Научные исследования

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 Наука и научный метод

1.1 Наука. Классификация наук

Наука - сфера человеческой деятельности, функцией которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности.

Это понятие включает в себя как деятельность, направленную на получение нового знания, так и результат этой деятельности - сумму полученных к данному моменту научных знаний образующих в совокупности научную картину мира. Непосредственными целями науки являются описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет её изучение, на основе открываемых ею же законов, т. е. теоретическое отражение действительности.

Открытие законов материалистической диалектики заложило фундамент общего теоретического синтеза науки, на котором базируются три основные области знания - о природе, обществе и мышлении.

Развитие науки связано с разделением и кооперацией научного труда, созданием научных учреждений, экспериментального и лабораторного оборудования. Являясь следствием общественного разделения труда, наука возникает вслед за отделением умственного труда от физического и превращением познавательной деятельности в специфический род занятий особой группы людей. Наука оказывает стимулирующее воздействие на общественное производство, пронизывает все факторы общественной жизни. Необходимость научного подхода в материальном производстве, в сфере управления и в системе образования заставляет науку развиваться более быстрыми темпами, чем другую отрасль деятельности.

Современное общество во всех видах его деятельности развивается под влиянием науки и техники. Все формы физического и умственного труда (медицина, транспорт, связь и т. д.) испытывают на себе преобразующее действие научно-технического прогресса.

1.2 Кумулятивность научной информации

Основным назначением информационных систем можно считать обработку получаемой от объекта управления информации.

Категория «информация» впервые использовалась американским математиком Клодом Шенноном в его книге «Теория информации», посвященной процессам передачи кодированных сигналов по каналам связи. Понятие «информация» в настоящее время используется в большей степени с философских позиций - как всеобщее свойство материи к отражению, характеризующее любое взаимодействие между объектами и окружающей средой. Информация отражает сущность объекта, его свойства, а данные и сведения об объекте - это форма проявления этой сущности (как в экономической теории: цен на товар много, а стоимость только одна). Информация имеет некоторые специфические свойства, отличающие ее от товара. Если у вас есть две книги и одну из них вы отдадите, у вас останется лишь одна книга. Но если у вас есть какие-то знания и часть из них вы отдадите, у вас останутся все знания, что были [8].

Как любой объект информация обладает свойствами. Свойства информации так или иначе связаны со свойствами ее носителей. Информация специфична и с точки зрения старения: она устаревает не со временем, а с появлением новой, например, отрицающей или уточняющей информации. В работе [6] описаны все свойства информации «как основного средства поддержки генерации нового знания». Далее приведен обзор основных свойств согласно [6].

Объективность и действенность информации наиболее очевидна в социальных системах, когда она представляет собой различные знания, сообщения, сведения, включенные в коммуникативные процессы и используемые в различных сферах деятельности людей. При этом, когда знание с помощью объективно существующих материальных средств (язык, средства массовой коммуникации и т. п.) превращается в информацию, оно (уже в виде информации) обретает самостоятельное, независимое от создателя и относительно независимое от материального носителя, существование. Независимость от носителя объясняется тем, что внутренняя сущность информации - ее смысл - не связана со структурой носителя. Хотя от выбора носителя нередко зависит эффективность процессов ее хранения, поиска, восприятия, использования.

Кумулятивность информации (от лат. Cumulatio - увеличение, накопление) отражает накопительный характер действенности информации, который проявляется в двух следующих аспектах:

1) временном - преемственности информации, когда очередное информационное сообщение, отражающее состояние конкретной предметной области так или иначе включает содержание более ранних;

2) смысловом, позволяющем представить состояние описываемого объекта сообщениями с разной детальностью - с разной степенью концентрации информации.

Преемственность информации (форма кумулятивности) - отражает преемственность в развитии науки, техники, производства и других сфер деятельности человека, проявляется в историческом, отраслевом и межотраслевом аспектах (показывает то, что объемы информации, циркулирующей в сфере науки, превышают те объемы, которые используются в технике, а информация в сфере техники больше ее объемов, используемых в производстве; развитие науки, как правило, опережает развитие техники, а развитие техники - развитие производства).

Концентрация информации - свойство информации, отражающее закономерность развития научного и других видов человеческого знания, т. е. то, что по мере накопления (в отрасли, группе отраслей науки или техники и т. д.) определенных единиц информации они имеют тенденцию к объединению в более информационно-емкие формы (например, законы и категории науки, пословицы, поговорки).

В сфере информационной деятельности концентрация проявляется в трех формах [15]:

- документационной - ориентирована на отдельный документ, предполагает неизбежные потери информации, поскольку в этом случае отражаются только основные аспекты содержания документов. Примеры:

библиографическая обработка документов, в результате которой в обобщенном виде представляются основные внешние идентификационные признаки документа (автор, заголовок, выходные данные и т. п.);

реферирование, которое предполагает извлечение из документа основных положений содержания и их представление в виде реферата;

классифицирование и индексирование, в результате которого на специальном, обычно искусственном, языке отражаются с большей или меньшей степенью глубины и полноты тематические или фактографические признаки содержания документов;

фактографическая - ориентирована на совокупность фактов или сообщений по отдельной теме или проблеме (реферативные обзоры, фактографические информационные картотеки и т. д.);

теоретическо-концептуальная (высшая форма) - преобразование (свертывание, агрегирование), позволяющее представить научное знание на более высоком уровне обобщения. Примеры реализации:

исследовательская творческая деятельность человека;

аналитические формы представления математических зависимостей, законы, теоремы, позволяющие выводить различные следствия и т. д.

Важность концентрации информации в процессе развития человеческого знания можно отразить тремя этапами [6, 16].

1-й этап.

Каждый объект в мире «функционирует» тем, или иным образом (даже камень, лежащий на дороге может с веками менять свою форму или цвет). Если за каждым объектом установить наблюдение, то это можно считать сбором данных об этом объекте. Анализируя эти данные, вкладывая смысл и рассуждения, субъект, таким образом, получает информацию. Можно представить, что с накоплением всех фактов, какой огромный объем данных будет ежеминутно или ежемесячно поступать о каждом объекте! Этот хаос новых фактов необходимо структурировать, превращать в систему, давая возможность субъекту, например человеку, охватить взглядом происходящие с объектом или объектами явления, что позволяет полученные знания использовать для практики или какого-либо другого рода деятельности.

2-й этап.

Этап переработки информации, заключающийся в представлении информации в такой форме, чтобы она могла быть использована человеком.

3-й этап.

Использование полученных знаний для тех целей, ради которых они были созданы, возвращение к практике.

Существующие технологии обработки данных достигли того уровня, когда записи базы данных, рассматриваются не как изолированные друг от друга отдельные единицы знаний. На основе их совместного использования генерируется принципиально новая информация, так называемая автоматизированная технология «извлечения знаний» (Data mining). Например, прогнозирование природных явлений путем выявления закономерностей (сезонных трендов) на основе статистического анализа данных долговременных наблюдений.

Эмерджентность информации - конкретное проявление перехода количества в качество во всех формах и видах кумуляции информации. Например, предложение состоит из слов, каждое из которых по отдельности имеет какое-то значение. Но смысл предложения далеко не всегда сводится к смыслу слов, из которых оно состоит. В предложении как целом появляется нечто новое - совокупность научных фактов, которая при их систематизации позволяет обнаружить значительно больше важных свойств исследуемого объекта [6].

Неассоциативность и некоммутативность информации в самом общем случае означают, что любая единица информации - это не арифметическая сумма составляющих ее элементов: эти элементы нельзя без искажения смысла использовать в другой последовательности.

Старение информации - свойство информации, которое можно связать как с понятием ценности, так и с понятием времени. Например, устаревшей часто считается информация, которая уже не представляет ценности для потребителя. Понять, устарела информация или нет, можно только в сравнении с другой - новой, актуальной, полезной.

Старение информации может носить как абсолютный, так и относительный характер. Абсолютно устаревшей считается информация, которая с появлением новой информации оказалась недостоверной. Относительный характер старения информации можно рассматривать с точки зрения ее новизны не только по временным параметрам, но и по отношению к совокупному или индивидуальному знанию.

Таким образом, при рассмотрении проблемы старения информации не следует игнорировать связь между собственно информацией и ее потребителем, которая зачастую в практике выступает как единственный наблюдаемый вид связи.

Межотраслевые свойства - это свойства, которые можно рассматривать в двух аспектах:

из одних и тех же единиц информации могут «конструироваться» различные по характеру и назначению гипотезы, решения и т. п., как из одних и тех же химических элементов - различные вещества или из одних и тех же слов - различные фразы;

информация, созданная для решения какой-либо одной научной или практической задачи, может быть использована для решения других, в том числе тех, которые создатель информации предвидел.

По некоторым данным до 50 % всей научной информации, получаемой современным исследователем, извлекается из смежных областей знания, причем именно в ней он нуждается наиболее остро.

Аналогично межотраслевому характеру, информации свойственна способность информирования по ассоциации. Известно, например, что связи между различными объектами и процессами реальной действительности могут иметь такой характер, когда восприятие или воспоминание об одном объекте или явлении влечет за собой представление о других объектах или явлениях.

Рассеяние информации - это свойство информации, вытекающее из ее межотраслевого характера и противоположное концентрации информации. По мере концентрации информации в более емкие информационные единицы возрастает ее межотраслевое значение и, следовательно, усиливается тенденция к ее рассеянию.

Рассеяние информации означает, что информация, которая была бы полезной для решения данной проблемы, может оказаться в документах, относящихся к совершенно другой предметной области.

Следствием свойства рассеяния является дублирование информации - рассредоточение информации, полезной для некоторой предметной области по документам, относящимся к разным предметным областям.

Свойство рассеяния информации указывает не на ослабление, а на необходимость усиления межотраслевых связей. Именно поэтому при поиске информации следует сосредоточиваться не только на профильных для какой-либо отрасли науки или техники публикациях, но и выявлять потенциально полезную информацию для решения задачи в других, даже весьма отдаленных отраслях.

Данные, информация, знания. На практике понятия «данные» и «информация», чаще всего, считаются синонимами. Но в связи с тем, что информационная система использует модель исследуемого объекта, то очень важно правильно определить все составляющие и связи этого объекта. Описание последних и требует использование этих «спорных» определений. Поэтому ниже произведен анализ положений понятий «данные», «информация» и «знания» в соответствии с [6, 7, 8, 13, 17].

Данные. Основным свойством данных можно считать их объективное и безусловное существование. Они независимы от субъекта наблюдения или управления и никак явно не обусловлены связями с будущим: однажды полученные данные могут никогда не использоваться или использоваться совсем иначе, чем это предполагалось при их возникновении.

Но если существование данных не зависит от того, будут ли они когда-либо использованы или нет, то эффективность функционирования многих процессов, безусловно, зависит от данных. Например, данные, используемые для изменения процесса основной деятельности (ОД) на базе построения прогноза по фактам, характеризующим предшествующие состояния, позволяют оптимизировать получение конечного результата и будут уже выступать в роли управляющей информации.

2.Экспериментальные исследования

2.1 Классификация, типы и задачи эксперимента

Наука экспериментальный исследование познание

Важнейшей составной частью научных исследований является эксперимент, основой которого является научно поставленный опыт с точно учитываемыми и управляемыми условиями. Само слово эксперимент происходит от латинского “experimentum” - проба, опыт. В исследовательской работе термин “ эксперимент” обычно используется в значении, общем для целого ряда сопряжённых понятий: опыт, целенаправленное наблюдение, воспроизведение объекта познания, проверка предсказания. В это понятие вкладывается научная постановка опытов и наблюдение исследуемого явления в точно учитываемых условиях, которые позволяют следить за ходом явлений и воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий. Основной частью эксперимента являются выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования.

Постановка и организация эксперимента определяется его назначением. Эксперименты, которые проводятся в различных отраслях науки, являются химическими, биологическими, физическими, психологическими, социальными и т.п. Основные эксперименты, которые проводят в пищевой промышленности это - физико-химические, биохимические и микробиологические.

Эксперименты различаются по способу формирования условий (естественных и искусственных); по целям исследования (контролирующие, поисковые, преобразующие, констатирующие, решающие); по организации проведения (лабораторные, натуральные, производственные и т.п.); по структуре изучаемых объектов и явлений (простые и сложные); по характеру взаимодействия средств экспериментального исследования с объектом исследования (обычный и модельный); по числу варьируемых факторов (однофакторный и многофакторный) и др.

Из числа названных признаков наиболее часто применяется в технических науках, в частности в пищевой промышленности, - искусственный эксперимент, который предполагает формирование искусственных условий. Преобразующий (созидающий) эксперимент включает активное изменение структуры и функций объекта исследования в соответствии с выдвинутой гипотезой, формирование новых связей и отношений между компонентами объекта или между исследуемым объектом и другими объектами. При этом исследователь в соответствии со вскрытыми тенденциями развития объекта исследования преднамеренно создаёт условия, которые должны способствовать формированию новых свойств и качеств объекта. Констатирующий эксперимент используется для проверки определённых предположений. При этом констатируется наличие определённой связи между воздействием на объект исследования и результатом, выявляется наличие определённых факторов. Контролирующий эксперимент сводится к контролю за результатами внешних воздействий на объект исследования с учётом его состояния, характера воздействия и ожидаемого эффекта. Поисковый эксперимент проводится в том случае, если затруднена классификация факторов, влияющих на изучаемое явление вследствии отсутствия достаточных предварительных данных. По результатам поискового эксперимента устанавливается значимость факторов, отсеиваются незначительные факторы. Решающий эксперимент ставится для проверки справедливости основных положений фундаментальных теорий, в том случае, когда две или несколько гипотез одинаково согласуются со многими явлениями. Решающий эксперимент даёт такие факты, которые согласуются с одной из гипотез и противоречат другим. Лабораторный эксперимент проводится в лабораторных условиях с применением типовых приборов, специальных моделирующих установок, стендов, оборудования и т.д. Чаще всего в лабораторном эксперименте изучается не сам объект, а его образец. Этот эксперимент позволяет доброкачественно, с требуемой повторностью изучить влияние одних характеристик при варьировании других, получить хорошую научную информацию с минимальными затратами времени и ресурсов. Однако такой эксперимент не всегда полностью моделирует реальный ход изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении натурного эксперимента. Натурный эксперимент проводится в естественных условиях и на реальных объектах. В зависимости от места проведения испытаний натурные эксперименты подразделяют на производственные, полевые, полигонные и т.п. Натурный эксперимент всегда требует тщательного продумывания и планирования, рационального подбора методов исследования.

Эксперименты могут быть простыми и сложными. Простой используется для изучения объектов, не имеющих разветвлённой структуры с небольшим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих простейшие функции. В сложном эксперименте изучаются явления или объекты с разветвлённой структурой и большим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих сложные функции. Высокая степень связности элементов приводит к тому, что изменение состояния какого-либо элемента или связи влечёт за собой изменение состояния многих других элементов системы. Вещественный эксперимент предполагает изучение влияния различных вещественных факторов на состояние объекта исследования. Например, влияние различных добавок на качество продуктов питания. Пассивный эксперимент предполагает измерение только выбранных показателей в результате наблюдения за объектом без искусственного вмешательства в его функционирование. Примерами пассивного эксперимента является наблюдение: за числом заболеваний вообще или определённой болезнью, за работоспособностью отдельной группы людей и др. Активный эксперимент связан с выбором специальных входных сигналов (факторов) и контролирует вход и выход исследуемой системы. Однофакторный эксперимент предполагает выделение нужных факторов, стабилизацию мешающих факторов; поочерёдное варьирование интересующих исследователя факторов. Стратегия многофакторного эксперимента состоит в том, что варьируются все переменные сразу и каждый эффект оценивается в данной серии эксперимента. Технологический эксперимент направлен на изучение элементов технологического процесса (продукции, оборудования, деятельности работников и т.п.) или процесса в целом.

Приведённая классификация экспериментальных исследований не может быть признана полной, поскольку с расширением научного знания, расширяется и область применения экспериментального метода.

Для проведения эксперимента необходимо: разработать гипотезу, подлежащую проверке; создать программы экспериментальных работ; определить способы и приёмы вмешательства в объект исследования; обеспечить условия для осуществления процедуры экспериментальных работ; подготовить средства эксперимента (приборы, установки); обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом. Особое значение имеет правильная разработка методик эксперимента. Методика - это совокупность мысленных и физических операций, размещённых в определённой последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследования. Правильно разработанная методика экспериментального исследования предопределяет его ценность. Поэтому разработка, выбор, определение методики должно проводится особенно тщательно.

Перед каждым экспериментом составляется его план (программа), который включает: цель и задачи эксперимента; выбор варьирующих факторов; обоснование эксперимента, числа опытов, порядок реализации опытов, определение последовательности изменения факторов, описание проведения эксперимента; обоснование объема эксперимента, числа опытов; порядок реализации опытов, обоснование средств измерений; описание проведения эксперимента, обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

Важнейшим этапом подготовки к эксперименту является определение его целей и задач. Количество задач для конкретного эксперимента не должно быть слишком большим (лучше 3...4, максимально 8...10). перед экспериментом необходимо выбрать варьирующие факторы, т.е. установить основные и второстепенные характеристики, влияющие на исследуемый процесс, проанализировать теоретические схемы процесса. Необходимо также обосновать набор средств измерений (приборов). При экспериментальном исследовании одного и того же процесса повторные отсчёты на приборах, как правило, неодинаковы. Отклонения объясняются различными причинами - неоднородностью свойств изучаемого объекта, несовершенствованием приборов и классов их точности, особенностями экспериментатора и др. Это требует повторных измерений, а, следовательно, необходимо знать их минимальное количество. Под потребным минимальным количеством измерений понимают такое количество измерений, которое в данном опыте обеспечивает устойчивое среднее значение измеряемой величины.

Важным разделом методики является выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех цифр, классификации, анализу. Результаты экспериментов должны быть сведены в удобочитаемые формы записи - таблицы, графики, формулы, позволяющие быстро и доброкачественно сопоставлять полученное и проанализировать результаты. Все переменные должны быть оценены в единой системе единиц физических величин.

Особое значение в методике должно быть уделено математическим методам обработки и анализу опытных данных. Например - установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьирующими характеристиками, установлению критериев и доверительных интервалов и др. результаты экспериментов должны отвечать трём статистическим требованиям - минимальности дисперсии отклонения относительно неизвестного параметра; требование состоятельности оценок, т.е. при увеличении числа наблюдений оценка параметра должна стремится к его истинному значению; отсутствию систематических ошибок в процессе вычисления параметров.

После разработки и утверждения методики устанавливается объем и трудоемкость экспериментальных исследований, которые зависят от глубины теоретических разработок. После установления объема экспериментальных работ составляется перечень необходимых средств измерений, объёма материалов, список исполнителей, календарный план. План-программу рассматривает научный руководитель, обсуждают в научном коллективе и утверждают в установленном порядке.

Размещено на Allbest.ru