- •1. ПОНЯТИЕ НАУКИ. КЛАССИФИКАЦИЯ НАУК
- •5. ВИДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
- •7.1. Классификация методов, используемых в исследованиях
- •7.3. Общенаучные методы исследования
- •8. СУЩНОСТЬ ОЦЕНИВАНИЯ
- •Экспертные методы получения первичной информации
- •11. МЕТОДЫ АНАЛИЗА
- •11.1. Детерминированные и стохастические процессы
- •11.2. Классификация методов анализа, используемых в исследованиях
- •11.2.1. Вариационный анализ
- •11.2.2. Дискриминантный анализ
- •11.2.3. Корреляционно-регрессионный анализ
- •11.3.1. Древовидные графы
- •11.3.2. Диаграмма «рыбий скелет»
- •11.4. Математические методы исследования
- •12. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО СВОЙСТВА
- •13. МОДЕЛИ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
- •13.1. Построение моделей
- •13.2. Методы имитационного моделирования
- •13.3. Основные этапы имитационного моделирования
- •13.5. Формализация имитационной модели
- •15. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
- •15.1. Классификация планов
- •15.2. Область определения, интервалы варьирования и уровни факторов. Кодирование факторов
- •15.4. Дробный факторный эксперимент
- •15.7. Экстремальный эксперимент
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •Библиографический список
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»
СиС.Д. Игнатов
ОСНОВЫбАПРИКЛАДНЫХ
И НАУЧНЫХ ИССЛЕ ОВАНИЙ
УчебноеДпособие И
Омск • 2019
УДК 002(083) ББК 76.17 И26
___________________________
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010«Озащитедетей от информации, причиняющей вредих здоровьюи развитию» даннаяпродукция маркировке неподлежит. _____________________________
Рецензенты:
СибАДИИ26 Основы пр кладных научных исследований [Электронный ресурс] : учебное пособие / .Д. Игнатов. – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2019. – URL: http://bek.sibadi.org/cgibin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe?C21COM=S&I21DBN=IBIS FULLTEXT&P21DBN= IBIS&S21FMT=briefHTML ft&Z21ID=GUEST&S21ALL=<.>TXT=esd1077.pdf<.>. - Режим доступа: для автор зованных пользователей.
канд. техн. наук, доц. И.В. Лазута (СибАДИ); канд. техн. наук, проф. А.А. Руппель (СГУВТ)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве
учебного пособ я.
Игнатов, Сергей Дм тр евич.
Рассмотрены звестные методы научных исследований, их классификация, области применения, место в процессе исследования. Изложены основные понятия теории экспериментальных исследований. Рассматриваются вопросы моделирования и подобия в научных исследованиях. Описаны методики планирования эксперимента.
Имеет интерактивное оглавление. Содержит видеофрагменты обучающего и демонстрационного характера, которые воспроизводятся с помощью проигрывателя
Windows Media.
Предназначено для бакалавров всех форм обучения направлений «Наземные транспортно-технологические комплексы» и «Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов»; специалистов, обучающихся по специальности «Наземные транспортно-технологические средства»; магистров, обучающихся по направлениям «Автоматизация технологических процессов и производств» и «Наземные транспортно-технологические комплексы»; аспирантов, обучающихся по направлению «Машиностроение», а также других направлений и специальностей, изучающих дисциплины, связанные с организацией и проведением научных исследований.
Подготовлено на кафедре «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов инфраструктур».
Мультимедийное издание (1,7 МБ)
Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM ; 1 ГБ свободного места на жестком диске ;
программа для чтения pdf-файлов : Adobe Acrobat Reader; Google Chrome ; Windows Media Player, колонки
Редактор Н.И. Косенкова Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова
Издание первое. Дата подписания к использованию 05.11.2019 Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2019
Ссылки на видео внутри файла кликабельны
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время ни одна из сфер инженерной деятельности не обходится без исследований разного уровня сложности. Понимание основ научных исследований, знания о планировании эксперимента, о методах обработки полученных данных позволяют инженеру с повышенной точностью и необходимым уровнем качества проводить исследован я разл чных процессов, формировать конструкторскую до-
кументац ю. |
|
В связи эт м |
образовательные программы преобладающего |
числа высш х учебных заведений предусматривают ознакомление |
|
С |
научных исследований. |
обучаемых с |
|
основами |
|
бА |
|
|
Д |
|
И |
3
1. ПОНЯТИЕ НАУКИ. КЛАССИФИКАЦИЯ НАУК
Понятие «наука» имеет несколько основных значений. Во-первых, под наукой понимается сфера человеческой деятельности, направленной на выработку и систематизацию новых знаний о природе, обществе, мышлении и познании окружающего мира. Во втором
СибАДИзначении наука выступает как результат этой деятельности – система полученных научных знаний. В-третьих, наука понимается как одна из форм общественного сознания, социальный институт. В последнем значен она представляет собой систему взаимосвязей между науч-
ными орган зац ями |
членами научного сообщества, а также вклю- |
чает с стемы научной |
нформации, норм и ценностей науки и т.п. [6]. |
Непосредственные цели науки – получение знаний об объективном и о субъект вном мире, постижение объективной истины.
Задачи науки [6]:
1) соб ран е, оп сание, анализ, обобщениеи объяснениефактов; 2) обнаружен е законов движения природы, общества, мышления
и познан я; 3) систематизация полученных знаний;
4) объяснение сущности явлений и процессов;
5) прогнозирование со ытий, явлений и процессов;
6) установление направлений и форм практического использования полученных знаний.
Структура науки может быть представлена по-разному в зависимости от оснований деления составляющих ее элементов. Так, В.П. Кохановский по одному из оснований деления различает [6]:
а) науку, которая нарядус истинным включает неистинные результаты (религиозные, магические представления, определенные противоречия парадоксы,личныепристрастия,антипатии,ошибкиит.д.);
) твердое ядро науки – достоверный, истинный пласт знаний; в) историю науки; г) социологию науки.
4
Науку можно рассматривать как систему, состоящую: из теории; методологии, методики и техники исследований; практики внедрения
|
полученных результатов [6]. |
|||
С |
Если |
науку рассматривать с |
||
точки зрения взаимодействия субъ- |
||||
екта и объекта познания, то она |
||||
включает в себя следующие эле- |
||||
менты:объект (предмет), субъект и |
||||
научнаядеятельность[6]. |
||||
В качестве объекта иссле- |
||||
дования практически всегда вы- |
||||
ступают определенные явления и |
||||
и |
||||
процессы природного или соци- |
||||
ального |
характера, |
отдельные |
||
свойства предметов, социотех- |
||||
нических |
систем (организаций), |
|||
|
процессов и явлений, например |
|||
|
устойчивость сооружения, кон- |
|||
|
фликты между индивидами и их |
|||
|
группами, |
процессы |
рыночного |
|
|
обмена и т. д. [3]. |
|
||
|
В качестве предмета иссле- |
|||
|
дования, т. е. того, на что непо- |
|||
|
средственно направлено внима- |
|||
бА |
|
|||
Рис. 1. Обобщенная схема |
ние исследователя, по поводу че- |
|||
исследования |
го требуется новая |
(недостаю- |
||
|
щая) информация, выступает |
|||
обобщающая структура (устройство) исследуемого объекта или ее от- |
||||
дельные частные аспекты (частныеДструктуры), условно обособ- |
||||
ленные механизмы жизнедеятельности объекта, предопределяющие |
||||
наблюдаемые свойства (проявления) рассматриваемого объекта (на- |
пример, инновационный механизм, экономическое устройство социо-
технической системы) [6]. |
И |
Субъект – конкретный исследователь, научный работник, специалист научной организации, организация [6].
Научная деятельность субъектов заключается в применении определенных приемов, операций, методов для постижения объективной истины и обнаружения законов действительности [6].
5
Наибольшую известность получила классификация наук, данная Ф. Энгельсом в «Диалектике природы». Исходя из развития движущейся материи от низшего к высшему, он выделил механику, физику, химию, биологию, социальные науки. На этом же принципе субординации форм движения материи основана классификация наук Б.М. Кедрова. Он различал шесть основных форм движения материи: субатомно-физическую, химическую, молекулярно-физическую, геологическую, б олог ческую и социальную [6].
В настоящее время в зависимости от сферы, предмета и метода
сионального ленностей),образованразра отанных федеральными учебно-методическими объединениямипонаправлен ямо разованиявыделены[6]:
познан я разл чают науки:
1) о пр роде – естественные; |
|
С |
|
2) об обществе – гуманитарные и социальные; |
|
3)омышлен |
познании–логика,гносеология,эпистемологияидр. |
В Класс ф каторе направлений и специальностей высшего профес- |
|
|
я с перечнем магистерских программ (направ- |
1) естественные науки и математика (механика, физика, химия, биология, почвоведение, география, гидрометеорология, геология, экология и др.);
2)гуманитарные и социально-экономические науки (культурология, теология, филология, философия, лингвистика, журналистика, книговедение, история, политология, психология, социальная работа, социология, регионоведение, менеджмент, экономика, искусство, физическая культура, коммерция, агроэкономика, статистика, искусство, юриспруденция и др.);
3)технические науки (строительство, полиграфия, телекоммуникации, металлургия, горное дело, электроника и микроэлектроника, геодезия, радиотехника, архитектура и др.);
4)сельскохозяйственные науки (агрономия, зоотехника, ветеринария, агроинженерия, лесное дело, рыболовство и др.).
В Номенклатуре специальностей научных работников, утвержденной Министерством науки и технологий РФ 25 января 2000 г., указаны следующие отрасли науки: физико-математические, химические, биологические, геолого-минералогические, технические, сельскохозяйственные, исторические, экономические, философские, фи-
лологические, географические, юридические, педагогические, медицинские, фармацевтические, ветеринарные, искусствоведение, архи-АИ
6
тектура, психологические, социологические, политические, культурология и науки о земле [6].
Каждая из названных групп наук может быть подвергнута дальнейшему членению.
уществуют и другие классификации наук. Например, в зависи- Смости от связи с практикой науки делят на фундаментальные (теоретические), которые выясняют основные законы объективного и субъективного м ра прямо не ориентированы на практику, и прикладные, которые направлены на решение технических, производствен-
ныхнауки, соц ально-техн ческих проблем.
Ор г нальную классификацию наук предложил Л.Г. Джахая. Раздел в науки о пр роде, о ществе и познании на теоретические и
прикладные, он внутри этой классификации выделил философию, основные науки отпочковавшиеся от них частные науки. Кроме того, он дал класс ф кац ю так называемых «стыковых» наук [6]:
науковедениебА).
промежуточные , возникшие на границе двух соседст-
вующ х наук (напр мер, математическая логика, физическая химия);
скрещенные науки, которые образовались путем соединения принципов и методов двух отдаленных друг от друга наук (например,
геофизика, экономическая география);
комплексные науки, которые образовались путем скрещива-
ния ряда теоретических наук (например, океанология, кибернетика, Д
В статистических сборниках обычно выделяют следующие секторы науки: академический, отраслевой, вузовский и заводской.
Контрольные вопросы
1.Какие науки существуют в зависимости от сферы, предмета и метода познания?
2.Что такое предмет исследования?
3.Что такое объект исследования?
4.Какие цели науки вы знаете? И
7
2. НАУЧНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Научное исследование – это деятельность, направленная на всестороннее изучение объекта, процесса или явления, их структуры и связей, а также получение и внедрение в практику полезных для че-
Словека результатов. Его объектом является материальная или идеальная система, а предметом – структура системы, взаимодействие ее элементов, разл чные свойства, закономерности развития и т.д. [7].
Фундаментальные научные исследования – это эксперименталь-
ступностиная или теорет ческая деятельность, направленная на получение новых знан й об основных закономерностях строения, функционирова-
ния разв т я человека, о щества, окружающей природной среды. Например, к ч слу фундаментальных можно отнести исследования о закономерностяхбАстановления и функционирования правового государства ли о м ровых, региональных и российских тенденциях пре-
[7].
Пр кладные научные исследования – это исследования, направленные пре мущественно на применение новых знаний для достижения практических целей и решения конкретных задач. Иными словами, они направлены на решение проблем использования научных знаний, полученных в результате фундаментальных исследований, в практической деятельности людей. Например, как прикладные можно рассматривать работы о тактике иДметодике расследования отдельных видов преступлений или о предупреждении преступлений на отдельных территориях или предприятиях.
Поисковыми называют научные исследования, направленные на определение перспективности работы над темой, отыскание путей
Взависимости от форм и методов исследованияИнекоторые авторы выделяют экспериментальное, методическое, описательное, экс- периментально-аналитическое, историко-биографическое исследования и исследования смешанного типа.
Втеории познания выделяют два уровня исследования: теоретический и эмпирический.
8
Теоретический уровень исследования характеризуется преобладанием логических методов познания. На этом уровне полученные факты исследуются, обрабатываются с помощью логических понятий, умозаключений, законов и других форм мышления [7].
Здесь исследуемые объекты мысленно анализируются, обобщаются, постигаются их сущность, внутренние связи, законы развития. На этом уровне познание с помощью органов чувств (эмпирия) может присутствовать, но оно является подчиненным.
С |
Контрольные вопросы |
|
|
||
1. |
Что такое научное исследование? |
|
2. |
Каковы осо |
фундаментальных исследований. |
3. |
Каковы осо |
поисковых исследований. |
4. |
Каковы осо |
прикладных исследований. |
енности |
||
5. |
б |
|
Что такое научная разра отка? |
3. Р БОТА С Ф КТАМИ
Научные факты – факты, имеющие научную ценность, отражаю-
щие определенный способ восприятия действительности, дающие но- |
|
|
Д |
вое знание или понимание явлений. Принципы работы с фактами |
|
(проверка, на какуюАроль претендует то, что предлагается в качестве |
|
факта) [2]: |
|
объективность; |
|
отношениексуществупроблемы(проверканарелевантность); |
|
информационная емкость; |
|
научная ценность; |
|
соответствие предмету исследования; |
|
достаточность фактов для обобщения; |
|
рациональностьсопоставления,сочетания исоединенияфактов; |
|
научная интерпретируемость. |
И |
Ошибки в работе с фактами [2]:подтасовка;фальсификация;
абсолютизация отдельных фактов (переоценкаих значимости);искажение содержания;
9
манипуляция (преднамеренный выбор таких, которые дают одностороннее представление о действительности).
В процессе работы исследователю приходится встречаться с так называемыми артефактами, которые необходимо отличать от подлинных фактов. Под артефактами (или псевдофактами) понимают процессы или образования, несвойственные изучаемому объекту в его нормальном виде. Зачастую это искусственные образования, которые могут ввести сследователя в заблуждение.
Методолог я в ш роком смысле слова представляет собой сис-
тему пр нц пов |
способов организации и построения теоретической |
|||
и практ |
ческой деятельности, а также – учение об этой системе [2]. |
|||
С |
|
|
|
|
уществует другое определение методологии как «учения о ме- |
||||
тоде научного познан я прео разования мира». Методология науки |
||||
дает характер ст |
ку компонентов научного исследования, его объек- |
|||
та, предмета, задач, |
|
средств, необходимых для решения |
||
задач |
сследован я, |
а также формирует представление о последова- |
||
совокупности |
|
|||
тельности действ |
й |
сследователя в процессе решения задачи. |
Методолог ческое знание может выступать либо в описательной форме, либо в нормативной, т.е. в форме прямых указаний к конкретной научной деятельности. В таком виде методология прямо направлена на реализацию деятельности.
Различают 4 уровня методологии [2]:
|
|
Д |
Философская методология – общие принципы познания. |
||
|
ОбщенаучнаябАметодология (содержательные общенаучные |
|
концепции). |
|
Конкретно-научная методология (совокупность методов, |
|
принципов исследования и процедур, применяемых в той или иной |
|
научной дисциплине). |
И |
|
Методология данного конкретного исследования – методика и техника исследования, набор процедур, обеспечивающих получение эмпирического материала, его первичную обработку.
Метод, или по-другому, путь исследования, представляет собой способы достижения определенной цели, совокупность приемов и операций практического или теоретического освоения действительности. К методам эмпирического уровня относят наблюдение, описание, сравнение, измерение, анкетный опрос, собеседование, тестирование, эксперимент, моделирование и т.д.
К методам теоретического уровня причисляют аксиоматический, гипотетический (гипотетико-дедуктивный), формализацию, абстраги-
10
рование, общелогические методы (анализ, синтез, индукцию, дедукцию, аналогию) и другие.
пособ – это действие или система действий, применяемое при исполнении какой-либо работы, при осуществлении чего-либо [2].
Методику можно определить как совокупность способов и приемов познания. Любое научное исследование осуществляется опреде-
Сдукция, аналог я.
ленными приемами, способами, по определенным правилам.
Все общенаучные методы для анализа целесообразно распределить на три группы: общелогические, теоретические и эмпирические. Общелог ческ ми методами являются анализ, синтез, индукция, де-
Анал з – метод сследования, с помощью которого изучаемое
ли процесс мысленно расчленяется на составные элементы с |
|
целью зучен я каждого в отдельности. Разновидностями анализа яв- |
|
ляются класс ф кац я |
периодизация [2]. |
С нтез – метод |
сследования, предполагающий мысленное со- |
явление |
единен е составныхбАчастей или элементов изучаемого объекта, его изучен е как ед ного целого.
Методы анализа и синтеза взаимоувязаны, их одинаково используют в научных исследованиях [2].
Индукция – это движение мысли (познания) от фактов, отдельных случаев к общему положению. Индукция приводит к всеобщим поняти-
из других мыслей [2]. Д Аналогия – это способ получения знаний о предметах и явлени-
ям и законам,которыемогут быть положены в основудедукции.
Дедукция – это выведение единичного, частного из какого-либо общего положения; движение мысли (познания) от общих утверждений к утверждениям об отдельных предметах или явлениях. Посред-
ством дедуктивных умозаключений «выводят» определенную мысль И
ях на основании того, что они имеют сходство с другими; рассуждение, в котором из сходства изучаемых объектов в некоторых признаках делается заключение об их сходстве и в других признаках.
В научных исследованиях широко применяется способ абстрагирования или идеализации, т.е. отвлечение от второстепенных фактов с целью сосредоточиться на важнейших особенностях изучаемого явления. Например, использование в науке понятий «идеального газа», «материальной точки» и т.п.; в технике при исследовании работы какого-либо механизма анализируют расчетную схему, которая отображает основные, существенные свойства механизма [2].
11
В ряде случаев используют способ формализации. Сущность его состоит в том, что основные положения процессов и явлений представляют в виде формул и специальной символики. Путем операций с формулами искусственных языков можно получать новые формулы, доказывать истинность какого-либо положения. Формализация является основой для алгоритмизации и программирования, без которых не может обойтись компьютеризация знания и процесса исследования. Пр менен е с мволов и других знакомых систем позволяет установить закономерности между изучаемыми фактами.
Гипотет ческ й метод основан на разработке гипотезы, научного |
||||
предположен я, содержащего элементы новизны и оригинальности. |
||||
С |
|
|
|
|
Гипотеза должна пройти экспериментальную проверку, тем самым |
||||
либо подтверд ть |
дать развитие существующей теории, полнее и |
|||
лучше объясн ть явлен я и процессы на её основе, либо дать разви- |
||||
тие новой теор . |
|
|
|
|
Обобщен – |
|
о щих свойств и отношений предме- |
||
установление |
|
|
||
тов и явлен й; определение о щего понятия, в котором отражены су- |
||||
щественные, основные признаки предметов или явлений данного |
||||
класса. Вместе с тем о о щение может выражаться в выделении не |
||||
существенныхб, а лю ых признаков предмета или явления. Этот метод |
||||
научного исследования опирается на философские категории общего, |
||||
особенного и единичного [2]. |
|
|
||
|
|
Контрольные вопросы |
||
|
|
А |
||
1. |
Что такое индукция и дедукция? |
|
||
2. |
Что такое метод и методология? |
|
||
3. |
Что такое анализ и синтез? |
|
||
4. |
Какие ошибки в работе с фактами вы знаете? |
|||
5. |
|
|
Д |
|
Что такое научные факты? |
И |
|||
|
|
|
|
4.ГИПОТЕЗА, ЕЕ РОЛЬ И ВЫДВИЖЕН Е
Чтобы ответить на вопрос, сформулированный в проблеме, в качестве пробного (предварительного) варианта ответа выдвигают гипотезу (или несколько альтернативных), которая в дальнейшем ходе исследования нуждается в доказательстве / опровержении. Таким образом, с одной стороны, гипотеза представляет собой некое априорное знание об объекте исследования, с другой – это предварительное
12