Поняття методології і методики наукових досліджень

Процес пізнання, як основа будь-якогонаукового дослідження, є складним і вимагає концептуального підходу на основі певної методології, застосування певних методів.

Методологія походить від грецького слова methoges – пізнання і logos – вчення - це філософське вчення про методи пізнання.

Методологія – це концептуальний виклад мети, змісту, методів дослідження, які забезпечують отримання максимально об’єктивної, точної, систематизованої інформації про процеси і явища.

Предметом вивчення методології є методи науки, тобто способи дослідження явищ, які визначають підхід до їх вивчення, планомірний шлях їх пізнання та встановлення істини, а також сфера їх застосування.

Методологія може бути загальною і частковою.

Загальна методологія науки — це матеріалістична діалектика і теорія пізнання розвитку наукового знання в цілому. Часткова методологія базується на законах окремих наук, особливостях пізнання конкретних процесів. Вона виявляється в існуванні, з одного боку, теоретичних узагальнень і принципів цих наук, а з іншого — часткових методів дослідження.

Основні функції методології:

• визначення способів отримання наукових знань, які відображають динамічні процеси та явища;
• визначення певного шляху, на якому досягається науково-дослідна мета;
• забезпечення всебічності отримання інформації щодо процесу чи явища, що вивчається;
• введення нової інформації до фонду теорії науки;
• уточнення, збагачення, систематизація термінів і понять у науці;
• створення системи наукової інформації, яка базується на об’єктивних фактах, і логіко-аналітичного інструменту наукового пізнання

Наукова ідея – це форма думки, яка представляє собою нове пояснення явища. Вона виникає на основі наявних знань і практики, але виявляє не виявлені раніше закономірності.

Нова ідея змінює уявлення про предмет досліджень не в результаті точного обгрунтування – вона є якісним стрибком думки за межі чуттєвих даних і чітко обгрунтованих рішень. Наприклад, ідея, яка породила початок гідростатики, прийшла Архімеду під час купання у ванні. А виникненню у Ньютона ідеї гравітації допомогло яблуко, яке впало йому на голову.

Висунення нових ідей може також відбуватися під дією парадоксальних ситуацій – при отриманні дивного, несподіваного результату, який глибоко розходиться з загальноприйнятими положеннями науки – парадигмами. Наприклад, уявлення сучасників Демокріта про атом як неподільну частинку (парадигма) було спростовано таким експериментально доказаним фактом як його розпад (парадокс), і виникла нова парадигма – явище радіоактивності. Інший приклад: Земля нерухома (Птолемей) – Земля обертається навколо сонця (Коперник) – Сонце є центром планетарної системи.

Гіпотеза – це науково-обгрунтоване припущення про факт чи закономірний порядок, який безпосередньо не спостерігається, але може пояснити відому сукупність явищ.

Для того, щоб гіпотеза була науковою:

• повинна бути можливість її перевірити (хоча б у принципі); наслідки, виведені з неї шляхом логічної дедукції, повинні піддаватися дослідній перевірці і відповідати результатам експериментів; 
• мати достатнє узагальнення і силу передбачення – пояснювати не тільки ті явища, з розгляду яких вона виникла, але і всі пов’язані з ними явища; 
• повинна не мати внутрішніх протиріч. Така як з гіпотези, яка має внутрішні протиріччя, можна зробити різні висновки. 

Приклад.

Дві гіпотези протирічать різко одна другій, хоча вони можуть виражати крайні випадки однієї теорії. Така ситуація була у фізиці, коли були доказані наступні положення: “світло складається з частинок” і “світло має хвильову природу”.

Якщо гіпотеза підтверджується, вона перетворюється на теорію або закон.

Закон – це логічне, формалізоване та чітко сформульоване співвідношення між явищами об’єктивної дійсності, що характеризується як необхідне, істотне, стійке, повторюване та загальне. Формулювання закону є одним із щаблів у пізнанні людиною навколишнього світу, його сутності, єдності та взаємозв'язку. Але слід розуміти, що закон є досить абстрактним формулюванням, яке не може охопити всього різнобіччя дійсності.

Похідним від закону є поняття закономірності, певної впорядкованості подій, відносної постійності головних детермінуючих факторів. Іноді закономірності розглядають як сукупний результат дії багатьох законів. Можна також підходити до визначення цього поняття гносеологічно: закономірність як певна залежність між речами у процесі розвитку знань та набуття людиною конкретних і повніших відомостей переходить у категорію більш високого рівня — закон.

Принцип (від лат. рrinсіріит — початок, основа) за своєю сутністю є початком, базою, він лежить в основі певної сукупності фактів, теорій, наук. Будь-яка теоретична система знань ґрунтується на взаємопов'язаних принципах, основоположними з яких є принципи розвитку, збігу начала і самого принципу та ін. Зазвичай розрізняють принцип буття — те, що лежить в основі дійсності, і принцип пізнання — те, що покладено в основу розуміння, вивчення цієї дійсності. Принцип, таким чином, є центральним поняттям, основоположною ідеєю, яка формує всю систему знань та субординує її.

Важливими складовими знання є теореми і аксіоми — твердження про сутність і зв'язки предметів та явищ, що відрізняються характером дії і необхідністю теоретичного доведення. Аксіома (від гр.— значуще, гідне, прийнятне положення) — це твердження певної теорії, яке при її деструктивній побудові приймається без доведення як вірне вихідне положення та кладеться в основу доведення інших тверджень. Зазвичай це відомі та очевидні істини, правильність яких підтверджена практикою.

Аксіоми, як правило, повинні:

• бути достатніми для виведення всіх інших тверджень теорії;
• не виводитись з інших аксіом;
• широко використовуватись для доведення теорем.

Теореми (від гр.— розглядаю, досліджую) — це положення чи твердження, істинність яких встановлюють шляхом доведення (доказу), заснованого на аксіомах або доведених раніше положеннях.
Як і весь процес пізнання, теореми, аксіоми, закони, закономірності, гіпотези, ідеї, тобто всі складові загальної системи знань, оперують однозначно визначеними категоріями. Категорія (від гр.— вислів, вираз) є формою мислення, яка відображає універсальні властивості та співвідношення об'єктивної дійсності. По суті, категорії — це спосіб засвоєння конкретного і пізнання ще не виявлених і не усвідомлених елементів дійсності.

Загальні методи наукових досліджень

Загальні методи наукового пізнання,на відміну від спеціальних методів, використовуються протягом всього дослідницького процесу, незалежно від галузі знань та особливостей дослідження.

Загальні методи наукового пізнання зазвичай поділяють на три великі групи:

1. Емпіричні методи дослідження(спостереження, порівняння, вимірювання, експеримент);
2. Методи, які використовуються як на емпіричному, так і на теоретичному рівнях дослідження(абстрагування, аналізі синтез, індукція і дедукція, моделювання та ін.);
3. Методи теоретичного дослідження(від абстрактного до конкретного та ін.). 

Структура методів наукового пізнання

Основні методи проведення наукових досліджень

Спостереження –це початковий етап емпіричного дослідження, який полягає у цілеспрямованому сприйнятті предметів і явищ дійсності для одержання безпосередніх даних про об’єкт пізнання. Воно є науково організованим процесом врахування фактів про явища та процеси. Що відбуваються та збору на його основі масових початкових (вихідних) даних.

Окремим випадком спостереження є експеримент —метод наукового дослідження, який припускає втручання у природні умови існування предметів і явищ, відтворює визначені сторони предметів і явищ у спеціально створених умовах з метою вивчення їх без супутніх обставин.

Експериментальне вивчення об'єктів порівняно зі спостереженням має ряд переваг:

1) у процесі експерименту стає можливим вивчення того чи іншого явища в чистому вигляді;

2) експеримент дає змогу досліджувати властивості об'єктів в екстремальних умовах;

3) забезпечує достатню повторюваність для того, щоб відокремити суттєві риси та визначити зв'язки.

Будь-який експеримент може здійснюватися як безпосередньо з об'єктом, так і з його "замінником" або моделлю. Використання моделей дає змогу застосовувати експериментальний метод дослідження до таких об'єктів, безпосереднє оперування з якими є важким або навіть неможливим. Тому моделювання —особливий метод, широко застосовується у науці.

Порівняння –це операція мислення, за допомогою якої класифікується, впорядковується і оцінюється зміст реальності.

При порівнянні проводять попарне співставлення об’єктів з метою виявлення їх відношення, подібних чи відмінних ознак.

Порівняння має сенс тільки стосовно до сукупності однорідних предметів, які утворюють клас (наприклад, папір, картон, фарби, декелі, штампи тощо).

Порівняння предметів в класі (групі) здійснюється за ознаками, які є суттєвими для даного розгляду (наприклад, маса, товщина, об’ємна маса паперу тощо). При цьому предмети, які порівнюються за однією ознакою, можуть бути порівняні за іншою.

Вимірювання –це операція, за допомогою якої визначається відношення однієї вимірюваної величини до іншої однорідної до неї величини, яка приймається за одиницю.

Вимірювання здійснюється, якщо є:

• oб’єкт вимірювання;
• властивість або стан, який характеризує вимірювана величина;
• одиниця вимірювання;
• спосіб вимірювання;
• технічні засоби вимірювані, проградуйовані у вибраних одиницях;
• спостерігач або реєструючий пристрій, який фіксує результат.

Вимірювання може бути прямим і непрямим

При першому –результат отримують безпосередньо з вимірювання (наприклад, вимірювання довжини лінійкою, маси за допомогою ваги тощо).

Непрямі вимірювання базуються на використанні відомої залежності між значенням величини, яку шукають і значенням величини, яку вимірюють (наприклад, вимірювання механічного переміщення за допомогою індуктивного датчика).

Індукція –це вид узагальнення, який пов’язаний з передбаченням результатів досліджень і експериментів на основі даних досліджень в минулому.

Вона полягає в переході від знання окремих фактів і від менш загального знання до більш загального знання.

Процес індукції починається з порівняння і аналізу даних спостережень і експериментів. По мірі розширення множини цих даних може виявитися регулярна повторюваність будь-якої властивості або відношення.

Наявність в дослідженнях багаторазового повторення, при відсутності виключень, дає впевненість в універсальності явища і приводить до індуктивного узагальнення –що так буде відбуватися і у всіх інших випадках.

Дедукція–це операція мислення, яка полягає у тому, що нові знання виводяться на основі знань більш загального характеру, отриманих раніше шляхом узагальнення, дослідів, практичної діяльності –за допомогою індукції.

При застосуванні дедуктивного методу окремі положення виводяться із загальних закономірностей, аксіом тощо.

Базові закони логіки

Аналіз –це спосіб наукового дослідження, за яким явище поділяється на складові з метою його вивчення.

Аналіз має такі види:

• уявний або реальний поділ цілого на частини. При цьому визначається структура цілого і визначаються не тільки частини, з яких складається ціле, але і співвідношення між ними.
• вивчення загальних властивостей предметів і співвідношень між ними, коли властивість або співвідношення розділяються на складові властивості або співвідношення. Одні з них піддаються подальшому аналізу, а інші не досліджуються. В результаті розуміння про властивості і співвідношення приводять до більш простих співвідношень і понять.

Синтез –з’єднання різних елементів, сторін об’єкта в одне ціле, яке здійснюється як в практичній діяльності, так і в процесі пізнання.

Емпіричні дані дослідження того чи іншого об’єкта синтезуються при їх узагальненні.
Абстракція –це метод наукового дослідження, який полягає у тому, що при вивченні деякого об’єкту відкидають деякі не суттєві в даній ситуації ознаки, сторони.
Це дозволяє спрощувати картину явища, яке досліджується, і розглядати його в “чистому” вигляді.
Абстракція зв’язана з уявленнями про відносну незалежність явищ і їх складових, що дозволяє відділити суттєві частини від не суттєвих.
При цьому, як правило, проводиться заміщення початкового предмету досліджень іншим –еквівалентним, виходячи з умов початкового завдання.
Спрощення відноситься зображення предмета, який досліджується (відкидання не суттєвих частин, елементів), або емпіричного матеріалу (відкидання “промахів”) або програми спостереження і опису (відмова від зайвої інформації).
Класифікація видів абстракції:
1.Ізолююча абстракція проводиться для виокремлення і чіткої фіксації явища, яке досліджується.
Наприклад, елемент системи автоматичного керування може мати різні властивості і характеристики (механічні, електричні) як тіло, яке складається з неоднорідних частин. Однак для вивчення властивості системи достатньо визначити передавальну функцію, а механікам буде цікаво вивчити механічні властивості системи, хімікам –хімічний склад і т.д.
2.Узагальнююча абстракція необхідна для отримання загальної картини явища. На основі однаковості деякої множини предметів, які схожі в деякому відношенні, проводиться побудова абстрактного предмета.
Наприклад, в результаті узагальнення властивостей електронних, магнітних, електромашинних, релейних, пневматичних, гідравлічних пристроїв підсилювати вхідні сигнали виникла така узагальнена абстракція (абстрактний предмет) як підсилювач.
3. Ідеалізація відповідає меті заміщення реальної ситуації ідеалізованою схемою для спрощення ситуації, яка досліджується, і більш ефективного використання методів і засобів досліджень.
Вона дає можливість реальним об’єктам уявно надати гіпотетичних нереальних ознак, що дозволяє вирішити завдання у закінченому вигляді.
Наприклад, у різних галузях знань застосовують поняття абсолютно чорного, абсолютно білого тіла, ідеальної рідини, ідеального газу тощо.
Ідеалізація досягається багатоступеневим абстрагуванням і правомірна тільки в певних межах.
Ознака наукової ідеалізації, яка відрізняє її від фантазії, полягає у тому, що створені ідеалізацією об’єкти в певних визначених умовах знаходять пояснення в термінах реальних (неідеалізованих) об’єктів. Власне практика, включаючи практику наукового спостереження і експерименту, підтверджує правомірність тих відхилень, які породжує поняття про ідеалізовані об’єкти, і служить критерієм правильної ідеалізації в процесі пізнання.

Узагальнення –це форма збільшення знання шляхом розумового (думкою) переходу від часткового до загального, що, як правило, відповідає переходу на більш високий рівень абстракції.
Узагальнене знання представляє собою більш глибоке відображення дійсності, але одночасно і більш бідніше, так як узагальнення властивостей предмету є більш змістовним, ніж його детальний опис, але останнє містить більше інформації про конкретний предмет.
За семантико-гносеологічним (пізнавальним) змістом узагальнення поділяють на два види:
1.Узагальнення, які породжують нові терміни, закони, принципи і теорії, які не визначаються початковим семантичним полем. Всі так звані теоретичні узагальнення або узагальнення через абстракцію, яким у пізнанні відповідає перехід до абстракції більш високого рівня, відносяться до даного типу узагальнень.
Наприклад, узагальнення через ототожнення за властивістю, яке дозволяє виявити загальну сутність явищ, які по різному сприймаються: магнетизм, електрика і світло –це лише прояви електромагнітного поля.
2. Узагальнення, які не породжують нових термінів, принципів тощо, а дають лише нові варіанти старих. Це може бути екстраполяція –розповсюдження принципів, які відомі в одній галузі знань, на іншу.

Логічна схема побудови аргументації

Моделювання –метод пізнання явищ і процесів, який грунтується на заміні, теоретичній або експериментальній, об’єкта досліджень (оригінала) подібним на нього (моделлю).
Використання цього методу дає змогу пізнавати начебто недоступні явища і процеси, зриміше уявляти, “наближувати” їх до дослідника.
Модель обов’язково має містити ключові риси об’єкта, відповідати його структурі, відображати системні зв’язки.
У ряді випадків лише модель дає змогу перевірити правильність гіпотези, пов’язуючи інформаційне забезпечення сучасного та майбутнього станів.

Всі моделі можна класифікувати за різними ознаками, наприклад:

• статичні та динамічні (за ознакою часу та стану досліджуваної системи);
• аналітичні та алгоритмічні (за способом математичного опису);
• математичні у складі детермінованих і стохастичних (за видом і характером врахування факторів);
• з програмним, оптимізаційним та імітаційним управлінням;

Статичні моделі призначені для описування певних (переважно постійних, незмінних) співвідношень між параметрами системи, яка підлягає вивченню.

Динамічні моделі відображають зміну об’єкта дослідження з плином часу та застосовуються для перевірки гіпотез, визначення майбутніх параметрів системи (процесу або явища).

Аналітичні моделі –це алгебраїчні вирази або рівняння з системою обмежень, постійними або змінними членами, які внаслідок переваг формалізації є зручними для використання та інтерпретації результатів.

Алгоритмічні моделі є комплексними, оскільки поєднують елементи аналітичних та евристичних (логічних систем), структура яких не піддається прямому аналізу. Для роботи з ними необхідно використовувати експеримент.

В основі математичних моделей лежить формалізований, математичний опис об’єкта, в якому враховується різна кількість факторів та зв’язків між ними. Ці моделі можуть відображати різні зв’язки між факторами і результатами –функціональні (детерміновані моделі) та кореляційні (стохастичні моделі).

У свою чергу, стохастичні моделі можуть бути вірогідними, тобто такими, в яких кожному набору вихідних даних відповідає певна сукупність подій, або статистичними, що відображають випадковий характер процесу.

Моделі з програмним управлінням містять жорсткі задані схеми поведінки окремих складових елементів на весь період моделювання;

оптимізаційні–синтезують критерії якості процесу з урахуванням поточного стану та умов розвитку об’єкта;

імітаційні –схеми поетапного моделювання поведінки елементів систем різного рівня експертним методом з подальшим використанням результатів для оцінювання розвитку вищих рівнів.

Процес моделювання складається з таких етапів:

• визначення мети, об’єкта, терміну, ключових параметрів;
• збір, систематизація та аналіз вихідних даних;
• формування моделі;
• розробка структурної схеми та опис взаємозв’язків елементів цілісної системи, що формує модель;
• вибір методів та процедур моделювання.

Системний підхід і системний аналіз

Принцип всебічного системного підходу тісно пов'язаний з комплексним підходом, сутність якого проявляється у дослідженнях об'єкта в цілому та окремих його елементів, включаючи внутрішні зв'язки. Комплексний підхід враховує також можливі напрями і побічні наслідки реалізації заходів програми, проекту тощо.

Системний підхід зумовлює використання системного аналізу у наукових дослідженнях. Загальноприйнятої методики системного аналізу немає. Зазвичай до наукових інструментів системного аналізу відносять:

1) методи і процедури теорії дослідження операцій, що дають змогу розробляти кількісні рекомендації, необхідні при плануванні й організації цілеспрямованих дій;

2) методи аналізу систем, що використовуються для визначення завдань і вибору шляхів розвитку систем, оцінки поведінки систем в умовах невизначеності;

3) методи системотехніки —методи проектування і синтезу складних систем у результаті вивчення способів функціонування їх елементів.

За своїм характером системний аналіз є науковою методологією. Використання системного аналізу в наукових дослідженнях передбачає проходження таких етапів:

—формулювання проблеми;

—визначення цілей;

—використання і генерування альтернативних варіантів, які ведуть до досягнення поставлених цілей;

—взаємне порівняння альтернатив та вибір оптимального способу досягнення мети.

Системний підхід і системний аналіз

Система –це сукупність взаємопов’язаних елементів, які утворюють єдине ціле і які мають одну ціль і призначення.

Найважливішими характеристиками будь-якої системи є: функція, мета і структура.

Під функцією системи розуміють дії системи, які виражаються у зміні її станів. Наприклад, функція (призначення) такої системи, як поліграфічне підприємство, полягає у виготовленні друкованої продукції шляхом перетворення матеріальних і енергетичних потоків, які поступають з навколишньої системи.

Виконання системою своїх функцій називається функціонуванням системи.

Під час функціонування системи здійснюється її перехід із одного стану в інші стани. Множина всіх можливих станів системи визначається числом її елементів, їх властивостями і різноманітністю зв’язків між ними.

Метою системи називається певне (задане ззовні або яке встановлюється самою системою) стан її виходів –деяка підмножина значень функцій системи.

Структура системи визначається розміщенням і взаємозв’язками елементів системи при виконанні нею своїх функцій.

Залежить від величини і складності системи.

Величина системи характеризується числом її елементів і кількістю зв’язків між ними, а складність –багатоманітністю елементів (людина, технічні системи, природні компоненти), неоднорідністю їх властивостей і різною якістю зв’язків (прямі, зворотні).

Великі і складні системи мають властивості цілісності і емерджентності.

Цілісність системи означає, що всі її частини служать загальній меті і сприяють отриманню найкращих (оптимальних) результатів відповідно до прийнятого критерію ефективності.

Емерджентність (виникнення, прояв нового) означає, що великі і складні системи мають властивості, які не властиві ні одному з її елементів.

Чим більша система і різниця в розмірах цілого і частин, тим вірогідніша різниця в їх властивостях і, відповідно, тим важче узгодити мету їх функціонування.

Англійський кібернетик С. Бір найбільш яскраво висловив суть емерджентності “Оптимальне функціонування частин не виключає можливість знищення цілого”.

Наприклад –виникнення деякої екстремальної характеристики при сумісній роботі декількох об’єктів, кожен з яких немає екстремуму (резонанс).

Принцип системного підходу формулюється як необхідність комплексного дослідження великих і складних об’єктів, вивчення їх як одного цілого з узгодженням функціонування всіх елементів і частин.

Відповідно до цього принципу необхідно вивчити кожен елемент системи у його зв’язку і взаємодії з іншими елементами, виявити вплив властивостей окремих частин системи на поведінку системи в цілому, встановити емерджентні властивості системи і визначити оптимальний режим функціонування.

Системний аналіз–це сукупність методів, які дозволяють реалізувати системний підхід при дослідженні великих і складних систем.

До таких методів відноситься перш за все аналіз і синтез, математичне моделювання і оптимізація з використанням ПК[2].