Эксперимент и теория реферат

Обновлено: 05.07.2024

Предмет химии. Научные методы познания веществ и химических явлений. Роль эксперимента и теории в химии. Химия – одна из фундаментальных естественных наук, знание которой необходимо для плодотворной творческой современного представителя любой специальности. Качество химических знаний приобретает особо важное значение в связи с необходимостью уменьшения энергозатрат, использования новых материалов и повышения надежности современной техники. Понимание химических законов помогает в решении экологических проблем. Изучение химии является частью задачи по формированию мировоззрения Человека.

Основной закон природы – закон вечности материи и ее движения. Химия изучает материальный мир и химическую форму движения материи.

Что же есть материя?

– механическая – физическая – химическая – биологическая

Известны две формы существования материи: вещество и поле. Вещество – материальное образование, состоящее из материальных частиц, имеющих собственную массу. Поле – материальная среда, в которой осуществляется взаимодействие частиц.

Химия изучает первую форму существования материи – вещество. Химия – наука о превращении веществ. Изучает состав и строение веществ, зависимость свойств веществ от их состава, строение и пути превращения одних веществ в другие. Явления, при которых из одних веществ образуются другие, называются химическими.

В развитии химии можно условно выделить следующие периоды:

III . Химическая революция 1748 г . – начало химии как науки . 1. Атомно-молекулярное учение М.В. Ломоносова. 2. Периодический закон и периодическая система элементов (1896 г.) Д.И. Менделеев.

Роль эксперимента и теории в химии. Моделирование химических процессов

Прежде чем приступить к любой работе и получить определённый результат, человек выбирает наиболее эффективные и доступные способы и приёмы выполнения её, инструмент и приспособления, которые можно использовать для этого, операции, которые необходимо совершить.

Различают 2 уровня научного познания: эмпирический (т.е. знания, полученные в результате опыта, опытного знания) и теоретический(познание сущности явлений, их внутренних связей).

Метод — это способ достижения какой-нибудь цели, решения конкретной задачи.

Есть методы, которые являются общими для всех наук. В то же время для каждой науки характерны свои методы.

Общенаучные методы: наблюдение, эксперимент, моделирование, прогнозирование.

Химические методы: химический эксперимент, анализ и синтез веществ.

Моделирование — процесс исследования реального мира с помощью создания абстрактных, графических и математических моделей.

Моделирование основано на изучении модели. Модель строится по подобию оригинала, на ней воспроизводят свойственные оригиналу процессы, и полученные сведения переносятся на моделируемый объект — оригинал.

в химии широко используются модели молекул, которые помогают понять их строение.

Вопрос Состав вещества. Химические элементы. Способы существования химических элементов: атомы, молекулы, ионы. Простые и сложные вещества. Классификация, состав и названия важнейших оксидов, кислот, оснований, солей. Вещества постоянного и переменного состава.

Атом — электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.Молекулой называют наименьшую электронейтральную частицу вещества, способную к самостоятельному существованию и обладающую его химическими свойствами. Молекула представляет собой систему взаимодействующих между собой атомов, образующих определённую структуру с помощью химических связей.

Химический элемент — совокупность атомов, характеризующихся одинаковым значением (величиной) заряда ядра. (Сейчас известно 115 хим. Элементов)

Ионами называют электрически заряженные частицы, возникающие при потере или присоединении электронов атомами или молекулами.

Катионами называют положительно заряженные ионы.

Анионами называют отрицательно заряженные ионы.

Вещество — любая совокупность атомов и молекул.

Свойства веществ (температуры плавления и кипения, плотность, цвет и т. д.) относятся к совокупности атомов или молекул.

По химическому составу неорганические вещества делят на простые и сложные.

Простыми называют вещества, которые образуют атомы одного и того же химического элемента (например, H₂, O₂).

Простые вещества делят на металлы и неметаллы.

Металлами называют простые вещества, которые обладают характерными металлическими свойствами, а именно высокой электро- и теплопроводностью и металлическим блеском.

Простые вещества, которые образуют атомы элементов-неметаллов, при нормальных условиях такими свойствами не обладают.

В периодической таблице Д.И. Менделеева неметаллы расположены в главных подгруппах справа вверху от условной диагонали, проведённой через бор и астат. В главных подгруппах слева от этой диагонали и во всех побочных подгруппах располагаются металлы.

Сложными называют вещества, которые состоят из атомов двух и более элементов (например, H₂S, NO₂).

Для выражения состава вещества используют различные химические формулы. При их написании используют общепринятые символы химических элементов. Символ элемента состоит из первой буквы или первой и одной из последующих букв латинского названия элемента, при этом первая буква всегда прописная, а вторая — строчная.

Названия и обозначения атомов совпадают с символами химических элементов. Например, О — атом кислорода, 2О — два атома кислорода, О₂ — молекула кислорода, О₃ — молекула озона.

Сложные вещества разделяют на условно электроположительную (катион) и условно электроотрицательную (анион) составляющие. В формуле сложного вещества вначале ставят катион, а затем — анион, например KBr, CuSO₄. Названия сложного вещества читают справа налево, т. е. вначале называют его электроотрицательную составляющую в именительном падеже, а затем электроположительную в родительном падеже.

Для бинарных, т. е. состоящих из двух элементов соединений, действуют следующие правила. Если соединение состоит из металла и неметалла, то на первом месте всегда ставят металл (как более электроположительный элемент): K₂S, BaCl₂.

В формулах соединений, состоящих только из неметаллов, на первом месте всегда ставят элемент, находящийся левее в условном ряду неметаллов, построенном по их возрастающей электроотрицательности:

Например, IBr — бромид йода, CS₂ — дисульфид углерода.

Формула молекулярная (брутто-формула) включает символы всех химических элементов, входящих в состав соединений. Около каждого символа ставят числовой индекс, показывающий, сколько атомов данного вида входит в состав соединения. Таким образом, молекулярная формула показывает качественный и количественный состав молекулы. Например, формула KNO₃ показывает, что вещество состоит из 1 атома калия (индекс, равный 1, не ставится), 1 атома азота и 3 атомов кислорода.

Оксидами называют класс химических соединений, состоящий из какого-либо элемента и атома кислорода со степенью окисления –2.

Называют оксиды, руководствуясь следующими правилами:

1. Вначале указывают слово оксид, а затем в родительном падеже название второго элемента;

2. Если элемент может образовать несколько оксидов, то после названия элемента в скобках указывают его валентность;

3. При написании формул оксидов кислород всегда ставят на втором месте.

Примеры: K₂O — оксид калия, N₂O₅ — оксид азота (V), CrO₃ — оксид хрома (IV).

Для некоторых распространённых оксидов используют тривиальные названия, например CaO — негашеная известь, N₂O — веселящий газ, CO — угарный газ, CO₂ — углекислый газ.

Оксиды классифицируют так.

Низшими называют оксиды, в которых элемент проявляет низшую степень окисления, например MnO — оксид марганца (II).

Высшими называют оксиды, в которых элемент проявляет высшую степень окисления, например Mn₂O₇ — оксид марганца (VII).

Несолеобразующими, или безразличными, называют оксиды, не проявляющие ни основные, ни кислотные свойства, например N₂O, NO, CO.

Солеобразующими называют группу кислотных, основных и амфотерных оксидов.

Основные оксиды образуют металлы в низших степенях окисления. Наиболее известные из них: Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O, MgO, CaO, SrO, BaO, Cu₂O, Ag₂O, HgO, CrO, FeO.

Амфотерными называют оксиды, которые проявляют как основные, так и кислотные свойства, в зависимости от другого реагента. Наиболее известные амфотерные оксиды Al₂O₃, Cr₂O₃, ZnO, BeO, PbO, SnO. Ряд оксидов, например CuО, Fe₂O₃, проявляет амфотерные свойства с преобладанием основных.

Основаниями называют класс химических соединений, которые состоят из катиона металла или иона аммония и одной или нескольких гидроксильных групп, способных к замещению на анионы.

Число гидроксильных групп определяет кислотность основания, например: NaOH — однокислотное, Mg(OH)₂ — двухкислотное и т. д.

Щелочами называют растворимые в воде основания.

Сильные основания: гидроксиды щелочных и щёлочноземельных металлов LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ba(OH)₂, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂. Слабые основания: все нерастворимые в воде гидроксиды металлов и гидрат аммиака.

Называют основания следующим образом:

1. Вначале указывают слово гидроксид, а затем добавляют название металла в родительном падеже;

2. Если элемент может образовывать несколько оснований, то после его названия в круглых скобках римской цифрой указывают валентность: KOH — гидроксид калия, Fe(OH)₂ — гидроксид железа (II), Fe(OH)₃ — гидроксид железа (III);

3. При написании формул гидроксидов гидроксильную группу всегда ставят на втором месте.

4. Кислотами называют класс химических соединений, которые содержат в своём составе один или несколько катионов водорода, способных замещаться на атомы металлов, и анионов кислотных остатков.

5. Основностью кислоты называют число способных замещаться на металл атомов водорода в её молекуле. По основности кислоты делят на одно-, двух- и трёхосновные, например HBr, H₂S и H₃PO₄ соответственно.

6. В зависимости от элементного состава кислоты делят на бескислородные и кислородные, например HBr и H₂SO₃. Кислотный остаток — это структурный элемент молекулы кислоты, который выступает как единое целое в ходе химических реакций.

7. В таблице 4 приведены формулы и названия наиболее распространенных кислот и их солей.

9. Сильные кислоты: HI, HBr, HCl, HClO₃, HClO₄, H₂SO₄, HNO₃.

12. Кислородсодержащие кислоты и основания объединяют в общий класс гидроксидов.

13. Амфотерными называют гидроксиды, способные реагировать как с кислотами, так и с основаниями. Амфотерные гидроксиды: Al(OH)₃, Cr(OH)₃, Zn(OH)₂, Pb(OH)₂, Be(OH)₂, Sn(OH)₂. Некоторые гидроксиды, например Cu(OH)₂, Fe(OH)₃, проявляют амфотерные свойства с преобладанием основных.

3 вопрос Вещества постоянного и переменного состава. Смеси веществ. Различия между смесями и химическими соединениями.

Вопрос

Что же есть материя?

– механическая – физическая – химическая – биологическая

В развитии химии можно условно выделить следующие периоды:

Роль эксперимента и теории в химии. Моделирование химических процессов

Эмпирический и теоретический уровни научного познания. Исторический путь естественнонаучного познания окружающего мира человеком, его этапы. Неразрывная связь теоретического и эмпирического познания. Научный закон – высшая форма теоретического знания.

Рубрика	Философия
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	01.08.2010
Размер файла	17,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

Все люди от природы стремятся к познанию. Все, что простирается перед нами и происходит в нас, познается посредством наших чувственных впечатлений и размышления, опыта и теории. Ощущения, восприятия, представление и мышление, степень их адекватности тому, что познается, отграничение истинного знания от иллюзорного, правды от заблуждения и лжи - все это с древнейших времен тщательно исследовалось в контексте разных проблем философии, но прежде всего такого ее раздела, как теория познания.

Человечество всегда стремилось к приобретению новых знаний. Овладение тайнами бытия есть выражение высших устремлений творческой активности разума, составляющего гордость человека и человечества. За тысячелетия своего развития оно прошло длительный и тернистый путь познания от примитивного и ограниченного ко все более глубокому и всестороннему проникновению в сущность окружающего мира.

1. Эмпирический и теоретический уровни научного познания

Каждый акт познавательного процесса включает в себя в той или иной степени как наглядно-чувственные, эмпирические, так и абстрактные, теоретические элементы. Каждый акт живого созерцания пронизан мыслью, опосредован понятиями, категориями. Воспринимая какой-либо объект, мы сразу же относим его к определенной категории вещей, процессов.

Исторически путь естественнонаучного познания окружающего мира начинался с живого созерцания - чувственного восприятия фактов на основе практики. От живого созерцания человек переходит к абстрактному мышлению, а от него - снова к практике, в которой он реализует свои мысли, выверяет их истинность. Современный естествоиспытатель, мышление которого аккумулировало в определенной степени человеческий опыт и выработанные человечеством категории и законы, не приступает к исследованию с живого созерцания. Любое естественнонаучное исследование нуждается с самого начала в руководящих идеях. Они служат своего рода направляющей силой, без них естествоиспытатель обрекает себя на блуждание в потемках, не может поставить правильно ни одного эксперимента. Вместе с тем теоретическая мысль, даже безупречная по своей логической строгости, не может сама по себе вскрыть закономерности материального мира. Для своего эффективного движения она должна постоянно получать стимулы, толчки, факты из окружающей действительности через наблюдения, эксперименты, т.е. посредством эмпирического познания.

Эмпирическое и теоретическое познание - это единый процесс, характерный для любого естественнонаучного исследования на любой его стадии. На эмпирическом уровне научного знания в результате непосредственного контакта с реальностью ученые получают знания об определенных событиях, выявляют свойства интересующих их объектов или процессов, фиксируют отношения, устанавливают эмпирические закономерности.

Для выяснения специфики теоретического познания важно подчеркнуть, что теория строится с явной направленностью на объяснение объективной реальности, но описывает непосредственно она не окружающую действительность, а идеальные объекты, которые в отличие от реальных объектов характеризуются не бесконечным, а вполне определенным числом свойств. Например, такие идеальные объекты, как материальные точки, с которыми имеет дело механика, обладают очень небольшим числом свойств, а именно, массой и возможностью находиться в пространстве и времени. Идеальный объект строится так, что он полностью интеллектуально контролируется Кезин В. А. Идеал научного знания. - М., 1993. С. 77. .

Теоретический уровень научного знания расчленяется на две части: фундаментальные теории, в которых ученый имеет дело с наиболее абстрактными идеальными объектами, и теории, описывающие конкретную область реальности на базе фундаментальных теорий.

Сила теории состоит в том, что она может развиваться как бы сама по себе, без прямого контакта с действительностью. Поскольку в теории мы имеем дело с интеллектуально контролируемым объектом, то теоретический объект можно, в принципе, описать как угодно детально и получить как угодно далекие следствия из исходных представлений. Если исходные абстракции верны, то и следствия из них будут верны.

Необходимо отметить, что не только теоретическое, но и эмпирическое знание связано с определенными философскими представлениями. На эмпирическом уровне знания существует определенная совокупность общих представлений о мире (о причинности, устойчивости событий и т.д.). Эти представления воспринимаются как очевидные и не выступают предметом специальных исследований. Тем не менее, они существуют, и рано или поздно меняются и на эмпирическом уровне.

Эмпирический и теоретический уровни научного знания органически связаны между собой. Теоретический уровень существует не сам по себе, а опирается на данные эмпирического уровня. Но существенно то, что и эмпирическое знание неотрывно от теоретических представлений; оно обязательно погружено в определенный теоретический контекст.

Осознание этого в методологии науки обострило вопрос о том, как же эмпирическое знание может быть критерием истинности теории?

Дело в том, что, несмотря на теоретическую нагруженность, эмпирический уровень является более устойчивым, более прочным, чем теоретический. Это происходит потому, что эмпирический уровень знания погружается в такие теоретические представления, которые являются непроблематизируемыми. Эмпирией проверяется более высокий уровень теоретических построений, чем тот, что содержится в ней самой. Если бы было иначе, то получался бы логический круг, и тогда эмпирия ничего не проверяла бы в теории. Поскольку эмпирией проверяются теории другого уровня, постольку эксперимент выступает как критерий истинности теории.

Ответить на них можно исходя из представлений о том, что научная теория дает нам определенный срез действительности, но ни одна система абстракции не может охватить всего богатства действительности. Разные системы абстракции рассекают действительность в разных плоскостях. Это относится и к теориям, которые генетически связаны с современными концепциями, но созданы в прошлом. В истории науки наблюдается тенденция свести все естественнонаучное знание к единой теории, редуцировать к небольшому числу исходных фундаментальных принципов. В современной методологии науки осознана принципиальная нереализуемость такого сведения. Она связана с тем, что любая научная теория принципиально ограничена в своем интенсивном и экстенсивном развитии. Научная теория - это система определенных абстракций, при помощи которых раскрывается субординация существенных и несущественных в определенном отношении свойств действительности. В науке обязательно должны содержаться различные системы абстракций, которые не только нередуцируемы друг к другу, но рассекают действительность в разных плоскостях. Одна теория не может охватить все многообразие способов познания, стилей мышления, существующих в современной науке.

Роль теории в развитии научного знания ярко проявляется в том, что фундаментальные теоретические результаты могут быть получены без непосредственного обращения к эмпирии.

Классический пример построения фундаментальной теории без непосредственного обращения к эмпирии - это создание Эйнштейном общей теории относительности. Частная теория относительности тоже была создана в результате рассмотрения теоретической проблемы.

В модели научного познания, разработанной К. Поппером, все знание оказывается гипотетичным. Истина оказывается недостижимой не только на уровне теории, но даже и в эмпирическом знании из-за его теоретической нагруженности. Главным источником развития науки является не взаимодействие теории и эмпирических данных, а конкуренция теорий, исследовательских программ в деле лучшего описания и объяснения наблюдаемых явлений, предсказания новых фактов.

2. Неразрывная связь теоретического и эмпирического познания

Эмпирическое познание имеет дело с фактами и их описанием. При теоретическом анализе эмпирического материала логической обработке подвергается вся совокупность эмпирических данных, полученных различными путями и зафиксированных в различных источниках информации.

В процессе теоретического мышления познание идет от фактов и их «описания к интерпретации, объяснению их. Первым и необходимым условием объяснения фактов является их понимание, т.е. осмысление фактов в системе понятий данной науки Стенин B.C. Теоретическое знание. - М., 2003. -Гл.4. С. 14. .

Понять явление - значит выяснить те особенности, благодаря которым оно играет определенную роль в составе целого, раскрыть способ его возникновения.

Таким образом, эмпирическое познание констатирует, как происходит событие. Теоретическое познание отвечает на вопрос, почему оно проистекает именно таким образом. Эмпирическое познание ограничивается описанием, фиксацией результатов наблюдения и эксперимента с помощью соответствующих средств записи информации, таблиц, схем, графиков, количественных показателей и т.п. Описание фиксирует и организует факты, дает их качественную и количественную характеристику, вводит факты в систему выработанных в данной науке понятий, категорий, подготавливает фактический материал для объяснения.

Теоретическое познание - это, прежде всего объяснение причины явлений. Это предполагает выяснение внутренних противоречий вещей, предсказание вероятного и необходимого наступления событий и тенденции их развития. Например, предсказание Д.К. Максвеллом электромагнитных волн, Д. Менделеевым (1834-1907) - новых химических элементов. Из релятивистской теории движения электрона, предложенной Полем Дираком (1902-1984), вытекало предвидение существования нового объекта - позитрона. Конечно, речь идет не о единичном объекте, а о множестве одноименных объектов с вполне определенными свойствами. Тот или иной закон может быть предсказан на основании существующей теории. Однако есть и другой, в определенном смысле противоположный путь предвидения закона - вывод его из эмпирических данных. Так рождается эмпирический закон. Теоретически предсказанный закон подтверждается эмпирически, а эмпирический закон, как правило, обосновывается теоретически Стенин B.C. Теоретическое знание. - М., 2003. -Гл.4. С. 15. .

Существуют интуитивные предвидения, для которых основания не представляются явно. Такие предвидения характерны для исследователей - крупных специалистов в своей области, и для них существенную роль играет подсознательная деятельность мозга.

3. Научный закон - высшая форма теоретического знания

Необходимое условие естественнонаучного исследования состоит в установлении фактов. Эмпирическое познание поставляет науке факты, фиксируя при этом устойчивые связи, закономерности окружающего нас мира. Констатируя тот или иной факт, мы фиксируем существование определенного объекта. При этом, правда, остается обычно еще неизвестным, что он представляет по существу. Простая констатация факта держит наше познание на уровне бытия.

Без теоретического осмысления невозможно целостное восприятие действительности, в рамках которого многообразные факты укладывались бы в некоторую единую систему. Сведение задач науки к сбору фактического материала означало бы полное непонимание истинного характера науки. Сущность научного познания окружающего мира заключается не только в описании и объяснении многообразных фактов и закономерностей, выявленных в процессе эмпирических исследований исходя из установленных законов и принципов, а в выявлении определенного порядка мироздания и повторяемости явлений. Таким образом, повторяющиеся факты в процессе познания приводят к появлению определенных закономерностей, то есть научных законов.

Понятие научного закона сформировалось на поздней стадии развития человеческого общества, в период становления науки как системы знания.

Закон - есть существенный, устойчивый, регулярный и необходимый тип связи между явлениями, взятый в своей обобщенной форме и скорректированный относительно типологически классифицированных условий своего проявления. Будучи по своей форме продуктами человеческих знаний, по своему внутреннему содержанию законы выражают объективные процессы действительности. Познание законов и есть основная задача науки.

Понятие закона находится в тесной связи с детерминизмом, но не тождественно ему. Если детерменизм говорит о всеобщей обусловленности явлений, то понятие закона выражает качественную устойчивость повторяющихся связей, рассматривая их не с точки зрения констатации и причинного понимания, но с точки зрения их объективной необходимости и качественной регулярноси. Закон выступает мерой устойчивости детерминации, кроме того он является мерой предсказуемости связи. Поэтому закон как выражение действия объективной необходимости может рассматриваться в качестве особого вида детерминации: как детерминация будущим в отличии от причинной детерминации прошлым и системной детерминации настоящим.

Однако не все формулировки закона имеют причинную форму. В подавляющем большинстве следствия закона формулируются в виде какой-либо функциональной зависимости или классификации соотношения, т.е. в конечном счете, закон по форме тяготеет к системной корреляции, а не генетической причинности. Однако это не значит, что причинность отсутствует в тех связях, отражением которых являются коррелятивные формулировки законов. Налицо противоречие: с одной стороны, содержание категории закона формировалось в единстве с принципом причинности, а с другой - формулирование законов всегда осуществляется в виде различного рода функциональных соответствий без всякого причинного обоснования. Это породило многочисленные споры о сущности категории закона.

В силу того, что мир есть самоуправляющая система, законы в ней являются ее внутренним самопроявлением.

С точки зрения сферы действия законы делятся на общие, универсальные (закон сохранения энергии) и частные, действующие лишь в ограниченной области (закон общего развития). По своему внутреннему содержанию законы делятся на законы строения (в основном законы, выражающие необходимые коррелятивные связи в системах), законы функционирования (причинная и системная детерминация) и законы развития (область причинной детерминации). В силу диалектики необходимости и случайности законы развития выступают как тенденции, которые прокладывают себе путь сквозь хаос случайностей Кезин В. А. Идеал научного знания. - М., 1993. С. 79. .

По форме своего проявления законы делятся на динамические и статистические. Так любой брошенный камень вернется на землю в силу динамического закона, а количество очков на брошенных костях непредсказуемо, действует статистическая закономерность. Необходимо различать тенденции и статистическую вероятность: тенденция отражает путь проявления однозначных динамических законов, а статистическая закономерность предполагают альтернативную вероятность конкретного события. Обычно в случае динамического, хотя бы и в форме тенденции, проявления говорят о законе, а в случае статистического проявления - о закономерности. Однако и то и другое является различными выражениями необходимости. Но закономерность в отличии от закона отражает не жестко детерминированный характер объективной необходимости, а лишь ту или иную степень вероятности ее проявления. Строение организма подчиняется законам, однако обладает и массой индивидуальных качеств, которые с точки зрения общего закона есть случайности, через которые и проявляется закон. Закон как необходимость в конкретном, действуя опосредовано через случайное, выступает для этого конкретного как закономерность

Заключение

Сущность научного познания заключается в понимании действительности в ее прошлом, настоящем и будущем, в достоверном обобщении фактов, в том, что за случайным оно находит необходимое, закономерное, за единичным - общее, и на этой основе осуществляет предвидение различных явлений, а затем и констатация научного факта.

Структура научного познания включает в себя эмпирический и теоретический уровни.

Представители эмпиризма главным источником познания признают органы чувств человека, рассматривая рациональные способности лишь как средство для обработки чувственных данных. Нет ничего разумнее, чего бы не было в чувствах. Пределы творческой активности ума ограничены тем материалом, который уже дан изначально. Важнейшим структурным элементом в эмпирической модели познания выступает опыт. Опыт основан на восприятиях, образах, полученных в результате деятельности органов чувств.

Роль теории в развитии научного знания ярко проявляется в том, что фундаментальные теоретические результаты могут быть получены без непосредственного обращения к эмпирии. Теория строится с направленностью на объяснение объективной реальности, но описывает непосредственно идеальные объекты, которые в отличие от реальных объектов характеризуются не бесконечным, а вполне определенным числом свойств. Эмпирический и теоретический уровни научного знания органически связаны между собой.

Список литературы

1. Канке В.А. Философия. Исторический и систематический курс. - М., 2007. -Гл. 2. 1,2.5.

Развитие общества в значительной степени определяется уровнем наукоемких технологий, многочисленные направления которых основаны на достижениях соответствующих отраслей естествознания. Современное естествознание обладает большим многообразием методов исследований, среди которых эксперимент — наиболее эффективное и действенное средство познания.
Теория и эксперимент - они взаимосвязаны, одно без другого остается неплодотворным. К ним можно с полным правом отнести известные слова Канта и сказать: теория без эксперимента пуста, эксперимент без теории слеп. Поэтому и теория, и эксперимент в равной мере настоятельно требуют подобающего им внимания.

Работа содержит 1 файл

КСЕ Взаимосвязь теории и эксперимента.docx

Теория и эксперимент - они взаимосвязаны, одно без другого остается неплодотворным. К ним можно с полным правом отнести известные слова Канта и сказать: теория без эксперимента пуста, эксперимент без теории слеп. Поэтому и теория, и эксперимент в равной мере настоятельно требуют подобающего им внимания.

Наблюдение, измерение и эксперимент – неразрывно связанные методы эмпирического познания.

Наблюдение лежит в основе всех других эмпирических методов познания, являясь наиболее элементарным из них. И измерение, и эксперимент включают в себя наблюдение, но последнее может быть осуществлено и без первых. В науке наблюдение используется для получения эмпирической информации относительно исследуемой области, но главным образом — для проверки и обоснования истинности эмпирических суждений. Измерение — новая ступень в развитии эмпирического познания. Переход от наблюдения к измерению требует новых понятии и предположении.

Взаимосвязь теории и эксперимента.

Развитие теории и эксперимента может довольно долго осуществляться относительно независимо друг от друга, причем в этом развитии, как показывает реальная практика научно-исследовательской работы, лидерство поочередно может принадлежать как теории, так и эксперименту.

Взаимодействие теории и эксперимента в качестве двух различных структурно - функциональных компонентов системы научного познания моделируется в виде информационного обмена между ними, где каждая из сторон попеременно выступает в роли либо приемника, либо источника информации.

Такая модель ориентирует на "симметричный" подход к теории и эксперименту в системе современного научного познания, где они часто находятся в своеобразном "параллельно - дополнительном" отношении друг к другу. Возможность подобного "параллельного движения" теории и эксперимента обеспечивается возникновением в этой системе дополнительного уровня.

И одна из особенностей системы современного научного познания в отличие от системы классического естествознания заключается в наличии в нем арсенала средств совмещения контекстов теории и эксперимента, благодаря которому те проблемы, которые появляются на горизонте теории, могут быть переведены в форму проблем, стоящих перед экспериментом.

На теоретическом горизонте научные проблемы обычно появляются в форме логического противоречия "встречи" ранее развивавшихся независимо друг от друга теорий.

Наблюдение, измерение и лабораторный эксперимент в естествознании.

Наблюдение есть чувственное (преимущественно — визуальное) отражение предметов и явлений внешнего мира. Это — исходный метод эмпирического познания, позволяющий получить некоторую первичную информацию об объектах окружающей действительности.

Научное наблюдение (в отличие от обыденных, повседневных наблюдений) характеризуется рядом особенностей:

целенаправленностью (наблюдение должно вестись для
решения поставленной задачи исследования, а внимание
наблюдателя фиксироваться только на явлениях, связанных с этой задачей);
планомерностью (наблюдение должно проводиться строго по плану, составленному исходя из задачи исследования);
активностью (исследователь должен активно искать,
выделять нужные ему моменты в наблюдаемом явлении, привлекая для этого свои знания и опыт, используя различные технические средства наблюдения).

Научные наблюдения всегда сопровождаются описанием объекта познания. Последнее необходимо для фиксирования тех свойств, сторон изучаемого объекта, которые составляют предмет исследования. Описания результатов наблюдений образуют эмпирический базис науки, опираясь
на который исследователи создают эмпирические обобщения, сравнивают изучаемые объекты по тем или иным параметрам, проводят классификацию их по каким-то свойствам, характеристикам, выясняют последовательность этапов их становления и развития.

По способу проведения наблюдения могут быть непосредственными и опосредованными.

При непосредственных наблюдениях те или иные свойства, стороны объекта отражаются, воспринимаются органами чувств человека. Такого рода наблюдения дали немало полезного в истории науки. Известно, например, что наблюдения положения планет и звезд на небе, проводившиеся в течение более двадцати лет Тихо Браге с непревзойденной для невооруженного глаза точностью, явились эмпирической основой для открытия Кеплером его знаменитых законов.

В настоящее время непосредственное визуальное наблюдение широко используется в космических исследованиях как важный (а иногда и незаменимый) метод научного познания. Визуальные наблюдения с борта пилотируемой орбитальной станции — наиболее простой и весьма эффективный метод исследования из космоса параметров атмосферы, поверхности суши и океана.

Хотя непосредственное наблюдение продолжает играть немаловажную роль в современной науке, однако чаще всего научное наблюдение бывает опосредованным, т. е. проводится с использованием тех или иных технических средств. Появление и развитие таких средств во многом определило то громадное расширение возможностей метода наблюдений, которое произошло за последние четыре столетия.

Развитие современного естествознания связано с повышением роли так называемых косвенных наблюдений. Так, объекты и явления, изучаемые ядерной физикой, не могут прямо наблюдаться ни с помощью органов чувств человека, ни с помощью самых совершенных приборов. То, что ученые наблюдают в процессе эмпирических исследований в атомной физике, — это не сами микрообъекты, а только результаты их воздействия на определенные технические средства исследования. Например, при изучении свойств заряженных частиц с помощью камеры Вильсона эти частицы воспринимаются исследователем косвенно — по таким видимым их проявлениям, как образование треков, состоящих из множества капелек жидкости.

Любые научные наблюдения, хотя они опираются в первую очередь на работу органов чувств, требуют в то же время участия и теоретического мышления. Исследователь, опираясь на свои знания, опыт, должен осознать чувственные восприятия и выразить их (описать) либо в понятиях обычного языка, либо — более строго и сокращенно — в определенных научных терминах, в каких-то графиках, таблицах, рисунках и т. п.

Наблюдения могут нередко играть важную эвристическую роль в научном познании. В процессе наблюдений могут быть открыты совершенно новые явления, позволяющие обосновать ту или иную научную гипотезу.

Для получения каких-то выводов об исследуемом явлении, для обнаружения чего-то существенного в нем зачастую требуется проведение весьма большого количества наблюдений.

К этому надо добавить метеорологическую информацию, которая является результатом наблюдений, проводимых с оснащенных специальной аппаратурой морских судов и самолетов, беспилотных метеорологических спутников Земли и пилотируемых орбитальных станций. Весь этот обширный комплекс технических средств обеспечивает глобальные наблюдения за состоянием атмосферы, поверхности суши и океана с целью изучения тех физических процессов, которые определяют аномалии погоды на нашей планете.

Из всего вышесказанного следует, что наблюдение является весьма важным методом эмпирического познания, обеспечивающим сбор обширной информации об окружающем мире. Как показывает история науки, при правильном использовании этого метода он оказывается весьма плодотворным.

Большинство научных экспериментов и наблюдений включает в себя проведение разнообразных измерений. Измерение — это процесс, заключающийся в определении количественных значений тех или иных свойств, сторон изучаемого объекта, явления с помощью специальных технических устройств.

Огромное значение измерений для науки отмечали многие видные ученые.

Важной стороной процесса измерения является методика его проведения. Она представляет собой совокупность приемов, использующих определенные принципы и средства измерений. Под принципами измерений в данном случае имеются в виду какие-то явления, которые положены в основу измерений.

Результат измерения получается в виде некоторого числа единиц измерения. Единица измерения — это эталон, с которым сравнивается измеряемая сторона объекта или явления. Существует множество единиц измерения, соответствующее множеству объектов, явлений, их свойств, сторон, связей, которые приходится измерять в процессе научного познания. При этом единицы измерения подразделяются на основные, выбираемые в качестве базисных при построении системы единиц, и производные, выводимые из других единиц с помощью каких-то математических соотношений.

Методика построения системы единиц как совокупности основных и производных была впервые предложена в 1832 году К. Гауссом. Он построил систему единиц, в которой за основу были приняты три произвольные, независимые друг от друга основные единицы — длины (миллиметр), массы (миллиграмм) и времени (секунда). Все остальные (производные) единицы можно было определить с помощью этих трех. В дальнейшем с развитием науки и техники появились и другие системы единиц физических величин, построенных по принципу, предложенному Гауссом. Они базировались на метрической системе мер, но отличались друг от друга основными единицами.

Вопрос об обеспечении единообразия в измерении величин, отражающих те или иные явления материального мира, всегда был очень важным. Отсутствие такого единообразия порождало существенные трудности для научного познания. Например, до 1880 года включительно не существовало единства в измерении электрических величин: использовалось 15 различных единиц электрического сопротивления, 8 единиц электродвижущей силы, 5 единиц электрического тока и т. д. Сложившееся положение сильно затрудняло сопоставление результатов измерений и расчетов, выполненных различными исследователями. Остро ощущалась необходимость введения единой системы электрических единиц. Такая система была принята первым международным конгрессом по электричеству, состоявшимся в 1881 году.

В настоящее время в естествознании действует преимущественно Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 году XI Генеральной конференцией по мерам и весам.

Международная система единиц построена на базе семи основных (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль) и двух дополнительных (радиан, стерадиан) единиц. С помощью специальной таблицы множителей и приставок можно образовывать кратные и дольные единицы. Международная система единиц физических величин является наиболее совершенной и универсальной из всех существовавших до настоящего времени. Она охватывает физические величины механики, термодинамики, электродинамики и оптики, которые связаны между собой физическими законами.

Потребность в единой международной системе единиц измерения в условиях современной научно-технической революции очень велика. Поэтому такие международные организации, как ЮНЕСКО и Международная организация законодательной метрологии, призвали государства, являющиеся членами этих организаций, принять вышеупомянутую Международную систему единиц и градуировать в этих единицах все измерительные приборы.

Существует несколько видов измерений. Исходя из характера зависимости измеряемой величины от времени, измерения разделяют на статические и динамические. При статических измерениях величина, которую мы измеряем, остается постоянной во времени (измерение размеров тел, постоянного давления и т. п.). К динамическим относятся такие измерения, в процессе которых измеряемая величина меняется во времени (измерение вибраций, пульсирующих давлений и т. п.).

По способу получения результатов различают измерения прямые и косвенные. В прямых измерениях искомое значение измеряемой величины получается путем непосредственного сравнения ее с эталоном или выдается измерительным прибором. При косвенном измерении искомую величину определяют на основании известной математической зависимости между этой величиной и другими величинами, получаемыми путем прямых измерений (например, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения). Косвенные измерения широко используются в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат.

В предыдущем параграфе мы обсуждали тезис о теоретической нагруженности наблюдения. Аналогичное положение может быть выдвинуто для соотношения между экспериментальным исследованием и его теоретическими предпосылками. Так, мы видели, что уже на стадии планирования эксперимента ведущую роль играет общий теоретический замысел, в т. ч. как установки, задаваемые рабочей гипотезой, так и дополнительные методологические теории, способствующие разработке оптимального дизайна эксперимента. Действительно, уже стадия разработки требует привлечения целой совокупности теорий — от непосредственно относящихся к предметной области до различного рода обслуживающих концепций, таких, например, как дополнительные гипотезы о взаимосвязи величин, теоретические представления о самой экспериментальной технике, тем более сложные, чем более сложным является планируемый эксперимент. То же самое касается и остальных стадий исследования. Эмпирическое исследование буквально пронизано теоретическими составляющими. Иными словами, теория предшествует эксперименту.

Однако тезис о доминировании теории над экспериментом следует понимать правильно и не абсолютизировать. При попытке уточнить его содержание обнаруживается, что он имеет несколько смыслов. Так, согласно Я.Хакингу этот тезис имеет более слабый и более сильный варианты. В слабом варианте тезиса утверждается, что (как отмечалось выше) учёный с самого начала работы должен использовать совокупность определённых теорий, являющихся концептуальной поддержкой эксперимента; это утверждение не вызывает сомнения. Однако существует более сильное утверждение, которое несколько преувеличивает теоретическую составляющую в ущерб значимости собственно эмпирической работы; иными словами, эксперимент имеет значение только тогда, когда он является проверкой какой-либо предложенной теории. Но это утверждение заходит слишком далеко; достаточно вспомнить о разнообразии экспериментов, реально проводимых в науке, например о поисковом эксперименте, о котором упоминалось выше. Существуют, кроме того, множество примеров плодотворной экспериментальной деятельности, при которой результаты экспериментов первоначально интерпретировались неадекватно,

1 Поппер К. Логика и рост научного знания. С. 143.

что не снижало значимости самих эмпирических находок. Так, шотландский физик Д. Брюстер, немало содействовавший становлению волновой теории света, сам придерживался противоположной корпускулярной ньютоновской концепции; однако это не повлияло на значение его открытий: сам он не проверял ту или иную теорию, а просто изучал оптические эффекты 1 .

Автономия экспериментальных практик

Для примера укажем на получившие известность исследования Питера Галиеона. Ему принадлежит ряд работ, посвящённых физике высоких

1 Хакинг Я. Представление и вмешательство. С. 165-169.

Инструментальные традиции — это определённые группы навыков (skill group), связанные с использованием того или иного научного прибора или типа приборов. Так, П. Галисон выделяет в инструментальных практиках две традиции, одна опирается на образ, другая — на логику. Они реализуют определённые способы аргументирования. Например, визуализирующие устройства играют огромную роль в продвижении ряда научных дисциплин (физика микромира, молекулярная биология), при этом они вводят особый тип визуальных доказательств. Устройства логического типа связаны с расчётами, статистическими доказательствами. П. Галисон подробно исследует роль лабораторно-экспериментальных традиций в науке, доказывая, что они являются особой плоскостью научной деятельности.

Итак, значение экспериментальной деятельности многогранно: она не только подтверждает или опровергает предшествующие ей теоретические положения, но и имеет самостоятельную ценность, выступая важнейшим средством научного продвижения.

Особенности и ограничения современного научного эксперимента

К особенностям современного научного эксперимента относят: прежде всего высокий уровень его материально-технического обеспечения, требующий, как правило, работы целого научного коллектива; использование мощных технологий обработки данных (компьютерных методов, схем статистического анализа, использование приёмов математического моделирования); взаимодействие подходов из различных областей науки для решения конкретных проблем (например, применение методов физики в биологических исследованиях).

1 Galison P. Bubble Chambers and the Experimental Workplace / Hannawey O., Achinstein P. (eds.). Experiment and Observation in Modern Physical Science. MIT-Bradford, 1985; Galison P. How Experinients End. Chicago, 1987; Galison P. Image & Logic. A Material Culture of Microphysics. Chicago, 1997.

Однако принцип активного вмешательства, лежащий в основе экспериментального метода, вызывает к жизни ряд проблем. Это, прежде всего, проблемы этического и технического порядка, накладывающие на экспериментальный метод существенные ограничения. Так, важной темой сегодня является проблема замены экспериментальных вмешательств другими методиками (например, квазиэкспериментированием).

Далее, важной технической проблемой методологии современного эксперимента является проблема воздействия экспериментальной установки на сам изучаемый объект и устранимые и неустранимые эффекты такого воздействия. Здесь методология эксперимента тоже наталкивается на ряд специфических ограничений, связанных с особенностями изучаемых объектов. (Мы уже касались этих ограничений при обсуждении проблем, связанных с измерительными процедурами, см. § 2.2.) Типичной проблемой является создание артефактов в эмпирических исследованиях, значительно осложняющее решение исследовательских задач. Иллюстрацией этого может служить ситуация в медико-биологических науках, которая приобрела значимость ещё в XIX в., когда, например, при использовании солей осмия для фиксации препаратов цитологи затруднялись решить, что же они в действительности наблюдают — структуру самой клетки или же результат индуцированной учёным химической реакции. И сегодня многие научные направления насыщены методиками, повреждающими и искажающими структуру исходного объекта. Это погружает современный экспериментальный подход в целое море артефактов, так что приходится специально учитывать эту опасность: например, использовать сложные методы статистики, чтобы отличить существенные моменты от незначащих отклонений, привнесённых самим исследующим субъектом.

Итак, методология современного эксперимента высокоразвитая, сложная, постоянно совершенствующаяся. Столкновение экспериментального подхода с серьёзными проблемами и ограничениями стимулирует поиск новых методологических решений: помимо усложнения собственно экспериментальных форм исследования, совершенствуются и такие подходы, как моделирование, наблюдение, а также комбинированные, синтетические подходы.

В этом определении зафиксированы сущностные черты метода моделирования:

1) наличие объекта-посредника, замещающего оригинал;

2) объект-посредник должен находиться с оригиналом в отношении отображения, т.е. существенного сходства;

3) изучение объекта-посредника должно быть эвристически плодотворно: оно должно приносить новую информацию об исходном объекте.

Читайте также: