20.Понятие научного эксперимента. Виды экспериментального исследования в науке.

Научный эксперимент - активная (в отличие от наблюдения) деятельность, в процессе которой исследователь искусственно создает условия, позволяющие ему исследовать интересующие его свойства объективного мира.

Человек может получать новое знание о действительности прежде всего непосредственно, т.е. без применения специальных познавательных средств – путем восприятия и обыденного наблюдения. В науке, как правило, используется опосредствованный способ достижения истины. Существуют три основных метода опосредствованного получения нового знания – операциональный, экспериментальный и логико-математический. Все остальные частные методы представляют некоторую комбинацию этих трех. На операциональном уровне используются такие процедуры, как систематическое наблюдение, сравнение, счет, измерение и некоторые другие.

В истории опытных наук эксперимент как метод познания и эффективный способ получения фактуальной информации возникает в эпоху Ренессанса и перехода к Новому времени. Эксперимент вошел в практику науки как следствие определенных социокультурных предпосылок. Как отмечает B.C. Степин, идея эксперимента могла утвердиться в научном сознании только при наличии следующих мировоззренческих установок: во-первых, понимания субъекта познания как противостоящего природе и активно изменяющего ее объекты, во-вторых, представления о том, что опытное вмешательство в протекание природных процессов создает феномены, подчиненные законам природы, в-третьих, рассмотрения природы как закономерно упорядоченного поля объектов, где неповторимость каждой вещи как бы растворяется в действии законов, которые одинаково действуют во всех точках пространства и во все моменты времени.

Исследователь прибегает к постановке эксперимента в тех случаях, когда необходимо изучить некоторое состояние предмета наблюдения, которое в естественных условиях далеко не всегда присуще объекту или доступно субъекту. Воздействуя на предмет в специально подобранных условиях, исследователь целенаправленно вызывает к жизни нужное ему состояние, а затем изучает его. В сравнении с наблюдением структура эксперимента как бы удваивается: один из его этапов представляет собой деятельность, цель которой — достижение нужного состояния предмета, другой связан с собственно наблюдением. При этом эксперимент — это такое вопрошание природы, когда ученый уже нечто знает о предполагаемом ответе. Благодаря чему эксперимент становится средством получения нового знания? Для ответа на этот вопрос необходимо понять логику и условия перехода от прежнего знания к открытию, к новому научному утверждению. Чтобы превратить эксперимент в познавательное средство, необходимы операции, позволяющие перевести логику вещей в логику понятий, материальную зависимость в логическую. Для этого нужно располагать следующим рядом: 1) принципами теории и логически выводимыми из них следствиями; 2) идеализированной картиной поведения объектов; 3) практическим отождествлением (в заданном интервале абстракции) идеализированной модели с некоторой материальной конструкцией. Существуют два типа экспериментальных задач: 1) исследовательский эксперимент, который связан с поиском неизвестных зависимостей между несколькими параметрами объекта, и 2) проверочный эксперимент, который применяется в случаях, когда требуется подтвердить или опровергнуть те или иные следствия теории.

Типы экспериментальных вопросов можно в известном смысле разделить на два рода. Одни из них побуждают ученого к решению задачи нахождения зависимостей между рядом параметров объекта, причем предварительно невозможно сформулировать с надлежащей точностью их характер. Иногда можно с большой степенью уверенности перечислить все логически возможные варианты этих зависимостей и, следовательно, выразить их в системе утверждений, каждое из которых может быть проверено. Все возможности, строго говоря, в этом случае равновероятны. Исходя из чисто теоретических соображений, ученый не имеет оснований предпочесть какую-либо одну из них. Это не меняет в принципе поискового характера эксперимента, того обстоятельства, что с его помощью требуется найти зависимость, характерную для объекта исследования и никаким образом не вытекающую из уже имеющегося знания. Такой тип эксперимента называется исследовательским.

Другой тип экспериментального исследования связан с проверкой уже полученного научного утверждения. В связи с этим в эксперименте ставится задача — проверка того целостного теоретического построения, из которого было выведено данное утверждение. Постольку поскольку перед ученым стоит задача проверки теории, он нуждается в целой серии экспериментов, проверяющих ее различные логические следствия. В отдельном эксперименте утверждение или его отрицание может получить не теория, а лишь отдельное ее следствие. Эксперимент, задачей которого является подтверждение истинности отдельного научного утверждения, сформулированного в рамках теории, называется проверочным.

Различие между проверочным и исследовательским экспериментом достаточно ясно проявляется уже на стадии их планирования. В одном случае мы отыскиваем зависимость тех или иных параметров объекта, предварительно не зная ее характера. Это свидетельство того, что мы не располагаем теорией данной предметной области и наши знания носят преимущественно эмпирический характер. Представляется очень трудной на этой ступени оценка тех или иных найденных зависимостей в качестве существенных или второстепенных для понимания сущности объектов изучения. Когда же мы заняты экспериментальным подтверждением истинности некоторых научных утверждений (следствий принятой нами теории), дело обстоит иначе. Наши эксперименты менее хаотичны, мы имеем точную программу исследования. Планирование эксперимента опирается в этом случае прежде всего на знание о предполагаемых сущностных связях объекта. В этих условиях та или иная зависимость между фиксируемыми параметрами приобретает глубокий смысл и, следовательно, ее экспериментальное изучение становится более плодотворным. Если контуры вопроса в исследовательском эксперименте носят в значительной степени расплывчатый, общий характер, то в проверочном они имеют четкую, определенную форму.

 

Более подробно об организации 2 типов экспериментов.

1.      Теоретико-познавательного план проверочного эксперимента

Экспериментальный вопрос, решаемый посредством проверочного эксперимента, рождается в недрах теории. Разнообразные идеализированные картины, которые мы можем осуществить в нашем уме на основе того или иного теоретического построения, лежат в основе замысла и планирования эксперимента. Построение таких идеализированных схем и есть теоретико-познавательный аспект этих операций. Следующий шаг связан с технической реализацией замысла и предполагает материальную деятельность человека (конструирование Приборов, изоляция объектов изучения, создание искусственной, контролируемой среды и т. д.). Теоретико-познавательный смысл этой стадии заключается в том, что мы воссоздаем по возможности близкий, адекватный материальный двойник нашей идеализированной схемы. Затем следует измерение и интерпретация эксперимента. Если налицо совпадение, то в тех случаях, когда мы не располагаем средствами измерения, приходится ограничиваться этим принципиальным, качественным сходством. Науки, достигшие высокого уровня развития, могут сопоставить предсказание с полученным результатом не только принципиально качественно, но и по степени этого качественного совпадения. Возможность произвести проверку не только в общем, но и по степени приближения и есть возможность измерения. Последняя ступень — интерпретация в общих своих чертах предопределена предыдущими операциями. Положительный результат означает не только подтверждение одного из следствий теории, но и принятие системы интерпретации. Отрицательный результат эксперимента побуждает отклонить теорию вместе с принципами интерпретации и записать результаты эксперимента таким образом, чтобы по возможности было ясно, что (в технической форме) было сделано и какой результат материального взаимодействия был чувственно зафиксирован. Большое место в таком описании может занимать обыденный язык, используемый на уровне наблюдения.

2.      Теоретико-познавательного плана исследовательского эксперимента

Исследовательскому эксперименту не предшествует развитая в логическом отношении теория, из которой можно получить известное число следствий, могущих быть экспериментально проверенными. Это никоим образом не означает, что мы не располагаем догадками в отношении исхода эксперимента, построенными на аналогии или опирающимися на первичное обобщение соответствующих фактов. В этих условиях мы заняты не проверкой целостной системы научных утверждений, но созданием условий, позволяющих построить эту систему. Преобладание экспериментов этого типа свойственно как раз тому этапу в развитии научной дисциплины, когда в ней отсутствуют еще достаточно фундаментальные и широкие теоретические обобщения, принципы и т. д. На этой стадии необходим сбор сравнительно сырого эмпирического материала. Обладая известной системой понятий, утверждений, исследователь не может на их основе сформулировать отношения, которые им отвечают. Постановка экспериментального вопроса и есть выражение этой трудности. При этом нужно заметить следующее обстоятельство. Мы отлично знаем, что эксперимент — средство познания, средство проверки его истинности, либо способ его формирования. Иначе говоря, он оказывает регулирующее действие на сферу нашего знания и, таким образом, есть средство проверки и выражения не законов природы, а нашего знания об этих законах.

Материальному взаимодействию для того, чтобы оно выполнило роль эксперимента, необходимо придать такую форму, чтобы с его помощью можно было либо проверить истинность некоторого научного утверждения, либо сформулировать некоторое новое. Теперь задача заключается в том, чтобы установить характер тех познавательных действий, с помощью которых некоторое материальное взаимодействие поможет нам сформулировать новое утверждение. В ходе эксперимента, таким образом, не устанавливается связь между объективными свойствами объектов, а формулируется суждение, отображающее эту связь более или менее адекватно.

Рассмотрим теоретико-познавательный аспект деятельности исследователя в этом случае. Вместе с понятиями, которыми располагает исследователь, ему даны условия для построения идеализированной, четкой предметно-чувственной формы исследуемой ситуации. В отличие от аналогичной схемы в проверочном эксперименте она неполна. Мы не можем в ее рамках осуществить мысленный эксперимент до конца, так как не обладаем знанием о характере связи интересующих нас параметров. Именно эта задача должна быть решена непосредственным обращением к опыту.

Заметим, что наша идеализация касается вообще не внутренней структуры изучаемой системы, но ее внешних проявлений. Четкий, фиксированный характер внешних проявлений может быть обнаружен и выражен через посредство тех материальных систем, с которыми взаимодействует пробный объект. И это измерительные приборы.

Совершенно ясно, что использование в качестве таких систем тел природы, принципы функционирования которых нам неизвестны, немыслимо. Теория приборов, следовательно, и есть основание для идеализации, лежащей в основе исследовательского эксперимента. Именно это обстоятельство хорошо поясняет тот факт, что в молодых, еще эмпирических по преимуществу дисциплинах, важное место принадлежит теории приборов, используемых ими.

Завоевание новой территории наукой начинается, таким образом, с использования в познавательных целях уже освоенных областей знания, с придания им такой формы и вида (конструирование приборов, экспериментальных установок), чтобы через их посредство выразить закономерности новых объектов сначала на языке поведения приборов, то есть внешним образом, а уже затем перейти к раскрытию их внутренних, сущностных зависимостей.

Как правило, исследовательский эксперимент представляет собой серию измерений, результаты которых мы можем свести в некоторую таблицу. Для того, чтобы характер зафиксированной зависимости имел более ясную и определенную форму, его можно выразить в виде графика или посредством той или иной функции. Последние приемы обработки данных наблюдения дают возможность предсказать результаты еще неосуществленных измерений. Если подобная математическая модель зависимости с хорошим приближением отражает ее характер, то налицо совпадения (в известных пределах точности) предсказаний на основе этой модели и осуществленных измерений. Сформулированные в более или менее обобщенной форме, подобные зависимости носят название эмпирических законов. Последующая теоретическая деятельность связана с выдвижением таких основных принципов, отражающих существенные закономерности объектов нашего исследования, из которых можно было бы с помощью логики вывести полученные эмпирические законы. В сопоставлении логических следствий теории и соответствующих эмпирических законов в неявной форме выступает сопоставление предсказания и реальности, и исследовательский эксперимент как бы задним числом выполняет функцию проверочного.

Таковы вкратце теоретико-познавательные функции исследовательского и проверочного экспериментов.