Цели, задачи и стадии теоретических исследований

Целью теоретических исследований является выделение в процессе синтеза знаний существенных связей между исследуемым объектом и окружающей средой, объяснение и обобщение результатов эмпирического исследования, выявление общих закономерностей и их формализация.

Задачами теоретического исследования являются:

обобщение результатов исследования, нахождение общих закономерностей путем обработки и интерпретации опытных данных;

расширение результатов исследования на ряд подобных объектов без повторения всего объема исследований;

изучение объекта, недоступного для непосредственного исследования;

повышение надежности экспериментального исследования объекта (обоснования параметров и условий наблюдения, точности измерений).

Теоретические исследования включают:

анализ физической сущности процессов, явлений;

формулирование гипотезы исследования;

построение (разработка) физической модели;

проведение математического исследования;

анализ теоретических решений;

формулирование выводов.

Если не удается выполнить математическое исследование, то формулируется рабочая гипотеза в словесной форме с привлечением графиков, таблиц и т. д.

В технических науках необходимо стремиться к применению математической формализации выдвинутых гипотез и выводов.

В процессе, теоретических исследований приходится непрерывно ставить и решать разнообразные по типам и сложности задачи в форме противоречий теоретических моделей, требующих разрешения.

Структурно любая задача включает условия и требования (рис. 1.1).

Условия — это определение информационной системы, из которой следует исходить при решении задачи.

Требования — это цель, к которой нужно стремиться в результате решения.

Условия и требования могут быть исходными, привлеченными и исковыми.

Исходные условия даются в первоначальной формулировке задачи (исходные данные). Если их оказывается недостаточно для решения задачи, то исследователь вынужден привлекать новые данные, называемые привлеченными.

Искомые данные или искомые условия — это привлеченные условия, которые требуется отыскать в процессе решения задачи.

Процесс проведения теоретических исследований состоит обычно из нескольких стадий.

Оперативная стадия включает проверку возможности устранения технического противоречия, оценку возможных изменений в среде, окружающей объект, анализ возможности переноса решения задачи из других отраслей знания или использования «прообразов» природы.

Вторая стадия исследования является синтетической, в процессе которой определяется влияние изменения одной части объекта на построение других его частей, определяются необходимые изменения других объектов, работающих совместно с данным, оценивается возможность применения найденной технической идеи при решении других задач.

Рис. 1. Структурные компоненты решения задачи

Выполнение названных предварительных стадий дает возможность приступить к стадии постановки задачи, в процессе которой определяется конечная цель решения задачи, выбирается наиболее эффективный путь ее решения и определяются требуемые количественные показатели.

Постановка задачи является наиболее трудной частью ее решения. Преобразование в начале расплывчатой формулировки задачи в четкую, определенную часто облегчает решение задач.

Аналитическая стадия включает определение идеального конечного результата, выявляются помехи, мешающие получению идеального результата, и их причины, определяются условия, обеспечивающие получение идеального результата с целью найти, при каких условиях исчезнет «помеха».

Теоретическое исследование завершается формированием теории, не обязательно связанной с построением ее математического аппарата. Теория проходит в своем развитии различные стадии от качественного объяснения и количественного измерения процессов до их формализации и в зависимости от стадии может быть представлена как в виде качественных правил, так и в виде математических уравнений (соотношений).