Александр Садохин - Концепции современного естествознания

• Название: Концепции современного естествознания
• Автор: Александр Садохин
• Жанр: Воспитание детей, педагогика

В сжатой и доступной форме изложен полный курс дисциплины, освещены важнейшие современные концепции наук о неживой и живой природе. Является дополненным и переработанным вариантом учебного пособия, рекомендованного Министерством образования и науки РФ для изучения курса «Концепции современного естествознания».

Для студентов бакалавриата, магистрантов, аспирантов и преподавателей гуманитарного профиля, для учителей средних школ, лицеев и колледжей, а также для широкого круга читателей, интересующихся различными аспектами естествознания.

---

Большую роль в исследовании играют единицы измерения – эталоны, с которыми сравниваются полученные данные. Они могут быть основными (базисными) и производными, выводимыми из них с помощью математических операций.

Эксперимент – более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Эксперимент представляет собой целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на объект для изучения различных его сторон, связей и отношений. Таким образом, в ходе эксперимента он может вмешиваться в естественный ход процессов, преобразовывать объект исследования, помещать его в искусственные условия.

Специфика эксперимента состоит в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в «чистом виде». Это происходит за счет максимального исключения воздействия посторонних факторов. Ведь в обычных условиях все природные процессы сложны и запутанны, не поддаются полному контролю и управлению. Поэтому экспериментатор отделяет существенные факторы от несущественных и тем самым значительно упрощает ситуацию. Такое упрощение способствует более глубокому пониманию сути явлений и процессов, создает возможность контролировать немногие важные для данного эксперимента факторы и величины.

Особенные теоретические методы научного познания. К ним относятся процедуры, в ходе которых образуются научные понятия.

Абстрагирование – мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые представляются несущественными для данной теории. Результат процесса абстрагирования называется абстракцией. Примером абстракций являются такие понятия, как точка, прямая, множество и т. д.

Идеализация – операция мысленного выделения какого-то одного, важного для данной теории свойства или отношения (не обязательно, чтобы это свойство существовало реально) и мысленного конструирования объекта, наделенного этим свойством. Именно так образуются понятия типа «абсолютно черное тело», «идеальный газ», «атом» и т. д. Полученные таким образом идеальные объекты в действительности не существуют, так как в природе не может быть предметов и явлений, имеющих только одно свойство или качество. В этом главное отличие идеальных объектов от абстрактных.

Формализация – использование специальной символики вместо реальных объектов. Ярким примером формализации является применение математической символики и математических методов в естествознании. Формализация дает возможность исследовать объекты без непосредственного обращения к ним и записывать полученные результаты в краткой и четкой форме.

Индукция – метод научного познания, представляющий собой формулирование логического умозаключения путем обобщения данных наблюдения и эксперимента, получение общего вывода на основании частных посылок, движение от частного к общему.

Различают полную и неполную индукцию. Полная индукция строит общий вывод на основании изучения всех предметов или явлений данного класса. В результате полной индукции полученное умозаключение имеет характер достоверного вывода. Но гораздо чаще ученые прибегают к неполной индукции, которая строит общий вывод на основании наблюдения ограниченного числа предметов и явлений, если среди них не встретились такие, которые противоречат индуктивному умозаключению. Например, если ученый в ста или более случаях наблюдает один и тот же факт, он может сделать вывод, что этот эффект проявится и при других сходных обстоятельствах. Естественно, что добытая таким путем истина неполна, полученное знание носит вероятностный характер, требует дополнительного подтверждения.

Индукция не может существовать в отрыве от дедукции – метода научного познания, представляющего собой получение частных выводов на основе общих знаний. Иначе дедукцию называют выводом, идущим от общего к частному.

Дедукция как метод познания исходит из уже познанных законов и принципов. Поэтому метод дедукции не позволяет получить содержательно новое знание. Дедукция представляет собой лишь способ логического развертывания системы положений на базе исходного знания, способ выявления конкретного содержания общепринятых посылок. Тем не менее этот метод эффективен для прояснения и уточнения отдельных фрагментов уже устоявшегося и общепринятого знания.

Особенные универсальные методы научного познания. К ним относятся аналогия, моделирование, анализ и синтез, классификация.

Аналогия – метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного при рассмотрении какого-либо одного объекта, на другой, менее изученный, но схожий с первым объектом по существенным свойствам. Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, причем сходство устанавливается в результате сравнения предметов между собой. Таким образом, в основе метода аналогии лежит метод сравнения.

Применение метода аналогии в научном познании требует определенной осторожности. Дело в том, что можно принять чисто внешнее, случайное сходство между двумя объектами за внутреннее, существенное и на этом основании сделать вывод о сходстве, которого на самом деле нет. Так, хотя и лошадь, и автомобиль используются как транспортные средства, было бы неверным переносить знания об устройстве машины на лошадь. Данная аналогия будет ошибочна.

Метод аналогии тесно связан с методом моделирования, который представляет собой изучение каких-либо объектов посредством их моделей с дальнейшим переносом полученных данных на оригинал. В основе этого метода лежит существенное сходство объекта-оригинала и его модели. К моделированию следует относиться с той же осторожностью, что и к аналогии, строго указывать пределы и границы допустимых при моделировании упрощений.

Современной науке известно несколько типов моделирования: предметное, мысленное, знаковое и компьютерное.

Предметное моделирование – использование моделей, воспроизводящих определенные геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики прототипа. Так, на моделях исследуются аэродинамические качества самолетов и других машин, ведется разработка различных сооружений (плотин, электростанций и т. п.).

Мысленное моделирование представляет собой использование воображаемых моделей. Широко известна идеальная планетарная модель атома Э. Резерфорда, напоминавшая Солнечную систему: вокруг положительно заряженного ядра (Солнца) вращаются отрицательно заряженные электроны (планеты).

Знаковое (символическое) моделирование использует в качестве моделей схемы, чертежи, формулы, где в условно-знаковой форме отражаются какие-то свойства оригинала. Разновидностью знакового моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики. Язык математики позволяет выразить любые свойства объектов и явлений, описать их функционирование или взаимодействие с другими объектами с помощью системы уравнений. Так создается математическая модель явления. Часто математическое моделирование сочетается с предметным моделированием.

Компьютерное моделирование получило широкое распространение в последнее время. В данном случае компьютер является одновременно и средством, и объектом экспериментального исследования, заменяющими оригинал. Моделью при этом является компьютерная программа (алгоритм).

Анализ – метод научного познания, в основу которого положены процедуры мысленного или реального расчленения предмета на составляющие его части и их отдельное изучение. Эта процедура ставит целью переход от изучения целого к изучению его частей и осуществляется путем абстрагирования от связи этих частей друг с другом.

Анализ входит составной частью во всякое научное исследование, обычно является его первой стадией, когда исследователь переходит от описания нерасчлененного изучаемого объекта к выявлению его строения, состава, а также свойств и признаков. Для постижения объекта как единого целого недостаточно знать, из чего он состоит. Важно понять, как связаны друг с другом составные части объекта, а это можно сделать, лишь изучив их в единстве. Для этого анализ дополняется синтезом.

Синтез – метод научного познания, в основу которого положена процедура соединения различных элементов предмета в единое целое, систему, без чего невозможно действительно научное познание этого предмета. Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единства знаний, полученных с помощью анализа. Важно понять, что синтез вовсе не является простым механическим соединением разъединенных элементов в единую систему. Он показывает место и роль каждого элемента в этой системе, их связь с другими составными частями системы. Таким образом, в синтезе происходит не просто объединение, а обобщение аналитически выделенных и изученных особенностей объекта.