Класифікація методів досліджень

Методи наукових досліджень поділяються на загальнонаукові та спеціальні.

Загальнонаукові методи базуються на всезагальному діалектичному методі, який розкриває найбільш загальні закони розвитку природи, суспільства і мислення.

В агрономії із загальнонаукових методів широко застосовують гіпотезу, спостереження й експеримент, аналіз і синтез, індукцію й дедукцію, абстрагування, конк­ретизацію, аналогію, моделювання, формалізацію, інверсію, узагальнення та ін.

Гіпотеза — це наукове при­пущення про можливий шлях вирішення проблеми. Проблема (з грецької — завдання) є складне теоретичне або практичне питання, яке вимагає вивчення або рішення. В науці проблема — це ситуація, в якій подаються протилежні позиції трактування певного явища, об’єктів, процесів, що вимагають адекватної теорії для їх рішення.

Гіпотеза може виступати як метод розвитку нових наукових знань і як складова частина наукової теорії. Якщо гіпотези викорис­товують для розвитку знань, то спочатку висувають пев­ні припущення, а потім їх перевіряють в експерименті. Як правило, гіпотези висуваються на основі попередніх знань, але вони можуть виникати і як здогадки.

Наприклад, якщо у господарстві низька врожайність районованого гібриду цукрових буряків, то з метою поліпшення системи удобрення культури можуть висуватися такі робочі гіпотези:

• низь­кий рівень мінерального живлення;

• невідповідне до вимог культури або гібриду співвідношення поживних елементів;

• існуюча система удобрення культури не пов’язана з місцем у сівозміні;

• реакція ґрунтового розчину не відповідає культурі та ін.

Ці гіпотези висуваються на підставі попередніх знань і перевіряються в експериментах.

При висуванні гіпотез треба дотримуватися таких правил:

1) гіпотеза повинна відповід­ати досліджуваним фактам;

2) з висуну­тих гіпотез має переваги та, яка ґрунтується на більшій кількості фактів;

3) зв'язок гіпотез і фактів для їх пояснення має бути найтіснішим;

4) суперечливі гіпотези не можуть бути одночасно істинними;

5) висуваючи гіпотези, треба передбачати ймовірність висновків з них.

Гіпотези як здогадки у наукових до­слідженнях менш поширені, але вони можуть мати велике значення (наприклад, здогадка Д.М. Менделєєва про періодичний закон зміни маси хімічних елементів)

Експеримент є методом пізнання, коли рослина або елемент технології досліджується у штучних, але досить контрольованих умовах, або створюються спеціальні умови, щоб штучно викликати те чи інше явище. Саме експери­мент дає відповідь фактами на питання робочої гіпотези, яка висувалася при пла­нуванні досліду.

Сучасна наука використовує якісні, кількісні (вимірювальні), змішані, мислені та обчислювальні види експериментів.

Метою якісних експериментів є виявлення передбачених гіпотезами чи теоріями різниць між якісними ознаками на контрольних та досліджуваних варіантах, наприклад гібридів цукрових буряків, наявність чи відсутність ураження хворобами та ін.

Більш складними є кількісні (вимірювальні) експери­менти, у яких досліджують кількісні показники певних властивостей об'єкта. Так, при вивченні рівня врожайності сортів та гібридів цукрових буряків, якості продук­ції, ступеня ураженості шкідниками, хворобами та іншим визначають кількісні показники (наприклад масу коренеплодів — т/га, їх цукристість — % тощо).

Найчастіше застосовують змішані експерименти, де вивчають показники якісної і кількісної мінли­вості. У фундаментальних науках проводять мисле­ні експерименти над ідеалізованими об'єктами з метою з'ясування узгодженості основних принципів теорії. Обчислювальний експеримент базується на розрахун­ках математичних моделей з тим, щоб вибрати з них най­більш оптимальну. У таких експериментах для складних розрахунків використовують комп'ютери.

Спостереження — цілеспрямоване зосередження уваги дослідника на явищах експерименту або природи, їх кіль­кісна або якісна реєстрація. Метою спостережень у науковій агрономії є виявлення кращих сортів та гібридів, елементів тех­нології тощо, які сприяють підвищенню врожаю та поліпшенню його якості. Основними вимогами до спостереження є: отримання об'єктивних, повних і однозначних результатів; використання для спостереження точних приладів; своєчасний запис і правильна інтерпретація результатів спостережень.

Спостереження проводять як в експерименті (наприклад поява сходів), так і поза ним (атмосферні опади, температура та воло­гість повітря, температура ґрунту тощо).

Обліки та спостереження відповідно до державних стандартів проводяться за спеціальними, добре апробованими методиками.

Експеримент порівняно зі спостереженнями має певні переваги. Наприклад, в одному досліді можна вивчати декілька явищ (дослід стає багатофакторним). Для більш детального аналізу в процесі дослідження всі фактори або явища можна роз­членувати, об’єднати або застосувати інші методи аналізу.

Аналіз є метод дослідження, за допомогою якого досліджуваний об'єкт уявно або практично розчленовується на складові частини з метою більш детального вивчення (наприклад, спочатку дослід аналізують за повторюваннями, а потім — за варіантами). Рослини у динаміці їх росту аналізують через певний проміжок часу (один раз за декаду, місяць) або за фазами росту й розвитку рослин. Для визначення хімічного складу рослини аналізують окремі органи — лис­тя, стебла, плоди, коріння тощо. У коренеплодах цукрових буряків визначають вміст цукрів, у зерні бобових та злакових культур — білка тощо.

Метод аналізу часто використовують у поєднанні із синтезом. Синтез — з’єднання розчленованих та проаналізованих частин досліджуваного об'єкта або кількох об'єктів в єдине ціле. У поєднанні з даними детального аналізу завданням синтезу є одержати нові, більш повні дані й на їх підвалинах зробити глибокі й всебічно обґрунтовані виснов­ки. Синтез як метод дослідження має різні форми: взаємо­зв'язок теорій як об'єднання конкурентних гіпотез, побу­дова гіпотетико-дедуктивних теорій та ін. У сучасній науці синтез використовують не тільки для дослідження окремого об'єкта у певній галузі науки, а й окремих наук з виявлен­ням існуючих між ними зв'язків (наприклад, між агроно­мією, фізикою, математикою, хімією та ін.).

Індукція — метод досліджень, за допомогою якого суд­ження ведуть від фактів до конкретних висновків. Наприклад, якщо листя цукрових буряків набуває фіолетового відтін­ку, це свідчить про нестачу в рослині фосфору; якщо листя в'яне — нестачу вологи.

Дедукція — метод досліджень, який дає змогу за до­помогою аналізу загальних положень і фактів робити част­кові або поодинокі висновки. Прикладом дедуктивного мето­ду є застосування будь-якого за­гального положення або закону для пояснення част­кових висновків. Наприклад, за методикою UPOV для оцінки сортів рослин цукрових буряків (Beta vulgaris L. var. vulgaris L) на відмінність, однорідність та стабільність на підставі порівняння певних морфологічних ознак роблять висновок про відповідність певного гібриду до виданого на нього сертифіката.

Абстракція —мислене виділення основного в об'єк­ті досліджень, його найбільш суттєвих зв'язків. Викорис­товують два типи абстракцій:

• ототожнення — для ство­рення понять про системи, класи;

• ізолювання — для виділення основного серед стороннього, що є найважливішим питанням абстракції.

Отже, серед десятків варіантів експерименту дослідник виділяє найбільш ефективні, які істотно відрізняються від інших за основними показника­ми. При цьому селекціонер серед багатьох гібридів виділяє найцінніші не лише за врожайністю і якістю продукції, а й за стійкістю до хвороб, шкідників, посухи та іншими цінними властивостями.

Коли з позиції закону діалектики про перехід кількісних змін у корінні якісні пояснюють ріст та розвиток рослин, то абстрагуючись від інших незамінних факторів (наприклад вологи, світла та ін., які приймають за оптимальні), увагу зосереджують на сумі активних температур. Так, озима пшениця з фази трьох листочків не вступить у фазу кущення, доки не отримає суми температур восени 180-200 ⁰С.

Оскільки абстракція базується на теоретичних підвалинах, вона дозволяє прогнозувати результати експериментів і тому є універсальним методом пізнання.

Іноді користуються абстракцією ідеалізації — мисленим уявленням об'єктів або процесів з оптимальними параметрами, які реально не існують. Так, ідеальний ЧС гібрид цукрових буряків повинен мати високі врожайність і цукристість, відмінні технологічні властивості, бути стійким до хвороб і шкідників, жаро- й посухостійким тощо. Абстракція ідеалізації використовується спочатку для створення теорії, а потім для застосування її на практиці.

Конкретизація — метод досліджень, за допомогою якого переходять від абстрактного до конкретного. Наприклад, виділивши в системі створення органічної речовини за основу процес фотосинтезу, дослідник завдяки йому мислено знову й знову повертається до рослини, середовища, системи «середовище — рослина» і розглядає взаємодію рослини з усіма факторами її життя. Отже, методи абстрагування і конкретизації дуже взаємопов'язані, доповнюють один одного і мають бути використані дослідником разом з іншими методами.

Аналогія — метод, завдяки якому знання про відомі вже об'єкти, предмети або явища переносяться на інші, ще невідомі, але схожі з відомими і раніше вивченими. У цьому випадку висновок робиться за аналогією. Так, якщо відомо, що з підвищенням продуктивності ЧС гібриди цукрових буряків знижують стійкість листкового апарату до церкоспорозу, то в технології їх вирощування треба передбачити профілактичні засоби боротьби із цією хворобою або, як і для інших культур, шукати селекційні методи, що сприяють підвищенню стійкості рослин до церкоспорозу.

Оскільки ізольовано взята аналогія не має доказової сили, її треба використовувати разом з іншими методами пізнання, додержуючись таких вимог:

• аналогія має ґрунтуватися на істотних ознаках і більшому числі загальних властивостей;

• зв'язки між порівнюваними ознаками повинні бути тісними;

• аналогія як метод має показати не лише схожість об'єктів, а й різницю між ними. Метод аналогій, застосований на подібність показників, предметів і явищ, є основою моделювання.

Моделювання — метод штучного дослідження об'єктів, процесів і явищ з допомогою зручних моделей. Ними замінюють об'єкти, які в природних умовах важко вивчати. Модель повинна мати риси оригіналу. Якщо вона зберігає фізичну природу оригіналу, то вона є фізичною моделлю. Наприклад, можна моделювати ґрунт, рослинні клітини, окремі органи. Математична модель описує рівнянням певну залежність. Наприклад, експериментально встановлено тісний зворотній кореляційний зв'язок між середньодобовою температурою на глибині загортання насіння і тривалістю періоду сівба-сходи цукрових буряків (r = -0.99, рис. 1.1).

Розрізняють моделювання структури об'єкта і моделю­вання його поведінки, тобто процесів, які відбуваються в об'єкті досліджень. Чим повніше модель відображає ори­гінал, тим результати досліджень моделі будуть більше відповідати результатам об'єкта досліджень.

За рівнянням регресії можна прогнозувати час появи сходів залежно від рівня середньодобової температури, що, як і ряд інших залежностей, можна використовувати в системі планування елементів технології вирощування цукрових буряків, наприклад, визначення потреби елементів мінерального живлення рослин в залежності від зміни певних умов.

Моделювання як метод застосовується разом з іншими методами має назву модельний експеримент.

Формалізація — метод вивчення об'єктів за допомогою окремих елементів їх форм, які відображають зміст об'єкта. Найчастіше формалізацію застосовують з викори­станням математики, подаючи докази у вигляді послідов­них формул. Наприклад, урожайність культури залежить від ґрунту — Х₁, вмісту в ньому азоту — Х₂, фосфору — Х₃, калію — X₄, вологи — X₅, повітря — Х_6, та інших факторів — Х_п. Формула врожаю послідовно обчислюєть­ся спочатку через парну залежність кожного з факторів, а потім виво-­ диться загальна формула яка єрівнянням множинної регресії.

Y = f(X₁X₂X₃X₄...X_п),

Інверсія — метод незвичайного вивчення об'єкта, явищ, предметів певної точки зору, протилеж­ної тій, з якої вивчали раніше. Це — порушення звичай­ного порядку вивчення об'єктів або явищ, поєднання не­сумісного, поділ неподільного. Основним у методі інвер­сії є відмова від загальноприйнятих поглядів і прийомів у дослідженнях.

Щоб узяти середню наважку, зразки рослин перед хімічним аналізом потрібно спочатку висушити і розмолоти. При висушуванні при високих температурах у рослинних зразках відбуваються перетворення, унаслідок яких може докорінно змінитися біохімічний склад зразка і, як наслідок, результати аналізу будуть недійсними. Отже, не можна висушувати рослинні зразки для біохімічного аналізу при високих температурах. Цю проблему можна ви­рішити методом інверсії, тобто зневоднити рослинний зра­зок при низьких температурах шляхом заморожування, унаслідок чого біохімічні зміни у зразку припиняються і резуль­тати аналізу покажуть фактичний вміст тих органічних речовин, які у природі містять органи чи вся рослина.

Узагальнення — метод, за допомогою якого уявно пере­ходять від окремих фактів, явищ та процесів до ототожню­вання у думках або від одного поняття, судження до більш загального.

Методи досліджень залежать від виду й рівня наукових досліджень. Вони взаємопов'язані й умовно поділяються на теоретичні, експериментальні й описово-узагальнюючі.

Результатом теоретичного рівня досліджень є синтез нових знань, формулювання загальних закономірностей у певній галузі науки.

Теорія — це система узагальнених знань, пояснення певних явищ природи, які штучно відтворюються в розумовому (логіч­ному мисленні про можливу зміну явищ і процесів при зміні умов) або фізичному експериментах. З одного боку, узагальнені результати експерименту є частиною певної теорії, а з іншого – сам експеримент є критерієм істини теорії. Теорія також допомагає істинно інтерпретувати результати емпіричних досліджень.

Теорія не є сумою окремих даних експерименту, а новим ступенем пізнання.

На експериментальному рівні досліджень за певними гіпотезами ставлять досліди, накопичують факти, аналізують їх і роблять практичні висновки.

З точки зору теорії пізнання під час досліджень гіпотеза може бути підтвердженою або відкинутою, а теорія може бути уточненою або заново створеною.

В експе­рименті об'єкт дослідження вивчають у тих умовах, які плануються експериментатором, процеси контролюють і регулюють, а результати точно враховують. Експери­менти можуть бути з урахуванням якісних показників, коли враховують пошко­джені росли­ни шкідниками, уражені хворобами.

У кількісних експериментах обліковують показники росту рослин, урожайність культур тощо. В експери­ментах можна виключати вплив побічних факторів, виді­ляючи досліджуване явище; вводити нові фактори, ускладнюючи дослід або відповідно відтворювати результати експерименту; вивчати явища, які не існують у природі, використовуючи для цього уявний експеримент; створю­вати об'єкти досліджень — нові сорти, пестициди тощо.

Усі експерименти є джерелом теоретичних уявлень, а результати — основою для побудови теорій.

На описово-узагальнюючому рівні досліджень експери­менти не проводять, а описують явища, які спостеріга­ються безпосередньо у природі, поза експериментом. Це спостереження за ростом та розвитком рослин залежно від погодних умов, проходженням фенологічних фаз, морозостійкістю, посухостійкістю рослин тощо. При цьо­му дослідник реєструє всі ці явища і процеси, узагаль­нює агрономічні об'єкти без активного впливу на них, тобто діє поза експериментом.

Слід зазначити, що на основі цих спостережень і узагальнень можна робити висновки і раціональні про­позиції для виробництва. Для цього використовують такі форми мислення, як судження та умовивід.

Судження —це думка, у якій повідомляється про об'єкт дослідження. Вона може бути об'єк­тивною або суб’єктивною. Прикладом об'єктивного су­дження є така думка: якщо пшеницю висівати насінням з низькою схожістю, без відповідної поправки на норми висіву, то сходи будуть зріджені. Помилковим буде судження про те, що співвідношення поживних елементів у добривах не впливає на якість продукції (воно не ґрунтується на даних науки і практики).

Умовивід — це міркування, внаслідок якого на підставі одного або кількох пов'язаних між собою суджень виводять нове. Наприклад, відомо лише те, що новий гібрид кукуру­дзи має такі самі властивості, як і районований гібрид. Урожайність зерна нового гібрида, його якість, стійкість до хвороб, шкідників та інші властивості будуть такими самими, як і у районованого.