Методи теоретичних досліджень.

Ідеалізація — це конструювання подумки об'єктів, які не існують насправді або практично не здійсненні (наприклад, абсолютно тверде тіло, абсолютно чорне тіло, лінія, площина).

Мета ідеалізації: позбавити реальні об'єкти деяких притаманних їм властивостей і наділити (подумки) ці об'єкти певними нереальними і гіпотетичними властивостями. При цьому мета досягається завдяки:

а) багатоступінчастому абстрагуванню (наприклад, абстрагування від товщини
призводить до поняття «площина»);

б) переходу подумки до кінцевого випадку в розвитку якоїсь властивості
(абсолютно тверде тіло);

в) простому абстрагуванню (рідина, що не стискується).
Будь-яка ідеалізація правомірна лише у певних межах.

Формалізація — метод вивчення різноманітних об'єктів шляхом відображення їхньої структури у знаковій формі за допомогою штучних мов, наприклад, мовою математики. Переваги формалізації:

а) вона забезпечує узагальненість підходу до розв'язання проблем;

б) символіка надає стислості та чіткості фіксації значень;

в) однозначність символіки (немає багатозначності звичайної мови);

г) дає змогу формувати знакові моделі об'єктів та замінювати вивчення реальних
речей і процесів вивченням цих моделей.

Аксіоматичний метод — метод побудови наукової теорії, за якого деякі твердження приймаються без доведень, а всі інші знання виводяться з них відповідно до певних логічних правил.

Гіпотеза та припущення. У становленні теорій як системи наукового знання найважливішу роль відіграє гіпотеза. Гіпотеза є формою осмислення фактичного матеріалу, формою переходу від фактів до законів.

Розвиток гіпотези відбувається за трьома стадіями:

а) накопичення фактичного матеріалу і висловлювання на його основі припущень;

б) формування гіпотези, тобто виведення наслідків із зробленого припущення,
розгортання на його основі прийнятної теорії;

в) перевірка отриманих результатів на практиці і на її основі уточнення гіпотези.
Якщо під час перевірки наслідок відповідає дійсності, то гіпотеза перетворюється на
наукову теорію.

Гіпотези (як і ідеї) носять імовірнісний характер. На їх основі відбувається систематизація раніше накопичених знань і здійснюється пошук нових наукових результа­тів — у цьому сутність і призначення гіпотези як форми розвитку науки. Гіпотеза може узгоджуватися з іншими науковими системами або суперечити їм. Ні те, ні інше не дає підстав відкинути гіпотезу або прийняти її. Гіпотеза може суперечити навіть достовірній теорії. До такої суперечності треба ставитися досить серйозно, але не варто думати, що вона обов'язково призводить до спростування гіпотези. Гіпотеза висувається з надією на те, що вона, коли не цілком, то хоча б частково, стане достовірним знанням.

Історичний метод дає змогу дослідити виникнення, формування та розвиток процесів і подій у хронологічній послідовності з метою виявлення внутрішніх і зовнішніх зв'язків, закономірностей і суперечностей. Даний метод дослідження використовується переважно у суспільних науках. У прикладних — він застосовується, приміром, при вивченні розвитку та формування тих чи тих галузей науки і техніки.

Системний підхід полягає у комплексному дослідженні великих і складних об'єктів (систем), дослідженні їх як єдиного цілого із узгодженим функціонуванням усіх елементів і частин. З огляду на цей принцип треба вивчити кожен елемент системи у його зв'язку та взаємодії з іншими елементами, виявити вплив властивостей окремих частин системи на її поведінку загалом, встановити емерджентні властивості системи і визначити оптимальний режим її функціонування.

Ускладнення завдань та об'єктів дослідження викликає необхідність розподілення (декомпозиції) системи на системи нижчого рівня (підсистеми), які досліджуються автономно, причому з обов'язковим урахуванням подальшого узгодження цілей кожної підсистеми із загальною метою системи. Таким чином, декомпозиція наперед визначає створення ієрархії системи. Застосування декомпозиції зумовлене не тільки немож­ливістю охопити неосяжне, але й різнорідністю елементів складної системи і, як наслідок, необхідністю залучення фахівців різного профілю.

По суті, декомпозиція — це операція аналізу системи. Природно, шо дослідження менш складних систем нижчого рівня простіше та зручніше. Проте наступне погодження функціонування підсистем (операція синтезу) є собою суттєво складнішим завданням, ніж дослідження окремих підсистем. Тут основні труднощі пов'язані з емерджентністю системи.

Теорія — система знань, котра описує і пояснює сукупність явищ певної частки дійсності і зводить відкриті в цій галузі закони до єдиного об'єднувального початку (витоку). Теорія будується на результатах, отриманих на емпіричному рівні досліджень. У теорії дані результати впорядковуються, вписуються у струнку систему, об'єднану загальною ідеєю, уточнюються на основі введених до теорії абстракцій, ідеалізацій і принципів.

До нової теорії висуваються такі вимоги:

а) адекватність наукової теорії описуваному об'єкту, що дає змогу у визначених
межах замінювати експериментальні дослідження теоретичними;

б) повнота опису певної галузі дійсності;

в) потреба пояснення взаємозв'язків між різними компонентами в межах самої
теорії. Наявність зв'язків між різними положеннями теорії забезпечить перехід від одних
тверджень до інших;

г) брак внутрішньої несуперечливості теорії та відповідність її дослідним даним.
Теорія має бути евристичною, конструктивною і простою.

Евристичність теорії віддзеркалює її можливості передбачення та пояснювання. Математичний апарат теорії повинен не тільки забезпечувати точні кількісні передбачення, але й допомагати відкривати нові явища. Конструктивність теорії полягає у можливості простої, здійснюваної за певними правилами, перевірки основних її положень, принципів і законів. Простота теорії досягається введенням узагальнених законів скорочення та стиснення інформації за допомогою спеціальних символів.

Вирішальною основою наукового пізнання є практика. Роль практики полягає у створенні матеріально-технічних засобів наукового дослідження. При цьому мате­ріально-технічні засоби не залишаються незмінними, а безперервно удосконалюються в процесі розвитку матеріального виробництва, промисловості, техніки.

Наукове пізнання покликане освітлювати шлях практиці, надавати теоретичні основи для розв'язання практичних проблем. Тому воно має випереджувати практику завдяки елементові наукового передбачення. Проте практика — це не тільки вихідний пункт і мета пізнання, а й вирішальне підґрунтя названого складного процесу.

Отже, виростаючи з практики і розвиваючись на її основі, наукове пізнання набуває великого значення для неї самої. Воно сягає сутності явищ, розкриває закони їх існування та розвитку, тим самим вказуючи практиці можливості, шляхи і способи впливу на ці явища та зміни згідно з їх об'єктивною природою.

1.2. Загальна схема наукового дослідження

Весь хід наукового дослідження можна приблизно зобразити у вигляді такої логічної схеми [4]:

1) Обгрунтування актуальності обраної теми.

2) Постановка мети і конкретних завдань дослідження.

3) Визначення об'єкта і предмета дослідження.

4) Вибір методів (методики) проведення дослідження.

5) Опис процесу дослідження.

6) Обговорення результатів дослідження.

7) Формулювання висновків і оцінка одержаних результатів.

Обгрунтування актуальності обраної теми - початковий етап будь-якого дослідження. Стосовно дисертації поняття " актуальність" має одну особливість. Дисертація, як уже зазначалося, є кваліфікаційною працею, і те, як її автор уміє обрати тему і наскільки правильно він цю тему розуміє й оцінює з точки зору своєчасності та соціальної значущості, характеризує його наукову зрілість і професійну підготовленість.

Що ж таке актуальність, або " кому це потрібно? ". Чи інакше — " Якій галузі виробництва або знань і для чого необхідні запропоновані наукові результати? ".

Висвітлення актуальності не повинно бути багатослівним. Досить кількома реченнями висловити головне - сутність проблеми, з чого й випливе актуальність теми. Проблема завжди виникає тоді, коли старе знання вже виявило свою неспроможність, а нове ще не набуло розвиненої форми. Таким чином, проблема в науці - це суперечлива ситуація, котра потребує свого вирішення. Така ситуація найчастіше виникає внаслідок відкриття нових фактів, які явно не вкладаються у рамки колишніх теоретичних уявлень, тобто коли жодна з теорій не може пояснити щойно виявлені факти.

Правильна постановка та ясне формулювання нових проблем часом має не менше значення, ніж їх вирішення. По суті, саме вибір проблеми, якщо не цілком, то дуже великою мірою визначає як стратегію дослідження взагалі, так і напрямок наукового пошуку зокрема. Не випадково вважається, що сформулювати наукову проблему -означає показати вміння відокремити головне від другорядного, виявити те, що вже відомо і що досі невідомо науці з предмета дослідження.

Від доведення актуальності обраної теми логічно перейти до формулювання мети дослідження, а також вказати конкретні завдання, які мають бути розв'язані відповідно до даної мети. Це зазвичай робиться у формі перерахування (вивчити..., описАи..., встановити..., з'ясувати..., вивести формулу... і т.ін.).

Формулювання названих завдань слід робити якомога ретельніше, оскільки опис їх розв'язання становитиме зміст розділів дисертаційної роботи. Це важливо також і тому, що назви таких розділів з'являються саме з формулювання завдань дослідження.

Надалі формулюються об'єкт і предмет дослідження. Об'єкт - це процес або явище, що породжують проблемну ситуацію і обрані для вивчення. Предмет - це те, що міститься в межах об'єкта. Об'єкт і предмет дослідження як категорії наукового процесу співвідносяться між собою як загальне і часткове. В об'єкті виділяється та його частина, котра є предметом дослідження. Саме на нього і спрямована основна увага дисертанта, саме предмет дослідження визначає тему дисертаційної роботи, що виноситься на титульний аркуш як заголовок.

Дуже важливим етапом наукової праці є вибір методів дослідження — інструменту отримання фактичного матеріалу і необхідної умови досягнення поставленої в роботі мети.

Опис процесу дослідження - основна частина дисертації, де висвітлюються методика і техніка дослідження з використанням логічних законів і правил.

Дуже важливий етап процесу наукового дослідження - обговорення його результатів на засіданнях профілюючих кафедр, наукових семінарів, учених і науково-технічних рад із попередньою оцінкою теоретичної та практичної цінності дисертації, що є першим колективним відгуком.

Заключним етапом наукового дослідження є висновки, котрі містять те нове і суттєве, що становить наукові та практичні результати виконаної дисертаційної роботи.

Як випливає із викладеного, поняття «дисертація» невід'ємне від поняття «науковий результат». Науковий результат — це знання, відповідне вимогам новизни, достовірності та практичної цінності. Ці вимоги надалі викладатимуться докладно. Науковий результат, як правило, — творчий продукт одного розділу дисертації. Сутність наукового результату формулюється у висновках до розділу. Формулювання сутності повинне бути коротким, зрозумілим, конкретним, без загальних слів і термінів, які потребують додаткового пояснення. Найкращою формою наукового результату є закон або закономірність. Наведемо приклади наукових результатів [2]:

- для однорідного електричного ланцюга сила струму дорівнює напрузі, поділеній на опір, тобто І = V /К (закон Ома);

- сума окремих струмів розгалуженого електричного ланцюга дорівнює повному струму у цьому ланцюзі, тобто / = І_: + /, + / +... (перший закон Кірхгофа);

- обсяг інформації, потрібний для управління виробничою системою, квадратово залежить від суми одиниць обладнання та кількості обслуговуючого персоналу цієї системи, тобто IV ' = с (т + п)² (постулат В.М.Глушкова);

- половина товарів, які обертаються нині на ринку України, десять років тому покупцям була невідома;

- 20 % людей випивають 80 % всього пива (принцип 20/80);

- продуктивність праці будь-якого працівника залежить від її мотивації.
Проаналізуємо наведені твердження, виписані у порядку зменшення їх «якості».
Перші два (закони Ома та Кірхгофа) відповідають усім вимогам до наукового

результату: колись вони були новим знанням, їх актуальність була незаперечною, вони багаторазово перевірені експериментами, мають загальний характер, теоретичну та практичну цінність. Третє твердження, взяте з відомої монографії В.М.Глушкова «Вступ до кібернетики», за формою має вигляд наукового результату, проте, як стверджують автори [2], не відповідає вимозі достовірності, бо виведене інтуїтивно, без багаторазової перевірки. Четверте твердження (щодо товарів) є науковим результатом, отриманим експериментально (шляхом статистичної обробки даних). П'яте твердження (принцип 20/80) здається скоріше жартом, ніж науковим результатом, з огляду на його формулювання. Насправді, цей принцип не раз підтверджувався у різноманітних експериментах і має практичне значення. Його більш точне формулювання: у будь-якій організації в середньому 20 % факторів зумовлюють 80 % ефекту. Наприклад, у будь-якій організації приблизно 20 % людей виконують 80 % всієї роботи; 80 % браку припадає на 20 % деталей; у житті 80 % всіх неприємностей викликаються приблизно 20 % факторів і т. ін. Останнє твердження не може претендувати на науковий результат: у ньому йдеться про загальновідому тенденцію, немає конкретності, а тому й практичної цінності, термін «мотивація» сам потребує пояснення.

Наукові результати можна поділити на два види: теоретико-методологічні (для теоретичних досліджень), зокрема: концепція, гіпотеза, класифікація, закон, метод; та інструментальні (для прикладних і емпіричних досліджень), зокрема: спосіб, технологія, методика, алгоритм, речовина.

1.3. Організація творчої діяльності

Багато хто вважає, що творчий процес можливий тільки у періоди якогось «натхнення». Це глибока помилка: звісно, добре, коли дослідження настільки захоплюють, що з'являється творчий порив, але для досягнення кінцевої мети важливий

не так порив, як копітка і добре організована праця. Оманою є те, що великі люди творять легко, без особливих витрат часу і сил. Це можна підтвердити словами великих діячів науки і мистецтва.

Альберт Ейнштейн (про Кеплера): " Він жив у епоху, коли ще не було певності, що є якась загальна закономірність для всіх явищ природи, і якою глибокою була його віра в таку закономірність, коли, працюючи в самотині, ніким не підтримуваний і не маючи нікого, хто б його розумів, він протягом багатьох десятків років черпав у ній силу для важкого і копіткого емпіричного дослідження руху планет і математичних законів цього руху! "

П.І.Чайковський: «Натхнення народжується тільки з праці і під час праці»... «Навіть людина з карбом генія нічого не дасть не тільки великого, але й посереднього, якщо не буде пекельно працювати».

Біографії вчених свідчать, що вони всі були великими трудівниками, а їхні досягнення є наслідком колосальної праці, величезного терпіння і посидючості, неймовірної впертості та наполегливості.

Зазначимо деякі принципи наукової праці.

1. Постійно думати про предмет дослідження. Так, І. Ньютон на запитання про те,
як йому вдалося відкрити закони небесної механіки, відповів: «Дуже просто, я весь час
думав про них». Біографи Д.І. Менделєєва пишуть, шо Дмитро Іванович «побачив»
свою таблицю уві сні. На цій підставі деякі скептики стверджували, що періодична
система елементів могла наснитися і будь-кому іншому. Але якщо врахувати, що Д.І.
Менделєєв близько 20 років безперервно думав про систематизацію елементів (а по
суті це — багатокритеріальна задача упорядкування [2], і він шукав її розв'язок
комбінаторним шляхом), то достовірність такого твердження скептиків близька до нуля.

Із першого принципу випливають два практичні висновки, корисні для молодих учених. По-перше, не можна займатися науковою працею тільки на роботі, обмежуючи себе годинами обов'язкової присутності. Досвід свідчить, що такий полегшений режим унеможливлює виконання дисертації своєчасно і потрібної якості. Думати про предмет свого дослідження треба постійно.

По-друге, слід позбутися некритичного сприймання чужих думок та ідей. Хоча вивчення літератури: а темою дисертації і важливе, набагато більше значення має власна творчість Вагто насамперед шукати власні шляхи розв'язання проблеми, свій напрг-.ок нсуксзого пошуку, тоді вивчення літератури буде корисним, бо дасть змогу уникнути помилкових шляхів.

2. Не працювати без плану. За весь період роботи над дисертацією може бути декілька планів.

3. Контролювати хід роботи, обмежувати глибину розроблення. За результатами контролю слід коригувати як загальний план, так і окремі його частини.

У будь-якому дослідженні треба обмежувати себе як за широтою охоплення теми, так і за глибиною її розроблення: з цього випливає, що потрібно сформулювати не тільки завдання даного етапу дослідження, а й обмеження у розв'язанні загального завдання. Обмеження особливо важливі на етапі написання дисертації за готовим чорновим матеріалом.

Деякі поради щодо техніки роботи на основі публікацій [2] і власного досвіду здобувача.

1. При виконанні великої роботи доречно звільнитися від дрібних сторонніх справ.

2. Не можна робити дві справи одночасно: це не означає, що не варто
чергувати складну і просту, особливо механічну роботу.

3. Треба знайти індивідуальні засоби «втягування» в роботу. Як правило, у всіх науковців найбільші труднощі викликає початок роботи, перші хвилини і години діяльності. Універсальних засобів «втягування» немає, вони для кожного свої. На наш погляд, добре було б розпочинати роботу з перечитування раніше написаного матеріалу та його коригування: звичайно після 30-40 хвилин такої праці з'являється бажання йти далі. Також індивідуально має бути обраний час роботи з максимальною творчою продуктивністю.

4. Особливу увагу слід звернути на допустиму тривалість праці та необхідний час відпочинку. Це варто чітко визначити, бо кожна праця потребує дотримання режиму, інакше вона стає малопродуктивною і може призвести до втрати віри у свої сили.

Ефективність наукових розроблень суттєво залежить від оволодіння методами математичного моделювання і засобами обчислювальної техніки.

Розглянемо три типові ситуації, коли доцільно звертатися до ЕОМ.

У першому випадку дослідник, який розробив метод і алгоритм (розрахунку, вибору і т.ін.), хоче довести результат до програмного продукту. У цьому разі ЕОМ використовується лише як знаряддя, за допомогою якого працюватиме програма.

У другому — автор дисертації завершує дослідження не тільки алгоритмами і програмами розрахунку (оптимізації) параметрів пристроїв або технологічних процесів, а й фрагментом системи автоматизованого проектування якихось елементів з оптимальними значеннями параметрів. Цей результат є вагомішим, ніж попередній.

У третьому випадку ЕОМ використовується для математичного моделювання процесів у досліджуваних системах. Відомо, що за правильної побудови математичної моделі вона спроможна надати значно більше інформації щодо характеристик системи, ніж натурний експеримент. Цифрове моделювання у процесі створення або дослідження вузлів, машин, приладів і систем може застосовуватися не тільки для визначення основних параметрів проектованого пристрою, а й для порівняльного аналізу різних варіантів структур пристрою, виявлення їх потенційних можливостей, вибору допусків на окремі параметри тощо. З такою ж метою може використовуватися ЕОМ для вивчення моделей теплопередачі, технологічних процесів, моделей міцності або надійності і т.ін. Безмежною є сфера застосування математичних методів та ЕОМ при проведенні досліджень у галузі суспільних наук.

1.4. Робота над статтями та доповідями

Для майбутнього вченого важливо оволодіти технікою написання статей і підготовки доповідей на конференціях не тільки з точки зору задоволення вимог стосовно кількості та рівня публікацій, а й з позицій сприйняття їх слухачами та читачами. Це зобов'язує до певної логіки побудови доповіді чи статті, високої вимогливості до їх форми, стилю і мови.

Опублікувати статтю — означає зробити даний матеріал надбанням фахівців для використання в їхній роботі. Отже, треба писати просто і зрозуміло.

Слід уникати як передчасних публікацій, так і зволікання з публікаціями. У Фарадея був девіз: ю \уогк, ю ГіпізЬ, Іо риЬІізк, тобто працюй, закінчуй, оприлюднюй, бо це надає пріоритет в авторстві і практично необмежену аудиторію.

Висвітлимо методику написання статті за результатами якогось часткового дослідження. Передусім треба розробити план. Для статті обсягом сім-вісім машинописних сторінок план має виглядати так:

1) вступ — постановка проблеми у загальному вигляді та її зв'язок з важливими практичними завданнями (5-10 рядків);

2) останні дослідження і публікації, на які спирається автор, виділення невирішених
частин загальної проблеми, котрим присвячується дана стаття (звичайно ця частина статі
становить близько 1/3 сторінки); її можна назвати «вихідні передумови»;

3) формулювання цілей статті (постановка завдання); вказаний розділ вельми важливий, бо з нього читач визначає корисність для себе пропонованої статті; мета статті випливає з постановки загальної проблеми і огляду раніше виконаних досліджень, тобто дана стаття має на меті ліквідувати якісь «білі плями» у загальній проблемі (обсяг цієї частини статті 5-Ю рядків);

4) виклад власне матеріалу дослідження (5-6 сторінок машинописного тексту через 2 інтервали). Невеликий обсяг потребує виділення головного у матеріалах дослідження; іноді можна обмежитися тільки формулюванням мети досліджень, короткою згадкою про метод розв'язання завдання і викладом отриманих результатів; якщо на обсяг статті немає суворих обмежень, то доцільно описати методику дослідження повніше;

5) у закінченні наводяться висновки з даного дослідження і стисло подаються перспективи подальших розвідок у цьому напрямку.

Деякі журнали для авторів публікують навіть вимоги до структури статей.

Методика підготовки доповіді на науковій конференції дещо інша. План доповіді — аналогічний плану статті. Проте специфіка усного мовлення викликає суттєві зміни у формі й змісті. При написанні доповіді треба врахувати, що значна частина матеріалу викладена на плакатах (слайдах). На плакатах зазвичай подають: математичні постановки, метод розв'язання, алгоритми, структуру системи, схему експерименту, виявлені залежності у табличній або графічній формі і т.ін. Тому в доповіді викладають коментарі (але не повторення!) до ілюстративного матеріалу. Це дає змогу на 20-30% скоротити її.

Слід також мати на увазі, що за 10 хвилин людина може прочитати матеріал, розміщений на 4 сторінках машинописного тексту (через два інтервали), тому обсяг доповіді звичайно менший від обсягу статті. Крім того, доповідач повинен реагувати на попередні виступи за темою його доповіді. Полемічний характер доповіді викликає інтерес слухачів і підвищує їх активність.