Имя материала: Исследование систем управления

Автор: А. С. Малин

5.5 основные формы научного исследования

 

¨ проблема

¨ идея, принцип, закон

¨ теория

¨ гипотеза, предположение, математическая гипотеза

¨ модель

 

Для научного исследования характерно применение таких форм, как гипотеза, теория и модель. Эти формы научного исследования характерны для современной науки даже с чисто внешней формальной стороны. Поэтому ниже все они будут подробно рассмотрены.

Кроме того, в данном разделе будут рассмотрены и такие формы научного познания, которые отличаются, скажем, от обычных суждений не формально (как, например, теория или модель), а только функционально. К их числу относятся:

¨  проблема;

¨  идея;

¨  принцип;

¨  закон;

¨  предположение и т.д.

С формальной стороны, это просто обычные суждения. Однако по своим функциям в научном познании и в организации исследования эти формы существенно различны.

В этом разделе акцент будет сделан именно на их роли в познавательном процессе, их отношении друг к другу и к более сложным формам научного исследования.

 

Проблема

 

Проблема, в широком смысле слова, — сложный теоретический или практический вопрос, требующий изучения, разрешения; в науке это противоречивая ситуация, выступающая в виде противоположных позиций в объяснении каких-либо явлений, объектов, процессов и требующая адекватной теории для ее разрешения.

Проблема обращена не только в будущее, но и в прошлое. С одной стороны в ней констатируется недостаточность достигнутого к данному моменту уровня знания, невозможность объяснить на основе этого знания новые явления действительности. С другой стороны, проблема опирается на пусть и ограниченное прошлое знание, наличию которого она обязана даже своей постановкой.

Постановка проблемы тесно связана с неполнотой и неточностью пред-ествуюшего знания об объекте. Следует отметить, что это же является яной из причин возникновения мнимых проблем науки. Такова, например проблема создания вечного двигателя, которая, как и всякая мнимая проблема, не только порождает, но и тормозит научный прогресс.

Мнимые проблемы отличаются тем, что их постановка противоречит фактам и законам. Так, постановка все той же проблемы создания вечного двигателя противоречит закону сохранения энергии, согласно которому получение вечного двигателя без затрат энергии — необоснованная и неосуществимая мечта.

 

Идея, принцип, закон

 

Идеи, особенно новые, фундаментальные, играют в науке и при исследовании исключительную роль. Хорошо известно, какие широкие горизонты открываются перед наукой в случаях, когда возникают неожиданные и плодотворные идеи. Аристотель положил начало понимания идей как формы мысли.

Важнейшими достижениями философской мысли в понимании идей можно считать следующие:

утверждение домарксистского материализма об идее как форме мысли и опытном происхождении идей;

представление об идее как специфической форме мышления, главная Функция которой состоит в систематизации, синтезе знания (И. Кант);

мысли Г. Гегеля об идее как высшей форме выражения объективной стины, о развитии идеи, ее связи с практикой и воплощении в действительность.

Идея — форма отражения в мысли явлений объективной реальности, постигая действительность, идея включает в себя сознание цели дальнейшего познания и практического образования мира.

Для современной науки наиболее типичной формой знания является теория. В составе теории идея выступает как исходная мысль, центральное положение, объединяющее входящие в теорию понятия и суждения в целостную систему. Что же касается отличия идеи от понятий, входящих теорию, по содержанию, то суть его в следующем: в идее отражается фундаментальная закономерность, лежащая в основе теории, в то время как других понятиях отображены те или иные существенные стороны и аспекты этой закономерности.

Идеи, выражающие весьма общие и фундаментальные закономерности, могут не только служить основой теории, но и связывать ряд теорий в отрасль науки, отдельную область знания. Имеются и такие идеи, которые лежат в основе всей науки, в фундаменте познания вообще. Кроме того, идея может существовать до создания теории, как предпосылка ее построения.

Идея — не только основа теории, но и, по существу, ее граница.

Принцип — первоначальная, руководящая идея, основное правило поведения. Принцип есть центральное понятие, основание системы, представляющее обобщение и распространение какого-либо положения на все явления той области, из которой данный принцип абстрагирован.

Несомненно, что всякий принцип выражает фундаментальную закономерность, в связи с чем чрезвычайно общие и важные законы нередко называют принципами.

По отношению к идее принцип выступает как ее первое и самое абстрактное определение. Однако принцип не исчерпывает всего содержания идеи, так же как и не всякая идея раскрывается в принципах. И если в основе теории всегда лежит одна идея, то принципов, выражающих ее, может быть несколько.

Вместе с тем не всегда следует связывать идею и принцип, поскольку в некоторых случаях научные принципы выступают как абстрактные выражения идей. Нередко в качестве идей рассматриваются принципы, одни и те же важные научные утверждения называются то принципами, то идеями (например, встречаются выражения: диалектический принцип развития, а также — диалектическая идея развития).

Если функцией идеи является систематизация знания при формировании научной теории, то подобным же образом и принцип играет вполне определенную роль, но уже по отношению к эмпирическому, опытному знанию. Принцип в науке выступает как непосредственное обобщение опыта, фактов. Принцип, будучи обобщением фактов, может в то же время использоваться при построении теории как основная ее мысль, т.е. играть роль идеи. Если же в составе теории он используется как обычное знание, то идеей теории назвать его нельзя.

Любой принцип и любая идея представляют собой законы науки поскольку в них выражаются существенные и необходимые отношения действительности. В то же время закон не всегда выступает как принцип

Если, скажем, в процессе развития какой-либо теории получено некоторое очень важное утверждение, то оно не выступает ни как принцип, идея, а рассматривается именно в качестве закона. Однако это не исключает необходимости и возможности функционального различия законов, принципов и идей в системе всего имеющегося в каждый данный момент знания.

Закон — необходимое, устойчивое, существенное, неповторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе.

Данное понятие родственно понятию сущности. Вместе с тем закон выражает одну из сторон сущности, познание которой в теории совпадает с переходом от эмпирических фактов к формулировке законов изучаемых процессов.

Существует три группы законов:

¨  специфические, или частные (закон сложения скорости в механике);

¨  общие для больших групп явлений (закон сохранения и превращения энергии);

¨  всеобщие, или универсальные (закон диалектики).

 

Теория

 

Под теорией понимается система знаний, описывающая и объясняющая совокупность явлений некоторой области действительности и сводящая открытые в этой области законы к единому объединяющему началу.

Построение теории опирается на результаты, полученные на эмпирическом уровне исследования. В теории эти результаты упорядочиваются, приводятся в стройную систему, объединенную общей идеей, уточняются на основе вводимых в теорию абстракций, идеализации и принципов.

К создаваемой вновь теории предъявляются следующие важные требования:

¨  научная теория должна быть адекватна описываемому объекту, что зволяет в определенных пределах заменить экспериментальные исследования теоретическими изысканиями;

¨  теория должна удовлетворять требованию полноты описания некоторой области деятельности, т.е. все многообразие опытных данных в этой области должно быть описано в терминах исходного базиса теории, при помощи ее основных принципов, понятий, абстракций, идеализации, аксиом и т.д;

¨ должны быть объяснимы взаимосвязи между различными компонентами в рамках самой теории, должны существовать связи между различными положениями теории, обеспечивающие переход от одних утверждений к другим;

¨ должны выполняться требования внутренней непротиворечивости теории и соответствия ее опытным данным. В противном случае теори должна быть усовершенствована или даже отвергнута.

Удовлетворяющие изложенным требованиям теории могут различаться по следующим основным признакам:

¨  эвристичность;

¨  конструктивность;

¨  простота.

Эвристичность теории отражает предсказательные и объяснительные возможности. Она является веским аргументом в пользу истинности теории Особое значение имеет математический аппарат теории, который позволяет не только делать точные количественные предсказания, но и открывать новые явления, что уже случалось в физике неоднократно.

Конструктивность теории состоит в простой, совершаемой по определенным правилам, проверяемости основных ее положений, принципов, законов.

Простота теории достигается путем введения обобщенных законов, формулирования информации при помощи определений-сокращений. Следует иметь в виду, что теорию можно оценивать с точки зрения не только статической, но и динамической простоты; предпочтение отдается той теории, которую можно уточнить и распространить на более обширное множество фактов путем незначительных уточнений и переделок, т.е. которая оказывается более простой в своей динамике, движении.

 

Гипотеза, предположение, математическая гипотеза

 

Теория как система научного знания возникает не сразу. Важнейшую роль в ее становлении играет гипотеза, являющаяся формой осмысления фактического материала, формой перехода от фактов к законам.

В научных разработках существуют две точки зрения на сущность гипотезы.

Согласно одной из них термином "гипотеза" обозначается особого рода научная теория. Согласно другой "гипотеза" отождествляется с предположением. Эта точка зрения своим возникновением обязана, очевидно, тому, что в гипотезе центральное место занимает именно предположение. Однако нецелесообразно считать предположение гипотезой, поскольку существуют и такие предположения, которые нельзя назвать гипотетическими. Примером может служить известное в математике методическое предположение при доказательстве от противного.

В связи с этим, а также в связи с многообразием предположений целе-бразно рассматривать их как особую форму мышления, имеющую вполне определенное отношение к гипотезе.

Согласно энциклопедическому словарю гипотеза — это предположительное суждение о закономерной (причинной) связи явлений; форма развития науки [5.28].

Специфической особенностью гипотетического предположения являлся его мыслимая реальность. Предположение направлено на то, чтобы токазать реальное существование предполагаемого. Именно поэтому предположение способствует обнаружению новых фактов и их селекции исходя из определенной позиции.

Предположение заставляет активно, целеустремленно исследовать различные явления, чтобы обнаружить данные, подтверждающие или опровергающие его. Научный поиск, если им руководит гипотетическое предположение, перестает быть аморфным, обретает внутреннюю структуру и потому становится намного результативнее. В этом проявляется одна из важных гносеологических функций предположения в гипотезе.

В своем развитии гипотеза проходит три стадии:

первая — накопление фактического материала и высказывание на его основе предположения;

вторая — формирование гипотезы, т.е. выведение следствий из сделанного предположения, развертывание на его основе предположительной теории;

третья - проверка полученных выводов на практике и уточнение гипотезы на основе результатов такой проверки.

Если при проверке полученных следствий оказывается, что они соответствуют действительности, тогда гипотеза превращается в научную теорию. Причем такое превращение не есть одноактное действие, а процесс всестороннего развития и углубления гипотезы, все более основательная ее практическая проверка.

Если полученные на основании некоторого предположения следствия противоречат опыту, необходимо или изменить, уточнить само предположение, или отбросить его.

При формировании гипотезы большую роль играют фантазия исследователя, его научное воображение и математическая интуиция. В современной науке зачастую оказывается очень ценным умение "угадать" математический аппарат, получить чисто математическим путем результат и уже затем искать его физическую интерпретацию. В связи с этим в науке все большее значение приобретает метод математической гипотезы.

Академик С.И. Вавилов, впервые в нашей литературе поставивший вопрос о математической гипотезе, характеризует ее сущность следующим образом: "Положим, что из опыта известно, что изученное явление зависит от ряда переменных и постоянных величин, связанных между собой приближенно некоторым уравнением. Довольно произвольно видоизменяя, обобщая это уравнение, можно получить другие соотношения между переменными. В этом и состоит математическая гипотеза, или экстраполяция. Она приводит к выражениям, совпадающим или расходящимся с опытом, и соответственно этому применяется дальше или отбрасывается" (цит. по [5.7]).

 

Модель

 

Модель — условный образ исследуемой системы. Она конструируется субъектом исследования таким образом, чтобы отобразить характеристики объекта (свойства системы управления, взаимосвязи между ее элементами, структурные и функциональные параметры системы).

К моделям предъявляются следующие требования:

¨ точное отражение структуры и процессов функционирования моделируемой системы управления;

¨ минимальные допущения при описании системы управления путем моделирования.

¨ число моделируемых параметров должно быть адекватно сложности системы управления.

¨ наличие конкретных параметров оптимизации системы;

¨ учет ресурса времени и достаточная оперативность создаваемой модели.

Классификация моделей. Нередко модели делятся на материальные и идеальные, причем к последним относятся как образы объектов (модели-представители), так и знаковые модели.

Вообще модели могут быть классифицированы по самым разнообразным принципам. В качестве наиболее общих из них можно указать следующие принципы:

а) по целям исследования моделей в процессе познания;

б) по способу воспроизведения в моделях информации об оригинале,

в) по степени участия человека в создании моделей.

В соответствии с этими принципами модели делятся на три большие группы:

¨ эвристические и дидактические модели;

¨ знаковые и вещественно-технические модели;

¨ естественные и искусственные модели.

Ппи ближайшем рассмотрении оказывается, что жесткой границы между моделями в составе указанных групп нет, что существуют взаимопереходы противоположных видов моделей через некоторые промежуточные зоны.

В табл. 5.1 приведена классификация моделей по другим принципам.

 

Таблица 5.1.

Классификация моделей

 

Принципы

классификации

Классификационные группы

фактор времени

1 . Статические модели — все зависимости отнесены к одному моменту времени и не меняются во времени в период функционирования модели. 2. Динамические модели — описывают систему управления в динамике (во времени)

Фактор

неопределенности

1. Случайные (вероятностные) модели — на выходе имеют неоднозначные значения параметров. 2. Детерминированные модели — такие модели, в которых для определенной совокупности входных значений параметров на выходе системы может быть получен единственный результат

Фактор непрерывности моделируемых процессов

1 . Непрерывные модели — не содержат дискретных величин, т.е. выражаются дифференциальными и интегральными уравнениями. 2. Дискретные модели — все переменные в таких моделях выражены дискретными величинами

Тип связи между моделируемыми элементами

1. Линейные модели — отображают состояние или функционирование системы таким образом, чтобы все взаимозависимости в ней принимались линейными; модели формулируются в виде одного или системы линейных уравнений. 2. Нелинейные модели — взаимозависимости в таких моделях выражаются нелинейными функциями

Способ

представления моделей

1. Абстрактные (концептуальные) модели — отражают предварительные, приближенные представления о системе управления. 2. Физические модели — отражают материальные, вещественные, макетные модели и построены точно в соответствии со структурой системы управления

 

Основные группы моделей, применяемые в системах управления: организационные, структурные, функциональные, информационные и математические.

 

 

Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |