Методы экспериментальных исследований

 

Содержание

 

                                                                                                               стр

Введение………………………………………………………………………..3

1 Практическая направленность эксперимента...…………………………....4

2 Теоретические предпосылки экспериментов……………………………....8

3 Сочетание практических и теоретических знаний……………………….12

4 Специфика современных исследований…………………………………..14

5 Методы экспериментальных исследований………………………………17

Заключение…………………………………………………………………….22

Список литературы……………………………………………………………23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Развитие общества в значительной степени определяется уровнем наукоемких технологий, многочисленные направления которых основаны на достижениях соответствующих отраслей естествознания. Современное естествознание обладает большим многообразием методов исследований, среди которых эксперимент — наиболее эффективное и действенное средство познания.

Именно об эксперименте, как основе естественнонаучного знания, мне  хотелось бы рассказать в своей работе.

Очевидно, что многие великие открытия стали возможными только благодаря  экспериментальному исследованию. Вот  почему, на мой взгляд, знания об основных принципах данного метода научного познания так важны и необходимы.

Конечно же, нельзя не коснуться других важнейших методов эмпирического  познания, таких как наблюдение и  измерение. На мой взгляд, разговор об эксперименте, как таковом, невозможен без раскрытия сущности этих методов  эмпирического познания. Дело здесь  в том, что измерение и наблюдение неразрывно связаны с экспериментом, и зачастую являются его частью, что обязывает меня упомянуть  о них достаточно подробно.

В своей работе мне, так же, хотелось бы подробно рассказать о значимости практических и теоретических знаний: их соотношении и взаимосвязанности. Так же, на мой взгляд, необходимо коснуться методов обработки  результатов полученных в процессе экспериментального исследования. Естественно, мне хотелось бы сделать обзор  основных современных средств естественнонаучного  исследования: их специфики и достижениях  достигнутых в этой области.

 

 

1 Практическая направленность эксперимента

 

Развитие общества в значительной степени определяется уровнем наукоемких технологий, многочисленные направления  которых основаны на достижениях  соответствующих отраслей естествознания. Современное естествознание обладает большим многообразием методов  исследований, среди которых эксперимент  – наиболее эффективное и действенное  средство познания.

Для эксперимента сегодняшнего дня  характерны три основные особенности:

• возрастание роли теоретической базы эксперимента. Во многих случаях эксперименту предшествует теоретическая работа, концентрирующая громадный труд большого числа теоретиков и экспериментаторов;
• сложность технического оснащения эксперимента. Техника эксперимента, как правило, насыщена многофункциональной электронной аппаратурой, прецизионными механическими устройствами, высокочувствительными приборами, высокоточными преобразователями и т. п. Большинство экспериментальных установок представляет собой полностью замкнутую систему автоматического регулирования, в которой технические средства обеспечивают заданные условия эксперимента с вполне определенной точностью, регистрируют промежуточные экспериментальные результаты и производят последовательную их обработку;
• масштабность эксперимента. Некоторые экспериментальные установки напоминают сложные объекты крупных масштабов. Строительство и эксплуатация таких объектов стоит больших финансовых затрат. Кроме того, экспериментальные объекты могут оказать активное действие на окружающую среду. ¹

Эксперимент базируется на практическом воздействии субъекта на исследуемый  объект и часто включает операции наблюдения, приводящие не только к  качественным, описательным, но и к  количественным результатам, требующим  дальнейшей математической обработки. С этой точки зрения эксперимент- разновидность практического действия, предпринимаемого с целью получения  знания. В процессе экспериментального естественнонаучного исследования в контролируемых и управляемых  условиях изучаются многообразные  свойства и явления природы.

Отличаясь от простого наблюдения активным воздействием на объект, в большинстве  случаев эксперимент осуществляется на основе той или иной теории, определяющей постановку экспериментальной задачи и интерпретацию результатов. Нередко  основная задача эксперимента - проверка гипотез и предсказаний теории, имеющих  фундаментальное, прикладное и принципиальное значение. Являясь критерием естественнонаучной истины, эксперимент представляет собой  основу научного познания действительности.

Эксперимент, как и наблюдение, относится к эмпирическим формам естественнонаучного познания. Однако между ними есть существенные различия: эксперимент - преобразующая внешний  мир деятельность человека, а наблюдению свойственны черты созерцательности и чувственного восприятия исследуемого объекта. В процессе эксперимента при  активном вмешательстве исследуемый  объект искусственно выделяются те или  иные его свойства, которые и являются предметом изучения в естественных либо в специально созданных условиях.

В процессе естественнонаучного эксперимента часто прибегают к физическому  моделированию как исследуемого объекта, так и различных управляемых условий, в которых находится объект. Для этого создаются специальные установки и устройства: барокамеры, термостаты, магнитные ловушки, ускорители и т. п. С помощью их создаются сверхнизкие и сверхвысокие температуры и давления, вакуум и другие условия. В некоторых случаях моделирование исследуемого объекта – единственное средство реализации эксперимента.

Многие экспериментальные исследования направлены не только на обоснование  естественнонаучной истины, но и на обработку технологий изготовления новых видов разнообразной высококачественной продукции. Именно в этом наиболее сильно проявляется практическая направленность эксперимента как прямого пути совершенствования  любого технологического цикла.

Экспериментальные средства по своей  сути не однородны: их можно разделить  на три основные, отличающиеся функциональным назначением системы:

• содержащую исследуемый объект с заданными свойствами;
• обеспечивающую воздействие на исследуемый предмет;
• сложную приборную измерительную систему;

В зависимости от экспериментальной  задачи данные системы играют разную роль. Например, при определении  магнитных свойств вещества результаты эксперимента во многом зависят от чувствительности приборов. В то же время при проведении экспериментов  с веществом, не встречающимся в  природе при обычных условиях, да еще и при низкой температуре, все системы экспериментальных  средств играют важную роль. ²

Чем сложнее экспериментальная  задача, тем острее стоит вопрос чистоты эксперимента и достоверности  полученных результатов. Можно назвать  четыре пути решения данного вопроса:

• многократное повторение измерений;
• совершенствование технических систем и приборов; повышение их точности, чувствительности, разрешающей способности;
• более строгий учет основных и не основных факторов, влияющих на исследуемый объект;
• предварительное планирование эксперимента, позволяющее наиболее полно учесть специфику исследуемого объекта и возможности приборного обеспечения.

 

Чем чище поставлен эксперимент, чем  тщательнее предварительно проанализированы все особенности исследуемого объекта  и чем чувствительнее приборы, тем  точнее экспериментальные результаты и тем ближе они соответствуют  естественно - научной истине.

В любом естественно – научном  эксперименте можно выделить три  основных этапа:

• подготовительный;
• получение экспериментальных данных;
• обработка результатов эксперимента и их анализ;³

Подготовительный этап обычно включает теоретическую проработку проведения эксперимента, его планирование под  готовку исследуемого объекта, конструирование  и создание технической базы, включающей приборное обеспечение. На хорошо подготовленной экспериментальной базе полученные данные, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Анализ результатов эксперимента позволяет оценить тот или иной параметр исследуемого объекта и сопоставить его либо с соответствующим теоретическим значением, либо с экспериментальным значением, полученным другими техническими средствами, что очень важно при определении правильности и степени достоверности полученных результатов.

2 Теоретические предпосылки экспериментов

 

Взаимная обусловленность эмпирических и теоретических знаний вряд ли вызывает сомнение Современные эксперименты и теория настолько сильно переплетены, что однозначно ответить на вопрос, какое из данных знаний можно рассматривать  в качестве абсолютного начала естественно  – научного познания, практически  не представляется возможным, хотя можно  привести многочисленные примеры научных  изысканий, когда эмпирические начала предвосхищают теорию, и наоборот.

В теоретические исследования все  больше внедряются наиболее абстрактные  разделы математики, и многие теоретические  расчеты выполняются с помощью  мощных вычислительных средств. Экспериментальное  исследование развивается за счет внедрения  новых методов с применением  сравнительно сложных технических  средств. Эксперимент все чаще приобретает  индустриальные, а в отдельных  случаях и гигантские масштабы. Вместе с тем возрастает роль и его  теоретического обеспечения, то есть можно  уверенно говорить о теоретической  обусловленности современных экспериментальных  исследований.

На всех этапах экспериментальных  исследований весьма важна мыслительная деятельность экспериментатора, которая  чаще всего носит философский  характер. Решая, например, вопросы: что  такое электрон, является ли он элементом  реального мира или чистой абстракцией, можно ли его наблюдать, в какой  мере знания об электроне истины и  тому подобное – ученый так или  иначе касается философских проблем  естествознания. Более глубокая связь  естествознания с философией свидетельствует  о более высоком уровне его  развития. Естественно, с течением времени  теоретическое мышление с философской  ориентацией меняется и приобретает  различные формы и содержание. Лучших результатов достигнет естествоиспытатель, свободно владеющий своими узкопрофессиональными  вопросами и достаточно легко  ориентирующийся в общих философских  вопросах, связанных прежде всего с диалектикой и теорией естественно – научного познания.

Стремление ученых создать научную  картину мира сближает естествознание с философией. Научная картина  мира обладает большей общностью, чем  теоретические схемы конкретных естественнонаучных утверждений. Она  образуется посредством особых связей отдельных элементов познания и  представляет собой весьма общую  идеальную модель реальных процессов, явлений и свойств вещества, исследуемых  в рамках узких отраслей естествознания. В широком понимании научная  картина мира выражает общее знание о природе, характерное для данного  этапа развития общества. Описание картины мира в общем представлении  создает понятия, более или менее  близкие к понятиям повседневного, обыденного языка.

В те периоды развития естествознания, когда на смену старой картины  мира приходит новая, при постановке эксперимента возрастает роль философских  идей в виде теоретических постулатов, на основе которых реализуется эксперимент. ⁴

В эпоху становления физики как  науки, когда специальных естественнонаучных теорий не существовало, ученые, как  правило, руководствовались общими философскими представлениями о  единстве и родстве материальных объектов и явлений природы. Например, Г. Галилей, закладывая основы классической механики, опирался на общую модель единства мира. Такая идея помогла  “земными глазами” взглянуть на небо и описать движение небесных тел  по аналогии с движением тел на Земле, что в свою очередь подтолкнуло  ученых к более тщательному изучению различных форм механического движения, в результате чего были открыты классические законы механики.

Философская идея материального единства мира питала многие экспериментальные  исследования и способствовала накоплению новых естественнонаучных фактов. Так, например, известный датский физик X. Эрстед, размышляя о связи между разными по физической природе явлениями - теплотой, светом, электричеством и магнетизмом, - в результате экспериментальных исследований открыл магнитное действие электрического тока.

Особенно важна роль теоретических  предпосылок эксперимента, когда  сложившиеся теоретические знания служат основой новых естественнонаучных проблем и гипотез, требующих  предварительного эмпирического обоснования.

В современных условиях возрастает роль теоретической работы на подготовительном этапе эксперимента, на каждой операции его по-разному включаются те или  иные теоретические и практические процедуры исследований. Можно назвать  четыре основные операции подготовительного  этапа эксперимента:

• постановка задачи эксперимента и выдвижение гипотетических вариантов её решения;
• разработка программы экспериментального исследования;
• подготовка исследуемого объекта и создание экспериментальной установки;
• качественный анализ хода эксперимента и корректировка программы исследования и приборного обеспечения.⁵