Завдання і структура теоретичних досліджень

Метою теоретичних досліджень є з'ясування в процесі синтезу знань суттєвих зв'язків між досліджуваним об'єктом і зовнішнім середовищем, пояснення й узагальнення результатів експериментальних досліджень та виявлення загальних закономірностей з їх наступною формалізацією.

Теоретичне дослідження завершується розробленням теорії, що не обов'язково пов'язана із побудовою її математичного апарату. Теорія проходить у своєму розвитку різні стадії — від якісного пояснення і кількісного вимірювання процесів до їх формалізації — і може бути представлена як у вигляді правил, так і у вигляді математичних рівнянь.

Основні задачі теоретичних досліджень:

— узагальнення результатів дослідження, виявлення загальних закономірностей шляхом оброблення та інтерпретації дослідних даних;

— поширення результатів дослідження на низку подібних об'єктів без повторення всього об'єму досліджень;

— підвищення надійності експериментального дослідження об'єкта (пояснення параметрів і умов спостереження, точності вимірювань).

Теоретичні дослідження включають такі етапи виконання:

— аналіз фізичної суті процесів, явищ;

— формулювання гіпотези дослідження;

— побудова (розробка) фізичної моделі;

— проведення математичного дослідження;

— аналіз теоретичних рішень;

— формулювання висновків.

Якщо не вдається виконати математичне дослідження, то формулюється робоча гіпотеза в словесній формі з використанням графіків, таблиць та ін. У технічних науках необхідно прагнути до застосування математичної формалізації висунутих гіпотез і висновків.

Процес виконання теоретичних досліджень скла­дається із декількох стадій. Перша стадія — оперативна, яка включає перевірку можливостей усунення технічних суперечностей, оцінку вірогідних змін у середовищі, що оточує об'єкт, аналіз можливості переносу рішення задачі з інших галузей знань (відповісти на запитання: "Як вирішуються подібні задачі в інших галузях знань?"), застосування "зворотного" рішення (відповісти на запитання: "Як розв'язуються обернені задачі, чи не можна використати ці розв'язки, взявши їх зі знаком мінус?").

Друга стадія — синтезна, в процесі якої визначається вплив зміни однієї частини об'єкта на побудову інших його частин, а також необхідні зміни тих об'єктів, що працюють разом із цим об'єктом. Оцінюються можливості застосування зміненого об'єкта в нових умовах та знайденої технічної ідеї для розв'язання інших задач.

Виконання перших двох стадій дає можливість приступити до стадії постановки задачі, в процесі якої визначається кінцева мета розв'язання задачі, перевіряється можливість досягнення тієї ж мети іншими (можливо, більш простими) шляхами, обирається найефективніший спосіб розв'язання задачі та визначаються потрібні кількісні показники. Після цього, за необхідності, уточнюються вимоги до конкретних умов практичної реалізації одержаного розв'язку задачі.

Аналітична стадія включає визначення ідеального кінцевого результату (відповісти на запитання: "Що бажано отримати в ідеальному випадку?"); виявляються перешкоди, які заважають отримати ідеальний результат, та їх причини; визначаються умови, які забезпечують отримання ідеального результату з метою виявлення, за яких же умов зникне "перешкода".

Постановка задачі є найважливішою частиною теоре­тичних досліджень. Уміння побачити прихований основний зміст задачі на самому початку "її розв'язання, а відповідно, вміння поставити задачу, виділити її з великої маси оточуючих обставин і, нарешті, дістатися до її прихованої суті — запорука успіху в досягненні поставленої мети. Таким чином, чітке формулювання основної суті задачі — найважливіший етап її розв'язання.

Розв'язання теоретичних задач повинно носити творчий характер. Творче рішення часто не вкладається в наперед накреслені плани. Інколи оригінальні рішення з'являються "раптом", після тривалих і безплідних пошуків. Часто важливі рішення виникають у спеціалістів суміжних галузей знань. Творчі рішення — це, по суті, розрив звичних уявлень і погляд на явище з іншої точки зору. Необхідно особливо підкреслити, що власні творчі думки (оригінальні рішення) виникають частіше тоді, коли більше сил, праці, часу витрачається на постійне обдумування шляхів розв'язання теоретичної задачі, чим глибше науковець займається дослідницькою роботою.

Окрім наведених вище методів, часто використовуються й інші, логічні методи і правила, які мають нормативний характер. До них належать правила висновку, утворення складних понять із простих та ін. Спеціальними принципами побудови теорій служать також принципи формування аксіоматичних теорій, критерії несуперечності, повноти і незалежності систем, аксіом та гіпотез тощо.