Исследовательская стадия научно-исследовательского процесса

Исследовательская стадия научно-исследовательского процесса, как и организационная, проходит в несколько этапов (рис. 7.4).

Рисунок 7.4 – Исследовательская стадия научно-исследовательского процесса

Создание новой информации происходит в результате проведения наблюдений, экспериментов и других видов исследований, направленных на получение исходной информации об объекте. При этом предполагается параллельное изучение процессов и явлений, которые могут влиять на состояние объекта исследования.

Подобное изучение темы позволяет обнаружить положительные и отрицательные факторы влияния и определить критерии их оценки.

Полученную информацию об объекте и сопутствующих процессах и явлениях собирают и группируют для дальнейшего преобразования в соответствии с целью исследования.

Новую информацию об объекте могут поставлять источники как первичной, так и вторичной информации. Это происходит в том случае, когда данные, полученные ранее с другой, не связанной с конкретным исследованием, целью, преобразуются или обрабатываются таким образом, что становятся пригодными для использования их при решении новой задачи.

Методов создания новой информации об объекте огромное количество; большинство из них относятся к конкретно-научным методам, то есть таким, которые применяются только в определенной области науки и при определенных условиях проведения исследований и характеристиках объекту изучения, например, метод максимального давления в пузырьке для измерения поверхностного натяжения при изучении физико-химических свойств материалов или вибрационный метод для определения вязкости жидкости. Такие специальные или специфические методы рассматривать детально нет надобности, им посвящена специальная литература по определенным областям знаний. Заметим только, что значительное количество способов получения новой информации об объекте в естественных науках основана на разнообразных методах измерения, счете и наблюдении. В общественных науках - наблюдении и документалистике.

Собранную новую информацию об объекте группируют и обрабатывают таким образом, чтобы иметь возможность использовать ее в дальнейших процедурах в соответствии с целью работы.

Этап выполнения исследований с использованием теоретических и эмпирических методов исследовательской стадии научно-исследовательского процесса начинается с доказательства гипотезы, что, собственно, и является смыслом и целью исследовательской стадии.

Путь к гипотезе пролегает через идеи - мысли, которые достигли высшей степени объективности, полноты и конкретизации и в то же время направлены на практическую реализацию. Они не возникают на пустом месте, им предшествуют базисные знания, научные открытия, изобретения, изучение опыта и результатов исследований отечественных и зарубежных коллег. По подсчетам американских ученых, на каждый результат НИР, который используется в производстве, приходится 8 патентов (авторских свидетельств), 98 технически осуществимых решений и 540 идей, из которых и формируется гипотеза.

Первичные, или предварительные, гипотезы в процессе исследования, как правило, неоднократно анализируются, критикуются, уточняются и в результате становятся более достоверными.

Проведение теоретических исследований с целью доказательства гипотезы выполняется в соответствии с программой исследования, методикой исследования и рабочим планом.

Формулирование предварительных выводов и рекомендаций выполняется на основании доказательства или, в равной степени, опровержения гипотезы с учетом всех важных изменений, дополнений, уточнений и т.п., которые произошли в процессе ее доказательства или опровержения.

Прежде чем строить заключения - краткое изложение полученных результатов, исследователь должен еще раз проверить завершенность каждой отдельной части работы и доказательность аргументации в целом. Лишь после этого следует формулировать выводы по сути поставленной проблемы, побочным и второстепенным вопросам и вопросам практического значения, использованию полученных результатов.

Выводы рекомендуется формулировать тщательно, точно, не перегружая цифровыми данными и дополнительными отдельными выкладками. Их обоснование должно содержаться в предыдущем изложении. Выводы облегчают читателю оценку и использование результатов исследования, а самому исполнителю они служат средством самопроверки.

Предложения и рекомендации относительно практического использования выводов при решении конкретной задачи в определенных условиях должны быть перспективными. При этом необходимо учитывать не только условия, которые существуют, но и изменения, что должны произойти в ближайшее время, В перспективных работах, которые решают крупные проблемы, такому прогнозированию отводится особое место. В этом случае воплощения в жизнь принятых на основании рекомендаций решений связано с большими затратами, нарушением протекания больших технологических процессов и т.п. Поэтому должны быть предусмотрены все необходимые материальные и организационные предпосылки. В процессе разработки перспективных предложений исследователь должен наиболее эффективно использовать историческую часть своей работы. Недостатки учета общей перспективы развития отрасли, отдельной проблемы становятся причиной того, что результаты исследования остаются нереализованными. Подобно выводам, предложения могут иметь как положительный, так и отрицательный характер (например, отказ от методики планирования отдельных показателей, которая использовалась ранее).

Предварительные рекомендации обычно завершают теоретическую часть прикладных исследований. Однако они могут завершать целиком теоретическую работу и потому носить организационно-методический характер.

Выдвигая те или другие предложения, исследователь определяет их эффективность. При этом необходимо не только учитывать их положительный эффект, но и сопоставлять его с объемом связанных с их внедрением трудовых, материальных и денежных затрат. Без такой оценки невозможно определить степень реальности проведения и окупаемость соответствующих мероприятий. Если предложения будут приняты, расчет станет основанием для планирования их осуществления.

Если рекомендуется использование одного из многих конкурирующих предложений, выполняется сравнительный расчет эффекта и затрат по каждому варианту и избирается тот, что обеспечивает наилучшие показатели. При разработке такого экономического обоснования предложений обращают внимание на два следующих положения.

1. Наряду с прямым эффектом использования предложений учитывают и побочный эффект. Например, внедрение новой методики планирования или нового технологического процесса или новых машин и механизмов может относительно сократить численность плановых рабочих.

2. Кроме экономического эффекта следует определиться и с другими видами эффекта. Так, например, совершенствование системы стимулирования труда оказывает содействие закреплению кадров. В подобных случаях расчет экономического эффекта должен объединяться с обоснованной характеристикой эффекта политического, психологического, эстетичного и т.п. При этом сопоставлять затраты с внеэкономическим эффектом невозможно, поскольку они выражаются в разных показателях, и конечное решение должно быть принято только на основе экспертных оценок широкого круга компетентных лиц. Таким образом, исследователь должен в максимально конкретной форме с полной объективностью описать как преимущества своего предложения, так и его недостатки.

Следующим шагом является научный эксперимент, то есть эмпирическая проверка результатов теоретической части исследования.

Вообще, любое экспериментальное исследование, независимо от его разновидности, представляет собой, так сказать, исследование в исследовании и проходит в несколько стадий, которые схожи со стадиями научно- исследовательского процесса в целом.

Предваряет планирование и проведение эксперимента работа с литературой. Она позволяет избежать повтора уже проведенных опытов, использовать современные методы, повысить уровень знаний, наметить реальный план исследований. Для этого изучают специальную литературу (например, реферативные журналы, каталоги и т.п.) и составляют полный список публикаций по данному вопросу. Литературу прорабатывают согласно этому списку и готовят рефераты по каждой публикации, где указывают цель и содержание исследования, коротко описывают его методику, делают заключения и ссылки на литературу.

Рефераты по каждой публикации пишут, как правило, на отдельных

стандартных листах, чтобы в дальнейшем использовать их для составления обзора литературы, в котором систематизируют прочитанные источники, обобщают и сравнивают данные уже проведенных экспериментов, выявляют положительные и отрицательные стороны методики и результатов исследований.

На основе обзора литературы намечают эксперименты, которые раньше не были описаны, и готовят методику эксперимента

Под методикой эксперимента понимают совокупность методов и приемов, с помощью которых будет решена задача исследования. Она устанавливает последовательность проведения наблюдений и измерений, выбор необходимых устройств, оборудования, машин, аппаратов и, в случае необходимости, создание уникальных приборов, устройств, экспериментального оснащения, стендов для разработки темы исследования.

Отдельно надо отметить, что измерения являются основной частью каждого эксперимента. От качества измерений и следующих расчетов зависят результаты всего эксперимента.

Обычно процесс контролируется с помощью устройств, измеряющих входные и выходные параметры. По целевому назначению средства контроля можно условно разделить на две группы: показывающие и записывающие показатели процесса. Устройство оборудования первой группы довольно просто, оно легко в эксплуатации, состоит часто только из одного прибора со шкалой. В то же время этими приборами неудобно измерять параметры процесса в динамике. Устройство средств контроля с записью показателей значительно сложнее. Они состоят, как правило, из нескольких приборов (датчиков, преобразователей, источников питания, усилителей, и т.п.), и с их помощью можно следить за изменением параметров во времени. Поэтому для краткосрочных исследований рекомендуется использовать средства контроля первой группы, а для долгосрочных - средства второй группы.

Процесс измерения представляет собой определение величины параметра с помощью технических средств; это процесс сравнения полученной величины с величиной известной, принятой за единицу (эталон). Измерения могут быть прямыми, косвенными, совокупными и общими.

При прямых измерениях искомые (измеренные) величины определяются в результате непосредственного отсчета показаний прибора или по номинальному значению (например, измерение температуры термометром, измерение длины с помощью линейки и т.д.).

При косвенных измерениях неизвестные величины определяются путем прямого измерения нескольких величин, функционально связанных с измеряемой величиной, и расчетов по уровню функциональной связи: y=x(а, b, с), где y - величина, полученная с помощью косвенных измерений; а, b, с - с помощью прямых измерений.

Неизвестные величины в совокупных измерениях определяются путем решения системы уравнений, вид которых исследователю известен и в которых приводятся значения отдельных параметров, найденных с помощью прямых измерений. Чем больше уравнений в системе, тем выше точность.

При общих измерениях две или несколько неоднородных величины измеряются одновременно с целью определения взаимозависимости между ними.

Как правило, в исследовательской работе главным образом используются совокупные и общие измерения.

Каждое измерение, как бы тщательно оно не выполнялось, сопровождается некоторыми ошибками (погрешностями), обусловленными несовершенством методов измерения и конструкции приборов. Вдобавок, иногда исследователь недостаточно учитывает влияние условий окружающей среды.

Различают три класса измерений по степени точности.

1. Особо точные - эталонные измерения с максимально возможной точностью.

2. Высокоточные - погрешность которых не должна превышать заданных значений. Приборы этого класса точности используют для контрольно- проверочных измерений, а также в некоторых наиболее ответственных экспериментах.

3. Технические - измерения, при которых погрешность определяется особенностями средств измерения.

В практических расчетах затем различают два вида погрешностей: абсолютную и относительную.

В практических расчетах затем различают два вида погрешностей: абсолютную и относительную.

Абсолютная погрешность – это разность между измеренным А (полученным в результате измерения) и соответствующим действительности значением измеренной величины А.

А=А-Аg (7.1)

Погрешность прибора, взятая с противоположным знаком, называется поправкой. Для определения соответствующего действительности значения измеренной величины необходимо к показанию прибора прибавить поправку (алгебраическое прибавление).

Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к соответствующему действительности значению, выраженное в процентах.

7.2)

Относительная приведенная погрешность - это отношение абсолютной погрешности к разности между верхней А_max и нижней А_min границами шкалы прибора, выраженное в процентах.

(7.3)

Наибольшую допустимую относительную погрешность называют классом точности прибора и различают их виды:

- по абсолютным погрешностям;

- по относительным погрешностям.

Класс точности прибора указывается на его циферблате. Исследователь должен быть ознакомлен с измерительными приборами, которые выпускаются отечественными и зарубежными производителями.

Однако далеко не все области человеческой деятельности позволяют использовать технические приборы и устройства для определения количественных характеристик процессов и явлений, в них протекающих. В первую очередь это касается общественных наук, которые изучают объекты, основными характеристиками которых являются показатели качественные. Процедура измерения в таких исследованиях связана с поиском и использованием таких фактов, которые могли бы стать количественной (числовой) характеристикой объекта. К таким фактам, в частности, относятся разнообразные предметы, события, признаки явлений и процессов, а также поступки, оценки, суждения людей. В социологических исследованиях, где наиболее часто используется такой вид измерений, эти факты называют индикаторами.

В качестве индикаторов целесообразно использовать объективные факты, которые повышают достоверность полученной информации. Но довольно часто приходится пользоваться установками, оценками и суждениями людей, отражающими их отношение к разным сторонам общественной жизни. Такие индикаторы имеют субъективный характер, но практика социологических исследований выработала целый ряд подходов к измерению установок, мотивов, привычек, информированности, реального поведения людей, характеристик социального окружения и т.п. Он базируется на понятии шкалы измерений, которая представляет собой характеристики избранного индикатора, расположенные в конкретной последовательности.

В социологических исследованиях используются три основных типа шкал: номинальные, ранговые (порядковые) и интервальные. На их основе строятся другие шкалы и методики исследований в тех областях, которые используют социологические методы.

Вообще для определения показателей, характеризующих явление или процесс, следует выбирать новейшие исследовательские приемы. При этом необходимо учитывать уровень оснащенности лаборатории современными приборами, дефицитными реактивами и т.п. Однако, могут быть запланированы методы, которые и ранее использовались при проведении подобных исследований, необходимо только проверить, отвечают ли они современному уровню науки и условиям, в которых выполняется работа, а также задачам, которые должно решить это конкретное исследование. Метод может быть разработан и самим экспериментатором. Но все методы, избранные для определения показателей, должны быть апробированы, освоены исследователями к началу проведения эксперимента.

В ходе выполнения работ методика может корректироваться и совершенствоваться. Все методические решения, которые принимаются во время подготовки и проведения эксперимента, нужно фиксировать. Это делается в форме инструкций по отдельным методам, объектам, этапам исследования. Эти материалы периодически пересматривают, в особенности на начальной стадии выполнения работ, когда обнаруживается максимальное количество ошибок.

Во время отбора исследовательских приемов надо побеспокоиться не только о точности и надежности данных, но и о простоте и доступности выполнения отдельных опытов и эксперимента в целом.

Следующим этапом подготовки эксперимента является составление рабочего плана его выполнения, в котором определяются:

- уточненная формулировка темы;

- общие и отдельные задачи работы;

- cтепень комплексности;

- этапы работы с определением их объема и содержания, объектов, методов и техники их исследования, трудоемкости и сроков выполнения каждого этапа;

- распределение работы между исполнителями;

- форма представления результатов (отчет, статья, доклад и т.п.). На этом этапе исследователь должен также проверить обеспеченность дальнейшей работы всем необходимым, чтобы на отсутствующие предметы своевременно подать заявку, указать возможные замены оснащения. Если работа может быть выполнена с помощью стандартного оборудования, исследователь должен принять участие в его подборе. При необходимости использования нестандартного оснащения надо установить связь с проектировщиками, конструкторами, производителями. Исследователь следует, при возможности, и самому включиться в процесс проектирования, так как именно ему лучше всего известны те требования, которым должен отвечать результат.

После этого наступает очередь подготовки объекту исследования. Эта довольно ответственная и трудоемкая операция. Иногда она требует поискового исследования как предварительного этапа глубоких и масштабных экспериментальных исследований. Потребность в этом возникает особенно в тех случаях, когда необходима дополнительная информация о предмете и объекте исследований, уточняется и корректируется гипотеза и задачи, совершенствуется методика и т. п.

Проведение производственных экспериментов связано с изучением заводских или фабричных технологических процессов, производственной среды и т.п. Для более совершенного их изучения могут быть проведены дополнительные исследования с целью получения данных, которые отсутствуют в имеющейся технологической или аналитической информации об объекте. Кроме того, для подготовки промышленного объекта необходимо в соответствии с методикой оснастить его исследовательским оборудованием, наметить и оборудовать места отбора параметров, механизировать и, если возможно, автоматизировать экспериментальные работы, договориться о регламенте проведения исследований, а также о технической помощи.

При изучении явления или процесса в лабораторных и полупроизводственных условиях подготовка объекту сводится к изготовлению физической модели (стенда) на основании теории моделирования. Например, лабораторный эксперимент, направленный на оптимизацию технологии, нуждается в изготовлении оборудования, моделирующего технологический процесс. Это оборудование по своему внешнему виду может быть совсем не похоже на производственное оснащение, но оно должно полностью моделировать технологический процесс. Такие эксперименты позволяют с наименьшими затратами, но высоким уровнем достоверности получить обобщенный исследовательский материал для изучения промышленных агрегатов, на которых ставить детальные эксперименты трудно или даже невозможно.

Для проведения эксперимента необходимо создать благоприятные условия труда: удобное размещение приборов и устройств; хорошее освещение; доступ свежего воздуха; удобное место для ведения записей, желательно подальше от источников воды и тепла, и т.п.

К началу эксперимента целесообразно провести пробные опыты с целью:

- ознакомления экспериментатора с данной работой, практического овладения ним методикой эксперимента, методов определения разных показателей;

- проверки работы отдельных элементов оборудования и аппаратуры;

- выявления интервалов времени, необходимых для определения отдельных показателей, интервалов при измерении каждой величины и оценки возможных ошибок при определении показателей, что будет учтено в дальнейшем ходе эксперимента и даст возможность уделить больше внимания измерению величин, которые вносят основной вклад в ошибку конечного результата.

По окончании эксперимента, а иногда и в процессе его проведения, выполняется проверка соответствия экспериментальных данных теоретическим предпосылкам, то есть собственно проверка гипотезы исследования и, таким образом, правильности сделанных на ее основании предварительных выводов и рекомендаций и, в случае необходимости, их корректирование.

Основой общего анализа теоретических и экспериментальных исследований является сопоставление выдвинутой гипотезы с исследовательскими данными наблюдений. В результате теоретико-экспериментального анализа могут возникнуть три случая.

1. Установлено полное или достаточно полное совпадение гипотезы, теоретических предпосылок с результатами опыта. При этом дополнительно группируют полученный материал исследований таким образом, чтобы из него вытекали основные положения разработанной прежде гипотезы, в результате чего последняя превращается в доказанное теоретическое положение, теорию.

2. Экспериментальные данные лишь частично подтверждают положения гипотезы, а в той или иной части противоречат ей. В этом случае гипотезу изменяют и переделывают таким образом, чтобы она наиболее полно отвечала результатам эксперимента. Чаще всего после этого выполняют дополнительные корректирующие эксперименты с целью подтверждения рабочей гипотезы, после чего она также превращается в теорию.

3. Гипотеза не подтверждается экспериментом. Тогда ее критически анализируют и полностью пересматривают. Затем проводят новые экспериментальные исследования с учетом новой рабочей гипотезы. Отрицательные результаты научной работы, как правило, не отбрасываются, во многих случаях они помогают получить правильные представления об объектах, явлении и процессах.

После выполненного анализа принимают окончательное решение, которое формулируют как заключительные выводы или предложения и рекомендации. Эта часть работы требует высокой квалификации, поскольку необходимо кротко, четко, научно выделить все новое и существенное, что содержится в результатах исследования, дать ему исчерпывающую оценку, определить пути дальнейших исследований. По одной темой не рекомендуется формулировать много выводов (не большее 5-10). Если же кроме основных выводов, отвечающих цели исследования, можно сделать еще и дополнительные, то их формулируют отдельно, чтобы не затмить конкретного ответа на основную задачу темы. Все выводы целесообразно разделить на две группы: научные и производственные.

Выводы и рекомендации, сделанные на основании исследования гипотез, которые прошли экспериментирование и соответствующую корректировку, доводятся до сведения научной общественности путем докладов и сообщений на семинарах и конференциях, публикаций статей по результатам исследования отдельных вопросов.