Экспериментальные методы в естественных науках кратко

Обновлено: 05.07.2024

Одними из методов научного познания являются наблюдение и эксперимент.

Наблюдение как метод научного познания

Наблюдение представляет собой целенаправленное фиксирование данных об исследуемом объекте в его естественной среде.

Фиксирование данных происходит на основе чувственных способностей человека- ощущении, восприятии и представлении. Результатом наблюдения является получение данных.

Выделяют следующие компоненты наблюдения:

  • наблюдатель;
  • объект исследования;
  • условия наблюдения;
  • средства наблюдения (измерительные инструменты).

Активность наблюдателя заключается в избирательности наблюдения в зависимости от целевой установки: что подвергается наблюдению, на чем первоочередно нужно акцентировать внимание и т.д.
Опытный наблюдатель не будет игнорировать явления, которые не входят в его установку в качестве поставленных целей для наблюдения. Такие явления фиксируются, т.к. они могут быть полезны для познания изучаемого объекта. Активность наблюдателя тесно связана с теоретической обусловленностью содержания результатов наблюдения. В наблюдении важна не только чувственная сторона, но и рациональная способность, выраженная в теоретических установках.
Так же активность исследователя проявляется в отборе необходимых средств наблюдения. Наблюдение нацелено на невнесение изменений в условия существования объекта. Активность наблюдателя проявляется в ограничении самого себя.

Выделяют следующие виды наблюдения:

Качественное наблюдение использовалось людьми еще до появления науки в современное ее понимании. Количественное наблюдение стали использовать в Новое время – время становления научного знания. Количественные наблюдения связаны с математическими измерениями и измерительной техникой.

Эксперимент как метод научного познания

Эксперимент представляет собой активное фиксирование данных об изучаемом объекте, который находится в специально созданных контролируемых условиях.

Выделяют следующие компоненты эксперимента:

  • лаборатория (пространственно-временная область). Ее границы могут быть реальными и мысленными;
  • система, которая изучается исследователем;
  • протокол эксперимента;
  • реакции системы, которые фиксируются с помощью необходимых приборов.

Существуют различные виды экспериментов.

Так, в зависимости от познавательных целей, средств и объектов познания выделяют:

  • исследовательский (поисковый) эксперимент;
  • проверочный (контрольный) эксперимент;
  • воспроизводящий эксперимент;
  • изолирующий эксперимент;
  • качественный и количественный эксперимент;
  • физический, химический, биологический, социальный эксперимент.

Эксперимент может быть натуральный и умственный:

  • Натуральный эксперимент предполагает целенаправленное вмешательство исследователя в естественный ход событий.
  • Умственный эксперимент - это манипулирование не реальными объектами, а с информацией о них без вмешательства в ход событий.

Так же выделяют контролируемый и неконтролируемый эксперимент.

Эксперимент в качестве самостоятельного метода научного познания сложился примерно в 17 веке, что означало становление науки в эпоху Нового времени. Экспериментальный метод распространился в таких науках, как биология, химия, физиология. В 19 веке эксперимент стал использоваться в психологии (В. Вундт), позднее - в социологии.

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.

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. Основными формами научного познания являются факты, проблемы, гипотезы и теории .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.

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..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.

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

1)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.

2)Измерение – это определение количественных значений (характеристик) изучаемых сторон или свойств объекта с помощью специальных технических устройств.

3)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.

Среди особенных теоретических методов научного познания выделяют процедуры абстрагирования и идеализации. В процессах абстрагирования и идеализации формируются понятия и термины, используемые во всех теориях.

1)Абстрагирование – мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые считают несущественными. Таковы модели точки, прямой линии, окружности, плоскости.

2)Идеализация представляет операцию мысленного выделения какого-то одного важного для данной теории свойства или отношения, мысленного конструирования объекта, наделенного этим свойством (отношением).

Среди особенных универсальных методов исследований выделяют анализ, синтез, сравнение, классификацию, аналогию, моделирование. 1)Анализ – одна из начальных стадий исследования, когда от цельного описания объекта переходят к его строению, составу, признакам и свойствам.

2)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.

3)Классификация – метод научного познания, который объединяет в один класс объекты, максимально сходные друг с другом в существенных признаках. Как правило, классификации выражаются в виде текстов на естественных языках, схем и таблиц.

4)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.

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. Оно предполагает формирование систем уравнений, которые описывают исследуемое природное явление, и их решение при различных условиях.

Компьютерное моделирование получило широкое распространение в последнее время .

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.

Критерии научного знания. Лженаука

Научное знание и его критерии

Для естествознания, как и для философии в целом, большое значение имеет такой критерий, как знание. В словаре русского языка Ожегова С. И. даются два определения понятия знания:

1) постижение действительности сознанием;

2) совокупность сведений, познаний в какой-нибудь области. Давайте определимся, что такое знание в философском смысле.

Знание – это многоаспектный проверенный практикой результат, который был подтвержден логическим путем, процесс познания окружающего мира. Многоаспектность философского знания, как уже было сказано выше, вытекает из того, что философия состоит из множества наук.

Можно назвать несколько критериев научного знания:

1) систематизированность знания;

2) непротиворечивость знания;

3) обоснованность знания.

Систематизированность научного знания означает, что весь накопленный опыт человечество приводит (или должно приводить) к определенной строгой системе.

Непротиворечивость научного знания означает, что знания в различных областях науки дополняют друг друга, а не исключают. Этот критерий непосредственно вытекает из предыдущего.

Обоснованность научного знания. Научное знание может подтверждаться путем многократного повторения одного и того же действия (т. е. эмпирически).

Также,критериями научного знания могут быть:

Рациональность( логическое мышление понятиям)

Воспроизводимость( метод ясно описан)

Наличие отработанного механизма получения знаний

Постоянное развитие (осознание ограниченности теории и моделей)

Лженаука(псевдонаука)- это деятельность или учение, осознанно или неосознанно имитирующие науку, но по сути таковыми не являющиеся.

Классификация

Отнесение каких-либо отраслей человеческой деятельности к псевдонауке происходит постепенно, по мере развития человечества и отхода от устаревших воззрений.

В первую группу входят некоторые эмпирические учения прошлого, которые достигли определённых результатов, но на сегодняшний момент являются не более чем элементами оккультизма, например:

Алхимия дала начало химии и может рассматриваться как исторический этап её развития.

Астрология в некоторых культурах на определенных этапах переплеталась с астрономией.

Нумерология, возникшая в период бурного расцвета философии, математики и астрологии, дала начало некоторым идеям теории чисел.

Новое учение о языке или яфетическая теория

Третьи являются оспариваемыми попытками связать современные научные теории с религиозными или мистическими учениями, например:

Научный креационизм, разумный замысел

Парапсихология (телепатия, телекинез и т. п., психотронное оружие)

Четвёртые являются разного рода устаревшими или маргинальными учениями .К ним относятся, например:

В пятых, к псевдонауке следует отнести попытки некорректного использования известных научных подходов в качестве бренда или модного атрибута названия теории, статьи или работы, например:

Характерные черты лженауки:

Использование неточных, часто обыденных и размытых понятий

Грубые ошибки в постановке опытов- отсутствие контроля и воспроизводимости

Сознательное искажение и подстановка фактов

Отсутствие системности- связи с остальным научным знанием, непротиворечивости с ним и внутренней. Покушение на авторитеты

БОЛЬШИЕ БУКВЫ и много пафоса

Интенсивная самореклама на ТВ и в прессе

Популярные лженаучные теории:

9.Сравните естественнонаучные и гуманитарные дисциплины. Укажите черты сходства и различия

Направления естественных наук:

Существуют предложения расширить список естественных наук, например:

Основа естественных наук:

Все современные естественные науки, так или иначе, используют математическое или компьютерное моделирование для описания рассматриваемых явлений.

Таким образом, естественные науки предполагают точное формульное определение закономерностей, описывающих рассматриваемые природные явления; а также формульную запись новых гипотез и теорий.

В результате, обеспечиваемые естественными науками описания содержат численные значения. Кроме того, благодаря точным математическим выкладкам любая гипотеза может быть проверена и при необходимости скорректирована.

Гуманитарные науки - дисциплины, изучающие человека в сфере его духовной, умственной, нравственной, культурной и общественной деятельности. По объекту, предмету и методологии изучения часто отождествляются или пересекаются с общественными науками, противопоставляясь при этом естественным и точным наукам на основании критериев предмета и метода. Если в других науках важна конкретность, то в гуманитарных, если и важна такая точность, например описания исторического события, то и важна многогранность и даже безграничность такого произведения (описания), так, чтобы, по возможности, каждый человек находил в нём нечто своё, получая при этом определённое эстетическое удовлетворение.

Материя и её свойства

Материя- это бесконечное множество всех участвующих в мире объектов и систем, включает в себя не только наблюдаемые объекты и тела природы, но и те которые не даны человеку и его ощущениях.

Вещество- основной вид материи, обладающий массой покоя.

Физическое поле- особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем( электромагнитное м гравитационные поля, поле ядерных сил, волновые поля различных частиц).

Физический вакуум- низшее энергетическое состояние квантового поля.

Основные виды материи:

Адронное вещество — основную массу этого типа вещества составляютэлементарные частицы адроны

Барионное вещество (барионная материя) — основной (по массе) компонент — барионы

Вещество в классическом понимании. Состоит из атомов, содержащихпротоны, нейтроны и электроны. Эта форма материи доминирует в Солнечной системе и в ближайших звёздных системах

Антивещество — состоит из антиатомов, содержащих антипротоны, антинейтроны и позитроны

Нейтронное вещество — состоит преимущественно из нейтронов и лишено атомного строения. Основной компонент нейтронных звёзд, существенно более плотный, чем обычное вещество, но менее плотный, чем кварк-глюонная плазма

Другие виды веществ, имеющих атомоподобное строение (например, вещество, образованное мезоатомами с мюонами)

Атрибуты и свойства материи:

Атрибутами материи, всеобщими формами её бытия являются движение, пространство и время, которые не существуют вне материи. Точно так же не может быть и материальных объектов, которые не обладали бы пространственно-временными свойствами. [11]

Фридрих Энгельс выделил пять форм движения материи:

Универсальными свойствами материи являются:

несотворимость и неуничтожимость

вечность существования во времени и бесконечность в пространстве

материи всегда присущи движение и изменение, саморазвитие, превращение одних состояний в другие

детерминированность всех явлений

причинность — зависимость явлений и предметов от структурных связей в материальных системах и внешних воздействий, от порождающих их причин и условий

отражение — проявляется во всех процессах, но зависит от структуры взаимодействующих систем и характера внешних воздействий. Историческое развитие свойства отражения приводит к появлению высшей его формы — абстрактного мышления

Галилей выделял два основных метода экспериментального исследования природы:

Иоганн Кеплер (1571-1630) установил три закона движения планет относительно Солнца: 1. Каждая планета движется по эллипсу (а не по кругу, как полагал Коперник), в одном из фокусов которого находиться Солнце. 2. Радиус-вектор, проведённый от Солнца к планете, в равные промежутки времени описывает равные площади: скорость движения планеты тем больше, чем ближе она к Солнцу. 3. Квадраты времён обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний до него. Кроме того, он предложил теорию солнечных и лунных затмений и способы их предсказания, уточнил расстояние между Землёй и Солнцем и др. Но Кеплер не объяснил причины движения планет, ибо динамика – учение о силах и их взаимодействии – была создана позже Ньютоном.

Кроме того, Ньютон – независимо от Лейбница – создал дифференцированное и интегральное исчисление как адекватный язык математического описания физической реальности. Он был автором многих новых физических представлений - о сочетании корпускулярных и волновых представлений о природе света, об иерархически атомизированной структуре материи, о механистической причинности и др.

1) провести опыты, наблюдения, эксперименты;

2) посредством индукции вычленить в чистом виде отдельные стороны естественного процесса и сделать их объективно наблюдаемыми;

3) понять управляющие этими процессами фундаментальные закономерности, принципы, основные понятия;

4) осуществить математическое выражение этих принципов, т. е. математически сформулировать взаимосвязи естественных процессов;

5) построить целостную теоретическую систему путём дедуктивного развёртывания фундаментальных принципов, т. е. «прийти к законам, имеющим неограниченную силу во всём космосе (В. Гейзенберг);




К концу XIX в. становиться всё более очевидным, что «научный метод, сводившийся к изоляции, объяснению и упорядочиванию, натолкнулся на свои границы. Оказалось, что его действие изменяет и преобразует предмет познания, вследствие чего сам метод уже не может быть отстранён от предмета.

Интерпретация как общий метод естественных наук

Галилей выделял два основных метода экспериментального исследования природы:

Иоганн Кеплер (1571-1630) установил три закона движения планет относительно Солнца: 1. Каждая планета движется по эллипсу (а не по кругу, как полагал Коперник), в одном из фокусов которого находиться Солнце. 2. Радиус-вектор, проведённый от Солнца к планете, в равные промежутки времени описывает равные площади: скорость движения планеты тем больше, чем ближе она к Солнцу. 3. Квадраты времён обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний до него. Кроме того, он предложил теорию солнечных и лунных затмений и способы их предсказания, уточнил расстояние между Землёй и Солнцем и др. Но Кеплер не объяснил причины движения планет, ибо динамика – учение о силах и их взаимодействии – была создана позже Ньютоном.

Кроме того, Ньютон – независимо от Лейбница – создал дифференцированное и интегральное исчисление как адекватный язык математического описания физической реальности. Он был автором многих новых физических представлений - о сочетании корпускулярных и волновых представлений о природе света, об иерархически атомизированной структуре материи, о механистической причинности и др.

1) провести опыты, наблюдения, эксперименты;

2) посредством индукции вычленить в чистом виде отдельные стороны естественного процесса и сделать их объективно наблюдаемыми;

3) понять управляющие этими процессами фундаментальные закономерности, принципы, основные понятия;

4) осуществить математическое выражение этих принципов, т. е. математически сформулировать взаимосвязи естественных процессов;

5) построить целостную теоретическую систему путём дедуктивного развёртывания фундаментальных принципов, т. е. «прийти к законам, имеющим неограниченную силу во всём космосе (В. Гейзенберг);

К концу XIX в. становиться всё более очевидным, что «научный метод, сводившийся к изоляции, объяснению и упорядочиванию, натолкнулся на свои границы. Оказалось, что его действие изменяет и преобразует предмет познания, вследствие чего сам метод уже не может быть отстранён от предмета.

Интерпретация как общий метод естественных наук

В 15 веке Европа вступает в новое время, характеризующееся активным ростом производства, техники, появлением городов, а также усилением научного влияния. Это период окончания Средневековья и вступления европейских стран в эпоху Нового времени, переход от феодального строя к буржуазному, когда на передний план выходят учёные, мыслители, инженеры, философы, люди нового образа мыслей, способные по-иному взглянуть на окружающий мир, дать ему объяснения и найти применение естественнонаучным открытиям. Производство в большей степени было ремесленным, по этой причине в первую очередь развивались прикладные сферы, направленные на практическое применение. Также осваиваются другие территории, ведутся завоевательные войны, налаживаются торговые отношения. В науке происходит соединение практики и эксперимента. Именно в этот период закладывается экспериментальное естествознание, основными направлениями изучения стали физика, в частности механика, астрономия, география.

Ранее существовало противопоставление науки и практической деятельности, поэтому такая форма получения научного знания как эксперимент была невозможной, поскольку под наукой понималось теоретическое наполнение, а практика подразумевает изменение окружающей среды.

Эксперимент становится связующим звеном между практической деятельностью и теорией. Само понятие эксперимент обозначает исследование явления, процесса в смоделированных условиях, под наблюдением стороннего субъекта, наблюдателя.

Появляется идея о том, что природе можно ставить теоретические вопросы и искать на них подтверждение. Как раз в ходе проведения эксперимента появляется такая возможность. В этом месте произошло фактическое единение теоретической деятельности и практической, отныне они стали тождественными по значению и по степени важности. Причём экспериментальная база должна была иметь чёткое математическое основание и иметь подтверждение в природе.

Готовые работы на аналогичную тему

Причины, повлиявшие на возможность применения эксперимента в естествознании

Причины, повлиявшие на возможность применения эксперимента в естествознании:

  • церковь стала парадоксальным, но действенным источником внедрения эксперимента. С одной стороны, находилась католическая церковь, ярая противница опытов, которая рассматривала их как ересь и колдовство. С другой стороны, была протестантская церковь, которая рассматривала природу как мастерскую, а человека как творца, и не отрицала возможности проведения эксперимента;
  • философские теории. Вспомним тот факт, что средневековая наука развивалась преимущественно в университетах, ведущей философской концепцией была схоластика, с её размышлениями и теориями. С другой стороны, был научный эмпиризм, который выступал за эксперимент как за целенаправленную проверку опытных данных. В итоге движущей философской силой становится эмпиризм, и как следствие эксперимент получает философское обоснование;
  • в качестве ведущего научного направления закрепилась механика, которая сыграла ключевую роль в становлении науки того времени, она требовалась в развитии техники, изучении природных процессов, в исследовании превращения веществ. Фактически этот временной отрезок повлиял на всё дальнейшее развитие науки.

Основные составляющие эксперимента

В число таковых входят:

  • назначить объект исследования;
  • поставить конкретные цели и задачи;
  • смоделировать условия или ситуацию;
  • определить способ исследования;
  • выбрать способ регистрации данных;
  • проанализировать результаты;
  • сделать выводы и определить дальнейшее направление исследований.

Независимо от эпохи любой эксперимент требовал соблюдения этих этапов, без которых чистота полученных данных была бы сомнительной.

Помимо этого, проведение экспериментов изменило представление о ключевом объекте естествознания, о природе, а вместе с этим произошёл пересмотр таких понятий как пространство и время. В средние века пространство рассматривалось как набор мест, а время как последовательность сменяющих друг друга моментов и обе категории были наполнены мистическим символизмом.

Подобное понимание господствовало во всех сферах человеческой жизни – культурной, религиозной, философской. В итоге оно стало отражением социальных отношений и образа жизни. Например, земное и небесное принято было противопоставлять, как имеющее разную природу и подчиняющееся разным законам.

Кроме того, пространство и время в разных местах имели разную природу, что в итоге стало противоречить самому понятию естественнонаучного эксперимента. Поскольку пространство и время для проведения эксперимента должны быть однородными, то есть эксперимент может быть повторён в любой точке мира и данные не должны отличаться.

Из концепции однородности пространства и времени следовал вывод о единстве всего живого.

Именно в средние века, а потом в Возрождении эта концепция претерпела значительные изменения. Способствовало этим изменениям именно естествознание: открытия Коперника, Галилея, Ньютона убрали грань между земным и небесным. Кроме того, для рассмотрения пространства была взята эвклидова геометрия, к которой было добавлено время.

Благодаря этому стало возможно построение экспериментальных моделей, то есть сложные небесные явления моделировались с использованием простейших средств, например, вращение планет, как вращение объекта, закреплённого на нити.

Экспериментальное естествознание, появившееся в ту эпоху, подвело итог становления науки за долгий период. В итоге наука превратилась в одну из основных движущих сил цивилизации, были заложены основы механизма получения знаний, тем самым, предоставлена возможность совершать новые открытия и внедрять, полученные знания в различные сферы жизнедеятельности человека.

Читайте также: