поисковые, решающие, контролирующие);
•
по
способу
формирования
условий
(естественный
и
искусственный);
•
по структуре изучаемых объектов и явлений (простые, сложные);
•
по организации проведения (лабораторные, натурные, полевые,
производственные и т.п.);
•
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
числу
варьируемых
факторов
(однофакторный
и
многофакторный);
•
по контролируемым величинам (пассивный и активный);
•
по характеру изучаемых объектов или явлений (технологический,
социометрический) и т.п.
По форме представления результатов выделяются следующие виды
экспериментов:
8

Качественный эксперимент. Устанавливает факт существования
каких-либо явлений, но количественных характеристик при этом не
дается. Любой эксперимент, каким бы сложным он ни казался,
заканчивается
представлением
результатов,
формулировкой
выводов, выдачей рекомендаций. Эта информация может быть
представлена
в
виде
графиков,
чертежей,
таблиц,
формул,
статических данных или словесных описаний Качественный
эксперимент, как правило, предусматривает именно словесное
описание. Однако словесное описание — самый неэффективный
способ представления результатов, поскольку не позволяет дать
количественные рекомендации, анализировать свойства объекта в
иных условиях, решать задачи его управления. В инженерной
практике
основное
содержание
эксперимента
должно
представляться числом или количественными зависимости.

Количественный эксперимент. Позволяет не только фиксировать
существование того или иного явления, но и устанавливать
количественные взаимосвязи между факторами, определяющими
протекание процесса, а также устанавливать математическую
модель влияния этих факторов на то или иное явление.
По условиям проведения различают:

Лабораторный эксперимент. В лаборатории меньше влияние
случайных погрешностей, обеспечивается большая «стерильность»
условий проведения опытов, осуществляется в большинстве случаев
и более тщательная подготовка, одним словом, выше «культура
эксперимента».
экспериментатор
Как
правило,
может
в
лабораторных
воспроизвести
опыт
условиях
«одинаково»
значительно лучше, чем в промышленности. Это означает, что при
прочих равных условиях для установления некоторого факта на
заводе потребуется выполнить значительно больше опытов, чем в
лаборатории. Другое важное отличие — различные ограничения на
9
возможности варьирования факторами. Когда в лаборатории
исследуется химическая реакция, температуру по желанию можно
менять в широких пределах, а в металлургических печах, напротив,
если и можно менять, то в значительно более узком диапазоне и с
большой осторожностью.

Промышленный эксперимент. В промышленных экспериментах эти
условия обеспечить значительно сложнее. Усложняются измерения и
сбор информации, значительно больше влияние различного рода
помех на организацию и проведение эксперимента, поэтому
особенно необходимо использовать специальные методы. Требуется
по возможно меньшему числу измерений получить наиболее
достоверные результаты. Надо заметить, что в современной
математической статистике имеются специальные методы, которые
при том же количестве измерений позволяют повысить точность или
даже при их уменьшении получить более представительную
информацию.
По виду взаимодействий на объект различают:
 Активный эксперимент — это такой эксперимент, когда уровень
(значение) фактора для каждого опыта задает исследователь. Он
целенаправленно изменяет условия функционирования процесса и
наблюдает результаты. Такой эксперимент можно планировать.
 Пассивный эксперимент — это эксперимент, в котором уровень
факторов регистрирует исследователь в каждом опыте, но не задает
его значение. В дальнейшем он обрабатывает результаты такой
регистрации и пытается давать рекомендации.
Факторы — это контролируемые переменные объекта (явления),
влияющие на количественные характеристики последнего. Количественные
характеристики надо оценивать выходными величинами, функцией отклика.
10
4. Методика и планирование эксперимента
Любые исследования становятся научным экспериментом только тогда,
когда исследуемые параметры объектов и процессов изменяются заданным
образом в требуемых диапазонах варьирования, что позволяет управлять
ходом опытов и воспроизводить их результаты при повторении с точностью
до погрешности измерений.
При проведении эксперимента первостепенной задачей является выбор
контролируемых показателей. Это обусловлено следующими причинами:
 часть
показателей
содержит незначительную
информацию о
состоянии исследуемого объекта и характере его изменения во
времени;
 с уменьшением числа показателей упрощается алгоритм принятия
решения
об
уровне
качества
объекта
исследования
и
минимизируются материальные и временные затраты.
Правильная разработка методики эксперимента имеет особое значение.
Методика – это фиксированная совокупность мыслительных и физических
операций
практической
последовательности,
в
деятельности,
размещенных
соответствии
с
которой
в
определенной
достигается
цель
исследования.
В отличие от метода в задачи методики не входит теоретическое
обоснование полученного результата, она концентрируется на технической
стороне эксперимента и на регламентации действий исследователя. В
научном
познании
методика
играет
важную
роль
в
эмпирическом
исследовании (наблюдении и эксперименте).
При разработке методики проведения эксперимента необходимо
предусматривать:
•
проведение предварительного целенаправленного наблюдения
над изучаемым объектом или явлением с целью определения его
исходных данных (выбор варьирующих факторов, гипотез);
11
•
создание
оптимальных
экспериментирование
(подбор
условий,
в
объектов
для
которых
возможно
экспериментального
воздействия, устранение влияния случайных факторов);
•
систематическое наблюдение за ходом развития изучаемого
явления и точные описания фактов;
•
определение пределов измерений;
•
проведение систематической регистрации измерений и оценок
фактов различными способами и средствами;
•
создание перекрестных воздействий, повторяющихся ситуаций,
изменение условий и их характера;
•
создание усложненных ситуаций с целью подтверждения или
опровержения ранее полученных данных;
•
переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям,
анализу
и
теоретической
обработке
материала.
12
полученного
фактического
5. Измерение
Измерение
—
это
процесс,
заключающийся
в
определении
количественных значений различных свойств и сторон изучаемого объекта,
явления с помощью специальных технических устройств. Большинство
научных экспериментов и наблюдений включает в себя проведение
разнообразных измерений.
Исходя из характера зависимости измеряемой величины от времени
измерения разделяют на статические и динамические. При статических
измерениях величина, которая измеряется, остается постоянной во времени
(измерение размеров тел, постоянного давления и т.п.). К динамическим
измерениям относятся такие измерения, в процессе которых измеряемая
величина меняется во времени (измерение вибрации, пульсирующих
давлений и т.п.).
По способу получения результатов различают измерения прямые и
косвенные. В прямых измерениях искомое значение измеряемой величины
получается при непосредственном сравнении ее с эталоном или выдается
измерительным
прибором.
Косвенное
измерение
искомой
величины
осуществляется на основании известной математической зависимости между
этой величиной и другими величинами, получаемыми путем прямых
измерений.
13
Заключение
Невозможно представить научное познание без эмпирических методов
исследований. Приведем пример изучения первых мгновений существования
вселенной. По понятным причинам мы не можем вернутся в прошлое и
непосредственно наблюдать происходившие тогда процессы. Но теории
возникновения
вселенной
опираются
на
весь
багаж
накопленных
исследователями знаний, которые были получены в том числе с применением
эмпирических методов.
Непосредственно
высказываний
об
эмпирическое
эмпирических
знание
(абстрактных)
является
объектах
множеством
и
только
опосредованно, через цепь идентификаций и интерпретаций, оно может быть
представлено как знание об объективной действительности. Отсюда следует,
что было бы большой гносеологической ошибкой видеть в эмпирическом
знании непосредственное описание («отражение») объективной реальности.
Например, когда ученый смотрит на показания амперметра и
записывает результат своего наблюдения: «Сила тока равна 5 амперам», он
имеет в виду вовсе не то, что он непосредственно видит, а именно что черная
стрелка прибора остановилась около цифры 5, а вполне определенную
интерпретацию этого наблюдения, предполагающую, между прочим, знание
определенной теории, на основе которой был создан амперметр.
14
Список используемой литературы
1 Гиссин В. И. Планирование эксперимента и обработка результатов :
учебное пособие / В. И. Гиссин ; Ростовский государственный
экономический университет (РИНХ). – Ростов-на-Дону : Издательскополиграфический комплекс РГЭУ (РИНХ), 2018. – 131 с.
2 Лебедев С.А.
Философия науки: общие проблемы: Учебное пособие /
С.А. Лебедев – М.: Академический Проект; Альма Матер, 2007. – 731 c.
3 Медведев П. В. Математическое планирование эксперимента : учебное
пособие / П. В. Медведев, В. А. Федотов ; Оренбургский государственный
университет. – Оренбург : Оренбургский государственный университет,
2017. – 98 с.
4 Моисеев Н. Г. Теория планирования и обработки эксперимента : учебное
пособие / Н. Г. Моисеев, Ю. В. Захаров ; Поволжский государственный
технологический
университет.
–
Йошкар-Ола
:
Поволжский
государственный технологический университет, 2018. – 124 с.
5 Шитов С.Б. Организация исследовательской деятельности: электронный
образовательный ресурс для электронной образовательной среды ФГБОУ
ВО МГТУ «СТАНКИН», 2015.
15