8.3. Измерение

Измерение — исследовательская процедура, являющая более совер­шенной по сравнению с качественным описанием и сравнением, но толь­ко в тех областях, где действительно возможно эффективно использовать математические подходы.

Измерение — это осуществляемый по определенным правилам способ приписывания количественных характеристик изучаемым объектам, их свойствам или отношениям. Сам акт измерения, несмотря на свою кажу­щуюся простоту, предполагает особую логико-концептуальную структу­ру. В ней различимы:

1. объект измерения, рассматриваемый как величина, подлежащая изме­рению;

2. метод измерения, включающий метрическую шкалу с фиксированной единицей измерения, правила измерения, измерительные приборы;

3. субъект, или наблюдатель, который осуществляет измерение;

4. результат измерения, который подлежит дальнейшей интерпретации.

Результат процедуры измерения выражается, как и результат сравнения, в суждениях отношения, но в данном случае это отношение является численным, т.е. количественным.

Измерение осуществляется в определенном теоретико-методологи­ческом контексте, включающем и необходимые теоретические предпо­сылки, и методологические установки, и инструментальное оснащение, и практические навыки. Концептуальный ап­парат, поддерживающий процесс измерения, включает также специаль­ные системы аксиом, касающиеся измерительных процедур (аксиомы А.Н. Колмогорова, теория Н. Бурбаки).

Для иллюстрации круга проблем, относящихся к теоретическому обеспечению измерения, можно указать на различие измерительных проце­дур для величин экстенсивных и интенсивных. Экстенсивные (или адди­тивные) величины измеряются с помощью более простых операций. Свой­ством аддитивных величин является то, что при некотором естественном соединении двух тел значение измеряемой величины полученного объеди­ненного тела будет равняться арифметической сумме величин составляю­щих тел. К таким величинам относятся, например, длина, масса, время, элект­рический заряд. Совершенно другой подход требуется для измерения величин интенсивных, или неаддитивных. К таким величинам относятся, на­пример, температура, давление газа. Они характеризуют не свойства еди­ничных объектов, а массовые, статистически фиксируемые параметры кол­лективных объектов. Для измерения подобных величин требуются особые правила, с помощью которых можно упорядочить область значений интен­сивной величины, построить шкалу, выделить на ней фиксированные зна­чения, задать единицу измерения. Так, созданию термометра предшествует совокупность специальных действий по созданию шкалы, пригодной для измерения количественного значения температуры.

Измерения принято делить на прямые и косвенные. При проведении прямого измерения результат достигается непосредственно, из самого процесса измерения. При косвенном же измерении получают значение каких-то других величин, а искомый результат достигается с помощью вычисления на основании определенной математической зависимости между данными величинами. Многие явления, недоступные прямому из­мерению, такие как объекты микромира, удаленные космические тела, могут быть измерены только косвенным способом.

Объективность измерения. Важнейшей характеристикой измерения является объективность достигаемого им результата. Поэтому нужно четко отличать собственно измерение от других процедур, поставляющих эмпирическим объектам какие-либо численные значения: арифметизации, представляющей собой произвольное количественное упорядочива­ние объектов (скажем, приписыванием им баллов, каких-либо номеров), шкалирования, или ранжирования, основанного на процедуре сравнения и упорядочивающего предметную область достаточно грубыми средства­ми, часто в терминах т.н. нечетких множеств. Типичным примером такого ранжирования является система школьных оценок успеваемости, кото­рая, конечно, не является измерением.

Цель измерения — определить численное отношение изучаемой вели­чины к другой, однородной с ней величине (принятой за единицу измере­ния). Эта цель предполагает обязательное наличие шкалы (как правило, равномерной) и единицы измерения. Результат измерения должен фикси­роваться вполне однозначно, быть инвариантным относительно средств измерения (скажем, температура должна быть одинаковой независимо от субъекта, осуществляющего измерение, и от того, каким термометром она измеряется). Если исходная единица измерения выбирается относи­тельно произвольно, в силу некоего соглашения (т.е. конвенционально), то результат измерения должен иметь действительно объективный смысл, выражаться определенным значением в выбранных единицах из­мерения. Измерение содержит как конвенциональные, так и объек­тивные составляющие.

Однако на практике добиться равномерности шкалы и стабильности единицы измерения часто оказывается не таким уж легким делом: так, обычная процедура измерения длины требует наличия жестких и строго прямолинейных измерительных шкал, а также стандартного эталона, не подверженного изменениям; в тех научных областях, где первостепенное значение приобретает максимальная точность измерения, создание та­ких измерительных инструментов может представить значительные труд­ности технического и теоретического плана.

Точность измерения. Понятие точности следует отличать от понятия объективности измерения. Конечно, часто эти понятия выступают сино­нимами. Однако между ними есть и определенное отличие.

Объективность — это характеристика смысла измерения как познавательной процедуры. Измерять можно только объективно существующие величины, которые обладают свойством быть инвариантными к средствам и услови­ям измерения; наличие объективных условий для измерения — это прин­ципиальная возможность создать ситуацию для измерения данной величины.

Точность — это характеристика субъективной стороны процесса измерения, т.е. характеристика нашей возможности зафиксировать значе­ние объективно существующей величины. Поэтому измерение — это про­цесс, который, как правило, можно бесконечно совершенствовать. Когда имеются объективные условия для измерения, операция измерения стано­вится выполнимой, но она практически никогда не может быть выполнен­ной в совершенной мере, т.е. реально используемый измерительный при­бор не может быть идеальным, абсолютно точно воспроизводящим объективную величину. Поэтому исследователь специально формулиру­ет для себя задачу добиться требуемой степени точности, т.е. той степе­ни точности, которая достаточна для решения конкретной задачи и даль­ше которой в данной исследовательской ситуации повышать точность просто нецелесообразно. Иными словами, объективность измеряемых ве­личин является необходимым условием измерения, точность достигае­мых значений — достаточным.

Можно сформулировать соотношение объективности и точно­сти: ученые измеряют объективно существующие величины, но измеря­ют их лишь с некоторой степенью точности.

Понятие точности измерения связано с инструментальной стороной измерения, с возможностями измерительных приборов. Измерительным прибором называют средство измерения, предназначенное для получения информации об изучаемой величине; в измерительном приборе измеряе­мая характеристика тем или иным способом преобразуется в показание, которое фиксируется исследователем. Технические возможности прибо­ров приобретают решающее значение в сложных исследовательских си­туациях. Так, измерительные приборы классифицируются по стабильности показаний, чувствительности, пределам измерений и другим свойствам. Точ­ность прибора зависит от многих параметров, являясь интегральной характе­ристикой измерительного инструмента. Величина создаваемого прибором отклонения от требуемой степени точности называется погрешностью изме­рения. Погрешности измерений принято делить на систематические и слу­чайные. Систематическими называют такие, которые имеют постоянное значение во всей серии измерений (либо изменяются по известному закону). Зная числовое значение систематических погрешностей, их можно учесть и нейтрализовать в последующих измерениях. Случайными же называются погрешности, которые имеют несистематический характер, т.е. вызываются разного рода случайными факторами, мешающими исследователю. Они не могут быть учтены и исключены, как систематические погрешности; однако в обширном массиве измерений с помощью статистических методов все же возможно выявить и учесть наиболее характерные случайные погрешности.

Точное измерение той или иной ве­личины может само по себе иметь важнейшее теоретическое значение. В таком случае получение максимально точного значения изучаемой ве­личины само становится целью исследования. В том случае, когда про­цедура измерения оказывается достаточно сложной, требующей специаль­ных экспериментальных условий, говорят об особом измерительном эксперименте.

Интерпретация результатов измерения. Полученные результаты, как правило, не являются непосредственным завершением научного иссле­дования. Они подлежат дальнейшему осмыслению. Уже в ходе самого из­мерения исследователь оценивает достигнутую точность результата, его правдоподобие и приемлемость, значение для теоретического контекста, в который включена данная исследовательская программа. Итогом такой интерпретации подчас становится продолжение измерений, причем часто это ведет к дальнейшему совершенствованию измерительной техники, корректировке концептуальных предпосылок. Теоретический компонент играет важную роль в измерительной практике.

Однако не всегда точность измерения может неограниченно повышаться с совершенствованием измерительных приборов. Существуют ситуации, где достижение точности измерения физической величины ограничено объективно. Этот факт был обнаружен в физике микромира. Измерительные процедуры имеют объективную границу примени­мости, связанную со спецификой изучаемой предметной области. Измерение — важнейшая исследовательская процедура. Для проведения измерений требуется специальный теоретико-методологи­ческий контекст. Измерение обладает характеристиками объективности и точности. В современной науке часто именно измерение, проведенное с требуемой точностью, служит мощным фактором прироста теоретичес­кого знания. Существенную роль в процессе измерения играет теорети­ческая интерпретация полученных результатов, с помощью которой осмысливаются и совершенствуются и сами измерительные средства, и концептуальное обеспечение измерения. В качестве исследовательской процедуры измерение далеко не универсально в своих возможностях; оно имеет границы, связанные со спецификой самой предметной области.

Контрольные вопросы

1. Что такое описание по определению и на какие схемы оно опирается ?

2. В чём сущность сравнения как процедуры эмпирического метода исследования ?

3. Для чего при изучении ряда наук введено понятие шкалы и какие шкалы бывают?

4. Что такое измерение и какова его структура ?

5. Какие виды измерений применяются на практике ?

6. В чём сущность точности и объективности измерений ?

.

Семинар 6 Наблюдение как эмпирический метод исследования

Наблюдение в методологии научного исследования

Структура наблюдения и классификация наблюдений. Основные характеристики научного наблюдения. Отличие наблюдения от эксперимента. Тезис о теоретической нагруженности наблюдения. Проблема объективности результатов наблюдения. Современная проблематика наблюдения как предмет методологического анализа. Наблюдение в современной науке.

Наблюдение — один из методов эмпирического уровня, имеющий обще­научное значение. Исторически наблюдение сыграло важнейшую роль в развитии научного познания, т.к. до становления экспериментального естествознания оно было главным средством получения опытных данных. Наблюдение — исследовательская ситуация целенаправленного восприятия предметов, явлений и процессов окружающего мира. Существу­ет и наблюдение внутреннего мира психических состояний, или само­наблюдение, применяемое в психологии и называемое интроспекцией.

Наблюдение как метод эмпирического исследования выполняет мно­жество функций в научном познании. Прежде всего, наблюдение дает уче­ному прирост информации, необходимой для постановки проблем, вы­движения гипотез, проверки теорий. Наблюдение сочетается с другими методами исследования: оно может выступать начальным этапом иссле­дований, предшествовать постановке эксперимента, который требуется для более детального анализа каких-либо аспектов изучаемого объекта; оно может, наоборот, осуществляться после экспериментального вмешатель­ства, приобретая важный смысл динамического наблюдения (мониторинга), как, например, в медицине важная роль отводится послеоперационному наблюдению, следующему за проведенной экспериментальной операцией. Наконец, наблюдение входит в другие исследовательские ситуации как су­щественная составляющая: наблюдение осуществляется непосредственно в ходе эксперимента, составляет важную часть процесса моделирования на том этапе, когда проводится изучение поведения модели.