Методы, которые используются как на эмпирическом, так и на теоретическом уровне исследования.

При выборе того или иного метода исследования необходимо выяснить степень его соответствия следующим критериям, сложившимся в науке: эффективность, простота и надежность, научность, допустимость, экономичность и безопасность. Это позволит оптимизировать процесс познания и получить достоверные знания наиболее простым путем.

Таким образом, средства и методы, используемые в различных отраслях естествознания, не одинаковы. Для каждой отрасли характерны свой особый язык, своя система понятий, своя стилистика и степень строгости рассуждений. Но отрасли естествознания развиваются не изолированно друг от друга, поэтому происходит постоянное взаимопроникновение методов и средств и развитие конкретной отрасли происходит не только за счет выработанных в ней приемов, методов и средств познания, но и за счет постоянного заимствования, но не следует ожидать универсализации методов и средств, используемых в естествознании. Разные отрасли естествознания обладают несомненной спецификой и особенностями своих предметных областей, и, как следствие, различные познавательные задачи будут и в будущем стимулировать появление специфических средств и методов.

Структура и уровни научного знания

Структура научного знания

В самом простом виде структуру научного знания можно представить в виде следующего ряда: фактический материал; первоначальные обобщения в понятиях и других абстракциях; научные предположения (гипотезы); законы, принципы и теории; философские установки; методы, идеалы и нормы научного познания; социокультурные основания; стиль мышления.
Научное знание можно структурировать и по степени обобщенности материала. Наиболее общую систему научных теорий называют научной картиной мира.

Научная картина мира - это целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях природы, результат обобщения и синтеза основных научных понятий, принципов, методологических установок. Различают общенаучную картину мира, картины мира наук, близких по предмету исследования (например, естественно-научная картина мира), картины мира отдельных наук (физическая, биологическая, географическая и др.).

В структуре научной картины мира выделяют понятийную и чувственно-образную составляющие.

Чувственно-образная составляющая - это совокупность наглядных представлений о тех или иных объектах и их свойствах, например планетарная модель атома, образ Метагалактики в виде расширяющейся сферы и др. Понятийная составляющая представлена философскими категориями (например, «материя», «движение», «пространство», «время» и др.) и принципами (принцип материального единства мира, всеобщей связи и взаимообусловленности явлений, детерминизма и др.), общенаучными понятиями и законами (например, закон сохранения и превращения энергии), а также фундаментальными понятиями отдельных наук («поле», «вещество», «Вселенная», «биологический вид», «популяция» и др.).

В научную картину мира нецелесообразно включать всю информацию, добытую наукой о различных веществах, свойствах растений и животных, природных и синтетических материалах, технологических процессах, производственных делах, биографических сведениях и т.п. Научная картина мира отличается от научной теории сочетанием абстрактно-теоретических знаний и наглядных представлений, модельных образов. Если картина мира отражает объект, отвлекаясь от процесса получения знания, то теория содержит в себе не только знания об объекте, но и логические средства проверки их истинности. Научная картина мира играет эвристическую роль в процессе построения научных теорий.

Научная картина мира может быть представлена в виде суммы частных картин мира (физической, биологической, географической и т.д.), которые в свою очередь включают соответствующие концепции - определенные способы понимания, трактовки какого-либо предмета, явления, процесса. Научные картины мира и концепции складываются из научных фактов, гипотез, проблем, принципов, законов, теорий и т.д.

Научные факты — это факты, установленные путем наблюдения или экспериментов.

Гипотеза - вид знания предположительного характера, истинность или ложность которого еще предстоит доказать.

 Научная проблема — осознанные вопросы, для ответа на которые недостаточно имеющихся знаний.

  Научные принципы - наиболее общие и важные фундаментальные положения теории.

Законы науки — теоретические утверждения, выражающие существенные связи явлений.

Научная теория - систематизированные знания в совокупности, объясняющие множество фактов и описывающие посредством системы законов определенный фрагмент реальности.

Уровни научного знания и их соотношение

Научное знание включает в себя два основных взаимосвязанных, но качественно различных уровня - эмпирический и теоретический. Каждый из них выполняет определенные функции и располагает специфическими методами исследования.

Фундаментом науки являются твердо установленные факты, полученные эмпирическим, т.е. опытным, путем, например совокупность эмпирических данных, полученных в результате астрономических наблюдений за перемещениями небесных тел. Эмпирические знания являются результатом непосредственного контакта с реальностью в наблюдении или эксперименте. На эмпирическом уровне происходит не только накопление фактов, но и их первичная систематизация и классификация, что позволяет выявлять эмпирические законы и правила, которым подчиняются наблюдаемые явления. На этом уровне исследуемый объект отражается преимущественно в своих внешних связях и проявлениях, в которых выражаются внутренние отношения.

Среди эмпирических методов выделяют несколько основных:
      - наблюдение - целенаправленное восприятие явлений объективной действительности; необходимо, чтобы наблюдение не вносило какие-либо изменения в изучаемую реальность;

-  эксперимент - наблюдение за объектами и явлениями в специально созданных и контролируемых условиях, когда изучаемый объект ставится в особые, специфические и варьируемые условия, чтобы выявить его существенные характеристики и возможности их изменения под влиянием внешних факторов;

- измерение - выявление количественных характеристик изучаемой реальности. В результате измерения происходит сравнение объектов по каким-либо сходным свойствам или сторонам;

- описание - фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах и явлениях;

- сравнение - одновременное выявление соотношения и оценка общих для двух или более объектов свойств или признаков.

Информация, полученная в результате применения такого рода процедур, подвергается статистической обработке. При этом источники научной информации и способы ее анализа и обобщения детально описываются, что позволит впоследствии проверить эти результаты.

Закономерности, полученные на эмпирическом уровне, обычно мало что объясняют. Более того, чаще всего они не открывают направлений дальнейшего научного поиска, т.е., как говорят, они малоэвристичны. Поэтому над эмпирическим уровнем науки надстраивается теоретический уровень. Без определенной теоретической установки не может начаться эмпирическое исследование.

Теоретический уровень обеспечивает целостное восприятие действительности, в рамках которого многообразные факты укладываются в некоторую единую систему. Сущностью теоретического познания является не только описание и объяснение многообразных фактов и закономерностей, выявленных в процессе эмпирических исследований в определенной предметной области, на основе немногих законов и принципов; она выражается также в стремлении ученых раскрыть гармонию мироздания.

Теоретический уровень подразумевает использование таких методов познания, как формализация, когда происходит построение абстрактных моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности; аксиоматизация, с помощью которой строят теории на основе аксиом - утверждений, доказательства истинности которых не требуется; гипотетико-дедуктивный метод, в рамках которого создаются системы дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических фактах.

К числу основных компонентов теоретического уровня знания относятся проблема, гипотеза и теория. Проблема - форма знания, содержанием которого является то, что еще не познано, но что нужно познать, т.е. это знание о незнании, вопрос, возникший в ходе познания и требующий ответа; проблема включает два основных этапа движения познания - постановку и решение.

Гипотеза - это знание в форме предположения, сформулированного на основе ряда фактов.

Гипотетическое знание носит вероятностный, а не достоверный характер и требует проверки, обоснования. В результате доказательства одни из выдвинутых гипотез становятся теорией, другие видоизменяются, уточняются и конкретизируются, третьи отбрасываются как заблуждения, если проверка дает отрицательный результат.

Решающей проверкой истинности гипотезы является практика во всех своих формах, а вспомогательную роль играет логический (теоретический) критерий истины.

Наиболее развитой формой научного знания является теория- знание, дающее целостное отображение закономерных и существенных связей в определенной области действительности. Теория строится для целей объяснения объективной реальности.

Главная задача теории заключается в том, чтобы описать, систематизировать и объяснить все множество данных эмпирического уровня. При этом следует иметь в виду, что теория описывает непосредственно не окружающую действительность, а идеальные объекты, которые в отличие от реальных характеризуются не бесконечным, а вполне определенным количеством свойств. Так, механика описывает не реальные процессы, с которыми человек имеет дело в действительности, а процессы, относящиеся к идеальным объектам, например материальным точкам, которые описываются очень небольшим количеством свойств, а именно массой и возможностью находиться в пространстве и во времени.

Помимо идеальных объектов в теории задаются взаимоотношения между ними, которые описываются законами. Кроме того, из первичных идеальных объектов можно конструировать производные объекты. В итоге теория, которая описывает свойства идеальных объектов, взаимоотношения между ними, а также свойства конструкций, образованных из первичных идеальных объектов, способна описать все то многообразие данных, которые получены на эмпирическом уровне. Для этого на основе исходных идеальных объектов строится теоретическая модель конкретного явления и предполагается, что эта модель в существенных своих сторонах, в определенных отношениях соответствует тому, что есть в действительности.

Теоретический уровень знания обычно расчленяется на две составляющие - фундаментальные теории и теории, которые описывают конкретную область реальности, базируясь на этих фундаментальных теориях. Так, механика описывает материальные точки и взаимоотношения между ними, а на основе ее принципов строятся различные конкретные теории, описывающие те или иные области реальности. Например, для описания поведения небесных тел строится небесная механика в предположении, что Солнце - центральное тело, обладающее большой массой, а планеты - материальные точки, движущиеся вокруг центрального тела по законам механики и закону всемирного тяготения.

Роль теории в науке, в частности в естествознании, определяется тем, что здесь объект умственно контролируется, поэтому, вообще говоря, теоретический объект можно описать как угодно детально и получить в принципе как угодно далекие следствия из теоретических представлений. Если исходные абстракции верны, можно быть уверенным, что и следствия из них будут верны. Сила теории состоит в том, что она может развиваться без прямого контакта с действительностью, но при условии, что исходные принципы соотносятся с действительностью.

Научная теория — это развивающаяся система знания (включающая и элементы заблуждения), которая имеет сложную структуру:

-  исходные основания (первичные фундаментальные понятия, принципы, законы, постулаты, аксиомы и т.п.);

- идеализированный объект данной теории - абстрактная модель существенных свойств и связей изучаемых предметов (например, идеальный газ);

- логика теории, нацеленная на прояснение структуры и развитие знания, содержащая определенные правила вывода и способы доказательства;

- совокупность законов и утверждений, выведенных из основных положений теории;

- философско-методологические установки и ценностные факторы.
Любая теория выполняет большое количество функций.

Назовем основные из них. Синтетическая функция объединяет отдельные научные знания в единую систему. Объяснительная функция выявляет причинные и иные связи конкретного явления, его существенные характеристики, законы его происхождения и развития.

Методологическая функция отвечает за разработку на базе теории разнообразных методов, способов и приемов исследовательской деятельности. Предсказательная функция, или функция предвидения, формулирует представления о неизвестных ранее фактах, объектах и их свойствах или о тех, о существовании которых известно, но они пока еще не выявлены.

Практическая функция заключается в стремлении теории быть воплощенной в практику, стать инструментом изменения действительности.
    Теории излагаются различными способами:

- аксиоматическое построение теорий, когда научная теория строится в виде системы аксиом (постулатов) и правил вывода (аксиоматики), позволяющих путем логических выводов получать утверждения (теоремы) данной теории;

- генетическое построение, когда предмет вводится постепенно и последовательно раскрывается от простейших до все более и более сложных аспектов.

Теории возникают во взаимодействии теоретического и эмпирического уровней познания реальности на основе, например, процедур моделирования реальных процессов, когда на базе анализа построенных моделей выводятся проверяемые эмпирически следствия, и мысленных экспериментов, в которых теоретик «прогоняет» возможные варианты поведения идеализированных объектов. Развитием этого метода теоретического мышления, который впервые применил Г. Галилей, является математический эксперимент, когда возможные последствия варьирования условий в математической модели просчитываются на современных компьютерах.

Особо следует подчеркнуть, что граница между эмпирическим и теоретическим уровнями условна и подвижна: теоретический уровень опирается на данные эмпирического уровня, а эмпирическое знание не свободно от теоретических представлений, оно обязательно погружено в определенный теоретический контекст. Например, на экспериментальной фотографии, сделанной в магнитном поле, появились спиральные линии.

Из теории известно, что в магнитном поле заряженные частицы движутся по спирали, причем электроны - в одну сторону, а позитроны - в другую, поэтому делается вывод, что на фотографии - след движущегося электрона или позитрона. Если теоретических представлений в исследуемой области нет, эти траектории ничего не скажут.

Таким образом, не следует абсолютизировать один уровень в ущерб другому, сводя все научное знание в целом к эмпирическому его уровню либо игнорируя эмпирические данные.

Когда для адекватного описания некоторой области знания недостаточно эмпирического и теоретического уровней, выделяют уровень философских предпосылок, содержащий общие представления о действительности и процессе познания. Существует немало естественно-научных теорий, которые не вызывают споров по поводу их философских оснований, поскольку они близки к общепринятым и поэтому не выступают предметом специального анализа, а воспринимаются как нечто само собой разумеющееся. Однако это случается далеко не всегда. Так, философские дискуссии до настоящего времени ведутся по проблемам интерпретации математического аппарата в квантовой механике, относительно различных аспектов учения об эволюции живой природы и т.п.