Теоретический уровень научного исследования

План
Понятие «Теоретическое исследование»;
Особенности теоретических исследований;
Методы теоретических исследований.

Теоретические исследования
опосредованное, мысленное изучение исследуемых процессов или явлений, при котором практическое взаимодействие с непосредственно исследуемыми объектами отсутствует

Цели теоретического исследования
обобщение результатов всех предшествующих исследований и нахождение общих закономерностей путем обработки и интерпретации этих результатов и опытных данных;
изучение объекта, недоступного непосредственному исследованию;
распространение результатов предшествующих исследований на ряд подобных объектов без повторения всего объема исследований;
повышение надежности объекта экспериментального исследования.

Ход теоретического исследования
Начинается
разработка рабочей гипотезы
Продолжается
моделирование объекта исследования
Завершается
формирование теории

Развитие теории
проходит путь
от до
формализации параметров или процессов в виде методик, правил или математических уравнений
количественного измерения
параметров объекта
и
качественного объяснения
происходящих процессов

Этапы теоретического исследования
анализ физической сущности процессов и явлений
формулирование гипотезы исследования
построение физической модели
математическое исследование
анализ и обобщение теоретических исследований
формулирование выводов

Ход процесса теоретического исследования
непрерывная постановка и решение разнообразных задач, связанных с выявлением противоречий в принятых теоретических моделях

Содержание задачи
Исходные условия
(определяются
информационной
системой)
Требования
(цель, к которой нужно стремиться при решении задачи)
Исходные условия и требования постоянно находятся в противоречии, и в процессе решения задачи их приходится неоднократно сопоставлять и уточнять до тех пор, пока не будет получено решение

Теоретические исследования в технических науках
стремление к математической формализации выдвинутых гипотез и полученных выводов
использование различных математических методов

Стадии процесса математической формализации задачи
математическая формулировка задачи;
математическое моделирование;
метод решения;
анализ полученного результата.

Математическая модель
система математических соотношений
(функций, уравнений, формул, систем уравнений),
описывающих те или иные стороны изучаемого объекта

Первый этап математического моделирования
включает
постановку задачи,
определение объекта и целей исследования,
задание критериев изучения объекта и управления им,
установление области значимого взаимодействия исследуемого объекта с внешними объектами.

Второй этап математического моделирования
Выбор типа модели
Иногда создание нескольких моделей одного и того же объекта
Выбор наиболее правильной модели путем сравнения результатов исследования с реальным объектом

Допущения при моделировании
в основе создания любой модели
Цель:
отсев незначительных факторов, которыми можно пренебречь без существенного искажения условий задачи.

Методы теоретических исследований
Аналитические методы исследований;
Аналитические методы исследований с использованием экспериментов;
Экспериментальные методы исследований;
Вероятностно-статистические методы исследований;
Методы системного
анализа.

Аналитические методы исследований
Используют:
для исследования физических моделей, описывающих функциональные связи внутри или вне объекта.
Позволяют устанавливать:
математическую зависимость между параметрами модели.
Позволяют провести:
глубокое исследование объекта
Позволяют установить:
количественные точные связи между аргументами и функциями

Аналитические методы исследований с использованием экспериментов
Любые физические процессы
исследовать аналитически
или экспериментально
Аналитические зависимости
математические модели физических процессов
Модели могут быть представлены в виде:
уравнения или системы уравнений,
функции и т.д.

Недостатки
математических моделей
Ошибка в установлении
краевых условий приводит к видоизменению
исследуемого процесса.
Трудность или невозможность отыскать аналитические выражения, отражающие исследуемый процесс.
Упрощении математической
модели (допущения) искажает
физическую сущность процесса.

Экспериментальные методы исследований

Вероятностно-статистические методы исследований
Вероятностный процесс
процесс изменения
во времени характеристик
или состояния некоторой системы под влияние случайных факторов

Методы системного анализа
Системный анализ
совокупность методов и приемов для изучения сложных объектов – систем, которые представляют собой
сложную совокупность взаимодействующих
между собой элементов
Суть системного анализа:
выявление связей между элементами
системы и установление их влияния на
поведение системы в целом

Этапы системного анализа
Постановка задачи.
Определяют цели, задачи исследования и критерии для изучения процесса. Неправильная или неполная постановка целей может свести на нет всю последующую работу.
2. Очерчивание границы системы и определение ее структуры.
Все объекты и процессы, имеющие отношение к поставленной цели, разбивают на два класса: собственно систему и внешнюю среду. Затем выделяют структурные части системы и устанавливают взаимодействие между ними и внешней средой.
3. Составление математической модели системы.
Сначала определяют параметры элементов и затем используют тот или иной математический аппарат (линейное программирование, теория множеств и др.).
4. Теоретические исследования.

Краткие итоги
Понятие «Теоретическое исследование»;
Особенности теоретических исследований;
Методы теоретических исследований.