Введение.

     Естествознание - это изучение вселенной с точки  зрения рационального подхода через  законы природы. Словом "естествознание", или "естественные науки" обозначают совокупность наук о природе, отличающихся от социальных наук, изучающих человеческое поведение, а также от формальных наук. Традиционно к естественным наукам относят астрономию, биологию, химию, физику и науки о Земле.

     Историю развития естественных наук можно проследить с VI в. до н.э. Начиная с эпохи Коперника история естествознания рассматривается в свете научных революций, связанных с выявлением фундаментальных принципов природы.

     Этапов  выделяют иногда три-четыре, иногда более десяти. Переходы от этапа к этапу и от одной научной революции к другой не похожи на триумфальное шествие человеческой мысли. Основные направления ее развития возникали в результате перебора многих "окольных путей", отступлений, "периодов топтания на месте".

     Самыми  древними науками можно считать  астрономию, геометрию и медицину, созданные жрецами Египта и Междуречья. Большие успехи в данных направлениях были достигнуты также в Древнем Китае и Древней Индии. Следует отметить определенные взаимосвязи, существовавшие между этими регионами Древнего Востока. Астрономия и медицина не представляли собой в те времена отдельных наук, а были прочно вплетены в ткань философско-религиозной мысли. Математика начала развиваться для нужд астрономии, но именно математика, по мнению ряда ученых, является единственной наукой, сформировавшейся в Древнем Мире.

     Формирование  наук осуществлялось очень медленно. Принято считать, что к середине XVIII в. сформировались только четыре науки: механика, физика, математика и астрономия. Великие системы биологии, как и первые основные законы химии, пришлись на конец XVIII — начало XIX в., основные идеи геологии находились в то время в стадии формирования. Изучение естествознания нужно культурному человеку не только затем, чтобы обладать определенным объемом знаний, но и для понимания принципов мышления.

Понятие метода и методология. 

     Любое научное исследование осуществляется в рамках определенной методологии т.е. совокупности приемов исследования и методов познания и преобразования мира.

     Методология дословно означает «учение о методах» (ибо происходит этот термин от двух греческих слов: «методос» — метод и «логос» — учение). Изучая закономерности человеческой познавательной деятельности, методология вырабатывает на этой основе методы ее осуществления. Важнейшей задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

     Понятие «метод» (от греч. «методос» — путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности.

     Метод вооружает человека системой принципов, требований, правил, руководствуясь которыми он может достичь намеченной цели. Владение методом означает для человека знание того, каким образом, в какой последовательности совершать те или иные действия для решения тех или иных задач, и умение применять это знание на практике.

     Учение  о методе начало развиваться еще  в науке Нового времени. Ее представители  считали правильный метод ориентиром в движении к надежному, истинному знанию.

     Методы  научного познания принято подразделять по степени их общности, т. е. по широте применимости в процессе научного исследования.

     Всеобщих  методов в истории познания известно два: диалектический и метафизический. Это общефилософские методы. Метафизический метод с середины XIX века начал все больше и больше вытесняться из естествознания диалектическим методом.

     Вторую  группу методов познания составляют общенаучные методы, которые используются в самых различных областях науки, т. е. имеют весьма широкий междисциплинарный спектр применения. Классификация общенаучных методов тесно связана с понятием уровней научного познания. 

     Эмпирический  и теоретический  методы исследования.

     Различают два уровня научного познания: эмпирический и теоретический. Одни общенаучные методы применяются только на эмпирическом уровне (наблюдение, эксперимент, измерение), другие — только на теоретическом (идеализация, формализация), а некоторые (например, моделирование) — как на эмпирическом, так и на теоретическом уровнях.

     Эмпирический  уровень научного познания характеризуется  непосредственным исследованием реально существующих, чувственно воспринимаемых объектов. На этом уровне осуществляется процесс накопления информации об исследуемых объектах, явлениях путем проведения наблюдений, выполнения разнообразных измерений, постановки экспериментов. Здесь производится также первичная систематизация получаемых фактических данных в виде таблиц, схем, графиков и т. п. Кроме того, на данном уровне научного познания — как следствие обобщения научных фактов — возможно формулирование некоторых эмпирических закономерностей.

     Как бы то ни было, но именно обычный эмпирический факт падения яблока на голову лежащему под деревом Ньютону было отправной  точкой для открытия закона всемирного тяготения. Можно считать эмпирические факты т.е. факты нашего чувственного опыта, исходным пунктом развития естествознания.

     Одним из главных и в некоторых областях единственным эмпирическим методом  исследования  естествознания  является наблюдение. Например в астрономии. Правда, чтобы наблюдать мегамир, нужны мощные телескопы и радиотелескопы, которые улавливают космические излучения.

     Наблюдение есть чувственное (преимущественно — визуальное) отражение предметов и явлений внешнего мира. Это — исходный метод эмпирического познания, позволяющий получить некоторую первичную информацию об объектах окружающей действительности.

     Научное наблюдение (в отличие от обыденных, повседневных наблюдений) характеризуется рядом особенностей:

     1. целенаправленностью (наблюдение должно вестись для решения поставленной задачи исследования, а внимание наблюдателя фиксироваться только на явлениях, связанных с этой задачей);

     2. планомерностью (наблюдение должно проводиться строго по плану, составленному исходя из задачи исследования);

     3. активностью (исследователь должен активно искать, выделять нужные ему моменты в наблюдаемом явлении, привлекая для этого свои знания и опыт, используя различные технические средства наблюдения).

     Научные наблюдения всегда сопровождаются описанием  объекта познания. Последнее необходимо для фиксирования тех свойств, сторон изучаемого объекта, которые составляют предмет исследования. Описания результатов наблюдений образуют эмпирический базис науки, опираясь на который исследователи создают эмпирические обобщения, сравнивают изучаемые объекты по тем или иным параметрам, проводят классификацию их по каким-то свойствам, характеристикам и т.п.

     Наблюдение  как метод познания более или  менее удовлетворяло потребности наук, находившихся на описательно-эмпирической ступени развития. Дальнейший прогресс научного познания был связан с переходом многих наук к следующей, более высокой ступени развития, на которой наблюдения дополнялись экспериментальными исследованиями, предполагающими целенаправленное воздействие на изучаемые объекты.

     Другой  более сложный метод  эмпирического  познания это эксперимент. Эксперимент – это тот же «вопрос», который мы задаем  природе и ждем от нее ясного ответа. «Энштейн говорил, что природа отвечает «нет» на большинство задаваемых ей вопросов и лишь изредка от нее можно услышать более обнадеживающее «может быть»… Каков бы ни был ответ природы – «да» или «нет», - он будет выражен на том же теоретическом языке, на каком был задан вопрос». Особенности естественнонаучного эксперимента заключается в том, что его может воспроизвести каждый исследователь в любое время.

     Эксперимент предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект для выявления и изучения тех или иных его сторон, свойств, связей. При этом экспериментатор может преобразовывать исследуемый объект, создавать искусственные условия его изучения, вмешиваться в естественное течение процессов.

     В наблюдениях же отсутствует деятельность, направленная на преобразование, изменение объектов познания. Это обусловливается рядом обстоятельств: недоступностью этих объектов для практического воздействия (например, наблюдения удаленных космических объектов), нежелательностью, исходя из целей исследования, вмешательства в наблюдаемый процесс (фенологические, психологические и др. наблюдения), отсутствием технических, энергетических, финансовых и иных возможностей постановки экспериментальных исследований.

     Эксперимент включает в себя другие методы эмпирического исследования (наблюдение, измерение). В то же время он обладает рядом важных, присущих только ему особенностей.

     Во-первых, эксперимент позволяет изучать  объект в «очищенном» виде, т. е. устранять всякого рода побочные факторы, наслоения, затрудняющие процесс исследования. Например, проведение некоторых экспериментов требует специально оборудованных помещений, защищенных (экранированных) от внешних электромагнитных воздействий на изучаемый объект.

     Во-вторых, в ходе эксперимента объект может  быть поставлен в некоторые искусственные, в частности, экстремальные условия, т. е. изучаться при сверхнизких  температурах, при чрезвычайно высоких давлениях или, наоборот, в вакууме, при огромных напряженностях электромагнитного поля и т. п. В таких искусственно созданных условиях удается обнаружить удивительные, порой неожиданные свойства объектов и тем самым глубже постигать их сущность.

     В-третьих, изучая какой-либо процесс, экспериментатор  может вмешиваться в него, активно  влиять на его протекание.

     В-четвертых, важным достоинством многих экспериментов является их воспроизводимость. Это означает, что условия эксперимента, а соответственно, и проводимые при этом наблюдения, измерения могут быть повторены столько раз, сколько это необходимо для получения достоверных результатов.

     Подготовка  и проведение эксперимента требуют  соблюдения ряда условий. Так, научный эксперимент:

     1. никогда не ставится наобум, он предполагает наличие четко сформулированной цели исследования;

     2. не делается «вслепую», он всегда базируется на каких-то исходных теоретических положениях;

     3. не проводится беспланово, хаотически; предварительно исследователь намечает пути его проведения;

     4. требует определенного уровня развития технических средств познания, необходимого для его реализации;

     5. должен проводиться людьми, имеющими достаточно высокую квалификацию.

     Только  совокупность всех этих условий определяет успех в экспериментальных исследованиях.

     Описание - это фиксирование данных эксперимента или наблюдения с помощью определенных систем обозначений, принятых в науке.

     Формализация – это отображение результатов мышления в точных понятиях и утвержденияч.

     Теоретический уровень научного исследования осуществляется на рациональной (логической) ступени познания. На данном уровне происходит раскрытие наиболее глубоких, существенных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам, явлениям. Теоретический уровень — более высокая ступень в научном познании. Результатами теоретического познания становятся гипотезы, теории, законы. 

     Всеобщие  методы естественнонаучных исследований. 

     В процессе развития науки выработались некоторые общие  принципы научного мышления, которые называются всеобщими методами. 

     Всеобщие  методы касаются не предмета естествознания в целом, а лишь одной из его  сторон (явления, сущности явления, количественной стороны) или же определенного приема исследований. К данным  методам относятся, в частности, анализ и синтез, индукция и дедукция.

     Под анализом понимают разделение объекта (мысленно или реально) на составные частицы с целью их отдельного изучения. В качестве таких частей могут быть использованы какие-то вещественные элементы объекта или же его свойства, признаки, отношения и т. п.

     Анализ  — необходимый этап в познании объекта. С древнейших времен анализ применялся, например, для разложения на составляющие некоторых веществ. В частности, уже в Древнем Риме анализ использовался для проверки качества золота и серебра в виде так называемого купелирования (анализируемое вещество взвешивалось до и после нагрева). Постепенно формировалась аналитическая химия, которую по праву можно называть матерью современной химии: ведь прежде чем применять то или иное вещество в конкретных целях, необходимо выяснить его химический состав.

     Анализ  занимает важное место в изучении объектов материального мира. Но он составляет лишь первый этап процесса познания. Если бы, скажем, химики ограничивались только анализом, т. е. выделением и изучением отдельных химических элементов, то они не смогли бы познать все те сложные вещества, в состав которых входят эти элементы.

     Для постижения объекта как единого  целого нельзя ограничиваться изучением лишь его составных частей. В процессе познания необходимо вскрывать объективно существующие связи между ними, рассматривать их в совокупности, в единстве. Осуществить этот второй этап в процессе познания — перейти от изучения отдельных составных частей объекта к изучению его как единого связанного целого — возможно только в том случае, если метод анализа дополняется другим методом — синтезом.

     В процессе синтеза производится соединение воедино составных частей (сторон, свойств, признаков и т. п.) изучаемого объекта, расчлененных в результате анализа. На этой основе происходит дальнейшее изучение объекта, но уже как единого целого. При этом синтез не означает простого механического соединения разъединенных элементов в единую систему. Он раскрывает место и роль каждого элемента в системе целого, устанавливает их взаимосвязь и взаимообусловленность, т. е. позволяет понять подлинное диалектическое единство изучаемого объекта.

     Анализ  и синтез с успехом используются и в сфере мыслительной деятельности человека, т. е. в теоретическом познании. Но и здесь, как и на эмпирическом уровне познания, анализ и синтез — это не две оторванные друг от друга операции. По своему существу они — как бы две стороны единого аналитико-синтетического метода познания.

     Дедукция (от лат. deductio- выведение) - один из основных способов рассуждения (умозаключения) и методов исследования. Под дедукцией в широком смысле понимается любой вывод вообще, в более специфическом и наиболее употребительном смысле - доказательство или выведение утверждения (следствия) из одного или нескольких других утверждений (посылок) на основе законов логики, носящее достоверный характер т.е. получение частных выводов на основе знания каких-то общих положений. . Например, из общего положения, что все металлы обладают электропроводностью, можно сделать дедуктивное умозаключение об электропроводности конкретной медной проволоки (зная, что медь — металл). Если исходные общие положения являются установленной научной истиной, то методом дедукции всегда будет получен истинный вывод. Общие принципы и законы не дают ученым в процессе дедуктивного исследования сбиться с пути: они помогают правильно понять конкретные явления действительности. В науке Нового времени пропагандистом дедуктивного метода познания был видный математик и философ Р. Декарт.

     Индукция (от лат. inductio- наведение) еще один тип умозаключения и метод исследования. Как форма умозаключения индукция обеспечивает возможность перехода от единичных фактов к общим положениям. В качестве метода исследования индукция понимается как путь опытного изучения явлений, в ходе которого от отдельных фактов совершается переход к общим положениям, отдельные факты как бы наводят на общее положение т.е. есть метод познания, основывающийся на формальнологическом умозаключении, которое приводит к получению общего вывода на основании частных посылок. В реальном познании индукция всегда выступает в единстве с дедукцией.

     Индукция  широко применяется в научном  познании. Обнаруживая сходные признаки, свойства у многих объектов определенного класса, исследователь делает вывод о присущности этих признаков, свойств всем объектам данного класса. Например, в процессе экспериментального изучения электрических явлений использовались проводники тока, выполненные из различных металлов. На основании многочисленных единичных опытов сформировался общий вывод об электропроводности всех металлов.

     Но, несмотря на имевшие место в истории  науки и философии попытки  оторвать индукцию от дедукции, противопоставить их в реальном процессе научного познания, эти два метода не применяются как изолированные, обособленные друг от друга. Каждый из них используется на соответствующем этапе познавательного процесса.

     Более того, в процессе использования индуктивного метода зачастую «в скрытом виде» присутствует и дедукция. Подчеркивая необходимую связь индукции и дедукции, Ф. Энгельс настоятельно советовал ученым: «Вместо того чтобы односторонне превозносить одну из них до небес за счет другой, надо стараться каждую применять на своем месте, а этого можно добиться лишь в том случае, если не упускать из виду их связь между собой, их взаимное дополнение друг другом».

     Аналогия  -  метод познания,  при котором происходит  перенос знания, полученного в ходе  рассмотрения  какого-либо  одного  объекта,  на  другой, менее изученный и в данный момент изучаемый. Метод аналогии основывается  на сходстве предметов по ряду  каких-либо  признаков,  что  позволяет  получить вполне достоверные знания об изучаемом предмете.

     Под аналогией понимается подобие, сходство каких-то свойств, признаков или отношений у различных в целом объектов. Установление сходства (или различия) между объектами осуществляется в результате их сравнения. Таким образом, сравнение лежит в основе метода аналогии.

       Применение  метода  аналогии  в научном познании  требует определенной осторожности. Здесь чрезвычайно важно четко выявить условия, при которых он работает наиболее эффективно. Однако в тех случаях, когда можно разработать систему четко сформулированных правил переноса знаний с модели на  прототип, результаты и выводы по методу аналогии приобретают доказательную силу.

     Степень вероятности получения правильного  умозаключения по аналогии будет тем выше:

     1. чем больше известно общих  свойств у сравниваемых объектов;

     2. чем существеннее обнаруженные у них общие свойства;

     3. чем глубже познана взаимная  закономерная связь этих сходных  свойств. При этом нужно иметь  в виду, что если объект, в отношении которого делается умозаключение по аналогии с другим объектом, обладает каким-нибудь свойством, не совместимым с тем свойством, о существовании которого должен быть сделан вывод, то общее сходство этих объектов утрачивает всякое значение.

     Существуют  различные типы выводов по аналогии. Но общим для них является то, что во всех случаях непосредственному исследованию подвергается один объект, а вывод делается о другом объекте. Поэтому вывод по аналогии в самом общем смысле можно определить как перенос информации с одного объекта на другой. При этом первый объект, который собственно и подвергается исследованию, именуется моделью, а другой объект, на который переносится информация, полученная в результате исследования первого объекта (модели), называется оригиналом (иногда — прототипом, образцом и т. д.). Таким образом, модель всегда выступает как аналогия, т. е. модель и отображаемый с ее помощью объект (оригинал) находятся в определенном сходстве (подобии).

     Под моделированием понимается изучение моделируемого объекта (оригинала), базирующееся на взаимооднозначном соответствии определенной части свойств оригинала и замещающего его при исследовании объекта (модели) и включающее в себя построение модели, изучение ее и перенос полученных сведений на моделируемый объект — оригинал.

     В зависимости от характера используемых в научном исследовании моделей различают несколько видов моделирования.

     1. Мысленное (идеальное) моделирование. К этому виду моделирования относятся самые различные мысленные представления в форме тех или иных воображаемых моделей. Например, в идеальной модели электромагнитного поля Дж. Максвелла силовые линии представлялись в виде трубок, по которым течет воображаемая жидкость, не обладающая инерцией и сжимаемостью.

     2. Физическое моделирование. Оно характеризуется физическим подобием между моделью и оригиналом и имеет целью воспроизведение в модели процессов, свойственных оригиналу. В настоящее время физическое моделирование широко используется для разработки и экспериментального изучения различных сооружений (плотин электростанций, оросительных систем и т. п.), машин (аэродинамические качества самолетов, например, исследуются на их моделях, обдуваемых воздушным потоком в аэродинамической трубе), для лучшего понимания каких-то природных явлений и т. д.

     3. Символическое (знаковое) моделирование.  Оно связано с условно-знаковым представлением каких-то свойств, отношений объекта-оригинала. Особой и очень важной разновидностью символического (знакового) моделирования является математическое моделирование. Взаимосвязи между различными величинами, описывающими функционирование исследуемого объекта или явления, могут быть представлены соответствующими уравнениями. Получившаяся система уравнений вместе с известными данными, необходимыми для ее решения (начальные условия, граничные условия, значения коэффициентов уравнений и т. п.), называется математической моделью явления.

     4. Математическое моделирование может  применяться в особом сочетании  с физическим моделированием. Такое  сочетание, именуемое вещественно-математическим (или предметно-математическим) моделированием, позволяет исследовать какие-то процессы в объекте-оригинале, заменяя их изучением процессов совсем иной природы (которые, однако, описываются теми же математическими соотношениями, что и исходные процессы). Так, механические колебания могут моделироваться электрическими колебаниями на основе полной идентичности описывающих их дифференциальных уравнений.

     5. Численное моделирование на компьютере. Эта разновидность моделирования основывается на ранее созданной математической модели изучаемого объекта или явления и применяется в случаях больших объёмов вычислений, необходимых для исследования данной модели.

     Процесс познания всегда начинается с рассмотрения конкретных, чувственно воспринимаемых предметов и явлений, их внешних признаков, свойств, связей. Только в результате изучения чувственно-конкретного человек приходит к каким-то обобщенным представлениям, понятиям, к тем или иным теоретическим положениям, т. е. научным абстракциям. Получение этих абстракций связано со сложной абстрагирующей деятельностью мышления.

     В процессе абстрагирования происходит отход (восхождение) от чувственно воспринимаемых конкретных объектов (со всеми их свойствами, сторонами и т. д.) к воспроизводимым в мышлении абстрактным представлениям о них. Абстрагирование, таким образом, заключается в мысленном отвлечении от каких-то — менее существенных — свойств, сторон, признаков изучаемого объекта с одновременным выделением, формированием одной или нескольких существенных сторон, свойств, признаков этого объекта. Результат, получаемый в процессе абстрагирования, именуют абстракцией (или используют термин абстрактное — в отличие от конкретного).

     Обобщение – прием мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объекта. В науках, которые называют  эмпирическими, как, скажем, геология, эмпирическое обобщение завершают исследование в экспериментальных, теоретических науках это только начало.

     классификация — разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким-либо важным для исследователя признаком (особенно часто используется в описательных науках — многих разделах биологии, геологии, географии, кристаллографии и т. п.).

Заключение

     Таким образом, в естественнонаучном познании функционирует сложная, динамичная, целостная система многообразных методов разных уровней, сфер действий, направленности и т. п., которые всегда реализуются с учётом конкретных условий.

     Все описанные методы познания в реальном научном исследовании работают во взаимодействии. Их конкретная системная организация  определяется особенностями изучаемого объекта, а также спецификой того или иного этапа исследования. В процессе развития науки развивается и система её методов, формируются новые приёмы и способы исследовательской деятельности.