<<
>>

Эмпирические методы.

К методам эмпирического исследования в науке и технике относятся, наряду с некоторыми другими, наблюдение, сравнение, измерение и эксперимент.

Под наблюдением понимается систематическое и целенаправленное восприятие интересующего нас почему-то объекта: вещи, явления, свойства, состояния, аспектов целого — как материальной, так и идеальной природы.

Это наиболее простой метод, выступающий, как правило, в составе других эмпирических методов, хотя в ряде наук он выступает самостоятельно или в роли главного (как в наблюдении погоды, в наблюдательной астрономии и др.). Изобретение телескопа позволило человеку распространить наблюдение на ранее недоступную область мегамира, создание микроскопа ознаменовало вторжение в микромир. Рентгеновский аппарат, радиолокатор, генератор ультразвука и много других технических средств наблюдения привели к невиданному росту научной и практической ценности этого метода исследова- ния. Существуют также способы и методики самонаблюдения и самоконтроля (в психологии, медицине, физкультуре и спорте и др.).

Само понятие наблюдения в теории познания обобщенно выступает в форме понятия "созерцания", оно связано с категориями деятельности и активности субъекта.

Чтобы быть плодотворным и продуктивным, наблюдение должно удовлетворять следующим требованиям: —

быть преднамеренным, то есть вестись для решения вполне определенных задач в рамках общей цели (целей) научной деятельности и практики; —

планомерным, то есть состоять из наблюдений, идущих по определенному плану, схеме, вытекающих из характера объекта, а также целей и задач исследования; —

целенаправленным, то есть фиксировать внимание наблюдателя лишь на интересующих его объектах и не останавливаться на тех, которые выпадают из задач наблюдения. Наблюдение, направленное на восприятие отдельных деталей, сторон, аспектов, частей объекта называют фиксирующим, а охватывающее целое при условии повторного наблюдения (возвратного) — флуктуирующим.

Соединение этих видов наблюдения в итоге и дает целостную картину объекта; —

быть активным, то есть таким, когда наблюдатель целенаправленно ищет нужные для его задач объекты среди некоторого их множества, рассматривает отдельные интересующие его стороны свойства, аспекты этих объектов, опираясь при этом на запас собственных знаний, опыта и навыков; —

систематическим, то есть таким, когда наблюдатель ведет свое наблюдение непрерывно, а не случайно и спорадически (как при простом созерцании), по определенной, продуманной заранее схеме, в разнообразных или же строго оговоренных условиях.

Наблюдение как метод научного познания и практики дает нам факты в форме совокупности эмпирических утверждений об объектах. Эти факты образуют первичную информацию об объектах познания и изучения. Заметим, что в самой действительности никаких фактов нет: она просто существует. Факты — в головах людей. Описание научных фактов происходит на основе определенного научного языка, идей, картин мира, теорий, гипотез и моделей. Именно они и определяют первичную схематизацию представления о данном объекте. Собственно, именно при таких условиях и возникает "объект науки" (который не надо путать с объектом самой действительности, так как второй есть теоретическое описание первого!).

Многие ученые специально развивали у себя способность к наблюдению, то есть наблюдательность. Ч.Дарвин говорил, что он обязан своими успехами тому, что усиленно развивал в себе это качество.

Сравнение — это один из наиболее распространенных и универсальных методов познания. Известный афоризм: "Все познается в сравнении" — лучшее тому доказательство. Сравнением называют установление сходства (тождества) и различия предметов и явлений разного рода, их сторон и др., во- обще — объектов исследования. В результате сравнения устанавливается то общее, что присуще двум и более объектам — в данный момент или в их истории. В науках исторического характера сравнение было развито до уровня основного метода исследования, который получил название сравнительно- исторического.

Выявление общего, повторяющегося в явлениях, как известно, — ступень на пути к познанию закономерного.

Для того, чтобы сравнение было плодотворным, оно должно удовлетворять двум основным требованиям: сравниваться должны лишь такие стороны и аспекты, объекты в целом, между которыми существует объективная общность; сравнение должно идти по наиболее важным, существенным в данной исследовательской или другой задаче признакам. Сравнение по несущественным признакам может привести лишь к заблуждениям и ошибкам. В этой связи надо осторожно относиться к умозаключениям "по аналогии". Французы даже говорят, что "сравнение — не доказательство!".

Интересующие исследователя, инженера, конструктора объекты могут сравниваться или непосредственно или опосредованно — через третий объект. В первом случае получают качественные оценки типа: больше — меньше, светлее — темнее, выше — ниже, ближе — дальше и др. Правда, и здесь можно получить простейшие количественные характеристики: "выше в два раза", "тяжелее в два раза" и др. Когда же имеется еще и третий объект в роли эталона, мерки, масштаба, то получают особо ценные и более точные количественные характеристики. Такое сравнение через посредствующий объект называю измерением. Сравнение подготавливает основу и для ряда теоретических методов. Само оно опирается часто на умозаключения по аналогии, о которых мы будем говорить дальше.

Измерение исторически развивалось из наблюдений и сравнения. Однако в отличие от простого сравнения оно более результативно и точно. Современное естествознание, начало которому было положено Леонардо да Винчи, Галилеем и Ньтоном. Своим расцветом обязано применению измерений. Именно Галилей провозгласил принцип количественного подхода к явлениям, согласно которому описание физических явлений должно опираться на величины, имеющие количественную меру — число. Он говорил, что книга природы написана на языке математики. Инженерия, проектирование и конструирование в своих методах продолжают эту же линию.

Мы будем здесь рассматривать измерение в отличие от других авторов, объединяющих измерение с экспериментом, как самостоятельный метод.

Измерение — это процедура определения численного значения некоторой характеристики объекта посредством сравнения ее с единицей измерения, принятой как стандарт данным исследователем или всеми учеными и практиками. Как известно, существуют международные и национальные единицы измерения основных характеристик различных классов объектов, такие как час, метр, грамм, вольт, бит и др.; день, пуд, фунт, верста, миля и др. Измерение предполагает наличие следующих основных элементов: объ- екта измерения, единицы измерения, то есть масштаба, мерки, эталона; измерительного устройства; метода измерения; наблюдателя.

Измерения бывают прямые и косвенные. При прямом измерении результат получается непосредственно из самого процесса измерения (например, используя меры длины, времени, веса и т.д.). При косвенном измерении искомая величина определяется математическим путем на основе других величин, полученных ранее прямым измерением. Так получают, например, удельный вес, площадь и объем тел правильной формы, скорость и ускорение тела, мощность и др.

Измерение позволяет находить и формулировать эмпирические законы и фундаментальные мировые константы. В связи с этим оно может служить источником формирования даже целых научных теорий. Так, многолетние измерения движения планет Тихо де Браге позволили потом Кеплеру создать обобщения в виде известных трех эмпирических законов движения планет. Измерение атомных весов в химии явилось одной из основ формулирования Менделеевым своего знаменитого периодического закона в химии и т.п. Измерение дает не только точные количественные сведения о действительности, но и позволяет вносить новые качественные соображения в теорию. Так произошло в итоге с измерением скорости света Майкельсоном в ходе развития Эйнштейновской теории относительности. Примеры можно продолжить.

Важнейшим показателем ценности измерения является его точность.

Благодаря ей могут быть открыты факты, которые не согласуются с ныне существующими теориями. В свое время, например, отклонения в величине перигелия Меркурия от расчетного (то есть согласного с законами Кеплера и Ньютона) на 13 секунд в столетие смогли объяснить, только создав новую, релятивистскую концепцию мира в общей теории относительности.

Точность измерений зависит от имеющихся приборов, их возможностей и качества, от применяемых методов и самой подготовки исследователя. На измерения часто тратятся большие средства, нередко их готовят длительное время, в них участвует множество людей, а результат может оказаться или нулевым или неубедительным. Нередко, к полученным результатам исследователи бывают не готовы, потому что разделяют определенную концепцию, теорию, а она не может включить этот результат. Так, в начале XX века ученый Ландольт очень точно проверил закон сохранения веса веществ в химии и убедился в его справедливости. Если бы его методика была бы усовершенствована (и точность увеличена на 2 - 3 порядка), то можно было бы вывести известное соотношение Эйнштейна между массой и энергией: E = mc . Но было ли бы это убедительным для научного мира того времени? Вряд ли! Наука еще не была готова к этому. В XX веке, когда, определяя массы радиоактивных изотопов по отклонению ионного пучка, английский физик Ф. Ас- тон подтвердил теоретический вывод Эйнштейна, это было воспринято в науке как естественный результат.

Следует иметь в виду, что существуют определенные требования к уровню точности. Он должен находиться в соответствии с природой объек- тов и с требованиями познавательной, проектировочной, конструкторской или инженерной задачи. Так, в технике и строительстве постоянно имеют дело с измерением массы (то есть веса), длиной (размером) и др. Но в большинстве случаев прецизионная точность здесь не требуется, более того, она выглядела бы вообще смешно, если бы, скажем, вес опорной колонны для здания проверялся до тысячных или ещё меньших долей грамма! Существует и проблема измерения массовидного материала, связанного со случайными отклонениями, как это бывает в больших совокупностях.

Подобные явления характерны для объектов микромира, для биологических, социальных, экономических и других подобных объектов. Здесь применимы поиски статистического среднего и методы, специально ориентированные на обработку случайного и его распределений в виде вероятностных методов и др.

Для исключения случайных и систематических ошибок измерения, выявления ошибок и погрешностей, связанных с природой приборов и самого наблюдателя (человека), развита специальная математическая теория ошибок.

Особое значение в XX веке приобрели в связи с развитием техники методы измерения в условиях быстрого протекания процессов, в агрессивных средах, где исключается присутствие наблюдателя, и т.п. На помощь здесь пришли методы авто- и электрометрии, а также компьютерной обработки информации и управления процессами измерения. В их разработке выдающуюся роль сыграли разработки ученых Новосибирского института автоматики и электрометрии СО РАН, а также НГТУ (НЭТИ). Это были результаты мирового класса.

Измерение, наряду с наблюдением и сравнением, широко используется на эмпирическом уровне познания и деятельности человека вообще, оно входит в состав наиболее развитого, сложного и значимого метода — экспериментального.

Под экспериментом понимается такой метод изучения и преобразования объектов, когда исследователь активно воздействует на них путем создания искусственных условий, необходимых для выявления каких-либо интересующих его свойств, характеристик, аспектов, сознательно изменяя течение естественных процессов, ведя при этом регулирование, измерения и наблюдения. Основным средством создания таких условий являются разнообразные приборы и искусственные устройства, о которых мы еще поговорим ниже. Эксперимент представляет собой наиболее сложный, комплексный и эффективный метод эмпирического познания и преобразования объектов разного рода. Но сущность его не в сложности, а в целенаправленности, преднамеренности и вмешательстве путем регулирования и управления в течение изучаемых и преобразуемых процессов и состояний объектов.

Основателем экспериментальной науки и экспериментального метода считается Галилей. Опыт как главный путь для естествознания обозначил впервые в конце XVI, начале XVII века английский философ Френсис Бэкон. Опыт — главный путь и для инженерии, технологий.

Отличительными признаками эксперимента считают возможность изучения и преобразования того или иного объекта в относительно чистом виде, когда все побочные факторы, затемняющие суть дела, устраняются почти целиком. Это даёт возможность исследования объектов действительности в экстремальных условиях, то есть при сверхнизких и сверхвысоких температурах, давлениях и энергиях, величинах скорости процессов, напряженности электрических и магнитных полей, энергиях взаимодействия и др. В этих условиях можно получить неожиданные и удивительные свойства у обычных объектов и, тем самым, глубже проникнуть в их сущность и механизмы преобразований (экстремальный эксперимент и анализ).

Примерами явлений, открытых в экстремальных условиях, являются сверхтекучесть и сверхпроводимость при низких температурах. Важнейшим достоинством эксперимента является его повторяемость, когда наблюдения, измерения, испытания свойств объектов проводятся многократно при варьировании условий, чтобы повысить точность, достоверность и практическую значимость ранее полученных результатов, убедиться вообще в существовании нового явления.

К эксперименту обращаются в следующих ситуациях: —

когда пытаются обнаружить у объекта ранее неизвестные свойства и характеристики — это исследовательский эксперимент; —

когда проверяют правильность тех или иных теоретических положений, выводов и гипотез — проверочный к теории эксперимент; —

когда проверяют правильность ранее произведенных экспериментов — проверочный (к экспериментам) эксперимент; —

учебно-демонстрационный эксперимент.

Любой из этих видов эксперимента может быть проведен как непосредственно с обследуемым объектом, так и с его заместителем — моделями разного рода. Эксперименты первого типа называют натурными, второго — модельными (моделирование). Примерами экспериментов второго типа являются исследования гипотетической первичной атмосферы Земли на моделях из смеси газов и паров воды. Опыты Миллера и Абельсона подтвердили возможность образования при электрических разрядах в модели первичной атмосферы органических образований, соединений, а это, в свою очередь, стало проверкой теории Опарина и Холдейна о происхождении жизни. Другим примером являются модельные эксперименты на компьютерах, получающие все большее распространение во всех науках. В этой связи физики сегодня говорят о возникновении "вычислительной физики" (работа компьютера базируется на математических программах и вычислительных операциях).

Достоинством эксперимента является возможность изучения объектов в более широком диапазоне условий, чем это допускает оригинал, что особенно заметно в медицине, где нельзя вести опыты, нарушающие здоровье человека. Тогда прибегают к помощи живых и неживых моделей, повторяющих или имитирующих особенности человека и его органов. Эксперименты можно вести как над вещественно-полевыми и информационными объектами, так и с их идеальными копиями; в последнем случае перед нами мысленный эксперимент, в том числе вычислительный как идеальная форма реального эксперимента (компьютерное моделирование эксперимента).

В настоящее время усиливается внимание к социологическим экспериментам. Но здесь существуют особенности, ограничивающие возможности подобных экспериментов согласно законам и принципам гуманности, которые находят отражение в концепциях и соглашениях ООН и международного права. Так, никто, кроме преступников, не станет планировать экспериментальные войны, эпидемии и т.п., чтобы изучить их последствия. В этой связи сценарии ракетно-ядерной войны и следствия из нее в виде "ядерной зимы" проигрывались на компьютерах у нас и в США. Вывод из этого эксперимента: ядерная война принесет неизбежно гибель всего человечества и всего живого на Земле. Велико значение экономических экспериментов, но и здесь безответственность и политическая ангажированность политиков может привести и приводит к катастрофическим результатам.

Наблюдения, измерения и эксперименты в основном базируются на различных приборах. Что же такое прибор с точки зрения его роли для исследования? В широком смысле слова под приборами понимают искусственные, технические средства и разного рода устройства, которые позволяют вести исследование какого-либо интересующего нас явления, свойства, состояния, характеристики с количественной и/или качественной стороны, а также создавать строго определенные условия для их обнаружения, реализации и регулирования; устройства, позволяющие вместе с тем вести наблюдение и измерение.

Не менее важно при этом выбрать систему отсчета, создать ее специально в приборе. Под системами отсчета понимают объекты, которые мысленно принимают за исходные, базисные и физически покоящиеся, неподвижные. Наиболее понятно это видно при измерении при помощи разных шкал для отсчета. В астрономических наблюдениях — это Земля, Солнце, другие тела, неподвижные (условно) звезды и др. Физики называют "лабораторной" ту систему отсчета, объект, которые совпадают с местом наблюдения и измерения в пространственно-временном смысле. В самом приборе система отсчета - это важная часть измерительного устройства, условно про- градуированная на шкале отсчета, где наблюдателем фиксируется, например, отклонение стрелки или светового сигнала от начала шкалы. В цифровых системах измерения мы все равно имеем начало отсчета, известное наблюдателю на основе знания особенностей применяемого здесь счетного множества единиц измерения. Простые и понятные шкалы, например, у линеек, часов с циферблатом, у большинства электро- и теплоизмерительных приборов.

В классический период науки среди требований к приборам были, во- первых, чувствительность к воздействию внешнего измеряемого фактора для измерения и регулирования условий эксперимента; во-вторых, так называемая "разрешающая способность" — то есть границы точности и поддержания заданных условий для изучаемого процесса в экспериментальном устройстве.

При этом молчаливо считалось, что в ходе прогресса науки их все удастся улучшить и увеличить. В XX веке, благодаря развитию физики микромира, нашли, что существует нижний предел делимости вещества и поля (кванты и др.), имеется нижнее значение величины электрического заряда и т. п. Все это вызвало пересмотр прежних требований и привлекло особое внимание к системам физических и других единиц, известных каждому из школьного курса физики.

Важным условием объективности описания объектов считалась также принципиальная возможность абстрагироваться, отвлечься от систем отсчета путем или выбора так называемой "естественной системы отсчета", или путем обнаружения таких свойств у объектов, которые не зависят от выбора систем отсчета. В науке их называют "инвариантами"В самой природе не так уж и много подобных инвариантов: это вес атома водорода (и он стал мерой, единицей для измерения веса других химических атомов), это электрический заряд, так называемое "действие" в механике и в физике (его размерность — энергия х время), Планковский квант действия (в квантовой механике), гравитационная постоянная, скорость света и др. На рубеже XIX и XX веков наука выяснила, казалось, парадоксальные вещи: масса, длина, время — относительны, они зависят от скорости движения частиц вещества и полей и, конечно, от положения наблюдателя в системе отсчета. В специальной теории относительности в итоге был найден особый инвариант — "четырехмерный интервал".

Значение и роль исследований систем отсчета и инвариантов в течение всего XX века нарастало, особенно при изучении экстремальных условий, характера и скорости протекания процессов, таких как сверхвысокие энергии, низкие и сверхнизкие температуры, быстропротекающие процессы и т.п. Остается важной и проблема точности измерения. Все приборы, применяемые в науке и технике, можно разделить на наблюдательные, измерительные и экспериментальные. Их несколько видов и подвидов по их назначению и функциям в исследовании:

1. Измерительные проборы разного рода с двумя подвидами:

а) прямого измерения (линейки, мерные сосуды и др.);

б) косвенного, опосредованного измерения (например, пирометры, измеряющие температуру тела через измерение энергии излучения; тензометри- ческие приборы и датчики — давление через электрические процессы в самом приборе; и др.). 2.

Усиливающие естественные органы человека, но не меняющие сущности и природы наблюдаемой и измеряемой характеристики. Таковы оптические приборы (от очков до телескопа), многие акустические приборы и др. 3.

Преобразующие естественные процессы и явления из одного вида в другой, доступный наблюдателю и/или его наблюдательным и измерительным устройствам. Таковы рентгеновский аппарат, сцинтилляционные датчики и т. п.

4. Экспериментальные приборы и устройства, а также их системы, включающие наблюдательные и измерительные приборы как свою неотъемлемую часть. Диапазон таких приборов простирается до размеров гигантских ускорителей частиц, вроде Серпуховского. В них процессы и объекты разного рода относительно изолированы от среды, они регулируются, управляются, а явления выделяются в максимально чистом виде (то есть, без других, посторонних явлений и процессов, помех, возмущающих факторов и т.п.).

5. Демонстрационные приборы, которые служат для наглядного показа разных свойств, явлений и закономерностей разного рода при обучении. К ним можно отнести также испытательные стенды и тренажеры разного рода, поскольку они обладают наглядностью, а также часто имитируют те или иные явления, как бы обманывая обучающихся.

Различают также приборы и устройства: а) исследовательского назначения (для нас здесь они главное) и, б) массового потребительского назначения. Прогресс приборостроения — это забота не только ученых, но также конструкторов и инженеров-приборостроителей в первую очередь.

Можно различить также приборы-модели, как бы продолжение всех предыдущих в виде их заместителей, а также уменьшенные копии и макеты реальных приборов и устройств, природных объектов. Примером моделей первого рода будут кибернетические и компьютерные имитации реальных, позволяющие изучать и проектировать реальные объекты, часто в широком диапазоне сходных в чем-то систем (в управлении и связи, проектировании систем и коммуникаций, сетей разного рода, в САПР). Примеры моделей второго рода — вещественные модели моста, самолета, плотины, балки, машины и ее узлов, любого устройства.

В широко смысле прибор — это не только некоторое искусственное образование, но это и среда, в которой протекает какой-нибудь процесс. В роли последней может выступать и компьютер. Тогда говорят, что перед нами вычислительный эксперимент (при оперировании числами).

У вычислительного эксперимента как метода большое будущее, так как часто экспериментатор имеет дело с многофакторными и коллективными процессами, где нужна огромная статистика. Экспериментатор также имеет дело с агрессивными средами и процессами, опасными для человека и живого вообще (в связи с последним существуют экологические проблемы научного и инженерного эксперимента).

Развитие физики микромира показало, что в своем теоретическом описании объектов микромира мы в принципе не можем избавиться от влияния прибора на искомый ответ. Более того, здесь мы в принципе не можем одновременно измерять координаты и импульсы микрочастицы и др.; после измерения приходится строить взаимодополнительные описания поведения частицы за счет показаний разных приборов и неодновременных описаний данных измерений (принципы неопределенностей В.Гейзенберга и принцип дополнительности Н. Бора).

Прогресс в приборостроении нередко создает подлинную революцию в той или иной науке. Классическими являются примеры открытий, сделанными благодаря изобретению микроскопа, телескопа, рентгеновского аппарата, спектроскопа и спектрометра, создания спутниковых лабораторий, вынос приборов в космос на спутниках и т.п. Расходы на приборы и эксперименты во многих НИИ составляют часто львиную долю их бюджетов. Сегодня много примеров, когда эксперименты не по карману целым немаленьким странам, и поэтому они идут на научную кооперацию (как ЦЕРН в Швейцарии, в космических программах и др.).

В ходе развития науки роль приборов нередко искажается, преувеличивается. Так в философии, в связи с особенностями эксперимента в микромире, о чем говорилось чуть выше, возникла идея, что в этой области все наши знания целиком приборного происхождения. Прибор, как бы продолжая субъекта познания, вмешивается в объективный ход событий. Отсюда делается вывод: все наше знание об объектах микромира субъективно, оно приборного происхождения. В итоге в науке XX века возникло целое направление философии — приборный идеализм или операционализм (П.Бриджмен). Конечно, последовала ответная критика, но подобная идея встречается среди ученых до сих пор. Во многом она возникла из-за недооценки теоретического знания и познания, а также его возможностей.

Прежде чем перейти к нему, отметим: создание приборов и изобретение новых как для измерений, так и для экспериментов — это издавна особая область деятельности ученых и инженеров, требующая огромного опыта и таланта. Сегодня — это также и современная, все более активно развивающаяся отрасль производства, торговли и соответствующего маркетинга. Сами приборы и устройств как продукты технологий, научного и технического приборостроения, их качество и количество — по сути дела показатель степени развитости той или иной страны и ее экономики.

<< | >>
Источник: Крюков В.В.. Философия: Учебник для студентов технических ВУЗов.- Новосибирск: Изд-во НГТУ,. 2006

Еще по теме Эмпирические методы.:

  1. § 2. Методы исследования и формы знания эмпирического уровня
  2. Методы и формы познания эмпирического уровня: вычленение и исследование объекта
  3. Методы и формы познания эмпирического уровня: обработка и систематизация знаний
  4. § 1. Методы построения идеализированного объекта и оправдания теоретического знания
  5. Методы научного исследования, формы научного знания
  6. Эмпирические методы.
  7. 5.3. Дж. Гэллап — основоположник эмпирических социологических исследований аудитории СМИ
  8. СТРУКТУРА И МЕТОДЫ КУЛЬТУРОЛОГИЧЕСКОГО ЗНАНИЯ
  9. МЕТОДЫ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
  10. ТРАДИЦИОННО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ (ЭМПИРИЧЕСКИЕ) МЕТОДЫ
  11. § 2. Методы исследования в педагогической психологии