Тема 8. Эксперимент (21/34, 1/6)

Здравствуйте.

Мы переходим к новой захватывающей теме – эксперименту.

Следующая часть научной работы после обзора истории вопроса – так называемая экспериментальная. В этой теме я расскажу о том, почему я говорю «так называемая» и в чем вообще она состоит.

При рассмотрении эксперимента как вида обоснования уже шла речь о том, что, так или иначе, экспериментальную часть включает в себя любое научное исследование, даже такое, которое мало ассоциируется с какими-то «опытами». Экспериментом является, по сути, любая проверка своей гипотезы практикой. Без нее гипотеза выглядит шаткой, даже если обоснована достаточно убедительным рассуждением и ссылками.

В учебных и квалификационных работах (УИР, НИР, диплом, диссертация) экспериментальную часть иногда называют «практической», и этот нюанс зачастую оказывает критически негативное влияние на понимание исследователем сущности этой – важнейшей – части исследования (исследования и как результата (текста), и как процесса).

В рамках этого курса не представляется возможным в хоть сколь-нибудь полной мере научить планировать, проводить и описывать эксперимент, однако выделение опорных точек самоконтроля позволит исследователю увидеть, каких именно знаний и навыков для корректного экспериментирования не хватает лично ему, и восполнить эти пробелы в работе с научным руководителем.

В первую очередь необходимо усвоить, почему важно, что часть все-таки не практическая, а именно экспериментальная, и чем опасно заблуждение на этот счет.

Чем отличается результат эксперимента от практического результата

Наиболее распространенная ошибка, которую совершает начинающий исследователь при работе над НИР или дипломом, заключается в том, что желаемым результатом он предполагает решение какой-то инженерной задачи. Решение инженерной задачи – это очень важный результат, и не всегда он достигается тривиальным путем, однако это результат не научной, а инженерной деятельности.

Целью научного исследования обязательно должно быть установление истины.

Задачей научного исследования обязательно должно быть описание мира, выявление его объективных закономерностей.

Эти общие требования касаются каждого конкретного исследования, в том числе НИР и дипломной работы, в той же мере, что и научной деятельности в целом.

Одно из следствий из этих основополагающих свойств научного мы обсуждали в отношении формулировки во введении работы темы, проблемы, актуальности и новизны исследования, рассуждая о том, что практический результат научной работы обязательно связан с решением проблемы путем изменения некоторой формальной модели.

Результат решения инженерной задачи может быть научным в том случае, если эта задача связана с некоторой научной проблемой, а ее решение является решением (или шагом на пути к решению) этой научной проблемы. Научная проблема, напомним, – это некоторое противоречие, тупик, разрешение которого невозможно без выхода за рамки существующей системы (изменения системы) и без разрешения которого невозможно решение задачи.

Иными словами, если инженерная задача не решается известными инженерными приемами, то для ее решения требуется научное исследование, и решение такой инженерной задачи, будучи правильно полученным и корректно описанным, является научным и заслуживает высокую оценку.

Но даже корректные формулировки во введении, к сожалению, не гарантируют того, что исследователь не забудет о цели поиска истины в практической части своей работы.

Проблема в том, что представить практический результат как научный можно далеко не всегда. Для этого необходимо, чтобы научным был и ход его получения.

Теоретически возможна ситуация, когда правильная форма придается работе софистическими (используем самое мягкое определение) способами, однако студенту следует отдавать себе отчет, что в опыте научной работы большинство преподавателей его значительно превосходят и такие меры никого не обманут. Работа, которой лишь придается форма научного исследования, не получит высокой оценки, поэтому рекомендации о том, как придать инженерной работе вид научной, тут даваться не будут.

Чтобы продемонстрировать, что ход работы соответствовал требованиям к научному исследованию, его (ход работы) нужно в тексте работы описывать. Это касается не только экспериментальной части, но ее особенно.

Все это звучит вполне понятно в теории, но на практике мало приближает к пониманию разницы между «практическим» и «экспериментальным» и к тому, как проводить исследование, чтобы в нем точно была научная составляющая.

Постановка вопроса

Эксперимент отличается от программирования (проектирования, разработки и тому подобных важных инженерных действий, которые вполне могут осуществляться и в ходе эксперимента, и вне его) тем, что по содержанию это всегда поиск ответа на некоторый вопрос.

Планируя практическую часть своей работы, нужно ответить себе: «на какой вопрос я ищу ответ».

То, каким образом будет сформулирован вопрос, окажет очень существенное влияние на все стороны экспериментальной части исследования. Это утверждение кажется довольно абстрактным, однако его можно очень наглядно проиллюстрировать примером, приведенным в книге Пойя «Математика и правдоподобные рассуждения».

Эксперимент, однако, не должен представлять собой прямой поиск ответа. Относительно поставленного вопроса должен быть предположен ответ – сформулирована гипотеза. Более того, этот предполагаемый ответ должен быть предположен на каких-то основаниях, а не просто так.

Далее рассмотрим общий ход работы над экспериментальной частью исследования.

Итак, в основе эксперимента лежит гипотеза, которую исследователь экспериментально проверяет.

Гипотеза

По форме эксперимент должен представлять собой проверку гипотезы. Вспомним, в каком контексте мы ранее касались вопросов, связанных с экспериментом, – это было в теме «Обоснования». С помощью эксперимента мы что-то обосновываем.

Это вполне достаточный критерий для самопроверки – если вы можете сформулировать вопрос, на который вам нужен ответ, и, если вы можете сформулировать гипотезу, которую вы проверяете в своей экспериментальной части, значит, она (экспериментальная часть) может претендовать на научность.

Безусловно, вопрос при этом должен иметь значимость, а гипотеза должна соответствовать требованиям научности, но вопросы добросовестности исследования мы в этом курсе все-таки оставляем за скобками, предполагая ответы на них самими собой разумеющимися.

Важно, что эмпирическое обоснование – хоть и наиболее весомое научное доказательство, но не единственно возможное, и крайне желательно, чтобы оно не было в работе единственным.

Гипотеза, получившая подтверждение разными способами, выглядит намного обоснованнее (правдоподобнее), чем гипотеза, подтвержденная только одним способом, и чем дальше друг от друга подтверждающие гипотезу «улики», тем тверже она «стоит на ногах», тем выше ее объективность (напомним, что это независимость результата от исследователя, от конкретных экземпляров объекта и конкретных методов исследования).

Но если разнообразие доводов в пользу гипотезы является лишь желательным, то обязательным для научно-исследовательской, в том числе дипломной, работы требованием является обоснованность гипотезы.

Она не должна быть выдвинута априорно, просто потому, что так посоветовал научный руководитель. Даже если фактически гипотеза сформулирована не самостоятельно, а именно научным руководителем или при его деятельном участии, исследователь должен обнаружить и сформулировать причины, по которым ее выдвижение рационально, не абсурдно и не случайно.

Зачастую в учебных НИР гипотезу исследователь не выдвигает, а получает в составе задачи – задача НИР, как правило, и состоит именно в проверке гипотезы, и, если научный руководитель «доверяет» начинающему исследователю выдвинуть или хотя бы сформулировать гипотезу самостоятельно, это говорит о его высоких ожиданиях от этого студента. В дипломе же гипотеза должна быть самостоятельно порождена в ходе собственного научного творчества. Рецепта порождения гипотез не может быть, это процесс индивидуальный, однако крайне любопытные рекомендации по построению работы, которое сможет сделать поиск «отгадки» более эффективным, можно почерпнуть из книги  Пойя «Как решать задачу», например, во фрагменте, приведенном в конце этой темы, или из книги «Математика и правдоподобные рассуждения», в том числе во фрагменте, приведенном в теме 5 (с этими двумя книгами, как и с большинством источников, фрагментарно представленных в этом курсе, настоятельно рекомендуется ознакомиться целиком, а не во фрагментах; приводимые фрагменты призваны дать общее представление и возможность оценить полезность этих классических произведений для начинающего исследователя).

Альтернативная позиция – Пуанкаре – звучит более привлекательно, поскольку кажется, что она не требует труда: «Пуанкаре предлагает очень интересную схему математического творчества. Он связывает его с делением человеческой психики на сознательную и бессознательную части. Процесс начинается с сознательных усилий, направленных на решение некоторой проблемы. Эти усилия повышают активность бессознательной части психики. Там появляется множество новых комбинаций математических объектов – как бы возможных фрагментов решения. Они возникают в громадном количестве и с колоссальной скоростью. Сейчас мы могли бы сравнить эту фазу с работой грандиозного компьютера. Но подавляющая часть этих комбинаций бесполезна для решения проблем. Они не достигают сознания, только очень небольшая их часть рассматривается сознанием. Чтобы достигнуть сознания, они проходят отбор, основанный на эстетическом принципе. Некий эстетический барьер позволяет лишь очень небольшому их числу проникнуть в сознание. Они появляются там как готовая идея решения, причем это сопровождается очень сильным субъективным чувством уверенности в правильности идеи. Дальше остается лишь техническая работа по осуществлению найденного решения». Однако не стоит заблуждаться, всякого рода озарения (Пойя называет их блестящими догадками) оказываются ценными только тогда, когда то самое «сознательное усилие» было приложено с полной самоотдачей, а в остальных случаях – либо вовсе не возникают, либо разбиваются первой же критической проверкой.

Объединяет все гипотезы о механизмах порождения гипотез главное – гипотеза не выводима из проблемы напрямую путем дедуктивного рассуждения. Часто применяемый начинающими исследователями прием – переформулировать гипотезу, чтобы получить проблему, или переформулировать проблему, чтобы получить гипотезу (смотря что из двух «дано»), – ошибочен.

Для того чтобы рассматриваться в качестве целесообразной к проверке, гипотеза должна в первую очередь иметь непосредственное отношение к проблеме исследования. Их связь должна явно прослеживаться, а не угадываться, в том числе и по тексту работы.

В учебных работах чаще всего проверка гипотезы является основной задачей исследования, и гипотеза в рамках работы высказывается одна. А по второстепенным вопросам если и высказываются предположения, то они остаются без эмпирических проверок. Во «взрослом» исследовании может быть и иначе, но и для учебной работы допустима ситуация, когда экспериментальная часть «работает» не непосредственно на главный вывод, а включена в какую-то более сложную цепочку. Такие случаи требуют очень внимательного выстраивания логики исследования, чтобы оно не рассыпалось на части, однако во всем остальном работа над экспериментальной частью при этом не будет ничем принципиально отличаться от описанного ниже.

В следующем ролике рассмотрим, какой же должна быть гипотеза.