Научное исследование: цели и задачи, предмет и объект научного исследования. Объекты научных исследований в области инженерии. 1 страница

Формой существования и развития науки является научное исследование. В Федеральном законе закона РФ от 23 августа 1996 г. «О науке и государственной научно-технической политике» научно-исследовательская деятельность определена как деятельность, направленная на получение и применение новых знаний.

Научное исследование - это изучение закономерностей развития явлений объективного мира и их объяснение.

Цель научного исследования — определение конкретного объекта и всестороннее, достоверное изучение его структуры, характеристик, связей на основе разработанных в науке принципов и методов познания, а также получение полезных для деятельности человека результатов, внедрение в производство с дальнейшим эффектом. Объектом научного исследования являются материальная или идеальная системы, а предметом – структура системы, взаимодействие ее элементов, различные свойства, закономерности развития.

Результаты научных исследований оцениваются тем выше, чем выше научность сделанных выводов и обобщений, чем достовернее они и эффективнее. Они должны создавать основу для новых научных разработок.

Одним из важнейших требований, предъявляемых к научному исследованию, является научное обобщение, которое позволит установить зависимость и связь между изучаемыми явлениями и процессами и сделать научные выводы. Чем глубже выводы, тем выше научный уровень исследования.

1.2.2 Классификация научных исследований

Научные исследования классифицируют:

- по видам связи с общественным производством и степени важности для народного хозяйства;

- целевому назначению;

- источникам финансирования;

- длительности ведения исследования.

Рассмотрим две из них более подробно.

По видам связи с общественным производством научные исследования подразделяются на работы, направленные на создание новых технологических процессов, машин, конструкций, повышение эффективности производства, улучшение условий труда, развитие личности человека и т.п.

В нефтегазовой отрасли это могут быть исследования, связанные с повышением эффективности работы оборудования, создание нового оборудования и новых конструкционных материалов, автоматизация процессов и т.д.

По целевому назначению выделяют три вида научных исследований (рисунок 1.1):

- фундаментальные;

- прикладные;

- разработки.

Фундаментальные исследования направлены на открытие и изучение новых явлений и законов природы, на создание новых принципов исследования. Их целью является расширение научного знания общества, установление того, что может быть использовано в практической деятельности человека. Такие исследования ведутся на границе известного и неизвестного, обладают наибольшей степенью неопределенности.

К фундаментальным исследованиям в нефтегазовой отрасли можно отнести изучение свойств конструкционных материалов, исследование процессов, протекающих в сталях при эксплуатации оборудования; изучение внешних и внутренних факторов, влияющих на эксплуатационные свойства материалов. Фундаментальные исследования в области экспертизы – это разработка научных основ промышленной экспертизы, способов обнаружения дефектов и т.д.

Фундаментальные исследования часто проводятся на стыке с другими науками. Это в первую очередь естественные науки – биохимия, химия, микробиология; а также экономика и другие науки.

Прикладные исследования направлены на нахождение способов использования законов природы для создания новых и совершенствования существующих средств и способов человеческой деятельности. Цель прикладных исследований – установление того, как можно использовать научные знания, полученные в результате фундаментальных исследований, в практической деятельности человека.

Рисунок 1.1 . Классификация научных исследований по целевому назначению

В результате прикладных исследований на основе научных понятий создаются технические понятия. Прикладные исследования, свою очередь, подразделяются на поисковые, научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы:

- поисковые исследования направлены на установление факторов, влияющих на объект, отыскание путей создания новых технологий и техники на основе способов, предложенных в результате фундаментальных исследований;

- в результате научно-исследовательских работсоздаются новые технологии, опытные установки, приборы и т.п.;

- целью опытно-конструкторских работ являются подбор конструктивных характеристик, определяющих логическую основу конструкции.

В результате фундаментальных и прикладных исследований формируется новая научная и научно-техническая информация. Целенаправленный процесс преобразования такой информации в форму, пригодную для освоения в промышленности, обычно называется разработкой. Она направлена на создание новой техники, материалов, технологии или совершенствование существующих. Конечной целью разработки является подготовка материалов прикладных исследований к внедрению.

По источнику финансирования различают научные исследования

- бюджетные;

- хоздоговорные;

- нефинансируемые.

Бюджет­ные исследования финансируются из средств государственного бюджета.

Хоздоговорные исследования финансируются организациями-заказчиками по хозяйственным договорам.

Нефинансируемые исследования могут выполняться по инициативе ученого, индивидуаль­ному плану преподавателя.

По длительности научные исследования можно разделить на

- долгосрочные - разрабатываемые в течении нескольких лет (5-10 лет);

- краткосрочные – выполняемые за 1-3 года;

- экспресс-исследования.

Объекты научных исследований в области машиностроения: машины, машинные комплексы, оборудование, аппараты, техника, различные процессы (вибрационные, усталостные), материалы, безопасность, эргономичность, экологичнсость и т.д.

1.3 Характеристика научной деятельности

Говоря об особенностях научной деятельности, необхо­димо различать индивидуальную научную деятельность - как процесс научной работы отдельного исследователя - и кол­лективную научную деятельность — как деятельность всего сообщества ученых, работающих в данной отрасли науки, или как работу научного коллектива исследовательского института, научных групп, научных школ и т.д. Они различ­ны.

Особенности индивидуальной научной деятельности:

1. Научный работник должен четко ограничивать рамки своей деятельности и определять цели своей научной работы. В науке, так же как и в любой другой области профессио­нальной деятельности, происходит естественное разделение труда. Научный работник не может заниматься «наукой во­обще», а должен вычленить четкое направление работы, поставить конкретную цель и последовательно идти к ее достижению. О проектировании исследований мы будем говорить ниже, а здесь необходимо отметить, что свойство любой научной работы заключается в том, что на пути иссле­дователя постоянно «попадаются» интереснейшие явления и факты, которые сами по себе имеют большую ценность и которые хочется изучить подробнее. Но исследователь риску­ет отвлечься от стержневого русла своей научной работы, заняться изучением этих побочных для его исследования явлений и фактов, за которыми откроются новые явления и факты, и это будет продолжаться без конца. Работа таким образом «расплывется». В итоге не будут достигнуты ника­кие результаты. Это является типичной ошибкой большинст­ва начинающих исследователей, о которой необходимо пре­дупредить. Одним из главных качеств научного работника является способность сосредоточиться только на той пробле­ме, которой он занимается, а все остальные - «побочные» — использовать только в той мере и на том уровне, как они описаны в современной ему научной литературе.

2. Научная работа строится «на плечах предшественни­ков». Прежде чем приступать к любой научной работе по какой-либо проблеме, необходимо изучить в научной литера­туре, что было сделано в данной области предшественника­ми.

3. Научный работник должен освоить научную термино­логию и строго выстроить свой понятийный аппарат. Дело не только в том, чтобы писать сложным языком как, часто за­блуждаясь, считают многие начинающие научные работники: что чем сложнее и непонятнее, тем якобы научнее. Достоин­ством настоящего ученого является то, что он пишет и гово­рит о самых сложных вещах простым языком. Дело и в дру­гом. Исследователь должен провести четкую грань между обыденным и научным языком. А различие заключается в том, что к обыденному разговорному языку не предъявляется особых требований к точности используемой терминологии. Однако, как только мы начинаем говорить об этих же поняти­ях на научном языке, то сразу возникают вопросы: «А в каком смысле используется такое-то понятие, такое-то понятие и т.д.? В каждом конкретном случае исследователь должен ответить на вопрос: «В каком смысле он использует то или иное понятие».

В любой науке имеет место явление параллельного суще­ствования различных научных школ. Каждая научная школа выстраивает свой собственный понятийный аппарат. Поэто­му, если начинающий исследователь возьмет, к примеру, один термин в понимании, трактовке одной научной школы, другой - в понимании другой школы, третий - в понимании третьей научной школы и т.д., то получится полный разнобой в использовании понятий, и никакой новой системы научного знания тем самым исследователь не создаст, поскольку, что бы он ни говорил и ни писал, он не выйдет за рамки обыден­ного (житейского) знания.

4. Результат любой научной работы, любого исследова­ния должен быть обязательно оформлен в «письменном» виде (печатном или электронном) и опубликован - в виде научного отчета, научного доклада, реферата, статьи, книги и т.д. Это требование обусловливается двумя обстоятельствами. Во-первых, только в письменном виде можно изложить свои идеи и результаты на строго научном языке. В устной речи этого почти никогда не получается. Причем написание любой научной работы, даже самой маленькой статьи, для начи­нающего исследователя представляет большую сложность, поскольку то, что легко проговаривается в публичных высту­плениях или же мысленно проговаривается «про себя», ока­зывается «ненаписуемым». Здесь та же разница, что и между обыденным, житейским и научным языками. В устной речи мы и сами за собой и наши слушатели не замечают логиче­ских огрехов. Письменный же текст требует строгого логиче­ского изложения, а это сделать намного труднее. Во-вторых, цель любой научной работы - получить и довести до людей новое научное знание. И если это «новое научное знание» остается только в голове исследователя, о нем никто не смо­жет прочитать, то это знание, по сути дела, пропадет.

Кроме того, количество и объем научных публикаций яв­ляются показателем, правда, формальным, продуктивности любого научного работника. И каждый исследователь посто­янно ведет и пополняет список своих опубликованных работ.

Особенности коллективной научной деятельности:

1. Плюрализм научного мнения. Поскольку любая науч­ная работа является творческим процессом, то очень важно, чтобы этот процесс не был «зарегламентирован». Естественно, научная работа каждого исследовательского коллектива может и должна планироваться и довольно строго. Но при этом каждый исследователь, если он достаточно грамотен, имеет право на свою точку зрения, свое мнение, которые должны, безусловно, уважаться. Любые попытки диктата, навязывание всем общей единой точки зрения никогда не приводило к положительному результату. Вспомним, к при­меру, хотя бы печальную историю с Т.Д. Лысенко, когда отечественная биология была отброшена на десятилетия назад.

В том числе, существование в одной и той же отрасли науки различных научных школ обусловлено и объективной необходимостью существования различных точек зрения, взглядов, подходов. А жизнь, практика потом подтверждают или опровергают различные теории, или же примиряют их, как, например, примирила таких ярых противников, какими были в свое время Р.Гук и И.Ньютон в физике, или И.П. Павлов и А.А. Ухтомский в физиологии.

2. Коммуникации в науке. Любые научные исследования могут проводиться только в определенном сообществе уче­ных. Это обусловлено тем обстоятельством, что любому исследователю, даже самому квалифицированному, всегда необходимо обговаривать и обсуждать с коллегами свои идеи, полученные факты, теоретические построения - чтобы избежать ошибок и заблуждений. Следует отметить, что среди начинающих исследователей нередко бытует мнение, что де «я буду заниматься научной работой сам по себе, а вот когда получу большие результаты, тогда и буду публиковать, обсуждать и т.д.». Но, к сожалению, такого не бывает. Науч­ные робинзонады никогда ничем путным не кончались - человек «закапывался», запутывался в своих исканиях и, разочаровавшись, оставлял научную деятельность. Поэтому всегда необходимо научное общение.

Одним из условий научного общения для любого иссле­дователя является его непосредственное и опосредованное общение со всеми коллегами, работающими в данной отрасли науки - через специально организуемые научные и научно-практические конференции, семинары, симпозиумы (непо­средственное или виртуальное общение) и через научную литературу - статьи в печатных и электронных журналах, сборниках, книги и т.д. (опосредованное общение). И в том и в другом случае исследователь, с одной стороны, выступает сам или публикует свои результаты, с другой стороны — слу­шает и читает то, чем занимаются другие исследователи, его коллеги.

3. Внедрение результатов исследования - важнейший момент научной деятельности, поскольку конечной целью науки как отрасли народного хозяйства является, естествен­но, внедрение полученных результатов в практику. Однако следует предостеречь от широко бытующего среди людей, далеких от науки, представления, что результаты каждой научной работы должны быть обязательно внедрены. Вообра­зим себе такой пример. Только по педагогике ежегодно за­щищается более 3000 кандидатских и докторских диссерта­ций. Если исходить из предположения, что все полученные результаты должны быть внедрены, то представим себе бед­ного учителя, который должен прочитать все эти диссерта­ции, а каждая из них содержит от 100 до 400 страниц маши­нописного текста. Естественно, никто этого делать не будет.

Механизм внедрения иной. Результаты отдельных иссле­дований публикуются в тезисах, статьях, затем они обобща­ются (и тем самым как бы «сокращаются») в книгах, брошю­рах, монографиях как чисто научных публикациях, а затем в еще более обобщенном, сокращенном и систематизирован­ном виде попадают в вузовские учебники. И уже совсем «отжатые», наиболее фундаментальные результаты попадают в школьные учебники.

Кроме того, далеко не все исследования могут быть вне­дрены. Зачастую исследования проводятся для обогащения самой науки, арсенала ее фактов, развития ее теории. И лишь по накоплении определенной «критической массы» фактов, концепций, происходят качественные скачки внедрения дос­тижений науки в массовую практику. Классическим приме­ром является наука микология - наука о плесенях. Кто только десятилетиями ни издевался над учеными-микологами: «пле­сень надо уничтожать, а не изучать». И это происходило до той поры, пока в 1940 году А. Флеминг не открыл бактери­цидные свойства пенициллов (разновидности плесени). Соз­данные на их основе антибиотики позволили только во время Второй мировой войны спасти миллионы человеческих жиз­ней, а сегодня мы себе не представляем, как бы без них обхо­дилась медицина.

1.3.1 Принципы научного познания.

Современная наука руководствуется тремя основными принципами познания:

- принципом детерминизма;

- принципом соответствия;

- принципом дополнительности.

Принцип де­терминизма имеет, можно сказать, многовековую историю, хотя он претерпел на рубеже XIX-XX веков существенные изменения и дополнения в своем толковании. Принципы соответствия и дополнительности были сформулированы в период рубежа XIX и XX веков в связи с развитием новых направлений в физике - теории относительности, квантовой механики и т.д., и, в свою очередь, в числе других факторов обусловили перерастание классической науки XVIII-XIX веков в современную науку.

Принцип детерминизма.

Детерминизм — учение о первоначальной определяемости всех происходящих в мире процессов, включая все процессы человеческой жизни, со стороны Бога, или только явлений природы. Каждое произошедшее событие, включая и человеческие поступки, и поведение, однозначно определяется множеством причин, непосредственно предшествующих данному событию. В таком свете детерминизм может быть также определен как тезис, утверждающий, что имеется только одно, точно заданное, возможное будущее:

- всё определено в этом мире, и ничто не в состоянии этого изменить;

- всякое действие вызывает следствие подобно всему тому, что происходит в этой жизни.

Принцип детерминизма, будучи общенаучным, организует построение знания в конкретных науках. Детерминизм выступает, прежде всего, в форме при­чинности как совокупности обстоятельств, которые предше­ствуют во времени какому-либо данному событию и вызыва­ют его.

То есть, имеет место связь явлений и процессов, когда одно явление, процесс (причина) при определенных условиях с необходимостью порождает, производит другое явление, процесс (следствие).

Принципиальным недостатком прежнего, классического (так называемого лапласовского) детерминизма является то обстоятельство, что он ограничивался одной лишь непосред­ственно действующей причинностью, трактуемой чисто ме­ханистически: объективная природа случайности отрицалась, вероятностные связи выводились за пределы детерминизма и противопоставлялись материальной детерминации явлений.

Современное понимание принципа детерминизма пред­полагает наличие разнообразных объективно существующих форм взаимосвязи явлений, многие из которых выражаются в виде соотношений, не имеющих непосредственно причинно­го характера, то есть прямо не содержащих момента порож­дения одного другим. Сюда входят пространственные и вре­менные корреляции, функциональные зависимости и т.д. В том числе, в современной науке, в отличие от детерминизма классической науки, особенно важными оказываются соот­ношения неопределенностей, формулируемые на языке веро­ятностных законов или соотношения нечетких множеств, или интервальных величин и т.д. (см., например, [59]).

Однако все формы реальных взаимосвязей явлений в ко­нечном счете складываются на основе всеобщей действую­щей причинности, вне которой не существует ни одно явле­ние действительности. В том числе, и такие события, называемые случайными, в совокупности которых выявляют­ся статистические законы. В последнее время теория вероят­ностей, математическая статистика и т.д. все больше внедря­ются в исследования в общественных, гуманитарных науках.

Принцип соответствия.

В своем первоначальном виде принцип соответствия был сформулирован как «эмпириче­ское правило», выражающее закономерную связь в форме предельного перехода между теорией атома, основанной на квантовых постулатах, и классической механикой; а также между специальной теорией относительности и классической механикой.

В квантовой механике принципом соответствия называется утверждение о том, что поведение квантовомеханической системы стремится к классической физике в пределе больших квантовых чисел.

Так, например, условно выделяются четыре механики: классическая механика И. Ньютона (соответствующая большим массам, то есть массам, много большим массы эле­ментарных частиц, и малым скоростям, то есть скоростям, много меньшим скорости света), релятивистская механика -теория относительности А. Эйнштейна («большие» массы, «большие» скорости), квантовая механика («малые» массы, «малые» скорости) и релятивистская квантовая механика («малые» массы, «большие» скорости). Они полностью со­гласуются между собой «на стыках». В процессе дальнейшего развития научного знания истинность принципа соответствия была доказана практически для всех важнейших открытий в физике, а вслед за этим и в других науках, после чего стала возможной его обобщенная формулировка: теории, справед­ливость которых экспериментально установлена для той или иной области явлений, с появлением новых, более общих теорий не отбрасываются как нечто ложное, но сохраняют свое значение для прежней области явлений как предельная форма и частный случай новых теорий. Выводы новых тео­рий в той области, где была справедлива старая «классиче­ская» теория, переходят в выводы классической теории.

Необходимо отметить, что строгое выполнение принципа соответствия имеет место в рамках эволюционного развития науки. Но, не исключены ситуации «научных революций», когда новая теория опровергает предшествующую и замещает ее.

Принцип соответствия означает, в частности, и преемст­венность научных теорий. На необходимость следования принципу соответствия приходится обращать внимание ис­следователей, поскольку в последнее время в гуманитарных и общественных науках стали появляться работы, особенно выполненные людьми, пришедшими в эти отрасли науки из других, «сильных» областей научного знания, в которых делаются попытки создать новые теории, концепции и т.п., мало связанные или никак не связанные с прежними теория­ми. Новые теоретические построения бывают полезны для развития науки, но если они не будут соотноситься с прежними, то наука перестанет быть цельной, а ученые в скором времени вообще перестанут понимать друг друга.

Принцип дополнительности.

Принцип дополнительности возник в результате новых открытий в физике также на рубе­же XIX и XX веков, когда выяснилось, что исследователь, изучая объект, вносит в него, в том числе посредством при­меняемого прибора, определенные изменения. Этот принцип был впервые сформулирован Н. Бором: воспроизведение целостности явления требует применения в познании взаимо­исключающих «дополнительных» классов понятий. В физике, в частности, это означало, что получение экспериментальных данных об одних физических величинах неизменно связано с изменением данных о других величинах, дополнительных к первым (узкое - физическое - понимание принципа дополни­тельности). С помощью дополнительности устанавливается эквивалентность между классами понятий, комплексно опи­сывающими противоречивые ситуации в различных сферах познания (общее понимание принципа дополнительности).

Принцип дополнительности существенно изменил весь строй науки. Если классическая наука функционировала как цельное образование, ориентированное на получение системы знаний в окончательном и завершенном виде, на однозначное исследование событий, исключение из контекста науки влия­ния деятельности исследователя и используемых им средств, на оценку входящего в наличный фонд науки знания как абсолютно достоверного, то с появлением принципа допол­нительности ситуация изменилась.

Важно следующее:

- включение субъектной деятельности исследователя в контекст науки привело к изменению понимания предмета знания: им стала теперь не реальность «в чистом виде», а некоторый ее срез, заданный через призмы принятых теоре­тических и эмпирических средств и способов ее освоения познающим субъектом;

- взаимодействие изучаемого объекта с исследователем (в том числе посредством приборов) не может не привести к различной проявляемости свойств объекта в зависимости от типа его взаимодействия с познающим субъектом в различ­ных, часто взаимоисключающих условиях. А это означает правомерность и равноправие различных научных описаний объекта, в том числе различных теорий, описывающих один и тот же объект, одну и ту же предметную область. Поэтому, очевидно, булгаковский Воланд и говорит: «Все теории стоят одна другой».

Важно подчеркнуть, что одна и та же предметная область может, в соответствии с принципом дополнительности, опи­сываться разными теориями. Та же классическая механика может быть описана не только по известной по школьным учебникам физики механикой Ньютона, но и механикой У. Гамильтона, механикой Г. Герца, механикой К. Якоби. Они различаются исходными позициями - что берется за основные неопределяемые величины - сила, импульс, энер­гия и т.д.

Процесс научного познания включает в себя: объект, субъект, знание как результат и метод исследования (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Процесс научного познания

Это новое научное знание соотносится:

- с объективной реальностью - принцип детерминизма;

- с предшествующей системой научного знания - прин­цип соответствия;

- с познающим субъектом - исследователем - принцип дополнительности («без субъекта нет объекта»).

Такой подход оказывается весьма продуктивным для объяснения принципов организации научной деятельности.

Вопросы

1. Определение науки. Цели и задачи науки.

2. Условия возникновения науки. Критерии научности.

3. Научное исследование: определение, цели и задачи, предмет и объект научного исследования. Объекты научных исследований в области инженерии.

4. Классификация наук. Цели и задачи.

5. Классификация научных исследований

6. Фундаментальные исследования, прикладные исследования и разработки.

7. Особенности индивидуальной и коллективной научной деятельности

8. Принципы научного познания

Литература

1 Основы научных исследований: Учебное пособие / Г.А. Гореликова. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2003. – 52 с.

2 Огурцов, А.Н. Основы научных исследований: Учеб.-метод, пособие / -А.Н. Огурцов. - Харьков : НТУ «ХПИ», 2008. - 178 с. - На рус. яз.

3 Основы научных исследований: Учебное пособие / Р.Г. Сабитова. Дальневосточный государственный иснститут. – Владивосток, 2005 – 58 с.

4 Новиков A.M., Новиков Д.А. Методология научного ис­следования.- М.: Либроком. - 280 с.

Раздел 2. Организация научно-исследовательской работы

2.1 Основные этапы научного исследования и опытно-конструкторских работ

Для успеха научного исследования его необходимо правильно организовать, спланировать и выполнять в определенной последователь­ности. Эти планы и последовательность действий зависят от вида, объекта и целей научного исследования.

Так, если оно проводится на технические темы, то вначале разрабатывается основной предплановый документ - технико-экономи­ческое обоснование, а затем осуществляются теоретические и экспериментальные исследования, составляется научно-технический отчет, и результаты работы внедряются в производство.

Исследовательскую работу проводят в определенной последова­тельности. Фундаментальные и прикладные исследования имеют об­щие особенности и их выполняют обычно в шесть этапов.

1. Постановка проблемы и формулирование темы исследова­ния.

2. Формулирование цели и задач исследований.

3. Теоретические исследования и моделирование.

4. Экспериментальные исследования.

5. Анализ и оформление научных исследований.

6. Внедрение и определение экономической эффективности.

2.1.1 Постановка проблемы и формулирование темы исследова­ния.

Формулировка темы:

- общее ознакомление с проблемой, по которой следует выполнить исследование;

- предварительное ознакомление с литературой и классификация важнейших направлений;

- формулирование темы исследования;

- определение объекта и предмета;

- составление краткого (предварительного) плана исследований (черновик, набросок);

- разработка научно-технического задания;

- составление календарного плана научных исследований;

- формулировка гипотезы, описывающей ожидаемые результаты;

- предварительная оценка ожидаемых результатов.

Этот этап исследований иногда называют подготовительным. Итогом его является составление технико-экономического обоснова­ния НИР. В нем обосновывается актуальность и целесообразность вы­полнения работы, доказывается новизна и патентная чистота, а так же определяются необходимые затраты денежных средств и материаль­ных ресурсов, назначаются сроки выполнения исследования, составля­ется календарный план решения проблемы, рассчитывается ожидаемая экономическая эффективность; устанавливается возможная область применения и потребность в результатах НИР. ТЭО оформляется в виде пояснительной записки с приложением к ней всех необходимых документов и расчетов (ТЗ, отчет о патентных исследованиях, расчет экономической эффективности).