Планирование научно-исследовательских работ

 

Чтобы наблюдение было плодотворным, оно должно удовлетворять ряду требований. Наблюдение должно вестись для определенной четко поставленной задачи; в первую очередь должны рассматриваться интересующие исследователя стороны явления; наблюдение должно быть активным; надо искать нужные объекты, определенные черты явления. Наблюдение необходимо вести по разработанному плану (схеме), оно должно подчиняться определенной тактике.

 

Результаты наблюдения дают не только первичную информацию об объекте исследования. При правильном объяснении в некоторых случаях они могут привести к крупным открытиям, в связи с чем наблюдательность является одним из важных качеств научного работника. Качество результатов, полученных в процессе инструментального наблюдения, определяются точностью применяемых приборов. В отдельных случаях эти приборы могут приводить к возмущающему воздействию на наблюдаемый объект. Поэтому вопросы совершенствования измерительной техники уже на первоначальных ступенях познания играют важную роль. Наблюдения широко применяются при исследовании теплоэнергетических процессов. Чаще всего они проявляются в виде качественных опытов, характеризующих основные особенности физической структуры потока.

 

Измерение — это процедура определения численного значения характеристик исследуемых материальных объектов (массы, длины, скорости, температуры, количества теплоты и т. д.). Измерения выполняются с помощью соответствующих измерительных приборов и сводятся к сравнению измеряемой величины с некоторой однородной с ней величиной, принятой в качестве эталона. Измерения дают достаточно точные, количественно определенные описания свойств тел, существенно расширяя познания об окружающей действительности. В результате высококачественных измерений могут быть установлены факты и сделаны эмпирические открытия, приводящие к коренному изменению взглядов в определенной области знаний.

 

Измерение с помощью приборов и инструментов не может быть абсолютно точным, что является одним из проявлений диалектического соотношения между абсолютной и относительной истинами. В связи с этим при измерениях большое значение уделяется оценке погрешности измерений.

В теплоэнергетических исследованиях вопросы измерения занимают первостепенное место. Чаще всего здесь измеряют температуру, давление, влажность, скорость, расход потока и другие параметры рабочей среды.

 

Эксперимент — система операций, воздействий и (или), наблюдений, направленных на получение информации об объекте при исследовательских испытаниях, которые могут осуществляться в естественных и искусственных условиях при изменении характера протекания процесса.

 

Эксперимент используется на заключительной стадии исследования и есть критерием истинности теорий и гипотез. С другой стороны, эксперимент во многих случаях является источником новых теоретических представлений, развиваемых на основе данных проведенного опыта или законов, следующих из эксперимента. Всякое игнорирование эксперимента неизбежно ведет к ошибкам.

 

Эксперимент включает в себя выделение объекта исследования, создание необходимых условий для его выполнения, активное воздействие на объект исследования, процессы наблюдения и измерения.

 

Преимущества экспериментального изучения объекта по сравнению с простым наблюдением заключаются в следующем. Во-первых, явление может изучаться в «чистом» виде благодаря устранению побочных факторов; во-вторых, эксперимент дает возможность изучения свойств объекта в экстремальных условиях (сверхвысокие и сверхнизкие температуры и давления и др.), что позволяет глубже проникнуть в сущность явлений. Третьим достоинством эксперимента является его повторяемость — возможность   проведения   заданного   числа   исследований.

 

Эксперименты могут быть натурными и модельными. Натурный эксперимент изучает явления и объекты в их естественном состоянии, модельный — моделирует эти процессы, позволяет изучать более широкий диапазон изменения определяющих факторов. Натурный и модельный эксперименты широко применяются при исследовании теплоэнергетических   процессов.

 

МЕТОДЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО УРОВНЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

На теоретическом уровне исследования используются такие общенаучные методы, как идеализация, формализация,   принятие   гипотезы,   создание  теории.

 

Идеализация — это мысленное создание объектов и условий, которые не существуют в действительности и не могут быть созданы практически Она дает возможность лишить реальные объекты некоторых присущих им свойств или мысленно наделить их нереальными, гипотетическими свойствами, позволяя получить решение задачи в конечном виде. Например, в различных областях знаний (физика, теплопередача) широко применяются понятия  абсолютно черного и абсолютно белого тел, абсолютно твердого тела, идеального газа  и  идеальной жидкости.

 

Идеализация достигается многоступенчатым абстрагированием, мысленным переходом к предельному случаю в развитии какого-либо свойства (абсолютно черное тело) или простым абстрагированием (несжимаемая жидкость). Естественно, любая идеализация правомерна лишь в определенных пределах.

 

Формализация — это метод изучения различных объектов, при котором основные закономерности явлений и процессов отображаются в знаковой форме, с помощью формул или специальных символов. Формализация обеспечивает обобщенность подхода к решению различных задач, позволяет формировать знакомые модели предметов и явлений, устанавливать закономерности между изучаемыми фактами. Символика искусственных языков придает краткость и четкость фиксации значений и не допускает двухсмысленных толкований, что невозможно в обычном языке.

 

Гипотеза — научно обоснованная система умозаключений, посредством которой на основе ряда фактов делается вывод о существовании объекта, связи или причины явления. Гипотеза является формой перехода от фактов к законам, переплетением достоверного, принципиально проверяемого, но недоступного проверке опыта прошлого и представлении о будущем, уже используемого и лишь потенциально возможного.

 

Теория представляет собой наиболее высокую форму обобщения и систематизации знаний. Она описывает, объясняет и предсказывает совокупность явлений в некоторой области действительности и сводит открытые в этой области законы к единому объединяющему началу. Создание теории основывается на результатах, полученных на эмпирическом уровне исследования. Затем эти результаты на теоретическом уровне исследования упорядочиваются, приводятся в стройную систему, объединенную общей идеей, уточняются на основе вводимых в теорию абстракций, идеализации и принципов. В дальнейшем с использованием этих результатов выдвигается гипотеза, которая после успешной проверки практикой становится научной теорией. Таким образом, в отличие от гипотезы теория имеет объективное обоснование.

 

МЕТОДЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО И ЭМПИРИЧЕСКОГО УРОВНЕЙ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

На теоретическом и эмпирическом уровнях исследования используются анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия, моделирование и абстрагирование.

 

Анализ — метод познания, заключающийся в мысленном расчленении предмета исследования или явления на составные более простые части и выделении его отдельных свойств и связей. Однако анализ— не конечная цель исследования. Понимание внутренней структуры объекта, характера его функционирования и закономерностей развития Достигается с помощью синтеза явления.

 

Синтез — метод познания, состоящий в мысленном соединении связей отдельных частей сложного явления и познания целого в его единстве. Синтез дополняет анализ и находится с ним в неразрывном единстве. Без изучения частей нельзя познать целое, без изучения целого с помощью синтеза нельзя до конца понять функции частей в составе целого. Именно поэтому диалектический материализм подчеркивает единство и неразрывную связь методов анализа и   синтеза.

 

Все области знаний пользуются методами анализа и синтеза. В естественных науках анализ и синтез могут осуществляться не только теоретически, но и практически: исследуемые предметы фактически расчленяются и соединяются, устанавливаются их состав, связи и т. д.

 

Примером использования методов анализа и анализа в теории теплообмена является изучение процесса теплоотдачи — переноса теплоты от потока к стенке и наоборот. Этот сложный процесс расчленяется на два простых: теплопроводность и конвекцию. Изучая каждый из  них в отдельности формулируя их признаки и основные количественные зависимости можно делать вывод о сущности и закономерностях процесса теплоотдачи. Совершенно аналогично подходят к изучению физической структуры   пограничного   слоя   потока.

 

Индукция представляет собой метод перехода от знания отдельных фактов к знанию общего, к эмпирическому обобщению и установлению общего положения, отражающего закон или другую существенную связь. При индуктивном методе исследования общее знание предмета исследования создается на основе исследования предметов определенного класса, нахождения в них общих существенных признаков, что служит основой для получения сведений об общем признаке, характерном для данного класса предметов.

 

Индуктивный метод широко применяется при выводе теоретических и эмпирических формул в теории теплообмена.

 

Дедукция — метод перехода от общих положений к частным, получение из известных истин новых истин с использованием законов и правил логики. Важным правилом дедукции является следующее: «Если из высказывания А следует высказывание В и высказывание А истинно, то высказывание В также истинно»; при этом заключение об истинности В следует с необходимостью.

 

Индуктивные и дедуктивные методы — различны по своему содержанию и противоположны. Во-первых, с помощью индукции получаются вероятностные значения различной степени достоверности, а с помощью дедукции при условии истинности предпосылок — истинные значения. Во-вторых, индукция представляет собой различные способы обобщения фактов и эмпирических данных, а дедукция—способ построения теории. Поэтому индуктивные методы имеют важное значение в науках, где преобладают эксперимент, его обобщение, разработка гипотез. Дедуктивные методы в первую очередь применяются в теоретических науках. В теории теплообмена и теплотехнике широко пользуются методами индукции и дедукции.

 

Аналогия — метод научного исследования, когда знания о неизвестных предметах и явлениях достигаются на основе сравнения с общими признаками предметов и явлений, которые исследователю известны.

 

Моделирование — метод научного познания, заключающийся в замене при исследовании изучаемого предмета или явления специальной моделью, воспроизводящей главные особенности оригинала» и ее последующем исследовании. Таким образом, при моделировании эксперимент проводят на модели, а результаты исследования с помощью специальных методов распространяют на оригинал.

 

Модели могут быть физическими и математическими, в связи с чем различают физическое и математическое моделирования. При физическом моделировании модель и оригинал имеют одинаковую физическую природу; любая экспериментальная установка является физической моделью какого-либо процесса. Создание экспериментальных установок и обобщение результатов физического эксперимента осуществляются на основе теории подобия, которая позволяет переносить результаты модельных исследований на оригинал.

При математическом моделировании модель и оригинал могут иметь одинаковую и различную физическую природу. В первом случае какое-либо явление или процесс исследуются на основе их математической модели, представляющей собой систему уравнений с соответствующими условиями однозначности; во втором — используют факт одинакового по внешней форме математического описания явлений различной физической природы. В теории теплообмена и гидромеханике широко применяются методы аналогий — электротепловой, электрогидродинамической, магнитогидродинамичес-кой и др. Это позволяет по изученному электрическому или магнитному полю в некоторой области делать выводы о количественных характеристиках течения или температурного поля в этой же области.

 

Модели могут быть «полными» или «частичными», представлять отдельные свойства объекта или выполняемую им функцию (функциональные модели), однако, границы между различными моделями весьма условны.

 

Абстрагирование — метод научного познания, заключающийся в мысленном отвлечении от ряда свойств, связей, отношений предметов и выделении нескольких интересующих исследователя свойств или признаков. Результат абстрагирования называют абстракцией.

 

Абстрагирование позволяет заменить в сознании человека сложный процесс более простым, который характеризует» тем не менее, наиболее существенные признаки предмета или явления, что особенно важно для образования многих понятий.

 

Абстрагирование может применяться для реальных и абстрактных объектов, которые уже прошли процесс абстракции. В последнем случае имеет место многоступенчатое абстрагирование, которое ведет к абстракциям все возрастающей степени сложности.

Критерием того, насколько вводимая абстракция правильна, служит практика. Абстракция выступает в качестве элемента более сложных по своей структуре методов эксперимента, анализа и моделирования.

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Студенты по-разному относятся к работе в научных кружках и проблемных группах, к написанию рефератов, докладов, курсовых и дипломных работ. Одни берут любую тему, лишь бы выполнить учебный план и получить положительную оценку своей работы. Они прибегают к быстрому и легкому способу выполнения работы – списыванию ее из каких-либо источников, соединению результатов чужих исследований без самостоятельной обработки источников (к компиляции). Других же студентов привлекает сам процесс научного исследования.

Они уделяют серьезное внимание выбору темы (ее актуальности и новизне) и методов исследования, его подготовительному этапу, аналитической работе и решению научных задач.