Гипотеза научного исследования — это очень важная его составляющая, которая определяет весь дальнейший исследовательский процесс. Ведь в значительной степени традиционное научное исследование строится на поиске доказательств гипотезы либо обоснований того, что доказать ее невозможно. Поэтому гипотеза научного исследования очень часто является его отправной точкой и тем узким направлением, которым ученый далее и идет в рамках своего исследования. Что такое гипотеза научного исследования, какие они бывают, какова их роль в науке и как правильно их формулировать, подтверждать или опровергать, мы и расскажем в настоящей статье.
Понятие, виды и роль гипотезы в научных исследованиях
В тематических публикациях вам могут встретиться разные определения гипотезы научного исследования, иногда очень сложные, но суть в них все равно одна: гипотеза — это предположение. Если говорить о научном исследовании, то такое предположение обязательно требует доказательств, в отличие, например, от аксиом или постулатов. Собственно само научное исследование нередко целиком и полностью представляет собой поиск таких доказательств.
Поэтому выдвижение гипотезы научного исследования фактически означает старт исследовательского процесса и одновременно указывает на то, где состоится его финиш, поскольку научное исследование можно считать завершенным, если гипотеза подтверждена или опровергнута, либо доказано, что ни то, ни другое невозможно. Правда, последнее означает, что гипотеза сформулирована некорректно, но об этом чуть ниже. А вот все, что находится между стартом и финишем научного исследования, ученый может планировать по собственному усмотрению, лишь бы это помогло установить истину.
Например, выдвинута гипотеза о том, что некое вещество, выделенное из сока определенного растения, может быть использовано в качестве лекарства от одного из инфекционных заболеваний. Как это проверить? Один из способов: взять образцы тканей человека или животного, инфицированные интересующим нас видом бактерий, и как-то воздействовать на них этим веществом. А потом посмотреть, насколько значительно снизилась там популяция этих микробов.
Возможен и другой способ: изготовление на основе этого вещества экспериментального лекарственного препарата и его испытания на лабораторных животных либо на пациентах-добровольцах, заразившихся данной инфекцией. И тоже смотрим: какой процент инфицированных стал выздоравливать.
Как видно, в представленных примерах способы доказательства гипотезы очень разные — первый биохимический, тогда как второй клинический. Однако и тот, и другой вполне способны доказать или эффективность лекарства (или неэффективность), что собственно исследователю и нужно.
Сами же исследовательские гипотезы в зависимости от своего характера могут быть классифицированы по следующим основаниям:
- общие и частные — по широте охвата процессов, явлений и фактов;
- простые и сложные — по количеству переменных, связь либо ее отсутствие между которыми предстоит установить. В простых гипотезах две переменных: одна факторная и одна результативная, в сложных — более одной факторной переменной;
- теоретические и эмпирические — по основе для выдвижения гипотезы. Первые формулируются на основе интерпретации уже существующих концепций и подходов, а вторые выдвигаются на основе первичных данных опытов или экспериментов;
- нулевые и альтернативные — по новизне объяснений процессов, явлений и фактов. В нулевых гипотезах феномен объясняется впервые, а в альтернативных дается иное научное объяснение при наличии уже существующего;
- казуальные, прогностические и объяснительные — по основной цели выдвижения гипотезы. Первые предполагают наличие причинно-следственных связей между явлениями, вторые предсказывают развитие интересующих процессов в будущем, третьи дают научные интерпретации известным фактам.
Основные требования к гипотезам научных исследований
Для начала рассмотрим несколько примеров.
Допустим, мы выдвинули гипотезу, согласно которой звезды — это маленькие отверстия в твердом куполе неба, через которые какой-то шутник пускает свет разного спектрального состава.
Даже для человека, далекого от науки, понятно, что данная гипотеза совершенно ненаучна. Почему? Очевидно, что она противоречит известным научным фактам (звезды — это гигантские плазменные шары, с происходящими внутри термоядерными реакциями и т.п.).
Другой пример гипотезы: на третьей планете от звезды Эарендель (WHL0137-LS) существует белковая жизнь.
На первый взгляд здесь все в порядке и это вполне себе формулировка гипотезы научного исследования. Проблема, однако, в том, что проверить ее истинность или ложность современными научными методами невозможно, так как указанная звезда находится настолько далеко от Земли (порядка 13 млрд световых лет), что нет способов пока даже доказать, есть ли у нее планеты вообще. И появятся такие способы у человечества очень не скоро.
Еще гипотеза научно-исследовательской работы: сокращение объемов медицинской помощи приводит к росту заболеваемости среди населения.
Что здесь не так? Данная гипотеза сформулирована крайне неконкретно. О каких объемах идет речь? Какой именно помощи? Как измеряется заболеваемость? У каких групп населения? И так далее. Другое дело, если гипотеза НИР будет звучать примерно так: сокращение на 5% объемов выделяемых бюджетных средств на профилактику сезонных ОРВИ влечет за собой повышение заболеваемости ими среди групп риска (дети, пенсионеры и т.п.) на территории региона на 15%. Это предположение, в отличие от предыдущего, уже вполне конкретно.
И еще один пример исследовательской гипотезы: цвет пламени в костре в начале горения на 80% определяется качеством используемой для розжига бумаги.
Вроде чушь какая-то на первый взгляд, но сформулировано вполне научно. А тогда что здесь не так? Ответ очень простой: соответствующее исследование, будь оно проведено даже по всем правилам, не нацелено на решение какой-либо актуальной научной или практической проблемы. Даже если мы установим, что гипотеза истинна, какую научную теорию мы этим дополним или какую хозяйственную задачу решим?
Значит, делаем вывод о том, что гипотеза научно-исследовательской работы должна быть:
- основанной на уже существующих научных знаниях, даже если она их пытается в какой-то мере опровергнуть;
- проверяемой эмпирически, то есть посредством наблюдений, опытов, экспериментов и проч.;
- определенной, четкой и конкретной, не допускающей двусмысленностей и неоднозначных толкований;
- направленной на решение какой-либо актуальной научной, технической, хозяйственной или социальной проблемы.
Стадии разработки исследовательской гипотезы
Теперь перейдем непосредственно к формулированию гипотезы научного исследования, ее обоснованию и проверке. Собственно это и есть стадии разработки гипотезы НИР. Причем поиск, выдвижение и обоснование рабочей гипотезы научного исследования можно считать единым этапом такой разработки, а вот проверка представляет собой уже отдельную процедуру.
Выдвижение (формулирование) и обоснование гипотезы научного исследования
Сразу рассмотрим типичный пример научной гипотезы: повышенное содержание углекислого газа в атмосфере приводит к увеличению скорости фотосинтеза, если его первичным продуктом является 3-фосфоглицериновая кислота. Подобная гипотеза вполне могла бы быть сформулирована в рамках научного исследования по специальностям «1.4.9. Биоорганическая химия» или «1.5.4. Биохимия», если бы этот факт уже не был давно известен.
В других научных отраслях гипотезы в исследованиях очень похожи по семантической конструкции самой формулировки, ее сложности, узости специализации и конкретности утверждения.
Обратите внимание, что это не просто биохимия. Это биохимия растений, причем не любых растений, а лишь тех, которые характеризуются фотосинтезом типа С3. Что нужно знать, чтобы сформулировать подобную гипотезу? Очевидно, что очень много. Необходимо прочитать просто массу научной литературы, где подробно описываются химические реакции в клетках зеленых растений под действием солнечного света. И эта литература появилась не просто так, а тоже в результате многочисленных научных исследований в данной области.
Вот именно поэтому настолько важен грамотный подбор источников информации для научного исследования и качественный литературный обзор в отчете о НИР или диссертации. Первое просто необходимо для того, чтобы суметь гипотезу хотя бы сформулировать, а вторым мы показываем, что в полной мере владеем научной информацией по теме исследования.
По сути теоретическая часть любой НИР — это подробное описание научной гипотезы исследования:
- на основании чего мы ее выдвинули;
- что конкретно хотим сказать ее формулировкой;
- почему это актуально для науки или хозяйственной практики;
- как собираемся доказывать нашу гипотезу, какими методами и т.д.
В этом собственно и состоит обоснование рабочей гипотезы научного исследования: мы должны показать ее актуальность, связь с предыдущими исследованиями, принципиальную возможность проверки, теоретическую или прикладную значимость и т.п.
Проверка гипотезы научного исследования
Если формирование исследовательских гипотез происходит в самом начале НИР, а то и задолго до его проведения, то их проверка — это по сути и есть само исследование, либо его завершающая стадия. Некоторые научные гипотезы существуют десятки или даже иногда сотни лет и они еще ждут «свои» исследования — те, которые наконец-то смогут их подтвердить или опровергнуть.
Именно для проверки гипотезы научного исследования мы и собираем все данные в ходе опытов, экспериментов, тестов и пр. Данные эти не должны добываться хаотично и как попало, а делать это следует строго в соответствии с заранее составленным планом, который так же, как и гипотеза, формулируется еще до начала исследования.
Допустим, мы решили проверить гипотезу относительно эффективности нового лекарственного препарата. Для этого у нас имеются лабораторные животные, из числа которых мы создаем экспериментальную и контрольную группы.
Животные первой группы подвергаются воздействию нового лекарства, тогда как во второй оно не применяется, либо используется некий традиционный препарат. При этом и та, и другая группа являются носителями той инфекции, которую мы и стремимся победить. Теперь представим, что численность обеих групп у нас по 10 особей. И вот в экспериментальной группе выздоровело 6 особей, а в контрольной — всего 4.
Вопрос: мы доказали эффективность препарата или нет? Ответ: нет. Почему? Потому что такие различия на модели столь малых подвыборок вполне могут оказаться случайными. Мы не будем сейчас вдаваться в подробности математической статистики и теории вероятностей, но даже интуитивно понятно, что указанное соотношение 6 и 4 статистически слишком недостоверно. Другое дело, если численность подгрупп у нас по 100 особей, а соотношение выздоровевших оказалось 60 на 40. Вот тут уже эффективность очевидна, однако она явно не 100%-я.
Но 100% мы рискуем не получить никогда (ведь всегда могут найтись те, на кого препарат не действует), а что тогда считать доказательством гипотезы вообще и эффективностью лекарства в частности? На этот счет ни в медицине, ни в биологии, ни в любой другой науке не существует единого мнения. Но в среднем считается хорошим результатом, если лекарство помогает в 95% случаев. При этом в 0,1–1% случаев допустимы нежелательные побочные эффекты или парадоксальные результаты.
Запомните эту цифру: вероятность того, что гипотеза истинна, должна быть 95% или выше. Тогда мы сможем утверждать, что она доказана, и это справедливо в подавляющем большинстве исследований в самых разных научных отраслях.
Впрочем, существуют и более высокие требования к истинности гипотезы. В ядерной физике иногда необходимо и 99,99%, но, правда, там есть возможность их получить ввиду гигантского числа интересующих событий — например, при столкновениях частиц в ускорителях, которых в экспериментах происходит миллиарды за доли секунды.
Аналогичным образом происходит проверка гипотезы и в социально-гуманитарных науках. Скажем, как доказать, что мужчины чаще голосуют за некоего кандидата на выборах, чем женщины? Да просто провести опрос на эту тему, а потом сравнить результаты в зависимости от пола. Если различия явные, то нам хватит и по 50 мужчин и женщин (правда, отобранных строго случайным образом). Например, у мужчин интересующий кандидат набрал 30 голосов «за», а у женщин — 10. Конечно, нужно смотреть еще доход, образование и иные характеристики респондентов, но мы здесь намеренно упрощаем картину.
А что, если мужчины 26 раз из 50-ти «проголосовали» у нас в опросе за этого кандидата, а женщины 24? Вот тут уже не понятно — слишком высока вероятность того, что это различие случайно. Тогда единственный выход — повышать объем подвыборок. Если мы опросим по 5000 мужчин и женщин, а поддержка «нашего» кандидата все равно составит примерно 2600 на 2400, то эти различия уже явно не случайные. Представляете, сколько потребуется исследований, чтобы доказать разницу в 0,0001%? Мало у кого хватит на это ресурсов.
Чтобы не попасть в подобную ситуацию, нередко проводят так называемое пилотажное исследование, то есть пробное, тренировочное, предварительное и т.п. По его итогам делается вывод о том, доказуема ли гипотеза в принципе этими методами. Если да, то проводится уже полноценное исследование, а если нет, то гипотеза переформулируется или предлагаются иные исследовательские методики. Бывает и так, что по итогам пилотажного исследования принимается решение о бесперспективности научного поиска в данном направлении.
Итак, гипотеза научного исследования — это обоснованное и принципиально доказуемое предположение. По сути все исследование строится именно вокруг гипотезы. Если вы затрудняетесь с постановкой гипотезы и проведением исследования для ее проверки, то можете обратиться за помощью к нам. Эксперты нашей компании выполнят на заказ любую НИР или ее часть по необходимым стандартам и в оговоренные сроки.