2.5. Методика исследования

Естествознание – это комплекс наук, дающих человеку знания о строении мира, основанные на эмпирически доказанных выводах. Естествознание основано на опытной проверке данных, притом опыт должен быть неоднократно повторим, это называется принципом верификации. Факты и явления, изучаемые естествознанием, должны быть воспринимаемы органами чувств человека – либо непосредственно, либо опосредованно, через различные технические приспособления.

Естествознание включает в себя такие дисциплины, как физика, химия, биология, астрономия, география, экология и т.п. Их отличие от гуманитарных дисциплин состоит в том, что в центре внимания находится структура сущего, в то время как гуманитарное знание – самосознание человечества. В отличие от технических наук, которые нацелены на преобразование мира, естественные науки не преобразуют, а познают мир. В отличие от точных наук, исследующих знаковые системы, естественные науки исследуют природные системы. Однако естествознание использует знаковые системы, чтобы понять закономерности, существующие в мире.

Естествознание связано с мировоззренческими проблемами, ведь человек познает окружающий мир, прежде всего для того, чтобы определить свое место в нем.

Научное познание развивается следующим образом: когда накапливается достаточно фактов, возникает теория, объясняющая их. Теория эта подтверждается опытами и господствует в науке до тех пор, пока не появится новая теория, которая лучше объясняет те же факты, связывает их с новыми или иными, которые раньше не принимались во внимание.

Научное познание осуществляется методично. Метод науки– это совокупность действий, призванных помочь достижению желаемых результатов, инструмент достижения цели. В каждой науке методы исследования формируются в процессе ее развития в зависимости от предмета и цели исследования, уровня развития теории, и в то же время сами способствуют дальнейшему развитию теории.

Методика исследования – отвечает на вопрос о том, как мы это получили, т.е. на каких испытуемых, с помощью каких методов, в каких условиях.

Естествознание использует методы, которые применяются в науке вообще, как универсальные, а также методы теоретического и эмпирического уровня.

Универсальные:

1. анализ – расчленение целого на части;

2. синтез – объединение частей в целое;

3. абстрагирование – отвлечение от несущественных в данном случае свойств и отношений;

4. обобщение – установление общих свойств и признаков объекта;

5. индукция – построение общего вывода на основе частных предпосылок;

6. дедукция – выведение заключения частного характера из общих посылок;

7. аналогия – на основе сходства в одних признаках заключается о существовании сходства в других;

8. моделирование – исследование модели, замещающей оригинал;

9. классификация – разделение всех изучаемых объектов на отдельные группы.

Методы теоретического уровня:

1. формализация, т.е. построение абстрактных математических моделей;

2. аксиоматизация, т.е. построение теорий на основе аксиом;

3. гипотетико-дедуктивный метод, когда из системы общих гипотез выводится результат.

Эмпирические методы:

1. наблюдение, т. е. целенаправленное восприятие явлений;

2. описание, т. е. фиксация сведений об объекте исследования;

3. измерение, т.е. сравнение объектов исследования по каким-нибудь сходным свойствам и сторонам;

4. эксперимент, т.е. наблюдение в специально созданных условиях.

В современном естествознании также используются математические методы, особенно широко – в физике, астрономии.

Множественность методов исследования порождает попытки их классификаций. В физико-географических науках рядом исследователей выделены так называемые «сквозные» методы – сравнительно-описательный, геофизический, геохимический, палеогеографический, картографический и математический.

Представляет известный интерес классификация методов физической географии по истории их становления. Различают методы: традиционные (сравнительно-географический, историко-географический, картографический), зародившиеся на заре человеческой культуры; новые (геофизические, геохимические, аэрометоды), применяемые в физико-географических исследованиях с 30-50-х гг. XX в.; и новейшие (космические, математического моделирования, геоинформационные и др.), появившиеся в физической географии в 60-80-х гг. XX в.

Традиционные методы географии. Едва ли не самым древним и широко распространенным методом географических исследований является сравнительно-географический. Основы его были заложены еще античными учеными (Геродотом, Аристотелем), однако в Средние века в связи с общим застоем науки методы исследований, применявшиеся учеными античного мира, были забыты. Основоположником современного сравнительно-географического метода считают А.Гумбольдта, применившего его первоначально для изучения связей между климатом и растительностью.

В настоящее время сравнение как специфический логический прием пронизывает все методы географических исследований, но вместе с тем оно давно выделилось в качестве самостоятельного метода научных исследований – сравнительно-географического, который приобрел особенно большое значение в географии и биологии.

Сравнительно-географический метод лежит в основе любой классификации ландшафтов и других объектов и явлений природы. На нем базируются различного рода оценочные работы, в процессе которых свойства ландшафтов сопоставляются с требованиями к ним, предъявляемыми тем или иным видом хозяйственного использования территории.

Различают два основных аспекта применения сравнительно-географического метода. Первый аспект связан с использованием умозаключений по аналогии (метод аналогий). Он заключается в сопоставлении слабо изученного или неизвестного объекта с хорошо изученным. Например, в ландшафтном картографировании еще в камеральный период и в процессе рекогносцировочного ознакомления с территорией выделяются группы сходных по своему характеру ландшафта. Из них детально обследуются лишь немногие, на остальных объем полевых работ весьма сокращенный, некоторые вовсе не посещаются, а их характеристика в легенде карты дается на основании материалов хорошо изученных ландшафтов.

Второй аспект состоит в исследовании одинаково изученных объектов. Возможны два пути сравнения таких объектов. Можно сравнивать объекты, находящиеся на одинаковой стадии развития, что позволяет установить их сходство и различие, искать и находить факторы и причины, обусловливающие их сходство. Это позволит сгруппировать объекты по сходству, а затем применить характеристики однотипных объектов для рекомендаций по их использованию, прогнозированию их дальнейшего развития и т.д.

Другой путь заключается в сравнении объектов, существующих одновременно, одинаково изученных, но находящихся на разной стадии развития. Этот путь дает возможность раскрыть стадии развития близких по генезису объектов. Например, развитие эрозионных форм рельефа от промоины до балки и долины ручья. Этим путем сравнительный метод логически и закономерно привел географию к историческому методу исследования.

Картографический метод познания действительности столь же широко распространенный и такой же (или почти такой же) древний, как и сравнительно-географический. Прародителями современных карт были наскальные рисунки древнего человека, рисунки на коже, резьба по дереву или кости, позже – первые примитивные «карты» для мореплавания и т.д. (К.Н.Дьяконов, Н.С. Касимов, В.С.Тикунов, 1996). Первым осознал значение картографического метода и ввел его в обиход еще Птолемей.

На начальных этапах познания картографический метод – метод картографирования – используется как метод отображения объективной реальности. Карта служит специфической формой фиксации результатов наблюдений, накопления и хранения географической информации.

Своеобразным протоколом полевых наблюдений является карта фактического материала, дальнейший анализ которой позволяет создать первичную тематическую (специальную) карту. Легенда к карте представляет собой результат классификации изображенных на ней объектов. Таким образом, в создании тематической карты используется не только картографический, но и сравнительный метод, применение которого позволяет провести классификацию фактических данных, выявить определенные закономерности и на их основе выполнить генерализацию, т.е. перейти от конкретного к абстрактному, к формированию новых научных понятий.

Еще более широкие перспективы для изучения взаимосвязей и зависимостей между объектами, установления основных факторов их формирования и причин наблюдаемого размещения открываются при сопряженном изучении нескольких карт различного содержания. Сопоставляться могут карты одинакового содержания, но составленные и изданные в разное время, либо карты, составленные одновременно, но фиксирующие разные моменты времени (например, серия карт среднемесячных температур, серия палеогеографических карт и т.д.). Главная цель сравнения разновременных карт – изучение динамики и развития изображенных на них объектов и явлений. При этом большое значение имеют точность и достоверность сравниваемых карт.

Картографический метод исследования особенно широко используется на начальных этапах познания (при сборе и фиксации результатов наблюдений в природе и их систематизации), а также для отражения выявленных в процессе изучения эмпирических закономерностей и получения с готовых карт новой информации, переработка которой с помощью других методов позволяет не только получать новые эмпирические закономерности, но и формировать теорию науки. Картографирование результатов исследований – неотъемлемая часть комплексных географических исследований. В экономической географии, например, территориальные (пространственные) отношения между явлениями различного порядка (общественными и естественными) наиболее наглядно могут быть отражены именно на карте.

Исторический метод познания природы также один из традиционных методов географических исследований, хотя он сформировался значительно позднее сравнительного и картографического методов и в значительной мере опирается на них.

Возникновение исторического метода стало возможным лишь в XVIII столетии, когда распространилось представление об изменчивости природы поверхности Земли. Основоположниками его были немецкий ученый И.Кант, создавший небулярную космогоническую гипотезу (1755), и наш великий соотечественник М.В.Ломоносов.

Задача исторического анализа в комплексных физико-географических исследованиях – проследить становление современных черт природы Земли, установить исходное состояние того или иного ландшафта и ряд его конкретных переходных состояний (стадий развития), изучить современное состояние как результат произошедших изменений, выявить движущие силы и условия процесса развития. Однако при историческом анализе чаще всего используются не сами состояния природных комплексов, а разнообразные «следы» когда-то существовавших состояний. Ретроспективный анализ, основанный на изучении «следов состояний» ландшафтов, дает возможность познать взаимосвязи между различными компонентами и комплексами в историческом аспекте, т.е. создать пространственно-временную характеристику ландшафта.

Наряду с ретроспективным анализом структуры современных ландшафтов для палеогеографических реконструкций используется ряд других методов: спорово-пыльцевой, палинологический, фаунистические анализы, изучение погребенных почв и коры выветривания, археологический, радиоуглеродный, стратиграфический, минералогический, гранулометрический и т.д.

В современной физической географии мы можем выделить три основных аспекта исторического метода: палеогеографический, основанный на изучении самых разнообразных «следов» бывших состояний ландшафтов; собственно исторический, базирующийся на изучении исторических документов о бывших состояниях ландшафтов (в том числе и отраженных в географических названиях и терминах), и динамический, изучающий современные изменения состояний, фиксируемые преимущественно в процессе стационарных исследований.

Методы исследований, используемые с 30-50-х гг. XX в. Из этих методов особенно большую популярность получили аэрометоды – исследование территории с помощью летательных аппаратов. Они подразделяются на аэровизуальные и различные виды съемок, из которых в физико-географических исследованиях находит применение аэрофотосъемка.

Аэрофотосъемка – это фотографирование местности с летательных аппаратов. Результат съемки – аэрофотоматериалы, представленные в виде снимков, репродукций накидного монтажа, фотосхем и фотопланов. Первые аэрофотосъемки для производственных целей (лесоустройства, землеустройства, дорожного строительства) были проведены в нашей стране в 1924 г.

Лишь в послевоенные годы повысился интерес к методам дешифрирования аэрофотоизображения. Географы увидели в аэрофотометодах новый многообещающий способ быстрого сбора информации на большой территории. Аэрофотометоды стали использовать во всех географических науках и в ряде смежных наук. Этому способствовало появление новых видов аэрофотосъемки: черно-белой спектрозональной, цветной и цветной спектрозональной, а также совершенствование методов дешифрирования аэрофотоизображения.

Дешифрирование основывается на анализе прямых дешифровочных признаков: тона (или цвета), структуры, формы и размера фотоизображения, а также отбрасываемой объектами тени. Но по прямым признакам могут быть отдешефрированы лишь компоненты, непосредственно изображенные на снимках (растительность, рельеф на безлесных участках, водные объекты, незадернованные горные породы), однако и для них эти признаки позволяют получать весьма скудные данные.

Аэрометод – это метод исключительно первого этапа познания – сбора фактического материала и получения информации о природных комплексах. Последующая обработка собранных данных производится уже с применением других методов: математических, сравнительного, исторического и т.д. Однако, несмотря на это, значение его в географических исследованиях чрезвычайно велико. Дальнейшее развитие и совершенствование аэрометодов идет по пути автоматизации дешифрирования, а также в рамках аэрокосмических методов.

Геофизический метод почти столь же старый и традиционный, как сравнительный и картографический, тем не менее относится к новым точным методам исследования. Дело в том, что долгое время география и геофизика развивались как одна наука. В дальнейшем геофизические методы в географии использовались лишь при изучении наиболее динамичных компонентов – воздушных и водных масс. Применение их к изучению таких сложных динамических систем, включающих в себя разные уровни организации материи, как природные территориальные комплексы и географическая оболочка, в целом стало качественно новым этапом в развитии геофизического метода в географии.

Геохимический метод, напротив, довольно молод. Он зародился лишь в начале XX в. на стыке химических наук и наук о Земле. Оба эти метода активно внедряются в современные комплексные физико-географические исследования.

Методы исследований, применяемые с 60-80-х гг. XX в. Космические методы географических исследований начали развиваться на базе аэрометодов с 1960 г., когда был запущен первый метеорологический спутник и получен первый космический снимок Земли. Обладая основными достоинствами аэрометодов, космические методы имеют перед ними преимущество в том, что дают возможность получать в короткие сроки сопоставимую глобальную информацию о земной поверхности. Это позволяет реально перейти к целостному изучению географической оболочки Земли и слагающих ее компонентных оболочек, а также к установлению глобальных географических закономерностей.

Как и аэрометоды, космические методы относятся к дистанционным методам исследования. В настоящее время проводится несколько различных видов космических съемок (фотографическая, телевизионная, спектрометрическая, микроволновая и др.). Использование многообъективных камер делает доступным получение многозональных снимков.

Основным отличием космических снимков от аэрофотоснимков является их большая обзорность, зависящая, как известно, от высотного положения летательного аппарата. Если съемка с высотных самолетов производится с высоты 10-20 км, то с помощью ракет она ведется уже с высоты 80-250 км. Оптимальная высота фотографирования Земли со спутников – 200-1500 км. Первое глобальное изображение Земли (полушарие в целом) было получено искусственным спутником «Молния» с высоты 20-40 тыс. км.

С помощью космических методов получают информацию предельно объективную, массовую, разнообразную, синхронную по обширным участкам географической оболочки. Это дает возможность изучать пространственно-временные изменения географической оболочки, современную структуру и динамику ПТК планетарного (глобального) и регионального уровней. Тщательный анализ космических снимков позволяет не только познавать эмпирические закономерности, но и подняться на уровень теоретических обобщений.

Космические методы наиболее тесно связаны в своем использовании с картографическим и математическими методами.

Математические методы издавна применялись в ряде отраслевых географических наук: климатологии, гидрологии, океанологии. О необходимости их использования в физической географии писал еще в середине 30-х гг. А.А.Григорьев. Однако пионером внедрения математических методов в комплексную физическую географию, безусловно, стал Д.Л.Арманд (1949, 1950, 1966, 1975 и др.).

Кроме методов математической статистики и теории вероятности, широко используемых в настоящее время в физической географии, применяются также математический анализ, теория множеств, теория графов, матричная алгебра и др. Особенно большие надежды возлагаются на использование теоретико-информационных методов и кибернетики.

До сих пор еще в географии наиболее широко используются вероятностно-статистические методы, необходимые для анализа протоколов наблюдений и систематизации фактических данных, т.е. на эмпирическом уровне познания. Однако при переходе на теоретический уровень для обобщений и выявления основных закономерностей географы все больше начинают использовать математический и векторный анализ, теорию информации и теорию множеств, теорию графов и теорию распознавания образов, теорию вероятности и теорию конечных автоматов. При этом резко возрастает роль таких познавательных операций, как идеализация, абстракция, гипотеза. Получение результатов исследования в виде карт, графиков, математических формул и т.д. по сути дела уже является моделированием.

В экономической географии помощью математических методов удается произвести расчеты по многочисленным вариантам размещения, составить территориальные модели хозяйственного развития района или страны, модели хозяйственных связей.

Моделирование как метод исследования в последнее время приобретает все более широкое распространение. Оно представляет собой естественный прием познания и практической деятельности, особую форму опосредования. При моделировании между исследователем и интересующим его объектом ставится некоторое промежуточное звено – модель. Модель должна быть похожа на оригинал, но она всегда должна чем-то отличаться от оригинала (размерами, формой, субстратом, структурой, скоростью процессов и т.д.), так как при полном совпадении модели с оригиналом исчезает сам смысл моделирования, ибо модель перестает выполнять свои функции.

Разработана классификация моделей в применении к природным комплексам. Различают модели природных комплексов по назначению (теоретические, поисковые, портретные); по логическому пути построения (дедуктивные, индуктивные); по степени отражения действительности (статические, кинематические, динамические); по применению числового материала (качественные, количественные); по характеру реализации (физические, символические, идеальные); по учету случайных отклонений (детерминированные, вероятностные); по учету физической сущности моделируемого процесса (обмен веществом, обмен энергией, обмен информацией).

Моделирование как процесс познания включает в качестве обязательного этапа исследование построенной модели. Например, ландшафтная карта как модель должна не просто отражать результаты полевой проверки и уточнения предварительной ландшафтной карты, составленной еще до выезда в поле, но и давать дополнительную информацию, допустим, о морфологической структуре ландшафта.

С проблемой моделирования тесно перекликается задача построения банка географических данных, который должен представлять собой автоматизированную систему обработки и анализа информации. Нужно, чтобы такая система позволяла хранить, накапливать, систематизировать, комбинировать и перерабатывать географические данные для любых целей и в любой последовательности.

Различия в предмете исследования в разных науках приводит к формированию их собственного методологического аппарата. Так, экономическая география изучает различные территориально-производственные системы как целостные образования, рассматривает внутреннюю структуру, особенности пространственного расположения ее составных элементов: размещение отраслей промышленности и сельского хозяйства.

В экономической географии основным научно-теоретическим методом является диалектический.

Этот метод определяет общий подход к изучаемым явлениям, а также лежит в основе ряда специальных научных методов, используемых экономической географией в процессе обоснования размещения производительных сил. Главной его особенностью является то, что он требует рассматривать все явления и процессы в их развитии, взаимосвязи, взаимозависимости и взаимообусловленности.

Его значимость для рассматриваемой отрасли научных знаний определена также тем, что экономическая география призвана изучать не только общие экономические законы размещения общественного производства (общеэкономические законы), но и своеобразие их видового проявления в конкретных отраслях, странах и районах мира (специальные или частные законы размещения). Знать индивидуальные (конкретные) особенности развития и размещения необходимо для решения целого ряда задач практического характера.

Важным специфическим методом экономической географии является балансовый. Под балансовым методом следует понимать выведение правильного соотношения взаимозависимых показателей, характеризующих, с одной стороны, количество производимых изделий в стране или районе (они составляют приходную часть баланса), с другой – число необходимых изделий для покрытия спроса на данный продукт (они составляют расходную часть баланса). Балансовый метод позволяет определить количество имеющихся излишков продукции сверх потребления в стране или районе, которые в порядке международного или межрайонного товарного обмена могут быть вывезены в другие страны и районы. В то же время он позволяет учесть количество и виды недостающих товаров, которые должны быть ввезены из других мест в данную страну или район. Балансовый метод играет важную роль в обосновании специализации стран и районов. Составление региональных балансов позволяет выбрать правильные соотношения между отраслями специализации, вспомогательными и обслуживающими производствами. Балансы необходимы также для разработки рациональных территориальных (межрайонных и внутрирайонных) хозяйственных связей. С их помощью проводится экономическое обоснование размещения отраслей и производств (выбор места для сооружения предприятий, выяснение степени их обеспеченности сырьевыми, топливными, энергетическими, водными и другими ресурсами).

Широко используются экономико-статистические методы анализа, заключающиеся в сборе и статистической обработке первичного материала по специально разработанным программам (сравнительный метод, метод выборочного анализа, группировок и т.п.).

Из всего разнообразия методов науки необходимо выбрать такие, которые обеспечить максимальный эффект. Причем для каждого этапа и части исследования отбираются наиболее адекватные методы, чтобы, в конечном счете, они давали надежные результаты, соответствовали логической структуре исследования, находились в гармонической связи с другими методами в единой методической схеме.

Пример:

(тема «Полевой практикум по изучению почв – как звено организации научно-исследовательской деятельности учащихся в условиях летнего лагеря»)

«Методика исследований: в работе применялись такие теоретические и эмпирические методы, как формализация, анализ, синтез, наблюдение, сравнение, измерение, собеседование; лабораторные методы: ситовой гранулометрический анализ (для супесчаных и песчаных почв), определение полевой влажности, гигроскопической влаги, массы почвы с ненарушенным сложением в единице объема, качественный анализ гумусовых соединений, определение гидролитической и актуальной кислотности, суммы обменных оснований, качественное определение легко- и среднерастворимых форм некоторых химических элементов; полевые: метод прикопок, метод почвенных профилей, метод «жгута» или органолептический (при определении механического состава почв.»