Средства научного исследования (средства познания). В ходе развития науки разрабатываются и совершенствуются средства познания: материальные, математические, логические, языковые. Кроме того, в последнее время к ним, очевидно, необходимо добавить информационные средства как особый класс. Все средства познания - это специально создаваемые средства. В этом смысле материальные, информационные, математические, логические, языковые средства познания обладают общим свойством: их конструируют, создают, разрабатывают, обосновывают для тех или иных познавательных целей.
Материальные средства позна ния - это, в первую очередь, приборы для научных исследований. В истории с возникновением материальных средств познания связано формирование эмпирических методов исследования - наблюдения, измерения, эксперимента.
Эти средства непосредственно направлены на изучаемые объекты, им принадлежит главная роль в эмпирической проверке гипотез и других результатов научного исследования, в открытии новых объектов, фактов. Использование материальных средств познания в науке вообще - микроскопа, телескопа, синхрофазотрона, спутников Земли и т.д. - оказывает глубокое влияние на формирование понятийного аппарата наук, на способы описания изучаемых предметов, способы рассуждений и представлений, на используемые обобщения, идеализации и аргументы.
Информационные средства познания . Массовое внедрение вычислительной техники, информационных технологий, средств телекоммуникаций коренным образом преобразует научно-исследовательскую деятельность во многих отраслях науки, делает их средствами научного познания. В том числе, в последние десятилетия вычислительная техника широко используется для автоматизации эксперимента в физике, биологии, в технических науках и т.д., что позволяет в сотни, тысячи раз упростить исследовательские процедуры и сократить время обработки данных. Кроме того, информационные средства позволяют значительно упростить обработку статистических данных практически во всех отраслях науки. А применение спутниковых навигационных систем во много раз повышает точность измерений в геодезии, картографии и т.д.
Математические средства познания . Развитие математических средств познания оказывает все большее влияние на развитие современной науки, они проникают и в гуманитарные, общественные науки. Математика, будучи наукой о количественных отношениях и пространственных формах, абстрагированных от их конкретного содержания, разработала и применила конкретные средства отвлечения формы от содержания и сформулировала правила рассмотрения формы как самостоятельного объекта в виде чисел, множеств и т. д., что упрощает, облегчает и ускоряет процесс познания, позволяет глубже выявить связь между объектами, от которых абстрагирована форма, вычленить исходные положения, обеспечить точность и строгость суждений. Математические средства позволяют рассматривать не только непосредственно абстрагированные количественные отношения и пространственные формы, но и логически возможные, то есть такие, которые выводят по логическим правилам из ранее известных отношений и форм. Под влиянием математических средств познания претерпевает существенные изменения теоретический аппарат описательных наук. Математические средства позволяют систематизировать эмпирические данные, выявлять и формулировать количественные зависимости и закономерности. Математические средства используются также как особые формы идеализации и аналогии (математическое моделирование).
Логические средства познания . В любом исследовании ученому приходится решать логические задачи:
Каким логическим требованиям должны удовлетворять рассуждения, позволяющие делать объективно-истинные заключения; каким образом контролировать характер этих рассуждений?
Каким логическим требованиям должно удовлетворять описание эмпирически наблюдаемых характеристик?
Как логически анализировать исходные системы научных знаний, как согласовывать одни системы знаний с другими системами знаний (например, в социологии и близко с ней связанной психологии)?
Каким образом строить научную теорию, позволяющую давать научные объяснения, предсказания и т.д.?
Использование логических средств в процессе построения рассуждений и доказательств позволяет исследователю отделять контролируемые аргументы от интуитивно или некритически принимаемых, ложные от истинных, путаницу от противоречий.
Языковые средства познания . Важным языковым средством познания являются, в том числе, правила построения определений понятий (дефиниций). Во всяком научном исследовании ученому приходится уточнять введенные понятия, символы и знаки, употреблять новые понятия и знаки. Определения всегда связаны с языком как средством познания и выражения знаний. Правила использования языков как естественных, так и искусственных, при помощи которых исследователь строит свои рассуждения и доказательства, формулирует гипотезы, получает выводы и т.д., являются исходным пунктом познавательных действий. Знание их оказывает большое влияние на эффективность использования языковых средств познания в научном исследовании.
Методы научного исследования. Существенную, подчас определяющую роль в построении любой научной работы играют применяемые методы исследования. Методы исследования подразделяются на эмпирические (эмпирический - дословно - воспринимаемый посредством органов чувств) и теоретические.
Теоретические методы:
Методы - познавательные действия: выявление и разрешение противоречий, постановка проблемы, построение гипотезы и т. д.;
Методы-операции: анализ, синтез, сравнение, абстрагирование и конкретизация и т. д.
Эмпирические методы:
Методы - познавательные действия: обследование, мониторинг, эксперимент и т. д.;
Методы-операции: наблюдение, измерение, опрос, тестирование и т. д.
Теоретические методы - операции определяются (рассматриваются) по основным мыслительным операциям, которыми являются: анализ и синтез, сравнение, абстрагирование и конкретизация, обобщение, формализация, индукция и дедукция, идеализация, аналогия, моделирование, мысленный эксперимент.
Анализ - это разложение исследуемого целого на части, выделение отдельных признаков и качеств явления, процесса или отношений явлений, процессов. Процедуры анализа входят органической составной частью во всякое научное исследование и обычно образуют его первую фазу, когда исследователь переходит от нерасчлененного описания изучаемого объекта к выявлению его строения, состава, его свойств и признаков. Одно и то же явление, процесс можно анализировать во многих аспектах. Всесторонний анализ явления позволяет глубже рассмотреть его.
Синтез - соединение различных элементов, сторон предмета в единое целое (систему). Синтез - не простое суммирование, а смысловое соединение. Если просто соединить явления, между ними не возникнет системы связей, образуется лишь хаотическое накопление отдельных фактов. Синтез противоположен анализу, с которым он неразрывно связан. Синтез как познавательная операция выступает в различных функциях теоретического исследования. Любой процесс образования понятий основывается на единстве процессов анализа и синтеза. Эмпирические данные, получаемые в том или ином исследовании, синтезируются при их теоретическом обобщении. В теоретическом научном знании синтез выступает в функции взаимосвязи теорий, относящихся к одной предметной области, а также в функции объединения конкурирующих теорий (например, синтез корпускулярных и волновых представлений в физике). Существенную роль синтез играет и в эмпирическом исследовании.
Анализ и синтез тесно связаны между собой. Если у исследователя сильнее развита способность к анализу, может возникнуть опасность того, что он не сумеет найти места деталям в явлении как едином целом. Относительное же преобладание синтеза приводит к поверхностности, к тому, что не будут замечены существенные для исследования детали, которые могут иметь большое значение для понимания явления как единого целого.
Сравнение - это познавательная операция, лежащая в основе суждений о сходстве или различии объектов. С помощью сравнения выявляются количественные и качественные характеристики объектов, осуществляется их классификация, упорядочение и оценка. Сравнение - это сопоставление одного с другим. При этом важную роль играют основания, или признаки сравнения, которые определяют возможные отношения между объектами. Сравнение имеет смысл только в совокупности однородных объектов, образующих класс. Сравнение объектов в том или ином классе осуществляется по принципам, существенным для данного рассмотрения. При этом объекты, сравнимые по одному признаку, могут быть не сравнимы по другим признакам. Чем точнее оценены признаки, тем основательнее возможно сравнение явлений. Составной частью сравнения всегда является анализ, так как для любого сравнения в явлениях следует вычленить соответствующие признаки сравнения. Поскольку сравнение - это установление определенных отношений между явлениями, то, естественно, в ходе сравнения используется и синтез.
Абстрагирование - одна из основных мыслительных операций, позволяющая мысленно вычленить и превратить в самостоятельный объект рассмотрения отдельные стороны, свойства или состояния объекта в чистом виде. Абстрагирование лежит в основе процессов обобщения и образования понятий. Абстрагирование состоит в вычленении таких свойств объекта, которые сами по себе и независимо от него не существуют. Такое вычленение возможно только в мысленном плане - в абстракции. Так, геометрическая фигура тела сама по себе реально не существует и от тела отделиться не может. Но благодаря абстрагированию она мысленно выделяется, фиксируется, например - с помощью чертежа, и самостоятельно рассматривается в своих особых свойствах. Одна из основных функций абстрагирования заключается в выделении общих свойств некоторого множества объектов и в фиксации этих свойств, например, посредством понятий.
Конкретизация - процесс, противоположный абстрагированию, то есть нахождение целостного, взаимосвязанного, многостороннего и сложного. Исследователь первоначально образует различные абстракции, а затем на их основе посредством конкретизации воспроизводит эту целостность (мысленное конкретное), но уже на качественно ином уровне познания конкретного. Поэтому диалектика выделяет в процессе познания в координатах «абстрагирование - конкретизация» два процесса восхождения: восхождение от конкретного к абстрактному и затем процесс восхождения от абстрактного к новому конкретному (Г. Г егель). Диалектика теоретического мышления и состоит в единстве абстрагирования, создания различных абстракций и конкретизации, движения к конкретному и воспроизведение его.
Обобщение - одна из основных познавательных мыслительных операций, состоящая в выделении и фиксации относительно устойчивых, инвариантных свойств объектов и их отношений. Обобщение позволяет отображать свойства и отношения объектов независимо от частных и случайных условий их наблюдения. Сравнивая с определенной точки зрения объекты некоторой группы, человек находит, выделяет и обозначает словом их одинаковые, общие свойства, которые могут стать содержанием понятия об этой группе, классе объектов. Отделение общих свойств от частных и обозначение их словом позволяет в сокращенном, сжатом виде охватывать все многообразие объектов, сводить их в определенные классы, а затем посредством абстракций оперировать понятиями без непосредственного обращения к отдельным объектам. Один и тот же реальный объект может быть включен как в узкие, так и широкие по объему классы, для чего выстраиваются шкалы общности признаков по принципу родо-видовых отношений. Функция обобщения состоит в упорядочении многообразия объектов, их классификации.
Формализация - отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях. Является как бы мыслительной операцией «второго порядка». Формализация противопоставляется интуитивному мышлению. В математике и формальной логике под формализацией понимают отображение содержательного знания в знаковой форме или в формализованном языке. Формализация, то есть отвлечение понятий от их содержания, обеспечивает систематизацию знания, при которой отдельные элементы его координируют друг с другом. Формализация играет существенную роль в развитии научного знания, поскольку интуитивные понятия, хотя и кажутся более ясными с точки зрения обыденного сознания, мало пригодны для науки: в научном познании нередко нельзя не только разрешить, но даже сформулировать и поставить проблемы до тех пор, пока не будет уточнена структура относящихся к ним понятий. Истинная наука возможна лишь на основе абстрактного мышления, последовательных рассуждений исследователя, протекающих в логической языковой форме посредством понятий, суждений и выводов.
В научных суждениях устанавливаются связи между объектами, явлениями или между их определенными признака- ми. В научных выводах одно суждение исходит от другого, на основе уже существующих выводов делается новый. Существуют два основных вида выводов: индуктивные (индукция) и дедуктивные (дедукция).
Индукция - это умозаключение от частных объектов, явлений к общему выводу, от отдельных фактов к обобщениям.
Дедукция - это умозаключение от общего к частному, от общих суждений к частным выводам.
Идеализация - мысленное конструирование представлений об объектах, не существующих или неосуществимых в действительности, но таких, для которых существуют прообразы в реальном мире. Процесс идеализации характеризуется отвлечением от свойств и отношений, присущим объектам реальной действительности и введением в содержание образуемых понятий таких признаков, которые в принципе не могут принадлежать их реальным прообразам. Примерами понятий, являющихся результатом идеализации, могут быть математические понятия «точка», «прямая»; в физике - «материальная точка», «абсолютно черное тело», «идеальный газ» и т.п. О понятиях, являющихся результатом идеализации, говорят, что в них мыслятся идеализированные (или идеальные) объекты. Образовав с помощью идеализации понятия такого рода об объектах, можно в дальнейшем оперировать с ними в рассуждениях как с реально существующими объектами и строить абстрактные схемы реальных процессов, служащие для более глубокого их понимания. В этом смысле идеализация тесно связана с моделированием.
Аналогия, моделирование. Аналогия - мыслительная операция, когда знание, полученное из рассмотрения какого- либо одного объекта (модели), переносится на другой, менее изученный или менее доступный для изучения, менее наглядный объект, именуемый прототипом, оригиналом. Открывается возможность переноса информации по аналогии от модели к прототипу. В этом суть одного из специальных методов теоретического уровня - моделирования (построения и исследования моделей). Различие между аналогией и моделированием заключается в том, что, если аналогия является одной из мыслительных операций, то моделирование может рассматриваться в разных случаях и как мыслительная операция и как самостоятельный метод - метод-действие.
Модель - вспомогательный объект, выбранный или преобразованный в познавательных целях, дающий новую информацию об основном объекте. Формы моделирования разнообразны и зависят от используемых моделей и сферы их применения. По характеру моделей выделяют предметное и знаковое (информационное) моделирование. Предметное моделирование ведется на модели, воспроизводящей определенные геометрические, физические, динамические, либо функциональные характеристики объекта моделирования - оригинала; в частном случае - аналогового моделирования, когда поведение оригинала и модели описывается едиными математическими соотношениями, например, едиными дифференциальными уравнениями. При знаковом моделировании моделями служат схемы, чертежи, формулы и т.п. Важнейшим видом такого моделирования является математическое моделирование.
Моделирование всегда применяется вместе с другими методами исследования, особенно тесно оно связано с экспериментом. Изучение какого-либо явления на его модели есть особый вид эксперимента - модельный эксперимент, отличающийся от обычного эксперимента тем, что в процессе познания включается «промежуточное звено» - модель, являющаяся одновременно и средством, и объектом экспериментального исследования, заменяющего оригинал.
Особым видом моделирования является мысленный эксперимент . В таком эксперименте исследователь мысленно создает идеальные объекты, соотносит их друг с другом в рамках определенной динамической модели, имитируя мысленно то движение, и те ситуации, которые могли бы иметь место в реальном эксперименте. При этом идеальные модели и объекты помогают выявить «в чистом виде» наиболее важные, существенные связи и отношения, мысленно проиграть возможные ситуации, отсеять ненужные варианты.
Моделирование служит также способом конструирования нового, не существующего ранее в практике. Исследователь, изучив характерные черты реальных процессов и их тенденции, ищет на основе ведущей идеи их новые сочетания, делает их мысленное переконструирование, то есть моделирует требуемое состояние изучаемой системы (так же, как любой человек и даже животное, строит свою деятельность, активность на основе формируемой первоначально «модели потребного будущего» - по Н.А. Бернштейну). При этом создаются модели-гипотезы, вскрывающие механизмы связи между компонентами изучаемого, которые затем проверяются на практике. В этом понимании моделирование в последнее время широко распространилось в общественных и гуманитарных науках - в экономике, педагогике и т.д., когда разными авторами предлагаются различные модели фирм, производств, образовательных систем и т.д.
Наряду с операциями логического мышления к теоретическим методам-операциям можно отнести также (возможно условно) воображение как мыслительный процесс по созданию новых представлений и образов с его специфическими формами фантазии (создание неправдоподобных, парадоксальных образов и понятий) и мечты (как создание образов желанного).
Теоретические методы (методы - познавательные действия). Общефилософским, общенаучным методом познания является диалектика - реальная логика содержательного творческого мышления, отражающая объективную диалектику самой действительности. Основой диалектики как метода научного познания является восхождение от абстрактного к конкретному (Г. Гегель) - от общих и бедных содержанием форм к расчлененным и более богатым содержанием, к системе понятий, позволяющих постичь предмет в его сущностных характеристиках. В диалектике все проблемы обретают исторический характер, исследование развития объекта является стратегической платформой познания. Наконец, диалектика ориентируется в познании на раскрытие и способы разрешения противоречий.
Законы диалектики: переход количественных изменений в качественные, единство и борьба противоположностей и др.; анализ парных диалектических категорий: историческое и логическое, явление и сущность, общее (всеобщее) и единичное и др. являются неотъемлемыми компонентами любого грамотно построенного научного исследования.
Научные теории, проверенные практикой: любая такая теория, по существу, выступает в функции метода при построении новых теорий в данной или даже в других областях научного знания, а также в функции метода, определяющего содержание и последовательность экспериментальной деятельности исследователя. Поэтому различие между научной теорией как формой научного знания и как метода познания в данном случае носит функциональный характер: формируясь в качестве теоретического результата прошлого исследования, метод выступает как исходный пункт и условие последующих исследований.
Доказательство - метод - теоретическое (логическое) действие, в процессе которого истинность какой-либо мысли обосновывается с помощью других мыслей . Всякое доказательство состоит из трех частей: тезиса, доводов (аргументов) и демонстрации. По способу ведения доказательства бывают прямые и косвенные, по форме умозаключения - индуктивными и дедуктивными. Правила доказательств:
1. Тезис и аргументы должны быть ясными и точно определенными.
2. Тезис должен оставаться тождественным на протяжении всего доказательства.
3. Тезис не должен содержать в себе логическое противоречие.
4. Доводы, приводимые в подтверждение тезиса, сами должны быть истинными, не подлежащими сомнению, не должны противоречить друг другу и являться достаточным основанием для данного тезиса.
5. Доказательство должно быть полным.
В совокупности методов научного познания важное место принадлежит методу анализа систем знаний. Любая научная система знаний обладает определенной самостоятельностью по отношению к отражаемой предметной области. Кроме того, знания в таких системах выражаются при помощи языка, свойства которого оказывают влияние на отношение систем знаний к изучаемым объектам - например, если какую-либо достаточно развитую психологическую, социологическую, педагогическую концепцию перевести на, допустим, английский, немецкий, французский языки - будет ли она однозначно воспринята и понята в Англии, Германии и Франции? Далее, использование языка как носителя понятий в таких системах предполагает ту или иную логическую систематизацию и логически организованное употребление языковых единиц для выражения знания. И, наконец, ни одна система знаний не исчерпывает всего содержания изучаемого объекта. В ней всегда получает описание и объяснение только определенная, исторически конкретная часть такого содержания.
Метод анализа научных систем знаний играет важную роль в эмпирических и теоретических исследовательских задачах: при выборе исходной теории, гипотезы для разрешения избранной проблемы; при разграничении эмпирических и теоретических знаний, полуэмпирических и теоретических решений научной проблемы; при обосновании эквивалентности или приоритетности применения тех или иных математических аппаратов в различных теориях, относящихся к одной и той же предметной области; при изучении возможностей распространения ранее сформулированных теорий, концепций, принципов и т.д. на новые предметные области; обосновании новых возможностей практического приложения систем знаний; при упрощении и уточнении систем знаний для обучения, популяризации; для согласования с другими системами знаний и т. д.
Дедуктивный метод (синоним - аксиоматический метод) - способ построения научной теории, при котором в ее основу кладутся некоторые исходные положения аксиомы (синоним - постулаты), из которых все остальные положения данной теории (теоремы) выводятся чисто логическим путем посредством доказательства. Построение теории на основе аксиоматического метода обычно называют дедуктивным. Все понятия дедуктивной теории, кроме фиксированного числа первоначальных (такими первоначальными понятиями в геометрии, например, являются: точка, прямая, плоскость) вводятся посредством определений, выражающих их через ранее введенные или выведенные понятия. Классическим примером дедуктивной теории является геометрия Евклида. Дедуктивным методом строятся теории в математике, математической логике, теоретической физике;
- второй метод в литературе не получил названия, но он безусловно существует, поскольку во всех остальных науках, кроме вышеперечисленных, теории строятся по методу, который назовем индуктивно-дедуктивным: сначала накапливается эмпирический базис, на основе которого строятся теоретические обобщения (индукция), которые могут выстраиваться в несколько уровней - например, эмпирические законы и теоретические законы - а затем эти полученные обобщения могут быть распространены на все объекты и явления, охватываемые данной теорией (дедукция) - см. Рис. 6 и Рис. 10. Индуктивно-дедуктивным методом строится большинство теорий в науках о природе, обществе и человеке: физика, химия, биология, геология, география, психология, педагогика и т. д.
Другие теоретические методы исследования (в смысле методов - познавательных действий): выявления и разрешения противоречий, постановки проблемы, построения гипотез и т. д. вплоть до планирования научного исследования мы будем рассматривать ниже в конкретике временной структуры исследовательской деятельности - построения фаз, стадий и этапов научного исследования.
Эмпирические методы (методы-операции) .
Изучение литературы , документов и результатов деятельности. Вопросы работы с научной литературой будут рассмотрены ниже отдельно, поскольку это не только метод исследования, но и обязательный процессуальный компонент любой научной работы. Источником фактического материала для исследования служит также разнообразная документация: архивные материалы в исторических исследованиях; документация предприятий, организаций и учреждений в экономических, социологических, педагогических и других исследованиях и т. д. Изучение результатов деятельности играет важную роль в педагогике, особенно при изучении проблем профессиональной подготовки учащихся и студентов; в психологии, педагогике и социологии труда; а, например, в археологии при проведении раскопок анализ результатов деятельности людей: по остаткам орудий труда, посуды, жилищ и т. д. позволяет восстановить образ их жизни в ту или иную эпоху.
Наблюдение - в принципе, наиболее информативный метод исследования. Это единственный метод, который позволяет увидеть все стороны изучаемых явлений и процессов, доступные восприятию наблюдателя - как непосредственному, так и с помощью различных приборов.
В зависимости от целей, которые преследуются в процессе наблюдения, последнее может быть научным и ненаучным. Целенаправленное и организованное восприятие объектов и явлений внешнего мира, связанное с решением определенной научной проблемы или задачи, принято называть научным наблюдением. Научные наблюдения предполагают получение определенной информации для дальнейшего теоретического осмысления и истолкования, для утверждения или опровержения какой-либо гипотезы и пр.
Научное наблюдение складывается из следующих процедур:
Определение цели наблюдения (для чего, с какой целью?);
Выбор объекта, процесса, ситуации (что наблюдать?);
Выбор способа и частоты наблюдений (как наблюдать?);
Выбор способов регистрации наблюдаемого объекта, явления (как фиксировать полученную информацию?);
Обработка и интерпретация полученной информации (каков результат?) - см., например, .
Наблюдаемые ситуации подразделяются на:
Естественные и искусственные;
Управляемые и не управляемые субъектом наблюдения;
Спонтанные и организованные;
Стандартные и нестандартные;
Нормальные и экстремальные и т. д.
Кроме того, в зависимости от организации наблюдения оно может быть открытым и скрытым, полевым и лабораторным, а в зависимости от характера фиксации - констатирующим, оценивающим и смешанным. По способу получения информации наблюдения подразделяются на непосредственные и инструментальные. По объему охвата изучаемых объектов различают сплошные и выборочные наблюдения; по частоте - постоянные, периодические и однократные. Частным случаем наблюдения является самонаблюдение, достаточно широко используемое, например, в психологии.
Наблюдение необходимо для научного познания, поскольку без него наука не смогла бы получить исходную информацию, не обладала бы научными фактами и эмпирическими данными, следовательно, невозможно было бы и теоретическое построение знания.
Однако наблюдение как метод познания обладает рядом существенных недостатков. Личные особенности исследователя, его интересы, наконец, его психологическое состояние могут значительно повлиять на результаты наблюдения. Еще в большей степени подвержены искажению объективные результаты наблюдения в тех случаях, когда исследователь ориентирован на получение определенного результата, на подтверждение существующей у него гипотезы.
Для получения объективных результатов наблюдения необходимо соблюдать требования интерсубъективности, то есть данные наблюдения должны (и/или могут) быть получены и зафиксированы по возможности другими наблюдателями.
Замена прямого наблюдения приборами неограниченно расширяет возможности наблюдения, но также не исключает субъективности; оценка и интерпретация подобного косвенного наблюдения осуществляется субъектом, и поэтому субъектное влияние исследователя все равно может иметь место.
Измерение . Измерение используется повсеместно, в любой человеческой деятельности. Так, практически каждый человек в течение суток десятки раз проводит измерения, смотря на часы. Общее определение измерения таково: Измерение - это познавательный процесс, заключающийся в сравнении... данной величины с некоторым ее значением, принятым за эталон сравнения.
В том числе, измерение является эмпирическим методом (методом-операцией) научного исследования.
Можно выделить определенную структуру измерения, включающую следующие элементы:
1) познающий субъект, осуществляющий измерение с определенными познавательными целями;
2) средства измерения, среди которых могут быть как приборы и инструменты, сконструированные человеком, так и предметы и процессы, данные природой;
3) объект измерения, то есть измеряемая величина или свойство, к которому применима процедура сравнения;
4) способ или метод измерения, который представляет собой совокупность практических действий, операций, выполняемых с помощью измерительных приборов, и включает в себя также определенные логические и вычислительные процедуры;
5) результат измерения, который представляет собой именованное число, выражаемое с помощью соответствующих наименований или знаков .
Гносеологическое обоснование метода измерения неразрывно связано с научным пониманием соотношения качественных и количественных характеристик изучаемого объекта (явления). Хотя при помощи этого метода фиксируются только количественные характеристики, эти характеристики неразрывно связаны с качественной определенностью изучаемого объекта. Именно благодаря качественной определенности можно выделить количественные характеристики, подлежащие измерению. Единство качественной и количественной сторон изучаемого объекта означает как относительную самостоятельность этих сторон, так и их глубокую взаимосвязь. Относительная самостоятельность количественных характеристик позволяет изучить их в процессе измерения, а результаты измерения использовать для анализа качественных сторон объекта.
Проблема точности измерения также относится к гносеологическим основаниям измерения как метода эмпирического познания. Точность измерения зависит от соотношения объективных и субъективных факторов в процессе измерения.
К числу таких объективных факторов относятся:
Возможности выделения в изучаемом объекте тех или иных устойчивых количественных характеристик, что во многих случаях исследования, в частности, социальных и гуманитарных явлений и процессов затруднено, а, подчас, вообще невозможно;
Возможности измерительных средств (степень их совершенства) и условия, в которых происходит процесс измерения. В ряде случаев отыскание точного значения величины принципиально невозможно. Невозможно, например, определить траекторию электрона в атоме и т. д.
К субъективным факторам измерения относятся выбор способов измерения, организация этого процесса и целый комплекс познавательных возможностей субъекта - от квалификации экспериментатора до его умения правильно и грамотно истолковывать полученные результаты.
Наряду с прямыми измерениями в процессе научного экспериментирования широко применяется метод косвенного измерения. При косвенном измерении искомая величина определяется на основании прямых измерений других величин, связанных с первой функциональной зависимостью. По измеренным значениям массы и объема тела определяется его плотность; удельное сопротивление проводника может быть найдено по измеренным величинам сопротивления, длины и площади поперечного сечения проводника и т. д. Особенно велика роль косвенных измерений в тех случаях, когда прямое измерение в условиях объективной реальности невозможно. Например, масса любого космического объекта (естественного) определяется при помощи математических расчетов, основанных на использовании данных измерения других физических величин.
Опрос . Этот эмпирический метод применяется только в общественных и гуманитарных науках. Метод опроса подразделяется на устный опрос и письменный опрос. Устный опрос (беседа, интервью). Суть метода понятна из его названия. Во время опроса у спрашивающего налицо личный контакт с отвечающим, то есть он имеет возможность видеть, как отвечающий реагирует на тот или другой вопрос. Наблюдатель может в случае надобности задавать различные дополнительные вопросы и таким образом получать дополнительные данные по некоторым неосвещенным вопросам.
Устные опросы дают конкретные результаты, и с их помощью можно получить исчерпывающие ответы на сложные вопросы, интересующие исследователя. Однако на вопросы «щекотливого» характера опрашиваемые отвечают письменно гораздо откровеннее и ответы при этом дают более подробные и основательные.
На устный ответ отвечающий затрачивает меньше времени и энергии, чем на письменный. Однако такой метод имеет и свои отрицательные стороны. Все отвечающие находятся в неодинаковых условиях, некоторые из них могут получить через наводящие вопросы исследователя добавочную информацию; выражение лица или какой-либо жест исследователя оказывает некоторое воздействие на отвечающего.
Вопросы, используемые для интервью, заблаговременно планируются и составляется вопросник, где должно быть оставлено место и для записи (протоколирования) ответа.
Основные требования при составлении вопросов:
1) опрос не должен носить случайный характер, а быть планомерным; при этом более понятные отвечающему вопросы задаются раньше, более трудные - позднее;
2) вопросы должны быть лаконичными, конкретными и понятными для всех отвечающих;
3) вопросы не должны противоречить этическим нормам.
Правила проведения опроса:
1) во время интервью исследователь должен быть с отвечающим наедине, без посторонних свидетелей;
2) каждый устный вопрос прочитывается с вопросного листа (вопросника) дословно, в неизменном виде;
3) точно придерживается порядок следования вопросов; отвечающий не должен видеть вопросника или иметь возможность прочитать следующие за очередным вопросы;
4) интервью должно быть кратковременным - от 15 до 30 минут в зависимости от возраста и интеллектуального уровня опрашиваемых;
5) интервьюирующий не должен воздействовать на отвечающего каким-либо способом (косвенно подсказывать ответ, качать головой в знак неодобрения, кивать головой и т. д.);
6) интервьюирующий может в случае надобности, если данный ответ неясен, задавать дополнительно лишь нейтральные вопросы (например: «Что Вы хотели этим сказать?», «Объясните немного подробнее!»).
7) ответы записываются в вопросник только во время опроса.
В дальнейшем ответы анализируются и интерпретируются.
Письменный опрос - анкетирование. В его основе лежит заранее разработанный вопросник (анкета), а ответы респондентов (опрашиваемых) на все позиции вопросника составляют искомую эмпирическую информацию.
Качество эмпирической информации, получаемой в результате анкетирования, зависит от таких факторов, как формулировка вопросов анкеты, которые должны быть понятны опрашиваемому; квалификация, опыт, добросовестность, психологические особенности исследователей; ситуация опроса, его условия; эмоциональное состояние опрашиваемых; обычаи и традиции, представления, житейская ситуация; а также - отношение к опросу. Поэтому, используя такую информацию, всегда необходимо делать поправку на неизбежность субъективных искажений вследствие специфического индивидуального «преломления» ее в сознании опрашиваемых. А там, где речь идет о принципиально важных вопросах, наряду с опросом обращаются и к другим методам - наблюдению, экспертным оценкам, анализу документов.
Особое внимание уделяется разработке вопросника - анкеты, содержащей серию вопросов, необходимых для получения информации в соответствии с целями и гипотезой исследования. Анкета должна отвечать следующим требованиям: быть обоснованной относительно целей ее использования, то есть обеспечивать получение искомой информации; иметь устойчивые критерии и надежные шкалы оценок, адекватно отражающие изучаемую ситуацию; формулировка вопросов должна быть понятна опрашиваемому и непротиворечива; вопросы анкеты не должны вызывать отрицательных эмоций у респондента (отвечающего).
Вопросы могут носить закрытую или открытую форму. Закрытым называется вопрос, если на него в анкете приводится полный набор вариантов ответов. Опрашиваемый только отмечает тот вариант, который совпадает с его мнением. Такая форма анкеты значительно сокращает время заполнения и делает одновременно анкету пригодной для обработки на компьютере. Но иногда есть необходимость узнать непосредственно мнение опрашиваемого по вопросу, исключающему заранее подготовленные варианты ответов. В этом случае прибегают к открытым вопросам. Отвечая на открытый вопрос, отвечающий руководствуется только собственными представлениями. Следовательно, такой ответ более индивидуализирован.
Повышению достоверности ответов способствует и соблюдение ряда других требований. Одно из них состоит в том, чтобы респонденту была обеспечена возможность уклониться от ответа, выразить неопределенное мнение. Для этого шкала оценок должна предусматривать варианты ответов: «трудно сказать», «затрудняюсь ответить», «бывает по- разному», «когда как», и т.п. Но преобладание в ответах таких вариантов является свидетельством либо некомпетентности респондента, либо непригодности формулировки вопроса для получения нужной информации.
Для того чтобы получить достоверные сведения об исследуемом явлении, процессе, не обязательно опрашивать весь контингент, так как объект исследования может быть численно очень большим. В тех случаях, когда объект исследования превышает несколько сот человек, применяется выборочное анкетирование.
Метод экспертных оценок. По существу, это разновидность опроса, связанная с привлечением к оценке изучаемых явлений, процессов наиболее компетентных людей, мнения которых, дополняющие и перепроверяющие друг друга, позволяют достаточно объективно оценить исследуемое. Использование этого метода требует ряда условий. Прежде всего - это тщательный подбор экспертов - людей, хорошо знающих оцениваемую область, изучаемый объект и способных к объективной, непредвзятой оценке.
Существенное значение имеет также выбор точной и удобной системы оценок и соответствующих шкал измерения, что упорядочивает суждения и дает возможность выразить их в определенных величинах.
Зачастую бывает необходимо обучить экспертов пользоваться предложенными шкалами для однозначной оценки, чтобы свести к минимуму ошибки, сделать оценки сопоставимыми.
Если действующие независимо друг от друга эксперты стабильно дают совпадающие или близкие оценки или высказывают близкие мнения, есть основания полагать, что они приближаются к объективным. Если же оценки сильно расходятся, то это говорит либо о неудачном выборе системы оценок и шкал измерения, либо о некомпетентности экспертов.
Разновидностями метода экспертных оценок являются: метод комиссий, метод мозгового штурма, метод Делфи, метод эвристического прогнозирования и др. Ряд этих методов будет рассмотрен в третьей главе настоящей работы.
Тестирование - эмпирический метод, диагностическая процедура, заключающаяся в применении тестов (от английского test - задача, проба). Тесты обычно задаются испытуемым либо в виде перечня вопросов, требующих кратких и однозначных ответов, либо в виде задач, решение которых не занимает много времени и также требует однозначных решений, либо в виде каких-либо краткосрочных практических работ испытуемых, например квалификационных пробных работ в профессиональном образовании, в экономике труда и т.п. Тесты различаются на бланочные, аппаратурные (например, на компьютере) и практические; для индивидуального применения и группового.
Похожая информация.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Основные цели дисциплины - изучение методов и средств научного познания физических процессов, происходящих при функционировании различных технических устройств; приобретение необходимых знаний и навыков для освоения курсов прикладной механики, а также проектирования, расчёта, конструирования, производства и диагностики объектов техники, изучаемых студентами в циклах специальных дисциплин.
– методам статистической обработки и интерпретации результатов измерений;
– методам планирования научных и технических экспериментов;
– работать с измерительной техникой;
– овладеть принципами, способами и методами измерения характеристик процессов и величин физических параметров;
– обработке результатов измерений.
В результате изучения дисциплины «Методы и средства исследования» студент должен:
– основные экспериментальные и численные способы исследования характеристик технических устройств;
– основные методы статистической обработки результатов инженерных и научных исследований;
– основные методы планирования результатов экспериментальных и численных исследований, применяемые в промышленности и сфере обслуживания технических устройств;
– методы и средства измерений физических величин и характеристик процессов, происходящих при функционировании машин и агрегатов;
– методы диагностики бытовых машин и агрегатов;
– производить диагностику технических устройств на основе вероятностных методов математической статистики;
– планировать и проводить технические эксперименты;
– производить статистическую обработку результатов экспериментов;
– проводить численные эксперименты с применением вычислительной техники и современных численных пакетов программ;
· получить навыки:
– в проведении научных экспериментов с бытовыми техническими устройствами;
– в применении численных и статистических методов исследования, а также методов диагностики для инженерных расчетов;
– в использовании программных пакетов "Mathcad, Statistica,LabView".
| № п/п | Наименование темы | ||||||
| лекции | лаб. раб. | пр. зан. | сем. зан. | итого | |||
| Введение | - | - | - | - | |||
| 1. | Теоретические основы и основные понятия дисциплины | - | - | - | |||
| 2. | Погрешности результатов исследований и причины погрешностей | - | - | ||||
| 3. | Статистические погрешности измерений | - | - | ||||
| 4. | Методы статистической обработки результатов исследований | - | - | ||||
| 5. | Регрессионный анализ результатов исследований | - | - | ||||
| 6. | Основы планирования экспериментальных исследований | - | - | ||||
| 7. | Основы теории технической диагностики | - | - | ||||
| 8. | Основы математического моделирования | - | - | ||||
| 9. | Методы и средства исследования счетчиков времени и событий | - | - | ||||
| 10. | Методы и средства исследования кинематических и динамических параметров | - | - | ||||
| 11. | Методы и способы исследования теплофизических величин | - | - | ||||
| 12. | Методы и средства исследования высокочастотных и звуковых колебаний | - | - | ||||
| 13. | Методы, средства и способы исследования электромагнитных величин | - | - | ||||
| 14. | Методы и средства исследования параметров светотехнических и радиоактивных величин | - | - | ||||
| Всего: | - | - | |||||
| Формы итогового контроля: | Курс. работа (проект) | Контр. работа | Зачет | Экзамен | |||
| Семестры: | - | - | - | ||||
| Для заочной формы обучения | |||||||
| Всего: | - | - | |||||
| Формы итогового контроля: | Курс. работа (проект) | Контр. работа | Зачет | Экзамен | |||
| Семестры: | - | - | - |
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Введение
Теоретические основы и основные понятия дисциплины. Ее содержание и место в системе изучаемых дисциплин и инженерных знаний будущих специалистов – механиков сервиса. Виды и этапы научных исследований. Основные предпосылки и сущность исследований.
Тема 1. Теоретические основы и основные понятия дисциплины
Численные, экспериментальные и экспериментально-теоретические методы исследований. Прямые, косвенные и совокупные измерения характеристик процессов. Идеальная и обобщенная схема исследований.
Тема 2. Погрешности результатов исследований и причины погрешностей
Применение измерительной техники для исследования материалов и технологических процессов. Погрешности представительности измеряемых величин. Обратное воздействие процесса измерения на измеряемую величину. Аддитивные и мультипликативные внешние и внутренние помехи. Систематические и случайные погрешности. Статические и динамические погрешности. Погрешность результата измерения, недостоверность измерения и предел погрешности. Погрешности, связанные c обработкой результатов исследований.
Лабораторное занятие:
Обработка статистических характеристик по результатам эксперимента. Исследование погрешностей измерения и обработки результатов исследований.
Тема 3. Статистические погрешности измерений
Виды погрешностей, их описание, погрешность отдельного измерения и среднего значения. Математическое ожидание, дисперсия и их оценки. Построение гистограммы результатов исследований. Дифференциальная и интегральная функции распределения. Статистическая надежность и доверительный интервал результата.
Лабораторное занятие:
Определение и исследование основных параметров описательной статистики по результатам эксперимента.
Тема 4. Методы статистической обработки результатов исследований
Основные законы распределений результатов исследований. Нормальное и логнормальное распределения случайных величин. Распределения функций случайных величин. -распределение, t –распределение Стьюдента. Соотношение между теоретическими и экспериментальными значениями вероятностных оценок погрешностей. Качественная и количественная оценка гипотезы нормальности распределения.
Лабораторное занятие:
Определение характеристик случайных процессов на основе корреляционного анализа.
Тема 5. Регрессионный анализ результатов исследований
Применение числовых и функциональных характеристик случайных величин для анализа технологических процессов. Линейная и нелинейная регрессии. Оценка коэффициентов регрессии. Доверительные границы коэффициентов регрессии. Анализ уравнения регрессии. Линейная корреляция. Определение и нормирование корреляционной функции.
Лабораторное занятие:
Исследование уравнений линейной и нелинейной регрессии.
Тема 6. Основы планирования экспериментальных исследований
Планирование и обработка активного однофакторного эксперимента. Планирование эксперимента для получения линейных многофакторных моделей. Численный и физический эксперимент. Полный факторный эксперимент. Получение уравнения регрессии на основе полного факторного эксперимента. Дробные реплики. Метод крутого восхождения. Планы второго порядка. Планирование объема выборки; применение основных статистических критериев для сравнения числовых характеристик продукта или технологического процесса.
Лабораторное занятие:
Планирование эксперимента и обработка результатов.
Тема 7. Основы теории технической диагностики
Постановка задач технической диагностики. Вероятностные методы распознавания Байеса и минимакса. Метрические методы распознавания. Логические методы. Теория управления.
Лабораторное занятие:
Обоснование статистических решений методами технической диагностики.
Тема 8. Основы математического моделирования
Понятие о физической и математической модели. Структура математической модели. Анализ математических моделей с использованием аналитических и численных методов. Модели анализа и синтеза. Уровни и классы моделей, и иерархические принципы построения математических моделей. Общие численные методы решения инженерных задач. Пакеты прикладных программ инженерных расчетов.
Лабораторное занятие:
Модели физических процессов, использующие дифференциальные уравнения второго порядка (моделирование остывания нагретых тел; оценка коэффициента остывания по экспериментальным результатам).
Тема 9. Методы и средства исследования счетчиков времени и событий
Конструкции и параметры часов, счетчиков: механических, электромеханических, суммирующих, дифференциальных, пневматических, электронных, многофункциональных и др.
Лабораторное занятие:
Исследование счетчиков времени.
Тема 10. Методы и средства исследования кинематических и динамических параметров
Скорости, частоты вращения, массы и ее производные. Параметры потока жидкостей и газов. Способы взвешивания, измерения расхода, малых линейных и угловых перемещений и деформаций.
Лабораторное занятие:
Исследование колебательных процессов.
Тема 11. Методы и способы исследования теплофизических величин
Температуры в твердых, жидких и газообразных веществах, определения теплофизических свойств тел, термометров, пирометров, калориметров, безинерционные средства и способы измерения параметров тепловых потоков.
Лабораторное занятие:
Исследование теплофизических параметров твердых, жидких и газообразных веществ.
Тема 12. Методы и средства исследования высокочастотных и звуковых колебаний
Уровни шума, частотных характеристик, анализ шумов, шумомеры, вибродиагностика технического оборудования и систем.
Лабораторное занятие:
Исследование уровня и частоты звука.
Тема 13. Методы, средства и способы исследования электромагнитных величин
Напряжение, ток, сопротивление, фазовые характеристики, амплитудные и действующие значения, интенсивности излучений и их безопасные нормы, электронно-лучевые и числовые осциллографы, аналогово-цифровые преобразователи и др.
Лабораторное занятие:
Исследование электромагнитных величин.
Тема 14. Методы и средства исследования параметров светотехнических и радиоактивных величин
Яркость, освещенность, сила света, интенсивность светового потока, поглощенные дозы радиации, радиоактивность излучений. Допустимые нормы радиоактивности, радиометрия, спектральный анализ, счетчики, детекторы и др.
Лабораторное занятие:
Исследование светотехнических величин.
Организация самостоятельной работы студентов
Самостоятельная работа по дисциплине включает:
– изучение теоретического материала по конспекту лекций, а также с использованием дополнительной литературы;
– выполнение домашнего задания по темам дисциплины:
– по темам 1-4: изучить теоретические основы научных исследований: планирование эксперимента, моделирование, методов исследований; выбрать объект из изделий бытовой техники, спланировать и провести эксперимент по оптимизации его основного(ых) параметра (ов);
– по темам 5-9: изучить статистические распределения и гипотезы, используемые в научном эксперименте; по заданной выборке изделий из партии провести приемочный контроль всей партии; по заданной выборке параметров технологического процесса провести текущий - предупредительный контроль настроенности самого технологического процесса.
– по темам 9-14: изучить методы и средства измерений, используемые в научном эксперименте; изучить погрешности, имеющие место при проведении исследований;
– подготовку к зачету.
ФОРМЫ И ВИДЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
1. Текущий контроль:
Рубежный контроль.
Основная:
1. Кремер, Н. Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: учебник / Н. Ш. Кремер. - М. : ЮНИТИ, 2006.
2. Ефимова, М. Р. Общая теория статистики: учебник / М. Р. Ефимова. – М. : ИНФРА-М, 2006.
3. Вентцель, Е. С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения: учеб. пособие / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров. – М. : Высшая школа, 2005.
Дополнительная:
1. Измерения в промышленности: справочник: в 3 кн. / под ред. П. Профоса. – М. : Металлургия, 2000.
2. Лепеш, Г. В. Методы и средства исследований: лабораторный практикум / Г. В. Лепеш. - СПб. : СПбГАСЭ, 2004.
3. Лепеш, Г. В. Методы и средства исследований: метод. указ. по изучению курса / Г. В. Лепеш. - СПб. : СПбГАСЭ, 2005.
4. Страхов, А. Ф. Автоматизированные измерительные комплексы / А. Ф. Страхов. - М. : Энергоиздат, 2002.
Лекции проводятся с использованием диафильмов, слайдов и плакатов по основным темам дисциплины.
Лабораторные занятия проводятся в компьютерном классе «Информатика» с использованием программных пакетов «STATISTICA-6», «LAB VIEW» и «MATHCAD».
Дисциплина обеспечена электронной версией конспекта лекций. Для оценки уровня освоения отдельных тем предусмотрены программы тестового контроля.
Составитель: к.т.н., доц. кафедры «Техническая механика» В.А. Долженков.
Рецензент: д.т.н., проф. кафедры «Техническая механика» Л.А. Голдобина.
УЧЕБНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ВТ
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Основные цели дисциплины – сформировать у студентов практические навыки работы с современной вычислительной техникой в основных направлениях и будущей профессиональной деятельности.
Задачи дисциплины – научить студентов:
Основам программирования в среде QBasic;
Работать с линейными программами и программами более сложного структурного типа;
Работать с программами для работы с файлами последовательного доступа.
Знания, полученные при изучении дисциплины, позволяют сформировать наиболее оптимальный комплекс знаний будущего специалиста в основных направлениях его профессиональной деятельности, а так же дать студентам практические навыки и теоретические знания, необходимые для работы на персональном компьютере.
ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения дисциплины «Учебный практикум по ВТ» студент должен:
Современное состояние программных средств электронно-вычислительной техники;
Пользоваться компьютером;
Использовать необходимую для работы программную среду;
Передавать информацию из одного программного приложения в другие;
Составлять простые программы в «Бейсике»
· получить навыки:
Передачи информации из одного программного приложения в другие;
Составления простых программ в «Бейсике».
ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ
| № п/п | Наименование темы | Объем аудиторных занятий (в часах) | Объем сам. раб. студентов (в час.) | ||||
| лекции | лаб. раб. | пр. зан. | сем. зан. | итого | |||
| 1. | Вход в среду QBasic | - | - | - | |||
| 2. | Отладка линейной программы | - | - | - | |||
| 3. | Отладка программы с разветвлениями | - | - | - | |||
| 4. | Отладка программы с циклами | - | - | - | |||
| 5. | Отладка программы с вложенными циклами | - | - | - | |||
| 6. | Отладка программы с подпрограммами | - | - | - | |||
| 7. | Программы для работы с файлами последовательного доступа | - | - | - | |||
| 8. | Построение графиков простых функций | - | - | - | |||
| Всего: | - | - | - | ||||
| Формы итогового контроля: | Курс. работа (проект) | Контр. работа | Зачет | Экзамен | |||
| Семестры: | - | - | - | ||||
| Для заочной формы обучения | |||||||
| Всего: | - | - | - | ||||
| Формы итогового контроля: | Курс. работа (проект) | Контр. работа | Зачет | Экзамен | |||
| Семестры: | - | - | - |
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Тема 1. Вход в среду QBasic
Лабораторное занятие:
Редактирование текста в редакторе QBasic на примере простой программы.
Тема 2. Отладка линейной программы
Лабораторное занятие:
Разработка программы для освоения операторов ввода-вывода (DATA, READ, PRINT).
Тема 3. Отладка программы с разветвлениями
Лабораторное занятие:
Разработка программы для освоения операторов INPUT, IF THEN ELSE (линейная и блочная формы).
Тема 4. Отладка программы с циклами
Лабораторное занятие:
Разработка программы для освоения операторов цикла FOR…NEXT.
Тема 5. Отладка программы с вложенными циклами
Лабораторное занятие:
Разработка программы для освоения вложенных циклов FOR…NEXT и операторов цикла DO LOOP и WHILE WEND.
Тема 6. Отладка программы с подпрограммами
Лабораторное занятие:
Разработка программы для освоения подпрограмм SUB и GOSUB.
Тема 7. Программы для работы с файлами последовательного доступа
Лабораторное занятие:
Разработка программы для освоения операторов OPEN, CLOSE, INPUT#, PRINT#.
Тема 8. Построение графиков простых функций
Лабораторное занятие:
Разработка программы для освоения операторов графического режима DRAW, LINE, CIRCLE, GET, PUT.
ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТА
Самостоятельная работа студентов по дисциплине включает:
Выполнение лабораторных работ и расчетов на ПК;
Подготовка к зачету.
ФОРМЫ И ВИДЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
1. Текущий контроль:
Отчет по результатам выполнения лабораторных работ;
Рубежный контроль.
2. Промежуточная аттестация – зачетно-экзаменационная сессия:
Зачет – по результатам проведения всех форм текущего контроля в соответствии с учебным планом.
3. Контроль остаточных знаний студентов (тесты).
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная:
1. Безручко, В. Т. Практикум по курсу «Информатика»: учеб. пособие / В. Т. Безручко. – М. : Финансы и статистика, 2004.
2. Информатика: практикум / под ред. Н. В. Макаровой. – М. : Финансы и статистика, 2003.
3. Касаев, Б. С. Информатика: практикум на ЭВМ: учеб. пособие / Б. С. Касаев, В. А. Каймин. – М. : Инфра-М, 2003.
Дополнительная:
1. Акулов, О. А. Информатика. Базовый курс: учебник / О. А. Акулов. – М. : Омега-Л, 2005.
2. Гордеев, А. В. Операционные системы: учебник / А. В. Гордеев. – СПб. : Питер, 2004.
3. Королев, Л. Н. Информатика. Введение в компьютерные науки: учебник / Л. Н. Королев, А. И. Шиков. – М. : Высшая школа, 2003.
4. Лабораторный практикум по информатике: учеб. пособие / под ред. В. А. Острейковского. – М. : Высшая школа, 2003.
5. Олифер, В. Г. Сетевые операционные системы / В. Г. Олифер. – СПб. : Питер, 2005.
6. Попов, А. А. Excel. Практическое руководство: учеб. пособие / А. А. Попов. – М. : ДЕСС, 2004.
7. Тяжев, А. Т. Основы программирования на языке BASIC: лабораторный практикум / А. Т. Тяжев. – СПб. : СПбГАСЭ, 2005.
8. Уваров, В. М. Практикум по информатике и ВТ: учеб. пособие / В. М. Уваров. – М. : Академия, 2005.
Периодические издания:
1. Информатика и системы управления: журнал
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Лабораторные работы проводятся в компьютерном классе «Информатика», укомплектованном учебно-наглядными материалами (лабораторным стендом для изучения устройства персонального компьютера, наборами плакатов и таблиц, диаграмм) и оснащенном соответствующим оборудованием.
Составители: к.т.н., доц. кафедры «Информатика» А.Т. Тяжев.
Рецензент: к.т.н., доц. кафедры «Информатика» П.Е. Антонюк.
4.3. Национально-региональный (вузовский) компонент
(специализация "Сервис экосистем и природоохранных объектов")
Средства и методы являются важнейшими составляющими компонентами логической структуры организации деятельности.
В ходе развития науки разрабатываются и совершенствуются средства познания: материальные, математические, логические, языковые, информационные. Все средства познания – это специально создаваемые средства. Материальные средства познания – это, в первую очередь, приборы для научных исследований. В истории с возникновением материальных средств познания связано формирование эмпирических методов исследования – наблюдения, измерения, эксперимента.
Использование материальных средств познания в науке вообще – оказывает глубокое влияние на формирование понятийного аппарата наук, на способы описания изучаемых предметов, способы рассуждений и представлений, на используемые обобщения, идеализации и аргументы.
Информационные средства познания. Массовое внедрение вычислительной техники, информационных технологий, средств телекоммуникаций коренным образом преобразует научно-исследовательскую деятельность во многих отраслях науки, делает их средствами научного познания. Информационные средства позволяют значительно упростить обработку статистических данных практически во всех отраслях науки. А применение спутниковых навигационных систем во много раз повышает точность измерений в геодезии, картографии и т.д.
Математические средства познания. Развитие математических средств познания оказывает все большее влияние на развитие современной науки, они проникают и в гуманитарные, общественные науки. Математика, будучи наукой о количественных отношениях и пространственных формах, абстрагированных от их конкретного содержания, разработала и применила конкретные средства отвлечения формы от содержания и сформулировала правила рассмотрения формы как самостоятельного объекта в виде чисел, множеств и т.д., что упрощает, облегчает и ускоряет процесс познания, позволяет глубже выявить связь между объектами, от которых абстрагирована форма, вычленить исходные положения, обеспечить точность и строгость суждений. Математические средства позволяют рассматривать не только непосредственно абстрагированные количественные отношения и пространственные формы, но и логически возможные, то есть такие, которые выводят по логическим правилам из ранее известных отношений и форм.
Под влиянием математических средств познания претерпевает существенные изменения теоретический аппарат описательных наук. Математические средства позволяют систематизировать эмпирические данные, выявлять и формулировать количественные зависимости и закономерности. Математические средства используются также как особые формы идеализации и аналогии (математическое моделирование).
Логические средства познания. В любом исследовании ученому приходится решать логические задачи. Использование логических средств в процессе построения рассуждений и доказательств позволяет исследователю отделять контролируемые аргументы от интуитивно или некритически принимаемых, ложные от истинных, путаницу от противоречий.
Языковые средства познания. Важным языковым средством познания являются, в том числе, правила построения определений понятий (дефиниций). Во всяком научном исследовании ученому приходится уточнять введенные понятия, символы и знаки, употреблять новые понятия и знаки. Определения всегда связаны с языком как средством познания и выражения знаний.
Существенную, подчас определяющую роль в построении любой научной работы играют применяемые методы исследования.
Методы исследования подразделяются на эмпирические (эмпирический – дословно – воспринимаемый посредством органов чувств) и теоретические .
Исходя из этого мы выделяем:
– методы-операции;
– методы-действия.
Теоретические методы:
– методы – познавательные действия: выявление и разрешение противоречий, постановка проблемы, построение гипотезы и т.д.;
– методы-операции: анализ, синтез, сравнение, абстрагирование и конкретизация и т.д.
Табл. 3 Методы научного исследования
Средства и методы являются важнейшими составляющими компонентами логической структуры организации деятельности. Поэтому они составляют крупный раздел методологии как учения об организации деятельности.
Следует отметить, что публикаций, систематически раскрывающих средства и методы деятельности, практически нет. Материал о них разбросан по различным источникам. Поэтому мы решили достаточно подробно рассмотреть этот вопрос и попытаться выстроить средства и методы научного исследования в определенной системе. К тому же средства и большинство методов относятся не только к научной, но и к практической деятельности, к учебной деятельности и т.д.
2.2.1 Средства научного исследования (средства познания).
В ходе развития науки разрабатываются и совершенствуются средства познания: материальные, математические, логические, языковые . Кроме того, в последнее время к ним, очевидно, необходимо добавить информационные средства как особый класс. Все средства познания – это специально создаваемые средства. В этом смысле материальные, информационные, математические, логические, языковые средства познания обладают общим свойством: их конструируют, создают, разрабатывают, обосновывают для тех или иных познавательных целей.
Материальные средства познания – это, в первую очередь, приборы для научных исследований. В истории с возникновением материальных средств познания связано формированиеэмпирических методов исследования –наблюдения, измерения, эксперимента.
Эти средства непосредственно направлены на изучаемые объекты, им принадлежит главная роль в эмпирической проверке гипотез и других результатов научного исследования, в открытии новых объектов, фактов. Использование материальных средств познания в науке вообще – микроскопа, телескопа, синхрофазотрона, спутников Земли и т.д. – оказывает глубокое влияние на формирование понятийного аппарата наук, на способы описания изучаемых предметов, способы рассуждений и представлений, на используемые обобщения, идеализации и аргументы.
Информационные средства познания . Массовое внедрение вычислительной техники, информационных технологий, средств телекоммуникаций коренным образом преобразует научно-исследовательскую деятельность во многих отраслях науки, делает их средствами научного познания. В том числе, в последние десятилетия вычислительная техника широко используется для автоматизации эксперимента в физике, биологии, в технических науках и т.д., что позволяет в сотни, тысячи раз упростить исследовательские процедуры и сократить время обработки данных. Кроме того, информационные средства позволяют значительно упростить обработку статистических данных практически во всех отраслях науки. А применение спутниковых навигационных систем во много раз повышает точность измерений в геодезии, картографии и т.д.
Математические средства познания . Развитие математических средств познания оказывает все большее влияние на развитие современной науки, они проникают и в гуманитарные, общественные науки.
Математика, будучи наукой о количественных отношениях и пространственных формах, абстрагированных от их конкретного содержания, разработала и применила конкретные средства отвлечения формы от содержания и сформулировала правила рассмотрения формы как самостоятельного объекта в виде чисел, множеств и т.д., что упрощает, облегчает и ускоряет процесс познания, позволяет глубже выявить связь между объектами, от которых абстрагирована форма, вычленить исходные положения, обеспечить точность и строгость суждений. Математические средства позволяют рассматривать не только непосредственно абстрагированные количественные отношения и пространственные формы, но и логически возможные, то есть такие, которые выводят по логическим правилам из ранее известных отношений и форм.
Под влиянием математических средств познания претерпевает существенные изменения теоретический аппарат описательных наук. Математические средства позволяют систематизировать эмпирические данные, выявлять и формулировать количественные зависимости и закономерности. Математические средства используются также как особые формы идеализации и аналогии (математическое моделирование).
Логические средства познания . В любом исследовании ученому приходится решать логические задачи:
– каким логическим требованиям должны удовлетворять рассуждения, позволяющие делать объективно-истинные заключения; каким образом контролировать характер этих рассуждений?
– каким логическим требованиям должно удовлетворять описание эмпирически наблюдаемых характеристик?
– как логически анализировать исходные системы научных знаний, как согласовывать одни системы знаний с другими системами знаний (например, в социологии и близко с ней связанной психологии)?
– каким образом строить научную теорию , позволяющую давать научные объяснения, предсказания и т.д.?
Использование логических средств в процессе построения рассуждений и доказательств позволяет исследователю отделять контролируемые аргументы от интуитивно или некритически принимаемых, ложные от истинных, путаницу от противоречий.
Языковые средства познания . Важным языковым средством познания являются, в том числе, правила построения определений понятий (дефиниций ). Во всяком научном исследовании ученому приходится уточнять введенные понятия, символы и знаки, употреблять новые понятия и знаки. Определения всегда связаны с языком как средством познания и выражения знаний.
Правила использования языков как естественных, так и искусственных, при помощи которых исследователь строит свои рассуждения и доказательства, формулирует гипотезы, получает выводы и т.д., являются исходным пунктом познавательных действий. Знание их оказывает большое влияние на эффективность использования языковых средств познания в научном исследовании.
Рядоположенно со средствами познания выступают методы научного познания (методы исследования).
Характеристики научной деятельности В научной среде бытуют как бы два равнозначных понятия: «методология науки» и «методология научного исследования». По сути эти понятия являются синонимами: дело в том, что научная деятельность, деятельность каждого исследователя (или коллектива ученых) осуществляется по конкретным завершенным циклам – исследованиям (научным проектам).
Характеристики научной деятельности Говоря об особенностях научной деятельности, необходимо различать индивидуальную научную деятельность – как процесс научной работы отдельного исследователя – и коллективную научную деятельность – как деятельность всего сообщества ученых, работающих в данной отрасли науки, или как работу научного коллектива исследовательского института, научных групп, научных школ и т.д. Они различны.
Особенности индивидуальной научной деятельности: 1. Научный работник должен четко ограничивать рамки своей деятельности и определять цели своей научной работы. В науке, так же как и в любой другой области профессиональной деятельности, происходит естественное разделение труда. Научный работник не может заниматься «наукой вообще», а должен вычленить четкое направление работы, поставить конкретную цель и последовательно идти к ее достижению.
Особенности индивидуальной научной деятельности: 2. Научная работа строится «на плечах предшественников». Прежде чем приступать к любой научной работе по какой-либо проблеме, необходимо изучить в научной литературе, что было сделано в данной области предшественниками.
Особенности индивидуальной научной деятельности: 3. Научный работник должен освоить научную терминологию и строго выстроить свой понятийный аппарат. Достоинством настоящего ученого является то, что он пишет и говорит о самых сложных вещах простым языком. Исследователь должен провести четкую грань между обыденным и научным языком. А различие заключается в том, что к обыденному разговорному языку не предъявляется особых требований к точности используемой терминологии. Однако, как только мы начинаем говорить об этих же понятиях на научном языке, то сразу возникают вопросы: «А в каком смысле используется такое-то понятие, такое-то понятие и т.д.? В каждом конкретном случае исследователь должен ответить на вопрос: «В каком смысле он использует то или иное понятие».
Особенности индивидуальной научной деятельности: 4. Результат любой научной работы, любого исследования должен быть обязательно оформлен в «письменном» виде (печатном или электронном) – в виде научного отчета, научного доклада, реферата, статьи, книги и т.д. Это требование обусловливается двумя обстоятельствами. Во-первых, только в письменном виде можно изложить свои идеи и результаты на строго научном языке. Во-вторых, цель любой научной работы – получить и довести до людей новое научное знание. И если это «новое научное знание» остается только в голове исследователя, о нем никто не сможет прочитать, то это знание окажется невостребованным и, по сути дела, пропадет.
Особенности коллективной научной деятельности: 1. Плюрализм научного мнения. Поскольку любая научная работа является творческим процессом, то очень важно, чтобы этот процесс не был «за регламентирован». Естественно, научная работа каждого исследовательского коллектива может и должна планироваться и довольно строго. Но при этом каждый исследователь, если он достаточно грамотен, имеет право на свою точку зрения, свое мнение, которые должны, безусловно, уважаться. Любые попытки диктата, навязывание всем общей единой точки зрения никогда не приводило к положительному результату.
Особенности коллективной научной деятельности: 2. Коммуникации в науке. Любые научные исследования могут проводиться только в определенном сообществе ученых. Это обусловлено тем обстоятельством, что любому исследователю, даже самому квалифицированному, всегда необходимо обговаривать и обсуждать с коллегами свои идеи, полученные факты, теоретические построения – чтобы избежать ошибок и заблуждений. Следует отметить, что среди начинающих исследователей нередко бытует мнение, что де «я буду заниматься научной работой сам по себе, а вот когда получу большие результаты, тогда и буду публиковать, обсуждать и т.д.». Но, к сожалению, такого не бывает. Поэтому всегда необходимо научное общение.
Особенности коллективной научной деятельности: 3. Внедрение результатов исследования – важнейший момент научной деятельности, поскольку конечной целью науки как отрасли народного хозяйства является внедрение полученных результатов в практику. Однако следует предостеречь от широко бытующего среди людей, далеких от науки, представления, что результаты каждой научной работы должны быть обязательно внедрены. Механизм внедрения иной. Результаты отдельных исследований публикуются в тезисах, статьях, затем они обобщаются в книгах, брошюрах, монографиях как чисто научных публикациях, а затем в еще более обобщенном, сокращенном и систематизированном виде попадают в вузовские учебники. И уже совсем «отжатые», наиболее фундаментальные результаты попадают в школьные учебники.
Средства научного исследования (средства познания) 1. Материальные средства познания – это, в первую очередь, приборы для научных исследований. В истории с возникновением материальных средств познания связано формирование эмпирических методов исследования – наблюдения, измерения, эксперимента.
Средства научного исследования (средства познания) 2. Информационные средства познания. Массовое внедрение вычислительной техники, информационных технологий, средств телекоммуникаций коренным образом преобразует научно-исследовательскую деятельность во многих отраслях науки, делает их средствами научного познания. Кроме того, информационные средства позволяют значительно упростить обработку статистических данных практически во всех отраслях науки. А применение спутниковых навигационных систем во много раз повышает точность измерений в геодезии, картографии и т.д.
Средства научного исследования (средства познания) 4. Логические средства познания. В любом исследовании ученому приходится решать логические задачи: – каким логическим требованиям должны удовлетворять рассуждения, позволяющие делать объективно-истинные заключения; каким образом контролировать характер этих рассуждений? – каким логическим требованиям должно удовлетворять описание эмпирически наблюдаемых характеристик? – как логически анализировать исходные системы научных знаний, как согласовывать одни системы знаний с другими системами знаний (например, в социологии и близко с ней связанной психологии)? – каким образом строить научную теорию, позволяющую давать научные объяснения, предсказания и т.д.?
Средства научного исследования (средства познания) 5. Языковые средства познания. Правила использования языков как естественных, так и искусственных, при помощи которых исследователь строит свои рассуждения и доказательства, формулирует гипотезы, получает выводы и т.д., являются исходным пунктом познавательных действий. Знание их оказывает большое влияние на эффективность использования языковых средств познания в научном исследовании.
Методы научного исследования Теоретические методы: - методы – познавательные действия: выявление и разрешение противоречий, постановка проблемы, построение гипотезы и т.д.; - методы-операции: анализ, синтез, сравнение, абстрагирование и конкретизация и т.д. Эмпирические методы: - методы – познавательные действия: обследование, мониторинг, эксперимент и т.д.; - методы-операции: наблюдение, измерение, опрос, тестирование и т.д.
Методы научного исследования Теоретические методы (методы – познавательные действия). Общефилософским, общенаучным методом познания является диалектика – реальная логика содержательного творческого мышления, отражающая объективную диалектику самой действительности. Основой диалектики как метода научного познания является восхождение от абстрактного к конкретному (Г. Гегель) – от общих и бедных содержанием форм к расчлененным и более богатым содержанием, к системе понятий, позволяющих постичь предмет в его сущностных характеристиках. В диалектике все проблемы обретают исторический характер, исследование развития объекта является стратегической платформой познания. Наконец, диалектика ориентируется в познании на раскрытие и способы разрешения противоречий.
Методы научного исследования Теоретические методы (методы-операции). Теоретические методы-операции имеют широкое поле применения, как в научном исследовании, так и в практической деятельности. Теоретические методы – операции определяются (рассматриваются) по основным мыслительным операциям, которыми являются: анализ и синтез, сравнение, абстрагирование и конкретизация, обобщение, формализация, индукция и дедукция, идеализация, аналогия, моделирование, мысленный эксперимент.
Методы научного исследования Эмпирические методы (методы-действия). Эмпирические методы-действия следует, прежде всего, подразделить на два класса. Первый класс – это методы изучения объекта без его преобразования, когда исследователь не вносит каких-либо изменений, преобразований в объект исследования. Назовем их методами отслеживания объекта. К ним относятся: собственно метод отслеживания и его частные проявления – обследование, мониторинг, изучение и обобщение опыта. Другой класс методов связан с активным преобразованием исследователем изучаемого объекта – назовем эти методы преобразующими методами – в этот класс войдут такие методы, как опытная работа и эксперимент.
Методы научного исследования Эмпирические методы (методы-операции). Изучение литературы, документов и результатов деятельности. Источником фактического материала для исследования служит также разнообразная документация: архивные материалы в исторических исследованиях; документация предприятий, организаций и учреждений в экономических, социологических, педагогических и других исследованиях и т.д.
Организация процесса проведения исследования Научно-исследовательский проект как цикл научной деятельности включает в себя три основные фазы: фаза проектирования, технологическая фаза, рефлексивная фаза. Соответственно этому процесс исследования мы будем рассматривать в этой логической структуре, по этим трем фазам: проектирование исследования; проведение исследования, включая оформление его результатов; оценку и самооценку, рефлексию его результатов.
Организация процесса проведения исследования Первая фаза – проектирование исследования – от замысла до определения конечных задач исследования и его планирования – в значительной мере осуществляется по общей для всех исследований схеме: замысел – выявление противоречия – постановка проблемы – определение объекта и предмета исследования – формулирование его цели – построение научной гипотезы – определение задач исследования – планирование исследования (составление временного графика необходимых работ).
Организация процесса проведения исследования Логика второй, собственно исследовательской, технологической фазы работы может быть построена только в самом общем виде – ведь она определяется практически целиком содержанием конкретного исследования, каждое из которых по сути своей уникально. Более однозначна логика последней стадии второй фазы, поскольку она, в общем-то, едина для большинства исследований и апробирована многолетним опытом: апробация результатов, литературное оформление работы. Также более однозначна логика построения третьей фазы – рефлексии, оценки и самооценки результатов исследования.
