Основы научных исследований
 Скачать 1.31 Mb.
|
|
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет» Л. И. Виноградова ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Рекомендовано учебно-методическим советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Красноярский государственный аграрный университет» для внутривузовского использования в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 21.03.02 «Землеустройство и кадастры» и 20.03.02 «Природоустройство и водопользование» Электронное издание Красноярск 2020 2 ББК 72я73 В 49 Рецензенты В. Н. Белобородов, кандидат технических наук, директор ООО НПФ «Изотор» В. Д. Кулигин, кандидат технических наук, генеральный директор ОАО СибНИИГиМ Виноградова, Л. И. Основы научных исследований [Электронный ресурс]: учебное пособие / Л. И. Виноградова; Красноярский государственный аграр- ный университет. – Красноярск, 2020. – 180 с. Курс нацелен на формирование у студентов навыков проведения самостоя- тельной научно-исследовательской работы с использованием современных мето- дов исследования; развитие способности к анализу, обобщению результатов и подведению итогов научно-исследовательской и творческой деятельности. Предназначено для студентов Института землеустройства, кадастров и природообустройства направления 21.03.02 «Землеустройство и кадастры», профили «Землеустройство», «Земельный кадастр», «Городской кадастр» очно- го и заочного отделений и для направления 20.03.02 «Природообустройство и водопользование», профиль «Водные ресурсы и водопользование». ББК 72я73 © Виноградова Л. И., 2020 © ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет», 2020 В 49 3 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 7 1. МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 9 1.1 Определение науки 9 1.2. История развития науки 10 1.3. Закономерности развития науки 12 1.4. Классификация отраслей науки 13 2. НАУЧНЫЕ ГИПОТЕЗЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 16 2.1. Научные гипотезы 16 2.2. Методы исследования 19 2.3. Математические методы исследования 22 3. ВЫБОР НАУЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОБЛЕМЫ И ТЕМЫ 24 3.1. Цель и задачи исследования 26 3.2. Предмет и объект исследования 26 3.3. Актуальность исследований 26 3.4. Научная новизна исследования 27 3.5. Состояние вопроса исследования 30 3.6. Теоретические исследования 31 4. ПРОБЛЕМА КАК ОБЪЕКТИВНАЯ НЕОБХОДИМОСТЬ НОВОГО ЗНАНИЯ 34 4.1. Возникновение проблем 34 4.2. Противоречивые отношения в проблемах 35 4.3. Критерии истинности проблемы 36 4.4. Развертывание проблемы 37 5. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК 39 5.1. Цель информационного поиска 39 5.2. Последовательность информационного поиска 39 5.3. Выписки, аннотации, конспекты 40 4 5.4. Правила оформления отчетов о НИР 41 5.5. Правила составления библиографического описания 42 5.6. Одноуровневое библиографическое описание. Схема библиографической записи 43 5.7. Аналитическое и библиографическое описание 47 6. ГИПОТЕЗА КАК ПРЕДПОЛАГАЕМАЯ ЗАВИСИ- МОСТЬ ЯВЛЕНИЯ ОТ ДЕЙСТВУЮЩИХ ФАКТОРОВ И ЕГО ФИЗИЧЕСКОЙ СУТИ 49 6.1. Догадки и домыслы 50 6.2. Проверка гипотез о законах распределения 52 6.3. Применение коэффициентов асимметрии и эксцесса для проверки нормальности распределения 53 7. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ИДЕЙ ПРИ РЕШЕНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ 55 7.1. Классификация методов генерирования идей перебором вариантов. Морфологические методы 56 7.2. Методы мозгового штурма 57 7.3. Теория решения изобретательных задач 59 8. МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК СРЕДСТВО ОТРАЖЕНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ 63 8.1. Теория подобия, критерии подобия 63 8.2. Виды моделирования 63 8.3. Математические модели 65 8.4. Экспериментально-статистические модели и их применение 66 9. ЗАДАЧИ И ПРЕДМЕТ ЗЕМЛЕУСТРОИТЕЛЬНОЙ НАУКИ 69 9.1. Землеустроительная наука в дореволюционный период 72 9.2. Развитие науки о землеустройстве в советский период 74 9.3 Современная землеустроительная наука 81 9.4 Тенденция развития землеустроительной науки в совре- менных условиях 84 5 9.5 Координация и управление научными исследованиями в области землеустройства и кадастров 90 10. ЭТАПЫ ПРОВЕДЕНИЯ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 93 10.1. Основные этапы научного исследования 93 10.2. Аспекты обоснования темы научных исследований 94 10.3 Гипотеза исследований в научно-исследовательской работе 97 11. МЕТОДЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСПОЛЬ- ЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВЕ И КАДАСТРАХ 100 11.1. Расчетно-конструктивный, вариантный и абстрактно- логический методы 100 11.2. Балансовый метод 102 11.3. Экономико-статистические и математико-статистические методы 103 11.4. Использование современных информационных и геоинформационных технологий в научно- исследовательских работах 104 12. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА НИР 108 12.1. Реализация и внедрение научных разработок в производ- ство и учебный процесс 108 12.2. Финансирование научных исследований 110 12.3 Оценка социальной и экономической эффективности НИР 111 13. РАЗВИТИЕ И НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МЕЛИОРАЦИИ 114 13.1. Видные советские ученые-мелиораторы 114 13.2. Объекты, виды и принципы природообустройства 117 13.3. Геосистемы (ландшафты) как объекты природообустройства 120 13.4. Правовая база природообустройства 128 13.5. Рекультивация земель 132 6 14. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ИНСТИТУТЫ ПО МЕЛИОРАЦИИ 145 14.1. Научно-мелиоративный институт (НМИ, ГНМИ) 145 14.2. Научно-исследовательский институт «ВОДГЕО» 146 14.3. Научно-исследовательский институт по сельскохозяйст- венному использованию сточных вод (НИИССВ «ПРОГРЕСС») 147 14.4. Становление мелиорации в Красноярском крае 148 14.5. Сибирский научно-исследовательский институт гидро- техники и мелиорации (СибНИИГиМ) 152 14.6. Сибирский научно-исследовательский и проектный инсти- тут землеустройства и мелиорации (СибНИиПИЗиМ) 154 14.7. Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии (НИИ АПХ) 155 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 158 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 160 ПРИЛОЖЕНИЯ 163 7 ВВЕДЕНИЕ Учебное пособие по дисциплине «Основы научных исследова- ний» подготовлено для студентов Института землеустройства, када- стров и природообустройства и может быть использовано при изуче- нии дисциплины, выполнении практических занятий, проведении на- учно-исследовательских работ, а также при подготовке обзоров по научным проблемам, отчетов по научно-исследовательским работам. Большая часть материалов может быть полезна магистрам и студен- там других институтов Красноярского ГАУ, а также специалистам, которые занимаются научными исследованиями. Целью изучения данной дисциплины является формирование у студентов навыков проведения самостоятельной научно- исследовательской работы с использованием современных методов исследования, развитие способностей к анализу, обобщению резуль- татов и подведению итогов научно-исследовательской и творческой деятельности Дисциплина должна формировать общекультурную компетен- цию (ОК-7) – способность к самоорганизации и самообразованию, а также следующие профессиональные компетенции: ПК-5 – способность проведения и анализа результатов исследо- ваний в землеустройстве и кадастрах; ПК-6 способность участия во внедрении результатов исследо- ваний и новых разработок; ПК-9 – готовность участвовать в решении отдельных задач при исследованиях воздействия процессов строительства и эксплуатации объектов природообустройства и водопользования на компоненты природной среды; ПК-16 – способность использовать основные законы естественно- научных дисциплин, методы математического анализа и моделирова- ния, теоретического и экспериментального исследования при реше- нии профессиональных задач. Наука и методы научных исследований представляют специфи- ческий труд, к которому соискатели, аспиранты должны быть подго- товлены, поэтому вузы готовят будущих исследователей, ученых хо- тя бы в психологическом плане. Приступая к научному исследованию, молодой работник, как правило, очень долго не видит научной стороны изучаемого вопроса, хотя прекрасно видит конструкцию или технологический процесс, его организацию и даже экономическую сторону. В чем причина? 8 Многие крупные ученые отвечают так: чтобы дать что-то дейст- вительно существенное для практики, наука должна уметь оторваться от практики насколько возможно, подняться над ней, возвыситься в абстракции. Абстрактное мышление у молодых ученых развито недостаточ- но. Суть диалектического познания заключается в том, чтобы пройти путь «...от живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике...». Не пройдя этот путь, не овладев наукой познания, очень трудно подняться к вершинам науки. Наука дается легче тем, кто имеет особый склад ума, при кото- ром абстрактные схемы и понятия имеют сильную эмоциональную окраску. Академик В. А. Амбарцумян, указывая на трудности, связанные с овладением наукой и научным творчеством, говорит, что молодой ученый, работающий в день менее 10 ч, как правило, обрекает себя на неудачу в избранной им области. Если он не затрачивает ежедневно 3–4 ч сверх рабочего времени на чтение научной литературы, слушание лекций, докладов, то постоянно отстает от уровня научных знаний. Известный английский физик Резерфорд говорил своему учени- ку, будущему академику П.Л. Капице: «Совершенно достаточно ра- ботать до шести часов, остальное время надо думать. Плохи те науч- ные работники, которые много работают и слишком мало думают». В наше время, когда наука становится непосредственной произ- водительной силой, а научно-технический прогресс приобретает все более широкий размах, разработка проблем методологии научного исследования становится одной из важных задач. Возникает необхо- димость анализа и разработки методов исследования, используемых в современной науке. 9 1. МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В разных отраслях науки существуют специфические методы и средства исследования, но это не исключает возможности и необхо- димости изучения и оценки таких средств и методов исследования, которые являются общими для широкого класса эмпирических и аб- страктных наук. В методологии научных исследований рассматриваются общие закономерности познания и, в частности, специфические средства и методы, с помощью которых происходит научное исследование. В упрощенном представлении методология – это логически обосно- ванный план решения поставленной научно-исследовательской зада- чи. Вопросы методологии представлены в работах [1, 2]. Общей методологической основой научных исследований явля- ется диалектический метод и законы диалектики: переход количества в качество, отрицание отрицания, единство и борьба противополож- ностей. 1.1. Определение науки Прежде чем рассматривать вопросы методологии научных ис- следований, рассмотрим определение науки как особого явления об- щественной жизни. Долгое время науку рассматривали как систему знаний. В на- стоящее время стало очевидно, что наука – это не только совокуп- ность систематизированных знаний, но и специфическая целостная система, и особая форма деятельности человека, подчиняющаяся в своем развитии особым закономерностям. Изучение общих закономерностей развития науки и техники, за- висимости темпов и направлений их развития от других социальных явлений, разработка теоретических основ организации, планирования и управления наукой, опирающихся на объективную логику развития науки, – все эти проблемы не могут быть решены в рамках ни одной из существующих наук. В связи с этим сейчас быстро формируется специальная ком- плексная отрасль знания, предметом которой является наука как спе- цифическая система и особая форма деятельности человека. Ее назы- вают наукой о науке или науковедением. 10 Один из основателей науковедения Джон Бернал полагает, что дать исчерпывающее определение науке невозможно и любая попыт- ка такого рода «… может выразить более или менее точно лишь один из ее аспектов». Наука – сфера человеческой деятельности, функцией которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о реальном мире. Науку мы понимаем как сферу деятельности человека по установлению объективных связей, внутренних законо- мерностей объективного реального мира. Понятие «наука» включает как деятельность по получению но- вого знания, так и результат этой деятельности – сумму полученных знаний, образующих научную картину мира. Непосредственная цель науки – описание, объяснение и пред- сказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет ее изучения, на основе открываемых законов, а в широком смысле – теоретическое отражение действительности. Будучи неотделимой от практического способа освоения мира, наука как производство знаний представляет специфическую форму деятельности человека. Если в материальном производстве знания используют лишь в качестве идеальных средств, то в науке их получение образует глав- ную и непосредственную цель независимо от того, в каком виде во- площается эта цель: теоретическом описании, схемах технологиче- ского процесса, формулах и т. д. В отличие от видов деятельности человека, результат которых в принципе бывает известен заранее и задан до начала деятельности, научная деятельность правомерно называется такой лишь постольку, поскольку дает приращение нового знания, т. е. ее результат принци- пиально нов и нетрадиционен. Именно поэтому наука выступает как сила, постоянно революционизирующая другие виды деятельности человека. 1.2. История развития науки История науки уходит своими корнями в практику ранних чело- веческих обществ, в которой были неразрывно сплавлены познава- тельные и производственные моменты. Первоначальные знания носили практический характер, высту- пали в роли методических указаний в конкретных видах человече- 11 ской деятельности. Эти знания, полученные на основе простого на- блюдения, не были научными. Они не раскрывали сущности явлений и взаимосвязи между ними, которая позволила бы объяснить, почему данное явление протекает так или иначе, и предсказать дальнейшее его развитие. В странах Древнего Востока была накоплена значительная ин- формация – важная предпосылка будущей науки. «Факты, – говорил И.П. Павлов, – это воздух ученого. Но сами по себе факты – еще не наука. Они становятся составной частью на- учных знаний, если выступают в систематизированном обобщенном виде». Для развития науки были необходимы определенные социаль- ные условия: достаточно высокий уровень развития производства и общественных отношений, в частности, разделение труда на умст- венный и физический. Аристотель и другие греческие ученые дали первое описание за- кономерностей природы, общества и мышления. Они ввели систему абстрактных понятий, создали традицию поиска объективных естест- венных законов, заложили основы доказательного способа изложения материала. Этот период знаменателен созданием первых теоретических систем в области геометрии (Евклид), механики (Архимед) и астро- номии (Птолемей). В эпоху Средневековья огромный вклад в науку внесли ученые Арабского Востока и Средней Азии: Ибн-Сина (Авиценна), Бируни и др. Созданию базы для современной науки способствовало развитие алхимии и астрологии. Первая предшествовала развитию химии, а вторая – астрономии и космонавтики. С ХVI–ХVII веков наука начала превращаться в самостоятель- ный фактор духовной жизни, в реальную базу мировоззрения (Лео- нардо да Винчи, Коперник). Наряду с наблюдением наука берет на вооружение эксперимент, который становится ведущим методом исследования и значительно расширяет сферу познания, тесно соединяя теоретические рассужде- ния с практическими испытаниями. В результате усилилась познавательная мощь науки, и совре- менные энциклопедисты считают, что этот период (годы жизни Гали- лея, Коперника, Ньютона и других) был первой научной революцией. 12 Успехи механики к концу ХVII века (Эйлер, Ломоносов, Даллас) сыграли решающую роль в формировании механистической картины мира. Эволюционное учение в биологии Дарвина, периодическая сис- тема Менделеева показали наличие развития и внутренней связи ме- жду известными видами животных и веществ. В середине XIX века создаются социально-экономические, фи- лософские и общенаучные предпосылки для построения научной тео- рии общественного развития (К. Маркс, Ф. Энгельс). На рубеже ХIХ–ХХ веков новые открытия в физике привели к кризису классической науки нового времени, прежде всего, к краху «механистической» концепции теории познания, логики и историче- ского материализма. Кризис разрешился новой революцией в науке, которая началась в физике (Планк, Эйнштейн) и охватила все основные отрасли науки. К середине XX века сделан ряд фундаментальных открытий: гене- тический код, новые источники энергии и материалов, освоены методы управления большими системами; космические исследования и т. д. 1.3. Закономерности развития науки В настоящее время, когда обобщен опыт более чем двух тысяче- летий истории науки, отчетливо обнаруживается ряд общих законо- мерностей и тенденций ее развития, рассмотренные в [4, 5, 6] Наука движется вперед пропорционально объему знаний, унас- ледованных ей от предшествующего поколения, которое описывается экспоненциальным законом. Так, объем научной деятельности удваи- вается (начиная с XVII века) каждые 10–15 лет, что находит выраже- ние в количестве ученых, научных открытий и информации. Всю историю науки пронизывает сложное диалектическое соче- тание процессов дифференциации и интеграции. Освоение все новых областей реальности и углубление познания приводит к дифферен- циации науки, ее дроблению на более специализированные области знания. 1.4. Классификация отраслей науки 13 Научные дисциплины, образующие в своей совокупности сис- тему науки в целом, весьма условно делят на 3 подсистемы (группы): естественные, общественные и технические. По своей направленности науку принято подразделять на фун- даментальную и прикладную. Задачей фундаментальных наук является познание законов, управляющих поведением и взаимодействием базисных структур природы, общества, мышления. Эти законы и структуры изучают в «чистом виде», безотносительно к их возможному использованию. Непосредственной целью прикладных наук является применение результатов фундаментальных наук для решения не только познава- тельных, но и социально-практических проблем. Поэтому критерием успеха служит не только достижение истины, но и мера удовлетворе- ния социального заказа – эффективности внедрения. На стыке при- кладных наук и практики развивается особая область исследования – разработки, в которых результаты прикладных наук используют в тех- нологических процессах, новых конструкциях, материалах и т. д. При- кладные науки могут развиваться с преобладанием как теоретической, так и практической проблематики. Все технические науки являются прикладными. В современной науке на долю прикладных наукприхо- дится до 80–90 % всех исследований и ассигнований. Основная задача в настоящее время заключается в сокращении длительности цикла: фундаментальные исследования – прикладные исследования – разработки – внедрение. Очень часто молодой научный работник, аспирант или соиска- тель не видят различия между прикладной научно-исследовательской работой (диссертацией) и разработкой в области опытно- конструкторских работ (ОКР). Это заблуждение носит принципиаль- ный характер и в значительной мере отражается на продолжительно- сти выполнения диссертационной работы и ее качестве. Рисунок 1 дает представление об этапах выполнения научно-исследовательской работы. 14 Рисунок 1 – Этапы выполнения прикладной научно-исследовательской работы Вопросы 1. Методологии научных исследований. 2. Понятие «наука» и цель науки. Формулирование темы исследования (предварительное оз- накомление с литературой и классификация основных на- правлений, оценка актуальности) Формулирование цели и задач исследования (подробное изучение литературы, анализ, сопоставление, критика прора- батываемой информации сообщение информации и составле- ние главы. Состояние вопроса и уровень его исследования, проблемная ситуация, цели и задачи) Теоретические исследования (изучение физической сущно- сти, формулирование гипотезы, выбор и обоснование матема- тической модели, получение аналитических выражений, тео- ретический анализ) Экспериментальные исследования (цели, задачи, програм- ма и методика исследования, материальное обеспечение стендами, агрегатами, приборами, проведение эксперимен- тов, обработка результатов наблюдении) Анализ и оформление научных исследований (сопоставле- ние эксперимента с теорией, уточнение теоретических моде- лей, исследований и выводов, дополнительные эксперимен- ты, превращение гипотезы в теорию, сформирование науч- ных и производственных выводов) Внедрение и экономическая оценка эффективности иссле- дований Эта- пы 2 3 4 5 6 1 Этап 15 3. История развития науки. 4. Закономерности развития науки. 5. Классификация отрасли науки. 6. Этапы выполнения прикладной научно-исследовательской работы. 7. Задачи фундаментальных наук. 8. Кто внес огромный вклад в науку в эпоху Средневековья? 9. Что является целью прикладных наук? 10. Какие открытия привели к кризису классической науки ново- го времени? 16 2. НАУЧНЫЕ ГИПОТЕЗЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В соответствии философским определением под методом по- знания понимают совокупность требований или принципов, которые должен соблюдать человек в процессе исследований той или иной области действительности. В науке можно выделить эмпирический и теоретический ме- тоды (уровни) исследования. Эмпирический метод основан на опыте. На эмпирическом уровне познания широко используют методы срав- нения, измерения, индукцию, анализ и синтез. Для теоретического уровня характерны такие познавательные приемы, как гипотеза, моделирование, идеализация, абстракция, де- дукция, обобщение и мысленный эксперимент. Необходимо обратить внимание на сравнительно малоразвитый и малоиспользуемый в наших исследованиях метод, основанный на разработке гипотезы. 2.1. Научные гипотезы В обыденном представлении под гипотезой понимают догадку, предположение, прогноз событий или явлений. С точки зрения тео- рии познания под научной гипотезой понимают предположение, ос- нованное на реальных данных о причине, обусловливающей опреде- ленные следствия. Гипотеза потому и включает определенный тер- мин «научная», что является научно обоснованным предположением о наличии существенных функциональных связей между следствием и причиной [7]. На первой стадии поисков исследователь выдвигает рабочую гипотезу, имеющую вспомогательное значение для направления ис- следования. Результаты опытного исследования и их простейшего обобще- ния составляют лишь начало научного познания. Эти результаты ну- ждаются в интерпретации и объяснении, что невозможно сделать без гипотезы. Важнейшая функция гипотез в опытных науках состоит в расширении и обобщении эмпирического материала. Результаты наблюдений и экспериментов всегда относят к не- большому числу явлений или событий, а утверждения науки претен- дуют на универсальность или весьма большую общность. С помощью гипотез мы стремимся расширить наши знания. В сравнительно про- 17 стых ситуациях такое расширение знания достигают с помощью ин- дукции и логики, при этом немаловажное значение имеют интуиция и опыт ученого. Как правило, гипотезы здесь используют в качестве посылок дальнейших умозаключений. Именно по проверяемым след- ствиям таких умозаключений делают вывод о правдоподобности са- мой гипотезы. В формировании гипотезы выделяют несколько этапов, которые нередко рассматривают в качестве самостоятельных типов гипотез. Первоначально всякое предположение выступает в форме до- гадки, которая обычно связывается с конкретными фактами, опытом или эмпирическими данными. Как правило, для догадки не хватает достаточного количества данных или даже имеющиеся данные вызы- вают сомнения и требуют дальнейшего анализа. В большей степени догадка требует обоснования теоретическими знаниями. Поскольку всякая гипотеза зависит от количества факторов и степени обоснова- ния ее теоретическими знаниями, то различают гипотезы эмпириче- ски правдоподобные или теоретически правдоподобные. Эмпирические гипотезы обычно подтверждают фактами в не- большой области исследования. Этим гипотезам не хватает теорети- ческого обоснования, а самое главное, они представляют отдельные, изолированные предложения. Обычно эмпирическая стадия исследования начинается именно с такого рода обособленных гипотез, в которых ученые пытаются ос- мыслить быстрорастущую информацию об опытных данных. Теоретически правдоподобные гипотезы в отличие от эмпи- рических основываются на тех или иных теоретических принципах, идеях и законах. Нередко они являются логическим следствием из- вестных принципов и законов. Однако они недостаточно обосновы- ваются опытными данными, поэтому остаются теоретическими пред- положениями. Ярким примером теоретической гипотезы было пред- сказание радиоволн, сделанное английским физиком Максвеллом. Существование таких волн впоследствии было экспериментально до- казано немецким физиком Герцем. На теоретической стадии исследования обычно имеют дело не только с эмпирически хорошо подтвержденными, но и с теоретически обоснованными гипотезами. Доказательство справедливости гипоте- зы производят путем сопоставления и связи с законами и принципа- ми, ранее установленными в науке. 18 Если гипотеза верна, то она безошибочно может предсказать не- которые следствия по определенной причине. Гипотеза, многократно подтвержденная опытом, постепенно превращается в научную тео- рию, достоверное знание, закономерность. Из всего сказанного выше важно подчеркнуть направление про- цесса познания: из первоначальных, довольно разрозненных и изоли- рованных догадок, эмпирических обобщений и гипотез при посте- пенном обосновании и опытной проверке возникает систематическое и надежное знание – законы и научные теории. Наибольший интерес для технических наук представляет мате- матическая гипотеза. Академик С.И. Вавилов впервые в нашей лите- ратуре поставил вопрос о математической гипотезе и так характери- зовал ее сущность: «Положим, что из опыта известно, что изученное явление зависит от ряда переменных и постоянных величин, связан- ных между собой некоторым уравнением, то, видоизменяя это урав- нение, можно получить другие соотношения между переменными. В этом и состоит математическая гипотеза, или экстраполяция. Она приводит к выражениям, которые совпадают или расходятся с опытом, и соответственно применяется или отбрасывается». Наибо- лее вероятные, правдоподобные гипотезы проверяются в эксперимен- те. Планирование эксперимента и полевых опытов приведено в работах [8, 9]. Эксперимент– это активные воздействия исследователя на изучаемый объект и его процессы в искусственных условиях в соот- ветствии с целями опыта. Исследователь ставит изучаемый объект в различные, заранее запланированные условия, и в этом заключается преимущество эксперимента. Преимуществом эксперимента является также и то, что изучать явления можно в любое время, не ожидая, по- ка они возникнут в природе (провести полив, внести удобрения, обре- зать деревья и др.). Одним из преимуществ эксперимента является и то, что в одном опыте можно изучать несколько явлений, расчленяя их в процессе проведения опыта и анализа результатов. В эксперименте можно сравнивать не только отдельные элемен- ты агротехники, но и технологии полностью. Например, сравнение интенсивной технологии выращивания плодовых или овощных куль- тур с обычной технологией, которая применялась раньше. Синони- мом слова эксперимент является слово опыт. Эксперимент является ведущим методом агрономических исследований. 19 2.2. Методы исследования Метод наблюдения. Для того чтобы в опыте выявить лучшие агрономические приемы или технологии возделывания культуры, ис- пользуют такой метод исследований, как наблюдение. Наблюдение – сосредоточение внимания исследователя на явлениях эксперимента или природы, их количественная и качественная регистрация с целью выявления лучших приемов повышения урожая и его качества у пло- довых и овощных культур. Примеры наблюдений: определение даты распускания почек, цветения, завязывания плодов, роста, листьев, созревания плодов, листопада и др. Наблюдают также за повреждением растений вреди- телями и поражением болезнями, морозом – засухоустойчивостью, за динамикой пищевого и водного режимов почвы, ростом растений. Разновидностью наблюдений является учет урожая и определение его качества, и это наблюдение является одним из главных во всех экспе- риментах. Все учеты и наблюдения необходимо проводить по специаль- ным методикам в соответствии с государственными стандартами. Для наблюдений необходимо использовать приборы (весы, термометры, колориметры и др.), которые раз в году проверяет и контролирует го- сударственная инспекция. Результаты проверки оформляют соответ- ствующим актом. Наблюдения проводят не только в эксперименте, но и вне него. Например, наблюдают за явлениями природы (атмосферные осадки, температура воздуха и почвы, влажность воздуха, количеством сол- нечных дней, первыми заморозками осенью, последними заморозка- ми весной, началом вегетации и цветения, концом цветения, концом вегетации и др.). В результате таких наблюдений вне эксперимента можно сделать ценные выводы об агроклиматическом районировании плодовых и овощных культур. Анализ – метод исследования, с помощью которого изучаемый предмет мысленно или практически расчленяют на составные части для более детального изучения. Так, весь опыт расчленяют на повторения, каждое повторение – на опытные делянки. При изучении особенностей растений их расчленяют на отдельные органы, которые анализируют отдельно: корни, побеги, листья, цветы, плоды. Например, в плодах оп- ределяют содержание сахара, кислот, витаминов и пр. Анализ как метод исследования используют только в связи с синтезом. 20 Синтез – объединение расчлененных и проанализированных частей в единое целое с целью получения более полных выводов и обобщений. Проанализировав данные по каждой части исследования, исследователи выводят средние значения по каждому варианту, т. е. объединяют данные по делянкам с одинаковыми вариантами. Анали- зируя каждый вариант, они объединяют их в единый опыт, по кото- рому делают выводы, обобщения и как конечный синтез дают реко- мендации производству. Таким образом, анализ и синтез как диалек- тическое единство и противоположность способствуют более полно- му изучению эффективности агрономических приемов и явлений. Индукция – метод, с помощью которого рассуждения ведутся от фактов к конкретным выводам. Так, если листья на растениях увя- дают, то на основании этого факта делают вывод о недостатке влаги, при пожелтении листьев делают вывод о нарушении минерального питания, а если в одном из вариантов опыта получена наиболее высо- кая урожайность и качество плодов, то делают выводы и предложе- ния о внедрении этого варианта в производство. Это и есть использо- вание метода индукции в исследованиях. Дедукция – метод, с помощью которого рассуждения ведутся от общих положений к выводам. Например, используют альбом цветных изображений листьев плодовых и ягодных культур, свидетельствую- щих о недостатке определенных элементов питания. Сравнение фак- тической окраски листьев с определенными изображениями в альбо- ме позволяет путем дедуктивного мышления прийти к выводу о не- достатке определенных элементов питания у растений. Метод дедук- ции лежит в основе определения сортов плодовых культур. Абстрагирование – это теоретическое обобщение опыта или мысленное выделение главного, наиболее существенных связей при отвлечении от всех остальных. Используются два типа абстракций: отождествление – для образования понятий о системе, классах; изо- лирование – для выделения главного. Так, среди десятков вариантов опыта исследователь выделяет наиболее главные, где получена суще- ственная прибавка урожая и улучшено его качество. Когда изучают образование растением органического вещества (как результат самых сложных химических, биохимических, микробиологических, физио- логических и других процессов с участием солнечной энергии), упот- ребляют понятие «фотосинтез». Исследователь абстрагируется от второстепенных процессов и выделяет в мыслях наиболее сущест- венное в первичном создании органического вещества на Земле. 21 Идеализация – это мысленное представление вещей или про- цессов, несуществующих в реальном мире. При этом свойства мыс- ленно изучаемого предмета или явления доводят до оптимальных значений. Например, идеальным является сорт яблони, комплексно устойчивый против всех болезней, вредителей, морозостойкий, засу- хоустойчивый, солевыносливый, высокопродуктивный с отличным качеством плодов. Идеализации используют сначала для создания на- учной теории, а затем для применения ее в практике. Конкретизация – метод исследования, с помощью которого от абстрактного переходят к конкретному представлению. Например, выделив в создании растением органического вещества самый глав- ный процесс – фотосинтез – познав его сущность, исследователь в мышлении снова возвращается ко всему растению, среде, рассматри- вает взаимодействие растения со всеми факторами его жизни. Выде- лив путем абстрагирования минеральное питание как агрохимиче- ский процесс, исследователь мысленно возвращается ко всем осталь- ным процессам, в результате которых создается урожай. Таким обра- зом, методы абстрагирования и конкретизации тесно взаимосвязаны, дополняют друг друга и исследователь использует их, как анализ и синтез, индукцию и дедукцию. Моделирование. Сущность моделирования заключается в заме- не трудно изучаемого предмета или явления специально созданным аналогом, удобной моделью, которую потом исследуют. Для эффек- тивности этих исследований каждая модель должна содержать суще- ственные черты оригинала. Если модель сохраняет физическую при- роду оригинала, например, модель почвы, растительной клетки, орга- на, то она является физической. Если модель физически не создается, а ее оригинал лишь описывается соответственными уравнениями, то модель является математической. Например, применяют математиче- ское описание урожайности конкретного сорта плодовых или ягодных культур в зависимости от факторов жизни. Моделированием является также составление схемы опыта, вычерчивание размера и формы де- лянки, изображение на плане метода размещения вариантов и др. Формализация – метод изучения объектов при помощи отдель- ных элементов их форм, отражающих содержание объекта. Это мо- жет быть формула, описывающая объект. Например, изучают окруж- ность штамба молодого плодового дерева. Для этого штангенцирку- 22 лем измеряют диаметр штамба. Полученное значение используют для вычисления окружности штамба по формуле С = D 2 , где С – окружность; D – диаметр. Использование этой и других формул составляет сущность ме- тода формализации. Теория – метод, с помощью которого мысленно отражается и воспроизводится реальная действительность на основе данных прак- тики и эксперимента. Это система взаимосвязанных знаний, позво- ляющая раскрывать основные закономерности развития изучаемого объекта с целью его преобразования в интересах человечества. Примером теории как метода исследований являются теории цикличности развития плодовых растений, старения и омоложения деревьев, обработки почвы, минерального питания растений и многие другие. 2.3. Математические методы исследования В настоящее время большое значение приобретают математи- ческие методы исследований – корреляционный анализ (корреляци- онные функции и спектральные плотности, корреляционные связи), кибернетика с использованием ЭВМ, математическое моделирование и т. д. [5, 10, 11]. Методы математической статистики используют для объектив- ного планирования опытов, подготовки экспериментальных данных к обработке, определения достоверности опыта и его точности, а также для выявления зависимости между учитываемыми в опыте показате- лями. Как правило, результаты исследований всегда обрабатывают соответствующими методами математической статистики. Особое внимание уделяют использованию математических методов при пла- нировании опытов в математическом моделировании. Для операций с огромной массой чисел и для решения сложных уравнений рекомен- дуется шире использовать компьютеры. Аспиранты и соискатели овладевают методами работы над дис- сертацией на основе консультаций научного руководителя, изучения курса философии, научных семинаров, при рассмотрении отдельных фрагментов диссертации. 23 Вопросы 1. Методы исследования. 2. Научные гипотезы. 3. Проверка гипотез. 4. Метод наблюдения. 5. Другие методы. 6. Моделирование. 7. Методы математической статистики. 8. Сущность моделирования. 9. Метод наблюдения. 10. Абстрагирование. 24 3. ВЫБОР НАУЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОБЛЕМЫ И ТЕМЫ Научное направление – это исследование, в процессе которого решают крупные задачи в определенной отрасли науки. Составной частью научного направления являются комплексные проблемы, про- блемы, темы, вопросы. Под проблемой понимают сложную научную задачу, которая охватывает значительную область исследования и имеет перспектив- ное значение. Проблема состоит из тем. Комплексная проблема включает в себя несколько проблем. По- лезность исследований в рамках комплексной проблемы или пробле- мы на первых порах можно определить только ориентировочно. |