В каждом научном исследовании выделяется объект и предмет исследования.

Объектом научного исследования является материальная или идеальная природная или искусственная система, т. е. в качестве объекта исследования могут быть различные предметы, машины, модели, процессы и явления.

Предмет научного исследования - это структура системы, закономерности взаимодействия как внутри, так и вне ее, закономерности развития, различные ее свойства и т. д. Например, объектом исследования является метод поверхностного пластического деформирования, а предметом исследования – качество деталей машин, обрабатываемых этим методом.

Перед проведением научных исследований тщательно оцениваются те свойства объекта, которые обеспечивают возможности осуществления намечаемых исследований. К таким свойствам относятся сложность объекта, его управляемость, воспроизводимость результатов, уровень и достоверность априорных сведений об объекте.

Сложность объекта определяется числом его различимых состояний в зависимости от различных входных величин. По этой характеристике объекты условно подразделяют на простые, сложные и большие системы.

Управляемым является такой объект, который может быть переведен экспериментатором в любое различимое состояние, и экспериментатор может поддерживать его в этом состоянии в течение заданного времени с заданной точностью. Выполнить планирование эксперимента при неуправляемом объекте невозможно.

Объект будет обладать хорошей воспроизводимостью результатов эксперимента, если разница в наблюдениях за объектом, находящимся в одном и том же различимом состоянии в различные моменты времени, менее некоторой заданной величины.

По уровню и достоверности априорных сведений об объекте исследования обычно имеется некоторое промежуточное состояние между полным отсутствием априорной информации (абсолютное незнание предмета исследования) и полным знанием объекта (поставленная задача уже решена).

Формулировка цели исследования. Количественную характеристику цели исследования принято называть параметром объекта, процесса, или явления. Параметр должен удовлетворять следующим требованиям:

· измерять эффективность процесса или работы изделия;

· иметь количественную оценку (если в обычном применении параметр качественный, то его следует преобразовать в количественный);

· быть статистически эффективным, т. е. иметь минимально возможную для данных условий дисперсию;

· быть простым с ясным физическим смыслом;

· иметь ограниченную область определения; иметь экономическую природу.

Количественных характеристик может быть несколько. Но, учитывая, что решение многопараметрической задачи связано со значительными трудностями, при постановке задачи желательно уменьшить число параметров (лучше до одного), характеризующих объект. Это можно сделать следующими способами: переформулировать задачу, разделить общую задачу на простые однокритериальные, исключить параметры на основе оценки коэффициента корреляции между параметрами. В последнем способе если коэффициент корреляции между параметрами высок, то один из параметров может быть исключен, т. к. он в принципе не несет никакой дополнительной информации. Естественно, исключают тот параметр, который трудно измерить, или тот, физический смысл которого менее ясен.

Факторы объекта. Фактором называют переменную величину, от которой зависит состояние объекта исследования. При экспериментальных исследованиях к факторам предъявляются следующие требования:

· фактор должен быть измеримым, даже если он качественный;

· иметь ограниченную область определения;

· точность измерения фактора должна быть известной;

· между факторами должна отсутствовать корреляция, т. е. они должны быть независимыми друг от друга;

· факторы должны быть совместимы в заданной области их определения (сочетание принятых уровней факторов не должно приводить к чрезвычайной ситуации).

Поскольку количество факторов, определяющих состояние объекта, может быть большим, то стремятся уменьшить их число, образуя комплексы, т. е. объединяя факторы, или прибегая к использованию критериев подобия. Уменьшение числа факторов позволяет значительно упростить процесс исследований.

Разработка рабочей гипотезы

Гипотеза - это научно обоснованное предположение о непосредственно наблюдаемом факте или о причине, которая вызывает данное следствие. В отличие от теории, которая представляет достоверные научные знания, гипотеза отражает предположительные научные знания в форме предположений или догадок, к которым прибегают при построении теории или при постановке эксперимента для проверки той или иной теории.

Гипотезы, как и идеи, носят вероятностный характер. На их основе осуществляются поиски новых научных результатов – в этом суть и назначение гипотезы как формы развития науки. Поэтому каждая гипотеза подвергается проверке, в процессе которой убеждаются, что она не противоречит никаким другим уже доказанным гипотезам и что следствия, вытекающие из нее, совпадают с наблюдаемыми явлениями.

Если гипотеза согласуется с наблюдаемыми фактами, то ее называют законом или теорией.

В качестве примеров можно привести высказанные в свое время гипотезы о возможности превращения тепловой и электромагнитной энергии в механическую, построенные на базе закона сохранения и превращения энергии. Эти гипотезы стали достоверными знаниями после изобретения паровых машин и электрических двигателей.

Разработка рабочей гипотезы – это центральная задача, которую решают на подготовительном этапе теоретических и экспериментальных исследований. Сущность этой задачи заключается в выдвижении научного предположения о сущности, развитии (протекании) и других признаках, свойствах изучаемого явления и объяснении выдвинутого предположения. Естественно, что и само предположение и его объяснение на момент разработки рабочей гипотезы имеют вероятностный характер и требуют своего подтверждения последующими исследованиями (теоретическими или экспериментальными или теми и другими).

Гипотеза играет весьма существенную роль в научных исследованиях, она:

· помогает осмыслить накопленный конкретный эмпирический материал исследований;

· позволяет определить факторы процесса, явления, т. е. причины, основные условия, движущие силы, которые обуславливают состояние, поведение, развитие рассматриваемого объекта;

· может дать более или менее полное предположительное объяснение результатов выполненных ранее исследований изучаемого объекта.

При разработке гипотезы придерживаются следующих требований и рекомендаций.

1. Гипотеза формулируется по отношению к определенной предметной области. Базой для гипотезы являются факты, которые могут получить объяснение на основе выдвигаемой гипотезы.

2. Гипотеза может быть сформулирована только на основании заранее выявленных факторов, предопределяющих состояние, развитие объекта, иначе говоря, она связана с независимыми переменными (факторами), влияющими на изменение зависимых переменных (параметров объекта).

3. Гипотеза формулируется так, чтобы можно было рассуждать об объекте, не обращаясь к эмпирическому материалу. Наличие новых теоретических обобщений и положений является необходимым условием плодотворной работы. Гипотеза должна способствовать логическому построению выводов в области исследований, давать возможность использования математического аппарата;

4. Гипотеза плодотворна в том случае, если она предоставляет исследователю такие же возможности, какие он получает от использования законов и теорий, уже известных науке.

5. В разрабатываемой гипотезе следует выделять наиболее важные и решающие, а также возможные причинные связи и взаимодействия, вероятное направление и ход развития явления в целом.

6. Ход развития явления, связи и взаимодействия причин его обуславливающих, желательно отображать графиками предполагаемых их функциональных зависимостей, пусть даже в безмасштабном приближенном виде.

7. При наличии возможности развитие рассматриваемого явления или процесса, взаимодействие их факторов следует представить в математической форме – формулами, уравнениями, системой уравнений и т. п. Такая предварительная аналитическая разработка способствует детализации методики последующих как теоретических, так и экспериментальных исследований.

Наряду с этими требованиями и рекомендациями следует иметь в виду, что никакое, даже достаточно полно математически разработанное гипотетическое предположение о поведении объекта исследования, никакая модель объекта не в состоянии полно отобразить реальный объект с его огромным количеством действующих второстепенных факторов. Поэтому все гипотетические предположения в большей или меньшей степени нуждаются в уточнениях, доработках, а иногда и в радикальной замене новыми гипотезами.

Вопросы самостоятельной работы по теме 7

1. Перечислите этапы научно-исследовательской работы, выполняемые в процессе решения поставленной научной проблемы (или научного вопроса). Приведите конкретные наименования этапов Вашей научно-исследовательской работы, выполняемой в рамках подготовки выпускной магистерской работы.

2. Что стремятся выявить (установить, выделить, сформулировать) на этапе литературного обзора информации по теме исследования? Какими результатами известных исследований Вы обладали на момент постановки заданной темы? Какие предварительные результаты Вы уже имеете на данный момент выполнения этого этапа исследования?

3. Какую информацию содержит технико-экономическое обоснование темы научено-исследовательской работы? Какие возможности предоставляет технико-экономическое обоснование темы исполнителю данной темы?

[1] Newtoni J. Principia matematica phylosophiae naturalis. Lib. II, Sect. VII. Propos. 32, 33, 1686.