Что изучает наука системология

Содержание урока

Что изучает системология? Место системологии среди других наук

Элементы системологии

Что изучает системология? Место системологии среди других наук

С конца 30-х годов системы являются предметом исследования математиков, рассматривающих «системы вообще» в различных предметных областях. Во второй половине нашего столетия появляется ряд новых научных направлений, таких, как кибернетика, математическая теория систем, теория принятия решений, исследование операций и искусственный интеллект. Все эти направления тесно связаны с возникновением компьютерных технологий, и все они связаны с понятием системы.

Естественно, возник вопрос: а нельзя ли смотреть на эти научные направления как на части общей науки о системах? Идея построения теории, которая бы занималась системами любой природы, принадлежит австрийскому биологу Людвигу фон Берталанфи (1901—1972). Эта наука и называется системологией.

Системология, или системный анализ, — это наука об общих принципах организации сложных систем, это анализ очень сложных объектов, из-за сложности которых трудно изучать протекающие внутри них процессы и тем более их контролировать. Системология позволяет по косвенным признакам прогнозировать те или иные процессы и управлять ими.

Лабораторией для науки о системах является компьютер, который позволяет экспериментировать ученому-системщику точно так же, как это делают другие ученые в своих лабораториях.

Системология далеко вышла за рамки математики. Уже не только ученые, но и люди самых различных профессий (инженеры, предприниматели, педагоги, деятели культуры) обнаружили системность своей деятельности.

Мы с вами будем говорить не только о естественных системах, созданных самой природой, но и об искусственных системах, созданных руками человека. Создать хорошо отлаженную систему, особенно сложную, довольно трудно. Это целая наука. О том, как правильно создавать системы, мы узнаем при знакомстве с элементами системологии.

Можно выделить два основных направления научного развития.

Первое направление состоит в следующем. Для того чтобы понять тонкости, лежащие в основе явления, стремятся проникнуть вглубь изучаемого явления, оно искусственно расчленяется, и каждая часть рассматривается отдельно, без учета влияния извне. Изучением каждой из этих частей занимаются специальные научные дисциплины.

Мы привыкли к традиционному делению наук на физику, химию, биологию, социологию и т.д. На рис. 3 предметная «нарезка» знаний представлена вертикальными линиями. Предметом любой научной дисциплины является определенный класс систем.

Физика изучает одни свойства предметов и явлений, химия — другие, биология — третьи, социология — четвертые. Обычно эти предметы и явления представляют собой сложные системы со множеством связей. Но мы уже говорили о том, что система в целом качественно отличается от суммы составляющих ее частей и имеет свойства, которых нет у ее элементов. Яблоко, например, с точки зрения химии — это набор химических элементов, с точки зрения физики — это предмет, который имеет определенную массу и низкую электропроводность, с точки зрения биологии — это плод и т.д. И тем не менее это яблоко, имеющее свойства, присущие только ему.

Другое направление возникло благодаря намерениям исследователей добиться результатов, характеризующих явление в целом. В этом случае могут игнорироваться некоторые особенности, глубина результата, но выявляются общие свойства, которые характерны для групп явлений, фактов, закономерностей и т.д. Другими словами, достижения научных дисциплин обобщаются.

Системный подход базируется как раз на том, что к предмету или явлению нужно относиться как к системе, что они могут проявить свои системные свойства. Само явление здесь рассматривается как элемент некоторой системы с учетом взаимосвязей с другими явлениями, что позволяет выделить основные свойства явлений. Они, как правило, носят междисциплинарный характер

Системный подход позволяет охватить изучаемый предмет или явление в целом — с учетом разнообразных связей, присущих только ему. В первую очередь на системный подход опираются те дисциплины, для которых недостаточно разработан исследовательский аппарат.

Системология предполагает «горизонтальное» разделение знаний, т.е. делит все знания не на предметы, а по уровню сложности знаний — на простые, не очень сложные, сложные и сверхсложные. Таким образом, привычному разделению наук противопоставляется объединение наук.

Из этого следует, что системологию нельзя сравнивать с другими науками. Более правильно рассматривать ее как новое измерение в науке.

Вопросы и упражнения

1. Что такое системология?

2. Назовите несколько наук, родственных системологии.

3. Какую роль в работе ученых-системщиков играет компьютер?

4. Почему один и тот же объект, предмет или явление может изучаться в разных дисциплинах?

5. Приведите примеры, когда одно и то же явление рассматривается разными научными дисциплинами с разных сторон.

6. В чем состоит системный подход в изучении объектов, процессов и явлений?

7. В чем разница между традиционным подходом к изучению объектов, процессов и явлений и системным подходом?

Список литературы

1. Абчук Б.А. 1 : 7 в нашу пользу (Азбука решений). М.: Радио и связь, 1982.

2. Абчук В.А., Емельянов А.А., Матвейчук Ф.А. Введение в теорию выработки решений. М.: Воениздат, 1972.

3. Вершинин О.Е. За страницами учебника информатики. М.: Просвещение, 1992.

4. Теин А. Г. Земля Информатика. Екатеринбург: Издательство Уральского университета. Издательство Дома учителя, 1997.

5. Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих. М.: Педагогика-Пресс, 1994.

6. Кофман А., Фор Р. Займемся исследованием операции. М.: Мир, 1966.

7. Мамиконов А.Г. Принятие решений и информация. М.: Наука, 1983.

8. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М.: Высшая школа, 1989

Следующая страница Практическая работа № 1.2. Проектные задания по системологии

Источник

Системология

Системология — наука о системах и системной организации процессов и явлений природы, науки, техники, общественных формаций, функциональных образований и структур. Как междисциплинарная наука, системология проникает в естественнонаучные и гуманитарные, теоретические и прикладные науки, обобщая различные данные о системах и выводя основные закономерности их возникновения, развития и преобразования. Свой вклад в развитие концептуального определения системологии внесла синергетика, изучающая самоорганизацию систем, путём установления эффектов организации и синергии при системогенезе.

Системология трактует объекты как системы, содержащие структуру, и явления как системы с многоуровневой, сложной организацией взаимодействий и отношений, включая внутренние и внешние связи. Системология формировалась путём последовательного осмысления понятий сложных, больших, самоорганизующихся, функциональных систем, синергизма явлений и др. Это породило множество частных и фрагментарных определений системы и науки о системах. Окончательное упорядочение и детализация понятийного аппарата системологии ещё предстоит. Предполагается, что системология с точки зрения необходимого разнообразия систем позволит количественно и качественно определять качество жизни человека и его последующую самореализацию как вида.

С помощью теории систем системология объединяет все те направления конкретных наук, которые занимаются системами и систематизацией, и обеспечивает для них методологический теоретический базис. Можно сказать, что системология является одним из объектов, продуктом и инструментом методологии. В системологии формируется методология изучения, проектирования, управления и использования природной системности мира и его базовых категорий. Универсальность методологии в системологии применима для оптимизации методологии частных научно-практических направлений. Доминирование технических направлений системологии объясняется технологичностью цивилизации, но происходит из системологии природы.

Имя автора термина системология ещё подлежит уточнению. Считается, что этот термин был предложен в 1965 г. отечественным философом И.Б. Новиковым. [Источник?] Утверждается также, что термин системология (а также системотехника) в России был предложен Гелием Поваровым, занимавшимся кибернетикой и теорией систем. [1]

Заметный вклад в развитие системологии внёс Анохин П.К., указавший на необходимость формализации теории без субъективизма, окраски всеобщих понятий через изоморфизм, установление причинности и формализацию системогенеза. [1] Позже в своём аспекте (схемотехника) появились работы Бенциона Флейшмана. [2]

Содержание

Теории

Теория систем получила значительное развитие в 1950-ых годах после публикации Общей теории систем Людвига Берталанфи. Вслед за этим системный подход стал широко применяться вначале в технике, а затем и в фундаментальных науках. Теория систем с единых позиций анализирует и описывает произвольную систему как группу выделенных и связанных объектов, что особенно важно для изучения сложных систем.

· Школа системогенеза и теории функциональных систем изложена с глубоким анализом П.К. Анохиным в его трудах и особенно тщательно в разделе «ОСОБЕННОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В РАЗРАБОТКЕ ТЕОРИИ СИСТЕМ». [1]

В зависимости от вида конкретных изучаемых систем, некоторые теории системологии имеют собственные названия, например:

Теоретические подходы и методы

Системный анализ анализирует и упорядочивает исследуемые системы и их взаимодействия, определяет связи между переменными и элементами. Опирается на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных, статистических и математических методов, а также на исследование операций.

Системный дизайн есть методология создания системы (например, компьютерной платформы и программного обеспечения), с учётом требований архитектуры, совмещения компонентов и модулей, имеющихся интерфейсов и типов данных.

Системная динамика является подходом к пониманию поведения сложных систем во времени. Она имеет дело с внутренними обратными связями и временной задержкой эффектов поведения систем, [8] а также с входными и выходными потоками. Благодаря этим особенностям даже простая система становится существенно нелинейной и приобретает сложность.

Системотехника фокусируется на развитии и организации сложных искусственных систем в самых различных областях техники. В связи с этим в ряде университетов предлагаются специализированные курсы по системотехнике. [9]

Системные методологии предназначаются для анализа систем и могут зависеть от их вида, например:

Синкретика является многозначной философской логикой, обобщающей метафизическую и диалектическую логики. Синкретика определяет правила допустимых операций с любыми философскими категориями, включая категории система, структура, организация, развитие, сложность, процесс, функционирование и т.д. Это позволяет сознательно конструировать логически непротиворечивые принципы и законы, в общем виде формулировать методы исследований систем.

Методология мягких систем в теории организаций является подходом для моделирования способов решения проблем и в управлении изменениями. Эта методология появилась в Англии, в отделе систем университета Ланкастера после десяти лет исследований.

Области исследований

Системология включает в себя многие формальные науки, основанные на определениях и формальных системах, и имеющие дело с системами понятий, символов и образов. Области этих наук пересекаются с логикой, математикой, теорией информации, теорией принятия решений, статистикой, теорией вычислений, лингвистикой, и т.д. Примером является теория динамических систем. С другой стороны, некоторые науки подобно технике, естественным и социальным наукам, исследуют системы с материальными объектами и также попадают в рамки системологии.

Учёные в области науки о системах

В первом приближении всех учёных, исследующих системы, можно разделить на три поколения. К первому поколению относятся основатели теории систем и системологии, такие как Александр Богданов, Людвиг Берталанфи, Кеннет Булдинг, Ральф Джерард, Джеймс Грир Миллер, Джордж Клир и Анатолий Рапопорт, большинство которых родились между 1900 и 1920 гг. Они работали в разных естественных и социальных науках и в 1950-ых годах пришли к парадигме общей теории систем.

Другие учёные, такие как Рассел Акофф, Уильям Эшби и Уэст Чёрчмен, были популяризаторами системной концепции в 1950-ых и 1960-ых годах. Их трудами было воспитано новое поколение учёных – Эрвин Ласло, Фритьоф Капра, Гелий Поваров и другие, которые продолжили работу в области систем в 1970-ых и 1980-ых гг. Следующее поколение учёных активно работало с 1990-ых годов. К этому поколению относятся, например, Дебора Хаммонд и Сергей Федосин.

Организации

Международное общество системных наук является одной из организаций для организации междисциплинарного взаимодействия и синтеза системных наук. Уникальность этого общества среди других подобных организаций заключается в широте охватываемых проблем, соединении студентов, учёных, представителей бизнеса, органов власти и некоммерческих организаций. Начиная с 1954 г. в рамках данного общества изучаются сложные системы, а также интерактивные подходы в управлении и развитии сообществ. Общество было организовано в Станфорде в Центре исследований социальных систем и поведения усилиями Людвига Берталанфи, Кеннета Булдинга, Ральфа Джерарда и Анатолия Рапопорта.

Существует Международная федерация для системных исследований, объединяющая различные общества по системным наукам и изучению систем. Данная федерация является некоммерческой научной и образовательной организацией, основанной в 1981 г., состоящей почти из тридцати организаций-членов из разных стран. Целью федерации является продвижение кибернетических и системных исследований, применение систем и образование международного системного сообщества.

Одним из самых известных институтов в области сложных систем является междисциплинарный институт в г. Санта-Фе, расположенный в США, в штате Нью-Мексико. Основателями этого института в 1984 г. были Георг Кован, Давид Пайнс, Стирлинг Колгейт, Мюррей Гелл-Манн, Николас Метрополис, и другие. Все они, кроме Пайнса и Гелл-Манна, были учёными из Лос-Аламосской национальной лаборатории. Начальной миссией института было развитие отдельной области науки, имеющей дело с теорией сложности.

См. также

Ссылки

Литература

Внешние ссылки

На Викискладе есть страница
с иллюстрациями по теме
Системология

Глобальная структура знания в области систем, наук о системах и учёных в этой области

Категория:Динамические системы • Категория:Концептуальные системы • Категория:Науки о системах • Категория:Системология • Категория:Системы • Категория:Социальные системы • Категория:Теория систем • Категория:Физические системы • Категория:Учёные в области науки о системах

Автоматизированная система • Биологическая система • Водородная система • Глобальная система позиционирования • Динамическая система • Закрытая система • Интеллектуальная система • Информационная система • Концептуальная система • Культурная система • Метасистема • Метрическая система • Многоагентная система • Нелинейная система • Нервная система • Операционная система • Открытая система • Политическая система • Программная система • Самообучающаяся система • Саморегулирующаяся система • Сенсорная система • Система • Система измерений • Система органов человека • Система управления • Сложная система • Сложная адаптивная система • Солнечная система • Социальная система • Термодинамическая система • Физическая система • Формальная система • Экономическая система • Экологическая система • Экспертная система • Юридическая систeма

Бесконечная вложенность материи • Законы философии • Кибернетика • Логистика • Науки о системах • Синкретика • Системная биология • Системная динамика • Системная экология • Системотехника • Тектология • Теория бифуркаций • Теория динамических систем • Теория катастроф • Теория систем • Теория сложных систем • Теория социотехнических систем • Теория управления • Теория хаоса • Термодинамика • Философия носителей • Холизм

Источник

Системная методология (системология).

Системология – научное знание о системах и системной организации процессов и явлений природы, науки, техники, общественных формаций, функциональных образований и структур.

Как междисциплинарная научное знание, системология проникает в естественнонаучные и гуманитарные, теоретические и прикладные науки, обобщая различные данные о системах и выводя основные закономерности их возникновения, развития и преобразования. Свой вклад в развитие концептуального определения системологии внесла синергетика, изучающая самоорганизацию систем, путём установления эффектов организации и синергии при системогенезе. В англоязычном переводе существуют реликты поглощённые в отечественной науке «общая теория систем», «системный подход», «системный анализ» и др.

Системология трактует объекты как системы, содержащие структуру, и явления как системы с многоуровневой, сложной организацией взаимодействий и отношений, включая внутренние и внешние связи.

Системология формировалась путём последовательного осмысления понятий сложных, больших, самоорганизующихся, функциональных систем, синергизма явлений и др. Это породило множество частных и фрагментарных определений системы и науки о системах.

С помощью теории систем системология объединяет все те направления конкретных наук, которые занимаются системами и систематизацией, и обеспечивает для них методологический теоретический базис. Можно сказать, что системология является одним из объектов, продуктом и инструментом методологии.

В системологии формируется методология изучения, проектирования, управления и использования природной системности мира и его базовых категорий. Универсальность методологии в системологии применима для оптимизации методологии частных научно-практических направлений. Доминирование технических направлений системологии объясняется технологичностью цивилизации, но происходит из системологии природы.

Общая теория систем дает представление о системной картине мира, выявляет законы и закономерности организации систем, классифицируют их.

Общая теория систем оперирует категориями: целостность, многомерность, элемент, структура, развитие и т.д.

Общая теория систем предоставляет обширные возможности для моделирования.

Системный принцип наиважнейший среди методологических принципов.

Принципы системной методологии:

— целостности объекта познания;

— элементарности (возможность выделения);

— структурности (связанность элементов);

— субординации (иерархии, уровней организации) (системы разных уровней и подсистемы), например: химический элемент – минерал – горная порода – геологическая формация – оболочка Земли;

— взаимосвязи и пересечения с другими системами;

— идеализации и абстрагирования – элементы как некие идеализированные объекты;

Характер системы зависит не только от формы (количество подсистем и элементов, или объективных свойств), но и от способа ее деления, т.е. содержания (взаимосвязи элементов).

Структура – отношение и связь элементов динамического множества по определенным свойствам. (+Композиция элементов)

— внутренняя – отношения элементов внутри системы;

— внешняя – отношения с другими системами и их элементами.

Пример: минералогические объекты:

— внутренняя структура – кристаллическая решетка и химический состав;

— внешняя структура – морфологические параметры минералов.

Итог: Основные характеристики системного объекта:

Формы проявления пространственно-временной эмерджентности геосистем.

Она может быть горизонтальной и вертикальной.

Горизонтальная организация на примере ландшафтов. Изучать ее начинают с рассмотрения морфологической структуры. Для этого рассматривают комплексы более низкого ранга, чем ландшафт: фации, подурочища, урочища, местность. Пространственная организация комплексов включает: сочетание фаций, подурочищ, типов урочищ и местностей, пропорции площадей, закономерности чередования, неравенство и группы комплексов, характер их границ и соседство, связи между комплексами низшего ранга. Выявляют характерные чертыгоризонтальной структуры, зависящие от сформировавших их условий: зональные, азональные, пойменные, террасовые, моренные и т.д. Устанавливают воздействие осадков на внутриландшафтные процессы: поверхностный, внутрипочвенный, грунтовый сток и связанное с ним перемещение вещества.

Представление об иерархии в горизонтальной структуре и горизонтальных связях между комплексами помогает раскрыть механизм формирования и возможности сохранения и управления организацией ландшафтов. Учитывая направления связей в моделях с односторонним или двусторонним перемещением вещества, можно объяснить и упорядочить комбинации горизонтальной территориальной организации ландшафтов, их границ и границ, выполняющих функции мембран или барьеров (частью или полностью). Горизонтальную систему внутренних связей природных комплексов в ландшафтоведении определяют как межсистемную, характеризующую взаимное расположение частей и способы их соединения.

Вертикальная организация ландшафтов. Она выражается в ярусном расположении компонентов в соответствии с плотностью слагающего их вещества. Контактное взаимопроникновение и взаимодействие атмосферы, гидросферы и литосферы обеспечило формирование производного компонента – почв. Взаимосвязь между компонентами географической оболочки (литосферой, атмосферой, гидросферой, почвой и биотой) в пределах конкретных ландшафтов изучают уже давно. Различия же вертикальной организации в пределах выделенных морфологических структур ландшафта основательно еще не раскрыты. Пока ясно, что ландшафт – сложная интегральная система элементарных вертикальных структур, и анализ межкомпонентных связей, в конечном счете, нельзя сводить к простым элементарным составляющим, к редукции целого в геосистеме. Поэтому проблема изученности совокупности процессов, ведущих к образованию вертикальных взаимосвязей между компонентами ландшафта, отстает от изученности горизонтальной составляющей. В механизмах вертикальной организации ландшафтов большое значение имеют круговороты веществ и энергии, вертикальные потоки тепла и влаги, движение почвенных растворов, миграция органики и т.д.

Временная организация ландшафтов

Существование пространственных элементов ландшафта распространяется и на время (геохронология). Изменения в ландшафте происходят с некоторой устойчивой повторяемостью, ритмичностью и цикличностью. У человека создается впечатление постоянства объекта, хотя часть его состояний изменяется ежедневно и ежечасно (внутрисуточные изменения). Поэтому возникла проблема единства разновременных процессов. Ландшафт как сложное образование формируется за счет связей и процессов. Совокупность устойчиво повторяющихся процессов перемещения, обмена и трансформации вещества и энергии, связей и состояний называют функционированием.

При расчленении всех временных изменений, происходящих в ландшафте и с ландшафтом, выделяют три временные группы: краткопериодичные (функционирование), среднепериодичные (динамика), длиннопериодичные (эволюция). Разномасштабные процессы и явления: функционирование, динамика, эволюция, объединяются общим понятием «изменение».

Ландшафт – это пространственно-временная система с единством, согласованностью, связанностью всех изменений в пространстве и во времени.

Эмерджентность (англ. emergence – возникновение, появление нового) в теории систем – наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов; синоним – «системный эффект».

Механизмы самоорганизации – интерпретация в разных масштабах времени.

Синергетика – междисциплинарный научный подход, объясняющий возможность самоорганизации сложных систем и их эволюции. Важная часть современной методологии науки!

Авторы: Герман Хакен – немецкий физик, и Илья Пригожин – бельгийский физик и химик (русского происхождения), Нобелевский лауреат по химии.

Самоорганизация присуща всем материальным системам на всех уровнях, но чем сложнее система изначально – тем на более высшую ступень самоорганизации она может выступить.

Основа синергетики (необходимые условия для самоорганизации систем):

— открытость системы – ее существование и взаимодействие с другими системами!

— наличие структуры – чем сложнее, тем лучше идет усложнение.

— неравновесность состояния – необходимость изменений и воздействий!

— нелинейность движения системы (описывается нелинейными уравнениями, и предполагает возможность существования более одного устойчивого состояния системы, т.е. разные варианты развития системы).

При флюктуации (внешнем или внутреннем воздействии) возникают так называемые диссипативные (неравновесные) структуры – элементы системы получают общий импульс и согласованность (пример: турбулентность). Это приводит к структурогенезу и самоорганизации (пример: социально-экономические образования, поляризация ландшафта, возникновение демэкономического и природного каркаса территории и т.д.).

Таким образом, синергетика отвергла притязания термодинамики на универсальность!

Как происходит развитие и самоорганизация во времени?

Изначальное состояние системы+флюктуация – точка бифуркации (выбор состояния) – достижения аттрактора.

Бифуркация – точка разветвления путей эволюции открытой нелинейной системы!

Нелинейность (все природные и географические системы нелинейны!) приводит к:

— множеству возможных состояний системы (более одного устойчивого!);

— невозможности точно предсказать развитие системы (в близкой перспективе более и менее да, в отдаленной нет – пример прогноз погоды).

— неравномерность структуры и распределения в ней энергии.

Примеры самоорганизации в географии: образование облаков, циклонов и тайфунов, превращение оврага в балку, развитие форм рельефа и т.д.

Пример самоорганизации на рельефе: пространственно-временные отношения в концепции самоорганизации рельефа.

Характер взаимодействий в географической оболочке Земли (как открытой нелинейной системы):

— содержательная часть – перенос вещества и энергии;

— формальная часть – пространственно-временные отношения и передача информации.

Пространство в естественных науках – как внешняя форма существования объектов! Т.е. вместилище объектов.

Время – длительность и последовательность событий и процессов, происходящих в системе.

И пространство, и время имеют прямое отношение к синергетике и самоорганизации рельефа.

Рельеф, с точки зрения синергетики – результат самоорганизации одной из поверхностей раздела на контактах тел разной плотности: первоначальные – воздух-литосфера и вода-литосфера, затем присоединились по мере усложнения и самоорганизации другие: растительный покров (фитогенный рельеф), человек (антропогенный и урбанизированный и т.д.) и др.

Пространство Рельефа различно на разных уровнях рассмотрения системы:

— планетарный рельеф находится в сферическом пространстве (как оболочка Земли);

— региональный рельеф – двумерное пространство – рассматривается сочетание (мозаика) форм, типов рельефа, геоморфологических районов, провинций и т.д. Именно здесь карта выступает как наиболее объективное отражение рельефа уровня – важно размещение элементов системы друг к другу в горизонтальной плоскости (топология или композиция);

— локальный рельеф – трехмерное декартово пространство (+ время) – важна высота! – появляется явление анизотропности (по действием гравитационных сил) – использование локальных системы координат (пример: удаленность от гребня водораздела и т.д.).

Понятие расстояние в географии является связующим между пространством и временем!

Закономерности ландшафтного уровня как системы:

— эргодичность – возможность выделения временных фаз развития;

— пространственная некоммутативность – анизотропность пространства – нельзя поменять в пространстве элементы ландшафта, т.к. это приведет к возникновению другой геоморфоструктуры (А+Б ≠ Б+А), либо вообще запрещена (пример: нельзя поменять местами верхнюю и среднюю части долины реки!).

— временная некоммутативность – невозможность обратить время в обратную сторону.

Таким образом,Рельеф может рассматриваться как некая информационная матрица развития в природе – задает и управляет потоками вещества и энергии, свойствами и распределением рыхлых горных пород, почвенно-растительного покрова и т.д. При этом и сам подвергается изменениям от других систем, например от растений.

Эмпирический и теоретический уровни познания; фундаментальные и прикладные исследования.

Методы, используемые в естествознании можно разделить на:

Метод научного познания.

Научный метод стал неотделим от научной теории, ее применения и развития. Истинно научный метод – это теория в действии. Квантовая механика есть не только отражение свойств и закономерностей физических процессов атомного масштаба, но и важнейший метод дальнейшего познания микропроцессов. Генетика – не только отражение свойств и закономерностей явлений наследственности и изменчивости в развитии живых систем, но и важнейший метод познания глубинных основ жизни.

Чтобы выполнить функцию метода, теория должна удовлетворять таким требованиям:

1) быть принципиально проверяемой;

2) обладать максимальной общностью;

3) обладать предсказательной силой;

4) быть принципиально простой;

5) обладать системностью.

Самые простые научные методы – сравнение и измерение.

Сравнение. Сущность этого способа может быть раскрыта следующим образом. Сравнение – это научный метод познания, в процессе его неизвестное (изучаемое) явление, предметы сопоставляются с уже известными, изучаемыми ранее, с целью определения общих черт либо различий между ними.

Сравнение – это процесс установления сходства или различия у предметов и явлений действительности, а также нахождения общего, что присуще двум или нескольким объектам.

С помощью сравнения определяется общее и специфическое в явлениях, изучаются изменения исследуемых объектов, тенденции и закономерности их развития.

Метод сравнения будет плодотворным, если выполняются следующие требования (Огурцов, 2008, с. 23-24):

1. могут сравниваться только такие явления, между которыми может существовать определенная объективная общность;

2. сравнение должно осуществляться по наиболее важным, существенным (в плане конкретной задачи) признакам.

Различают по характеру сравнения (по направлению):

1. горизонтальный сравнительный анализ, который применяется для определения абсолютных и относительных отклонений фактического уровня исследуемых показателей от базового;

2. вертикальный сравнительный анализ, используемый для изучения структуры экономических явлений; трендовый анализ, применяемый при изучении относительных темпов роста и прироста показателей за ряд лет к уровню базисного года, т.е. при исследовании рядов динамики.

Различные объекты или явления могут сравниваться непосредственно или опосредованно через их сравнение с каким-либо третьим объектом (эталоном).

В первом случае обычно получают качественные результаты (больше – меньше; выше – ниже). Сравнения же объектов с эталоном дают возможность получить количественные характеристики. Такие сравнения называются измерением.

Измерение – совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). Получившееся значение называется числовым значением измеряемой величины, числовое значение совместно с обозначением используемой единицы называется значением физической величины.

Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью различных средств измерений – мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, систем, установок и т. д.

Измерение физической величины включает в себя несколько этапов:

1) сравнение измеряемой величины с единицей;

2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).

· Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.

· Метод измерений – приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

Характеристикой точности измерения является его погрешность или неопределённость. Примеры измерений:

1. В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают её размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчёт, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).

2. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчёт.

В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая, или не определена единица измерений этой величины) практикуется оценивание таких величин по условным шкалам, например, Шкала Рихтера интенсивности землетрясений, Шкала Мооса — шкала твёрдости минералов (бальная оценка).

Наука, предметом изучения которой являются все аспекты измерений, называется метрологией.

Различают методы измерений по видам измерений:

· Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно.

· Косвенное измерение – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

· Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноимённых величин для определения зависимости между ними.

· Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.

По методам измерений

· Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.

· Метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

· Нулевой метод измерений – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.

· Метод измерений замещением – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.

· Метод измерений дополнением – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.

· Дифференциальный метод измерений – метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.

Современное естествознание характеризуется усилением в нем роли наблюдения. Основные причины этого явления такие:

1) развитие самого метода наблюдения: создаваемая для наблюдения аппаратура может длительное время работать в автоматическом режиме, управляться на расстоянии; ее подключение к ЭВМ дает возможность быстро и надежно обрабатывать данные наблюдений;

2) осознание научным сообществом того, что эксперименты над объектами, жизненно необходимыми для человечества, ставить нельзя. Это, в первую очередь, – океан и земная атмосфера. Их можно изучать только методом наблюдения;

3) возникновение новых возможностей наблюдения Земли с развитием космической техники. Наблюдения Земли из космоса позволяют получать информацию о целостных земных образованиях в интегративном виде, которые нельзя получить в условиях нахождения субъекта наблюдения на Земле. Они позволяют наблюдать целостные картины взаимодействий сразу нескольких подсистем Земли, наблюдать динамику ряда процессов на Земле;

4) вынос средств наблюдения за пределы атмосферы Земли и даже за пределы поля ее тяготения расширил возможность астрономических наблюдений. Так, с помощью автоматов удалось увидеть обратную сторону Луны, обозреть поверхность и окружение иных планет солнечной системы. Дело в том, что за пределами земной атмосферы отсутствует поглощение электромагнитного космического излучения в широком диапазоне частот атмосферой. После выноса инструментов за пределы земной атмосферы возникла и стала бурно развиваться рентгеновская и гамма-астрономия.

Что же такое научное наблюдение?

Наблюдение – это преднамеренное, планомерное восприятие какого-либо явления, осуществляемое с целью выявить его существенные свойства и отношения.

Наблюдение – это активная форма научной деятельности субъекта! Оно требует постановки задачи наблюдения, разработки методики его проведения, разработки способов фиксации результатов наблюдения и их обработки.

Возникающие задачи наблюдения вызваны внутренней логикой развития естествознания и запросами практики.

Научное наблюдение всегда связано с теоретическим знанием. Именно оно показывает, что наблюдать и как наблюдать. Оно задает и степень точности наблюдения.

Наблюдения могут быть:

— непосредственными – свойства и стороны объекта воспринимаются органами чувств человека;

— опосредованными – выполняемые с помощью технических средств (микроскопа, телескопа);

— косвенными – при которых наблюдаются не объекты, а результаты их воздействия на какие-то другие объекты (поток электронов, который фиксируется свечением экрана со специальным покрытием).

Условия наблюдения должны обеспечивать:

а) однозначность замысла наблюдения;

б) возможность контроля либо путем повторного наблюдения, либо путем применения новых, иных методов наблюдения. Результаты наблюдения должны быть воспроизводимыми. Конечно, абсолютной воспроизводимости результатов наблюдений нет. Результаты наблюдений фиксируются лишь в рамках определенных научных знаний.

Особенность метода наблюдения – В процессе наблюдения субъект не вмешивается в природу наблюдаемого явления. Это порождает недостатки наблюдения как научного метода познания:

1. Нельзя изолировать наблюдаемое явление от влияния затемняющих его сущность факторов. Понятие затемняющего фактора легко понять на примере свободного падения тел. Действительно, свободное падение тел показывает, что сопротивление воздуха явно влияет на характер движения тела, но оно не оказывает никакого влияния на зависимость этого движения от силы тяжести. Таким образом, затемняющий фактор – это фактор, от которого изучаемое явление не зависит, но который видоизменяет форму проявления изучаемого явления.

2. Нельзя воспроизводить явление столько раз, сколько требуется для этого изучения; необходимо ждать, когда оно повторится само.

3. Нельзя исследовать поведение явления в различных условиях, т.е. невозможно его всесторонне изучить.

Именно эти недостатки наблюдения и заставляют исследователя переходить к эксперименту. В заключение этого вопроса отметим, что в современном естествознании наблюдение все больше приобретает форму измерения количественной величины свойств системы. Результаты наблюдения фиксируются в протоколах. Ими выступают таблицы, графики, словесные описания и т.д. Получив протоколы наблюдения, исследователь пытается установить зависимости между теми или иными свойствами: количественные, следования во времени, сопутствия, взаимоисключения и т.д.

Эксперимент– это метод познания, базирующийся на управлении поведением объекта с помощью ряда факторов, контроль за действием которых находится в руках исследователя.

Эксперимент не вытеснил полностью наблюдение. Наблюдение в условиях эксперимента фиксирует воздействие на объект и реакцию объекта. Без этого эксперимент идет вхолостую.

Например, закон Ома для участка цепи гласит: для металлов и электролитов сила тока в цепи пропорциональна приложенному напряжению. Чтобы эту закономерность проверить экспериментально, надо менять напряжение в цепи и наблюдать (фиксировать), как при этом меняется сила тока.

Главное отличие эксперимента от наблюдения заключается в том, что даже в самом простом эксперименте создается искусственная система элементов, ранее не встречающаяся в практике человека. Эта искусственная система будет экспериментальной установкой.

Главное требование к эксперименту – воспроизводимость его результатов. Это означает, что эксперимент, проведенный в разные моменты времени, при прочих равных условиях, должен давать один и тот же результат. Тем не менее, не всякий биологический эксперимент, например, можно повторить сколько угодно раз (пересадка сердца и т.д.). Такой повтор возможен в принципе. Но есть еще и вопрос о целесообразности повтора.

В зависимости от предмета исследования эксперимент подразделяют на естественнонаучный, технический и социальный. Выбор то или иного вида эксперимента, как и план его осуществления, зависит от исследовательской задачи. В этой связи эксперименты подразделяют на: поисковые, измерительные, контрольные, проверочные.

Поисковые эксперименты ставятся для обнаружения неизвестных объектов или свойств. Измерительные – для установления количественных параметров изучаемого предмета или процесса.

Контрольные – для проверки полученных ранее результатов.

Проверочные – для подтверждения или опровержения определенной гипотезы или некоторого теоретического утверждения.

Современный эксперимент теоретически нагружен. Действительно:

— в эксперименте используются приборы, а они представляют собой материализованный результат предшествующей теоретической деятельности;

— всякий эксперимент строится на основе какой-то теории, и если теория разработана хорошо, то заранее известно, к какому результату приведет эксперимент;

— эксперимент, как правило, дает не непрерывную картину процесса, а лишь его узловые точки. Только теоретическое мышление способно восстанавливать по ним весь процесс;

— при обработке данных экспериментов надо проводить усреднения, применять теорию ошибок.

Научное исследование начинается с постановки проблемы. Понятие проблемы связывается с непознанным. Возникает вопрос: вся ли область непознанного составляет научную проблему? Нет. Проблема – это не непознанное как таковое, но уже некоторое знание о нем. Проблема – это знание о незнании, это незнание, которое можно сформулировать в виде вопроса. Проблемы вырастают из предшествующего знания как своеобразное логическое следствие. Существующего знания достаточно, чтобы поставить проблему, но не решить ее. Примерами проблем могут служить проблема управляемой термоядерной реакции, проблема фотосинтеза и т.д. Проблема тесно связана с предметом исследования.

Итак, для постановки проблемы нужно знание. Ими являются научные факты. Решение проблемы ведет к возникновению теории. Необходимым путем к созданию теорий является гипотеза.

Гипотезой называется выдвигаемое на основе известных фактов предположение о непосредственно ненаблюдаемых формах связи явлений или внутренних механизмах, обуславливающих эти явления и присущие им формы связи (ненаблюдаемым будем считать явление, которое нельзя воспринять ни с помощью органов чувств, ни с помощью известных нам приборов).

Научная гипотеза должна удовлетворять следующим условиям:

1. Обязательное согласие с тем фактическим материалом, для объяснения которого она выдвигается. Однако в науке часто бывает и так, что появляющаяся гипотеза противоречит некоторым данным. Это еще не значит, что сделанное предположение непременно неверно. Возможно, неверно то, что мы считаем непреложным фактом. Примером такой ситуации может служить открытие Д.И. Менделеевым периодического закона. Ряд химических элементов ему “не подчинялся”. Д.И. Менделеев предположил, что их атомные веса были определены неправильно, и это подтвердилось более точными экспериментами.

2. Принципиальная проверяемость. Общий метод проверки гипотез – это вывод из них следствий, которые доступны опытной проверке. Если из гипотезы нельзя вывести ни одного подобного рода следствия, она не имеет права на существование. Это хорошо знают физики и такого рода гипотез не выдвигают. Однако нельзя путать фактическую непроверяемость и принципиальную непроверяемость. Фактическая существует в тех случаях, когда в силу математических трудностей нельзя получить из гипотезы количественно определенные следствия, допускающие однозначное сопоставление с опытом, или когда выводимые следствия недоступны проверке в силу недостаточных технических возможностей эксперимента. Фактически непроверяемая гипотеза со временем становится проверяемой. Примером фактически непроверяемой гипотезы на современном этапе развития физики может служить гипотеза кварков, хотя уже сегодня некоторые ее следствия могут быть экспериментально проверены.

3. Логическая простота. Действительная простота гипотезы заключается в ее способности, исходя из единого основания, осмыслить по возможности более широкий круг явлений, не прибегая при этом к искусственным построениям, произвольным допущениям. Принцип логической простоты используется в тех случаях, когда для объяснения одних и тех же фактов выдвигается ряд гипотез. Причем они одинаково подтверждаются экспериментом. Для примера можно сравнить гипотезы Птолемея и Коперника. Согласно Птолемею центром солнечной системы является Земля, а согласно Копернику – Солнце. Обе гипотезы хорошо объясняют результаты наблюдений. Но вот чтобы объяснить петли, которые делают планеты на небосводе в течение года, с точки зрения гипотезы Коперника никаких дополнительных допущений делать не надо, а гипотеза Птолемея требует их ввода. В этом смысле гипотеза Коперника логически проще, чем гипотеза Птолемея.

Нельзя забывать, что большая или меньшая сложность математического аппарата, большая или меньшая непривычность развиваемых идей к оценке логической простоты гипотезы никакого отношения не имеют.

4. Надежность гипотезы – это ее способность не разрушаться при введении в нее новых фактов, при расширении ее предметной области. Гипотеза считается надежной, если она не ведет к противоречиям формально-логического характера, не противоречит законам природы, ведет к предсказанию новых явлений.

Теория.Теория в отличие от гипотезы представляет собой уже не вероятное, а достоверное знание (система знаний, переведенная из ранга гипотезы в теорию при помощи эксперимента).

Научная теория – это система знаний, описывающая и объясняющая определенную совокупность явлений, дающая обоснование всех выдвинутых положений и сводящая открытые в данной области законы к единому основанию. Например, теория относительности, квантовая теория, теория государства и права и т.д.

Обозначим основные черты научной теории:

1. Научная теория – это знание об определенном предмете или строго определенной, органически связанной группе явлений. Объединение знания в теорию определяется ее предметом.

2. Теорию в качестве важнейшего ее признака характеризует объяснение известной совокупности фактов, а не простое их описание, вскрытие закономерностей их функционирования и развития.

3. Теория должна обладать прогностической силой, предсказывать течение процессов.

4. В развитой теории все ее главные положения должны быть объединены общим началом, основанием.

5. Наконец, все входящие в содержание теории положения должны быть обоснованы.

Что же касается структуры научной теории, то она включает:

— во-первых, основания теории (аксиомы геометрии Евклида, принципы диалектики);

— во-вторых, законы, выступающие в качестве костяка научной теории, ее базы;

— в-третьих, узловые понятия, категориальный аппарат теории, с помощью которого выражается и излагается основное содержание теории;

— в-четвертых, идеи, в которых органически слиты отражение объективной реальности и постановка практических задач перед людьми.

Научные теории подразделяются на:

1. эмпирические – обеспечиваются большим количеством эмпирики, а их законы формулируются путем упорядочения фактов и генерализации исследовательского материала. Содержание эмпирических теорий выражается естественным языком (низкий уровень формализации) с введением специальных терминов.

2. математизированные теории – основаны на математическом аппарате (теория элементарных частиц, теория ядра и т.д.). Здесь реальный объект замещается идеальным (модель!).

3. дедуктивные теории – результат исследования определенных классов объектов, которые строятся из выходящих утверждений методом дедукции. Такие выходящие утверждения в математике называются постулатами и аксиомами, в физике – началами и принципами. Выводы из них создают в математике систему теорем, в физике – систему законов. Дедуктивные теории излагаются терминами специальных формальных языков и имеют высокую меру обобщения.

Высокая роль и растущее значение науки в жизни современного общества, с одной стороны, а с другой – опасные негативные социальные следствия бездумности, а порой и откровенно преступного использования достижений науки повышают в наши дни требования к нравственным качествам ученых, к этической, если ставить вопрос шире, стороне научной деятельности. Наметим хотя бы пунктирно некоторые из этих этических требований.

1. Прежде всего ученый должен соблюдать общечеловеческие нормы нравственности, и спрос с него в этом отношении должен быть выше, чем в среднем, и в силу важности его функций, и в силу высокой ответственности за социальные результаты его деятельности.

4. Четвертый устой этики науки – обеспечение свободы научного поиска.

5. Наконец, последний, пятый по счету, но первостепенный по значимости устой этики науки и этики ученого – высокая социальная ответственность и за результаты своих исследований, и в еще большей степени за их практическое использование. О необходимости повышения ответственности ученых и работников инженерной мысли за свои решения свидетельствует тяжелый груз Чернобыля.

Источник