Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Введение в инфокоммуникационные технологии

Методология научных исследований в области инфокоммуникаций

Методология (от «метод» и «логия») — учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности.

Методология — система принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности, а также учение об этой системе.

В последние годы среди программистов распространился термин «методология» совсем в новом «звучании». Под методологией программисты стали понимать тот или иной тип стратегии, т. е. тот или иной общий метод создания компьютерных программ.

Особенности научной деятельности:

  • 1. Научный работник должен четко ограничивать рамки своей деятельности и определять цели своей научной работы. Научный работник не может заниматься «наукой вообще», а должен вычленить четкое направление работы, поставить конкретную цель и последовательно идти к ее достижению. Одно из главных качеств научного работника — способность сосредоточиться только на той проблеме, которой он занимается, а все остальные — «побочные» — использовать только в той мере и на том уровне, как они описаны в имеющейся на сегодняшний день научной литературе.
  • 2. Научная работа строится «на плечах предшественников». Прежде чем приступать к любой научной работе по какой-либо проблеме, необходимо изучить в научной литературе, что было сделано в данной области предшественниками.
  • 3. Научный работник должен освоить научную терминологию и строго выстроить свой понятийный аппарат. Исследователь должен провести четкую грань между обыденным и научным языком. А различие заключается в том, что к обыденному разговорному языку не предъявляется особых требований в отношении используемой терминологии.
  • 4. Результат любой научной работы, любого исследования должен быть обязательно оформлен в «письменном» виде — в виде научного отчета, научного доклада, реферата, статьи, книги и т. д. Это требование обусловливается двумя обстоятельствами. Во-первых, только в письменном виде можно изложить свои идеи и результаты на строго научном языке. Во-вторых, цель любой научной работы — получить и довести до людей новое научное знание. Кроме того, количество и объем научных публикаций являются показателем, правда формальным, продуктивности любого научного работника.

Внедрение результатов исследования — важнейший момент научной деятельности, поскольку конечной целью науки как отрасли народного хозяйства ставится, естественно, внедрение полученных результатов в практику.

Нормы научной этики

Этические нормы научного сообщества, в частности, были описаны Р. Мертоном еще в 1942 г. как совокупность четырех основных ценностей:

  • универсализм: истинность научных утверждений должна оцениваться независимо от расы, пола, возраста, авторитета, званий тех, кто их формулирует. Таким образом, наука — изначально демократична: результаты крупного, известного ученого должны подвергаться не менее строгой проверке и критике, чем результаты начинающего исследователя;
  • общность: научное знание должно свободно становиться общим достоянием;
  • незаинтересованность, беспристрастность: ученый должен искать истину бескорыстно. Вознаграждение и признание необходимо рассматривать лишь как возможное следствие научных достижений, а не как самоцель;
  • рациональный скептицизм: каждый исследователь несет ответственность за оценку качества того, что сделано его коллегами, он не освобождается от ответственности за использование в своей работе данных, полученных другими исследователями, если он сам не проверил точность этих данных.

В отличие от внутренней, профессиональной этики внешняя этика науки реализуется в отношениях науки и общества как социальная ответственность ученых. Эта проблема практически не стояла перед учеными до середины XX в. — до появления ракетно- ядерного оружия, генной инженерии, гигантских экологических катастроф и других явлений, сопровождающих научно-технический прогресс. Сегодня ответственность ученого за последствия своих действий все возрастает и возрастает.

Методы научных исследований

Подразделяются на теоретические и эмпирические (воспринимаемые посредством органов чувств).

Теоретические методы:

  • • методы — познавательные действия: выявление и разрешение противоречий, постановка проблемы, построение гипотезы ит. д.;
  • • методы-операции: анализ, синтез, сравнение, абстрагирование и конкретизация и т. д.

Эмпирические методы:

  • • методы — познавательные действия: обследование, мониторинг, эксперимент и т. д.;
  • • методы-операции: наблюдение, измерение, опрос, тестирование и т. д.

Теоретические методы-операции

Анализ — разложение исследуемого целого на части, выделение отдельных признаков и качеств явления, процесса или отношений явлений, процессов. Процедуры анализа входят органической составной частью во всякое научное исследование и обычно образуют его первую фазу, когда исследователь переходит от нерасчле- ненного описания изучаемого объекта к выявлению его строения, состава, свойств и признаков.

Одно и то же явление, процесс можно анализировать во многих аспектах. Всесторонний анализ явления позволяет глубже рассмотреть его.

Синтез — соединение различных элементов, сторон предмета в единое целое (систему). Синтез — не простое суммирование, а смысловое соединение. Если просто соединить явления, между ними не возникнет системы связей, образуется лишь хаотическое накопление отдельных фактов. Синтез противоположен анализу, с которым он неразрывно связан (рис. 1.121).

Сравнение — познавательная операция, лежащая в основе суждений о сходстве или различии объектов. С помощью сравнения выявляются количественные и качественные характеристики объектов, осуществляется их классификация, упорядочение и оценка.

Абстрагирование — одна из основных мыслительных операций, позволяющая мысленно вычленить и превратить в самостоятельный объект рассмотрения отдельные стороны, свойства или состояния объекта в чистом виде. Одна из основных функций абстрагирования заключается в выделении общих свойств некоторого множества объектов и в фиксации этих свойств, например, посредством понятий.

Метод анализа и синтеза

Рис. 1.121. Метод анализа и синтеза

Конкретизация — процесс, противоположный абстрагированию, т. е. нахождение целостного, взаимосвязанного, многостороннего и сложного. Исследователь первоначально образует различные абстракции, а затем на их основе посредством конкретизации воспроизводит эту целостность.

Обобщение позволяет отображать свойства и отношения объектов независимо от частных и случайных условий их наблюдения. Сравнивая с определенной точки зрения объекты некоторой группы, человек находит, выделяет и обозначает словом их одинаковые, общие свойства, которые могут стать содержанием понятия об этой группе, классе объектов.

Формализация — отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях. В математике и формальной логике под формализацией понимают отображение содержательного знания в знаковой форме или в формализованном языке. Формализация играет существенную роль в развитии научного знания, поскольку интуитивные понятия, хотя и кажутся более ясными с точки зрения обыденного сознания, мало пригодны для науки: в научном познании нередко нельзя не только разрешить, но даже сформулировать и поставить проблемы до тех пор, пока не будет уточнена структура относящихся к ним понятий. Истинная наука возможна лишь на основе абстрактного мышления, последовательных рассуждений исследователя, протекающих в логической языковой форме посредством понятий, суждений и выводов.

В научных выводах одно суждение исходит от другого, на основе уже существующих выводов делается новый. Существуют два основных вида выводов: индуктивные (индукция) и дедуктивные (дедукция).

Идеализация — мысленное конструирование представлений об объектах, не существующих или неосуществимых в действительности, но таких, для которых существуют прообразы в реальном мире. Примерами понятий, являющихся результатом идеализации, могут быть математические понятия «точка», «прямая»; в физике — «материальная точка», «абсолютно черное тело», «идеальный газ» и т. п.

Аналогия — мыслительная операция, когда знание, полученное из рассмотрения какого-либо одного объекта (модели), переносится на другой, менее изученный или менее доступный для изучения, менее наглядный объект, именуемый прототипом, оригиналом. Открывается возможность переноса информации по аналогии от модели к прототипу. В этом суть одного из специальных методов теоретического уровня — моделирования. Различие между аналогией и моделированием заключается в том, что если аналогия является одной из мыслительных операций, то моделирование может рассматриваться в разных случаях и как мыслительная операция, и как самостоятельный метод — метод-действие.

Модель — вспомогательный объект, выбранный или преобразованный в познавательных целях, дающий новую информацию об основном объекте. По характеру моделей выделяют предметное и знаковое (информационное) моделирование.

Предметное моделирование ведется на модели, воспроизводящей определенные геометрические, физические, динамические либо функциональные характеристики объекта моделирования.

При знаковом моделировании моделями служат схемы, чертежи, формулы и т. п. Важнейшим видом такого моделирования является математическое моделирование.

Моделирование всегда применяется вместе с другими методами исследования, особенно тесно оно связано с экспериментом. Изучение какого-либо явления на его модели есть особый вид эксперимента — модельный эксперимент, отличающийся от обычного эксперимента тем, что в процессе познания включается «промежуточное звено» — модель, являющаяся одновременно и средством, и объектом экспериментального исследования, заменяющего оригинал.

Эмпирические методы-операции

Наблюдение — наиболее информативный метод исследования. Это единственный метод, который позволяет увидеть все стороны изучаемых явлений и процессов, доступные восприятию наблюдателя — как непосредственному, так и с помощью различных приборов.

В зависимости от поставленных целей наблюдение может быть научным и ненаучным.

Научные наблюдения предполагают получение определенной информации для дальнейшего теоретического осмысления и истолкования, для утверждения или опровержения какой-либо гипотезы и пр.

Научное наблюдение складывается из следующих процедур:

  • • определения цели наблюдения (для чего, с какой целью?);
  • • выбора объекта, процесса, ситуации (что наблюдать?);
  • • выбора способа и частоты наблюдений (как наблюдать?);
  • • выбора способов регистрации наблюдаемого объекта, явления (как фиксировать полученную информацию?);
  • • обработки и интерпретации полученной информации (каков результат?)

Наблюдаемые ситуации подразделяются:

  • • на естественные и искусственные;
  • • управляемые и не управляемые субъектом наблюдения;
  • • спонтанные и организованные;
  • • стандартные и нестандартные;
  • • нормальные и экстремальные и т. д.

Можно выделить определенную структуру измерения, включающую следующие элементы:

  • 1) познающий субъект, осуществляющий измерение с определенными познавательными целями;
  • 2) средства измерения, среди которых могут быть как приборы и инструменты, сконструированные человеком, так и предметы и процессы, данные природой;
  • 3) объект измерения, т. е. измеряемая величина или свойство, к которому применима процедура сравнения;
  • 4) способ или метод измерения, который представляет собой совокупность практических действий, операций, выполняемых с помощью измерительных приборов;
  • 5) результат измерения, который представляет собой именованное число, выражаемое с помощью соответствующих наименований или знаков.

Наряду с прямыми измерениями в процессе научного экспериментирования широко применяется метод косвенного измерения. При косвенном измерении искомая величина определяется на основании прямых измерений других величин, связанных с первой функциональной зависимостью: по измеренным значениям массы и объема тела определяется его плотность; удельное сопротивление проводника может быть найдено по измеренным величинам сопротивления, длины и площади поперечного сечения проводника и т. д.

Простой метод отклонений — это метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора (ИП) прямого действия, заранее градуированного в единицах измеряемой физической величины (рис. 1.122).

Этому методу соответствует измерительное уравнение вида:

где х — измеряемая величина; у — числовое значение величины; [X] — единица физической величины.

Простой метод отклонений

Рис. 1.122. Простой метод отклонений

Примерами измерительных систем, реализующих простой метод отклонений, являются измерительная линейка, пружинный динамометр, стрелочный прибор для измерения силы электрического тока или напряжения и др. В этом случае измерительный прибор выступает в качестве хранителя единицы физической величины.

Сущность дифференциального метода отклонений (рис. 1.123) состоит в том, что на измерительный прибор воздействует разность между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Под мерой в метрологии понимают средство измерения, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Дифференциальный метод отклонений

Рис. 1.123. Дифференциальный метод отклонений

В структурную схему измерительной системы по этому методу добавлен источник эталонной величины хэт (ИЭВ) и средство сравнения однородных величин (компаратор). Задачей последнего является получение разности между измеряемой величиной и известной величиной эталонного источника.

Измерительным уравнением в данном случае будет выражение вида:

Примером реализации данного метода измерений является измерительная система с применением дифференциальной термопары для измерения температуры объекта исследования. Один спай такой термопары устанавливается на объекте измерений, а второй в термостат с известной температурой, например сосуд Дьюара с кубиками тающего льда. Здесь термопара играет роль и измерительного преобразователя, и суммирующего элемента. Тер- мо-ЭДС, вырабатываемая такой термопарой, будет прямо пропорциональна разности температур между объектом измерения и термостатом.

К нулевым относят методы, в которых результирующий эффект воздействия измеряемой и эталонной величин на компаратор измерительной системы доводят до нуля. При этом балансировка измерительной системы может осуществляться либо программно, либо адаптивно.

Структурная схема измерительной системы по компенсационному методу включает компаратор, детектор балансировки (ДБ), балансировочное устройство (БУ), ИЭВ и выходную ступень (рис. 1.124). С помощью балансирующего устройства и детектора балансировки источник эталонной величины настраивают таким образом, чтобы разность (х — хэт) стремилась к 0. При выполнении этого условия измеряемая величина х будет равна хэт.

Компенсационный метод измерений

Рис. 1.124. Компенсационный метод измерений

Выходная ступень измерительной системы реализует измерительное уравнение

Примерами реализации компенсационного метода являются рычажные весы с гирями, мост Уитстона для измерения электрического сопротивления. Для расширения возможностей измерительной системы с использованием компенсационного метода в нее вводят дополнительное числовое множество К, называемое делителем или аттенюатором (рис. 1.125). При этом измерительная система приводится к нулю изменением К или ИЭВ.

Компенсационный метод измерений с использованием делителя К

Рис. 1.125. Компенсационный метод измерений с использованием делителя К

Для определения точности результата необходимо проводить метрологические, контрольно-поверочные и технические измерения.

Метрологические измерения — измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения, и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения.

Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения, включают измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.

Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений выполняются в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг. Измерения можно проводить на нескольких уровнях, которым соответствуют определенные шкалы.

Шкала — числовая система, в которой отношения между различными свойствами изучаемых явлений, процессов переведены в свойства того или иного множества, как правило — множества чисел.

Различают несколько типов шкал:

  • • дискретные шкалы (например, оценка в баллах — «1», «2», «3», «4», «5»);
  • • непрерывные шкалы (например, масса в граммах или объем в литрах);
  • • шкала интервалов — применяется достаточно редко и характеризуется тем, что для нее не существует естественного начала отсчета. Примером шкалы интервалов является шкала температур по Цельсию, Реомюру или Фаренгейту;
  • • порядковая шкала (шкала рангов) — шкала, относительно значений которой уже нельзя говорить ни о том, во сколько раз измеряемая величина больше (меньше) другой, ни на сколько она больше (меньше). Такая шкала только упорядочивает объекты, приписывая им те или иные баллы (результатом измерений является просто упорядочение объектов). Например, так построена шкала твердости минералов Мооса: взят набор 10 эталонных минералов для определения относительной твердости методом царапанья. За 1 принят тальк, за 2 — гипс, за 3 — кальцит и т. д. до 10 — алмаз. Любому минералу соответственно однозначно может быть приписана определенная твердость. Если исследуемый минерал, допустим, царапает кварц (7), но не царапает топаз (8), то соответственно его твердость будет равна 7. Частным случаем порядковой шкалы является дихотомическая шкала, в которой имеются всего две упорядоченные градации — например «поступил в институт», «не поступил»;
  • • шкала наименований (номинальная шкала) — фактически уже не связана с понятием «величина» и используется только с целью отличить один объект от другого: телефонные номера, номера госрегистрации автомобилей и т. п.

Разработка шкалы для измерения требует учета ряда условий: соответствие измеряемых объектов, явлений измерительному эталону; выявление возможности измерения интервала между различными проявлениями измеряемого качества или свойства личности; определение конкретных показателей различных проявлений измеряемых явлений.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы