Лаораторная 1. 1. моделирование как метод исследования содержание, цели и задачи учебной дисциплины Предметная область дисциплины
 Скачать 0.9 Mb.
|
|
1. МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Содержание, цели и задачи учебной дисциплины Предметная область дисциплины включает изучение методологии иссследования процессов и технологий, разработки их моделей и проведения экспериментов с ними на базе современных сред моделирования. Объектами изучения в дисциплине являются основные математические модели исследования информационных процессов и технологий, принципы и методы формализации и моделирования информационных процессов и технологий на основе объектно-ориентированного подхода. Основной целью изучения дисциплины «Современные языки моделирования» является формирование у обучающихся целостного представление о моделировании информационных процессов и технологий, овладение основными методами разработки и исследования теоретических и экспериментальных моделей информационных процессов и технологий. Задачами дисциплины являются: приобретение базовых системных знаний общих концепций теории информационных процессов и технологий; овладение методологией исследования информационных процессов и технологий; ознакомление с принципами и методами формализации и моделирования информационных процессов и технологий на основе объектно-ориентированного подхода; приобретение навыков самостоятельной разработки стратегии исследования и концептуального проектирования информационных процессов и технологий. 1.2. Основные термины и определения Понятия “методология” и “метод” Принято различать общую и частные методологии. Первая является областью философии, вторая – областью отдельных частных наук. В первой анализируются методы, общие для всех наук, во второй – для отдельных наук и групп наук. Таким образом, методология является многоуровневой и в соответствии с её уровнями можно выделить отдельные группы методов: философские, общенаучные, частнонаучные, дисциплинарные, междисциплинарные. Считается, что каждый уровень методологии обладает относительной автономией и не дедуцируется из других. Однако наиболее общий уровень методологии, т.е. философский, выступает в качестве базового для всех остальных. Наличие многоуровневой методологии связано с тем обстоятельством, что учёный, особенно в настоящее время, как правило, сталкивается с исключительно сложными познавательными конструкциями и ситуациями. Поэтому с очевидностью просматривается тенденция усиления методологических поисков в самой науке и отдельных её областях. Деятельность людей в любой её форме (научной, практической и пр.) определяется не только тем, кто действует (субъект) и на что она направлена (объект), но и тем, как совершается данный процесс, какие способы, приемы, средства при этом применяются. Это и есть проблема метода. Метод (от греческого слова «методос» – путь к чему-либо) есть совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности. Владение методом означает для человека знание того, каким образом, в какой последовательности совершать те или иные действия для решения тех или иных задач. Другими словами, метод – это способ подхода к действительности. Ф. Бэкон, английский философ, основатель философии Нового времени и экспериментирующего естествознания, сравнивал метод познания с фонарем, освещающим дорогу путнику, идущему в темноте. А Р. Декарт, французский философ, математик, естествоиспытатель, определял метод следующим образом: «Под методом, – писал он, – я разумею точные и простые правила, строгое соблюдение которых .... способствует тому, что ум достигает истинного познания всего, что ему доступно». (Декарт Р. Избр. произв. - М., 1950. - С. 89). Принципы классификации методов Классификация методов чаще всего осуществляется по следующим ведущим критериям: 1) по степени общности и широте применения; 2) в зависимости от специфики изучаемого объекта; 3) по способу отношения субъекта к объекту познания. В первом случае мы все методы делим на всеобщие, общие и частные. Причем всеобщими методами являются философские методы диалектики и метафизики. К общим методам относятся общелогические и общенаучные методы. Общенаучные методы - это приемы познавательной деятельности, используемые во всех областях науки. Но при этом в отдельных науках они могут иметь специфику своего проявления, например, эксперимент в естествознании и в социальном познании будет иметь отличительные особенности, но тем не менее в принципе применим ко всем областям науки. Общелогические методы - это особые приемы мыслительной деятельности, которые распространяются на любой познавательный процесс, включая обыденное познание, научное познание и даже вненаучную познавательную деятельность. Среди них можно назвать анализ и синтез, индукцию и дедукцию. Эти приемы мышления вырастали из самой повседневной практической деятельности человека, но затем осмысливались философией, начиная со времен античности, и в настоящее время составляют фундамент мыслительных операций в познавательной деятельности человека на любом ее уровне. Частные методы – это методы отдельных наук, которые выработаны специально для той или иной отрасли науки. Во втором случае методы подразделяются по областям науки –естественнонаучные, математические, технические, медицинские, социальные, гуманитарные. В третьем случае выделяются методы эмпирического и методы теоретического уровней познания. Выделенные по разным основаниям в классификации методы научного познания пересекаются. Поэтому, разбирая отдельные методы, мы возьмём за основу третью классификацию и на её базе будем исследовать методы в соот-ветствии с первой классификацией. Общенаучные методы эмпирического познания Эмпирический уровень научного познания строится главным образом на живом созерцании исследуемых объектов, хотя рациональное познание присутствует в качестве обязательной компоненты, непосредственный контакт с объектом познания необходим для достижения эмпирического знания. На эмпирическом уровне исследователь применяет общелогические и общенаучные методы. К общенаучным методам эмпирического уровня относятся: наблюдение, описание, эксперимент, измерение и др. Ознакомимся с отдельными методами. Наблюдениеесть чувственное отражение предметов и явлений внешнего мира. Это исходный метод эмпирического познания, позволяющий получить некоторую первичную информацию об объектах окружающей действительности. Научное наблюдение отличается от обыденного и характеризуется рядом особенностей: целенаправленность (фиксация взглядов на поставленной задаче); планомерность (действие по плану); активность (привлечение накопленных знаний, технических средств). По способу проведения наблюдения могут быть: непосредственные, опосредованные, косвенные. Непосредственные наблюдения – это чувственное отражение тех или иных свойств, сторон исследуемого объекта при помощи только органов чувств. Например, визуальное наблюдение положения планет и звезд на небе. Так делал Тихо Браге в течение 20 лет с непревзойденной для невооруженного глаза точностью. Он создал эмпирическую базу данных для открытия впоследствии Кеплером законов движения планет. В настоящее время непосредственные наблюдения используются в космических исследованиях с бортов космических станций. Избирательная способность человеческого зрения и логический анализ – это те уникальные свойства метода визуальных наблюдений, которыми не обладает никакой набор аппаратуры. Другой областью применения метода непосредственного наблюдения является метеорология. Опосредованные наблюдения – исследование объектов с использованием тех или иных технических средств. Появление и развитие таких средств во многом определило то громадное расширение возможностей метода, которое произошло за последние четыре столетия. Если в начале XVII столетия астрономы наблюдали за небесными телами невооруженным взглядом, то с изобретением в 1608 г. оптического телескопа перед исследователями открылся огромный облик Вселенной. Затем появились зеркальные телескопы, а в настоящее время на орбитальных станциях стоят рентгеновские, которые позволяют наблюдать такие объекты Вселенной, как пульсары, квазары. Другим примером опосредованного наблюдения служит изобретенный в XVII веке оптический микроскоп, а в XX веке – электронный. Косвенные наблюдения – это наблюдение не самих исследуемых объектов, а результатов их воздействий на другие объекты. Особенно используется такое наблюдение в атомной физике. Здесь микрообъекты нельзя наблюдать ни с помощью органов чувств, ни приборов. То, что наблюдают ученые в процессе эмпирических исследований в ядерной физике, – это не сами микрообъекты, а результаты их действий на некоторые технические средства исследования. Например, при изучении свойств заряженных частиц с помощью камеры Вильсона эти частицы воспринимаются исследователем косвенно по их видимым проявлениям – трекам, состоящим из множества капелек жидкости. Любое наблюдение, хотя и опирается на данные чувств, требует участия теоретического мышления, при помощи которого оформляется в виде определенных научных терминов, графиков, таблиц, рисунков. Наблюдения могут нередко играть важную эвристическую роль в научном познании. В процессе наблюдений могут быть открыты совершенно новые явления или данные, позволяющие обосновать ту или иную гипотезу. Научные наблюдения обязательно сопровождаются описанием. Описание- это фиксация средствами естественного и искусственного языка сведений об объектах, полученных в результате наблюдения. Описание можно рассматривать как завершающий этап наблюдения. С помощью описания чувственная информация переводится на язык понятий, знаков, схем, рисунков, графиков, цифр, принимая тем самым форму, удобную для дальнейшей рациональной обработки (систематизации, классификации, обобщения). Описания бывают двух видов: а) качественные; б) количественные, которые формируются в результате измерительных процедур. Описания результатов наблюдений составляют эмпирический базис науки, опираясь на который, исследователи создают эмпирические обобщения, сравнивают изучаемые объекты по тем или иным параметрам, устанавливают последовательность этапов их развития, проводят классификацию и пр. Описание должно отвечать ряду требований: - быть по возможности более полным; - точным; - объективным; - давать достоверную и адекватную картину самого объекта; - использовать понятия, имеющие однозначный смысл. Почти все науки проходят «описательную» стадию в своем развитии. Причем, если меняются средства описания, то часто создается новая система понятий, а вместе с ней меняется и парадигма в самой науке. Измерение- это метод, заключающийся в определении количественных значений тех или иных свойств, сторон изучаемого объекта, явления с помощью специальных технических устройств. Введение измерения в естествознание превратило последнее в строгую науку. Оно дополняет качественные методы познания природных явлений количественными. В основе операции измерения лежит сравнение объектов по каким-либо сходным свойствам или сторонам, а также введение определенных единиц измерения. Единица измерения - это эталон, с которым сравнивается измеряемая сторона объекта или явления. Эталону присваивается числовое значение «1». Существует множество единиц измерения, соответствующее множеству объектов, явлений, их свойств, сторон, связей, которые приходится измерять в процессе научного познания. При этом единицы измерения подразделяются на основные, выбираемые в качестве базисных при построении системы единиц, и производные, выводимые из других единиц с помощью каких-то математических соотношений. Методика построения системы единиц как совокупности основных и производных была впервые предложена в 1832 г. К. Гауссом. Он построил систему единиц, в которой за основу были приняты 3 произвольные, не зависимые друг от друга основные единицы: длина (миллиметр), масса (миллиграмм) и время (секунда). Все остальные определялись при помощи этих трех. В дальнейшем с развитием науки и техники появились и другие системы единиц физических величин, построенные по принципу Гаусса. Они базировались на метрической системе мер, но отличались друг от друга основными единицами. Международная система единиц физических величин является наиболее совершенной и универсальной из всех существовавших до настоящего времени. Она охватывает физические величины механики, термодинамики, электродинамики и оптики, которые связаны между собой физическими законами. Потребность в единой международной системе единиц измерения в условиях современной научно-технической революции очень велика. Поэтому такие международные организации как ЮНЕСКО и международная организация законодательной метрологии призвали государства, являющиеся членами этих организаций, принять систему СИ и градуировать в ней все измерительные приборы. Существует несколько видов измерений: статические и динамические, прямые и косвенные. Первые определяются характером зависимости определяемой величины от времени. Так, при статических измерениях величина, которую мы измеряем, остается постоянной во времени. При динамических измерениях измеряется величина, меняющаяся во времени. В первом случае – это размеры тела, постоянного давления и т.п., во втором случае – это измерение вибраций, пульсирующего давления. По способу получения результатов различают измерения прямые и косвенные. В прямых измерениях искомое значение измеряемой величины получается путем непосредственного сравнения ее с эталоном или выдается измерительным прибором. При косвенном измерении искомую величину определяют на основании известной математической зависимости между этой величиной и другими, получаемыми путем прямых измерений. Косвенные измерения широко используются в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно, или когда прямое измерение дает менее точный результат. Несмотря на роль наблюдения, описания и измерения в научных исследованиях, у них есть серьезное ограничение – они не предполагают активного вмешательства субъекта познания в естественное протекание процесса. Дальнейший процесс развития науки предполагает преодоление описательной фазы и дополнения рассмотренных методов более активным методом – экспериментом. Эксперимент(от лат. – проба, опыт) – это метод, когда путем изменения условий, направления или характера данного процесса создаются искусственные возможности изучения объекта в относительно «чистом» виде. Он предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект для выяснения тех или иных сторон, свойств, связей. При этом экспериментатор может преобразовывать исследуемый объект, создавать искусственные условия его изучения, вмешиваться в естественное течение процессов. Эксперимент включает в себя предыдущие методы эмпирического исследования, т.е. наблюдение и описание, а также еще одну эмпирическую процедуру – измерение. Но к ним не сводится, а имеет свои особенности, отличающие его от других методов. Во-первых, эксперимент позволяет изучать объект в «очищенном» виде, т.е. устраняя всякого рода побочные факторы, наслоения, затрудняющие процесс исследования. Например, эксперимент требует специальных помещений, защищенных от электромагнитных воздействий. Во-вторых, при эксперименте могут создаваться специальные условия, например, температурный режим, давление, электрическое напряжение. В таких искусственных условиях удается обнаружить удивительные, порой неожиданные свойства объектов и тем самым постигать их сущность. Особо следует отметить эксперименты в космосе, где имеются и достигаются условия, невозможные в земных лабораториях. В-третьих, многократная воспроизводимость эксперимента позволяет получать достоверные результаты. В-четвертых, изучая процесс, экспериментатор может включать в него все, что считает нужным для получения истинного знания об объекте, например, менять химические агенты воздействия. Проведение эксперимента предполагает следующие этапы: выдвижение цели; постановка вопроса; наличие исходных теоретических положений; наличие предположительного результата; планирование путей ведения эксперимента; создание экспериментальной установки, обеспечивающей необходимые условия для воздействия на изучаемый объект; контролируемое видоизменение условий эксперимента; точная фиксация следствий воздействия; описание нового явления и его свойств; 10) наличие людей с должной квалификацией. Научные эксперименты бывают следующих основных видов: – измерительные, – поисковые, – проверочные, – контрольные, – исследовательские и другие в зависимости от характера поставленных задач. В зависимости от того, в какой области проводятся эксперименты, их подразделяют на: – фундаментальные эксперименты в области естественных наук; – прикладные эксперименты в области естественных наук; – промышленный эксперимент; – социальный эксперимент; - эксперименты в области гуманитарных наук. Рассмотрим некоторые из видов научного эксперимента. |