1. Идеализация - конструирование идеальных объектов (конструктов). Идеальные объекты не существуют в действительности, а конструируются мыслью.
Преимущества:
- упрощение исследуемой системы;
- прояснение сущностных связей;
- возможность формализации.
Так, широко распространенная в механике идеализация, именуемая материальной точкой, подразумевает тело, лишенное всяких размеров. Такой абстрактный объект, размерами которого пренебрегают, удобен при описании движения, т.к. позволяет заменить в исследовании самые различные реальные объекты: от молекул или атомов до планет Солнечной системы.
В процессе идеализации объект может быть наделен какими-то особыми свойствами, в реальной действительности несуществующими. Примером может служить абстракция под названием абсолютно черного тела. Такое тело наделяется несуществующим в природе свойством поглощать абсолютно всю попадающую на него лучистую энергию, ничего не отражая и ничего не пропуская сквозь себя. Спектр излучения абсолютно черного тела является идеальным случаем, ибо на него не оказывает влияния природа вещества излучателя или состояние его поверхности. А если можно теоретически описать спектральное распределение плотности энергии излучения для идеального случая, то можно кое-что узнать и о процессе излучения вообще.
Механизм идеализации:
- многоступенчатое абстрагирование (отвлечение от ненужных свойств): объект – плоскость – линия - точка;
- мысленный переход к предельному случаю в развитии какого-либо свойства: предельный случай твердости – абсолютно твердое тело, не деформирующееся под действием внешних сил;
- выбрать интервал абстракции (приемлемый).
Мысленный эксперимент - оперирование идеализированным объектом (замещающим в абстракции объект реальный), которое заключается в мысленном подборе тех или иных положений, ситуаций, позволяющих обнаружить какие–то важные особенности исследуемого объекта. Примером могут служить мысленные эксперименты Галилея, приведшие к открытию закона инерции. А. Эйнштейн и Л. Инфельд писали, что «... закон инерции нельзя вывести непосредственно из эксперимента, его можно вывести умозрительно – мышлением, связанным с наблюдением. Этот эксперимент никогда нельзя выполнить в действительности, хотя он ведет к глубокому пониманию действительных экспериментов».
2. Формализация - метод изучения самых разнообразных объектов путем отображения их содержания и структуры в знаковой форме с помощью искусственных языков.Формализация через использование специальной символики позволяет отвлечься от изучения реальных объектов, от содержания описывающих их теоретических положений и оперировать вместо этого некоторым множеством символов (знаков). Примером формализации являются широко используемые в науке математические описания различных объектов, явлений, основывающиеся на соответствующих содержательных теориях.
Преимущества:
- полнота обозрения за счет обобщения проблемы (алгоритм, компьютерная программа);
- краткость, четкость за счет специальной символики;
- отсутствие многозначности из-за строгости рассуждений;
- упрощение объекта исследования.
В формализованной модели как бы временно отвлекаются от содержательной стороны. Поэтому иногда можно прийти к выводам, которые с содержательной точки зрения кажутся «сумасшедшими», например, «объект с отрицательной массой».
3. Аксиоматизация - это способ организации научного знания, когда из ряда утверждений, принимаемых без доказательств, с помощью логических правил выводится остальное знание.
Образец аксиоматики – «Начала» Евклида.
Требования к аксиоматической теории:
- непротиворечивость;
- полнота;
- независимость аксиом.
Преимущества аксиоматического метода:
- точность определения используемых понятий;
- строгость рассуждений;
- упорядоченность знания, элиминация ненужного.
Аксиоматический метод слабо используется в эмпирических дисциплинах. См. теорема Геделя о принципиальной неполноте формализованных систем: в пределах системы могут быть сформулированы такие утверждения, которые нельзя ни доказать, ни опровергнуть без выхода в метатеорию. Поэтому всеобщая аксиоматизация знания невозможна.
Общенаучные методы.
1. Абстрагирование – мысленное отвлечение от несуществующих свойств, связей, выделение одной или нескольких интересующих сторон. Результат, получаемый в процессе абстрагирования, именуют абстракцией.
Абстрагирование имеет несколько ступеней:
- отделение существенного от несущественного, вычленение интересующего, установление зависимости или независимости между изучаемыми явлениями;
- замещение некоторого объекта О1 другим, менее богатым свойствами О2 – модель О1.
В научном познании широко применяются:
- абстракция отождествления, т.е.понятие, которое получается в результате объединения в особую группу некоторого множества предметов с отвлечением от их индивидуальных свойств и признаков. Например, группировка всего множества растений и животных, обитающих на нашей планете, в особые виды, роды, отряды и т.д.;
- изолирующая абстракция получается путем выделения некоторых свойств и отношений предметов материального мира в самостоятельные сущности («устойчивость», «растворимость», «электропроводность» и т.д.).
2. Моделирование - создание такой исследуемой системы, которая аналогична объекту познания и может его заместить.
Моделирование ведется в макро- и микромирах. Оно позволяет:
- получить информацию об объекте;
- получить новое знание;
- обладает объяснительной функцией;
- фиксирует полученное знание.
Модель всегда беднее оригинала.
Типы моделей:
· по степени участия человека - естественная и искусственная модели;
· по способу воспроизведения информации об оригинале - знаковая (символическая) и вещественно-техническая (физическая);
Вещественно-техническая модель характеризуется физическим подобием между моделью и оригиналом. По результатам исследования тех или иных физических свойств модели судят о явлениях, происходящих (или могущих произойти) в так называемых «натуральных условиях». Физическое моделирование широко используется для разработки и экспериментального изучения различных сооружений (плотин электростанций, оросительных систем и т.п.), машин (аэродинамические качества самолетов, например, исследуются на их моделях, обдуваемых воздушным потоком в аэродинамической трубе), для лучшего понимания каких–то природных явлений (для изучения эффективных и безопасных способов ведения горных работ) и т.д.
Пренебрежение результатами таких модельных исследований может иметь тяжелые последствия. Поучительным примером этого является вошедшая в историю гибель английского корабля–броненосца «Кэптэн», построенного в 1870 г. Исследования известного ученого–кораблестроителя В.Рида, проведенные на модели корабля, выявили серьезные дефекты в его конструкции. Но заявление ученого, обоснованное опытом с «игрушечной моделью», не было принято во внимание английским Адмиралтейством. В результате при выходе в море «Кэптэн» перевернулся, что повлекло за собой гибель более 500 моряков.
В знаковой модели свойства и отношения объекта-оригинала представляются в условно-знаковой форме (в виде графиков, номограмм, схем, научных символов и т.п.).
Разновидностью знакового моделирования является математическое моделирование. Функционирование объектов и явлений представляются в виде соответствующих уравнений (дифференциальных, интегральных, алгебраических) и их систем;
· по целям исследования - эвристическая и дидактическая (обучающая) модели.
Примером эвристической модели может служить модель атома, предложенная Э.Резерфордом. Она напоминала Солнечную систему: вокруг ядра («Солнца») обращались электроны («планеты»).
3. Анализ – синтез.
Анализ – разложение целого на части с целью их отдельного изучения.
Анализ как разложение на составляющие некоторых веществ использовался уже в Древнем Риме для проверки качества золота и серебра в виде так называемого купелирования (анализируемое вещество взвешивалось до и после нагрева). Так формировалась аналитическая химия, которая выясняла химический состав вещества.
Анализ составляет лишь первый этап процесса познания. Сколь бы глубоко ни были изучены, например, свойства углерода и водорода, еще ничего нельзя сказать о многочисленных веществах, которые состоят из различного сочетания этих химических элементов.
