Основные понятия, роль науки в современных условиях. Планирования эксперимента

Содержание.

 

1. ОСНОВНЫЕ  ПОНЯТИЯ, РОЛЬ НАУКИ В СОВРЕМЕННЫХ  УСЛОВИЯХ.

2. КЛАССИФИКАЦИИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, РОЛЬ НАУКИ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ.

Под научными исследованиями понимается деятельность, направленная на получение новых знаний о природе и человеке. Иногда такую деятельность называют просто наукой, но термину «наука» чаще придается более широкий смысл. Так, наукой называют не только упомянутую деятельность, но и результат такой деятельности, т. е. сумму знаний, полученных к данному моменту. Этот же термин может использоваться и для обозначения отдельных отраслей научного знания, например, науками называют математику, физику, химию, биологию, историю и т. д.

В настоящее время наука (и как деятельность, pi как сумма знаний) выполняет две функции.

Во-первых, она является частью общечеловеческой культуры, ибо в значительной мере определяет мировоззрение людей каждой эпохи и удовлетворяет их духовные потребности в познании окружающей жизни. Стремление глубже понять окружающий мир и действовать в соответствии с достигаемым пониманием является неотъемлемой частью человеческого сознания. Именно таким сделала человека длительная эволюция его развития. Естественно, что каждая историческая эпоха характеризуется своими, все более достоверными представлениями об окружающей действительности. Если вообразить, что человек античной эпохи появился бы в современном мире, то не вызывает сомнений, что его понимание окружающего мира существенно отличалось бы от нашего, соответственно отличались бы и его действия. Например, опасные природные явления он бы, безусловно, понимал как проявление недовольства богов, которых нужно задобрить, принося им различные жертвы. Соответствующим образом он бы стремился и действовать. По-видимому, через тысячелетия нашим далеким потомкам будут казаться такими же примитивными взгляды и действия наших современников (людей XX-XXI вв.), а еще через тысячелетия взгляды этих потомков тоже станут восприниматься как нечто наивное, и т. д.

Во-вторых, наука является производительной силой общества, ибо она определяет технический уровень материального производства. Коренные изменения в образе жизни людей, произошедшие за последние тысячелетия и особенно за последние 200...300 лет, хорошо иллюстрируют именно эту особенность науки. Все, чем пользуется современный человек, — здания, сооружения, средства передачи и хранения информации, транспорт, медицина, продукты питания, одежда и т. д. — базируется на достижениях науки. Как выражался американский физик Э. Теллер, «то, что сегодня наука, — завтра техника». По мере развития общества такое качество науки проявляется со все возрастающей полнотой.

Последние десятилетия  наблюдается тенденция сращивания науки с производством: создаются научно-производственные объединения, разрабатываются целевые программы с участием научных и производственных организаций, заключаются долгосрочные договоры научных и производственных организаций и т. д.

На научные исследования развитые страны расходуют значительные средства, ежегодно исчисляемые миллиардами долларов. Исследования во всем мире проводят специализированные научные учреждения или вузы. Практически во всех крупных зарубежных фирмах имеются свои группы исследователей или целые научно-исследовательские институты. Ведущую роль в зарубежной науке играют обычно вузы. В нашей стране, в силу сложившейся традиции (со времен Петра I), основная научная деятельность сосредоточена в научных учреждениях (в настоящее время называемых научно-исследовательскими институтами — НИИ), которые, как правило, лучше вузов оснащены оборудованием и располагают большими организационно-экономическими возможностями для исследований.

Продолжительность выполнения крупных научно-технических программ обычно составляет 5...10 лет, мелких — 1...2 года.

Доля научных работников в общей численности населения сильно возросла за последние три столетия, особенно в XX в. Согласно оценкам специалистов, во второй половине XX в. число научных работников составляло примерно 90% от числа всех ученых, живших на Земле последние 2,5 тысячи лет. В развитых странах доля ученых и инженеров, занятых в науке, составляет 0,15...0,5% от населения страны. В бывшем СССР эта доля достигала 0,6%, в настоящее время в России — примерно 0,3...0,35%. К сожалению, российские ученые, занятые в прикладных науках, пока вынуждены заниматься преимущественно практической деятельностью (оказанием различных услуг в решении текущих вопросов), наука в их работе составляет 5...10%). Однако это явление временное, ибо оно связано с социально-экономическими потрясениями, происходившими в стране в 1990-е годы.

2. КЛАССИФИКАЦИИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В зависимости от преобладания познавательной или утилитарной (практической) направленности решаемых вопросов научные исследования (науки) разделяются на три категории, показанные на рис. 1.

                                                  Познавательная направленность

 

                                 Утилитарная направленность

                                                                            Рис. 1.1

Классификация исследований (наук) по преобладанию познавательной или утилитарной направленности решаемых вопросов

 

К фундаментальным относятся исследования (науки), результаты которых служат основой для других наук прикладного направления, т. е. они направлены на познание, на правильное понимание окружающего мира без привязки результатов к решению конкретных практических задач. К таковым относятся, например, исследования в области математики, физики, химии, биологии и др.

К прикладным относятся исследования (науки), направленные на поиск новых, более эффективных методов решения различных практических задач. Как правило, такие исследования основываются на результатах фундаментальных исследований. В них всегда присутствует познавательный элемент, но он не является превалирующим, ибо представляет не цель, а средство решения конкретных задач в той или иной сфере практической деятельности. Значительное место в них может занимать изобретательская деятельность. К таковым относятся, например:

• технические науки, включающие как общетехнические дисциплины (сопротивление материалов, гидравлика, теория механизмов и машин и т. д.), так и отраслевые (относящиеся к строительству, машиностроению, авиации, электронике и т. д.);
• медицинские науки (анатомия, физиология, терапия, кардиология, хирургия, санитария и т. д.);
• сельскохозяйственные (агрономия, животноводство, ветеринария, экономика сельского хозяйства, лесное хозяйство и т. д.) и многие другие науки.

К разработкам относится наиболее практическая часть научно-технической деятельности, в которой ищутся не принципы и способы решения практических задач, а непосредственно решаются такие задачи. Это создание новых технологий, новых машин и механизмов, новых компьютерных программ, новых средств и способов лечения и т. д. Разработки, как правило, основываются на результатах прикладных исследований и всегда включают решения множества практических задач, не относящихся к научным исследованиям (стандартные расчеты, конструирование и т. д.). Обычно в них большое место занимает изобретательская деятельность.

Наиболее важная особенность  разработок состоит в том, что  они приносят непосредственный экономический или социальный эффект. Результаты разработок являются товарной продукцией, реализуемой на внутреннем и внешнем рынках по достаточно высоким ценам. В то же время большинство результатов фундаментальных и прикладных исследований таким товаром не являются и распространяются «бесплатно», путем публикаций в открытой печати и выступлений на симпозиумах (если, конечно, это не засекреченные исследования). Если в том или ином государстве недостаточное внимание уделяется разработкам, то оно обречено на техническое отставание, каким бы высоким ни был уровень его фундаментальных и прикладных исследований. Результаты исследований в таком государстве будут использоваться специалистами других государств-конкурентов, которые получат возможность на основе заимствованных идей проводить свои разработки и получать соответствующий экономический эффект. Государство же, выдвинувшее эти идеи и выполнявшее исследования без необходимых разработок, будет нести только затраты, ничего материально не получая взамен.

По мнению экспертов  ЮНЕСКО, в настоящее время наилучшие  практические результаты для экономики  страны дает следующее соотношение затрат на фундаментальные (Ф), прикладные (П) исследования и разработки (Р):

Ф : П : Р → 1 : 1,5 : 25,

т. е. на разработки следует  расходовать примерно 90% средств, выделяемых на инновации. Это обусловлено большими затратами, связанными с выполнением проектно-конструкторских и производственных (заводских) работ, с изготовлением и испытаниями многочисленных опытных образцов и т. д.

Иногда разработки относят  не к научной, а к практической деятельности, но с этим можно согласиться лишь частично, ибо разработки могут содержать много новых технических идей, пригодных для последующего применения в других разработках.

Последние годы входит в  употребление новый термин «инновации», означающий переход на более высокий технологический уровень производства, выпуск новой продукции, освоение новых форм организации труда, управления, обслуживания. Он охватывает как результаты разработок, так и их внедрение в практику. Соответственно используется и термин «инновационный процесс», подразумевающий проведение всех этапов инновации.

Приведенная на рис. 1. классификация в значительной мере условна, ибо многие исследования занимают про- межуточное положение, и их трудно точно отнести к какой-либо одной из приведенных трех категорий. По этой причине существуют и другие классификации, которые выделяют большее число категорий. Например, между фундаментальными и прикладными исследованиями добавляют «направленные фундаментальные» исследования (физика твердого тела, механика сплошных сред, реология и т. д.), раздельно рассматривают общетехнические и отраслевые категории прикладных наук, прикладные исследования и разработки часто объединяют в одну категорию и т. д.

В отечественном делопроизводстве обычно используется упрощенное разделение с применением следующих аббревиатур:

• научно-исследовательские работы — НИР;
• опытно-конструкторские разработки — ОКР. Существуют десятки классификаций наук по их содержанию (по отраслям). Специалисты ЮНЕСКО предлагают выделять 5 разновидностей наук:
• естественные (физика, химия, математика, биология и т. д.);
• технические (машиностроение, строительство, металлургия, авиация и т. д.);
• медицинские;
• сельскохозяйственные;
• гуманитарные.

В России используется отраслевая классификация наук, принятая еще в бывшем СССР (классификация ЦСУ СССР), включающая 19 подразделений:

• физико-математические;
• химические;
• биологические;
• геолого-минералогические;
• технические;
• сельскохозяйственные;
• исторические;
• экономические;
• философские;
• филологические;
• географические;
• юридические;
• педагогические;
• медицинские;
• фармацевтические;
• ветеринарные;
• искусствоведческие;
• архитектурные;
• прочие.
• В России, как и в бывшем СССР, принято, называя ученую степень конкретного лица, указывать вид наук в строгом соответствии с приведенной выше классификацией (например, кандидат физико-математических наук, доктор технических наук, кандидат медицинских наук, доктор геолого-минералогических наук и т. д.).

 

3. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА.

В экспериментальных  исследованиях, связанных с проведением значительного числа испытаний (опытов), большое значение имеет умение экспериментатора проводить эти испытания таким образом, чтобы они давали максимум информации при возможно меньших затратах времени и материальных средств. Необходимость выработки способов такого экспериментирования послужила стимулом для формирования в середине XX в. специальной математической дисциплины под названием «планирование эксперимента».

Планирование  эксперимента (ПЭ) — раздел математической статистики, изучающий рациональную организацию измерений, подверженных случайным влияниям. В настоящее время это достаточно развитая научная дисциплина, которой посвящены десятки монографий, многие сотни научных статей.

Исследователь в прикладных науках обычно использует готовые схемы, разработанные математиками, тем не менее ему необходимо достаточно ясно представлять смысл таких схем, ибо без этого он не сможет их «привязывать» к своим задачам. В основном планирование эксперимента направлено на оптимизацию решений четырех видов задач: