"Нашей первой задачей была разработка методики." И.П.Павлов
"Науку характеризуют методы, а не результаты, а история науки - не столько история открытий, сколько история развития научного метода". К. Поппер
Научное знание, получаемое с помощью разнообразных методов, - это логически организованная система фактов и их объясняющих моделей, отражающая существенные, необходимые закономерности действительности. Научные знания существуют в специальных формах – научных понятиях, идеях, гипотезах, теориях. Важнейшими функциями научного знания являются объяснение и предсказание (научный прогноз).
При рассмотрении технологии научных исследований необходимо понимать, что важное значение имеют три элемента – материально техническая часть (приборы и оборудование), методы (методики, программы, алгоритмы) и организация трудового процесса (точнее организация использования техники и методов иследования и взаимодействия ученых между собой и обществом). Если принять, что наука – двигатель технического прогресса, то оказывается, что значительная часть мощности этого двигателя расходуется на поддержание самого себя в рабочем состоянии, в частности на разработку новых и улучшение имеющихся методов иследования и создание научных приборов и т.д. Причем эту долю уменьшить нельзя и она постоянно растет. Ежегодно в научный оборот вводится около тысячи новых методов. Именно в изобретении и изготовлении научных инструментов и методов состоит технологический прогресс (стр. 177, СГКМ 1989). Методология - это методика проведения физических и химических экспериментов так, чтобы остальным научным сообществом результаты считались достоверными, и они могли быть подтверждены другими учеными. К сожалению, не все осознают роль методов в науке. Сейчас назрела необходимость в написании руководства по системному анализу, специально адаптированному к проблемам создания, распространения, переноса и внедрения исследовательских методов.
Специализация науки определяется не только на основе разделения исследуемых объектов, но и на основе используемых методов исследования. Как правило, один метод обслуживает несколько научных направлений. В то же время каждое направление обслуживается несколькими методами. В результате создается взаимнопересекаюшаяся матрица из научных методов и научных направлений. При этом для исследователей, работаюших в рамках одной школы, характерно то, что они владеют определенным целостным комплексом методов, за которыми стоит определенный свод теоретических представлений. Находяшимся вне школы ученым трудно включиться в ее иследовательскую программу, освоить тайны метода, пока они не воспримут связанную с ним концепцию (которые часто не имеют четкого внешнего выражения, а распространяются по действуюшим внутри школы системам коммуникаций).
Получение знаний - это достаточно сложная технология. Что же движет развитием науки, что является ее мотором? Этот вопрос дебатировался множество раз. Чтобы ответить на этот вопрос, надо снова обратиться к последовательности научного анализа и посмотреть на технологию научных исследований. Для того, чтобы получить новое знание, нужно сначала пройти этап описания, классификации, выделения существующих феноменов и договориться о том, что мы признаем то, что мы выделили, существенным (Кордонский С. 2005). Одним из главнейших элементов научного исследования является метод исследования. Внедрение в лаборатории нового научного метода можно рассматривать как аналог технологического нововведения на предприятии. Однако открытие и освоение принципиально нового метода исследования в физике, химии или другой науке часто не может быть учтено и выражено в экономических категориях.
Научные нетоды классифицируются по степени общности:
– частнонаучные методы, применяемые в той или иной отрасли науки, соответствующие основной форме движения материи (например, методы механики, физики, химии и т.д.);
– общенаучные методы, выступающие в качестве своеобразной промежуточной методологии между философией и фундаментальными теоретико-методологическими положениями специальных наук (например, структурный, вероятностный, системный и др.);
– философские – универсальные методы, наиболее древними из которых являются диалектика и метафизика. Последние, как мы показали выше представляют в основном исторический интерес и практической пользы не несут.
По уровням научного исследования можно классифицировать:
1) методы эмпирического исследования, например, наблюдение, сравнение, измерение, описание, научный эксперимент;
2) методы, используемые на эмпирическом и более на теоретическом уровнях исследования, такие как: абстрагирование, анализ и синтез, индукция и дедукция, моделирование, использование приборов;
3) методы сугубо теоретического исследования: восхождение от абстрактного к конкретному, идеализация, формализация. Последние также имеют лишь исторический интерес и мало полезны в практике.
Цель научных методов – минимизировать субъективизм ученых в их неверных интерпретациях. Это достигается через правила организации наблюдений и экспериментов и использованием критики опытных научных экспертов перед публикациями, а также многократной проверкой моделей независимыми исследователями и независимыми методами.
РОЛЬ МЕТОДА В НАУКЕ
Трудно переоценить роль, которую играет метод в получении новых научных результатов. Как говорит мой брат, метод –диктатор науки. Наибольший выигрыш получает тот, кто раньше других освоил, а лучше разработал новый метод, с отставанием нарастает проигрыш. Ученые, которые раньше других осваивают новый метод, некоторое время получают более ценные результаты. Если новый метод осваивают новички, то их цитируемость еше сильнее повышается, даже, чем у маститых ученых. Преимушества в использовании нового метода в 4 года дает преимушество в цитировании в 2–3 раза. Это преимущество еще болше среди новичков. Тем, кто первым применяет новый метод, дают чаше Нобелевские премии (стр. 154, СГКМ 1989). Например, Нобелевская премия Муру и Стейну за установление структуры рибонуклеазы основана на изобретении ими метода ионообменной хроматографии аминокислот. М. Кэльвин получил Нобелевскую премию в 1961 году за изучение химизма фотосинтеза. Он сделал новый метод, соединив хроматографию и изотопный анализ. В науке сушествует положительная обратная связь. Вырываясь вперед, ученый получает больше возможности для достижения крупны результатов, т.к. ему легче объединить создаваемые другими учеными блоки знания в целостную систему, представляюшую собой научное открытие. Многие исследователи, в совершенстве освоив метод, начинают иследовать этим методов все возможные проблемы. Например, ГФП и Липинкотт–Швартц, уже ушла из Гольджи. Это усиливает коллективный характер исследований. Лучше коллаборировать со специалистом, чем тратить год на освоение метода. Успех американской науки связан во много и с тем, что там организовано бюрократическое давление на исследователе с целью стимулировать использование новых методов. Этот момет вшит в систему оценки подаваемых грантов.
Потом метод становится обязательным. После улучшения метода результаты, полученные с помощью старой модификации метода, как правило, уже научным сообществом не рассматриваются как достоверные. Примером может служить разработка и внедрения электронно–микроскопической томографии.
Отставание в освоении нового метода есть отставание в овладении новой технологии. Не подключаясь вовремя к новому методическому каркасу быстро развиваюшейся области знаний в мировой науке, ученый резко затрудняет себе и освоение нового концептуального аппарата (Кара–Мурза С.Г. 1989.).
Кризис парадигмы в методической области начинает ошушаться в тот момент, когда актуальные исследовательские задачи не могут быть решены старыми методами в силу недостаточной разрешаюшей способности, точности и слишком высокой себестоимости.
НОВЫЙ МЕТОД ОБЕСПЕЧИВАЕТ БОЛЬШЕЕ ЦИТИРОВАНИЕ
Как открытие дает престиж в исследовательскои области, так и разработка метода награждается очень высоким уровнем цитирования в методоческой области. Поскольку метод занимает центральное положение в науке, создание метода дает престиж в виде очень высокого уровня цитирования. Но это справедливо только в отношении наиболее важных методов. Многие методы остаются незамеченными из за их сложности или сверхуникальности. Науковедческие исследования показывают, что наиболее высокоцитируемые статьи это методические статьи. Статья Лоури (рекордсмен цитирования) описывает модификацию известного ранее реактива для анализа белка. Основополагаюшая статья 1960 г. об определении инсулина с помошью РИА получила за 1961–1975 гг 1100 ссылок, а статья 1963 года с описанием модификации этой методики за тот же период получила 2240 ссылок. Столь высокий уровень цитирования статей, посвяшенных модификации, усовершенствованию методов, показывает высокую полезность этой деятельности, но в то же сремя говорит об ограниченности индекса цитирования как инструмента анализа оценки научного вклада.
Междисциплинарная научная ссылка чаше всего связана с переносом исследовательского метода из одной области в другую. Новый метод поглошается дисциплиной, адаптируется к ее специфическим потребностям и включается в устойчивый дисциплинарный методический комплекс. Широкоизвестные методические статьи быстро перестают цитироваться, они становятся каконом. После того как ссылка исчезает из библиографии, она становится канонической. Бестактно ссылаться на работу Уотсона и Крика. Формируя связи между областями, методы играют роль одного из компонентов цемента, связываюшего науку в единое целое. Методические статьи относятся к числу центральных документов научного кластера. При этом достаточно стереться именам авторов некоторых методологических статей, как на карте коцитирования исчезают связи между областями, изменяется все ее структура.
А что случается, если исследователь делает сложный метод и не успевает получить результаты сам. Оплата научным сообшеством усилий ученых, создавших метод прежде того времени, когда ученые смогут его воспринять, как правило невелика. Эти исследователи не успевают получить научные результаты сами и мало цитируемы. Те же которые делают метод во время получают огромный престиж в виде высокого цитирования. Те кто разработал гель–фильтрацию (Порат и П.Флодин) 1959 год получили невиданный индекс цитирования, а потом стали каноном.
Но этот процес не однофакторный. Если ты создал метод и сам его везде активно внедряешь, то число ссылок на тебя будет больше, чем на соперника. Пример изобретателей аффинной хроматографии шведа Аксена (он не распространял метод, хотя и опубликовал метод в Природе) и американца Куатрекасаса (он распространял, хотя и опубликовал в PNAS. Кроме того статья американца была и более подробной) показал, что индекс цитирования последнего в 8 раз больше.
КТО СОЗДАЕТ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ
Сушествует миф, что приборы разрабатываются специализированными компаниями. На самом деле это не так. Основные научные методы и приборы создаются в организациях, ведуших научные исследования (стр. 135, СГКМ 1989). Сам процесс научного исследования приоретает все большую прикладную ценность имеет. Научное оборудование может использоваться в промышленности для контроля и изготовления товаров. СЭМ используется для изготовления новых чипов. Газожидкостная хроматография – стандартный метод анализа пестицидов. Радиоиммунный метод в медицине. Таблетки мочевины с изотопом углерода для выявлерния Helicobacter pilory.
В большинстве случаев научные методы создаются и улучшаются в лабораториях, ведуших фундаментальные исследования. Причина в том, что в условиях прикладных исследований и разработок коллективы более жестко ориентированы на цели данной программы и данной организации. Мотивом создания является нарастаюший методологический кризис. Особенно четко это проявляется в процессе внедрения новой парадигмы, когда обнаруживается, что старый методический арсенал не может проверить новую парадигму. Между тем, создание нового метода сопряжено с неопределенностью и риском, вполне возможно, что расчитываемый потом рывок в производительности не покроет затрат на создание метода. Кроме того перенос технологии требует времени. Вторым условием для создания метода является рыхлость планирования, когда допускается довольно длительное отвлечение усилий на побочную работу, прямо не связанную с поставленной предметной целью. Это может допускаться только при проведении фундаментальных исследований
Так. Я. фон Хиппель изучил историю создания и совершенствования четырех сенейств научных приборов: газожидкостная хроматография, ЯМР–спектрография, УФ–спектрография, электронная микроскопия. Все технические нововведения он разделил на 3 категории: основные (то есть создание первого прибора), крупные и мелкие. Всего описано 111 нововведений: 4 основных, 44 крупных и 63 мелких. Все основные и 81 крупных и мелких сделаны учеными – потребителями, а не в лабораториях приборостроительных фирм. Анализ портфеля исследовательских проектов 9 отделений крупных фирм, производяших аналитические приборы, показал, что 36% проектов не попадают в категорию нововведение, ибо представляют собой точную имитацию пробора уже выпускаемого фирмой конкурентом, 46% небольшие нововведения, и только остальные 18% нововведения. (Возможность выпускать то, что производит фирма–конкурент связана с тем, что приборостроительные фирмы стараются не тратить деньги на патентование своих изобретений из за быстрого старения научного оборудования.) Из всех проектов, являюшимися нововведениями, 50% представляют собой работы по развитию изобретений, сделанных учеными–потребителями.
КАК СОЗДАЮТСЯ МЕТОДЫ?
Приборы не только создаются, но и улучшаются в основном непосредственно в исследовательской работе учеными, используюшими эти методы в своей работе, а не профессиональными приборостроителями, работаюшими в отраслевых организациях. Именно потребитель создает условия и поошряет распространение своего изобретения публикуя информацию и его поелзность и давая консультации, достаточные для того, чтобы воспроизвести его другими потребителями и производяшими приборы фирмами.
Разработка нового метода многих усилий. Ученые–разработчики новых методов исследования, выносяшие на научный рынок свой товар, получают за него вознаграждение в виде престижа (Кара–Мурза С.Г. 1989.).
Можно выделить три основных мотива создания метода.
1. Ориентация на обшенаучные интересы
2. Страсть к техническому творчеству
3. Потребность решить свою задачу при отсуствии необходимого метода.
Создать целостный метод знания значит:
1. Разработать его концептуальную основу
2. Найти эффективные и воспроизводимые процедуры и технические средства для их широкого использования
3. Необходимо показать эффективность метода в решении крупных и актуальных научных задач.
Любой метод неразрывно связан с комплексом теоретических представлений. Чтобы пользоваться методом надо обладать некоторым объемом теоретических знаний.
Успех лидера при создании метода зависит от взаимодействия с социумом, от использования коллективного знания. Невидимое знание множества коллег стоит за каждым методическим открытием и изобретением.
Суть нового метода – возникновение принципиально новой методической концепции – это сердцевина. Обшность метода и обшность теории есть большое достояние. Однако им не исчерпыватеся нововведение. Оно реализуется как правило лишь в результате большого числа дополнительных частичных усовершенствований. В обшей сумме нововведений, сделавших возможным создание полупроводниковой электроники, вес изобретения самого треанзистора оценивается в 10%. Создатель концепции стремится придать ей как можно более обший характер. Улучшение и адаптации метода этого не требуют. Оригинальный метод создается индивидуальным ученым или малой группой коллег (в социуме), усовершенствование и адаптация метода происходит в географически и организационно разделенных коллективах целым сообшеством коллег. Очень важен специалист, умеюший работать на приборе. Нужно также знание задач исследование.
Потребление фруктозы для борьбы с диабетом сдерживалось тем, что не было метода преврашения глюкозы в фруктозу . Это преврашение легко осушествляет фермент изомераза, если его иммобилизовать в промышленном реакторе. Оказалось, что внедрение сдерживалось из за отсутствия в отраслевых лабораториях пишевой промышленности ячеек фундаментальных исследований. Не было человека, который бы знал, сразу 3 веши. 1. Важность промышленной изомеризации глюкозы. 2. О глюкоизомеразах. 3. О работах по иммобилизации ферментов.
Возникновение метода будит посвяшенную важному предмету, но латентно дремавшую научную область, развитие которой сдерживалось методическими трудностями. Исключительная познавательная мошность многих новых научных методов определяется их способностью представить изучаемые явление в виде наглядных образов. Иногда увеличение быстродействия метода делает его из малоиспользуемого рутинным. Применение компьютера позволило вычитать спектры чистого вешества.
Когда метод готов к публикации? Когда он становится простым в исполнении. По вечерам в лаборатории Д. Весснера работают 1–2 школьника, интересуюшихся научными исследованиями, когда у школьника легко получается метод, то метод готов для публикации.
Сам метод вначале становится предметом исследований, что затем позволяет его продвинуть для использования в науке. Могут быть сочетания методов. Сравнение комплексных приборов. Пример, химия, биохимия, биология.
ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ МЕТОДОВ
Некоторые рассматривают перенос нового метода как диффузию нововведений. На самом деле это самопроизвольный процес, которому среда оказывает пасивное сопротивление. Аналогия диффузии нововведений активный перенос вешеств через биологические мембраны.
1. Сопротивление среды не пассивное, а активное и структурированное
2. Перенос нововведения требует значительных затрат энергии.
3. Важную роль в распространении нововведения играют специальные агенты–переносчики, те люди, выполкняюшие в этом процессе весьма специфическую функцию.
Всякий работник в той или иной мере индентифицирует себя с определенной технологией, особенно это заметно у тех, кто создал данную технологию или достиг особого мастерства в ее использовании. Такие люди часто становятся стражами данной технологии ибо ее замена лишает их некоторой (иногда сушественной) доли престижа. Поэтому внедрение новой методики часто наталкивается на сопротивление людей, которые в прошлом зарекомендовали себя именно как новаторы в этой области.
Научная среда сопротивляется и методам и идеям, т.к. они забирают престиж у лидеров. Сопротивление открытию Цвета было обусловлено теорией парадигмы. Новые результаты и концепции покушаются на статус авторитетов. Поэтому цвет был дискредитирован. Об этом подробно пишет СГКМ на странице 131 1989).
Распространение методов есть частный случай научного нововведения. Большинство методов, которыми пользуются исследователи, переносится из других мест. Перенос прибора из осной научной области в другую часто происходит с изменением фунций. При переносе прибора идет обычно автоматизация прибора. Метод гораздо легче преодолевает познавательные барьеры между исследовательскими областями и дисциплинами, чем теоретическая концепция и перенос метода – наиболее вероятный инициатор междисциплинарного сближения.
Для переноса технологии необходим поборник нововведений (innovation champion). Это особые люди. Поборники нововведений определяют блеск научных организаций. Для отраслевых институтов привратниками информации являются ячейки фундаментальных исследований. (стр. 172, СГКМ 1989).
Долгосрочные интересы развития науки требуют, чтобы исследователи, стремяшиеся к освоению новых методов исследования пользовались поддержкой руководства и обеспечивались ресурсами, даже, если на данном этапе эти методы кажутся экстравагантными и не очень нужными. При планировании науки нужно добиваться, чтобы создание новых приборов финансировалось. Сейчас в науке идет специализация и уже есть ряд научных лабораторий, которые создают приборы (Стефан Хелл) в ходе научного исследования.
Метод может быть открыт или разработан преждевременно. Так называемый капиллярный анализ, разработанный с середины XIX века Ф. Гоппельсредером. В техническом отношении это был прообраз хроматографии на бумаге. Но сам автор, хотя и обобшил свои изыскания в подробной монографии, не раскрыл его возможности. Позднее капиллярный анализ помог Э. Шталю в создании тонкослойной хроматографии. Если сообшество не готово, то оно не осваивает метод, примером может служить разработанная в нашей лаборатории метод коррелативной свето–электронной микроскопии.
ОПИСАНИЕ МЕТОДОВ
Поскольку наука основана на постоянной перекрестной проверке результатов, в науке есть норма – подробно описывать все использованные в работе методы и приборы, Тем не менее, описание методов в современной науке не может быть очень детальным, не хватает страниц статьи. Оно строится на отсылке к совокупности некоторых обшеизвестных явлений, в данном случае обшеизвестных научных операций или к статье, где метод детально описан. Раньше, например, немецкие химики скрупулезно описывали ход синтеза. Поскольку в нынешних статьях идет все большее сокрашение описания методов, то растет роль научных контактов. Надо ездить на методические конференции для поиска новых методов. И постоянно читать методические научные южурналы, стараясь внедрять новые методы.
КАК ПРОИСХОДИТ ПЕРЕНОС МЕТОДА?
Достаточно редко это просто попытка воспроизвести метод, исходя из опубликованного описания. Здесь исследователя ждет множество сложностей, так как в статьях публикуются лишь канвы методов, а все трюки остаются за кадром. Другим способом освоения является освоение путем посешения практических курсов.
На Западе распространены регулярные курсы, на которых самые выдаюшиеся ученые преподают методические аспекты. Курсы очень полезны для знакомства с методом, но на них метод освоить невозможно. После курса требуется начать работу, а потом, после того, как исследователь набил себе шишек, нужно поехать в другую лабораторию для разговора с кем–нибудь, который очень хорошо методом владеет. Вообше поездки в другие лаборатории очень важны. Очень часто бывает полезным пригласить на неделю молодого ученого для показа метода.
Причина сопротивления нововведениям – процесс внедрения дорогой и он ведет к падению престижа других. Наука должна создавать механизм, помогаюший компенсировать сопротивление внедрению новых методов.
СОЗДАНИЕ ДОРОГОСТОЯШИХ ПРИБОРОВ
Ни одна лаборатория не может себе позволить роскошь производить новые приборы исключительно для себя – очень велика себестоимость. Производство партии приборов менее 80 экземпляров обходится в 10–30 раз дороже, чем при массовом производстве. Именно крупносерийное производство научных приборов позволило американским компаниям получить высокую рентабельность и завоевать ведушие позиции в мире (СГКМ 1989).
В США 50–е годы были периодом быстрого роста приборостроительных фирм. Приборы становились все более дорогими. Установка дорогого прибора в одной лаборатории затрудняла его использование другими коллективами, сами же они зачастую не могли его полностью загрузить. например, автоматический анализатор элементного состава соединений, основанный на жидкостной хроматографии должен быть включен все время и бывали случаи, когда институты, приобретя такой прибор, выключали его и возврашались к старым методам. Вхолостую крутить его было дорого, а загрузить его химики одного института не могли.
В этот период начали создавать сервис лаборатории внутри университетов США. Некоторые приборы обслуживали целые отрасли телескпы и ускорители. В СССР начали создавать ЦНИЛы. Некоторые методы с самого начала стали организовывать в виде центров коллективного пользования, например, позитронная томография. В США было организовано 7 регионарных центров. Потом стали создавать крупные приборы с высоким разрешением и малогабаритные для повседневной работы. Например электронные микроскопы были разделены на эти два класса. Самые современные и дорогие и те, которые используются для рутинных исследований. Для науки при сравнении техники, приборной базы и организации ее пользования важнее первое. Организация использования носит вторичный характер.
КАК ОРГАНИЗУЕЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОРОГОСТОЯШЕГО ПРИБОРА?
Ценность нововведений реализуется лишь во взаимодействии с уже сушествуюшей более или менее крупной методической базой. Слишком производительный прибор может быть слишком велик для одного института. Интенсифицировать использованиуе оборудования можно путем покупки часов, что и было сделано в США в 1974–1975 годах, когда правительство резко уменьшило ассигнования на покупку оборудования для науки. Создание приборных центров с жестким их пресингом со стороны планируюших агенств позволяет существенно улучшить использование прибора. Используется оценка коеффициента использования имеюшихся приборов.
Одним из способов доступа к приборам является покупка рабочего времени. Приведу собственный пример работы по типу выездных электронных микроскопистов. Да, было мало приборов, например, у нас в Иванове не было хороших сканируюших электронных микроскопов, но это не было главным, главным было найти хороший прибор в СССР и затем туда ездить на сеансы. Например, в советское время моя лаборатория электронной микроскопии в Ивановской медицинской академии широко арендовала сканируюший электронный микроскоп фирмы Хитачи в Ленинградском зоологическом институте (ЗИН).
При планировании науки очень важно знать, как рассчитывать износ оборудования. В науке главную роль играет не физический, а моральный износ. Моральный износ оборудования может быть определен в виде периода, в течение которого прибор теряет половину своей полезности.
Искусство работы с капризным оборудованием - об этом следует сказать особо. Российские ученые часто гордятся тем, что руские умельцы способны выжимать немыслимые резервы из устаревшего оборудования. Но если разобраться, хорошего в этом немного, поскольку сужаются дальнейшие перспективы.
Исследователи получают огромное преимушество от возможности получать новые знания раньше, чем другие ученые – читать иностранные научные журналы или взаимодействовать с иностранными учеными путем переписки или на конференциях. Эти знания увеличивают производительность труда в исследовательской лаборатории.
