Существования и развития науки

ВСТУПЛЕНИЕ

Предметом учебной дисциплины  "Основы научных  исследований"

являются  методология и методы научных  исследований, а также способы

их организации.  В результате изучения теоретического курса и

выполнения  исследований по выбранной теме студент  должен освоить

методологию и методику научных исследований,  уметь формулировать

цель и  задачи исследования,  планировать  и проводить эксперимент,

обрабатывать  результаты измерений,  сопоставлять результаты экспери-4

мента с  теоретическими моделями и формулировать выводы научного

исследования,  составлять реферат,  доклад,  курсовую работу или статью

по результатам  научного исследования

В соответствии с учебным планом подготовки инженеров-

биотехнологов специальности 092901 "Промышленная биотехнология"

квалификационного уровня  "специалист"  на курс  "Научные исследова-

ния"  предусмотрено 162  часа: 72  часа в  девятом семестре и 90  часов в

десятом семестре. В девятом семестре студенты выполняют  индивидуаль-

ное задание, а десятом – курсовую работу. Кроме этого, в учебном плане

подготовки  инженеров-биотехнологов-исследователей квалификацион-

ного уровня "магистр" в одиннадцатом семестре предусмотрено 120 часов

лабораторных  работ на научные исследования и  выполнение курсовой

работы.  Настоящее пособие подготовлено на основе работ [1–10],

адаптированных  таким образом,  чтобы максимально  облегчить усвоение

курса  "Научные  исследования"  студентам специальности 092901

"Промышленная  биотехнология" всех форм обучения. 

Великая хартия университетов "Magna Charta Universitatum"

утверждает ключевую роль научных  исследований в фундаментальной

миссии университета –  сохранении и преумножении культурно-

технического потенциала человечества,  подчеркивает неразделимость

обучения и научных исследований в университетах.  В  "Болонском

манифесте" 1999 года министры образования  европейских стран заявляют

о важности непрерывного процесса адаптации  научных исследований и

системы высшего образования к  изменяющимся нуждам,  запросам

общества и к необходимости  развития научных знаний. В "Коммюнике"

конференции европейских министров  высшего образования 2005 года, на

которой к Болонскому процессу официально присоединилась Украина,

подчеркивается необходимость  максимально интенсифицировать  процесс

создания Европейского пространства высшего образования (EHEA –

European Higher Education Area),  и важность  научных исследований в

укреплении высшего образования  для экономического и культурного

развития,  и для социального  сплочения европейских стран. Тексты этих

документов приведены в приложениях А, Б и В [8]

НАУЧНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Формой существования и развития науки является научное

исследование. 

Научная  (научно-исследовательская)  деятельность –  это

деятельность, направленная на получение  и применение новых знаний. 

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  человека

результатов.  Его объектом являются материальная или идеальная

системы, а предметом – структура системы, взаимодействие ее элементов,

различные свойства, закономерности развития и т.д.

Научные исследования классифицируются по различным

основаниям.  По источнику финансирования различают научные

исследования бюджетные,  хоздоговорные и нефинансируемые. Бюджет-

ные исследования финансируются из средств государственного бюджета.

Хоздоговорные исследования финансируются  организациями-

заказчиками по хозяйственным договорам.  Нефинансируемые

исследования могут выполняться  по инициативе ученого,  индивидуаль-

ному плану  преподавателя.

9

В нормативных  правовых актах о науке научные  исследования

делят по целевому назначению на фундаментальные,  прикладные,

поисковые и разработки.

Фундаментальные научные исследования – это экспериментальная

или теоретическая  деятельность,  направленная на получение  новых

знаний  об основных закономерностях строения,  функционирования и

развития  человека, общества, окружающей природной  среды. 

Например, к числу фундаментальных  можно отнести исследования

о закономерностях функционирования биологических систем,  их

взаимодействии между собой  и с окружающей средой.

Прикладные научные исследования –  это исследования,  направ-

ленные преимущественно 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 практичес-

кой деятельности людей. 

Например,  как прикладные можно  рассматривать работы о

технологическом использовании закономерностей  биогенеза организмов в

различных отраслях промышленности.

Научные исследования в сфере биотехнологии  зачастую

представляют собой сочетание  двух названных видов,  и поэтому  их

следует именовать теоретико-прикладными.

Поисковыми называют научные исследования,  направленные на

определение перспективности работы над темой,  отыскание путей

решения научных задач.

Разработкой называют исследование,  которое направлено на

внедрение в практику результатов  конкретных фундаментальных и

прикладных исследований.

По длительности научные исследования можно разделить на

долгосрочные, краткосрочные и  экспресс-исследования.

В зависимости от форм и методов  исследования выделяют

экспериментальное,  методическое,  описательное,  экспериментально-

аналитическое,  историко-биографическое исследования и исследования

смешанного типа.

В теории познания выделяют два уровня исследования:

теоретический и эмпирический.

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.

Здесь исследуемые объекты мысленно анализируются, обобщаются,

постигаются их сущность,  внутренние связи, законы развития.  На этом

уровне познание с помощью органов  чувств (эмпирия) может присутство-

вать, но оно является подчиненным.

Структурными компонентами теоретического познания являются

проблема, гипотеза и теория.

Проблема –  это сложная теоретическая или практическая задача,

способы решения которой неизвестны или известны не полностью.

Различают проблемы неразвитые (предпроблемы) и развитые.

Неразвитые проблемы характеризуются  следующими чертами: 

(1) они возникли на базе определенной теории, концепции; 

(2) это трудные, нестандартные  задачи; 

(3) их решение направлено на  устранение возникшего в познании

противоречия; 

(4) пути решения проблемы не  известны.

Развитые проблемы имеют более  или менее конкретные указания

на пути их решения.

Гипотеза есть требующее проверки и доказательства

предположение о причине,  которая  вызывает определенное следствие,  о

структуре исследуемых объектов и  характере внутренних и внешних

связей структурных элементов.

Научная гипотеза имеет следующие характерные свойства:

(1) релевантность,  т.е.  относимость  к фактам,  на которые она

опирается;

11

(2) проверяемость опытным путем,  сопоставляемость с данными

наблюдения или эксперимента  (исключение составляют

непроверяемые гипотезы);

(3) совместимость с существующим научным знанием;

(4) гипотеза должна обладать  объяснительной силой – из  гипотезы

должно выводиться некоторое количество подтверждающих ее

фактов,  следствий.  Большей  объяснительной силой будет

обладать та гипотеза,  из которой выводится наибольшее

количество фактов;

(5) простота –  гипотеза не  должна содержать никаких

произвольных допущений, субъективистских наслоений.

Различают гипотезы описательные, объяснительные и прогнозные.

Описательная гипотеза –  это  предположение о существенных

свойствах объектов,  характере  связей между отдельными элементами

изучаемого объекта.

Объяснительная гипотеза –  это  предположение о причинно-

следственных зависимостях.

Прогнозная гипотеза –  это предположение  о тенденциях и

закономерностях развития объекта исследования.

Теория –  это логически организованное знание,  концептуальная

система знаний,  которая адекватно и целостно отражает определенную

область действительности. Она обладает следующими свойствами:

(1) Теория  представляет собой одну из форм рациональной

мыслительной  деятельности.

(2) Теория  – это целостная система достоверных  знаний.

(3) Теория  не только описывает совокупность  фактов,  но и

объясняет их,  выявляет происхождение и  развитие явлений и

процессов,  их внутренние и внешние связи,  причинные и иные

зависимости.

(4) Все содержащиеся  в теории положения и выводы  обоснованы,

доказаны.

Теории  классифицируют по предмету исследования. 

Различают социальные,  математические,  физические,  химические,

психологические,  этические и прочие теории.  Существуют и другие

классификации теорий.

В современной  методологии науки выделяют следующие

структурные элементы теории:

(1) исходные  основания –  понятия,  законы,  аксиомы,  принципы 

и т.д.;

(2) идеализированный объект –   теоретическая модель какой-то

части действительности,  существенных свойств и связей

изучаемых явлений и предметов;

(3) логика теории – совокупность  определенных правил и способов

доказывания;

(4) философские установки и социальные  ценности;

(5) совокупность законов и положений,  выведенных в качестве

следствий из данной теории.

Гипотеза и теория как методы теоретического исследования будут

рассмотрены в п.2.5.

Структуру теории образуют понятия,  суждения,  законы,  научные

положения, учения, идеи и другие элементы.

Понятие –  это мысль,  отражающая существенные и необходимые

признаки определенного множества  предметов или явлений.

Категория –  это общее,  фундаментальное  понятие,  отражающее

наиболее существенные свойства и  отношения предметов и явлений.

Категории бывают философскими,  общенаучными и относящимися к

отдельной отрасли науки. 

Научный термин –  это слово  или сочетание слов,  обозначающее

понятие, применяемое в науке.

Совокупность понятий  (терминов),  которые используются в

определенной науке, образует ее понятийный аппарат.

Суждение – это мысль, в которой  утверждается или отрицается что-

либо. 

13

Принцип –  это руководящая идея,  основное исходное положение

теории. Принципы бывают теоретическими и методологическими. 

Аксиома –  это положение,  которое является исходным,

недоказываемым и из которого по установленным правилам выводятся

другие положения. 

Закон – это объективная, существенная, внутренняя, необходимая и

устойчивая связь между явлениями, процессами.

Законы могут быть классифицированы по различным основаниям.

Так, по основным сферам реальности можно  выделить законы природы,

общества, мышления и познания; по объему действия – всеобщие, общие

и частные.

Закономерность – это: 

(1) совокупность действия многих  законов; 

(2) система существенных,  необходимых  общих связей,  каждая из

которых составляет отдельный закон. 

Положение – это научное утверждение, сформулированная мысль. 

Учение – это совокупность теоретических  положений о какой-либо

области явлений действительности.

Идея – это:

(1) новое интуитивное объяснение  события или явления; 

(2) определяющее стержневое положение  в теории.

Концепция –  это система теоретических  взглядов,  объединенных

научной идеей  (научными идеями).  Теоретические концепции

обусловливают существование и содержание многих правовых норм и

институтов. 

Эмпирический уровень исследования характеризуется

преобладанием чувственного познания (изучения внешнего мира посред-

ством органов чувств). На этом уровне формы теоретического познания

присутствуют, но имеют подчиненное  значение.

Взаимодействие эмпирического  и теоретического уровней исследо-

вания заключается в том, что: 

(1) совокупность фактов составляет  практическую основу теории

или гипотезы; 

(2) факты могут подтверждать  теорию или опровергать ее; 

(3) научный факт всегда пронизан  теорией, поскольку он не может

быть сформулирован без системы  понятий,  истолкован без

теоретических представлений; 

(4) эмпирическое исследование в  современной науке предопре-

деляяется, направляется теорией.

Структуру эмпирического уровня исследования составляют факты,

эмпирические обобщения и законы (зависимости).

Понятие "факт" употребляется  в нескольких значениях: 

(1) объективное событие,  результат,  относящийся к объективной

реальности  (факт действительности)  либо к сфере сознания и

познания (факт сознания); 

(2) знание о каком-либо событии,  явлении, достоверность которого

доказана (истина); 

(3) предложение, фиксирующее знание, полученное в ходе наблю-

дений и экспериментов.

Эмпирическое обобщение –  это система определенных научных

фактов. 

Эмпирические законы отражают регулярность в явлениях,

устойчивость в отношениях между  наблюдаемыми явлениями.  Эти

законы теоретическим знанием  не являются. В отличие от теоретических

законов,  которые раскрывают существенные связи действительности,

эмпирические законы отражают более  поверхностный уровень зависи-

мостей. 

ЭТАПЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ

Для успеха научного исследования его  необходимо правильно

организовать,  спланировать и выполнять в определенной последователь-

ности. Эти планы и последовательность действий зависят от вида, объекта

и целей научного исследования. 

Так,  если оно проводится на технические  темы,  то вначале

разрабатывается основной предплановый документ –  технико-экономи-

ческое обоснование,  а затем  осуществляются теоретические и

экспериментальные исследования,  составляется научно-технический

отчет, и результаты работы внедряются в производство.

Применительно к прикладным научно-исследовательским  работам

выделяют шесть этапов.

(1) Формулировка темы: 

– общее ознакомление с проблемой, по которой следует выполнить

исследование, 

– предварительное ознакомление с  литературой и классификация

важнейших направлений, 

– формулирование темы исследования, 

– составление краткого  (предварительного)  плана исследований

(черновик, набросок), 

– разработка научно-технического задания,

– составление календарного плана  научных исследований,

– формулировка гипотезы, описывающей  ожидаемые результаты,

– предварительная оценка ожидаемых результатов.

(2) Формулирование цели и задач  исследования:

– подбор и составление библиографических  списков

отечественной и зарубежной литературы,

– изучение научно-технических отчетов  по теме различных

организаций соответствующего профиля,

– составление аннотаций источников, 16

– составление рефератов по теме,

– анализ, сопоставление, критика  прорабатываемой информации,

– обобщение,  критика,  составление  собственного суждения по

проработанным вопросам,

– формулирование методических выводов по обзору информации,

– формулирование цели и задач  исследования.

(3) Моделирование:

– изучение физической сущности (природы) процессов и явлений,

определяющих основные качества исследуемого объекта,

– выполнение предварительных (поисковых) экспериментов,

– формулирование гипотезы,  выбор  и обоснование физической

модели,

– математизация модели,

– получение аналитических выражений,

– теоретический анализ полученных закономерностей.

(4) Экспериментальные исследования:

– разработка цели и задач эксперимента,

– планирование эксперимента,

– разработка методики программы  исследований,

– выбор средств измерений,

– конструирование приборов,  макетов,  аппаратов,  моделей,

стендов, установок и других средств  эксперимента,

– обоснование способов измерений,

– проведение эксперимента в лаборатории,  на опытных участках,

на заводах, в фирмах,

– обработка результатов измерений.

(5) Анализ и оформление результатов  научных исследований:

– общий анализ теоретико-экспериментальных  исследований,

– сопоставление экспериментов  с теорией,

17

– анализ расхождений,

– уточнение теоретических моделей,

– повторение дополнительных экспериментов  и их анализ до тех

пор, пока не будет достигнута цель исследования,

– переформулировка предварительной  гипотезы в утверждения –

научный результат проведенного исследования,

– формулирование научных и производственных выводов,

– составление научно-технического отчета,

– рецензирование,

– составление доклада,

– корректировка рукописи.

(6) Внедрение результатов и определение экономической

эффективности:

– внедрение результатов исследования на производстве,

– определение экономического эффекта.

Затем следуют опытно-технологические  или опытно-конструктор-

ские разработки, включающие:

i) формулирование темы, цели и задач разработки;

ii) изучение литературы,  проведение  исследований  (в случае

необходимости)  и подготовка к  техническому проектированию

экспериментального образца;

iii) техническое проектирование:

– разработка вариантов технического проекта,

– расчеты,

– разработка чертежей,

– изготовление отдельных узлов, блоков и анализ их работы,

– разработка и согласование технического проекта,

– технико-экономическое обоснование  проекта;

iv) рабочее проектирование –   разработка со всеми деталями

рабочего проекта. 18

v) изготовление опытного образца: 

– анализ и контроль технической  документации,

– проектирование технологических  процессов,

– разработка карт,

– составление проекта организации  работ,

– изготовление деталей,  блоков и  узлов опытного образца,  их

сборка,

– апробирование, доводка и регулировка  образца,

– стендовые и производственные испытания;

vi) доработка опытного образца: 

– анализ работы узлов образца  после производственных

испытаний,

– замена отдельных  узлов;

vii) государственные испытания –  передача образца специальной

комиссии на государственные испытания.