Методы теоретических и экспериментальных исследований

На теоретическом и экспериментальном уровнях исследования используются анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия, моделирование и абстрагирование.

Анализ – метод познания, заключающийся в мысленном расчленении предмета исследования или явления на составные более простые части и выделение его отдельных свойств и связей. Однако анализ – не конечная цель исследования. Понимание внутренней структуры объекта, характера его функционирования и закономерностей развития достигается с помощью синтеза явления.

Синтез – метод познания, состоящий в мысленном соединении связей отдельных частей сложного явления и познания целого в его единстве. Синтез дополняет анализ и находится с ним в неразрывном единстве. Без изучения частей нельзя познать целое, без изучения целого с помощью синтеза нельзя до конца понять функцию частей в составе целого. В этом состоит единство и неразрывная связь методов анализа и синтеза.

Все области знаний пользуются методами анализа и синтеза. В естественных науках анализ и синтез могут осуществляться не только теоретически, но и практически: исследуемые предметы фактически расчленяются и соединяются, устанавливаются их состав, связи и т. д.

Переход от анализа фактов к теоретическому синтезу осуществляется с помощью особых методов, среди которых наиболее важное значение имеют индукция и дедукция.

Индукция представляет собой метод перехода от знания отдельных фактов к знанию общего, к эмпирическому обобщению и установлению общего положения, отражающего закон или другую существенную связь. При индуктивном методе исследования общее знание предмета исследования создается на основе исследования предметов определенного класса, нахождения в них общих существенных признаков, что служит основой для получения сведений об общем признаке, характерном для данного класса предметов.

Индуктивный метод движения от частного к общему можно успешно применять только при условии возможностей проверки полученных результатов или проведения специального контрольного эксперимента.

Дедукция – метод перехода от общих положений к частным, получение из известных истин новых истин с использованием законов и правил логики. Важным правилом дедукции является следующее: «Если из высказывания А следует высказывание В и высказывание А истинно, то высказывание В также истинно»; при этом заключение об истинности В следует с необходимостью.

Индуктивные и дедуктивные методы – различны по своему содержанию и противоположны. Во-первых, с помощью индукции получаются вероятностные значения различной степени достоверности, а с помощью дедукции при условии истинности предпосылок – истинные значения. Во-вторых, индукция представляет собой различные способы обобщения фактов и эмпирических данных, а дедукция – способ построения теории. Поэтому индуктивные методы имеют важное значение в науках, где преобладает эксперимент, его обобщение, разработка гипотез. Дедуктивные методы в первую очередь применяются в теоретических науках.

Поскольку научная индукция опирается на уже полученные общие знания (элементы дедукции), а научная дедукция требует прочного обоснования исходных предпосылок, которые в свою очередь получены из анализа фактов и их обобщений (элементы индукции), научные познания могут быть получены только при наличии тесной связи между индукцией и дедукцией.

Аналогия – метод научного исследования, когда знания о неизвестных предметах и явлениях достигаются на основе сравнения с общими признаками предметов и явлений, которые исследователю известны.

Сущность заключения по аналогии состоит в следующем. Пусть явление А имеет признаки Х₁, Х₂, Х₃, Х₄, …, Х_n, Х_n+1, а явление В – признаки Х₁, Х₂, Х₃, Х₄, …, Х_n. Следовательно, можно предполагать, что явление В тоже имеет признак Х_n+1. Такой вывод носит вероятностный характер. Тем не менее, аналогии широко применяются в теории познания, поскольку способствуют формированию гипотез, которые во многих случаях превращаются в теории. Увеличить вероятность получения истинного вывода можно при большом числе сходных признаков у сравниваемых объектов и наличии глубокой взаимосвязи этих признаков.

Моделирование – метод научного познания, заключающийся в замене при исследовании изучаемого предмета или явления специальной моделью, воспроизводящей главные особенности оригинала, и ее последующем исследовании. Таким образом, при моделировании эксперимент проводят на модели, а результаты исследования с помощью специальных методов распространяют на оригинал.

Модели могут быть физическими и математическими, в связи, с чем различают физическое и математическое моделирования. При физическом моделировании модель и оригинал имеют одинаковую физическую природу; любая экспериментальная установка является физической моделью какого-либо процесса. Создание экспериментальных установок и обобщение результатов физического эксперимента осуществляется на основе теории подобия, которая позволяет переносить результаты модельных исследований на оригинал.

При математическом моделировании модель и оригинал могут иметь одинаковую и различную физическую природу. В первом случае какое-либо явление или процесс исследуются на основе их математической модели, представляющей собой систему уравнений с соответствующими условиями однозначности; во втором – используют факт одинакового по внешней форме математического описания явлений различной физической природы. В теории теплообмена и гидромеханике широко применяются методы аналогий – электротепловой, электрогидродинамической, магнитогидродинамической и др. Это позволяет по изученному электрическому или магнитному полю в некоторой области делать вывод о количественных характеристиках течения или температурного поля в этой же области.

Модели могут быть «полными» или «частичными», представлять собой отдельные свойства объекта или выполняемую им функцию (функциональные модели), однако границы между различными моделями весьма условны.

Абстрагирование – метод научного познания, заключающийся в мысленном отвлечении от ряда свойств, связей, отношений предметов и выделении нескольких интересующих исследователя свойств или признаков. Результат абстрагирования называют абстракцией.

Абстрагирование позволяет заменить в сознании человека сложный процесс более простым, который характеризует, тем не менее, наиболее существенные признаки предмета или явления, что особенно важно для образования многих понятий.

Процесс абстрагирования проходит две ступени: первая состоит в выделении в исследуемом объекте или явлении наиболее важного и установлении несущественных факторов, вторая – в реализации возможностей абстрагирования и замене исследуемого объекта более простым – модельным. Например, в теории тепловых машин широко применяют понятие об идеальных циклах, в гидромеханике и теплотехнике – понятие идеальной жидкости, жидкости с исчезающей вязкостью.

Абстрагирование может применяться для реальных и абстрактных объектов, которые уже прошли процесс абстракции. В последнем случае имеет место многоступенчатое абстрагирование, которое ведет к абстракциям все возрастающей степени сложности.

Критерием того, насколько вводимая абстракция правильна, служит практика. Абстракция выступает в качестве элемента более сложных по своей структуре методов эксперимента, анализа и моделирования.