Основы научных исследований

Разделы дисциплины
Раздел 1 Основы научных исследований
Цель изучения состоит в овладении знаниями о законах, принципах, понятиях, терминологии, содержании, специфических особенностях организации и управлении научными исследованиями.
Раздел 2. Надёжность механических систем
Цель изучения состоит в изучении теоретических основ оценки надежности машин и обеспечении возможности решать основные вопросы обеспечения качества и надежности транспортных и транспортно-технологических машин.

Раздел 1
Основы научных исследований

Наука и научное исследование. Методология научных исследований.
Тема 1

Лекция 1.
Наука и научное исследование.
Тема 1

Нау́ка — сфера человеческой деятельности, направленная на выработку и систематизацию объективных знаний о действительности. Основой этой деятельности является сбор фактов, их постоянное обновление и систематизация, критический анализ и, на этой базе, синтез новых знаний или обобщений, которые не только описывают наблюдаемые природные или общественные явления, но и позволяют построить причинно-следственные связи с конечной целью прогнозирования.
Те теории и гипотезы, которые подтверждаются фактами или опытами, формулируются в виде законов природы или общества.

Нау́ка — это непрерывно развивающаяся система знаний объективных законов природы, общества и мышления, получаемых и превращаемых в непосредственную производительную силу общества в результате социально-экономической деятельности.
Нау́ка — это синтез организованной особым образом познавательной деятельности и ее результатов. Под особым образом познавательной деятельности понимается методологические и мировоззренческие принципы, обеспечивающие научный подход к выбору, постановке и реализации исследования. Термин наука применяется также и для обозначения отдельной области знаний.

Наука – это одновременно специфическая форма общественного сознания с определенной системой знаний; процесс познания закономерностей объективного мира; процесс производства знаний и их использования на практике; вид общественного разделения труда.
Одна из основных функций науки состоит в познании объективного мира. Процесс познания – основа любого научного исследования.

Науку характеризует следующая система определений:
1. Наука есть система знаний о законах функционирования и развития объектов.
2. Наука всегда фиксируется в максимально определенном (для
каждого уровня) языке.
3. Наука представляет знание, эмпирически проверяемое и подтверждаемое.
4.Наука представляет систему возрастающих, использующихся знаний.
5. Наука обладает составом, в который .входит: предмет (совокупность проблем и
задач, решаемых наукой), теория и гипотеза, метод, факт (описание эмпирического материала).

Классификация наук

Научные дисциплины, образующие в своей совокупности систему наук в целом, весьма условно можно подразделить на 3 большие группы (подсистемы):
общественные,
естественные,
технические,
различающиеся по своим предметам и методам.
Общественные науки изучают различные стороны и области жизни человеческого общества (история, политэкономия, языкознание и др.).
Естественные науки изучают различные стороны и области материальной действительности (химия, физика, биология и др).
Из последних выделяются технические науки, которые направлены на решение конкретных технических проблем.
Резкой грани между этими подсистемами нет - ряд научных дисциплин занимает промежуточное положение.

По своей направленности, по непосредственному отношению к практике отдельные науки принято подразделять на:
фундаментальные и
прикладные.
Задача фундаментальных наук - познание законов, управляющих поведением и взаимодействием базисных структур природы, общества и мышления. Эти законы и структуры изучаются в "чистом виде", как таковые, безотносительно к их возможному использованию.
Непосредственная цель прикладных наук - применение результатов фундаментальных наук для решения не только познавательных, но и социально-практических проблем.
Критерий успеха - не только достижение истины, но и мера удовлетворения социального заказа.

Как правило, фундаментальные науки опережают в своём развитии прикладные, создавая для них теоретический задел.
В современной науке на долю прикладных приходится до 80-90% всех исследований и ассигнований.
Одна из насущных проблем современной организации науки - установление прочных, планомерных взаимосвязей и сокращение сроков движения в рамках цикла
"фундаментальные исследования - прикладные исследования - разработки - внедрение".

Прикладные науки могут развиваться с преобладанием как теоретической, так и практической проблематики.
Например, в современной физике фундаментальную роль играют электродинамика и квантовая механика, приложение которых к познанию конкретных предметных областей образует различные отрасли теоретической прикладной физики – физику металлов, физику полупроводников и т.п.
Дальнейшее приложение их результатов к практике порождает разнообразные практические прикладные науки - металловедение, полупроводниковую технологию и т.п., прямую связь которых с производством осуществляют соответствующие конкретные разработки.
Все технические науки являются прикладными.

На стыке прикладных наук и практики развивается особая область исследований –
разработки (НИОКР),
переводящие результаты прикладных наук в форму технологических процессов, конструкций, промышленных материалов и т.п.

В Классификаторе направлений и специальностей высшего профессионального образования с перечнем магистерских программ (специализаций), разработанных научно-методическими советами – отделениями УМО по направлениям образования выделены:
1) естественные науки и математика (механика, физика, химия, биология, почвоведение, география, гидрометеорология, геология, экология и др.);
2) гуманитарные и социально-экономические науки (культурология, теология, филология, философия, лингвистика, журналистика, книговедение, история, политология, психология, социальная работа, социология, регионоведение, менеджмент, экономика, искусство, физическая культура, коммерция, агроэкономика, статистика, искусство, юриспруденция и др.);
3) технические науки (строительство, полиграфия, телекоммуникации, металлургия, горное дело, электроника и микроэлектроника, геодезия, радиотехника, архитектура и др.);
4) сельскохозяйственные науки (агрономия, зоотехника, ветеринария, агроинженерия, лесное дело, рыболовство и др.).

В Номенклатуре специальностей научных работников указаны следующие отрасли науки:
физико-математические,
химические,
биологические,
геолого-минералогические,
технические,
сельскохозяйственные,
исторические,
экономические,
философские,
филологические,
географические,
юридические,
педагогические,
медицинские,
фармацевтические,
ветеринарные,
искусствоведение,
архитектура,
психологические,
социологические,
политические,
культурология и
науки о земле.

Каждая из названных групп наук может быть подвергнута дальнейшему дроблению.
В статистических сборниках обычно выделяют следующие секторы науки:
академический,
отраслевой,
вузовский и
заводской.

Научное исследование и его этапы

Формой существования и развития науки является научное исследование.
Исследование представляет собой систематическое и
углубленное изучение, направленное на более полное познание изучаемого предмета, а разработка - использование этого знания, направленное на производство полезных материалов, способов, устройств или процессов.
Деятельность, направленная на получение новых знаний, называется научным исследованием, т.е. изучение явлений и процессов, влияния на них различных факторов, а также анализ взаимодействия между явлениями с целью получить убедительно доказанные и полезные для науки и практики результаты.

Научное исследование – это форма существования и развития науки.
Структуру организации научных исследований целесообразно представить в виде четырех компонентов:
первый - общие вопросы научных исследований (теория, методология и методы);
второй – процессы научных исследований (формы, методы и средства познания);
третий – методика научных исследований (выбор конкретных форм, методов и средств, эффективных для соответствующей области науки или отрасли профессиональной деятельности);
четвертый – технология научных исследований (совокупность знаний о процессах научных исследований и методике их выполнения);

В Федеральном законе закона РФ «О науке и государственной научно-технической политике» научно-исследовательская деятельность определена как деятельность, направленная на получение и применение новых знаний.
Цель научного исследования — определение конкретного объекта и всестороннее, достоверное изучение его структуры, характеристик, связей на основе разработанных в науке принципов и методов познания, а также получение полезных для деятельности человека результатов, внедрение в производство с дальнейшим «+» эффектом.
Объекты научного исследования:
материальная или
идеальная системы,
Предмет научного исследования:
структура системы,
взаимодействие ее элементов,
различные свойства,
закономерности развития.

Результаты научных исследований оцениваются тем выше, чем выше научность сделанных выводов и обобщений, чем достовернее они и эффективнее. Они должны создавать основу для новых научных разработок.
Одним из важнейших требований, предъявляемых к научному исследованию, является научное обобщение, которое позволит установить зависимость и связь между изучаемыми явлениями и процессами и сделать научные выводы. Чем глубже выводы, тем выше научный уровень исследования.

Научные исследования классифицируются по различным основаниям.
Так, например, в Федеральном законе «О науке и государственной научно-технической политике» выделяются фундаментальные и прикладные исследования.
Под фундаментальными научными исследованиями понимают экспериментальную или теоретическую деятельность, направленную на получение новых знаний об основных закономерностях строения, функционирования и развития человека, общества, окружающей природной среды.
Прикладные научные исследования определяются как исследования, направленные преимущественно на применение новых знаний для достижения практических целей и решения конкретных задач.

По источнику финансирования различают научные исследования:
бюджетные,
хоздоговорные и
нефинансируемые.
Бюджетные исследования финансируются из средств бюджета РФ или бюджетов субъектов РФ.
Хоздоговорные исследования финансируются организациями – заказчиками по хозяйственным договорам.
Нефинансируемые исследования могут выполняться по инициативе ученого, индивидуальному плану преподавателя.

По длительности научные исследования можно разделить на:
долгосрочные,
краткосрочные и
экспресс-исследования.
Различают четыре уровня научных исследований:
эмпирический;
экспериментально-теоретический;
теоретический;
метатеоретический.

Элементами эмпирического знания являются факты, получаемые с помощью наблюдений и экспериментов и констатирующие качественные и количественные характеристики объектов и явлений.
Устойчивая повторяемость и связи между эмпирическими характеристиками выражаются с помощью эмпирических законов, часто имеющих вероятностный характер.

Теоретический уровень научного знания предполагает наличие особых абстрактных объектов (конструктов) и связывающих их теоретических законов, создаваемых с целью идеализированного описания и объяснения эмпирических ситуаций, т.е. с целью познания сущности явлений.
Цель их — расширить знания общества и помочь более глубоко понять законы природы. Такие разработки используют в основном для дальнейшего развития новых теоретических исследований, которые могут быть долгосрочными, бюджетными и др.

Теоретический уровень исследования характеризуется преобладанием логических методов познания.
Полученные факты исследуются, обрабатываются с помощью логических понятий, умозаключений, законов и других форм мышления.
Исследуемые объекты мысленно анализируются, обобщаются, постигаются их сущность, внутренние связи, законы развития.
Познание с помощью органов чувств (эмпирия) может присутствовать, но оно является подчиненным.

Структурными компонентами теоретического познания являются:
проблема - сложная теоретическая или практическая задача, способы решения которой неизвестны или известны не полностью.
гипотеза - это требующее проверки и доказывания предположение о причине, которая вызывает определенное следствие, о структуре исследуемых объектов и характере внутренних и внешних связей структурных элементов.
теория - целостная система достоверных знаний.
Гипотеза является научной лишь в том случае, если она подтверждается фактами и она может существовать лишь до тех пор, пока не противоречит достоверным фактам опыта, в противном случае она становится просто фикцией.

Гипотеза верифицируется соответствующими фактами опыта, в особенности экспериментом, получая характер истины.
Научная гипотеза должна отвечать следующим требованиям:
релевантности, т.е. относимости к фактам, на которые она опирается;
проверяемости опытным путем (исключение составляют непроверяемые гипотезы);
совместимости с существующим научным знанием;
обладания объяснительной силой, т.е. из гипотезы должно выводиться некоторое количество подтверждающих ее фактов, следствий. Большей объяснительной силой будет обладать та гипотеза, из которой выводится наибольшее количество фактов;
простоты, т.е. она не должна содержать никаких произвольных допущений, субъективистских наслоений.

Факты опыта какой-либо ограниченной научной области вместе с осуществленными, строго доказанными гипотезами образуют теорию.
Теория является наиболее высокой формой обобщения и систематизации знаний.
Теория - это учение об обобщенном опыте (практике), формулирующее научные принципы и методы, которые позволяют обобщить и познать существующие процессы и явления, проанализировать действие на них разных факторов и предложить рекомендации по использованию их в практической деятельности людей.

Понятие – это мысль, отражающая существенные и необходимые признаки определенного множества предметов или явлений.
Категория – общее, фундаментальное понятие, отражающее наиболее существенные свойства и отношения предметов и явлений. Категории бывают философскими, общенаучными и относящимися к отдельной отрасли науки.
Научный термин – это слово или сочетание слов, обозначающее понятие, применяемое в науке. Совокупность понятий (терминов), которые используются в определенной науке, образует ее понятийный аппарат.
Структура теории:

Суждение – это мысль, в которой утверждается или отрицается что-либо.
Принцип – это сходные положения какой-либо отрасли науки. Они являются начальной формой систематизации знаний (аксиомы евклидовой геометрии, постулат Бора в квантовой механике и т. д.).
Аксиома – это положение, которое является исходным, недоказуемым, и из которого по установленным правилам выводятся другие положения.

Закон – положение, выражающее всеобщий ход вещей в какой-либо области; высказывание относительно того, каким образом что-либо является необходимым или происходит с необходимостью.
Законы объективны и выражают наиболее существенные, устойчивые, причинно обусловленные связи и отношения между явлениями и процессами.
Классификация законов по различным основаниям:
По основным сферам реальности можно выделить законы:
природы,
общества,
мышления и
познания;
По объему действия:
всеобщие,
общие и
частные.
Научный закон – это знание, формулируемое людьми в понятиях, которое, однако, имеет свое основание в природе, объективном мире.

Положение – научное утверждение, сформулированная мысль.
Учение - совокупность теоретических положений о какой-либо области явлений действительности.
Идея – это:
1) новое интуитивное объяснение события или явления;
2) определяющее стержневое положение в теории.
Концепция – это система теоретических взглядов, объединенных научной идеей (научными идеями); основная мысль.

Эмпирический уровень исследования характеризуется преобладанием чувственного познания (изучения внешнего мира посредством органов чувств). На этом уровне формы теоретического познания присутствуют, но имеют подчиненное значение.
Взаимодействие эмпирического и теоретического уровней исследования заключается в том, что:
совокупность фактов составляет практическую основу теории или гипотезы;
факты могут подтверждать теорию или опровергать ее;
научный факт всегда пронизан теорией, поскольку он не может быть сформулирован без системы понятий, истолкован без теоретических представлений;
эмпирическое исследование в современной науке предопределяется, направляется теорией.

Формирование теоретического уровня науки приводит к качественному изменению эмпирического уровня.
Структуру эмпирического уровня исследования составляют факты, эмпирические обобщения и законы (зависимости).
Понятие «факт» употребляется в нескольких значениях:
объективное событие, результат, относящийся к объективной реальности (факт действительности) либо к сфере сознания и познания (факт сознания);
знание о каком-либо событии, явлении, достоверность которого доказана (истина);
предложение, фиксирующее знание, полученное в ходе наблюдений и экспериментов.

Эмпирическое обобщение – это система определенных научных фактов, на основании которой можно сделать определенные выводы или выявить недочеты и ошибки.
Эмпирические законы отражают регулярность в явлениях, устойчивость в отношениях между наблюдаемыми явлениями.
Эти законы теоретическим знанием не являются. В отличие от теоретических законов, которые раскрывают существенные связи действительности, эмпирические законы отражают более поверхностный уровень зависимостей.

Научное исследование – любое – необходимо правильно организовать, спланировать и выполнять в определенной последовательности (процедура исследования).
Эти планы и последовательность действий зависят от вида, объекта и целей научного исследования.
Так, если оно проводится на технические темы, то вначале разрабатывается основной предплановый документ – технико-экономическое обоснование, а затем осуществляются теоретические и экспериментальные исследования, составляется научно-технический отчет и результаты работы внедряются в производство.

подготовительный;
проведение теоретических и эмпирических исследований;
работа над рукописью и её оформление;
внедрение результатов научного исследования.
Применительно к работам студентов, можно наметить следующие последовательные этапы их выполнения:

Подготовительный этап включает:
выбор темы;
обоснование необходимости проведения исследования по ней;
определение гипотез, целей и задач исследования;
разработку плана или программы научного исследования; подготовку средств исследования (инструментария).
Вначале формулируется тема научного исследования и обосновываются причины её разработки. Путем предварительного ознакомления с литературой и материалами ранее проведенных исследований выясняется, в какой мере вопросы темы изучены и каковы полученные результаты. Особое внимание следует уделить вопросам, на которые ответов вообще нет либо они недостаточны.
Составляется список нормативных актов, отечественной и зарубежной литературы. Разрабатывается методика исследования. Подготавливаются средства НИР. Для проверки их годности могут проводиться пилотажные исследования.

Исследовательский этап состоит из:
систематического изучения литературы по теме, статистических сведений и архивных материалов;
проведения теоретических и эмпирических исследований, в том числе сбора обработки, обобщения и анализа полученных данных;
объяснения новых научных фактов, аргументирования и формулирования положений, выводов и практических рекомендаций и предложений.

Третий этап включает:
определение композиции (построения, внутренней структуры) работы;
уточнение заглавия, названий глав и параграфов;
подготовку черновой рукописи и её редактирование;
оформление текста, в том числе списка использованной литературы и приложений.