Концепции современного естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пробный (не доработанный, на быструю руку) лекционный материал по «Концепции современного естествознания» для студентов ИрГУПС.

ТЕМА 1. Введение в КСЕ

Дисциплина «Концепции современного естествознания» предназначена для студентов, обучающихся по гуманитарным направлениям.

В соответствии с квалификационными требованиями экономисты, менеджеры и юристы должны иметь целостное представление о процессах и явлениях, происходящих в неживой и живой природе, знать возможности современных научных методов познания.

Разберем слова, которые составляют название предмета.

Концепции - результаты научных исследований: эмпирические обобщения, гипотезы, модели, законы, теории.

Естествознание - совокупность наук о природе, которые изучают мир как он есть. Гуманитарные науки (история, искусствознании, филология) изучают духовные продукты человеческой деятельности. Технические науки изучают материальную культуру.

Современные - не только самые свежие научные данные (наука быстро прогрессирует), но и знания, ставшие достоянием человечества в разное время его истории.

Специалист в профессиональной деятельности, да и в личной жизни встречается с большими и маленькими проблемами. Попадает в проблемные ситуации. Их решение связано с правильной формулировкой проблемы, поиском путей решения проблемы, выбора оптимального и проверки «правильного» решения. Метод проб и ошибок полезен. Нужно познать, что забивая гвоздь можно попасть по пальчику, а иголка может уколоть пальчик. В зрелом возрасте, как говорят, «Лучше учиться на чужих ошибках». А еще лучше учиться на опыте наивысших достижений. Изучить методы и опыт решения проблем, которые ставить жизнь, профессиональная деятельность и природа перед человеком и обществом.

Естественно-научная и гуманитарная культура или культура в целом включает в себя нормы и ценности, знания и умения, язык и искусство, технику и технологию и т.д. (созданных человеком в ходе его деятельности).

Естествознание изучает мир как он существует независимо от человека. Технические науки - материальные продукты человеческой деятельности. Гуманитарные науки изучают духовные продукты человеческой деятельности. Отдельно от этих циклов выделяют математику. Математика порождена естественными и техническими науками, «обслуживает» их, но и имеет свою внутреннюю логику развития.

Овладеть всеми знаниями одному конкретному человеку невозможно. Это не дано и компьютеру, подключенному к интернету. Существуют know-how (ноу-хау), коммерческая тайна, государственная тайна и другие причины.

Любой специалист взаимодействует со смежниками. Чтобы разные специалисты понимали друг друга нужен определенный минимум знаний во всех областях.

Для решения своих задач специалисту также нужно иметь целостное представление о процессах и явлениях, происходящих в неживой и живой природе, знать возможности современных научных методов познания.

Дисциплина «Концепции современного естествознания» предназначена дать будущим специалистам по гуманитарным направлениям такие знания. А также подготовить их к самостоятельному углублению знаний в процессе профессиональной деятельности.

Составляющие ПОДГОТОВКИ специалиста:

Общая - повышение научной эрудиции;

- овладение общей культурой;

- знакомство с системной методологией.

Специальная - овладение теорией, умениями и навыками по специальности.

Конкретная - изучение предметной области;

- изучение конкретной ситуации в предметной области;

- подготовка к деятельности в предметной области в конкретной ситуации.

Психологическая - знакомство с теорией (теорией общения, Карнеги Д.);

- изучение когнитивной психологии.

Когнитивная психология (англ. Cognition - знание, познание) изучает механизмы, при помощи которых человек познает мир (восприятие, внимание, память, мышление, воображение.).

На КСЕ возложены следующие составляющие подготовки специалиста: повышение эрудиции, овладение системной методологией, развитие творческого потенциала, формирование этических норм профессиональной деятельности.

Этапы профессионального пути (по Д. Сьюперу)

1. Этап роста, до 14 лет. Делается выбор профессии руководствуясь, главным образом, своими склонностями и интересами.

2. Этап исследования (от 15 до 24 лет). Определяются в своих потребностях, способностях, ценностях и возможностях. Выбирают возможные варианты профессиональной карьеры.

3. Этап упрочнения карьеры (от 25 до 44 лет). Занимают прочное положение в выбранной деятельности. В первые годы могут менять место работы и специализацию. Адаптируются к нормам коллектива, в который попадает, входит во многие тонкости работы. Во второй половине тенденция к сохранению выбранного рода занятий. Наиболее творческие годы. Возможны кризисы в профессиональной деятельности в 30 лет и в 40-44 года.

4. Этап сохранения достигнутого (от 45 до 65 лет). Стремление сохранить за собой положение на производстве, которое достигнуто. Годы мудрости. «Из мудрости вытекают три способности: выносить прекрасные решения, безошибочно говорить и делать, что следует.» Демокрит (460-370 до н.э.) древнегреческий философ.

5. Этап спада (после 65 лет). Физические и умственные силы убывают.

Мудрость не всегда приходит с годами. Иногда годы приходят одни.

Том Уилсон, американский журналист.

Сфинкс (Сфинга, греч.- крылатое чудище с львиным туловищем и головой женщины. Образ сфинкса проник в Грецию из Древнего Египта через Малую Азию). По древнегреческой мифологии эта крылатая полуженщина-полульвица обитала на скале близ древнего греческого города Фивы и стерегла дорогу в этот город. Она задавала путникам неразрешимую загадку и не получив ответа пожирала их. Эди?п разгадал загадку Сфинкса «Кто утром ходит на четырех ногах, в полден на двух, вечером на трёх». Его ответ: «Человек - в детстве, зрелости и старости». Сфинкс бросилась со скалы, дорога стала свободной. О непростой судьбе Эдипа рекомендуется прочитать в Мифологическом словаре.

Основные виды профессиональной деятельности, например, экономиста: учетно-аналитическая; контрольно-ревизионная; аудиторская; консалтинговая; организационно-управленческая. Экономист может адаптироваться к смежной профессиональной деятельности: финансовой и кредитной; экспертно-консультационной; налогообложению; оценке собственности; внешнеэкономической; научно-педагогической (по профилю специальности).

Аналогично можно привести виды профессиональной деятельности для менеджеров и юристов. И им лучше встречаться в дружеской атмосфере, например, как коллеги по фирме или как выпускники одного учебного заведения.

Для профессиональной деятельности специалисту необходимо системное мышление и умение творчески решать стоящие перед ним проблемы.

Типы профессий и предъявляемые требования

По требованиям, предъявляемых к работнику, различают:

· Профессии, где каждый здоровый человек может достичь общественно приемлемой эффективности деятельности;

· Профессии, в которых далеко не каждый человек может добиться нужной эффективности;

· Профессии, которые требуют достижения высших степеней мастерства и абсолютной профессиональной пригодности. Например, музыкант должен иметь абсолютный музыкальный слух и виртуозно владеть музыкальным инструментом.

Типы профессий и требования к способностям и качествам человека:

Человек - Природа (работа вне коллектива, в трудных погодных условиях);

Человек - Техника (хорошая координация движений, точное зрительное и слуховое восприятие);

Человек - Знаковая система (переработка информации);

Человек - Художественный образ (художник, композитор, модельер, ювелир);

Человек - Человек (учитель, врач, продавец, юрист, менеджер, экономист).

Специалисты менеджер, экономист и юрист относятся к профессиям типа человек - человек и человек - знаковая система.

Психологические требования к специалистам таких профессий:

· Человек - Человек: умение легко вступать в контакт с незнакомыми людьми; доброжелательность, отзывчивость, выдержка; умение сдерживать эмоции; способность анализировать поведение окружающих и свое собственное; понимать намерения и настроение других людей; способность разбираться во взаимоотношениях людей, умение улаживать разногласия между ними; умение слушать, учитывать мнение другого человека; умение убеждать людей.

· Человек - Знаковая система: хорошая оперативная и механическая память; способность к длительной концентрации внимания на знаковом материале, умение видеть то, что стоит за условными знаками; усидчивость; терпение; логическое мышление.

Потери информации при разговорном общении

По аналогии с техническими системами имеем «передатчик», «линию связи» и «приемник с памятью». На все компоненты могут воздействовать «помехи». Рассмотрим типичную ситуацию. В процентах (%) выразим объем информации.

Задумано (в форме наглядных образов) ----------------------------------100%

Приобрело словесную форму --------------------------------------------90%

Высказано --------------------------------------------80%

Выслушано --------------------------------------------70%

Понято -------------------------------------------60%

Запомнили -------------------------------------------24%

(Мицич П.П. Как проводить деловые беседы. - М.: Экономика, 1987.)

Для делового общения наиболее благоприятная дистанция от 1,2 до 3 м. Минимальное комфортное расстояние 0,7 - 0,8 метра. Длительность одного сеанса 1,5 - 2 часа и лучше в первой половине дня (с 10 до 12 ч). Взаимное утомление от общения наступает обычно через 20 - 25 минут, необходимы паузы 5-10 минут.

Человек лучше всего воспринимает предложения глубиной (или длиной) 7± 2 слова. (Число 7±2 получило название число Ингве - Миллера. Ингве - американский лингвист, Миллер - психолог).

Лекция. Рекомендации как слушать

Студент - приемник информации. На него воздействуют эмоции обусловленные аудиторией, остаточные эмоции от того, что было до лекции, эмоции от того, что ждет его после лекции. Каналы приема информации - слух и зрение. Кратковременная память, связанная с долговременной. Отдельно для слуха и отдельно для зрения. Постоянная память - конспект лекции. Используя микрофон можно записать и звуки. Человек в такой ситуации действует как многопроцессорный компьютер. Он не отвлекается на то, как управляется рука и пишет символы. Следует отметить, что приоритет многопроцессорного управления у природы. Здесь просматривается пример системного подхода. Но задача пока скромная. Сформулировать рекомендации как слушать лекцию. Это компьютер запоминает символьную информацию или графическую. Студенту надо запомнить не картинки и слова, а смысл который в них заложен.

Лекция - самый старый способ передачи знаний. Самый быстрый и эффективный способ изучения предметной области.

Рекомендации как слушать лекцию (доклад), конспектировать и усваивать новые знания:

- устраните мешающие факторы, устройтесь удобнее, поменьше двигайтесь;

- учитесь отдыхать во время слушания (например, когда приводятся цифры, которые легко найти);

- слушайте одновременно и лектора, и самого себя (собственные мысли, эмоции. Даже отрицательные эмоции способствуют запоминанию.);

- слушайте и одновременно записывайте, но сокращенно, используя свои условные значки;

- расшифруйте записи лекции в тот же день;

- не перебивайте вопросами, не спорте во время слушания.

Вопросы - не только средство общения, но и способ передачи мысли, позиции. Важен и стиль вопроса (понятность, лаконичность, терминология) и уместность вопроса (этика, вежливость).

Один из видов вопросов - «Мысли в слух» - просят не просто прокомментировать свои действия и решения, но и объяснить, как это решение было найдено, воспроизвести всю цепочку рассуждений.

Далее предлагается на основе личного опыта, самоанализа и других источников продолжить рекомендации.

Вопросы для самоконтроля по Теме 1

1. Что изучается в КСЕ ?

Процессы и явления, происходящие в неживой и живой природе. Современные методы познания.

2. Какие составляющие подготовки специалиста возложены на КСЕ ?

Повышение эрудиции, овладение системной методологией, развитие творческого потенциала, формирование этических норм профессиональной деятельности.

3. Перечислите этапы профессионального пути.

4. Какие требования к Вам предъявляет будущая профессия?

5. Назовите причины потери информации при разговорном общении.

6. Что Вам помогает лучше понять и запомнить материал лекции?

Словарь терминов по Теме 1

Когнитивная психология (англ. Cognition -знание, познание) изучает механизмы, при помощи которых человек познает мир (восприятие, внимание, память, мышление, воображение . . .).

Адаптация - процесс взаимодействия личности с социальной средой; включает усвоение норм и ценностей среды, а также изменение среды в соответствии с новыми условиями и целями деятельности.

Культура - включает в себя нормы и ценности, знания и умения, язык и искусство, технику и технологию и т.д. (созданных человеком в ходе его деятельности).

Плагиат (от лат plagio - похищение) - умышленное присвоение авторства на чужое произведение литературы, науки, искусства, изобретение, полезную модель или промышленный образец.

Наука - сфера человеческой деятельности, накопление и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности. Включает деятельность по получению нового знания из известного. Цель науки - описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности на основе открываемых законов. Науки условно делятся на естественные, общественные, гуманитарные и технические. Зародилась в Древнем мире, начала складываться в 16-17 вв. Объем научной деятельности с 17 века удваивается примерно каждые 10-15 лет (рост открытий, научной информации - публикаций, числа научных работников). В области компьютерных технологий знания устаревают в течение трех лет.

ТЕМА 2. Творчество и гении

Творчество и гениальность

Изучение окружающей нас действительности понимается как изучение того, что создано природой и что создано человеком. Процессы познания и создания нового связаны с творчеством и гениальностью.

Делать легко то, что для других трудно, - это талант; делать то, что для таланта невозможно, - это гений. Анри Фредерик Амиель 1821-1881, швейцарский писатель.

Почти никогда не делалось ничего великого в мире без участия гения. Мари Франсуа Аруэ Вольтер 1694-1778, французский писатель, философ-просветитель, историк, действительный иностранный почетный член Петербургской АН.

Творчество - деятельность, порождающая качественно новое и отличающееся неповторимостью, оригинальностью и общественно-исторической уникальностью.

Гениальность - наивысшая степень проявления творческих сил человека.

Гении обладают врожденной одаренностью и способностью создавать качественно новые творения, открывать ранее неизвестные пути.

Процесс создания нового и совокупность свойств личности, которые обеспечивают этот процесс, изучает психология. От античности идет понимание гениальности как иррационального вдохновения, «озарения» свыше (Платон). Бессознательное и сознательное, интуитивное и рассудочное в процессе творчества дополняют друг друга.

Новые идеи предполагаю выход за рамки сложившихся и уже ставших привычными теорий и связанных с ними методов, критическое отношение к традиции.

Гений - человек, чьи творческие достижения признаны обществом уникальными. Человечество редко распознает гениев среди современников.

Немецкий физик Макс Планк (1858-1947, создатель квантовой теории, лауреат Нобелевской премии по физике 1918) утверждал: «Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу».

В психологии установлено, что быстро и успешно решающие интеллектуальные задачи, большую часть времени тратят на понимание ее. Быстро приступающие к поиску решения, чаще не могут его найти. Величковский Б.М. Когнитивная психология.-М.:Наука,1987

Компоненты решения проблемы

Решение любой проблемы состоит из трех компонент:

1. исходное состояние (постановка задачи);

2. способ преобразования (способ решения);

3. конечный результат.

В зависимости от того, какие из этих компонент определены (+) или не определены (-) познавательные задачи сводятся к восьми типам:

Тип задачи	Компонент задачи
	1	2	3
1	+	+	+
2	-	+	+
3	+	-	+
4	-	-	+
5	+	+	-
6	-	+	-
7	+	-	-
8	-	-	-

Первый тип задач не является творческим. Он необходим при обучении. Типовая задача, известны физические законы или теоремы для решения, в конце сборника задач ответы. Этот этап обучения необходим для получения умения и навыков. Но он и вреден. При этом создаются стереотипы, а они становятся тормозом для творчества. Более полезны задания, требующие решения различными способами.

На задаче третьего типа можно наглядно продемонстрировать вредность стереотипов. Задача: Имеется шесть спичек. Сложить из них четыре равносторонних треугольника. Решение находится легко, если отказаться от стереотипа - итсоксолп в учадазьтишер ясьтатып.

Задачи 2 ч 7 типов могут решаться и логически и интуитивно, с использованием эвристических приемов.

Наивысших творческих способностей требуют задачи восьмого типа. Изначально проблема формулируется как в сказке: «Пойди туда, не знаю куда, принеси то, не знаю что». Задача не полностью определена, иногда неточно указана и часто не имеет общего решения. Необходимо осознание факторов, ограничивающих достижения цели.

Первый и часто основной этап - формулировка задачи. О возникновении творческой ситуации и в науке, и в искусстве, и в жизни человек осознает по появлению отрицательных эмоций. Появляется актуальная для него проблема. Кажущаяся посильной задача вдруг не находит быстрого решения. Приходится расширять круг поиска, перерабатывать новую информацию. Происходит перебор возможных рациональных вариантов решения. В процессе этого перебора интуитивно отбираются факты и знания, которые могут оказаться полезными для решения проблемы. Происходит их анализ и выявление противоречий. По мере расширения поиска увеличивается число неадекватных решений, количество актуализированных знаний и образов. Из-за малой одномоментной информационной емкости сознания (сознание может контролировать ограниченное число действий человека) отдельные стороны решаемой проблемы вытесняются в бессознательное и активизируют его. Нарастают отрицательные эмоции. Накапливается опыт многоуровневого мышления, взаимодействия сознательного и бессознательного (правого и левого полушария). Формулировка проблемы становится более четкой. Определяются способы проверки правильности решения проблемы. Происходит активизация бессознательного мышления. Но чаше желаемого результата нет. Мешают стереотипы, не позволяющие получить новое. Происходит отказ от поиска решения и переключение на решение других задач.

Озарение (insight - инсайт) происходит в моменты, когда сознание меньше всего занято решением проблемы и не контролируется (отдых, сон, пробуждение, засыпание). Подготовленное, тренированное «логическое» полушарие мгновенно распознает появившееся в «образном» полушарии правильное решение.

Исчезают отрицательные эмоции и появляются мощные положительные. Они становятся сильным мотивом для будущей деятельности: проверки решения, поиска следствий и их экспериментальной проверки.

Далее перевод полученного решения в языковую форму и его формализацию (для научных и технических решений).

Дмитрию Ивановичу Менделееву (ученый-энциклопедист, педагог, член-корреспондент Петербургской АН с 1876) периодическая система химических элементов приснилась. Д.И. Менделеев предсказал существование и свойства нескольких элементов.

Этапы творческого процесса:

1. Осознание проблемы и формулировка задачи.

2. Созревание идеи в бессознательном.

3. Переход идеи из бессознательного в сознание (озарение).

4. Проверка истинности идеи (правильности решения), последующее развитие и формализация.

Творчество - сложный психический процесс взаимодействия полушарий головного мозга (сознательного и бессознательного мышления). Для получения высших достижений важны все этапы. Необходимость четвертого этапа связана еще с тем, что в его отсутствии бессознательное будет воспринимать проблему нерешенной и продолжать напряженную работу. В результате могут произойти нежелательные психологические изменения.

Чтобы предстоящий день был плодотворным, следует мысленно накануне (перед сном) подготовится к нему, дать задание бессознательному (запрограммируете себя на выполнение дел). Утром встанете с четкой программой действия и настроем на работу. Пропадет лень и дела будут выполнены быстро и в разумной последовательности. «Утро вечера мудренее».

Условия необходимые для творчества

Предпосылки творчества - полная внутренняя свобода мышления и свобода от стереотипов. Условия творческой деятельности - терпимость, корректное отношение к чужим отличающимся мнениям, готовность выслушивать противоположные мнения. Любая конструктивная критика содержит позитивные моменты.

Английский физик и историк наук Джон Десмонд Бернал (1901-1971, иностранный член АН СССР с 1958) утверждал: «Гораздо труднее увидеть проблему, чем найти ее решение. Для первого требуется воображение, а для второго только умение.»

Характеристика творческой личности:

высокий интеллект, сочетающийся со способностью к творческому мышлению;

умение экспериментировать;

эмоциональная незаинтересованность ни в чем, кроме истины;

гибкость, проявляющаяся в готовности изменить свое мнение;

коллективизм, готовность делиться знаниями и сотрудничать с коллегами.

В психологии установлено, что быстро и успешно решающие интеллектуальные задачи, большую часть времени тратят на понимание ее. Быстро приступающие к поиску решения, чаще не могут его найти. Величковский Б.М. Когнитивная психология.-М.:Наука,1987

Методы коллективного творчества

Основное достоинство - возможность использования знаний нескольких специалистов. Принципиальная новизна от наложения разных взглядов и позиций. Групповые методы активизируют мышление участников.

Круглый стол (термин заимствован из журналистики)

Принимают участие с равными правами несколько специалистов (от 3 до 7). Сначала участники высказываются в определенном порядке, затем переходят к свободной дискуссии по спорной гипотезе предметной области. Организационные вопросы: место, время, обстановка, кворум и т.д. Для уменьшения опасности получения одностороннего результата приглашаются представители разных направлений и разных поколений.

От ведущего требуется умение вставлять уместные реплики, чувство юмора, память на имена и отчества, способность гасить конфликтные ситуации.

В начале дискуссии ведущий убеждается, что все правильно понимают задачу (тему), устанавливает регламент. В ходе дискуссии следит, чтобы слишком эмоциональные и разговорчивые участники не подменили тему и критика позиций друг друга была обоснованной и корректной. Необходимо учитывать «эффект фасада» - участники говорят не то что они сказали бы в другой обстановке.

Мозговой штурм или мозговая атака, «брейншторминг»

Наиболее распространенный метод раскрепощения и активизации мышления. Критика мешает творческому мышлению. Поэтому основная идея штурма - отделение процесса генерирования идей от процесса анализа и оценок высказываний. Цель метода - активизация интуитивной и эмоциональной умственной деятельности в условиях группового творчества.

Участников до 10, длительность около 40 минут. Самый плодотворный момент при наступлении пика, когда идеи начинают фонтанировать, происходит непроизвольная (бессознательная) генерация идей.

Высказываются любые идеи в любой форме (шутливые, фантастические, ошибочные) на заданную тему. Любая критика запрещена. Идеи могут получить развитие у другого и привести к оригинальной, разумной идее.

Анализ (второй этап) проводят другие - эксперты, или сами участники. Отбираются наиболее оригинальные и перспективные. Результат - до 10% идей разумных, среди них бывают весьма оригинальные.

P.S. Если в одну комнату поместить 9 беременных женщин и создать самые благоприятные условия, ребенка через месяц не получите. Решение проблемы должно созреть.

«Цейтнот» - принятие решения при недостатке времени и информации.

Рекомендуется ознакомится с книгой Норберта Винера «Я вундеркинд», написанной в 1953.

Винер Норберт (1894-1964) - американский ученый. К 14 годам изучил высшую математику, в 18 лет стал доктором философии Гарвардского университета. В 38 лет профессор Массачусетского технологического института. Занимался математикой, логикой, теоретической физикой, теорией систем . . . Наиболее известен как автор книги «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине» (1948). Следует отметить его настойчивые высказывания о моральной ответственности ученых в использования достижений науки в военных целях.

Вопросы для самоконтроля по Теме 2

1. Дайте определения творчества и гениальности.

2. Назовите компоненты решения проблемы.

3. Перечислите этапы творческого процесса.

4. Назовите основные достоинства групповых методов коллективного творчества и их виды.

5. Какое главное условие для участников «мозгового штурма»?

6. Назовите этапы метода «мозговой штурм».

Словарь терминов по Теме 2

Творчество - деятельность, порождающая качественно новое и отличающееся неповторимостью, оригинальностью и общественно-исторической уникальностью.

Гениальность - наивысшая степень проявления творческих сил человека.

Гений - человек, чьи творческие достижения признаны обществом.

Рациональное - (лат rationalis - разумный), относящееся к разуму (рассудку) - установленное обоснованное им, проистекающее из него, доступное его пониманию.

Иррациональное - (лат irrationalis - неразумный), находящееся за пределами разума, нелогическое, противоречащее рациональному мышлению. С оттенком непознаваемости или противопоставлению чувственному познанию, восприятию.

Эвристика (греч heuriskц - отыскиваю, открываю) - 1. специальные методы, используемые в процессе открытия нового (эвристические методы). 2. Наука, изучающая продуктивное творческое мышление (эвристическую деятельность).

ТЕМА 3. Системный подход в познании

Возникновение и развитие теории автоматического управления и теории систем. Задача управления. Задачи теории систем. Системный подход в познании. Классификация систем по виду реализации. Этапы развития систем. Обобщенная структурная схема системы автоматического управления. Методы определения характеристик звеньев системы и системы в целом. Классификация систем по цели управления. Концепция коэволюции. Этапы создания или модернизации систем.

Возникновение и развитие теории автоматического управления и теории систем

Управление с применением обратной связи имеет длинную историю, которая вызвана желанием людей использовать силы природы в своих целях. Первые системы управления: системы регулирования хода часов, механизмы направления ветряных мельниц навстречу ветру. Развитие систем управления началось в период промышленной революции, с появлением машин, которые существенно увеличили способность превращать сырьё в изделия на благо обществу. Появление паровых машин, использующих большие (по тем временам) потоки энергии, привели к пониманию, что этой энергией нужно управлять, чтобы система работала благополучно и эффективно. Главным достижением того времени был центробежный регулятор Уатта, который регулировал скорость парового двигателя. Устройства по такому принципу работают и по сей день, например, с таким же назначением в дизельных двигателях. Работа регулятора Уатта основывается на том, что увеличение скорости вращения приводит к удалению грузиков от вращающегося вала. Рычажный механизм немного закрывает клапан подачи пара и скорость вращения возвращается к исходному значению. Устройство компенсировало непостоянство горения драв в топке. Однако, оказалось, что у более мощных паровых машин возникали автоколебания. Появление этой проблемы положило начало разработки теории систем. До середины прошлого века в основном решены проблемы анализа систем управления с одним входом и одним выходом. С середины прошлого века началась интенсивная разработка теории нелинейных систем, систем оптимального управления, адаптивного управления и интеллектуального управления.

Системы регулирования с обратной связью являются центральными в жизнедеятельности биологических систем, национальных экономик и даже в отношениях между людьми. Если внимательно осмотреться и подумать, управление с обратной связью в той или иной форме можно найти в каждом аспекте жизни.

Системы управления и системный подход требует объединения многих дисциплин, включая моделирование (чтобы учесть лежащие в процессе закономерности и соотношения), технологию датчиков (чтобы измерить состояние системы), исполнительные механизмы (чтобы выполнить корректирующие действия в системе), линии связи (чтобы передать данные), средства вычисления (чтобы выполнить сложную задачу преобразования измеренных данных в соответствующие действия исполнительного механизма).

Системный подход и управление предполагает два момента:

· Всестороннее понимание самого процесса (знание закономерностей конкретной предметной области);

· Знание фундаментальных концепций сигналов (информации), систем и обратных связей.

Системный подход и системы управления имеют чрезвычайно большой диапазон практического применения. В дальнейшем можно прогнозировать увеличивающуюся роль в условиях глобализации рынков и экологических проблем.

Задача управления

Управление связано с поиском технически, экологически и коммерчески осуществимых путей воздействия на систему, чтобы поддерживать желаемые значения ее выходных параметров при обеспечении желаемого уровня функционирования и устойчивости системы.

Задачи теории систем

Термины «общая теория систем», «системный анализ», «системный подход» связаны с потребностью теории и практики в переходе от познания отдельных сторон или свойств объектов и явлений к изучению их интегральных характеристик. Целостное представление о явлении или объекте дает представление его как системы. Теория систем изучает закономерности, принципы и методы, характеризующие структуру, функционирование и развитие целостных объектов реального мира.

Системный подход в познании - представление объекта познания системой элементов и дальнейшее рассмотрение их внутренних и внешних связей, обеспечивающих его целостность. Познание настоящего должно начинаться с изучения прошлого. Следует рассматривать процессы с учетом временных изменений, связь и с прошлым и с будущем.

Системы представляют собой обособленные сложноорганизованные объекты, состоящие из множества взаимосвязанных разнородных, разнокачественных элементов, которые образуют в своем единстве целостность. Признаки системы: ограниченность, автономность и целостность.

Классификация систем по виду реализации

Реальные, существующие в объективной действительности, живой и неживой природе, в обществе.

Концептуальные, или идеальные (модели), которые с различной степенью полноты, глубины, объективности и достоверности отражают реальные системы.

Искусственные, созданные человеком в соответствии с его потребностями и возможностями.

Смешанные, в которых органически соединены элементы первых трех (экологические системы, системы человек-техника).

Основные этапы развития систем: возникновение, становление, расцвет, стагнация и распад. Распад системы не означает гибель и исчезновение элементов системы. Элементы могут перейти в другую, качественно новую систему.

Обобщенная структурная схема системы автоматического управления

Структурную схему системы рассмотрим на примере систем автоматического управления (САУ), созданных человеком.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обобщенная структурная схема содержит:

Объект управления, имеющий регулируемый (контролируемый) параметр У(t). Автопилот управляет самолетом по курсу, тангажу и крену. Цена товара должна соответствовать не желаниям производителя, а цене за которую этот товар может приобрести потребитель.

На объект воздействуют внешние возмущения f(t). На самолет - нисходящие или восходящие потоки, боковой ветер и т.д. На производителя - конкуренты (проводят свою политику), поставщики сырья (проводят свою ценовую политику), потребители продукции (включая изменение их потребностей и возможностей) и даже изменения законодательной базы. Экономический кризис на всех его стадиях может привести к катастрофическим последствиям, если не предпринимать оперативные, эффективные меры и не иметь запас устойчивости.

X(t) - желаемое значение контролируемого параметра. В результате сравнения желаемого X(t) состояния с фактическим У(t) в сравнивающем устройстве определяется величина ошибки регулирования e(t)=X(t)-У(t). Регулятор реализует алгоритм управления, вычисляет управляющее воздействие r(t) для приведения системы к желаемому состоянию. (Исполнительный механизма входит состав объекта). Задача системы, чтобы величина У(t) соответствовала X(t) или ошибка e(t) стремилась к нулю.

Главная обратная связь (ГОС) - обратное воздействие результатов процесса на его протекание или управляемого процесса на управляющий орган. Различают положительную и отрицательную обратные связи. Отрицательная обратная связь стабилизирует протекание процессов. Положительная обратная связь приводит к ускоренному развитию процессов. В сложных системах обратную связь рассматривают как передачу информации о протекании процесса, на основании которой вырабатывается управляющее воздействие (управленческое решение).

Классификация систем по цели управления

Системы, уменьшающие влияние возмущающих воздействий:

Системы стабилизации, X(t)=const.

Системы программного управление, X(t) известная функция.

Следящие системы, X(t) неизвестна (могут быть определены максимальное и минимальное значение, максимальная скорость изменения).

Экстремальные системы, управление связано с поиском максимума или минимума У(t):

Максимальная производительность, скорость, безопасность и т.д.

Минимальная потребляемая энергия, минимум материальных затрат, минимум отходов . . .

Приспосабливающиеся системы, способные изменять свои свойства:

Самонастраивающиеся - способны изменять свои параметры;

Самоорганизующиеся - способны изменять структуру системы.

Типовые звенья

Процесс управления определяется динамическими свойствами системы, а они (свойства) зависят от динамических свойств ее элементов и от их связяй.

Реальные элементы, имеющие различную физическую основу (электрические, пневматические, гидравлические, . . .), имеющие различное конструктивное исполнение (или структурное оформление по различным нормативным документам), различные по функции заменяют типовыми звеньями, обладающими одинаковыми динамическими свойствами.

Для определения динамических свойств типового элементарного звена рассматривают переходный процесс изменения выходной величины, возникающий при единичном скачкообразном (ступенчатом) изменении входной величины.

Размещено на http://www.allbest.ru/

По реакции на ступенчатый входной сигнал (воздействие) различаю пять типов звеньев: пропорциональное (или безынерционное), апериодическое, интегрирующее, дифференцирующее и колебательное.

По статическим характеристикам (зависимость выходной величины в установившемся состоянии от входной) типовые звенья классифицируют на линейные и нелинейные. Среди нелинейных наиболее типичные: с зоной насыщения; с зоной нечувствительности (с запаздыванием); с зоной неоднозначности (петля гистерезиса).

Методы определения характеристик звеньев системы и системы в целом

Математическое описание на основе научных исследований и глубокого проникновения в сущность процессов объекта (математическое моделирование).

Пассивный эксперимент - регистрация входных и выходных параметров процесса в режиме нормальной работы объекта, без каких-либо преднамеренных воздействий.

Активный эксперимент - регистрация входных и выходных параметров процесса при воздействиях на объект по заранее спланированной программе.

Экспериментальное определение характеристик объекта, как правило, производится не для всего диапазона изменений входных и выходных параметров, а лишь для области, которая соответствует реальным рабочим или оптимальным условиям протекания процесса.

При пассивном способе экспериментатор вынужден ожидать естественного проявления интересующих его закономерностей, что значительно увеличивает продолжительность эксперимента. Полученные данные будут справедливы для наблюдавшегося диапазона изменений параметров. Способ пассивного наблюдения имеет экономические преимущества. Практически может быть единственно возможным, когда исследуется реальный промышленный объект с высокопроизводительным непрерывным производством дорогостоящего продукта. Этот способ обладает еще и тем преимуществом, что позволяет извлекать необходимую информацию из накопленной и текущей отчетности предприятия.

При обработке экспериментальных данных используется аппарат математической статистики. При этом выявляются параметры, оказывающие наибольшее влияние, так как учет одновременно всех параметров, поддающихся измерению, практически нецелесообразен.

Существенным является также то, что определенные экспериментально-статистическими методами зависимости выходных параметров от входных имеют простой вид и могут быть легко использованы для управления процессом. Экспериментально-статистические методы могут откорректировать теоретические представления о исследуемом процессе, которые часто имеют односторонний, субъективный характер.

Концепция коэволюции

В рамках системного подхода рассматриваются взаимообусловленные изменения элементов, составляющих целостную развивающуюся систему. Сначала в биологии, а затем и в других науках было использовано понятие коэволюция. Это сопряженная, взаимообусловленная эволюция элементов единой системы, объединяющая идеи системного и эволюционного подхода. Примером коэволюции служат взаимные изменения видов партнеров в системах «паразит-хозяин», «хищник-жертва». Результатом коэволюции может быть как сохранение устойчивости системы, так и ее совершенствование. В системе «паразит-хозяин» естественный отбор способствует выживанию менее опасных для хозяев паразитов и более устойчивых к паразитам хозяев. Постепенно «паразит» и «хозяин» становятся организмами, способствующими взаимному процветанию. Пример: в кишечнике термитов живут простейшие жгутиковые и выделяют фермент, без которого термиты не могут переваривать древесину (расщеплять ее до сахаров). Термиты делятся с паразитами питательными веществами.

В ходе эволюции и в развитии систем выявлена тенденция к уменьшению отрицательных взаимодействий за счет положительных, увеличивающих выживание взаимодействующих видов. Отрицательные и положительные отношения между популяциями в экосистемах уравновешивают друг друга и устанавливается стабильное состояние. Кооперация встречается в природе также часто, как и конкуренция. Объединяются организмы с сильно различающимися потребностями, а конкурируют организмы со сходными потребностями. В природе конкуренция ведет к эволюции, а не к уничтожению вида. Причем выявлена эволюция в интересах группы в целом, даже если она неблагоприятна для конкретных носителей новых признаков. В этой сложной и относительно новой области исследований науку ждет немало нужных открытий.

Сравнивая с системой «хозяин - паразит», человека называют паразитом, живущим за счет ресурсов биосферы и не заботящемся о благосостоянии своего хозяина. В природе паразитизм в процессе эволюции приходит к связям благоприятных для роста и выживания обеих популяций. Возможно, стремление к охране природы не столько результат дальновидности человека и осознания им экологических законов, сколько действие группового отбора, который заставляет познавать биосферу и использовать результаты науки для гармонизации отношений с природой.

Наилучший путь развития эволюционный, постепенный, без потрясений. Но не всегда это возможно. Пример - сложный путь грозовых молний. Согласно условию самоподдержания грозовой разряд «ищет» в атмосфере путь с наименьшим сопротивлением. В результате разряд изменяет направление своего движения от облака к Земле иногда на 180є. На плакате по электробезопасности символически изображена стрелка с двойным изгибом.

Этапы создания или модернизации систем

Анализ ограничений и принятие системы компромиссов.

Принятие решений совместимых с ограничениями и компромиссами.

Воплощение принятого решения.

Для принятия решения необходимо целостное представление: о объекте и процессе, которым нужно управлять; о цели управления; о возмущениях; о источниках информации (датчиках); о исполнительном механизме; о алгоритме управления.

Неустойчивость системы проявляется самоподдерживающимися (или возрастающими) колебаниями. Пример - свистящий звук, когда микрофон слишком близко приближается к акустической колонки.

Трудно переоценить возможности вычислительной техники и в системах управления и при системном подходе к изучению объектов. Вычислительная техника обеспечивает обработку информации и реализацию сложных алгоритмов управления. В компьютерных системах автоматизированного управления производством, например, реализованы функции: финансовое планирование и контроль над всеми стадиями производственного процесса с целью минимизации издержек; исследование состояние рынка и прогнозирование перспектив сбыта изделий.

Вопросы для самоконтроля по Теме 3

1. Какие задачи решает теория систем?

2. Назовите признаки системы.

3. Классификация систем по виду реализации.

4. Перечислите этапы развития систем.

5. Обобщенная структурная схема системы автоматического управления, назначение элементов.

7. Классификация систем по цели управления.

8. Почему введено понятие «типовое звено»? Назовите типовые звенья.

9. Методы определения характеристик звеньев системы и системы в целом

10. Сравните экспериментальные способы исследования процессов объектов (зависимости выходных параметров от входных) по возможностям и результатам.

Словарь терминов по Теме 3

Системный подход в познании - представление объекта познания системой элементов и дальнейшее рассмотрение их внутренних и внешних связей, обеспечивающих его целостность.

Системы представляют собой обособленные сложноорганизованные объекты, состоящие из множества взаимосвязанных разнородных, разнокачественных элементов, которые образуют в своем единстве целостность.

Коэволюция - сопряженная, взаимообусловленная эволюция элементов единой системы, объединяющая идеи системного и эволюционного подхода.

ТЕМА 4. Методология научного познания

Метод. Методология. Классификация методов по уровню исследований. Методы эмпирического уровня. Методы теоретического уровня. Классификация всеобщих методов и их применение. Этапы познания. Этика в науке.

Метод - совокупность действий, призванных помочь достижению желаемого результата.

Основатель эмпирической науки Фрэнсис Бэкон сравнил метод познания с циркулем. Способности людей различны, и для того чтобы всегда добиваться успеха, требуется инструмент, который уравнял бы шансы и давал возможность каждого получить нужный результат. Используя инструмент - циркуль каждый может начертить круг. Методы не антагонистичны. В зависимости от ситуации не только допускается, но и рекомендуется их комбинация.

Методология - совокупность используемых методов и учений о методах.

Каждая наука имеет свой особый предмет исследования и специфический подход. В методологии естественных наук обычно не учитывается индивидуальность предмета. Кирпич и бутерброд падают по одному и тому же закону всемирного тяготения. В истории наблюдают становление (предмета) государства в его индивидуальной полноте. Социальное познание может дать саморазрушающийся результат. Познание изменяет саму социальную реальность. (Н. Винер. «Знание законов биржи разрушает эти законы»).

Различия в методологии конкретных наук, а точнее особенности, есть. Но общего значительно больше. Рассмотрим общие методы, которые выработали науки за свою историю (а они прошли этапы зарождения, становления, интенсивного развития . . .) .

Классификация методов по уровню исследований

Знания имеют два уровня: эмпирический (наблюдение явлений); теоретический (законы, абстракции, обобщения).

Методы эмпирического уровня:

· Наблюдение - целенаправленное восприятие явлений объективной действительности (наблюдение за реальным процессом без вмешательства, наблюдение за имитацией процесса, наблюдение за реальным процессом с изменением условий);

· Описание - фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах;

· Измерение - количественная характеристика свойств объектов;

· Сравнение - сопоставление объектов по каким-либо сходным свойствам или сторонам;

· Эксперимент (активный) - исследование в специально создаваемых и контролируемых условиях, что позволяет восстановить ход явления при повторении условий. В пассивных экспериментах по тем или иным причинам нет возможности создавать или изменять условия.

Эмпирические знания часто не согласуются друг с другом, противоречивы и неполные. Вводятся ограничения, допущения, упрощения.

Экспериментальное доказательство, что у кузнечика уши на ногах. «Кузнечика посадили на ладонь и сказали: «Прыгай!». Он прыгнул. Затем кузнечику оторвали ноги и опять говорят: «Прыгай!». А он не прыгает - не слышит».

Методы теоретического уровня:

· Формализация - построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности;

· Аксиоматизация - построение теорий на основе аксиом (аксиома - утверждение, доказательство истинности которого не требуется).

Аксиомы возникают из опыта, и опыт проверяет истинность аксиом. Теоремы геометрии подтверждаются опытом, следовательно, подтверждаются и аксиомы. В геометрии Евклида («Начала» 3 век до н. э.) пять аксиом: Через каждые две точки можно провести прямую, и притом только одну. Через точку А, проходит только одна прямая, лежащая в одной плоскости с прямой ВС и не пересекающая ее. . . .

В геометрии Николая Ивановича Лобачевского (1826) лишь одна аксиома отличается от Евклидовой. Геометрия Евклида удовлетворяла человечество 2 тысячи лет и будет удовлетворят в случае относительно небольших расстояний и плоских поверхностей. Геометрия Лобачевского эффективна для кривых поверхностей: в геодезии, астрономии.

· Гипотетико-дедуктивный метод - создание системы дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических фактах.

Теория - стройная система обобщения научного знания, а также способ производства новых знаний, предсказаний.

Классификация всеобщих методов

Методы исследований классифицируют по сферам использования: применяемые во всех видах человеческой деятельности; применяемые во всех областях науки; применяемые в отдельных разделах науки. Классификация носит условный характер.

К всеобщим методам относятся:

· Анализ - расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки или свойства) с целью их всестороннего изучения;

· Синтез - соединение ранее выделенных частей предмета в единое целое;

· Абстрагирование - отвлечение от несущественных для данного исследования свойств и отношений изучаемого явления с одновременным выделением интересующих свойств и отношений;

· Обобщение - прием мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объектов;

· Индукция - метод исследования и способ рассуждения, в котором общий вывод строится на основе частных посылок (вывод требует доказательства);