Методы эмпирического и теоретического исследования

Сообразно специфике исследовательских процедур, применяемых для решения научных задач различного характера, общенаучные методы можно разделить на два класса: методы эмпирического исследования и методы теоретического исследования.

Основные методы эмпирического уровня — наблюдение, измерение, эксперимент и описание.

Одним из важнейших методов эмпирического исследования является наблюдение, под которым понимается целенаправленное восприятие, обусловленное задачей исследования. В отличие от обыденного созерцания научное наблюдение опосредуется теоретическим знанием, освещающим научный поиск, и имеет целенаправленный характер.

Выделяют четыре разновидности наблюдения: прямое (имеет дело непосредственно со свойствами изучаемого объекта); косвенное (восприятие не самого объекта, а тех следствий, которые он вызывает), непосредственное (осуществляется непосредственно органами чувств), опосредованное или приборное (с помощью технических средств).

Наблюдение всегда связано с описанием. Этот метод заключается в фиксации сведений об объектах, данных в наблюдении, средствами естественного или искусственного языка. Выделяют количественное описание, осуществляющееся с помощью таблиц, графиков, которые возникают в результате различных измерительных процедур, и качественное, фиксирующее различные качественные характеристики наблюдаемого объекта.

Следующий метод эмпирического исследования — измерение, представляющее собой такую познавательную операцию, в результате которой получается численное значение измеряемых величин. Измерение — это процедура сравнения данной величины с другой величиной, принятой за эталон (единицу). Измерение может быть прямым и косвенным. Прямое измерение выступает как непосредственная эмпирическая процедура, фиксирующая соответствующую характеристику объекта. Косвенное наблюдение выстраивается на основе математических зависимостей, за счет использования закономерной связи величины, которая непосредственно недоступна, с другими величинами, функционально связанной с интересующей величиной (в астрономии, атомной физике и др.).

Необходимым методом эмпирического исследования является эксперимент, представляющий собой целенаправленно и методически организованный исследовательский прием познания, который проводится в специально заданных, воспроизводимых условиях путем их контролируемого изменения. Исторически как форма исследования эксперимент формируется логикой научного познания Нового времени, определяя познавательную стратегию и специфику новоевропейской науки.

В отличие от наблюдения в процессе эксперимента исследователь активно вмешивается в протекание изучаемого процесса с целью получения о нем соответствующих знаний. Творческая активность ученого проявляется здесь в создании специально создаваемых и контролируемых условий, в которых исследуется то или иное явление, что позволяет воспроизводить каждый раз ход явления при повторении условий.

Эксперимент как метод исследования используется не только в естественных, но и в социально-гуманитарных науках, способствуя изучению и управлению сложными социальными системами.

На теоретическом уровне исследования наряду с общелогическими методами используются специфические для Данного уровня методы, позволяющие проникать в сущность изучаемых явлений. методы теоретического уровня исследования формализация, аксиоматический метод, гипотетико-дедуктивный, метод восхождения от абстрактного к конкретному, исторический и логический методы, исследования Одним из таких методов является мысленный эксперимент, задача которого — построение абстрактных объектов как теоретических образцов действительности и оперирование ими с целью изучения существенных характеристик Действительности (в химии это образы структуры вещества, в биологии — структуры клетки, в математике — образы точек прямой линии, окружности и т. д.). Так, в процессе создания теории относительности использование мысленных экспериментов с пассажиром в падающем лифте позволило обосновать фундаментальный физический принцип общей теории относительности — эквивалентность эффектов ускорения и тяготения.

В связи с математизацией науки в ней все больше используются такие методы теоретического познания, как идеализация и формализация. Метод идеализации представляет собой разновидность операции абстрагирования, сущность которой состоит в выделении одного из необходимых условий существования изучаемого объекта, в последующем изменении выделенного условия, постепенном сведении его действия к минимуму. Методом идеализации в физике, например, были образованы такие идеализированные объекты, как «идеальный газ», «несжимаемая жидкость», «абсолютно упругое тело», в математике — «точка», «прямая» и т. д.

Метод формализации заключается в построении абстрактно-математических моделей, когда рассуждения об объектах переносятся в плоскость оперирования со знаками (формулами). Отношения знаков заменяют собой высказывания о свойствах и отношениях предметов. Формализация успешно применяется в математике, логике, современной лингвистике, кибернетике. Построение обобщенной модели некоторой предметной области позволяет обнаружить структуру различных явлений при отвлечении от их качественных характеристик.

Теоретическое исследование немыслимо без использования аксиоматического метода. Аксиомы представляют собой утверждения, истинность которых не требует доказательств. При логическом выводе истинность аксиом переносится на выводимые из них следствия, что способствует организации и систематизации научного знания и служит незаменимым средством построения развитой теории.

Специфическим методом построения теоретических знаний в эмпирических науках является гипотетико-дедуктивный метод, сущность которого заключается в создании системы дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых в конечном счете выводятся утверждения об эмпирических фактах. Развито теоретическое знание не снизу за счет индуктивных обобщений научных фактов, а сверху по отношению к эмпирическим данным. Гипотетическая система, построенная с помощью данного метода, затем дедуктивно разворачивается, образуя целую систему гипотез, а затем эта система подвергается опытной проверке, в чем и заключается сущность гипотетико-дедуктивного развертывания теории.

В современной физике часто используется метод математической гипотезы, когда исследователь вначале стремиться отыскать математический аппарат, оперирует с величинами, о которых, как говорил известный физик Л. Н. Мандельштам, заранее вообще не ясно, что они означают, стремится перебросить построенные уравнения на новую область изучаемой действительности, затем найти интерпретацию уравнений, устанавливая связь между величинами и объектами новой области. Только опыт устанавливает соответствие математической гипотезы объективной реальности. Теоретическое познание, нацеленное на выявление существенных связей и зависимостей, постоянно обращается к методу восхождения от абстрактного к конкретному. Исследователь, применяя его, находит главную связь изучаемого объекта, а затем, прослеживая, как она видоизменяется в различных условиях, открывает новые связи, устанавливает их взаимодействия и в результате проникает в сущность изучаемого объекта. Этот метод используется и в естественных, и в общественных науках. Познание при этом движется от чувственно-конкретного к абстрактному и затем вновь к конкретному. Так, изучая конкретное взаимодействие и свойства реальных газов при построении теории газов, исследователи выводили все новые абстракции, в том числе и абстракцию идеального газа, которая пренебрегает силами притяжения молекул, что позволяло приблизится к более конкретному и глубокому выражению сущности поведения реальных газов. При построении теории капиталистического общества К. Маркс также отталкивается от выделенных до него абстракций, характеризующих капиталистическое производство — «товар», «стоимость», «деньги» и Т. д., а затем, постепенно развертывая их содержание, построил целостную систему понятий, раскрывающих не только отдельные связи и стороны данного производства, но и конкретное взаимодействие этих связей.

Изучение сложных развивающихся систем предполагает использование исторического и логического методов исследования. Исторический метод основан на прослеживании истории во всей ее полноте и многообразии, обобщении эмпирического материала и установлении на этой основе общей исторической закономерности. Основу же логического метода составляет изучение процесса на высших стадиях его развития, не обращаясь к реальной истории. Это становится возможным в силу того, что на высших стадиях развития объекта воспроизводятся основные черты предшествующих этапов развития, в очищенном от случайностей виде.

Так, в индивидуальном развитии человека (внутриутробном) запечатлена вся история становления животного мира в ее наиболее важных моментах (аналогия между онтогенезом и филогенезом). Исторический метод преобладает при изучении таких развивающихся объектов, где доступно непосредственное изучение прошлого (хотя бы по остаткам прошлого), где такой возможности нет, используется логический метод. Дополняя и обогащая друг друга, эти методы позволяют проникать в сущность изучаемого процесса.

При аксиоматическом построении научного знания изначально задается набор независимых друг от друга исходных аксиом, или постулатов, т. е. утверждений, доказательство истинности которых в данной системе знания не требуется и не обсуждается. Из аксиом по определенным формальным правилам строится система выводов. Совокупность аксиом и выведенных на их основе предложений образует аксиоматически построенную теорию. Такая теория может быть использована для модельного представления уже не одного, а нескольких классов явлений, для характеристики не одной, а нескольких предметных областей. Отыскание правил соотнесения аксиом формально построенной системы знания с определенной предметной областью называют интерпретацией. Эвристика аксиоматического метода позволяет выстраивать теоретическую систему знания до того, как подвергнута экспликации соответствующая ей область действительности, а затем отыскивать эту область в процессе интерпретации теории, что значительно расширяет прогностические функции научного исследования. В современном естественнонаучном познании примером формальных аксиоматических систем являются фундаментальные физические теории, что влечет за собой ряд специфических проблем их интерпретации и обоснования (особенно применительно к теоретическим построениям неклассической и постнеклассической науки).

В силу специфики аксиоматически построенных систем теоретического знания для их обоснования особое значение приобретают внутритеоретические критерии истинности. К ним следует отнести требования о непротиворечивости теории и ее полноты. Первое требование предполагает, что в аксиоматической теории должны отсутствовать логические противоречия, т. е. из системы независимых аксиом не должны вытекать положения, исключающие друг друга. Второе сводится к требованию достаточных оснований для доказательства или опровержения любого положения, сформулированного в рамках содержания такой теории.

Особое место в современном теоретическом исследовании принадлежит методу вычислительного эксперимента, широкое использование которого началось в последние десятилетия XX века благодаря стремительному развитию информационно-компьютерной базы научного поиска. Вычислительный эксперимент — это эксперимент над математической моделью объекта на ЭВМ. Сущность его заключается в том, что по одним параметрам модели вычисляются другие ее характеристики и на этой основе делаются выводы о свойствах явлений, репрезентированных математической моделью. Основные этапы вычислительного эксперимента включают в себя:

? построение математической модели изучаемого объекта в тех или иных условиях. Как правило, она представлена системой уравнений высокого порядка;

? определение вычислительного алгоритма решения базовой системы уравнений;

? построение программы реализации поставленной задачи для ЭВМ.

В качестве основных типов вычислительного эксперимента выделяют поисковый, прогностический, оптимизационный, диагностический и др. Таким образом, вычислительный эксперимент предстает в качестве новой технологии научных исследований, фундирующей перспективные стратегии научного поиска. Сложность и своеобразие этого вида исследований ставят вопрос о появлении новых научных дисциплин: компьютерной математики, вычислительной информатики, вычислительной физики.

Использование вычислительного эксперимента приводит, в частности, к появлению новой формы научного закона в сфере теоретического знания. Наряду с лингвистической, модельной и процедурной формами какого-либо закона появляется компьютерная форма научного знания. Таким образом, информационные технологии в современном научном познании обеспечивают плюрализм методологических новаций и стратегий научного поиска.