Методы эмпирического исследования
Эмпирическое исследование - это исходный уровень научного
познания, благодаря которому обеспечивается накопление, фиксация,
группировка и обобщение исходного материала для построения тео-
ретического знания. Однако правильность теории еще надо доказать
и подтвердить. Поэтому в методологии научного исследования воз-
никают две проблемы: во-первых, проблема эмпирической проверки
правильности научной теории и, во-вторых, проблема объяснения и
предвидения материальных явлений, предсказанных теорией.
В первом случае вычисленные на основе теории значения изу-
чаемых величин сравнивают с данными опыта (измерительный экс-
перимент) и, если они совпадают, теория считается правильной.
Предвидение возникает на том основании, что теория в общем виде
охватывает бесконечное множество явлений и из нее можно вывести
конкретные сведения о таких фактах которые пока еще не наблюда-
лись. Правильность предсказания также подтверждается наблюдени-
ем или экспериментом. «Стыковкой» теоретических выводов и дан-
ных опыта завершается полный цикл исследования, где ключевая
роль принадлежит наблюдению, эксперименту и измерению.
Вместе с этим эмпирические данные должны быть зафиксирова-
ны и представлены в знаковых формах данного научного языка, т.е.
описаны различными способами, принятыми в конкретной науке, и в
первую очередь - в качественных терминах. Свойства качественных
характеристик далее подвергаются сравнению и тем самым способст-
вуют шкалированию, упорядочиванию, введению эталонов сравнения
свойств и т.д. Таким образом, методы эмпирического исследования в
целом выстраиваются в следующую логическую цепочку: наблюде-
ние - эксперимент - описание - сравнение - измерение.
Наблюдение
Научное наблюдение - метод отражения внешних свойств и
отношений изучаемых объектов путем их систематического целе-
направленного восприятия и фиксации результатов в знаковых фор-
мах языков конкретных наук.
Наблюдение, сопровождающее практику, к той пли иной степе-
ни всегда было свойственно человеку. В связи с общественным ра?-
делением труда и постепенной профессиональней специализацией
хорошие наблюдатели появились среди охотников и рыбаков, пасту-
хов, землепашцев, купцов, целителей (врачей), рудознатцев (геоло-
гов), кузнецов (металлургов), военных, учителей и воспитателей, ху-
дожников и др. В среде этих почетных профессий в относительно са-
мостоятельный аспект деятельности выделилось научное наблюдение.
В современную структуру научного наблюдения включают сле-
дующие компоненты:
1) наблюдаемый объект;
2) субъект - наблюдатель, исследователь;
3) средства наблюдения - способы, методы, методики, приборы,
инструменты и др.;
4) условия наблюдения - время, место, обстоятельства, ситуация
и т.д.;
5) система знания, обусловившая цель, задачи наблюдения и ин-
терпретацию полученных результатов.
Для научного наблюдения характерны следующие требования:
1) преднамеренность - наблюдение ведется для достижения
четко поставленной цели и решения подробно сформулированных за-
дач;
2) планомерность - для исключения пробелов решение задач
ведут по плану, предусматривающему фиксацию наиболее важного и
существенного;
3) целенаправленность - внимание наблюдателя концентрирует-
ся только на объекте в целом, его компонентах, сторонах и отноше-
ниях;
4) активность - выделяют и воспринимают не все доступное
анализаторам наблюдателя, а только стороны, обусловленные целя-
ми;
5) систематичность - наблюдение осуществляется не одноакт-
но, а ведется систематически, непрерывно, воспринимая объект мно-
гократно и в разнообразных условиях;
6) интерсубъективность - возможность каждого наблюдателя
воспроизвести акт наблюдения с одинаковым результатом.
Для научного познания в целом наблюдение, с одной стороны,
представляет собой элементарный эмпирический метод, который
имеет самостоятельное значение и может быть включен в экспери-
менты, материальное моделирование, измерительные процессы.
С другой стороны, этот метод незаменим в том случае, когда не-
обходимо получить исходное знание (факты, закономерности строе-
ния, функционирования и развития) об объектах и процессах в их ес-
тественном состоянии без вмешательства наблюдателя. Такой
фактический материал позволяет выдвинуть или опровергнуть науч-
ные гипотезы, дать им «чистые» эмпирические основания для теоре-
тической интерпретации, сформулировать или уточнить научные про-
блемы и т.д. Особенно тонкое наблюдение показано при изучении
объектов, обладающих психикой или сознанием, поскольку искусст-
венное вмешательство в их интимные процессы всегда сопряжено с
ложными выводами (этология, психология, социальная психология,
социология, педагогика и др.).
Наконец, исследователи вынуждены ограничиться наблюдением
и в том случае, когда нет возможности или нежелательно экспери-
ментальное вмешательство в функционирование сложных природных
обьектов и процессов (астрономия, метеорология, вулканология, гид-
ро югия м дрЛ
Для получения восприятия, т.е. целостного образа объекта на
основе комплекса ощущений некоторого множества его свойств, на-
блюдение разворачивается в ряд связанных процессов:
1) определение цели и задач;
2) выбор и поиск объекта, предмета и ситуации;
3) выбор способа наблюдения, минимально влияющего на объ-
ект и максимально обеспечивающего сбор необходимых данных;
4) выбор способа регистрации поступающей информации;
5) обработка и интерпретация полученных результатов наблю-
дения.
Наблюдение характеризуется широким видовым разнообразием.
Но в качестве основания для классификации наблюдений чаще всего
используют отношения к объекту, средствам, воздействиям на объ-
ект, совокупности явлений, временным параметрам (Ушаков Е.В.
Введение в философию и методологшо науки. - М., 2005. - С. 114). В
этом отношении наблюдения можно классифицировать ио следую-
щим видам:
1) воспринимаемому объекту - наблюдение прямое (изучение
свойств при непосредственном наблюдении объекта) и косвенное
(воспринимают не сам объект, а вызываемые им эффекты в среде);
2) исследовательским средствам - наблюдение непосредствен-
ное (с помощью органов чувств) и опосредованное (с помощью тех-
нических средств);
3) воздействию на объект - нейтральное (не влияющее на
структуру и функционирование объекта) и преобразующее (с частич-
ной подработкой объекта);
4) отношению к общей совокупности изучаемых явлений -
сплошное (изучаются все единицы совокупности) и выборочное (ис-
следуется только определенная часть, выборка из совокупности);
5) временным параметрам - непрерывное (исследование ведется
без перерыва в течение длительного промежутка времени) и прерыв-
ное, включая периодическое (суточное, сезонное и т.д.).
Чаще всего возникают вопросы по поводу преобразующего на-
блюдения и его соотносительности с экспериментом, поскольку при-
нята сильная абстракция о нейтральности, невмешательстве исследо-
вателя в объект в процессе его наблюдения.
Однако даже простой анализ показывает, что чувствительную
основу наблюдения, как правило, предваряют и сопровождают актив-
ные инструментальные операции исследователя. Для изучения опре-
деленных химических веществ их предварительно надо отделить от
примесей, а следовательно, растворить природный образец и разде-
лить его компоненты в перегонном кубе или центрифуге; для опреде-
ления свойств металлов и сплавов их образцы проковывают, сжимают,
разрывают, скручивают и т.д.; в геологических наблюдениях прихо-
дится делать искусственные обнажения юрпых пород, рым. шурфы,
высверливать образцы при бурении и т.д.; родственными операциями
приходится заниматься археологам при вскрытии пластов древних
культур; изучая миграцию птиц, их отлавливают, кольцуют и по месту
отстрела определяют координаты путей; прослеживая, скажем, зимов-
ку муравьев, послойно разрушают муравейники, а затем снимают слои
почвы вплоть до глубины залегания живого кома насекомых; гистоло-
гам, изучающим морфологию многоклеточных животных, приходится
пользоваться не только скальпелем, но и подкрашивать или специаль-
но подсвечивать результаты расчленения; практика расчленения и
проникновения во внутренние структуры живого активно использует
различные зонды, рентгеновские лучи, ультразвук, меченые атомы, ла-
зеры и т.д.; современные ускорители и излучения «расчленяют» атомы
на элементарные частицы; и т.д. и т.п.
Таким образом, видно, что для выяснения необходимой сово-
купности свойств в наблюдении практические операции осуществля-
ются над естественным объектом. Что же касается эксперимента, то
здесь создают и исследуют систему искусственных и естественных
элементов, образующих приборную ситуацию в форме эксперимен-
тальной установки. Объект исследования в эксперименте - целост-
ное функционирование опытной установки.
Описание и сравнение
Эмпирическое описание - метод получения и фиксации сред-
ствами естественных или искусственных языков элементного со-
става, свойств, связей и отношений исследуемого объекта, данных в
наблюдении.
В описании как завершающем этапе наблюдения исследователь
пытается как можно подробней зафиксировать преимущественно
внешние стороны изучаемых объектов. С этой целью чувственная
информация в первую очередь переводится на естественный язык и
приобретает форму повествования. Ученые-естественники XVII-
XVIII веков оставили после себя яркие страницы «естественной исто-
рии» в дневниках и путевых записках, письменных отчетах и других
документах, описывая различные свойства животных, растений, ми-
нералов и т.д., включая географические, геологические и этнографи-
ческие научные зарисовки. Основной смысл их поисков и наблюде-
ний - найти новый остров, новый минерал, вид растения, вид живот-
ных и т.п. и подробно их описать.
«Ручная» запись в научных отчетах со временем постепенно ра-
ционализируется, уплотняется, а наглядные образы переводятся на
язык знаков, научных понятий, рисунков, схем, чертежей, графиков и
цифр, а затем - фотодокументов и кинодокументов. Однако, несмот-
ря на усиление логико-математических аспектов языка науки и разви-
тие технических методов исследования, в сложных современных так
называемых описательных дисциплинах - в ботанике, зоологии, мик-
робиологии, истории, этнографии, социологии, в медицинских, гео-
графических, геологических и других науках - описание как исход-
ный научный метод никогда не теряло своей актуальности.
Так, например, в геологии, где широко используются геофизи-
ческие (гравитационный, магнитный, радиоактивный, тепловой) и
геохимические методы (спектральный, радиометрический, ядерно-
физический и др.) для геологического открытия исследователь выну-
жден пройти по следам геоисторических событий и представить ряд
документов: каменный материал; текстовой материал (полевой днев-
ник); графический материал (зарисовки, карты, разрезы); фотодоку-
менты.
При описании, скажем, обнажений горных пород надо указать
их географическое положение (на правом или левом берегу реки, озе-
ра, дороги и т.п.), простирание и размеры (ширина, высота), выяс-
нить, каким путем оно образовалось (естественное или искусствен-
! 10
ное), тип обнажения (скала, утес, обрыв, осыпь, русло реки, промои-
на, стенка карьера и т.п.), положение рельефа (обнажение на равнине,
в холмистой, горной местности, на склоне, на вершине, в береговом
обрыве реки, озера, моря и т.д.), задерноватпюсть, тип пород (осадоч-
ные, магматические, метаморфические), их свежесть, выветренность.
Далее на топографической карте указывают географическое по-
ложение обнажения и его номер. Описание обнажения сводится к оп-
ределению состава обнажающихся пород, их мощности, залегания,
возраста, полезных ископаемых, окаменелостей. Обнажения зарисо-
вывают или фотографируют. При описании горной породы указыва-
ют название, строение, твердость, минеральный состав, плотность,
окраску, включения, органические остатки и др.
Каждая научная дисциплина вырабатывает свой научный язык,
специфические приемы и процедуры описания. В современных науч-
ных описаниях объем обычного повествования постепенно сокраща-
ется, уступая место более строгим средствам искусственного языка.
Качественное описание постепенно переходит к количественному
описанию с помощью различных таблиц, графиков и матриц, полу-
чивших название «протоколов наблюдений». В протоколах наблюде-
ний указывают наблюдателя, время наблюдения, описывают ситуа-
цию и приборы, а протокольные предложения носят утвердительный
характер типа: «Иванов наблюдал, что после включения тока стрелка
на приборе показывает цифру 15»; «Петров наблюдал в телескоп на
участке неба (с координатами х, у) яркое световое пятно» и т.п.
Описания долговременных наблюдений значительно облегчают-
ся и расширяются за счет применения специальной звукозаписи, фо-
то- и киноаппаратуры, действующей в инфракрасных или ультрафио-
летовых спектрах излучения, цветного телевидения, замедленной или
ускоренной киносъемки, различного рода самописцев, комбинации
фото- и кинокамеры с микроскопом, телескопом и т.д.
Таким образом, чувственные образы, зафиксированные исследо-
вателем, в целом материализуются в данные опыта, приобретают ин-
терсубъективный характер и форму, удобную для дальнейшей обра-
ботки и установления научных фактов.
Обилие эмпирических данных в результате наблюдения и опи-
сания иногда принимается за основное достоинство исследования.
Однако заблуждение кроется в том, что такой материал без сравнения
и сопоставления еще не позволяет сделать полезного для науки выво-
да. Поэтому содержание описания в первую очередь подвергается
операции сравнения.
Сравнение — метод получения нового научного знания на основе
установления сходства или различия исследуемых объектов.
Метод сравнения является наиболее распространенным и ис-
пользуется практически во всех актах познавательной деятельности,
поскольку по мудрому афоризму - «все познается в сравнении». Ос-
нованием для сравнения объектов является их общий признак (или
группа признаков). Выделение общих признаков, по которым прово-
дится сравнение, диктуется целями и задачами исследования, кото-
рые ограничивают круг сравниваемых объектов. Для успешного осу-
ществления операции сравнения научная практика требует выполне-
ния определенных условий и правил:
1) сравниваемые объекты должны быть качественно однородны
и соизмеримы;
2) объекты сравнения должны принадлежать одному естествен-
но сформированному классу (разряд)', группе, типу и т.п.);
3) классовый признак сравнения объектов должен быть важным
и существенным;
4) в сравниваемых объектах не ограничиваться установлением
признаков сходства, но и выявлять признаки различия;
5) в сравнительных исследованиях для получения вторичной
информации целесообразно использовать умозаключение по анало-
гии.
В сравнении главное не различие вещей, а вывод из сравнения.
Вывод из сравнения всегда выступает в виде характеристики одного
сравниваемого объекта относительно другого. Иными словами, сравне-
ние дает лишь относительное знание: объекте может быть выше, ниже,
теплее, темнее, ярче, тверже, пластичнее и т.д. объекта В. Такие отно-
сительные свойства и понятия далее позволяют упорядочить объекты
без введения точных единиц сравнения. Так, например, для сравнения
твердости минералов, когда один из них оставляет царапину на другом,
более мягком, введена 10-балльная шкала твердости, в которой твер-
дость талька принимается за /, а твердость алмаза - за 10. Подобное
шкалирование активно применяется и в общественно-гуманитарных
дисциплинах, где операция сравнения выполняется без четкого опреде-
ления терминов, отсутствия эталонов сравнения и невозможности перс-
вода процедуры сравнения на логико-математический язык (см., па-
пример: Ушаков Е.В. Введение в философию и методологию науки. -
М, 2005.-С. 106).
В некоторых науках, изучающих наиболее сложные объекты
(био-, биосоциальные и социальные), метод сравнения вырос до
уровня общей методологической концепции, где ведущей процедурой
в организации эмпирического материала выступают сравнительные
методы, отражающие целые разделы научных дисциплин. К наибо-
лее известным из них, например, относятся:
- Сравнительная анатомия животных, сравнительная морфоло-
гия, раздел морфологии животных, изучающий закономерности
строения и развития органов и их систем путем сопоставления жи-
вотных разных систематических групп. Сравнение строения органов
в связи с их функциями дает возможность понять приспособления ор-
ганизмов к условиям существования, а также происхождение различ-
ных групп животных и пути их эволюции.
- Сравнительная психология, отрасль психологии, изучающая
общность и различия в происхождении и развитии психики животных
и человека.
- Сравнительно-исторический метод, метод исследования, по-
зволяющий выявлять с помощью сравнения общее и особенное в ис-
торических явлениях, ступени и тенденции их развития. К формам
сравнительно-исторического метода относят: сравнительно-
сопоставительный метод (раскрывает природу разнородных объек-
тов); историко-типологическое сравнение (объясняет сходство раз-
личных по своему происхождению явлений одинаковыми условиями
генезиса и развития); историко-генетическое сравнение (объясняет
сходство явлений как результат их родства по происхождению) и др.
- Сравнительное правоведение, метод изучения правовых систем
различных государств путем сопоставления одноименных государст-
венных и правовых институтов, систем права, их основных принци-
пов и т.д.
- Сравнительно-историческое языкознание, область языкозна-
ния, имеющая целью реконструкцию состояния и изучения языка с
точки зрения соотношений между его составными частями, сущест-
вующими в один период времени или в разные времена; состояния
отдельных языков, не засвидетельствованных письменностью, исто-
рию групп родственных языков, установление генетического родства
между языками и т.д.
Из
- Сравнительно-историческое литературоведение, раздел исто-
рии литературы, изучающий международные литературные связи и
отношения, сходство и различия между литературно-
художественными явлениями разных стран. Соответственно разли-
чаются типологические аналогии литературного процесса и литера-
турные связи и явления.
На эмпирическом уровне сравнение приобретает форму изме-
рения, где объект исследования сравнивается с эталоном одного
свойства.
Измерение
На этапе описания и сравнения в первую очередь пытаются вы-
яснить свойства объектов, т.е. их способность обнаруживать те или
иные стороны в процессах взаимодействия. Систематизация свойств
позволяет судить о качестве, поскольку качество - это система важ-
нейших, необходимых свойств объекта, без которых он не существу-
ет. Качество неотделимо от количества, т.е. внутрикачественного
различия объектов, характеризуемого числом и величиной.
Число - одно из основных понятий математики, при помощи ко-
торого обозначается и отображается какая-либо количественная ха-
рактеристика объекта, называемая величиной. Величина - это все то,
что может быть больше или меньше, что может быть присуще объек-
ту в большей или меньшей степени. Чтобы реальному объекту при-
писать ту или иную числовую величину, его следует измерить, т.е.
экспериментально сравнить с качественно однородной единицей из-
мерения.
Измерение - метод научного исследования и процесс, отра-
жающий в реальном объекте свойства и отношения, характеризуе-
мые числом и величиной.
Современный человек на каждом шагу своей обычной жизни
вынужден заниматься элементарными измерениями и счетом: рас-
стояний, площадей, весов, сил, времени, скоростей, давлений, темпе-
ратур, излучении и т.д., привычно, автоматически используя бытовые
измерительные приборы и счетчики или измерительную информацию
из средств массовых коммуникаций. Поэтому в обыденном сознании
процесс измерения и получения необходимых результатов представ-
ляется достаточно простым делом. '
Однако другим - ученым-экспериментаторам и теоретикам,
проектировщикам и конструкторам, технологам и организаторам ма-
I 14
термального производства, врачам и преподавателям естественных,
технических и других точных наук, - для которых точные измерения
являются основным средством познания и рационального преобразо-
вания окружающего мира, это «простое дело» выливается в сложный
комплекс теоретических, методологических, технических, организа-
ционных и др. проблем, охватываемых специальной наукой - метро-
логией.
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обес-
печения их единства и способах достижения требуемой точности. Ос-
новные проблемы метрологии: создание общей теории измерений;
образование единиц физических величин и систем единиц; разработ-
ка методов и средств измерений, методов определения точности из-
мерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия
средств измерений; создание эталонов и образцовых средств измере-
ний, проверка мер и средств измерений. В зависимости от специфики
проблем различают: 1) теоретическую метрологию, рассматриваю-
щую общие теоретические проблемы; 2) прикладную метрологию, за-
нимающуюся вопросами практического применения методов и
средств измерений; 3) законодательную метрологию, охватывающую
комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил,
требований и норм, а также другие вопросы, 1гуждагощиеся в регла-
ментации и контроле со стороны государства. Обеспечением единст-
ва измерений и единообразия средств измерения занимается
Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ).
В структуру научного измерения включают:
1) объект измерения, рассматриваемый как измеряемая величина
или свойство;
2) материальные средства измерения - эталоны, инструменты,
приборы, преобразователи, установки и др., имеющие нормирован-
ные метрологические характеристики;
3) наблюдателя, осуществляющего измерения с определенными
познавательными целями;
4) методы измерения, включающие совокупность практических
операций, выполняемых с помощью материальных средств измере-
ния, а также определенных логических и вычислительных процедур;
5) результат измерения в форме числовых величин.
Результат измерения физической величины (длины, массы, ско-
рости, силы, температуры, напряженности электрополя, периода ко-
лебаний и т.д.) получают с помощью единиц измерения. Единица из-
мерения - это конкретное значение физической величины, принятое
за основание при сравнении и количественной оценке однородных
величин.
Единицы измерений физических величин в целом подразделяют
на основные (независимые) и производные, полученные при помощи
основных и физико-математических формул, поскольку многие вели-
чины функционально связаны между собой.
С помощью основных единиц измерений производят прямую,
непосредственную эмпирическую процедуру измерения как сравне-
ние некоторого измеряемого свойства с принятым эталоном. Этапо-
}1ы - это вещи, меры, измерительные приборы, обеспечивающие вос-
произведение, сохранение и передачу единиц измерений с наивысшей
точностью, достижимой при данном состоянии науки и техники.
На базе принятых эталонов создана Международная система
единиц физических величин, сокращенно СИ (5/ - Зу$1ете ]п(егпа-
Иопа1). При ее создании специалисты исходили из того, чтобы охва-
тить ею все области науки техники; принять удобные для практики
размеры основных единиц, уже получивших распространение; вы-
брать в качестве единиц такие величины, воспроизведение которых
возможно с наибольшей точностью. В системе СИ (81) в качестве ос-
новных приняты семь единиц измерения: метр, килограмм, секунда,
ампер, кельвин (единица термодинамической температуры), канделла
(единица силы света), моль (единица количества вещества) и две до-
полнительные - радиан и стерадиан (единицы плоского и телесного
углов). Остальные семнадцать единиц являются производными,
имеющими специальные наименования в области механических, теп-
ловых, электрических, магнитных, световых, радиоактивных явлений.
Свидетельством происхождения производных единиц от открытых и
сформулированных законов является закрепление собственных имен
их авторов в нарицательных наименованиях единиц измерения: герц,
ньютон, паскаль, джоуль, кулон, вольт, фарад, ом, сименс вебер, тес-
ла, генри, беккерель, грей.
Главной задачей современной метрологии является совершенст-
вование и создание полной системы взаимосвязанных естественных
эталонов на основе использования фундаментальных физических
констант и высокостабильных квантовых явлений.
В этой связи отдельные эталоны имеют свою непростую исто-
рию. Так, в качестве эталона основной единицы СИ - метра служил
брус из платйноиридиевого сплава с нанесенными на одной из его
Пб
плоскостей штрихами (хранится в Международном бюро мер и весов
в Севре близ Парижа). Из этого же материала выполнен Междуна-
родный эталон единицы массы - килограмм в форме цилиндра диа-
метром и высотой 39 мм.
Первоначально метр был определен как 1-1О"7 часть !Л длины
земного меридиана (Франция, 1791). Для измерения дуги земного ме-
ридиана потребовалось семь лег работы научной экспедиции. С 1960
по 1983 год метр определяли через световой эталон как длину, рав-
ную 1.650.763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствую-
щего переходу уровнями 2р10 и 5а*5 изотопа криптона-86 (оранжевая
линия спектра излучения). Согласно определению, принятому 17-й
Генеральной конференцией по мерам и весам (1983), «метр - длина
пути, проходимого светом в вакууме за 1/299.793.458 долю секунды».
При этом одна из основных единиц СИ, эталонная единица времени -
секунда - определяется временем, равным 9.192.631.770 периодам из-
лучения, соответствующего переход}' между двумя сверхгонкими
уровнями основного состояния атома цезия-133.
Иными словами, с развитием науки и совершенствованием из-
мерительной аппаратуры современные эталоны становятся более
точными и надежными в воспроизведении, хранении и передаче ос-
новных единиц измерения. Соответственно законодательная метро-
логия корректирует нормативную базу - стандарты системы обеспе-
чения единства измерений, устанавливает взаимосвязанные правила и
положения, требования и нормы, определяющие организацию и ме-
тодику проведения работ по оценке и обеспечению точности измере-
ний.
Для предварительного обобщения значения измерения в эмпи-
рическом исследовании целесообразно кратко напомнить развитие
метрологической цепочки. Исходное изучение природы опиралось на
наблюдение и описание необычных явлений и установление отдель-
ных фактов. Существующие описательные теории, объединяющие
факты в качественные целостности на основе некоторых принципов,
поставили вопрос о переходе от качественных исследований к коли-
чественным величинам. Этот вопрос был сформулирован Галилеем в
форме принципа количественного подхода, согласно которому опи-
сание физических явлений в точных науках должно опираться па ве-
личины, имеющие количественную меру. Поэтому можно сказать,
что измерение - принципиально новая ступень в развитии эмпириче-
ского познания. Она исторически развилась из метода сравнения, как
сравнения некоторого измеряемого свойства с материальным этало-
ном.
Современные измерения по способу получения измерительной
информации подразделяют на прямые и косвенные. Прямое измере-
ние - измерение, при котором результат получают непосредственно
из самого процесса измерения опытных данных. Косвенное измере-
ние - измерение, при котором искомое значение величины вычисля-
ют математическим путем на основе знания других величин, полу-
ченных прямым измерением. Таким путем были установлены разме-
ры планет солнечной системы, температура и давление внутри Земли,
масса электрона и т.д. Косвенные и прямые измерения взаимодейст-
вуют между собой, уточняя и проверяя друг друга.
В зависимости от рода измеряемой величины все измерения
классифицируют на отдельные виды: линейно-угловые, массы, плот-
ности, вязкости, силы и твердости, параметров движения, расхода
веществ и вместимости, температурные, давления и разрежения, теп-
лофизические, радиотехнические, электрические, магнитные, иони-
зирующих излучений, акустические, аэродинамические, времени и
частоты, влажности, состава веществ.
В основе этих видов измерений лежат соответствующие принци-
пы и методы измерений, где под принципом измерения понимают
совокупность природных явлений, на которых основывают измере-
ния, а под методом - совокупность приемов использования принци-
пов и средств измерений.
Эксперимент
Эксперимент (от лат. - опыт, проба, испытание) - основной
метод эмпирического исследования естественных явлений в искусст-
венных контролируемых условиях с целевым изменением и регулиро-
ванием данного процесса в соответствии с требованиями постав-
ленных задач.
Экспериментальный метод в естествознании впервые обосновал
и ввел Г. Галилей (1564-1642). Историк науки М. Льоцци в галилее-
вом эксперименте выделил четыре компонента (фазы): «чувственный
опыт, рабочая гипотеза, математическая разработка и опытная про-
верка» (Льоцци М. История физики. - М., 1970. - С.81). В отличие от
своего современника Ф. Бэкона, чисто умозрительно изложившего
свой экспериментальный метод и которому ни один ученый никогда
не следовал, Галилей сам создал приборы для наблюдений и осуще-
ствил ряд искусных экспериментов. Галилеевский эксперименталь-
ный подход к природе был подхвачен Флорентийской академией наук
(1666) и другими первыми научными сообществами.
Современный эксперимент как наиболее сложный и эффектив-
ный метод эмпирического исследования включает в себя другие эле-
ментарные методы - наблюдение, описание, сравнение и измерение, а
в структурном отношении мало отличен от наблюдения (см. Наблю-
дение). Однако существенное отличие обнаруживается в качествен-
ном содержании двух структурных компонентов: объекта экспери-
ментирования и условий наблюдения.
В отличие от наблюдения, где практические операции проводят-
ся над естественными объектами в естественных условиях, экспери-
ментатор всегда пытается вмешаться в структуру исследуемого объ-
екта, в механизмы протекания процессов его функционирования и
развития. Однако естественные процессы . чрезвычайно сложны и
многофакторны, выделить в них наиболее существенное - по крайней
мере вначале - непросто. Поэтому эксперимент в первую очередь -
это действие по созданию искусственных условий при выделении того
или иного явления в «чистом» виде без вмешательства побочных
факторов. Эти искусственные условия далее должны обеспечить ис-
следование объектов в экстремальных режимах давлений, темпера-
тур, влажности, напряжетпюсти электрических и магнитных полей,
скоростей воздействий, плотностей излучений и т.д. с возможностью
их полного контроля. Наконец, экспериментальный процесс должен
быть целесообразно изменяемым, регулируемым и циклично много-
кратно воспроизводимым.
Поэтому исследователь в эксперименте имеет уже дело не с ес-
тественным объектом или 1гроцессом, находящимся в природных ус-
ловиях, а с искусственно выделенной их частью или фрагментом, об-
ладающим каким-то свойством или функцией. А это значит, что для
выделения предмета исследования «живой» объект надо расчленить,
изолировать части, искусственно (технически) компенсировать не-
достающее для функционирования целого, подсоединить агенты воз-
действия с необходимыми параметрами, измерительные приборы, ре-
гистрирующую аппаратуру и т.д., и т.н.
Если физика, к примеру, ставит вопрос, способно ли фосфорес-
цирующее вещество под действием длительного облучения солнеч-
ным светом генерировать рентгеновское излучение, то облученный
предмет он вынужден помешать на фотопластинку, завернутую плот-
Но
ной черной бумагой. Эксперимент в химии - это проведение реакции
в строго определенных условиях (среды, концентрации реагирующих
веществ, давления, температуры, различных катализаторов, скорости
реакции и т.д.), обеспечивающих изменение влияния того или иного
фактора. Соответственно к реактору будут подключены подсистемы
приготовления, дозирования и подачи реагентов, катализаторов, на-
гревательных устройств, нагнетающих давление насосов, контроль-
но-измерительных приборов и т.д. Физиолог (биология), в отличие от
этолога, по сути, изучает не какую-то дикую собаку динго в австра-
лийских зарослях, а некий биотехнический симбиоз собаки, закреп-
ленной в зажимы, с частью удаленных органов и вживленными фис-
тулой и электродами, подключенными капельницей, приборами кон-
троля и фиксации информации и т.п.
Таким образом, в отличие от элементарного наблюдения, где от-
ражаются внешние явления и их связи, эксперимент представляет со-
бой высшую форму эмпирического исследования, поскольку позво-
ляет проникнуть во внутренние процессы явлений и отразить сущ-
ность более высоких порядков. Для достижения «чистоты» опытных
данных естественные предметы исследования максимально изолиру-
ются от внешних влияний, затемняющих основной процесс, а искус-
ственные факторы воздействия строго учитываются и контролируют-
ся. Единство естественного и искусственного (технического) процес-
сов реализуется в экспериментальной установке, которая выступает
объектом исследования. Меняя структуру ее элементов и их взаимо-
действий, получают следствия - данные опыта.
Основной процесс обеспечивается рабочей частью эксперимен-
тальной установки (фосфоресцирующее тело и светозащищенная фо-
топластинка, химический реактор с реагентами, препарированное
животное с вживленными техническими элементами). Все остальные
приборные и технические подсистемы реализуют условия и обстоя-
тельства экспериментирования, контроль и фиксацию опытной ин-
формации.
Технические компоненты экспериментальных установок под-
разделяют на пять групп:
1) приборы, увеличивающие силу и диапазон чувственного вос-
приятия (микроскопы, телескопы, радиотелескопы, приборы ночного
видения, рентгеновские установки, томографы);
2) измерительные приборы (линейки, часы, барометры, термо-
метры, счетчики Гейгера); ^
О
3) технические устройства, позволяющие расчленить предметы,
проникнуть в их внутреннюю структуру (ускорители, центрифуги,
перегонные кубы, фильтры, призмы, кристаллы);
4) технические системы, обеспечивающие необходимые для
эксперимента условия (барокамеры, аэродинамические трубы, вибро-
системы, магнитные ловушки);
5) фиксирующие приборы (кино-, фото-, телеаппаратура, элек-
троскопы, осциллографы, различные индикаторы типа лакмусовой
бумаги, флюоресцирующего экрана и т.д.) (Воробьев В.Я., Елсуков
А.Н. Теория и эксперимент. - Минск, 1989. - С. 18).
Все многообразие экспериментов можно ориентировочно клас-
сифицировать по следующим основаниям:
1) по целям исследования - преобразующий, констатирующий,
контролирующий, поисковый, решающий;
2) по природе исследуемого объекта - физический, химический,
биологический, психологический, социальный;
3) по методу и результатам - качественный и количественный;
4) по структуре изучаемых объектов - простые и сложные;
5) по числу воздействующих факторов - однофакторные и мно-
гофакторные;
6) по характеру внешних воздействий - вещественный, энерге-
тический, информационный;
7) по организации проведения - лабораторный, полевой, поли-
гонный, производственный и др.
Названные виды экспериментов могут быть охарактеризованы
следующим образом:
преобразующий эксперимент предполагает существенное изме-
нение структуры и функций исследуемого объекта в соответствии с
выдвинутой гипотезой, а также преднамеренное изменение условий,
способствующих появлению новых качеств;
констатирующий эксперимент осуществляется для проверки
выдвинутых гипотез путем установления наличия или отсутствия
предполагаемых качественно-количественных свойств, связей и от-
ношений;
контролирующий эксперимент сводится к контролю за резуль-
татами внешних воздействий на объект исследования с учетом его
состояния, характера воздействия и ожидаемого эффекта;
поисковый эксперимент ведут, как правило, на начальной фазе
исследования с целью установления, отбора и пополнения комплекса
недостающих факторов, влияющих на исследуемый объект;
решающий эксперимент ставится для проверки справедливости
конкурирующих гипотез или основных положений теорий с пример-
но равным эмпирическим основанием с целью установления проти-
воречащих фактов;
качественный эксперимент предпринимается для выявления
действия тех или иных факторов на исследуемый процесс без уста-
новления точной количественной зависимости между ними для пред-
варительной проверки и оценки некоторой гипотезы;
количественный эксперимент строится с расчетом точного из-
мерения всех существенных факторов, влияющих на поведение изу-
чаемого объекта или ход процесса с использованием значительного
количества регистрирующей и измерительной аппаратуры;
простой эксперимент используется для изучения объектов и
процессов, не имеющих разветвленной структуры, с небольшим ко-
личеством элементов, выполняющих простейшие функции;
сложный эксперимент предполагает исследование объектов с
наличием субординационных (иерархических) и координационных
связей элементов, их целей и функций, состояние которых пока не
удается достаточно полно описать;
однофакторный эксперимент базируется на возможности выде-
ления нужных и стабилизации мешающих факторов с поочередным
варьированием факторов, интересующих исследователя;
многофакторный эксперимент, где предполагается и планиру-
ется комплексное и одновременное варьирование всех переменных
факторов с оценкой результатов по данной серии экспериментов;
вещественный эксперимент изучает влияние различных веще-
ственных факторов (добавок) на состояние объектов и процессов раз-
личных форм движения материи;
энергетический эксперимент используется для изучения воз-
действия различных видов энергии (механической, тепловой, элек-
тромагнитной, ядерной и др.) на объект исследования;
информационный эксперимент изучает изменение состояния
биосоциальных и технико-технологических объектов и процессов под
влиянием сообщенной им информации. ,
Этапы экспериментального исследования. Независимо от ви-
да реализация эксперимента организуется в три этапа: подготови-
тельный, проведение экспериментального исследования, обработка
опытных данных.
/. Подготовительный этап как основополагающий включает в
себя следующие операции:
а) постановка проблемы и выдвижение гипотез, подлежащих
проверке;
б) разработка программы (плана) экспериментальных исследо-
ваний;
в) проектирование и материальное воплощение эксперимен-
тальной установки;
г) разработка методики исследования и анализ ее практической
применимости.
Общая картина исследовательской работы, ее порядок и необхо-
димые требования отражаются в методике - совокупности мысли-
тельных и материальных операций и предписаний, спланированных
для достижения цели исследования. В ней предусмотрены: определе-
ние исходных гипотез и варьирующих факторов; создание условий
для возможности экспериментирования; определение пределов изме-
рений; возможность систематического наблюдения процесса и точно-
го описания фактов; ведение систематической регистрации измере-
ний и оценок фактов различными средствами и способами; изменение
характера условий, перекрестных воздействий, усложненных ситуа-
ций для получения достоверных данных; переход от эксперименталь-
ных данных к их логико-теоретической обработке.
В плановую часть включаются: цель и задачи эксперимента, вы-
бор варьирующих факторов; обоснование объема эксперимента, чис-
ло опытов; порядок их решшзации, последовательность, изменение
факторов; задание интервала между будущими экспериментальными
точками; обоснование средств измерений; описание проведения экс-
перимента; обоснование способа обработки и анализа результатов
эксперимента.
В методике подробно разрабатывается процесс проведения экс-
перимента, составляется последовательность операций наблюдения и
измерения, детально описываются операции, обосновываются методы
контроля их качества и т.д. Наконец, разрабатываются формы журна-
лов для записи результатов наблюдений и измерений.
Важным разделом методики является выбор методов обработки
и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к
систематизации числового материала, классификации и анализу. Ре-
зулътаты эксперимента должны быть сведены в рациональные формы
записи - таблицы, графики, формулы, номограммы и т.п., - удобные
для обобщения в научные факты. При этом результаты измерений
формируются по законам метрологии и оцениваются в единой систе-
ме единиц физических величин.
После утверждения принятой методики устанавливаются объем
и трудоемкость экспериментальных работ (см., например: Основы
научных исследований. Под ред. В.И. Крутова и В.В. Попова. - М.,
1989.-С. 252-258).
Таким образом, с технологической стороны содержание осталь-
ных этапов исследования можно охарактеризовать предельно кратко.
2. Этап проведения экспериментального исследования под-
держание условий проведения эксперимента в соответствии с утвер-
жденной методикой, установление необходимых режимов наблюде-
ния, их оперативный контроль и регулирование, фиксация необходи-
мых данных опыта (описание) в протоколах наблюдения в формах,
принятых в лабораторных журналах.
.?. Этап обработки опытных данных - общий анализ данных
опыта, их статистическая обработка, интерпретация, сравнение и
обобщение, установление новых фактов, обоснование или опровер-
жение исследуемых гипотез, при необходимости уточнение даль-
нейших исследовательских программ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ