Основы научных исследований

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное 

учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет 

имени Г.Ф. Морозова»

Л.Т. Свиридов, А.И. Третьяков

ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Учебник

Воронеж 2016

УДК 625.7/8.08:658.562

С

Печатается по решению учебно-методического совета 
ФГБОУ ВО «ВГЛТУ имени Г.Ф. Морозова» (протокол № __ от  _________2016 г.)

Свиридов Л.Т.

Основы научных исследований [Текст] : учебник / Л. Т. Свиридов, А.И. Третьяков
; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» имени Г.Ф. Морозова. –
Воронеж, 2016. – 362 с.  

УДК 625.7/8.08:658.562

зав. кафедрой «Эксплуатации машинно-тракторного парка» 
ФГБОУ ВО ВГАУ им. императора Петра I д-р техн. наук, 
доц. Пухов Е.В.;

ISBN
© Свиридов, Третьяков 2016

© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный 
лесотехнический университет» 
им. Г.Ф. Морозова, 2016

Рецензенты:

ВВЕДЕНИЕ 

Эффективное развитие любой отрасли, включая и автомобильный комплекс 

страны, в современных условиях сопряжено со сложностью, уровнем и высокими 
темпами производственных разработок, новых, весьма сложных и перспективных 
технологических процессов, конструкций машин и оборудования.

Оно базируется на фундаменте научно-технического прогресса, созданного 

в мире, и направлено прежде всего на повышение эффективности производства и 
улучшение качества любой выпускаемой продукции. Научно-технический прогресс в настоящее время проявляется в виде научно-технической революции 
(НТР), которая имела бурное развитие в ХХI веке. Одними из особенностей НТР 
являются все возрастающая роль науки; высокий рост и обновление научнотехнической информации; быстрая смена материалов, конструкций, машин, технологических процессов; повышение уровня комплексной механизации, автоматизации и систем управления и, как следствие этого, резкое увеличение методов и 
разновидностей инженерных решений.

Следует подчеркнуть, что сложность и уровень производства с каждым го
дом возрастают. Практика показывает, что любое производство становится все 
более многогранным, а крупное, и объемным, базируемое на знаниях и применении законов физики, химии, математики и основ электроники, вычислительной 
техники, кибернетики и автоматики. Непрерывно меняющаяся обстановка в рыночных условиях России требует быстрого выбора оптимальных решений, использования научного творчества и элементарных приемов научных исследований. В век формирования и развития рыночных отношений создаются достаточно 
благоприятные условия для организации, развития и деятельности малых и средних инновационных предприятий для ускоренного производственного освоения 
результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, изобретений и открытий, созданных учеными, профессорско-преподавательским составом, аспирантами и студентами вузов. Важно создать конкурентоспособные, экспортоориентированные импортозаменяющие технологии, машины и оборудование, товары и любые виды услуг и довести их до потребителя на коммерческой 
основе.

Поэтому выпускник вуза и современный инженер должен обладать доста
точно глубокими профессиональными знаниями, на их основе иметь соответствующее эффективное мышление и творческий подход к решению любой произ

водственной задачи, владея при этом хотя бы минимальными знаниями в области 
научных исследований.

Ускорение научно-технического прогресса, внедрение науки в производст
во, научных методов в различные сферы человеческой деятельности, необходимость творческого решения производственных задач – все это непосредственно 
влияет на развитие высшей школы, призванной готовить специалистов на уровне 
мировых и современных требований. Если практический опыт молодые специалисты приобретают непосредственно на производстве, то навыки научноисследовательской работы они должны получать в вузах. В настоящее время наблюдается интеграция высшего образования и науки. И в этой связи научная подготовка студентов – является одной из важнейших форм обучения.

Научно-исследовательская работа студентов, как правило, реализуется в 

следующих формах учебного процесса: изучение курса «Основы научных исследований»; подготовка реферата по обзорной информации на заданную тему, проведение исследований при выполнении лабораторных и практических занятий, 
подготовка доклада и выступление на научном семинаре, разработка некоторых 
научно-исследовательских вопросов в периоды прохождения учебных и производственных практик, курсового и дипломного проектирования, подготовка статей к опубликованию и заявок на изобретения, полезные модели и промышленные 
знаки. Участие в кафедральных научных студенческих кружках с последующим 
использованием полученных результатов в дипломных проектах углубляет знания 
по общепрофессиональным и специальным дисциплинам и способствует получению хороших навыков по вопросам научных исследований.

В процессе изучения курса и выполнения научных исследований студент 

должен освоить методологию, методику, планирование и организацию эксперимента. На первоначальной стадии он должен самостоятельно уметь отбирать и 
анализировать необходимую информацию по теме научного исследования, формулировать цель и его задачи, разрабатывать теоретические предпосылки или получать аналитические зависимости и математические модели. В дальнейшем –
планировать и проводить эксперимент, обрабатывать результаты измерений и 
оценивать их достоверность; сопоставлять результаты эксперимента с теоретическими исследованиями, формировать выводы научного исследования, составлять 
отчет, доклад или статью.

В данной книге изложены основные сведения о науке, методах обоснования 

научных тем, теоретических и экспериментальных исследованиях. Описаны ос

новные положения по планированию многофакторных и экстремальных экспериментов, средства, способы измерений, обработки и анализа результатов научных 
исследований. Здесь содержатся сведения о моделировании и оптимизации процессов лесного комплекса, изобретательской деятельности и других вопросах, которые необходимы, как студентам, аспирантам, так и молодым ученым, занимающимся совершенствованием и разработкой новых технологий, машин и оборудования лесного комплекса.

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДИСЦИПЛИНЕ, НАУКЕ И 

ВКЛАДЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ УЧЕНЫХ В НАУКУ. 
ПРОБЛЕМЫ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ СТРАНЫ

1.1 Цель и задачи дисциплины «Основы научных исследований»
1.2 Основные понятия и определения
1.3 Значение науки
1.4 Историческая справка о вкладе отечественных ученых в науку
1.4.1 О роли и вкладе русских ученых в машиноведение
1.4.2 Создание машин
1.4.3 Создание двигателей внутреннего сгорания
1.4.4 Развитие производства тракторов
1.4.5 Создание и развитие производства автомобилей
1.4.6 Создание научных основ и разработка лесохозяйственных машин
1.4.7 Вклад ученых ВГЛТА в механизацию лесного хозяйства
1.5 Проблемы, стоящие перед лесным комплексом страны

1.1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ «ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИС
СЛЕДОВАНИЙ»

Ускорение научно-технического прогресса неразрывно связано с бурным 

ростом и обновлением научно-технической информации, быстрой сменой материалов, конструкций машин, оборудования, технологических процессов, с необходимостью повышения уровня комплексной механизации и автоматизации всех 
отраслей народного хозяйства.

Сложность и уровень производства с каждым годом возрастают, особенно с 

введением новых рыночных отношений в нашей стране. Производственная деятельность на предприятиях резко меняется как по структуре, так и по номенклатуре выпускаемой продукции. В этой связи резко увеличивается выбор разновидностей инженерных решений. Выбор оптимальных из них в такой сложной и непрерывно меняющейся обстановке затруднен без использования научного подхода и владения элементарными приемами научных исследований. Поэтому современный инженер должен обладать не только глубокими профессиональными знаниями, но и иметь знания по основам научных исследований.

Цель дисциплины – повысить научную подготовку студентов и научный 

уровень будущего инженера на основе изучения современных методов научных 
исследований в области механизации лесного комплекса и развития навыков самостоятельного решения научно-технических и производственных задач отрасли.

Задачей дисциплины является подготовка студентов к проведению научных 

исследований и последующему использованию ими достижений науки и техники 
при проектировании, эксплуатации машин и оборудования лесного комплекса, 
организации технологических процессов в лесном и деревообрабатывающем производствах.

В учебном пособии излагаются исторические и современные аспекты разви
тия и значения науки, методы выбора, обоснования и формулирования задач научного исследования, основы системного подхода, методы организации поиска 
научной информации, методы теоретических и экспериментальных исследований, 
основы выбора контрольно-измерительного оборудования, планирования многофакторных и экстремальных экспериментов, обработки, анализа и оформления 
результатов научных исследований, моделирования и оптимизации процессов в 
лесном комплексе, методы научно-технического прогнозирования и изобретательской деятельности, оценка эффективности и внедрения результатов научноисследовательских работ.

1.2 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В широком смысле слова под термином «наука» понимается как деятель
ность человека, направленная на получение новых знаний, так и результат этой 
деятельности. В более строгом понимании наука – непрерывно развивающаяся 
система знаний о природе, обществе, мышлении и объективных законах их развития, получаемая в результате специальной деятельности людей и превращаемая в 
непосредственную производительную силу общества. Цель науки как одной из 
сфер человеческой деятельности – познать и правильно объяснить законы реального мира, раскрыв существенные связи, свойства и отношения тех или иных явлений и объектов и вооружить человека для их практического применения в настоящее время или в будущем.

Не всякое знание можно рассматривать как научное. Те знания, которые по
лучает человек лишь на основе простейшего наблюдения, нельзя признать научными. Эти знания играют в жизни людей важную роль, но не раскрывают сущно

сти явлений, взаимосвязи между ними. Они не позволяют объяснить, почему данное явление протекает так, а не иначе, и предсказать дальнейшее его развитие.

Наука представляет собой процесс непрерывно углубляющегося познания 

законов существующего мира и имеет преемственность, основанную на обобщении человеческой практики. Правильность научного знания определяется не 
только логикой, но прежде всего обязательной проверкой его на практике. Научные знания принципиально отличаются от слепой веры, от беспрекословного признания истинным того или иного положения, без какого либо логического его 
обоснования и практической проверки. Раскрывая закономерные связи действительности, наука выражает их в абстрактных понятиях и схемах, строго соответствующих деятельности.

Процесс познания включает накопление фактов. Без систематизации и 

обобщения, без логического осмысления фактов не может существовать никакая
наука. И.П. Павлов говорил: «Хотя факты – это воздух ученого, сами по себе они 
еще не наука. Факты становятся составной частью научных знаний, если они выступают в систематизированном, обобщенном виде».

Факты систематизируют и обобщают с помощью простейших абстракций 

понятий (определений), которые являются важными структурными элементами 
науки. Широко распространенные понятия называют категориями (себестоимость, товар, прибыль и т.д.). Одними из важных форм знаний являются принципы (постулаты) и аксиомы. Под принципами понимают исходные положения какой-либо отрасли науки. Они являются начальной формой систематизации знаний 
(принцип Даламбера в теоретической механике, постулаты Бора в квантовой механике, аксиомы Евклидовой геометрии и т.д.)

Наиболее высокой формой обобщения и систематизации знаний является 

теория. Под теорией понимают учение об обобщенном опыте (практике), формирующем научные принципы и методы, которые позволяют обобщить, познать существующие процессы и явления, проанализировать действие на них разных факторов и предложить рекомендации по использованию их в практической деятельности людей.

Важнейшим составным звеном в системе научных знаний являются научные 

законы, отражающие наиболее существенные, устойчивые, повторяющиеся объективные внутренние связи в природе, обществе и мышлении. Законы могут быть 
общие и частные, для отдельных явлений и объектов, например, в технике или живой природе.

В связи с этим следует отметить, что научные исследования разделяются на 

фундаментальные и прикладные. Фундаментальные научные исследования – экспериментальная или теоретическая деятельность, направленная на получение новых знаний об основных  закономерностях строения, функционирования и развития человека, общества, окружающей природной среды (из закона «О науке и государственной научно-технической политике»). Задача фундаментальных наук - познать общие законы, управляющие поведение базисных структур, таких, 
как атом, клетка, галактика и т.д. Без познания атома, в частности, деления атома 
урана, не заработали бы атомные станции и не произошло бы освоения космоса.

Общие законы, выявленные фундаментальными науками, уточняются для 

конкретных систем и объектов прикладными науками. Задачи прикладных наук
более конкретны: разработка новых технологий и создание более совершенных 
машин, определение и оценка качества функционирования систем, установление 
взаимосвязи между явлениями, объяснение их сущности. В результате этого получают частные законы.

Формой осуществления и развития науки является научное исследование –

изучение с помощью научных методов явлений и процессов, анализ влияния на 
них различных факторов, а также изучение взаимодействия между явлениями с 
целью получения убедительно доказанных и полезных для науки и практики решений с максимальным эффектом.

Метод исследования – совокупность приемов или операций для практиче
ского и теоретического познания и освоения действительности, подчиненная решению конкретной задачи. Метод – это инструмент для решения главной задачи 
науки – открытия объективных законов действительности. Опираясь на общие и 
частные методы исследований, ученый получает ответ на то, с чего надо начинать 
исследования, как относиться к фактам, как обобщать, каким путем идти к выводам. 
Метод 
исследования 
в 
науке 
играет 
первостепенное 
значение. 

От правильности метода во многом зависит объективность, а, следовательно, 
обоснованность и надежность полученных выводов. А.И. Герцен называл метод в 
науке «эмбриологией истины».

Когда ученые не располагают достаточным фактическим материалом, то в 

качестве средств достижения научных результатов они используют гипотезы –
научно обоснованные предположения, выдвигаемые для объяснения какого-либо 
процесса, которые могут подтвердиться или оказаться ложными. Большинство 
научных законов было сформулировано на основе ранее высказанных гипотез.

1.3 ЗНАЧЕНИЕ НАУКИ

Современная наука является основным двигателем научно-технического про
гресса. Ушедшее столетие останется в памяти человечества как период неслыханного научно-технического прорыва, ставшего логическим результатом предшествующих открытий фундаментальных законов природы: радиоактивности (Пьер и 
Мария Кюри) и изобретения на его основе ядерного оружия; уравнения электродинамики (Джеймс Максвелл) и получение электрической энергии в промышленных масштабах; разработка основных принципов кибернетики Норбертом Винером и другими математиками и развитие информационных технологий; открытие 
лазерного луча Николаем Басовым и Александром Прохоровым и его дальнейшее 
широкое использование в различных сферах человеческой деятельности; открытие генетики и появление новой отрасли (биотехнологической) и т.д. К числу выдающихся ученых XIX и XX столетий относятся И.М. Сеченов, Д.И. Менделеев, 
И.Е. Жуковский, И.П. Павлов, В.И. Вернадский, С.А. Чаплыгин, Н.И. Вавилов, 
П.Л. Капица, И.В. Курчатов и многие другие, обеспечившие мощное и бурное 
развитие науки в нашей стране и во всем мире. Наука в настоящее время определяет содержание и темпы развития научно-технического прогресса. Внедрение 
научных разработок в производство позволяет создать новые машины и материалы, повысить их надежность и долговечность, улучшить эксплуатационные показатели и качество выпускаемой продукции, повысить эффективность различных 
технологических процессов и снизить себестоимость продукции. Наука является 
одной из самых эффективных отраслей народного хозяйства, обеспечивая наибольший экономический эффект от внедрения (1 рубль затрат дает 3-7 рублей 
прибыли в нашей стране, 1 доллар затрат на науку в США дает до 10 долларов 
прибыли).

В настоящее время наблюдается интенсивное внедрение научных достиже
ний во многие отрасли народного хозяйства. Важнейшей задачей научных организаций является систематическое внедрение законченных научных разработок в 
производство. Для этого разработаны: целевая государственная программа по 
критическим технологиям, комплексные целевые программы во всех отраслях на