Системный подход к решению научной проблемы

ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

A193

 

 

Системный подход к решению проблемы

 

 

Методические указания к практическому занятию

 

Челябинск

2014

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Эксплуатация автомобильного транспорта»

 

 

Системный подход к решению научной проблемы

 

Методические указания к практическому занятию

 

Челябинск

Издательский центр ЮУрГУ

2014

 

  А193

 

Одобрено

учебно-методической комиссией автотракторного факультета

Рецензент А.В. Гриценко

 

А193 Системный подход к решению научной проблемы: методические указания к практическому занятию / составитель: Ю.И. Аверьянов – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014. – 13 с.

 

Целью методических указаний является оказание помощи студентам автотракторного факультета в изучении дисциплины «Основы научных исследований». В методических указаниях отражены логические основы и основные этапы методологии системного анализа, особенности принятия решения по проблеме, предложены рекомендации по выполнению индивидуального задания с использованием системного подхода к решению проблемы.

Методические указания предназначены для бакалавров по направлению 190700 «Технологии транспортных процессов» очной и заочной форм обучения.

 

А193

 

 

© Издательский центр ЮУрГУ, 2014

Системный подход к решению научной проблемы

 

Цель занятия: Закрепить знания и сформировать умение системно подходить к решению научной проблемы.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с логическими основами системного анализа.

2. Ознакомиться с основными этапами и методологией системного анализа.

3. Ознакомиться с особенностями принятия решения по проблеме.

4. Освоить рекомендации по выполнению индивидуального задания с использованием системного подхода к решению проблемы с учетом тематики (выбор тематики осуществляется студентом самостоятельно).

4. Устно подготовиться к ответам на контрольные вопросы.

 

Отчет должен содержать

 

1. Категории логики: «суждение», «умозаключение», «проблема», «научная проблема», «гипотеза», «теория», «научная теория».

2. Схему (структуру) системного анализа научной проблемы на примере теории английского ученого Дж. Джеферса.

3. Решение индивидуального задания с использованием системного подхода к решению конкретной научной проблемы.

 

1. Логические основы системного анализа

 

Логика (греч. logos – речь, мысль, разум) есть наука о законах, формах и приемах правильного построения мысли, т.е. мышления, направленного на познание объективного мира.

Основные задачи логики:

– выявление условий достижения истинных знаний;

– изучение внутренней структуры мыслительного процесса;

– выработка логического аппарата и правильного метода познания.

Органически связанная с теорией познания, логика представляет собой совокупность научных дисциплин, главными из которых являются диалектическая и формальная логика. Это разделение обусловлено наличием двух аспектов мышления человека – содержательного и формального.

По своему содержанию мышление есть отражение закономерностей реальной действительности. Исходя из наиболее общих законов развития природы, общества и нашего мышления, логика формулирует научный, диалектический метод, учитывающий объективную диалектику предметного мира и отражение его в человеческом сознании.

Вместе с тем мыслительный процесс имеет свою внутреннюю структуру, он реализуется в таких естественно сложившихся формах, как понятие, суждение, умозаключение.

Понятие – это мысль, которая отображает общие и существенные признаки предметов.

Суждение – это такая форма мышления, в которой, сочетая понятия, что-либо утверждается или отрицается о самых реальных вещах и явлениях.

Умозаключение – это форма мышления, посредством которой из одного или нескольких суждений, связанных между собой, с логической необходимостью получается новое суждение.

Оперирование понятиями, суждениями и получение нового, выводного знания в умозаключениях составляют формально-логический аппарат мышления.

Мышление есть процесс познавательной деятельности индивида. Различают следующие виды мышления:

а) наглядно-действенное – как первая ступень мышления; характеризуется тем, что решение задачи осуществляется с помощью реального, физического преобразования ситуации, опробования свойств объекта;

б) словесно-логическое – характеризуется использованием понятий, логических конструкций;

в) наглядно-образное – наиболее полно воссоздает все многообразие различных характеристик предмета; в образе может быть зафиксировано одновременно видение предмета с нескольких точек зрения, устанавливается «невероятное» сочетание предметов и их свойств; и в этом качестве оно неразличимо с воображением.

Выделяют следующие типы мышления:

а) теоретическое – направлено на открытие законов, свойств объекта;

б) практическое – связано с постановкой целей, выработкой планов и проектов, часто развертывающихся в условиях дефицита времени;

в) логическое (аналитическое) – связано с анализом действий;

г) интуитивное – характеризуется быстротой протекания, отсутствием четко выраженных этапов, минимальной осознанностью.

Основная задача логики системного анализа – открытие путей движения к достижению новых системных результатов. Для этого она оперирует следующими категориями: проблема, научная проблема, гипотеза, теория, научная теория.

 

1.1. Проблема

 

Исследование должно начинаться с постановки проблемы и заканчиваться выводами. В самом общем случае под проблемой понимается несоответствие между необходимым и фактическим положением дел.

Проблемы по степени их структуризации подразделяют на три класса:

1) хорошо структурированные, или количественно сформулированные;

2) слабо структурированные, или смешанные, содержащие количественные и качественные оценки;

3) неструктурированные, или качественные проблемы.

Для решения проблем первого класса в науке существует хорошо развитый математический аппарат исследования операций. Для решения проблем второго класса нужны системные методы. Для решения проблем третьего класса применяются эвристические методы.

Следовательно, системный анализ и применяется для того, чтобы сначала хотя бы слабо структурированную проблему превратить в хорошо структурированную, к решению которой можно приложить аппарат исследования операций и теорию оптимизации.

Для корректной постановки проблемы необходимо понимание проблемной ситуации, которое трактуется как усвоение смысла и способности ее воспроизведения.

Ядром проблемной ситуации являются противоречия. Противоречие – это показатель того, что знание, зафиксированное в общепринятых положениях неконкретное или одностороннее.

Проблемные ситуации возникают в следующих случаях (факторы проблемной ситуации):

– результаты деятельности не соответствуют желанным целям;

– ранее выработанные, теоретически обоснованные и практически проверенные методы решения не дают должного эффекта или не могут быть использованы;

– в практической деятельности обнаруживаются факты, которые не укладываются в рамки существующих теоретических представлений;

– одна из частных теорий вступает в логическое противоречие с более общей теорией или другими областями жизни в пределах данной отрасли знаний.

Процесс описания проблемной ситуации состоит из следующих этапов:

– фиксация ситуации (недостаточная и неупорядоченная информация о ней);

– предварительное описание (упорядочение имеющейся информации и осознание ее недостаточности);

– информационный поиск (получение дополнительной информации, которая приводит к ее разупорядочению);

– полное описание проблемной ситуации (получение достаточной и упорядоченной информации о ситуации).

Генезис проблемы представляет собой последовательную реализацию следующих процедур:

– описание проблемной ситуации (создание исходной совокупности знаний о проблеме);

– ее осмысление и понимание ее описания (установление смысла проблемной ситуации в структуре человеческой деятельности);

– формирование теоретической схемы проблемы (построение системы теоретических конструктов);

– формулирование проблемы (соотнесение ее теоретической схемы со структурой проблемной ситуации).

 

1.1.1. Научная проблема

Под научной проблемой ученые понимают такой вопрос, ответ на который не содержится в накопленном обществом знании. Любую научную проблему можно представить как неразрывное единство двух элементов:

– знание о незнании;

– предположение о возможности открытия либо неизвестного закона в непознанной сфере (в фундаментальных науках), либо принципиально нового способа практического применения ранее полученного знания о законах (в науках прикладного типа).

Научная проблема возникает в условиях проблемной ситуации, когда появляется противоречие между знанием о потребностях людей в ходе их деятельности и незнанием средств, путей, способов удовлетворения этих потребностей, которое упирается в незнание определенных закономерностей объективного мира.

Постановка научной проблемы предполагает выполнение следующих групп действий:

– формулирование проблемы, состоящее из выдвижения центрального вопроса проблемы, фиксации того противоречия, которое легло в основу проблемы, предположительного описания ожидаемого результата;

– построение проблемы, представленное операциями «расщепление» проблемы на подвопросы, без ответов на которые нельзя получить ответа на основной проблемный вопрос; группирование и определение последовательности решения подвопросов, составляющих проблему; ограничение поля изучения в соответствии с потребностями исследования и возможностями исследователя, ограничение известного от неизвестного в области, избранной для изучения; выработки установки на возможность замены любого вопроса проблемы любым другим и поиск альтернатив для всех элементов проблемы;

– оценка проблемы, характеризующаяся такими действиями исследователя, как выявление всех условий, необходимых для решения проблемы, включая методы, средства, приемы и т.п.; проверка наличных возможностей и предпосылок; выяснение степени проблемности; нахождение среди уже решенных проблем аналогичных решаемой; отнесение проблемы к определенному типу;

– обоснование, представляющее собой последовательную реализацию процедур установления ценностных, содержательных и генетических связей данной проблемы с другими проблемами; приведения доводов в пользу реальности проблемы, ее постановки и решения; выдвижения возражений против проблемы; объективный синтез результатов, полученных на стадии актуализации;

– обозначение, состоящее из разъяснения понятий; перевод проблемы на иной научной или обыденный языки; словесная нюансировка – малозаметный переход – выражения проблемы и подбор понятий, наиболее точно фиксирующих смысл проблемы.

Таким образом, проблема – это теоретический или практический вопрос, который необходимо изучить и разрешить. Научная проблема – это осознанные вопросы, для ответа на которые имеющихся знаний недостаточно. Ее можно определить и как «знание о незнании».

1.2. Гипотеза

Гипотеза (от древнегреч. «основание», «предположение») – недоказанное утверждение, предположение или догадка. Это важнейшая форма развития научного мышления, научного знания.

 

1.2.1. Научная гипотеза – такое предположительное знание, истинность или ложность которого еще не доказано, но которое выдвигается не произвольно, а при соблюдении ряда требований, к которым относятся следующие:

а) отсутствие противоречий;

б) соответствие новой гипотезы, надежно установленным теориям;

в) доступность выдвигаемой гипотезы экспериментальной проверке;

г) максимальная простота гипотезы.

Пути формирования гипотезы следующие:

– формулирование проблемности, противоречивости прежней теории, что уже носит характер гипотезы;

– формулирование нового идеального объекта теории (например, квантовая модель Н. Бора была сначала представлена как гипотеза, а затем – как теория);

– предположение о существовании каких-то предметов или их свойств, которые могут стать объектом практической научной деятельности (например, гипотеза о существовании жизни на Марсе).

 

1.3. Теория.

Теория – совокупность знаний, образующих систему на основе некоторых общих положений, которыми могут выступать качественные и количественные закономерности. Генерация теорий – конечная цель исследования. Квинтэссенция теории – закон. Он выражает сущностные, глубинные связи объекта. Формулирование законов – одна из основных задач науки.

Главное отличие теории от гипотезы – достоверность, доказанность.

Теория в строго научном смысле – это система уже подтвержденного знания, всесторонне раскрывающая структуру, функционирование и развитие изучаемого объекта, взаимоотношение всех его элементов, сторон и теорий.

 

1.3.1. Научная теория – это систематизированные знания в их совокупности. Научные теории объясняют множество накопленных научных фактов и описывают определенный фрагмент реальности (например, электрические явления, механическое движение и т.п.) посредством системы законов.

Основные черты научной теории:

а) научная теория – это знание об определенном предмете или строго определенной, органически связанной группе явлений;

б) теорию в качестве важнейшего ее признака характеризует объяснение известной совокупности фактов, а не простое их описание, вскрытие закономерностей их функционирования и развития;

в) теория должна обладать прогностической силой, предсказывать течение процессов;

г) в развитой теории все ее главные положения должны быть объединены общим началом, основанием;

д) все входящие в содержание теории положения должны быть обоснованы.

Научная теория должна выполнять две важнейшие функции, первой из которых является объяснение известных фактов, а вторая – предсказание новых, еще неизвестных фактов и характеризующих их закономерностей.

Необходимо запомнить, что любая теория верна в определенной области – другими словами, имеет границы применимости, которые обычно очерчиваются с появлением новой, более общей теории, в которую предыдущие входят как частный случай. Новые теории возникают тогда, когда в науке есть целый ряд экспериментальных фактов, для объяснения которых старые представления не годятся.

 

1.4. Дополнительные категории логики познания.

 

Факт, как явление действительности, становится научным фактом, если он прошел строгую проверку на истинность. Факты – это наиболее надежные аргументы, как для доказательства, так и для опровержения каких-либо теоретических утверждений. Однако при этом надо брать не отдельные факты, а всю, без исключения, совокупность фактов, относящихся к рассматриваемому вопросу. В противном случае возникает подозрение, что факты подобраны произвольно.

Категории науки – это наиболее общие понятия теории, характеризующие существенные свойства объекта теории, предметов и явлений объективного мира. Например, важнейшими категориями науки являются материя, пространство, время, движение, причинность, качество, количество, причинность и. т.п.

Научные законы отражают существенные связи явлений в форме теоретических утверждений. Принципы и законы выражаются через соотношение двух и более категорий.

Научные принципы – наиболее общие и важные фундаментальные положения теории. Научные принципы играют роль исходных, первичных посылок и закладываются в фундамент создаваемых теорий. Содержание принципов раскрываются в совокупности законов и категорий.

Научные концепции – наиболее общие и важные фундаментальные положения теорий.

Научная картина мира – это система научных теорий, описывающая реальность.

Таким образом, для формирования системности в знаниях исследователя ему необходимы знания о знаниях, называемых методологическими.

 

2. Основные этапы и методология системного анализа

 

Системный анализ предусматривает: разработку системного метода решения проблемы, т.е. логически и процедурно организованную последовательность операций, направленных на выбор предпочтительной альтернативы решения проблемы.

Системный анализ организует знания о проблеме так, чтобы помочь выбрать нужную стратегию ее решения или предсказать результаты одной или нескольких стратегий, которые представляются целесообразными тем, кто должен принимать решения по устранению противоречия, породившего проблему.

Методология системного анализа, на примере теории английского ученого Дж. Джефферса, предлагает семь этапов:

1 этап «Выбор проблемы». Осознание того, что существует некая проблема, которую можно исследовать с помощью системного анализа;

2 этап «Постановка задачи и ограничение ее сложности». Когда существование проблемы осознано, требуется упростить задачу, чтобы она имела аналитическое решение, сохраняя все те элементы, которые делают проблему достаточно интересной для практического изучения и ее последующее моделирование;

3 этап «Установление иерархии целей и задач». Цели и задачи исследования образуют иерархию, причем основные задачи последовательно подразделяются на ряд второстепенных. В иерархии задач необходимо определить приоритеты различных стадий для достижения поставленных целей и плодотворного применения системного анализа;

4 этап «Выбор путей решения задач». На данном этапе исследователь может обычно выбрать несколько путей решения проблемы. Опытному специалисту по системному анализу сразу видны возможные решения конкретных задач;

5 этап «Моделирование». Известно, что моделируемым процессам, а также механизмам обратной связи присуща внутренняя неопределенность, что может значительно усложнить как понимание системы, так и ее управляемость;

6 этап «Оценка возможных стратегий». Как только модель можно использовать, начинается этап оценки потенциальных стратегий, полученных из модели. Если основные допущения были некорректны, придется вернуться к этапу моделирования и модифицировать исходный вариант;

7 этап «Внедрение результатов». Заключительный этап системного анализа представляет собой применение на практике результатов, которые были получены на предыдущих этапах. Системный анализ нельзя считать завершенным, пока исследование не дойдет до стадии практического применения. Если выявиться неполнота тех или иных стадий понадобится их повторение.

Таким образом, цель многоэтапного системного анализа состоит в том, чтобы помочь выбрать правильную стратегию при решении практических задач. Структура этого анализа направлена на то, чтобы сосредоточить главные усилия на сложных и, как правило, крупномасштабных проблемах, не поддающихся решению более простыми методами исследования, например наблюдением и прямым экспериментированием.

3. особенностями принятия решения по проблеме

 

Процесс выработки и принятия решений по проблеме можно представить как совокупность способов и приемов деятельности лица, принимающего решение (ЛПР).

Основные уровни принятия решений по проблеме являются:

1) индивидуально-смысловой уровень. Принятие решений на таком уровне ЛПР осуществляет на основе логичного рассуждения, и зависит от его индивидуального опыта и конкретной ситуации;

2) коммуникативно-смысловой уровень. Решения принимаются на основе коммуникативного взаимодействия лиц, участвующих в принятии решения. На этом уровне происходит слияние индивидуальных и общезначимых точек зрения;

3) понятийный уровень. В процессе разработки решения используются строгие понятия для профессионального общения ЛПР с заинтересованными специалистами, что повышает качество их профессионального взаимодействия;

4) проблемный уровень. Для решения проблемы, в которой имеет место ситуация неопределенности, принятие решения ЛПР осуществляется путем построения теоретической модели, формулирования гипотез, разработки вариантов решений с помощью творческого подхода;

5) системный уровень. Такой уровень требует от ЛПР системного видения всех элементов среды принятия решений, целостности представления объекта управления и взаимодействия его частей.

6) универсально-системный уровень. Принятие решения на данном уровне предполагает видение ЛПР целостности в объекте управления и картины окружающего мира для определения тенденций развития объекта.

Чем сложнее объект управления (проблема), тем более высокий уровень принятия решения требуется.

При выборе конкретного решения, можем руководствоваться двумя принципиально различными методами.

Первый метод «интуитивный» прост и основан полностью на ранее приобретенном опыте и полученных знаниях и заключается в следующем:

– подбираем в памяти один или несколько известных нам шаблонов, которые обладают с исходной ситуацией удовлетворительной аналогией;

– применяем для текущей ситуации лучшему решению для уже известного шаблона, который в данной ситуации становится моделью для его принятия.

Второй метод «системный» более сложен и требует привлечения осознанных мыслительных усилий, направленных на применение самого метода, например:

– подбираем критерий эффективности для оценки будущего решения;

– определяем разумные границы рассматриваемой системы;

– создаем подходящую для аналогии с исходной ситуацией модель системы;

– исследуем свойства и поведение этой модели для поиска лучшего решения;

– применяем найденное решение на практике.

Интуитивный и системный методы принятия решений не противоречат друг другу, каждый следует использовать в ситуации, подходящей именно к нему.

Системный подход к принятию решения по проблеме предполагает следование четкому алгоритму, состоящему из 6 шагов:

– определение проблемы;

– определение критериев выбора решения;

– назначение весов критериям;

– выработка альтернатив;

– оценка альтернатив;

– выбор лучшей альтернативы.

В случае невозможности применения системного подхода от лица принимающего решения требуется проявить креативность, то есть творческое, оригинальное решение, которое рождается при наличии следующих факторов:

– человек должен обладать соответствующими знаниями и опытом;

– у него должны присутствовать креативные способности;

– работа над принятием решения должна быть подкреплена соответствующей мотивацией.

Таким образом, главным признаком системного подхода является наличие доминирующей роли сложного, а не простого, целого, а не составляющих элементов. Если при традиционном подходе к исследованию мысль движется от простого к сложному, от частей – к целому, от элементов – к системе, то при системном подходе, наоборот, мысль движется от сложного к простому, от, целого к составным частям, от системы к элементам.

 

4. Рекомендации по выполнению индивидуального задания с использованием системного подхода к решению проблемы

 

Самостоятельное решение задачи на предмет применения системного подхода к решению выбранной проблемы предполагает определенную последовательность действий, то есть алгоритм действия.

Алгоритм решения задачи предполагает следующее:

– описать проблемную ситуацию по выбранному научному направлению (тематике).

– сформулировать окончательно проблему по выбранному научному направлению (тематике).

– выдвинуть гипотезу (предположение) о разрешении противоречий существующих в проблеме на основе использования известных и проверенных фактов;

– осуществить выбор варианта решения при условии, что число вариантов решения не менее 3;

– определить положительные и отрицательные последствия принятия решения (не менее 5 каждого вида), имея в виду:

1) расход или экономию: денег, времени, усилий и т.д.;

2) положительные и отрицательные эмоции;

3) другие последствия.

Если будут затруднения с выбором проблемы и критериев, то рекомендуется использовать данные таблицы 1.

Таблица 1

Проблема, варианты ее решения (множество альтернатив)	Список критериев
Покупка автомобиля, варианты: – престижная иномарка; – экономичная малолитражка; – сравнительно новый автомобиль повышенной проходимости.	Вместимость, мощность двигателя, комфорт, обеспеченность запчастями, цена, год выпуска, надежность, экономичность, дизайн и т.д.
Выбор вида транспорта для поездки, варианты: – автобус; – троллейбус; – метро; – маршрутное такси; – собственная машина; – пешком; – комбинированный.	Стоимость билета; комфортабельность, время в пути, безопасность, трудность, удобство расписания, индивидуальная переносимость и т.д.

 

Выбрать и обосновать наиболее оптимальный вариант решения задачи по выбранной проблеме.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что понимают под понятием логика?

2. Перечислите основные задачи логики.

3. Что понимают под суждением и умозаключением?

4. Назовите виды мышления и дайте им определение.

5. Назовите типы мышления и дайте им определение.

6. Назовите основную задачу логики системного анализа.

7. Какими категориями оперирует логика системного анализа?

8. На какие классы подразделяются проблемы по степени структурирования?

9. Что является ядром проблемной ситуации?

10. В каких случаях возникает проблемная ситуация?

11. Из каких этапов состоит процесс описания проблемной ситуации?

12. Что представляет собой генезис проблемы?

13. Что предполагает постановка научной проблемы?

14. Что понимают под научной гипотезой?

15. Охарактеризуйте пути формирования гипотезы?

16. Что такое теория, и какое ее отличие от гипотезы?

17. Что такое научная гипотеза?

18. Назовите основные черты научной теории?

19. Какие функции выполняет научная теория?

20. В каком случае в дополнительные категории логики познания?

21. Что понимают под фактом, категорией науки, научным законом, научным принципом, научной концепцией и научной картиной мира?

22. Перечислите основные этапы методологии системного анализа и дайте им характеристику.

23. Перечислите основные уровни принятия решений по проблеме и дайте им характеристику.

24. В чем заключаются интуитивный и системный метод принятия решения по проблеме?

25. В чем заключается алгоритм системного подход к принятию решения по проблеме?

26. В чем заключается креативность в принятии решения по проблеме?

27. Что является главным признаком системного подхода в решении проблемы?

28. Что включает алгоритм решения задачи в системном подходе к решению проблемы?

 

 

Библиографический список

 

1. Долгушев Н.В. Введение в прикладной системный анализ. М., 2011.

2. Дулепов В.И., Лескова О.А., Майоров И.С. Системная экология. Владивосток: ВГУЭиС, 2011.

3. Живицкая Е.Н. Системный анализ и проектирование. М., 2005.

4. Когда используется интуитивный, а когда системный метод принятия решений. Rb.ru Деловая сеть, 2011.

5. Никаноров С.П. Системный анализ: этап развития методологии решения проблем в США (перевод). М., 2002.

6. Прибылов И. Процесс принятия решения/www.pribylov.ru.

7. Светлов Н.М. Теория систем и системный анализ. УМК. М., 2011.

8. Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник/Под ред. В.Н. Волковой, В.Н. Козлова. М.: Высш. шк., 2004. 

9. Сурмин Ю.П. Теория систем и системный анализ: Учеб. пособие.- Киев: МЛУП, 2003.

10. Фадина Л.Ю., Щетинина Е.Д. Технология принятия управленческих решений. Сборник статей НПК.М., 2009.

 

 

Системный подход к решению проблемы

 

Методические указания к практическому занятию

 

Редактор

Техн. редактор А.В. Миних

 

Издательство Южно-Уральского государственного университета

Подписано в печать __.__.2014. Формат 60х84/16. Печать цифрровая.

Усл. печ. л. ____ Уч.-изд. л. ____. Тираж 50 экз. Заказ ___/___Цена С.

 

Отпечатано в типографии Издательского центра ЮУрГУ.

454080, Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76