Основи методології теоретичних досліджень

Основою теоретичних досліджень є творчий процес. Творчість полягає у створенні нових цінностей, установленні невідомих науці фактів, створення досі не бачених, цінних для людства інформаційних даних. Процедура творчості вимагає удосконалення вже добре відомого вирішення. Удосконалювання ж є процесом переконструювання об’єкта мислення у оптимальному напрямку. Коли переробка досягає межі, що визначена поставленою раніше метою, процес оптимізації припиняється, створюється продукт розумової праці. У теоретичному аспекті — це гіпотеза дослідження, тобто наукове передбачення. При розробці теоретичних аспектів наукового дослідження творчий характер мислення полягає у створенні нових уявлень. Абсолютно нові уявлення утворюються шляхом комбінування відомих елементів. Такий підхід базується на наступних прийомах:

- доборі та узагальненні інформації;

- постійному зіставленні, порівнянні, критичному осмисленні отриманої інформації;

- чіткому формулюванні власних думок, їх письмовому викладі;

- удосконалюванні та оптимізації власних положень.

Послідовність проведення теоретичних досліджень має декілька стадій. На першому етапі потрібно ретельно ознайомитися з добре відомими та апробованими рішеннями тієї чи іншої конкретної проблеми. На наступному етапі дослідник-теоретик повинен відмовитися від відомих засобів розв’язання аналогічних до тих, що він розв’язує, задач. Далі впроваджуються різноманітні варіанти вирішення проблеми. І на закінчення — власна оригінальна методика вирішення.

Результат досліджень буває не завжди позитивним (не завжди досягнутою буває остаточна мета дослідження). Але той шлях, що був здоланий фахівцем у процесі вирішення тієї чи іншої проблеми, вже, у певному сенсі, є самим результатом творчого пошуку. Теоретичне дослідження з методологічної точки зору належить до вищого рівня наукового знання. Воно розкриває і обґрунтовує більш глибинні і суттєві сторони явищ, які вивчаються. Завдання і роль наукової теорії в найбільшій мірі проявляються в поясненні механізму і суті відомих явищ і особливо в прогнозуванні нових, які раніше не спостерігались.

У сучасних теоріях прийнято виділяти такі основні компоненти:

- вихідну експериментальну основу у вигляді фактів, що вимагають теоретичного пояснення;

- вихідну теоретичну основу — ідеалізовану модель найбільш сут­тєвих зв'язків з реальністю об’єкта теорії, яка створюється на основі сукупності першопочаткових постулатів, аксіом, гіпотез тощо;

- логіку теорії - багато допустимих у рамках теорії правил логічного висновку і доведень;

- сукупність теоретично виведених тверджень з їх доведенням, які є основним масивом теоретичного дослідження і теоретичних знань.

Теоретичні розробки наукового дослідження складають такі основні розділи:

- вивчення фізичної або економічної суті процесу, явища;

- формування гіпотези дослідження, вибір, обґрунтування і розробка фізичної чи економічної моделі;

- математизація моделі;

- аналіз теоретичних рішень, формулювання висновків.

Результатами наукових досліджень, що проводяться за допомогою експерименту, є емпіричні закони, які виражають конкретні закономірності і узагальнюють результати певного експерименту.

Теоретичні закони знаходять своє підтвердження і обґрунтування через емпіричні закони. В свою чергу емпіричні закони можуть бути більш зрозумілими на основі теоретичних. Для обґрунтування і доведення гіпотез слід поряд із наявними фактами проводити пошук нових, здійснювати експеримент і аналіз попередніх результатів.

Наукова теорія має бути адекватною об'єкту або явищу, яке описується, що дозволяє в певних межах замінити експериментальні дослідження теоретичними. Теорія має задовольняти вимоги повноти опису окремої сфери дійсності, пояснювати взаємозв'язки між різними компонентами системи, в ній мають існувати зв'язки між різними положеннями, що забезпечують перехід від одних тверджень до інших.

Теорія має характеризуватися евристичністю, конструктивністю, простотою. Евристичність теорії полягає у її передбаченні, поясненні можливостей. Математичний апарат теорії повинен дозволяти робити не тільки точні кількісні передбачення, а й відкривати нові явища. У наукових дослідженнях широко застосовують метод абстрагування, тобто відмова від другорядних фактів з метою зосередження на важливих особливостях явища, яке вивчається. У ряді випадків використовують аксіоматичний метод — спосіб побудови наукової теорії, за яким деякі аксіоми (постулати) приймаються без доказів і потім використовуються для отримання подальших знань за певним логічним правилом. Одним із важливих методів наукового пізнання є аналогія, за якої одержують нові знання про об’єкти чи явища на основі того, що вони є подібні до інших. Міра достовірності за аналогією залежить від кількості подібних ознак у порівняльних явищах (чим їх більше, тим більшу ймовірність має заключення). Аналогія тісно пов'язана з моделюванням або модельним експериментом.

Гіпотетичний метод пізнання передбачає розробку наукової гіпотези, наукового передбачення, які мають елементи новизни і оригінальності на базі всіх основних методів. У прикладних науках цей метод є основним. Його методологія включає наступне: вивчення фізичної, економічної і інших сторін суті явища, яке досліджується за допомогою методів моделювання, аналізу, синтезу тощо.

Хронологічний (історичний) підхід дозволяє досліджувати виникнення, формування та розвиток процесів і подій у хронологічній послідовності. Основна мета такого дослідження полягає у виявленні внутрішніх та зовнішніх зв'язків, закономірностей, протиріч. Такий метод дослідження використовується переважно у гуманітарних (наприклад, соціальних, суспільних) і, головним чином, в історичних науках. У прикладних науках історичний метод застосовується при вивченні основних етапів розвитку та формування тих або інших галузей науки і техніки.

Аналіз моделей багатьох досліджуваних процесів проводять за допомогою математичних методів, що можуть бути розділені на основні групи, а саме:

- аналітичні методи дослідження (елементарна математика, диференціальні та інтегральні рівняння, варіаційне числення та інші розділи вищої математики), що використовують для вивчення безперервних детермінованих процесів;

- методи математичного аналізу з використанням експерименту (метод аналізу, теорія подібності, метод розмірностей) та ін.

За допомогою аналітичних методів визначають математичну залежність між параметрами моделі.

Експериментальні методи дозволяють глибоко вивчати ті чи інші процеси в межах певної точності, що визначається технікою експерименту і сконцентрувати увагу саме на тих параметрах процесу, що складають найбільший інтерес дослідника. Проте, результати конкретного експерименту не можуть бути поширені на інший процес, навіть близький за фізичною сутністю, тому що результати будь-якого експерименту відбивають індивідуальні особливості лише досліджуваного процесу.

Таким чином, і аналітичні, і експериментальні методи мають свої переваги та хиби, що часто ускладнює ефективне вирішення практичних завдань. Тому надзвичайно плідним є сполучення позитивних сторін як аналітичних, так і експериментальних методів дослідження. Системний аналіз, у більшості випадків, впроваджують з метою оптимізації процесів керування системами, що полягає у виборі оптимального варіанту керування (тобто такого процесу, при якому досягається мінімальне або максимальне значення заданої (обраної) характеристики процесу, який має назву критерій оптимізації). Вибір належного критерію оптимізації є складною проблемою, яка викликана тим, що на практиці, при вирішенні завдань оптимізації та керування, мають справу з багатьма критеріями, які, досить часто, є взаємно суперечливими. Математично правильна постановка завдання оптимізації припускає наявність лише одного критерію. Найбільш часто вибирають якийсь один критерій, а для інших встановлюють граничні (гранично припустимі) значення. Іноді застосовують змішані критерії, що являють собою функцію від тих параметрів, які були визначені на початку досліджень. У багатьох випадках критерії оптимізації називають цільовими функціями.

Таким чином, розробка теоретичних наукових досліджень базується на наступних етапах-розділах:

а) вивчення фізичної, економічної та ін. сутності процесу або явища;

б) формулювання гіпотези дослідження, вибір, обґрунтування та розробка фізичної, математичної, економічної та ін. моделі;

в) математизація моделі;

г) аналіз теоретичного рішення та формулювання висновків теоретичного дослідження.

Очевидно, що структура проведення теоретичного дослідження може бути іншою. Наприклад, якщо неможливо провести математичний аналіз процесу (явища), тоді формулюють робочу гіпотезу за допомогою слова, використовуючи при цьому ілюстрації, графіки, таблиці та ін. Але при цьому, однак, з необхідною обов’язковістю постає питання застосування математичного апарату щодо розробки висунутих гіпотез та інших наукових припущень.