Научное знание представляет собой систему, имеющую несколько уровней познания, различающихся по целому ряду параметров. В зависимости от предмета, характера, типа, метода и способа получаемого знания выделяют эмпирический и теоретический уровни познания. Каждый из них выполняет определенные функции и располагает специфическими методами исследования. Уровням соответствуют взаимосвязанные, но в то же время специфические виды познавательной деятельности: эмпирическое и теоретическое исследования. Выделяя эмпирический и теоретический уровни научного познания, современный исследователь отдает себе отчет в том, что если в обыденном познании правомерно различать чувственный и рациональный уровни, то в научном исследовании эмпирический уровень исследования никогда не ограничивается чисто чувственным знанием, теоретическое знание не представляет собой чистую рациональность. Даже первоначальные эмпирические знания, полученные путем наблюдения, фиксируются с использованием научных терминов. Теоретическое знание также не является чистой рациональностью. При построении теории используются наглядные представления, которые являются основой чувственного восприятия. Таким образом, можно сказать, что в начале эмпирического исследования преобладает чувственное, а в теоретическом – рациональное. На уровне эмпирического исследования не исключено выявление зависимостей и связей между явлениями, определенных закономерностей. Но если эмпирический уровень может уловить только внешнее проявление, то теоретический доходит до объяснения сущностных связей исследуемого объекта.

Эмпирические знания – результат непосредственного взаимодействия исследователя с реальностью в наблюдении или эксперименте. На эмпирическом уровне происходит не только накопление фактов, но и их первичная систематизация, классификация, что позволяет выявлять эмпирические правила, принципы и законы, которые преобразуются в наблюдаемые явления. На этом уровне исследуемый объект отражается преимущественно во внешних связях и проявлениях. Сложность научного знания определяется наличием в нем не только уровней и методов познания, но и форм, в которых оно фиксируется и развивается. Основными формами научного познания являются факты, проблемы, гипотезы и теории. Их значение – раскрывать динамику процесса познания в ходе исследования и изучения какого-либо объекта. Установление фактов является необходимым условием успешности естественнонаучных исследований. Для построения теории факты должны быть не только достоверно установлены, систематизированы и обобщены, но и рассмотрены во взаимосвязи. Гипотеза – это предположительное знание, которое носит вероятностный характер и требует проверки. Если в ходе проверки содержание гипотезы не согласуется с эмпирическими данными, то оно отвергается. Если же гипотеза подтверждается, то можно говорить о ней с той или иной степенью вероятности. В результате проверки и доказательства одни гипотезы становятся теориями, другие уточняются и конкретизируются, третьи отбрасываются, если их проверка дает отрицательный результат. Основным критерием истинности гипотезы является практика в разных формах.

Научная теория – обобщенная система знаний, дающая целостное отображение закономерных и существенных связей в определенной области объективной реальности. Основная задача теории заключается в том, чтобы описать, систематизировать и объяснить все множество эмпирических фактов. Теории классифицируют как описательные, научные и дедуктивные. В описательных теориях исследователи формулируют общие закономерности на основе эмпирических данных. Описательные теории не предполагают логического анализа и конкретности доказательств (физиологическая теория И. Павлова, эволюционная теория Ч. Дарвина и др.). В научных теориях конструируют модель, замещающую реальный объект. Следствия теории проверяются экспериментом (физические теории и др.). В дедуктивных теориях разработан специальный формализованнный язык, все термины которого подвергаются интерпретации. Первая из них – «Начала» Евклида (сформулирована основная аксиома, потом к ней добавлены положения, логически выведенные из нее, и все доказательства проводятся на этой основе).

Главными элементами научной теории являются принципы и законы. Принципы представляют общие и важные подтверждения теории. В теории принципы играют роль первичных предпосылок, образующих ее основу. В свою очередь, содержание каждого принципа раскрывается с помощью законов. Они конкретизируют принципы, раскрывают механизм их действия, логику взаимосвязи, вытекающих из них следствий. Законы представляют собой форму теоретических утверждений, раскрывающих общие связи изучаемых явлений, объектов и процессов. При формулировании принципов и законов исследователю достаточно непросто уметь увидеть за многочисленными, часто совершенно непохожими внешне фактами именно существенные свойства и характеристики исследуемых свойств объектов и явлений. Трудность заключается в том, что в непосредственном наблюдении зафиксировать сущностные характеристики исследуемого объекта сложно. Поэтому прямо перейти с эмпирического уровня познания на теоретический нельзя. Теория не строится путем непосредственного обобщения опыта, поэтому следующим шагом становится формулирование проблемы. Она определяется как форма знания, содержанием которой является осознанный вопрос, для ответа на который имеющихся знаний недостаточно. Поиск, формулирование и решение проблем – основные черты научной деятельности. В свою очередь, наличие проблемы при осмыслении необъяснимых фактов влечет за собой предварительный вывод, требующий экспериментального, теоретического и логического подтверждения. Процесс познания окружающего мира представляет собой решение разного рода задач, возникающих в ходе практической деятельности человека. Эти проблемы решаются путем использования особых приемов – методов.

– совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности.

Методы исследований оптимизируют деятельность человека, вооружают его наиболее рациональными способами организации деятельности. А. П. Садохин кроме выделения уровней познания при классификации научных методов учитывает критерий применяемости метода и выделяет общие, особенные и частные методы научного познания. Выделенные методы часто сочетаются и комбинируются в процессе исследования.

Общие методы познания касаются любой дисциплины и дают возможность соединить все этапы процесса познания. Эти методы используются в любой области исследования и позволяют выявлять связи и признаки исследуемых объектов. В истории науки исследователи к таким методам относят метафизический и диалектический методы. Частные методы научного познания – это методы, применяющиеся только в отдельной отрасли науки. Различные методы естествознания (физики, химии, биологии, экологии и т. д.) являются частными по отношению к общему диалектическому методу познания. Иногда частные методы могут использоваться за пределами тех отраслей естествознания, в которых они возникли. Например, физические и химические методы используются в астрономии, биологии, экологии. Часто исследователи применяют комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета. Например, экология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, биологии. Частные методы познания связаны с особенными методами. Особенные методы исследуют определенные признаки изучаемого объекта. Они могут проявляться на эмпирическом и на теоретическом уровнях познания и быть универсальными.

Среди особенных эмпирических методов познания выделяют наблюдение, измерение и эксперимент.

Наблюдение представляет собой целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, чувственное отражение объектов и явлений, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Поэтому исследование чаще всего начинается с наблюдения, и лишь потом исследователи переходят к другим методам. Наблюдения не связаны с какой-либо теорией, но цель наблюдения всегда связана с некой проблемной ситуацией. Наблюдение предполагает наличие определенного плана исследования, предположение, подвергаемое анализу и проверке. Наблюдения используются там, где нельзя поставить прямой эксперимент (в вулканологии, космологии). Результаты наблюдения фиксируются в описании, отмечающем те признаки и свойства изучаемого объекта, которые являются предметом изучения. Описание должно быть максимально полным, точным и объективным. Именно описания результатов наблюдения составляют эмпирический базис науки, на их основе создаются эмпирические обобщения, систематизация и классификация.

Измерение – это определение количественных значений (характеристик) изучаемых сторон или свойств объекта с помощью специальных технических устройств. Большую роль в исследовании играют единицы измерения, с которыми сравниваются полученные данные.

Эксперимент – более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он представляет собой целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующий объект или явление для изучения его различных сторон, связей и отношений. В ходе экспериментального исследования ученый вмешивается в естественный ход процессов, преобразует объект исследования. Специфика эксперимента состоит также в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в чистом виде. Это происходит за счет максимального исключения воздействия посторонних факторов. Экспериментатор отделяет существенные факты от несущественных и тем самым значительно упрощает ситуацию. Такое упрощение способствует глубокому пониманию сути явлений и процессов и создает возможность контролировать многие важные для данного эксперимента факторы и величины. Для современного эксперимента характерны особенности: увеличение роли теории на подготовительном этапе эксперимента; сложность технических средств; масштабность эксперимента. Основная задача эксперимента заключается в проверке гипотез и выводов теорий, имеющих фундаментальное и прикладное значение. В экспериментальной работе при активном воздействии на исследуемый объект искусственно выделяются те или иные его свойства, которые и являются предметом изучения в естественных либо специально созданных условиях. В процессе естественнонаучного эксперимента часто прибегают к физическому моделированию исследуемого объекта и создают для него различные управляемые условия. С. X. Карпенков подразделяет экспериментальные средства по содержанию на следующие системы:

С. Х. Карпенков указывает, что в зависимости от поставленной 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 исследовании свойств вещества, не встречающегося в природе в обычных условиях, да еще и при низкой температуре, важны все системы экспериментальных средств.

В любом естественнонаучном эксперименте выделяют такие этапы:

Подготовительный этап представляет собой теоретическое обоснование эксперимента, его планирование, изготовление образца исследуемого объекта, выбор условий и технических средств исследований. Результаты, полученные на хорошо подготовленной экспериментальной базе, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Анализ результатов эксперимента позволяет оценить те или иные признаки исследуемого объекта, сопоставить полученные результаты с гипотезой, что очень важно при определении правильности и степени достоверности окончательных результатов исследования.

Для повышения достоверности полученных результатов эксперимента необходимы:

Среди особенных теоретических методов научного познания выделяют процедуры абстрагирования и идеализации. В процессах абстрагирования и идеализации формируются понятия и термины, используемые во всех теориях. Понятия отражают существенную сторону явлений, появляющуюся при обобщении исследования. При этом из объекта или явления выделяется только некоторая его сторона. Так, понятию «температура» может быть дано операционное определение (показатель степени нагретости тела в определенной шкале термометра), а с позиций молекулярно-кинетической теории температура – это величина, пропорциональная средней кинетической энергии движения частиц, составляющих тело. Абстрагирование – мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые считают несущественными. Таковы модели точки, прямой линии, окружности, плоскости. Результат процесса абстрагирования называется абстракцией. Реальные объекты в каких-то задачах могут быть заменены этими абстракциями (Землю при движении вокруг Солнца можно считать материальной точкой, но нельзя при движении по ее поверхности).

Идеализация представляет операцию мысленного выделения какого-то одного важного для данной теории свойства или отношения, мысленного конструирования объекта, наделенного этим свойством (отношением). В результате идеальный объект обладает только этим свойством (отношением). Наука выделяет в реальной действительности общие закономерности, которые существенны и повторяются в различных предметах, поэтому приходится идти на отвлечения от реальных объектов. Так образуются такие понятия, как «атом», «множество», «абсолютно черное тело», «идеальный газ», «сплошная среда». Полученные таким образом идеальные объекты в действительности не существуют, так как в природе не может быть предметов и явлений, имеющих только одно свойство или качество. При применении теории необходимо вновь сопоставить полученные и использованные идеальные и абстрактные модели с реальностью. Поэтому важны выбор абстракций в соответствии с их адекватностью данной теории и последующее исключение их.

Среди особенных универсальных методов исследований выделяют анализ, синтез, сравнение, классификацию, аналогию, моделирование. Процесс естественнонаучного познания совершается так, что мы сначала наблюдаем общую картину изучаемого объекта, при которой частности остаются в тени. При таком наблюдении нельзя познать внутреннюю структуру объекта. Для ее изучения мы должны разделить изучаемые объекты.

Анализ – одна из начальных стадий исследования, когда от цельного описания объекта переходят к его строению, составу, признакам и свойствам. Анализ – метод научного познания, в основе которого лежит процедура мысленного или реального разделения объекта на составляющие его части и их отдельное изучение. Невозможно познать сущность объекта, только выделяя в нем элементы, из которых он состоит. Когда путем анализа частности исследуемого объекта изучены, он дополняется синтезом.

Синтез – метод научного познания, в основе которого лежит объединение выделенных анализом элементов. Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единственных знаний, полученных с помощью анализа. Он показывает место и роль каждого элемента в системе, их связь с другими составными частями. Анализ фиксирует в основном то специфическое, что отличает части друг от друга, синтез – обобщает аналитически выделенные и изученные особенности объекта. Анализ и синтез берут свое начало в практической деятельности человека. Человек научился мысленно анализировать и синтезировать лишь на основе практического разделения, постепенно осмысливая то, что происходит с объектом при выполнении практических действий с ним. Анализ и синтез являются компонентами аналитико-синтетического метода познания.

При количественном сопоставлении исследуемых свойств, параметров объектов или явлений говорят о методе сравнения. Сравнение – метод научного познания, позволяющий установить сходство и различие изучаемых объектов. Сравнение лежит в основе многих естественнонаучных измерений, составляющих неотъемлемую часть любых экспериментов. Сравнивая объекты между собой, человек получает возможность правильно познавать их и тем самым правильно ориентироваться в окружающем мире, целенаправленно воздействовать на него. Сравнение имеет значение, когда сравниваются действительно однородные и близкие по своей сущности объекты. Метод сравнения выделяет отличия исследуемых объектов и составляет основу любых измерений, то есть основу экспериментальных исследований.

Классификация – метод научного познания, который объединяет в один класс объекты, максимально сходные друг с другом в существенных признаках. Классификация позволяет свести накопленный многообразный материал к сравнительно небольшому числу классов, типов и форм и выявить исходные единицы анализа, обнаружить устойчивые признаки и отношения. Как правило, классификации выражаются в виде текстов на естественных языках, схем и таблиц.

Аналогия – метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного при рассмотрении какого-либо объекта, на другой, менее изученный, но схожий с первым по каким-то существенным свойствам. Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, причем сходство устанавливается в результате сравнения предметов между собой. Таким образом, в основе метода аналогии лежит метод сравнения.

Метод аналогии тесно связан с методом моделирования, который представляет собой изучение каких-либо объектов с помощью моделей с дальнейшим переносом полученных данных на оригинал. В основе этого метода лежит существенное сходство объекта-оригинала и его модели. В современных исследованиях используют различные виды моделирования: предметное, мысленное, символическое, компьютерное. Предметное моделирование представляет собой использование моделей, воспроизводящих определенные характеристики объекта. Мысленное моделирование представляет собой использование различных мысленных представлений в форме воображаемых моделей. Символическое моделирование использует в качестве моделей чертежи, схемы, формулы. В них в символико-знаковой форме отражаются определенные свойства оригинала. Видом символического моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики. Оно предполагает формирование систем уравнений, которые описывают исследуемое природное явление, и их решение при различных условиях. Компьютерное моделирование получило широкое распространение в последнее время (Садохин А. П., 2007).

Разнообразие методов научного познания создает трудности в их применении и понимании их роли. Эти проблемы решаются особой областью знания – методологией. Основной задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности, развития методов познания.

В своей обыденной и привычной жизни человек не всегда осознает, какие четкие и проработанные структуры стоят за теми данными и сведениями, который образуют информационное поле человеческого общества. Даже хаотическое течение повседневных бытовых сведений и данных имеет свои корни, пространство обработки и область применения.

А сфера и специфика получения знаний о природе того мира, в котором живет человек, просто обязана иметь жесткую регламентацию. Одним из таких регламентов является структура естественнонаучного познания.

Естественнонаучное познание возможно только в рамках естественных наук. Исследования, выходящие за рамки предметов и методов этих наук, могут быть положены в основу научных гипотез. Но статус самостоятельных разработок, признаваемых научным сообществом, им не получить.

Чтобы упорядочить добываемые знания, с начала 17-го века существует деление всех наук на естественные и гуманитарные. Эти уровни естественнонаучного познания различаются как предметом изучения, так и методами и областью применения добытых знаний. В основу разделения заложены отношения познающего (науки) к объекту (природе) и к субъекту (человеку).

Естественнонаучное знание изучает явления, объекты и вещи природы, а гуманитарные науки изучают события, связанные с субъектом (человеком).

Структура современной науки

Как известно, основная задача науки – наработка и систематизация для человека знаний о действительности. Эти познания проверяются на достоверность путем эмпирической проверки и математического доказательства.

Понятие систематизации предусматривает наличие определенной системы, структуры, на основе которой формируется весь массив человеческого познания.

Вся наука разделена на две основные категории:

• фундаментальные;
• прикладные.

Презентация: "Концепции современного естествознания"

Прикладные науки

Они занимаются тем, что внедряют знания, полученные в результате развития других направлений науки, в практическую деятельность человека. Основными направлениями прикладных наук являются медицинские, технологические и социальные.

Фундаментальные науки

Это направления науки, разрабатывающие теоретические концепции и осуществляющие поиск закономерностей. Эти закономерности ответственны за такие основные характеристики мироздания, как его структура, состав, форма и условия протекания в нем процессов. Фундаментальные науки очень многообразны. Для упрощения ориентировки человека в предметах изучения тех или иных исследований, фундаментальные науки поделены на три основные подкатегории:

• гуманитарные;
• естественные;
• математические.

Гуманитарные науки также делятся на два вида: об обществе и о человеке. Тогда как математические и естественные охватывают полностью каждая свой спектр предметов.

Одной из основных задач науки является разработка математических доказательств того или иного процесса, который входит в предмет научного исследования. В этом плане математические науки сами по себе не занимаются исследованиями окружающей действительности. Они разрабатывают математический инструментарий, который позволяет всем остальным наукам пользоваться наработками математиков для подтверждения научной достоверности гипотез и теорий.

Основные признаки естественнонаучного познания

Как человеку отличить науку от ненауки, в чем специфика естественнонаучного познания? Ответить на эти вопросы легко, если есть возможность проинспектировать имеющийся объем знаний на наличие основных признаков, которыми должно обладать естественнонаучное знание:

Наличие системы

Проверить имеющийся объем знаний на системность довольно сложно. Однако внутренняя структура всегда становится очевидной, как только пытаешься разобраться в основных положениях, на которых базируются сведения, презентуемые данными разработками. В основе всей структуры должна лежать система объектов изучения. То есть – наличие частей, которые являются составляющими чего-то целого. Биология изучает организмы как целое, химия изучает как целое процессы взаимодействия химических элементов и т.д.

Критичность

Проверка теорий на сомнение. Каждое, даже самое основополагающее понятие теории, может быть поставлено человеком под сомнение на соответствие другим положениям других теорий.

Преемственность

Независимо от того на какой бы уровень не выходили новые познания, в их структуре всегда должна сохраняться связь с теми знаниями, которые были получены человеком ранее. Да, новые познания могут отвергать, изменять или расширять старые, но находиться вне старых знаний новые не могут.

Способность делать прогнозы

Научные знания должны содержать в себе элемент предвидения. Каждое научное исследование имеет прогноз, как будут происходить события, связанные с научными разработками. Например, каждый ученый-химик может предвидеть, какие будут получены продукты в результате химической реакции окисления, физики знают, при каком давлении кипит вода, нагретая до 50 градусов Цельсия. И все эти предсказания сбываются с высокой достоверностью.

Если же человек не получает прогнозируемых результатов, тогда начинаются разговоры о выходе в неисследованные плоскости или о нарушении процедуры проведения опытов.

Детерминированность

Этот признак имеет ту подоплеку, что все проявления объективной реальности связаны причинами. Связь одних исследуемых объектов с другими может характеризоваться исключительно причинно-следственной связью (даже ее отсутствием, а не только наличием). Современная наука считает, что сейчас, когда она по многим вопросам зашла в тупик, требуется отказ от детерминированности. Хотя бы в том виде, в котором она сегодня существует в области научных исследований. Разработка новых подходов к причинно-следственным связям – основная проблема современной гносеологии.

Универсальность

Знания, получаемые человеком в рамках одной науки, могут быть использованы другой наукой в плане изучения ее предмета.

Никакое из положений разных наук не может внести сумятицу или дать непрогнозируемые последствия научных исследований фундаментальных или прикладных разработок.

Алгебраические приемы действуют по одним и тем же законам и в физике, и в математике, и в биологии, и в социологии. Так же и законы химического взаимодействия имеют одинаковые характеристики при применении как в химии, так и в физике, и в биологии, и в медицине, и в технологических разработках.

Есть еще ряд других признаков, таких как:

• чувственность (получение человеком знаний на основе информации, поступающей от органов чувств),
• обезличенность (независимо от личности ученого, ставшего первооткрывателем того или иного знания, выведенные законы работают одинаково прогнозируемо),
• незавершенность (ученые не предполагают, что где-то есть принципы, теории или законы, при успешном исследовании которых завершится познавательная деятельность, поскольку познавать больше будет нечего).

Структура и состав познания

Так в чем же заключается структура естественнонаучного познания? Получение человеком знаний в сфере естественных наук возможно по двум направлениям, которые тесно связаны между собой:

• теоретическое познание;
• эмпирическое познание.

Каждое из этих направлений естественнонаучного познания работает над получением научного факта. Отличие же между ними исключительно в методах, которыми эти научные факты добываются.

Метод естественнонаучного познания заключается в нескольких приемах. В зависимости от того, по какому направлению – теоретическому или эмпирическому – человек планирует получить научный факт, он использует принципиально разные методы естественнонаучного познания.

Методы познания человеком истины определяются как научные методы – инструменты для получения новых знаний и решения задач в любой из наук.

Со времен начала и развития научно-технической революции общество всегда критически относилось к научным методам. Такой интерес связан с той проблемой, что, по мнению некоторых популярных философов, именно скованность и консервативность методов познания тормозит развитие науки. Если проанализировать порядок использования человеком научного метода, то само его применение не гарантирует выработку новых научных познаний. Только сталкиваясь с аномалиями и необъяснимыми явлениям, ученые могут двигаться вперед.

Методы эмпирического познания

Методы эмпирического познания включают в себя способы получения человеком знаний от непосредственно наблюдаемых и обрабатываемых человеческими органами чувств явлений. Основных способов получения таких знаний всего два:

• наблюдение (получение информации путем восприятия объектов исследования через органы чувств, при этом объекты наблюдаются в естественных для них условиях, без каких-либо вмешательств естествоиспытателя);
• эксперимент (воспроизводство опытов в управляемых условиях).

В отдельные научные методы выведены также два способа обработки человеком информации, полученной во время подготовки, проведения и изучения наблюдений и экспериментов:

• исследование;
• измерение.

Построение научного эксперимента

Экспериментирование – одно из самых увлекательных занятий для человека. Проводить опыты, направленные на получение определенных результатов, – эта деятельность сама по себе несет прогрессивный познавательный заряд.

Чтобы эксперименты могли называться научными, человек должен строить их по определенному принципу:

• Для начала естествоиспытатель собирает информацию о том или ином явлении, изучение которого потребовалось для рассмотрения определенной научной проблемы.
• Получив имеющуюся в системе научных знаний информацию о явлении (его характеристики, условия протекания, возможные результаты и т.д.), человек должен организовать наблюдение интересующих явлений в их естественных условиях воспроизводства. Если ученый хочет вырастить в экспериментальных условиях модифицированное растение, он должен наблюдать, и не раз, как похожие растения растут и развиваются в обычных условиях.
• Анализ полученных сведений и данных. Получив эмпирический опыт через наблюдение и имея информацию о явлении, которая уже находится в базе научных знаний, человек способен проанализировать, какие суждения-посылки могут лечь в основу будущего эксперимента для получения необходимых заключений о тех или иных исследуемых явлениях.

• Построение гипотезы. В этой части плана эксперимента подключаются уже теоретические методы познания, поскольку построение гипотез гносеология относит именно к теоретическому методу. Разрабатываемая гипотеза строит предположения, которые объясняют необходимые аспекты исследуемого явления.
• Выработка теории. Еще один метод, применяемый при проведении экспериментальных исследований. Теории строятся после непосредственной реализации эксперимента, когда сопоставляются данные, полученные на всех предыдущих этапах, и объясняется феномен, который лежит в основе того или иного явления. Так, например, в основе явления потребления растениями углекислого газа лежит феномен фотосинтеза. И это человек может подтвердить экспериментально.

Теоретические методы

Теоретический научный метод лежит в основе всех научных исследований. Без него невозможно получить хоть какое-то знание из сведений, добытых эмпирическим путем.

Без теоретической обработки эмпирические данные – это только набор статистической информации о свойствах и процессах.

В теоретическом методе заключена рациональная составляющая естественнонаучного познания. Теоретический метод представляет собой способ построения рассуждений о предмете исследований.

Основными теоретическими методами научного познания, используемыми человеком, являются:

1. Формализация (передача размышлений, касающихся исследуемого явления, в терминах и понятиях, определенных и признанных научным сообществом). В результате формализации отображается не субъективный опыт человека, а строится определенная абстрактная модель исследуемого явления.
2. Аксиоматизация. Применение при построении гипотез и теорий утверждений, которые относятся к числу априорных истин. Тех, которые и не требуют дополнительных доказательств в рамках проводимых исследований. Например, при постановке научных опытов человек не доказывает, что температура кипения воды зависит от давления, даже если эти два явления используются в проводимых исследованиях.
3. Абстрагирование. Необходимость при исследованиях отбросить все те свойства объекта или явления, которые несущественны в данном исследовании и не могут повлиять на его результаты. Человек всегда очень осторожно подходит к этому научному методу, поскольку при современных исследованиях в очень тонких сферах каждое не воспринятое отклонение может стать причиной крупного научного упущения.
4. Анализ. Дробление предмета исследования на более мелкие составные части (признаки, формы, свойства, связи и т.д.). Изучая каждый отдельно взятый аспект одного явления, человек получает подробные сведения об исследуемом явлении и, совмещая полученные при изучении знания, прийти к полезным выводам. Такое совмещение фактически перетекает в следующий научный метод – синтез.
5. Индукция, дедукция, аналогия – три способа построения умозаключений, взятые наукой из логики. Каждый из этих методов характеризует соотношение между рассуждениями-посылками для получения необходимых выводов. Так, дедукция характеризуется тем, что из рассуждений-посылок, относящихся к общим научным знаниям, человек производит определенные выводы для частных случаев. Индукция, наоборот, из частных случаев выводит общие закономерности. Аналогия предусматривает получение выводов на исследовании сходств и различий тех или иных явлений. Так, если одни признаки изучаемого явления имеют определенные сходства, значит, можно эти явления проверять и на наличие других сходств.

Метод есть совокупность правил, приемов познавательной и практической деятельности, обусловленных природой и закономерностями исследуемого объекта.

Современная система методов познания отличается высокой сложностью и дифференцированностью. Наиболее простая классификация методов познания предполагает их разделение на всеобщие, общенаучные, конкретно-научные.

1. Всеобщие методы характеризуют приемы и способы иссле­дования на всех уровнях научного познания. К ним относятся методы анализа, синтеза, ин­дукции, дедукции, сравнения, идеализации и т.д. Эти методы настолько универсальны, что работают даже на уровне обыденного сознания.

Анализ представляет собой процедуру мысленного (или реального) расчленения, разложения объекта на составные элементы в целях выявления их сис­темных свойств и отношений.

Синтез - операция соединения выделенных в анализе элементов изучаемого объекта в единое целое.

Индукция - способ рассуждения или метод получения знания, при котором общий вывод делается на основе обобщения частных посылок. Индукция может быть полной и неполной. Пол­ная индукция возможна тогда, когда посылки охватывают все яв­ления того или иного класса. Однако такие случаи встречаются редко. Невозможность учесть все явления данного класса заставля­ет использовать неполную индукцию, конечные выводы которой, не имеют строго однозначного характера.

Дедукция - способ рассуждения или метод движения знания от общего к частному, т.е. процесс логического перехода от об­щих посылок к заключениям о частных случаях. Дедуктивный метод может давать строгое, досто­верное знание при условии истинности общих посылок и соблю­дении правил логического вывода.

Аналогия - прием познания, при котором наличие сходства признаков нетождественных объектов, позволяет предположить их сходство и в других признаках. Так, обнаруженные при изучении света явления интерференции и дифракции позво­лили сделать вывод о его волновой природе, поскольку раньше те же свойства были зафиксированы у звука, волновой характер которого был уже точно установлен. Аналогия - незаменимое средство наглядности, изобразительности мышления. Но еще Аристотель предупреждал, что «аналогия не есть доказательство»! Она может давать лишь предположительное знание.

Абстрагирование - прием мышления, заключающийся в от­влечении от несущественных, незначимых для субъекта познания свойств и отношений исследуемого объекта с одновременным выде­лением тех его свойств, которые представляются важными и суще­ственными в контексте исследования.

Идеализация – процесс мысленного создания понятий об идеализированных объектах, которые в реальном мире не существуют, но имеют прообраз. Примеры: идеальный газ, абсолютно черное тело.

2. Общенаучные методы – моделирование, наблюдение, эксперимент.

Исходным методом научного познания считается наблюдение , т.е. преднамеренное и целенаправленное изучение объектов, опи­рающееся на чувственные способности человека - ощущения и восприятия. В ходе наблюдения возможно получение информации лишь о внешних, поверхностных сторонах, качествах и признаках изучаемых объектов.

Итогом научных наблюдений всегда является описание иссле­дуемого объекта, фиксируемое в виде текстов, рисунков, схем, графиков, диаграмм и т.д. С развитием науки наблюдение стано­вится все более сложным и опосредованным путем использова­ния различных технических устройств, приборов, измерительных инструментов.

Еще одним важнейшим методом естественнонаучного позна­ния является эксперимент . Эксперимент - способ активного, целенаправленного исследования объектов в контро­лируемых и управляемых условиях. Эксперимент включает про­цедуры наблюдения и измерения, однако не сводится к ним. Ведь экспериментатор имеет возможность подбирать необходимые ус­ловия наблюдения, комбинировать и варьировать их, добиваясь «чистоты» проявления изучаемых свойств, а также вмешиваться в «естественное» течение исследуемых процессов и даже искусст­венно их воспроизводить.

Главной задачей эксперимента, как правило, является предсказание теории. Подобные эксперименты называют исследовательскими . Другой тип эксперимента - проверочный - предназначен для подтвержде­ния тех или иных теоретических предположений.

Моделирование - метод замещения изучаемого объекта по­добным ему по ряду интересующих исследователя свойств и ха­рактеристик. Данные, полученные при изучении модели, затем с некоторыми поправками переносятся на реальный объект. Моде­лирование применяется в основном тогда, когда прямое изучение объекта либо невозможно (очевидно, что феномен «ядерной зи­мы» в результате массированного применения ядерного оружия кроме как на модели лучше не испытывать), либо связано с не­померными усилиями и затратами. Последствия крупных вмеша­тельств в природные процессы (поворот рек, например) целесообразно сначала изучить на гидродинамических моделях, а потом уже экспериментировать с реальными природными объектами.

Моделирование - метод фактически универсальный. Он может использоваться в системах самых различных уровней. Обычно выделяют такие типы моделирования, как предметное, математическое, логическое, физическое, химическое и проч. Широчайшее распространение в современных условиях получи­ло компьютерное моделирование.

3. Конкретно-научные методы представляют собой системы сформулированных принципов конкретных научных теорий. Н: психоаналитический метод в психологии, метод морфофизиологических индикаторов в биологии и т.д.

Методы естественнонаучного познания 1 страница

Большое значение для понимания научного познания имеет анализ средств получения и хранения знания. Средства получения знания и есть методы научного познания. Что же такое метод?

Понятие метод (от греч. «методос» - путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности.

В литературе существуют равные определения метода. Мы будем использовать то, которое, на наш взгляд, подходит к анализу естествознания. Метод - это способ действия субъекта, направленный на теоретическое и практическое овладение объектом.

Под субъектом в широком смысле слова понимается все человечество в его развитии. В узком смысле слова субъект - это отдельная личность, вооруженная знаниями и средствами познания своей эпохи.

Метод вооружает человека системой принципов, требований, правил, руководствуясь которыми он может достичь намеченной цели. Владение методом означает для человека знание того, каким образом, в какой последовательности совершать те или иные действия для решения тех или иных задач, и умение применять это знание на практике.

Учение о методе начало развиваться еще в науке Нового времени. Ее представители считали правильный метод ориентиром в движении к надежному, истинному знанию. Так, видный философ XVII века Ф. Бэкон сравнивал метод познания с фонарем, освещающим дорогу путнику, идущему в темноте. А другой известный ученый и философ того же периода Р. Декарт изложил свое понимание метода следующим образом: «Под методом я разумею точные и простые правила, строгое соблюдение которых... без лишней траты умственных сил, но постепенно и непрерывно увеличивая знания, способствует тому, что ум достигает истинного познания всего, что ему доступно».

Существует целая область знания, которая специально занимается изучением методов и которую принято именовать методологией. Методология дословно означает «учение о методах» (ибо происходит этот термин от двух греческих слов: «методос» - метод и «логос» - учение). Изучая закономерности человеческой познавательной деятельности, методология вырабатывает на этой основе методы ее осуществления. Важнейшей задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

Методы научного познания принято подразделять по степени их общности, т. е. по широте применимости в процессе научного исследования.

Всеобщих методов в истории познания известно два: диалектический и метафизический.Это общефилософские методы. Метафизический метод с середины XIX века начал все больше и больше вытесняться из естествознания диалектическим методом.

Вторую группу методов познания составляют общенаучные методы, которые используются в самых различных областях науки, т. е. имеют весьма широкий междисциплинарный спектр применения. Классификация общенаучных методов тесно связана с понятием уровней научного познания.

Различают два уровня научного познания: эмпирический и теоретический.Одни общенаучные методы применяются только на эмпирическом уровне (наблюдение - целенаправленное восприятие явлений объективной действительности; описание - фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах; измерение - сравнение объектов по каким-либо сходным свойствам или сторонам; эксперимент-наблюдение в специально создаваемых и контролируемых условиях, что позволяет восстановить ход явления при повторении условий), другие - только на теоретическом (идеализация, формализация), а некоторые (например, моделирование) - как на эмпирическом, так и на теоретическом уровнях.

Эмпирический уровень научного познания характеризуется непосредственным исследованием реально существующих, чувственно воспринимаемых объектов. На этом уровне осуществляется процесс накопления информации об исследуемых объектах, явлениях путем проведения наблюдений, выполнения разнообразных измерений, постановки экспериментов. Здесь производится также первичная систематизация получаемых фактических данных в виде таблиц, схем, графиков и т. п. Кроме того, уже на втором уровне научного познания как следствие обобщения научных фактов - возможно формулирование некоторых эмпирических закономерностей.

Теоретический уровень научного исследования осуществляется на рациональной (логической) ступени познания. На данном уровне происходит раскрытие наиболее глубоких, существенных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам, явлениям. Теоретический уровень - более высокая ступень в научном познании. Результатами теоретического познания становятся гипотезы, теории, законы.

Выделяя в научном исследовании указанные два различных уровня, не следует, однако, их отрывать друг от друга и противопоставлять. Ведь эмпирический и теоретический уровни познания взаимосвязаны между собой. Эмпирический уровень выступает в качестве основы, фундамента теоретического осмысления научных фактов, статистических данных, получаемых на эмпирическом уровне. К тому же теоретическое мышление неизбежно опирается на чувственно-наглядные образы (в том числе схемы, графики и т. п.), с которыми имеет дело эмпирический уровень исследования.

В свою очередь, эмпирический уровень научного познания не может существовать без достижений теоретического уровня. Эмпирическое исследование обычно опирается на определенную теоретическую конструкцию, которая определяет направление этого исследования, обусловливает и обосновывает применяемые при этом методы.

К всеобщим методам, применяемым не только в науке, но и в других отраслях человеческой деятельности относятся:

анализ - расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства или отношения) с целью их всестороннего изучения;

синтез - соединение ранее выделенных частей предмета в единое целое;

абстрагирование - отвлечение от ряда несущественных для данного исследования свойств и отношений изучаемого явления с одновременным выделением интересующих нас свойств и отношений;

обобщение - прием мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объектов;

индукция - метод исследования и способ рассуждения, в котором общий вывод строится на основе частных посылок;

дедукция - способ рассуждения, посредством которого из общих посылок с необходимостью следует заключение частного характера;

аналогия - прием познания, при котором на основе сходства объектов в одних признаках заключают об их сходстве и в других признаках;

моделирование - изучение объекта (оригинала) путем создания и исследования его копии (модели), замещающей оригинал с определенных сторон, интересующих исследователя;

классификация - разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким-либо важным для исследователя признаком (особенно часто используется в описательных науках- многих разделах биологии, геологии, географии, кристаллографии и т.п.).

К третьей группе методов научного познания относятся методы, используемые только в рамках исследований какой-то конкретной науки или какого-то конкретного явления. Такие методы именуются частнонаучными. Каждая частная наука (биология, химия, геология и т. д.) имеет свои специфические методы исследования.

При этом частнонаучные методы, как правило, содержат в различных сочетаниях те или иные общенаучные методы познания. В частнонаучных методах могут присутствовать наблюдения, измерения, индуктивные или дедуктивные умозаключения и т. д. Характер их сочетания и использования находится в зависимости от условий исследования, природы изучаемых объектов. Таким образом, частнонаучные методы не оторваны от общенаучных. Они тесно связаны с ними, включают в себя специфическое применение общенаучных познавательных приемов для изучения конкретной области объективного мира.

Частнонаучные методы связаны и с всеобщим диалектическим методом, который как бы преломляется через них. Например, всеобщий диалектический принцип развития проявился в биологии в виде открытого Ч. Дарвином естественноисторического закона эволюции животных и растительных видов.

Большое значение в современной науке приобрели статистические методы, позволяющие определять средние значения, характеризующие всю совокупность изучаемых предметов. «Применяя статистический метод, мы не можем предсказать поведение отдельного индивидуума совокупности. Мы можем только предсказать вероятность того, что он будет вести себя некоторым определенным образом.

Статистические законы можно применять только к системам с большим количеством элементов, но не к отдельным индивидуумам, или объектам.

Характерной особенностью современного естествознания является также то, что методы исследования все в большей степени влияют на его результат (так называемая «проблема прибора» в квантовой механике).

Необходимо добавить, что любой метод сам по себе еще не предопределяет успеха в познании тех или иных сторон материальной действительности. Важно еще умение правильно применять научный метод в процессе познания.

1.3 Структура естественнонаучного познания

Структура научного исследования представляет собой в широком смысле способ научного познания или научный метод как таковой.

Итак, мы начали научное исследование, мы зафиксировали первый эмпирический факт, который, и стал научным фактом.

Эти факты сопровождаются наблюдением, и в некоторых областях естествознания этот метод остается единственным и главным эмпирическим методом исследования. Например, в астрономии.

Мы можем ускорить исследование, т.е. провести эксперимент, испытать объект исследований. Особенность научного эксперимента заключается в том, что его может воспроизвести каждый исследователь в любое время.

Во время эксперимента стоит задуматься, есть ли что-либо общее в поведении объектов, которые на первый взгляд ведут себя совершенно различно? Найти аналогии в различиях - необходимый этап научного исследования.

Не над всеми телами можно провести эксперимент. Например, небесные светила можно только наблюдать. Но мы можем объяснить их поведение действием тех же самых сил, направленных не только в сторону Земли, но и от нее. Различие в поведении, таким образом, можно объяснить количеством силы, определяющей взаимодействие двух или нескольких тел.

Если мы все-таки считаем эксперимент необходимым, то можем провести его на моделях, т.е. на телах, размеры и масса которых пропорционально уменьшены по сравнению с реальными телами. Результаты модельных экспериментов можно считать пропорциональными результатам взаимодействия реальных тел.

Помимо модельного эксперимента, возможен мысленный эксперимент. Для этого понадобится представить себе тела, которых вообще не существует в реальности, и провести над ними эксперимент в уме.

В современной науке надо быть готовым к идеализированным экспериментам, т.е. мысленным экспериментам с применением идеализации, с которых (а именно, экспериментов Галилея) и началась физика Нового времени. Представление и воображение (создание и использование образов) имеет в науке большое значение, но в отличие от искусства это - не конечная, а промежуточная цель исследования. Главная цель науки - выдвижение гипотез и теория как эмпирически подтвержденная гипотеза.

Понятия играют в науке особую роль. Еще Аристотель считал, что, описывая сущность, на которую указывает термин, мы объясняем его значение. А его имя - знак вещи. Таким образом, объяснение термина (а это и представляет собой определение понятия) позволяет понять данную вещь в ее глубочайшей сущности («понятие» и «понять» - однокоренные слова). Научные термины и знаки не что иное, как условные сокращения записей, которые иначе заняли бы гораздо больше места.

Формирование понятий относится к следующему уровню исследований, который является не эмпирическим, а теоретическим. Но прежде мы должны записать результаты эмпирических исследований, с тем, чтобы каждый желающий мог их проверить и убедиться в их правильности.

На основании эмпирических исследований могут быть сделаны эмпирические обобщения, которые имеют значение сами по себе. В науках, которые называют эмпирическими, или описательными, как, скажем, геология, эмпирические обобщения завершают исследование; в экспериментальных, теоретических науках это только начало. Чтобы двинуться дальше, нужно придумать удовлетворительную гипотезу, объясняющую явление. Самих по себе эмпирических фактов для этого недостаточно. Необходимо все предшествующее знание.

На теоретическом уровне, помимо эмпирических фактов, требуются понятия, которые создаются заново или берутся из других (преимущественно ближайших) разделов науки. Эти понятия должны быть определены и представлены в краткой форме в виде слов (называемых в науке терминами) или знаков (в том числе математических), которые имеют каждый строго фиксированное значение.

При выдвижении какой-либо гипотезы принимается во внимание не только ее соответствие эмпирическим данным, но и некоторые методологические принципы, получившие название критериев простоты, красоты, экономии мышления и т.п.

После выдвижения определенной гипотезы (научного предположения, объясняющего причины данной совокупности явлений) исследование опять возвращается на эмпирический уровень для ее проверки. При проверке научной гипотезы должны проводиться новые эксперименты, задающие природе новые вопросы, исходя из сформулированной гипотезы. Цель - проверка следствий из этой гипотезы, о которых ничего не было известно до ее выдвижения.

Если гипотеза выдерживает эмпирическую проверку, то она приобретает статус закона (или, в более слабой форме, закономерности) природы. Если нет - считается опровергнутой, и поиски иной, более приемлемой, продолжаются. Научное предположение остается, таким образом, гипотезой до тех пор, пока еще не ясно, подтверждается она эмпирически или нет. Стадия гипотезы не может быть в науке окончательной, поскольку все научные положения в принципе эмпирически опровергаемы, и гипотеза рано или поздно или становится законом или отвергается.

Проверочные эксперименты ставятся таким образом, чтобы не столько подтвердить, сколько опровергнуть данную гипотезу. Эксперимент, который направлен на опровержение данной гипотезы, носит название решающего эксперимента. Именно он наиболее важен для принятия или отклонения гипотезы, так как одного его достаточно для признания гипотезы ложной.

Естественные законы описывают неизменные регулярности, которые либо есть, либо нет. Их свойствами являются периодичность и всеобщность какого-либо класса явлений, т.е. необходимость их возникновения при определенных точно формулируемых условиях.

Итак, естествознание изучает мир с целью творения законов его функционирования, как продуктов человеческой деятельности, отражающих периодически повторяющиеся факты действительности.

Совокупность нескольких законов, относящихся к одной области познания, называется теорией. В случае, если теория в целом не получает убедительного эмпирического подтверждения, она может быть дополнена новыми гипотезами, которых, однако, не должно быть слишком много, так как это подрывает доверие к теории.

Подтвержденная на практике теория считается истинной вплоть до того момента, когда будет предложена новая теория, лучше объясняющая известные эмпирические факты, а также новые эмпирические факты, которые стали известны уже после принятия данной теории и оказались противоречащими ей.

Итак, наука строится из наблюдений, экспериментов, гипотез, теорий и аргументации. Наука в содержательном плане - это совокупность эмпирических обобщений и теорий, подтверждаемых наблюдением и экспериментом. Причем творческий процесс создания теорий и аргументации в их поддержку играет в науке не меньшую роль, чем наблюдение и эксперимент.

Схематично структуру научного познания можно представить следующим образом:

Эмпирический факт → научный факт → наблюдение → реальный эксперимент → модельный эксперимент → мысленный эксперимент → фиксация результатов эмпирического уровня исследований → эмпирическое обобщение → использование имеющегося теоретического знания → образ → формулирование гипотезы → проверка ее на опыте → формулирование новых понятий → введение терминов и знаков → определение их значения → выведение закона → создание теории → проверка ее на опыте → принятие в случае необходимости дополнительных гипотез.

Что интересует естествознание? Проблемы, которые возникают в этой весьма обширной области познания самые разнообразные - от устройства и происхождения Вселенной до познания молекулярных механизмов существования уникального Земного явления - Жизни.

А как называют ученых, работающих в области естествознания? В далекие времена Аристотель (384-322 до н.э.) называл их физиками или физиологами, ибо древнегреческое слово физис, очень близкое русскому слову природа, первоначально означало происхождение, создание.

В настоящее время спектр научных исследований в естествознании необыкновенно широк. В систему естественных наук, помимо основных наук: физики, химии и биологии включаются также и множество других - география, геология, астрономия, и даже науки, стоящие на границе между естественными и гуманитарными науками - например, психология. Целью психологов является изучение поведения человека и животных. С одной стороны, психология опирается на научные достижения биологов, работающих в области физиологии высшей нервной деятельности и наблюдающих за деятельностью мозга. С другой стороны, эта наука занимается и социальными, т. е. общественными явлениями, привлекая знания из области социологии. Социальная психология, например, исследует взаимоотношения групп людей в обществе. Психология, аккумулируя знания всех естественных наук, представляет собой как бы мостик, перекинутый от высшей ступеньки естественного знания к наукам, целью познания которых являются Человек и Общество.

Изучая гуманитарные науки, студенты должны представлять их взаимосвязь с науками, изучающими Природу. Экономистам не обойтись без знания географии и математики, философам - без основ натурфилософии; социологи взаимодействуют с психологами, а реставраторы старинных картин прибегают к помощи современной химии и т. д. Таких примеров можно привести бесчисленное множество.

Существует два широко распространенных определения понятия естествознания.

1). Естествознание - это наука о Природе как единой целостности. 2). Естествознание - это совокупность наук о Природе, рассматриваемых как единое целое.

Отличием естествознания как науки от специальных естественных наук является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, "выискивая" наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривает Природу как бы сверху. Естествознание, признавая специфику, входящих в него наук, в то же время имеет своей главной целью исследование Природы как единого целого.

Зачем же следует изучать естествознание? Для того чтобы четко представить себе подлинное единство Природы, то единое основание, на котором построено все разнообразие предметов и явлений Природы и из которого вытекают основные законы, связывающие микро- и макромиры: Землю и Космос, физические и химические явления между собой, жизнью, разумом. Изучая отдельные естественные науки, невозможно познать Природу как единое целое. Поэтому изучение предметов по отдельности - физики, химии и биологии, - является лишь первой ступенькой к познанию Природы во всей ее целостности, т.е. познанию ее законов с общей естественнонаучной позиции. Отсюда вытекают и цели естествознания, которые представляют собой двойную задачу.

Цели естествознания:

1. Выявление скрытых связей, создающих органическое единство всех физических, химических и биологических явлений.

2. Более глубокое и точное познание самих этих явлений.

Единство объектов исследования приводит к тому, что появляются новые, так называемые междисциплинарные науки, стоящие на стыке нескольких традиционных естественных наук. Среди них - биофизика, физическая химия, физико-химическая биология, психофизика и т.д.

Тенденции такого единения или интеграции естественнонаучных знаний стали проявляться очень давно. Еще в 1747-1752 годах М. В. Ломоносов (1711-1765) обосновал необходимость привлечения физики для объяснения химических явлений. Он придумал имя для новой науки, назвав ее физической химией.

Кроме физики, химии и биологии к естественным наукам относятся и другие, например, геология и география, которые имеют комплексный характер. Геология изучает состав и строение нашей планеты в их эволюции на протяжении миллиардов лет. Ее основные разделы - минералогия, петрография, вулканология, тектоника и т.д. - это производные от кристаллографии, кристаллофизики, геофизики, геохимии и биогеохимии. Также и география "пропитана" физическими, химическими и биологическими знаниями, которые в разной степени проявляются в таких ее основных разделах, как: физическая география, география почв и т.д. Таким образом, все исследования Природы сегодня можно представить в виде огромной сети, связывающей многочисленные ответвления физических, химических и биологических наук.

2.2 Тенденции развития современного естествознания

Интеграция науки, появление новых смежных дисциплин в естествознании - все это знаменует собой нынешний этап развития науки. Всего же (с точки зрения истории науки) человечество в своем познании Природы прошло три стадии и вступает в четвертую.

На первой из них сформировались общие представления об окружающем мире как о чем-то целом, едином. Появилась так называемая натурфилософия, которая была вместилищем идей и догадок. Так продолжалось до XV столетия.

С XV-XVI веков началась аналитическая стадия, т.е. расчленение и выделение частностей, приведших к возникновению и развитию физики, химии и биологии, а также целого ряда других, более частных естественных наук.

Наконец, в настоящее время делаются попытки обосновать принципиальную целостность всего естествознания и ответить на вопрос: почему именно физика, химия, биология и психология стали основными и как бы самостоятельными разделами науки о Природе?

Происходит также и дифференциация науки, т.е. создание узких областей какой-либо науки, однако, общая тенденция идет именно к интеграции науки. Поэтому последнюю стадию (четвертую) начинающую осуществляться, называют интегрально-дифференциальной.

В настоящее время нет ни одной области естественно - научных исследований, которые относились бы исключительно к физике, химии или биологии в чистом виде. Все эти науки "пронизаны" общими для них законами Природы.

1.3. Математика - универсальный язык точного естествознания

Выдающийся итальянский физик и астроном, один из создателей точного естествознания Галилео Галилей (1564-1642) сказал: "Тот, кто хочет решать вопросы естественных наук без помощи математики, ставит неразрешимую задачу. Следует измерять то, что измеримо, и делать измеримым то, что таковым не является".

Необходимая для точного естествознания математика начинается с простейшего счета и со всевозможных простейших измерений. По мере своего развития точное естествознание использует все более совершенный математический арсенал так называемой высшей математики.

Математика, как логический вывод и средство познания Природы, - творение древних греков, которым они начали всерьез заниматься за шесть веков до нашей эры. Начиная с VI в. до н.э. у греков сложилось понимание того, что Природа устроена рационально, а все явления протекают по точному плану, - "математическому".

Немецкий философ Иммануил Кант (1724-1804) утверждал в своих "Метафизических началах естествознания", что: "В любом частном учении о природе можно найти науки в собственном смысле (т.е. чистой, фундаментальной) лишь столько, сколько имеется в ней математики". Здесь стоит привести и высказывание Карла Маркса (1818-1883) о том, что: "Наука только тогда достигает совершенства, когда ей удается пользоваться математикой".

При работе над общей теорией относительности, да и в дальнейшем, А.Эйнштейн (1879-1955) непрерывно совершенствовался в изучении и применении математики, причем самых новейших и сложных ее разделов.

Из всех высказываний великих людей следует, что математика - это "цемент", который связывает воедино науки, входящие в естествознание и позволяет взглянуть на него как на целостную науку.

3 Этапы развития естествознания

3.1 Попытка научной систематизации картины мира. Естественнонаучная революция Аристотеля

Усвоить естествознание легче, исследуя его развитие во времени. Дело в том, что в систему современного естествознания, наряду с новыми науками о Природе, входят и такие исторические области знаний, как древнегреческая натурфилософия, естествознание Средневековья, наука Нового времени и классическое естествознание до начала XX века. Это поистине бездонная сокровищница всех знаний, приобретенных человечеством за долгие годы своего существования на нашей планете.

Попытка понять и объяснить мир без привлечения таинственных сил была впервые предпринята древними греками. В VII-VI в.в. до н.э. в Древней Греции появились первые научные учреждения: академия Платона, лицей Аристотеля, Александрийский музей. Именно в Греции была впервые выдвинута идея о единой материальной основе мира и его развитии. Самой гениальной была идея атомистического строения материи, впервые высказанная Левкиппом (500-400 до н.э.) и развитая его учеником Демокритом (460-370 до н.э.).

Суть учения Демокрита сводится к следующему:

1. Не существует ничего, кроме атомов и чистого пространства (т.е. пустоты, небытия).

2. Атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме.

3. Из "ничего" не происходит ничего.

4. Ничто не совершается случайно, а только по какому-либо основанию и в связи с необходимостью.

5. Различие между вещами происходит от различия их атомов в числе, величине, форме и порядке.

Развивая учения Демокрита, Эпикур (341-270 до н.э.) пытался объяснить на основе атомных представлений все естественные, психические и социальные явления. Если суммировать все воззрения Демокрита и Эпикура, то, имея хорошее воображение, можно увидеть в их трудах зачатки атомной и молекулярно-кинетической теории. Учение древнегреческих атомистов дошло до нас через знаменитую поэму "О природе вещей" Лукреция (99-56 до н.э.).

По мере накопления знаний о мире задача их систематизации становилась все более актуальной. Эта задача была выполнена одним из величайших мыслителей древности, учеником Платона - Аристотелем (384-322 до н.э.). Аристотель был наставником Александра Македонского, вплоть до его смерти. Аристотелем было написано много работ. В одной из них - "Физике", он рассматривает вопросы о материи и движении, о пространстве и времени, о конечном и бесконечном, о существующих причинах.

В своей другой работе - "О небе" он привел два веских довода в пользу того, что Земля не плоская тарелка (как считали в то время), а круглый шар.

Во-первых, Аристотель догадался, что лунные затмения происходят тогда, когда Земля оказывается между Луной и Солнцем. Земля всегда отбрасывает на Луну круглую тень, а это может быть лишь в том случае, если Земля имеет форму шара.

Во-вторых, из опыта своих путешествий греки знали, что, в южных районах Полярная звезда на небе располагается ниже, чем в северных. Полярная звезда на Северном полюсе находится прямо над головой наблюдателя. Человеку же на экваторе кажется, что она располагается на линии горизонта. Зная разницу в кажущемся расположении Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель сумел вычислить длину экватора! Правда эта длина получилась несколько большей (примерно в два раза), но все равно в те времена это было крупное научное открытие.

Аристотель полагал, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна, планеты и звезды обращаются вокруг нее по круговым орбитам.

Интересно, что первые глобальные научные открытия были сделаны учеными не в земной области, а в области Вселенской, космической. Именно из этих астрономических знаний родилась новая картина строения Вселенной, разрушая все старые привычные представления об окружающем людей мире. Эти знания настолько изменили и само мировоззрение всех живших в то время людей, что силу их воздействия на умы можно сравнить разве что с революцией - резкой переменой взглядов на устройство мира. Такие "перевороты" в основах знаний в научном мире так и называются - естественнонаучные революции.

Каждая глобальная естественнонаучная революция начинается именно с астрономии (величайший пример - создание теории относительности). Решая чисто астрономические проблемы, ученые начинают ясно понимать, что у современной науки нет достаточных оснований для ее объяснения. Далее начинается радикальный пересмотр всех имеющихся космологических представлений о мире и о Вселенной в целом. Завершается естественнонаучная революция (если дело доходит до этого) возведением нового физического фундамента под новые, радикально пересмотренные космологические представления обо всем мироздании.

Методы и приемы естественно-научных исследований

Понятие методологии и метода

В современном понимании методология – учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности. В частности, методология естествознания – это учение о принципах построения, формах и способах естественно-научного познания.

Метод – это совокупность приемов, или операций, практической или теоретической деятельности.

Метод неразрывно связан с теорией: любая система объективного знания может стать методом. Неразрывная связь метода и теории выражается в методологической роли естественно-научных законов. Например, законы сохранения в естествознании составляют методологический принцип, требующий неукоснительного соблюдения при соответствующих теоретических операциях; рефлекторная теория высшей нервной деятельности служит одним из методов исследования поведения животных и человека.

Характеризуя роль правильного метода в научном познании, Ф. Бэкон сравнивал его со светильником, освещающим путнику дорогу в темноте. Нельзя рассчитывать на успех в изучении какого-либо вопроса, идя ложным путем.

Метод сам по себе не предопределяет полностью успеха в естественно-научном исследовании действительности: важен не только хороший метод, но и мастерство его применения.

Различные методы отраслей естествознания: физики, химии, биологии и т. п. являются частными по отношению к общему диалектическому методу познания. Каждая отрасль естествознания, имея свой предмет изучения и свои теоретические принципы, применяет свои специальные методы, вытекающие из того или иного понимания сущности ее объекта. Применяемые специальные методы, например, в археологии или географии, обычно не выходят за пределы данных наук, В то же время физические и химические методы применяются не только в физике и химии, но и в астрономии, биологии, археологии. Применение метода какой-либо отрасли науки в других ее отраслях осуществляется в силу того, что их объекты подчиняются законам этой науки. Например, физические и химические методы применяются в биологии на том основании, что объекты биологического исследования включают в себя в том или ином виде физические и химические формы движения материи.

Сравнение, анализ и синтез

Еще древние мыслители утверждали: сравнение – мать познания. Народ метко выразил это в пословице: «Не узнав горя, не узнаешь и радости». Нельзя узнать, что такое хорошо, не зная плохого, нельзя понять малого без большого и т. п. Все познается в сравнении.

Чтобы узнать, что представляет собой тот или иной предмет, необходимо прежде всего выяснить, в чем он сходен с другими предметами и чем отличается от них. Например, для определения массы какого-либо тела необходимо сравнить ее с массой другого тела, принятого за эталон, т. е. за образец меры. Такой процесс сравнения осуществляется путем взвешивания на весах.

Сравнение есть установление сходства и различия объектов. Сравнение лежит в основе многих естественно-научных измерений, составляющих неотъемлемую часть любых экспериментов.

Сравнивая объекты между собой, человек получает возможность правильно познавать их и тем самым правильно ориентироваться в окружающем мире, целенаправленно воздействовать на него. Будучи необходимым приемом познания, сравнение играет важную роль в практической деятельности человека и в естественно-научном исследовании, когда сравниваются действительно однородные и близкие по своей сущности объекты. Нет смысла сравнивать, как говорят, фунты с аршинами.

Сравнение как весьма общий прием познания часто выступает в различных отраслях естествознания как сравнительный метод.

Процесс естественно-научного познания совершается так, что мы сначала наблюдаем общую картину изучаемого объекта, при которой частности остаются в тени. При таком наблюдении нельзя познать внутреннюю структуру объекта. Для ее изучения мы должны расчленить изучаемые объекты. Анализ представляет собой мысленное или реальное разложение объекта на составляющие его части. Будучи необходимым приемом познания, анализ – также и один из элементов процесса познания.

Невозможно познать сущность объекта, только разлагая его на элементы, из которых он состоит: химик, по словам Гегеля, помещает мясо в свою реторту, подвергает его разнообразным операциям и затем говорит: я нашел, что он состоит из кислорода, углерода, водорода и т. д. Но эти вещи уже не есть мясо. В каждой отрасли естествознания есть как бы свой предел членения объекта, за которым наблюдается иной мир свойств и закономерностей.

Когда путем анализа частности достаточно изучены, наступает следующая стадия познания – синтез – объединение в единое целое расчлененных анализом элементов.

Анализ фиксирует в основном то специфическое, что отличает части друг от друга. Синтез вскрывает то общее, что связывает части в единое целое.

Человек разлагает объект на составные части для того, чтобы сначала обнаружить сами части, узнать, из чего состоит целое, а затем рассмотреть его как состоящее из частей, каждая из которых уже обследована в отдельности. Анализ и синтез находятся в диалектическом единстве между собой: в каждом своем движении наше мышление столь же аналитично, сколь и синтетично.

Анализ и синтез берут свое начало в практической деятельности человека, в его труде. Человек научился мысленно анализировать и синтезировать лишь на основе практического расчленения, разрубания, размалывания, соединения, составления предметов при изготовлении орудий труда, одежды, жилища и т. п. Лишь постепенно осмысливая то, что происходит с объектом при выполнении практических действий с ним, человек учился мысленно анализировать и синтезировать. Анализ и синтез – основные приемы мышления: процессы разъединения и соединения, разрушения и созидания, разложения и соединения: тела отталкиваются и притягиваются; химические элементы вступают в связь и разъединяются; в живом организме непрерывно осуществляются процессы ассимиляции и диссимиляции; в производстве происходит расчленение чего-либо для созидания продукта труда, нужного обществу.

Абстрагирование, идеализация и обобщение

Каждый изучаемый объект характеризуется множеством свойств и связан множеством нитей с другими объектами. В процессе естественно-научного познания возникает необходимость сконцентрировать внимание на одной какой-либо стороне или свойстве изучаемого объекта и отвлечься от ряда других его качеств или свойств.

Абстрагирование – мысленное выделение какого-либо предмета, в отвлечении от его связей с другими предметами, какого-либо свойства предмета в отвлечении от других его свойств, какого-либо отношения предметов в отвлечении от самих предметов. Первоначально абстрагирование выражалось в выделении руками, взором, орудиями труда одних предметов и отвлечении от других. Об этом свидетельствует и происхождение самого слова «абстрактный» – от латинского глагола «tagere» (тащить) и приставки «ab» (в сторону). Да и русское слово «отвлеченный» происходит от глагола «волочь» (тащить).

Абстрагирование составляет необходимое условие возникновения и развития любой науки и человеческого познания вообще. Вопрос о том, что в объективной действительности выделяется абстрагирующей работой мышления и от чего мышление отвлекается, в каждом конкретном случае решается в прямой зависимости от природы изучаемого объекта и тех задач, которые ставятся перед исследователем. Например, в математике многие задачи решаются с помощью уравнений без рассмотрения конкретных вещей, стоящих за ними. Числам нет дела до того, что стоит за ними: люди или животные, растения или минералы. В этом и состоит великая сила математики, а вместе с тем и ее ограниченность.

Для механики, изучающей перемещение тел в пространстве, безразличны физико-кинетические свойства тел, кроме массы. И. Кеплеру были неважны красноватый цвет Марса или температура Солнца для установления законов обращения планет. Когда Луи де Бройль искал связь между свойствами электрона как частицы и как волны, он имел право не интересоваться никакими другими характеристиками этой частицы.

Абстрагирование – это движение мысли вглубь предмета, выделение его существенных элементов. Например, чтобы данное свойство объекта рассматривалось как химическое, необходимо отвлечение, абстракция. В самом деле, к химическим свойствам вещества не относится изменение его формы, поэтому химик исследует медь, отвлекаясь от того, что именно из нее изготовлено.

В живой ткани логического мышления абстракции позволяют воспроизвести более глубокую и точную картину мира, чем это можно сделать с помощью восприятий.

Важным приемом естественно-научного познания мира является идеализация как специфический вид абстрагирования. Идеализация – это мыслительное образование абстрактных объектов, не существующих и неосуществимых в действительности, но для которых имеются прообразы в реальном мире. Идеализация – это процесс образования понятий, реальные прототипы которых могут быть указаны лишь с той или иной степенью приближения. Примеры идеализированных понятий: «точка», т. е. объект, который не имеет ни длины, ни высоты, ни ширины; «прямая линия», «окружность», «точечный электрический заряд», «идеальный газ», «абсолютно черное тело» и др.

Введение в естественно-научный процесс исследования идеализированных объектов позволяет осуществить построение абстрактных схем реальных процессов, необходимых для более глубокого проникновения в закономерности их протекания.

Важной задачей естественно-научного познания является обобщение – процесс мысленного перехода от единичного к общему, от менее общего к более общему.

Например, мысленный переход от понятия «треугольник» к понятию «многоугольник», от понятия «механическая форма движения материи» к понятию «форма движения материи», от суждения «этот металл электропроводен» к суждению «все металлы электропроводны», от суждения «механическая форма энергии превращается в тепловую» к суждению «всякая форма энергии превращается в иную форму энергии» и т. п.

Мысленный переход от более общего к менее общему есть процесс ограничения. Процессы обобщения и ограничения неразрывно связаны между собой. Без обобщения нет теории. Теория создается для применения ее на практике к решению конкретных задач. Например, для измерения объектов, создания технических сооружений всегда необходим переход от более общего к менее общему и единичному, т. е. всегда необходим процесс ограничения.

Абстрактное и конкретное

Процесс естественно-научного познания осуществляется двумя взаимосвязанными путями: путем восхождения от конкретного, данного в восприятии и представлении, к абстракциям и путем восхождения от абстрактного к конкретному. На первом пути наглядное представление «испаряется» до степени абстракции, на втором пути мысль движется снова к конкретному знанию, но уже к богатой совокупности многочисленных определений. Под абстрактным понимается одностороннее, неполное отражение объекта в сознании. Конкретное же знание есть отражение реальной взаимосвязи элементов объекта в системе целого, рассмотрение его со всех сторон, в развитии, со всеми свойственными ему противоречиями.

Конкретное – результат научного исследования, отражение объективной действительности в системе понятий и категорий, теоретически осмысленное единство многообразного в объекте исследования. Методом теоретического познания объекта как целого является восхождение от абстрактного к конкретному.

Аналогия

В природе самого понимания фактов лежит аналогия, связывающая нити неизвестного с известным. Новое легче осмысливается и понимается через образы и понятия старого, известного. Аналогией называется вероятное, правдоподобное заключение о сходстве двух предметов в каком-либо признаке на основании установленного их сходства в других признаках. Заключение оказывается тем более правдоподобным, чем больше сходных признаков у сравниваемых предметов и чем эти признаки существеннее. Несмотря на то, что аналогии дают лишь вероятные заключения, они играют огромную роль в познании, так как ведут к образованию гипотез – научных догадок и предположений, которые в ходе последующего этапа исследований и доказательств могут превратиться в научные теории. Аналогия с тем, что нам известно, помогает понять то, что неизвестно. Аналогия с простым помогает понять более сложное. Так, по аналогии с искусственным отбором лучших пород домашних животных Ч. Дарвин открыл закон естественного отбора в животном и растительном мире. Аналогия с течением жидкости в трубке сыграла важную роль в появлении теории электрического тока. Аналогии с механизмом действия мышц, мозга, органов чувств животных и человека подтолкнули к изобретению многих технических сооружений: экскаваторов, роботов, логических машин и т. п.

Аналогия как метод чаще всего применяется в теории подобия, на которой основано моделирование.

Моделирование

В современной науке и технике все большее распространение получает метод моделирования, сущность которого заключается в воспроизведении свойств объекта познания на специально устроенном его аналоге – модели. Если модель имеет с оригиналом одинаковую физическую природу, то мы имеем дело с физическим моделированием. Модель может строиться по принципу математического моделирования, если она имеет иную природу, но ее функционирование описывается системой уравнений, тождественной той, которая описывает изучаемый оригинал.

Моделирование широко применяется потому, что оно позволяет исследовать процессы, характерные для оригинала, в отсутствии самого оригинала и в условиях, не требующих его наличия. Это часто бывает необходимо из-за неудобства исследования самого объекта и по другим соображениям: дороговизны, недоступности, трудности доставки, необозримости и т. п.

Ценность модели заключается в том, что ее значительно легче изготовить, с ней легче осуществить эксперименты, чем с оригиналом и т. д.

В последнее время активно разрабатываются электронные моделирующие устройства, в которых с помощью электронных процессов воспроизводится по заданной программе реальный процесс. Принцип моделирования составляет основу кибернетики. Моделирование применяется в расчетах траекторий баллистических ракет, в изучении режима работы машин и целых предприятий, в распределении материальных ресурсов и т. д.

Индукция и дедукция

В качестве метода естественно-научного исследования индукцию можно определить как процесс выведения общего положения из наблюдения ряда частных единичных фактов.

Обычно различают два основных вида индукции: полную и неполную. Полная индукция – вывод какого-либо общего суждения о всех объектах некоторого множества на основании рассмотрения каждого объекта данного множества. Сфера применения такой индукции ограничена объектами, число которых конечно. На практике чаще применяется форма индукции, которая предполагает вывод о всех объектах множества на основании познания лишь части объектов. Такие выводы неполной индукции часто носят вероятностный характер. Неполная индукция, основанная на экспериментальных исследованиях и включающая теоретическое обоснование, способна давать достоверное заключение. Она называется научной индукцией. По словам известного французского физика Луи де Бройля, индукция, поскольку она стремится раздвинуть уже существующие границы мысли, является истинным источником действительно научного прогресса. Великие открытия, скачки научной мысли вперед создаются в конечном счете индукцией – рискованным, но важным творческим методом.

Дедукция – это процесс аналитического рассуждения от общего к частному или менее общему. Началом (посылками) дедукции являются аксиомы, постулаты или просто гипотезы, имеющие характер общих утверждений, а концом – следствия из посылок, теорем. Если посылки дедукции истинны, то истинны и ее следствия. Дедукция – основное средство доказательства. Применение дедукции позволяет вывести из очевидных истин знания, которые уже не могут с непосредственной ясностью постигаться нашим умом, однако представляются в силу самого способа их получения вполне обоснованными и тем самым достоверными. Дедукция, проводящаяся по строгим правилам, не может приводить к заблуждениям.