Принципы построения научного исследования (стратегия поиска)

Научное исследование – требующие осмысленного и грамотного применения специальных методов, приборов, специфического языка, доставляющие знания систематизированные, взаимно согласованные, доказательные, объективные, точные, нацеленные на решение некоторой научной проблемы. Научные исследования подразделяют на стандартные и поисковые.Научное исследование - целенаправленное познание, результаты которого выступают в виде системы понятий, законов и теорий.

Отличия научного исследования: целенаправленность, новизна (поиск нового, творческий процесс), доказательность, проверяемость (фактами, опытом), предсказуемость (прогноз, а не предсказание), систематичность (и самого исследования, и результатов).

Цель научного исследования: найти общее у ряда единичных явлений, вскрыть законы (закономерности) их возникновения (генезиса), функционирования, развития (эволюции) и таким образом познать их сущность.

Научный поиск реализует исследования двух типов:

- Эмпирические, опирающиеся на наблюдения, эксперименты, измерения, описание, доставляющие качественные количественные характеристики геологических тел и процессов, - закономерности на основе обобщенных опытных данных.

- Теоретические, выводящие из тех или иных достоверных и достаточно общих знаний о связах новое, более частное знание относительно конкретных явлений и их классов не опытным, а логическим (дедуктивным путем).

Одной из главных задач методологии является определение логики построения научного исследования. При правильной поста­новке вопроса ученым удается разгадать любую головоломку.

Любое научное исследование начинается со стратегии поис­ка, которая включает определение предмета поиска, постановку проблемы или выбор задачи в рамках существующей проблемы, направление поиска и его организацию. Научная работа всегда начинается с постановки задачи, кото­рая своим результатом выводит нас на решение проблемы. Без точной формулировки задачи научное исследование осуществить невозможно. Для решения проблемы необ­ходимо получить новое знание, которое либо совершенствует имеющуюся модель, либо меняет наши научные представления. Сформулировать задачу в рамках проблемы — значит опреде­лить цель, средства и методы исследования. Если требуются новые методы, то усилия направляются на их создание. При этом работа носит методический характер, поскольку ставятся методи­ческие задачи.

Методологические задачи предусматривают выработку правил создания самих методов и средств изучения предмета и определя­ют требования к ним.

Теоретические задачи предполагают составление теоретичес­ких моделей и последующую их апробацию на реальном матери­але. Эти типы задач часто взаимодействуют между собой и решаются параллельно. Ясно, что без решения всех поставленных частных задач невозможно получить корректное общее решение пробле­мы, и успех научного поиска зависит от их комп­лексного разрешения.

Структура (алгоритм) научного исследования:

- Постановка проблемы

- Наблюдение (сбор информации, фактов)

- Анализ результатов (их систематизация, поиск значимого и т.п.)

- Обобщение (синтез) - формулирование гипотез, теорий, законов

- Прогноз (формулирование следствий из обобщений на базе логики)

- Проверка (критика).

Направления научных исследований:

· Фундаментальные - глубокое и всестороннее исследование предмета с целью получения новых основополагающих знаний, а также с целью выяснения закономерностей выясняемых явлений, результаты которых не предполагаются для непосредственного промышленного использований.

· Прикладные - исследования, которые используют достижения фундаментальной науки для решения практических задач. Результатом исследования является создание и совершенствование новых технологий.

· Научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки (НИОКР) - соединение науки с производством, обеспечивающее тем самым как научные, так и технические и инженерные проработки какого-либо проекта.

Стадии развития гипотезы.

Гипотеза (гипотетический метод познания) - недоказанное утверждение, предположение или догадка. Научная гипотеза - научно-обоснованное предположение о неизвестном ранее явлении, свойстве, законе или о неизвестной связи между понятиями и/или концепциями. Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих ее наблюдений (примеров), и поэтому выглядит правдоподобно. Гипотезы впоследствии или доказывают, превращая ее в установившийся факт (теорему, теорию), или же опровергают (например, указывая контрпример), переводя ее в разряд ложных утверждений.

Именно с выдвижения гипотезы начинается научное исследование.

Когда выдвигается гипотеза?

· Когда на основе новых фактов мы не в состоянии объяснить причины явлений.

· Когда нет фактических (опытных) данных.

· Когда новые факты противоречат имеющейся (принятой ранее) теории.

· Когда делается ретроспективный анализ или составляется прогноз.

Стадии образования гипотезы:

1. Установление противоречий между новым фактом и имеющейся теорией.

2. Всестороннее изучение этого противоречия, явления, выяснение причин и обстоятельств.

3. Выдвижение гипотезы о возможной причине этого явления (процесса и т.п.).

4. Определение следствий, логически вытекающих из предполагаемой причины.

5. Проверка соответствия следствий фактам действительности, т.е. подтверждение истины, доказательство гипотезы и перевод ее в ранг теории или закона.

Решение научной проблемы начинается с разработки гипоте­тической модели, т.е. делается предположение о ходе процесса или их результатах, которые необъяснимы на основе преж­него знания. Гипотеза представляет собой предположительно новое знание о некоторых свойствах объекта, истинность или ложность которых еще нужно доказать. Для решения или толкования одного и того же вопроса может быть выдвинуто несколько конкурирующих гипотез. Выбор между ними обычно обосновывается фактическим материалом. Но ни­какое количество опытных подтверждений не гарантирует истин­ности гипотезы, а делает ее только более правдоподобной.

Перспективность выдвинутой гипотетической модели, ее раз­вития определяется и теоретической и практической проверкой. Практическая проверка предусматривает проведение эксперимента, положительные или отрицательные результаты которого указывают на применимость гипотезы либо ее ложность в конкретных условиях. Теоретическая проверка ос­новывается на создании новых гипотетических моделей, учиты­вающих различные свойства идеальной модели изучаемого процесса. Взаимодействие этих моделей позволяет предсказать свойства, еще не реализованные в эксперименте. Пред­сказательная функция гипотетической модели лежит в основе возникновения теории. Логическим развитием гипотетической модели является ее переход в категорию теоретической.

Гипотеза и теория.

Гипотеза (гипотетический метод познания) - недоказанное утверждение, предположение или догадка. Научная гипотеза - научно-обоснованное предположение о неизвестном ранее явлении, свойстве, законе или о неизвестной связи между понятиями и/или концепциями. Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих ее наблюдений (примеров), и поэтому выглядит правдоподобно. Гипотезы впоследствии или доказывают, превращая ее в установившийся факт (теорему, теорию), или же опровергают (например, указывая контрпример), переводя ее в разряд ложных утверждений.

Гипотеза – это откорректированное, т.е. в чем-то принципиально новое, по пока еще предположительное представление о реальности. Это не просто догадка, а лучше согласованная с имеющейся суммой знаний новая модель – система умозаключений, в которых предлагается возможный ответ на поставленный вопрос. Эта модель предположительна, потому что пока неизвестно, будет ли она согласовываться с новыми фактами, которые поступят после выдвижения гипотеза.

Именно с выдвижения гипотезы начинается научное исследование.

Когда выдвигается гипотеза?

· Когда на основе новых фактов мы не в состоянии объяснить причины явлений.

· Когда нет фактических (опытных) данных.

· Когда новые факты противоречат имеющейся (принятой ранее) теории.

· Когда делается ретроспективный анализ или составляется прогноз.

Виды гипотез:

· Описательные - предположение о существовании какого-либо явления, процесса и т.п.

· Объяснительные - вскрывают причины, механизм явлений, процессов и т.п.

· Общие - комбинированные, описательно-объяснительные.

· Рабочие - предположение о решении поставленной задачи.

Гипотеза панспермии - гипотеза о появлении жизни на Земле в результате переноса с других планет каких-либо "зародышей жизни". Была выдвинута немецким ученым Г. Рихтером в 1865 г. Возможные переносчики "жизни" - кометы и метеориты.

Правила построения гипотезы:

1. Гипотеза должна находиться в соответствии с имеющимися твердо доказанными фактами.

2. Она не должна включать в себя много исходных положений (лучше одно основное).

3. В нее нельзя включать неоднозначные понятия и категории.

4. Среди нескольких возможных гипотез предпочтение надо отдавать той, которая согласуется с большим числом фактов.

5. Для объяснения фактов надо использовать как можно меньше гипотез, но как можно теснее связанных между собой.

6. Необходимо подчеркивать вероятностный характер гипотезы.

7. Две противоречащие гипотезы нельзя объединить (закон противоречия), они не могут быть одновременно истинными.

8. Необходимо ее четко стилистическое и логическое оформление, простота.

Стадии образования гипотезы:

4. Установление противоречий между новым фактом и имеющейся теорией.

5. Всестороннее изучение этого противоречия, явления, выяснение причин и обстоятельств.

6. Выдвижение гипотезы о возможной причине этого явления (процесса и т.п.).

5. Определение следствий, логически вытекающих из предполагаемой причины.

6. Проверка соответствия следствий фактам действительности, т.е. подтверждение истины, доказательство гипотезы и перевод ее в ранг теории или закона.

Решение научной проблемы начинается с разработки гипоте­тической модели, т.е. делается предположение о ходе процесса или их результатах, которые необъяснимы на основе преж­него знания. Гипотеза представляет собой предположительно новое знание о некоторых свойствах объекта, истинность или ложность которых еще нужно доказать. Для решения или толкования одного и того же вопроса может быть выдвинуто несколько конкурирующих гипотез. Выбор между ними обычно обосновывается фактиче­ским материалом. Но ни­какое количество опытных подтверждений не гарантирует истин­ности гипотезы, а делает ее только более правдоподобной.

Перспективность выдвинутой гипотетической модели, ее раз­вития определяется и теоретической и практической проверкой. Практическая проверка предусматривает проведение эксперимента, положительные или отрицательные результаты которого указывают на применимость гипотезы либо ее ложность в конкретных условиях. Теоретическая проверка ос­новывается на создании новых гипотетических моделей, учиты­вающих различные свойства идеальной модели изучаемого процесса. Взаимодействие этих моделей позволяет предсказать свойства, еще не реализованные в эксперименте. Пред­сказательная функция гипотетической модели лежит в основе возникновения теории. Логическим развитием гипотетической модели является ее переход в категорию теоретической.

Теория. Логическим развитием гипотетической модели является ее переход в категорию теоретической. Однако не каждая гипотеза обязательно становится теорией. Теоретическая модель должна обладать объяснительной и предсказательной функциями. Предсказа­тельная функция теоретической модели позволяет предвидеть неизвестные ранее явления и их свойства. Теория должна объективно отражать действительность, отвечать требованиям полноты, непротиворечивости, новизны, доказательности, фактоустойчивости, возможно большей просто­ты и эффективности.

Для создания теоретической модели необходимо: сформули­ровать проблему, для решения которой создается теория; выдви­нуть гипотезу; определить законы, на основании которых можно объяснить аномальные явления; сформулировать новую проблему как перспективу развития предлагаемой модели.

Теория - система обобщенного знания, объяснения и предсказания тех или иных сторон действительности. Теория выступает как форма синтетического знания, в границах которой отдельные понятия, гипотезы и законы теряют прежнюю автономность и становятся элементами целостной системы.

Цель (назначение) теории: объяснение явлений (процессов, механизмов и т.п.), разработка терминологии, предсказание явлений (процессов и т.п. - предсказательная сила теории).

Критерий истинности теории - практика. Ложные теории - "мусор" науки. Варианты проверки теорий:

· Экспериментальный (не все можно проверить экспериментально).

· По предсказательной силе (если из теории следуют неизвестные ранее события, явления, то теория истинна).

Структура теории:

1. Формальная часть (уравнения, правила, аксиомы и т.п.) - может отсутствовать. Формулы теории называются теоремами.

2. Содержательная часть (категории, законы, закономерности, принципы, постулаты, идеи и т.п.) - общий принцип теории, интерпретация идей и методология (обязательная часть):

- Исходные принципы или постулаты - положения, суждения, принятые в качестве исходных и недоказуемых в рамках данной теории.

- "Внутренне ядро" теории - основные принципы, гипотезы, законы, закономерности и т.п., составляющие суть теории.

- "Защитный пояс" ядра - вспомогательные гипотезы, проблемы, подлежащие дальнейшему изучению, факты, объясняющие теорию и т.п. Пример защитного пояса - сбор Ч. Дарвином фактов, противоречащих его теории происхождения видов и их истолкование в свою пользу.

Эволюция (развитие) теорий:

1. При появлении более общей, более точной теории старая теория становится частью или элементом этой общей теории.

2. При появлении новых фактов, противоречащих теории, появляется необходимость разработки новой теории.

Виды теорий:

· Всеобщие теории - философские, математические и т.п., действуют во многих науках.

· Специальные (частные) - действуют в данной науке. Геологические и инженерно-геологические теории - частные теории. Специальные теории не должны противоречить общим.

Примеры геологических теорий:

1. Теория дрейфа материков (мобилизма) Альфреда Вегенера (1913) и теория фиксизма.

2. Конденсационная теория Земли.

3. Теория кристаллического строения вещества (Ферсман, Грот, Федоров и др.).

4. Теория осадконакопления (в литологии).

5. Теория литогенеза.

6. Теория плюмов (плюм-тектоника).

Успехи геологии на протяжении долгого времени базирова­лись на добывании и обработке фактического мате­риала, поэтому геологические гипотезы и теории имели чисто индуктивную природу. Путь построения теории непосредственно на базе фактического материала известен в науке как эмпиричес­кий. На опыте можно проверить теорию, но нельзя построить ее.

В этом плане многие теоретические разработки в геологии не могут, строго говоря, считаться теориями (например, учение о геосинклиналях). Но в геологии имеется ряд теоретических положений, которые можно считать зрелыми теориями (напр. теория тектоники литосферных плит). Следовательно, в современной геологии эмпирические и тео­ретические модели взаимодействуют между со­бой, но они нуждаются в проверке на фактическом материале.