Меню

Понятие измерения как метода научного исследования



35. Измерение как метод научного познания. Основное уравнение измерения.

Измерение — процесс представления свойств реальных объектов в виде числовой величины.

Выражает результаты наблюдений в виде понятий:

Количественные понятия могут вводиться на основе сравнительных, но это еще не совершенное понятие.

Сравнительные понятия могут послужить основой для формирования количественного понятия на базе точных количественных методов исследования

Количественные понятия могут вводиться на основе теоретических понятий, отображающих свойства идеализированных объектов, тогда они относятся к этим объектам, и применимы к реальным объектам с определенной степенью точности.

Основное уравнение измерения Q = qU

(1) Правило эквивалентности: если физические значения измеряемых величин равны, то должны быть равны и их числовые выражения;.

(2) Если физическое значение одной величины меньше (больше) физического значения другой величины, то числовое выражение первой должно быть меньше (больше) числового выражения второй; .

(3) Правило аддитивности: числовое значение суммы двух физических значений некоторой величины должно быть равно сумме числовых значений этой величины; (для аддитивных величин!)

(4) Правило единицы измерения. Мы должны выбрать некоторое тело или легко воспроизводимый естественный процесс и охарактеризовать единицу измерения посредством этого тела или процесса.

Измерение — процесс представления свойств реальных объектов в виде числовой величины.

В самом общем виде величиной можно назвать все то, что может быть больше или меньше, что может быть присуще объекту в большей или меньшей степени; числовая величина — это такая величина, которая может быть выражена числом. Таким образом, можно сказать, что измерение есть приписывание чисел свойствам изучаемых объектов.

Что значит измерить высоту дерева? — Это значит приписать данному свойству дерева некоторое число, скажем, 22,5 метра.

Измерение — новая ступень в развитии эмпирического познания. Переход от наблюдения к измерению требует новых приборов и инструментов, а также новых понятий и предположений. Результаты наблюдения обычно выражаются с помощью

Качественные понятия обозначают некоторые классы предметов и, приписывая предмету свойство, выражаемое качественным понятием, мы тем самым включаем этот предмет в определенный класс. Когда мы приступаем к исследованию некоторой новой области явлений, то начинаем с выработки качественных понятий, с помощью которых проводим классификацию предметов исследуемой области, опираясь на наблюдение.

После образования качественных понятий и разбиения всех предметов на классы мы можем установить некоторые соотношения между классами однородных предметов с помощью сравнительных понятий, таких, как «больше», «теплее», «легче» и т.п.

Сравнительные понятия выражают сравнительную степень интенсивности свойства. С их помощью все предметы исследуемой области упорядочивают в определенную последовательность. Например, с помощью понятий «тяжелее», «легче», «равный по весу» мы можем все предметы расположить в последовательность классов, таких, что в один класс попадут предметы, равные по весу, предметы каждого предшествующего класса будут легче предметов последующего класса и предметы последующего — тяжелее предметов предшествующего.

Количественные понятия выражают степень интенсивности некоторого свойства в виде числа. Если с помощью сравнительных понятий упорядочиваются все предметы изучаемой области по степеням интенсивности некоторого присущего им свойства, то с помощью количественных понятий приписываются определенные числа степеням интенсивности интересующего нас свойства. Пусть, например, у нас есть последовательность, в которой последующий класс содержит более тяжелые предметы, чем предметы предшествующего класса: деревянные — железные — серебряные — золотые. Мы можем приписать этим классам некоторые числа: 10—15—20—25. После этого у нас появляется возможность выражать свойство «быть тяжелее/легче» числом, т.е. измерять его.

Измерение описанного вида, опирающееся на сравнительные понятия, еще не вполне совершенно, так как у нас здесь еще нет собственно количественных понятий, и числа, приписываемые нами свойствам объектов, выбираются достаточно произвольно. Однако сравнительные понятия могут послужить основой для формирования количественного понятия на базе точных количественных методов исследования. Это оказывается возможным лишь на основе более глубокого познания сущности изучаемых явлений и уточнения теоретических предположений относительно изучаемой области.

В настоящее время количественные понятия часто вводятся на основе теории как теоретические понятия (отображающие свойства идеализированных объектов). Когда мы строим теорию относительно некоторой области явлений, то объектом теории является непосредственно не сама реальная область, а абстрактная, упрощенная модель этой области явлений — идеализированный (абстрактный) объект. В этом случае количественные понятия относятся прежде всего к идеализированному объекту теории, и лишь поскольку последний отображает реальный объект теории, постольку количественные понятия с определенной степенью точности применимы для характеристики реальных предметов.

Пусть Q обозначает некоторую степень измеряемого свойства, U — единицу измерения, а q — числовое значение соответствующей величины. Тогда результат измерения можно выразить следующим образом: Q = qU Это уравнение называется «основным уравнением измерения». Для того чтобы в соответствии с этим уравнением приписать некоторое числовое значение измеряемой величине, нужно руководствоваться следующими «правилами измерения».

(1) Правило эквивалентности: если физические значения измеряемых величин равны, то должны быть равны и их числовые выражения;.

Читайте также:  Нормы измерений оптических кабелей

(2) Если физическое значение одной величины меньше (больше) физического значения другой величины, то числовое выражение первой должно быть меньше (больше) числового выражения второй; .

(3) Правило аддитивности: числовое значение суммы двух физических значений некоторой величины должно быть равно сумме числовых значений этой величины;

В формулировке данного правила между Q1 и Q2 мы помещаем знак «+», обозначающий эмпирическую операцию соединения двух значений одной величины. Эту операцию следует отличать от арифметического сложения. Операция соединения двух разных значений одной величины не всегда подчиняется данному правилу. Величины, соединение которых подчиняется указанному правилу, называются «аддитивными». Таковы, например, вес, длина, объем в классической физике. Если соединить вместе два тела, то вес получившейся совокупности (отвлекаясь от дефекта массы) будет равен сумме весов этих тел. Величины, не подчиняющиеся указанному правилу, называются «неаддитивными». Примером неаддитивной величины может служить температура. Если соединить вместе два тела с температурой, скажем, 20 и 50 градусов Цельсия, то температура этой пары тел не будет равна 70 градусам. Существование неадцитивных величин показывает, что при обращении с количественными величинами мы должны учитывать, какие конкретные свойства обозначаются этими величинами, ибо эмпирическая природа этих свойств накладывает ограничения на операции, производимые с соответствующими количественными величинами.

(4) Правило единицы измерения. Мы должны выбрать некоторое тело или легко воспроизводимый естественный процесс и охарактеризовать единицу измерения посредство этого тела или процесса.

Для температуры задают шкалу измерения, выбирая две крайние точки некоторого процесса, скажем, точку замерзания воды и точку ее кипения, и разделяют отрезок трубки между этими точками на определенное количество частей. Каждая такая часть будет единицей измерения — градусом. Единицей измерения длины является метр, времени — секунда. Хотя единицы измерения выбираются произвольно, однако на их выбор накладываются определенные ограничения. Тело или процесс, избранные в качестве единицы измерения, должны сохранять неизменными свои размеры, форму, периодичность. Строгое соблюдение этих требований было бы возможно только для идеального эталона. Реальные же тела и процессы подвержены изменениям под влиянием окружающих условий. Поэтому в качестве реальных эталонов выбирают как можно более устойчивые к внешним воздействиям тела и процессы.

Источник

Методы эмпирического исследования: наблюдение, эксперимент, сравнение, измерение

Методы эмпирического исследования: наблюдение, эксперимент, сравнение, измерение.

Эмпирическое зна­ние — это совокупность высказываний о реальных, эмпирических объектах.Эмпирическое знание основывается на чувствен­ном познании. Рациональный момент и его формы (суждения, поня­тия и др.) здесь присутствуют, но имеют подчиненное значение. По­этому исследуемый объект отражается преимущественно со стороны своих внешних связей и проявлений, доступных созерцанию и выражающих внутренние отношения. Эмпирическое, опытное исследование направлено без промежуточных звеньев на свой объект. Оно осваивает его с помощью таких приемов и средств, как описание, сравнение, измере­ние, наблюдение, эксперимент, анализ, индукция (от частного к общему), а его важнейшим элементом является факт (от лат. factum — сделанное, свершившееся). 1. Наблюдение — это преднамеренное и направленное восприятие объекта познания с целью получить информацию о его форме, свойствах и отношениях. Процесс наблюдения не является пассивным созерцанием. Это активная, направленная форма гносеологического отношения субъекта по отношению к объекту, усиленная дополнительными средствами наблюдения, фиксации информации и ее трансляции. К наблюдению предъявляются требования: цель наблюдения; выбор методики; план наблюдения; контроль за корректностью и надежностью полученных результатов; обработка, осмысление и интерпретация полученной информации. 2. Измерение — это прием в познании, с помощью которого осуществляется количественное сравнение величин одного и того же качества. Качественные характеристики объекта, как правило, фиксируются приборами, количественная специфика объекта устанавливается с помощью измерений.

3. Эксперимент — (от лат. experimentum — проба, опыт), метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Отличаясь от наблюдения активным оперированием изучаемым объектом, Э. осуществляется на основе теории, определяющей постановку задач и интерпретацию его результатов.

4 Сравнение представляет собой метод сопоставления объектов с целью выявления сходства или различия между ними. Если объекты сравниваются с объектом, выступающим в качестве эталона, то такое называется сравнение измерением

Методы эмпирического исследования

Наблюдение — это целенаправленное восприятие объекта, обусловленное задачей деятельности. Основное условие научного наблюдения — объективность, т.е. возможность контроля путем либо повторного наблюдения, либо применения других методов исследования (например, эксперимента) [5.5]. Это наиболее элементарный метод, один из множества других эмпирических методов.

Это один из наиболее распространенных и универсальных методов исследования. Известный афоризм «все познается в сравнении» — лучшее тому доказательство.

Сравнение — это соотношение между двумя целыми числами а и b, означающие, что разность (а — b) этих чисел делится на заданное целое число т, называемое модулем С; пишется а = b (mod, т) [5.5].

Читайте также:  Раз это какая единица измерения

В исследовании сравнением называется установление сходства и различия предметов и явлений действительности. В результате сравнения устанавливается то общее, что присуще двум или нескольким объектам, а выявление общего, повторяющегося в явлениях, как известно, есть ступень на пути к познанию закона.

Для того чтобы сравнение было плодотворным, оно должно удовлетворять двум основным требованиям.

1. Сравниваться должны лишь такие явления, между которыми может существовать определенная объективная общность. Нельзя сравнивать заведомо несравнимые вещи, — это ничего не дает. В лучшем случае здесь можно только к поверхностным и потому бесплодным аналогиям.

2. Сравнение должно осуществляться по наиболее важным признакам Сравнение по несущественным признакам может легко привести к заблу^ дению.

Так, формально сравнивая работу предприятий, выпускающих один и тот же вид продукции, можно найти в их деятельности много общего. Если при этом будет упущено сравнение по таким важнейшим параметрам, как уровень производства, себестоимость продукции, различные условия, в которых функционируют сравниваемые предприятия, то легко прийти т методологической ошибке, ведущей к односторонним выводам. Если же учесть эти параметры, то станет ясным, в чем причина и где кроются действительные истоки методологической ошибки. Такое сравнение уже даст истинное, соответствующее реальному положению дел представление о рассматриваемых явлениях.

Различные интересующие исследователя объекты могут сравниваться непосредственно или опосредованно — через сравнение их с каким-либо третьим объектом. В первом случае обычно получают качественные результаты (больше — меньше; светлее — темнее; выше — ниже и т.д.). Однако уже при таком сравнении можно получить простейшие количественные характеристики, выражающие в числовой форме количественные различия между объектами (больше в 2 раза, выше в 3 раза и т.п.).

Когда же объекты сравниваются с каким-либо третьим объектом, выступающим в качестве эталона, количественные характеристики приобретают особую ценность, поскольку они описывают объекты безотносительно друг к другу, дают более глубокое и подробное знание о них (например, знать, что один автомобиль весит 1 т, а другой — 5 т, — это значит знать о них значительно больше того, что заключено в предложении: «первый автомобиль легче второго в 5 раз». Такое сравнение называется измерением. Оно будет подробно рассмотрено ниже.

С помощью сравнения информация об объекте может быть получена двумя различными путями.

Во-первых, она очень часто выступает в качестве непосредственного результата сравнения. Например, установление каких-либо соотношений между объектами, обнаружение различия или сходства между ними есть информация, получаемая непосредственно при сравнении. Эту информацию можно назвать первичной.

Во-вторых, очень часто получение первичной информации не выступает в качестве главной цели сравнения, этой целью является получение вторичной или производной информации, являющейся результатом обработки первичных данных. Наиболее распространенным и наиболее важным способом такой обработки является умозаключение по аналогии. Это умозаключение было обнаружено и исследовано (под названием «парадейгма») еше Аристотелем.

Сущность его сводится к следующему: если из двух объектов в результате сравнения обнаружено несколько одинаковых признаков, но у одного из них найден дополнительно еще какой-то признак, то предполагается, что этот признак должен быть присущ также и другому объекту. Коротко ход умозаключения по аналогии можно представить следующим образом:

А имеет признаки Х1, Х2, Х3, . Хп, Хп+ ,.

Б имеет признаки Х1, Х2, Х3, . Хп.

Вывод: «Вероятно, Б имеет признак Хп +1». Вывод на основе аналогии носит вероятностный характер, он может привести не только к истине, но и к заблуждению. Для того чтобы увеличить вероятность получения истинного знания об объекте, нужно иметь в виду следующее:

¨ умозаключение по аналогии дает тем более истинное значение, чем больше сходных признаков мы обнаружим у сравниваемых объектов;

¨ истинность вывода по аналогии находится в прямой зависимости от существенности сходных черт объектов, даже большое количество сходных, но не существенных признаков, может привести к ложному выводу;

¨ чем глубже взаимосвязь обнаруженных у объекта признаков, тем выше вероятность ложного вывода;

¨ общее сходство двух объектов не является основанием для умозаключения по аналогии, если у того из них, относительно которого делается вывод, есть признак, несовместимый с переносимым признаком. Иначе говоря, для получения истинного вывода надо учитывать не только характер сходства, но и характер различия объектов.

Измерение исторически развивалось из операции сравнения, являющейся э основой. Однако в отличие от сравнения, измерение является более ощным и универсальным познавательным средством.

Измерение— совокупность действий, выполняемых при помощи средств измерений с целью нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения. Различают прямые измерения (например, измерение длины проградуированной линейкой) и косвенные измерения, основанные на известной зависимости между искомой величиной и непоссредственно измеряемыми величинами [5.5].

Измерение предполагает наличие следующих основных элементов:

единицы измерения, т.е. эталонного объекта;

измерительного прибора (приборов);

При прямом измерении результат получается непосредственно из самого процесса измерения (например, в спортивных соревнованиях измерение длины прыжка при помощи рулетки, измерение длины ковровых покрытий в магазине и т.п.).

Читайте также:  Измерение сопротивления изоляции генератора мегаомметром

При косвенном измерении искомая величина определяется математическим путем на основе знания других величин, полученных прямым измерением. Например, зная размер и вес строительного кирпича, можно измерить удельное давление (при соответствующих расчетах), которое должен выдержать кирпич при строительстве многоэтажных домов.

Ценность измерений видна уже хотя бы из того, что они дают точные, количественно определенные сведения об окружающей действительности. В результате измерений могут быть установлены такие факты, сделаны такие эмпирические открытия, которые приводят к коренной ломке устоявшихся в науке представлений. Это касается в первую очередь уникальных, выдающихся измерений, представляющих собой очень важные вехи в истории науки. Подобную роль сыграли в развитии физики, например, знаменитые измерения А. Майкельсоном скорости света.

Важнейшим показателем качества измерения, его научной ценности является точность. Именно высокая точность измерений Т. Браге, помноженная на необыкновенное трудолюбие И. Кеплера (свои вычисления он повторил 70 раз), позволила установить точные законы движения планет. Практика показывает, что главными путями повышения точности измерений нужно считать:

совершенствование качества измерительных приборов, действующих на основе некоторых утвердившихся принципов;

создание приборов, действующих на основе новейших научных открытий. Например, сейчас время измеряется при помощи молекулярных генераторов с точностью до 11-го знака.

В числе эмпирических методов исследования измерение занимает при^ мерно такое же место, как наблюдение и сравнение. Оно представляет собой сравнительно элементарный метод, одну из составных частей эксперимента -наиболее сложного и значимого метода эмпирического исследования.

Эксперимент — исследование каких-либо явлений путем активного воздействия на них при помощи создания новых условий, соответствующих целям исследования, или же через изменение течения процесса в нужном направлении Это наиболее сложный и эффективный метод эмпирического исследования Он предполагает использование наиболее простых эмпирических методов — наблюдения, сравнения и измерения. Однако сущность его не в особой сложности, «синтетичности», а в целенаправленном, преднамеренном преобразовании исследуемых явлений, во вмешательстве экспериментатора в соответствии с его целями в течение естественных процессов.

Следует отметить, что утверждение экспериментального метода в науке — это длительный процесс, протекавший в острой борьбе передовых ученых Нового времени против античного умозрения и средневековой схоластики. (Например, английский философ-материалист Ф. Бэкон одним из первых выступил против эксперимента в науке, хотя ратовал за опыт.)

Основателем экспериментальной науки по праву считается Галилео Галилей (1564—1642), считавший основой познания опыт. Его некоторые исследования — основа современной механики: он установил законы инерции, свободного падения и движения тел по наклонной плоскости, сложения движений, открыл изохронность колебания маятника. Он сам построил телескоп с 32-кратным увеличением и открыл горы на Луне, четыре спутника Юпитера, фазы у Венеры, пятна на Солнце. В 1657 г., после его смерти, возникла Флорентийская академия опыта, работавшая по его предначертаниям и ставившая своей целью проведение прежде всего экспериментальных исследований. Научный и технический прогресс требует все более широкого применения эксперимента. Что же касается современной науки, то без эксперимента ее развитие просто немыслимо. В настоящее время экспериментальное исследование стало настолько важным, что рассматривается как одна из основных форм практической деятельности исследователей.

Преимущества эксперимента по сравнению с наблюдением

1. В ходе эксперимента становится возможным изучение того или иного явления в «чистом» виде. Это означает, что всякого рода «юбочные» факторы, затемняющие основной процесс, могут быть устранены, и исследователь получает точное знание именно об интересующем нас явлении.

2. Эксперимент позволяет исследовать свойства объектов действитедь ности в экстремальных условиях:

при сверхнизких и сверхвысоких температурах;

при высочайших давлениях:

при огромных напряженностях электрических и магнитных полей и т п

Работа в этих условиях может привести к обнаружению самых неожиданных и удивительных свойств у обыкновенных вещей и тем самым позволяет значительно глубже проникнуть в их сущность. Примером такого рода «странных» явлений, открытых в экстремальных условиях, касающихся области управления, может служить сверхпроводимость.

3. Важнейшее достоинство эксперимента — его повторяемость. В процессе эксперимента необходимые наблюдения, сравнения и измерения могут быть проведены, как правило, столько раз, сколько нужно для получения достоверных данных. Эта особенность экспериментального метода делает его весьма ценным при исследовании.

Наиболее подробно все достоинства эксперимента будут рассмотрены ниже, при изложении некоторых специфических видов эксперимента.

Ситуации, требующие экспериментального исследования

1. Ситуация, когда необходимо обнаружить у объекта неизвестные ранее свойства. Результатом такого эксперимента являются утверждения, не вытекающие из имевшегося знания об объекте.

Классический пример — опыт Э. Резерфорда по рассеянию Х-частиц, в результате которого была установлена планетарная структура атома. Подобные эксперименты называются исследовательскими.

2. Ситуация, когда необходимо проверить правильность тех или иных утверждений или теоретических построений.

Источник