История и современное состояние научного знания убедительно показывают, что успешное решение теоретических и практических задач, стоящих перед обществом, должно опираться на определенную систему научных принципов и средств. Важную роль в их решении играют научные исследования, которые в каждой сфере профессиональной деятельности требуют развития и совершенствования. Это относится и к сфере строительства, которая должна постоянно развиваться с точки зрения методов проектирования, применения новых эффективных материалов и конструкций, технологических приемов, новых высокопроизводительных машин и механизмов и т. д. Создание таких новшеств связано с большой и сложной работой, выполнение которой требует специально подготовленных кадров, особого оборудования, больших материальных средств. Такая работа осуществляется научно-исследовательскими институтами, которые решают сложные инженерные задачи. Большое внимание решению практических и теоретических задач строительной отрасли народного хозяйства уделяется АО «НИЦ «Строительство», занимающимся исследованием подземных сооружений, железобетона и других строительных материалов, разработкой новых конструкций и технологий, проблемами организации и механизации строительства и т. д. Эта исследовательская работа связана с подготовкой и обучением профессиональных кадров, которые занимаются не только практической, но и научно-исследовательской деятельностью, применяя самые новейшие открытия и технологии, используемые в данной сфере. Подготовка и развитие таких кадров требуют решения целого ряда вопросов, в том числе развития компетенций, связанных с пониманием теоретических и методологических основ научно-исследовательской деятельности как особого вида профессиональной деятельности, имеющего свою специфику, логику и методологию.

Предпосылкой понимания научно-исследовательской деятельности является уяснение целого ряда теоретических и практических вопросов. К таким вопросам относится, прежде всего, понимание сущности и содержания науки как особого феномена, влияющего на жизнь общества.

По своему содержанию наука представляет ту сферу человеческой деятельности, которая направлена на выработку и систематизацию знаний о различных сферах развития общества и человека. Основой этой деятельности является сбор фактов, их постоянное обновление и систематизация, критический анализ и синтез новых знаний или обобщений, которые не только описывают наблюдаемые природные или общественные явления, но и позволяют построить причинно-следственные связи с целью их развития и прогнозирования.

Непосредственными целями науки является описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет ее изучения, на основе открываемых ею же законов, т. е. наука является теоретическим отражением действительности.

В современных условиях ни один серьезный вопрос или проблему нельзя эффективно решить, не опираясь на науку. При этом на пути решения научных задач стоят как технические, так и психологические трудности. Это связано с тем, что человеку за период своего жизненного цикла приходится три или даже четыре раза переучиваться, овладевать новыми знаниями, концепциями, методами, осваивать принципиально новые технические средства исследовательской деятельности, особенно в быстроразвивающихся областях научного знания.

С этой точки зрения науку можно также рассматривать как непрерывно развивающуюся систему знаний об объективных законах природы, общества и мышления, получаемую в результате специальной деятельности и превращающуюся в непосредственную производительную силу. Характерной особенностью науки является то, что ее развитие происходило и происходит стремительными темпами. Доказательством этого является двойное увеличение научных знаний в мире каждые 10–15 лет и то, что именно наука явилась главным локомотивом научно-технических открытий, приведших к появлению ТИМ-технологий, искусственного интеллекта, электронной формы человеческих знаний и др. [1, с. 28–29].

При этом надо также иметь в виду, что процесс развития науки в различных отраслях знания не является однолинейно позитивным и связан с отрицанием старых и появлением новых знаний. В результате отдельные знания, которые в определенный момент считались истинными, с появлением новых знаний перестают быть таковыми. Поэтому в оценке истинности или обоснованности тех или иных научных знаний важно учитывать, что в процессе их развития, наряду с наличием общепризнанных, содержатся также проблемные, вероятностные и неуточненные знания. То есть научные знания в тот или иной исторический период времени нельзя считать абсолютно истинными, поэтому важно признавать их относительность, допустимость возможных изменений и необходимость периодической ревизии.

Развитие научных знаний связано с научно-исследовательской деятельностью, которая подчинена определенным требованиям. Эти требования обусловлены природой этой деятельности, а именно тем, что она имеет творческий характер, направлена на получение новых знаний о природе, обществе, человеке и ориентирована на их использование для поиска и актуализации новых способов их применения. Эта деятельность связана также с обоснованием научного поиска, проведением исследований и экспериментов в целях расширения имеющихся и получения новых знаний, а также проверкой научных гипотез, выявлением закономерностей, проявляющихся в различных сферах профессиональной деятельности.

С точки зрения содержания научно-исследовательская деятельность представляет собой целенаправленное познание, результаты которого выступают в виде системы понятий, законов и категорий.

К основным характеристикам научно-исследовательской деятельности относятся: систематичность, включая упорядоченность самого процесса исследования и его результатов; доказательность и последовательность обоснования сделанных обобщений и выводов; целенаправленность как умножение знаний о том или ином объекте и предмете [2, с. 61–66].

Решение научно-исследовательских задач имеет свою логику. Важную роль в этом процессе играет понимание соотношения таких понятий, как проблематика и проблема исследования. При этом в каждой сфере профессиональной деятельности их характеристики имеют свои особенности. Так, в сфере строительства любая проблема, подлежащая решению не только теоретически, но и практически, всегда связана с комплексом других проблем. Эта совокупность проблем и называется проблематикой. Необходимость определения проблематики вытекает из того, что система практической деятельности включает в себя множество подсистем и входит в другие, более общие и сложные системы – надсистемы, а решение поставленной проблемы требует учета последствий для всех из них [3, с. 260]. Например, строительство здания имеет свою проблематику, без осмысления и принятия которой само по себе строительство невозможно. К ней, прежде всего, относится наличие проектной документации, что связано с особым видом практической деятельности как предпосылкой решения широкого спектра технических и организационных проблем, в том числе связанных с созданием подсистем, которые должны отвечать различным градостроительным условиям. Это связано также с наличием разрешительной документации, получение которой обусловлено еще одним видом практической деятельности. Это также необходимость решения целого ряда финансовых, земельно-правовых, социальных, экологических и ряда других проблем. Поэтому с учетом проблематики как совокупности многих сопредельных в научно-исследовательской деятельности проблем важно конкретизировать научную проблему и задачи, которые необходимо решать исследователю [4, с. 19–24].

В связи с этим отметим, что по своему содержанию научную проблему условно можно определить как «знание о незнании». С гносеологической точки зрения определенная и конкретизированная исследователем проблема требует специфической формы организации исследовательской деятельности, объектом которой является не непосредственная предметная реальность, а состояние научного знания о ней [5, с. 42–143]. Научная проблема формулируется с помощью лексико-синтаксических конструкций, фиксирующих знание о том, что в науке пока нет окончательного осмысления поставленной проблемы. Поэтому для ее четкой формулировки необходимой предпосылкой является обобщающий анализ научных работ той области знания, к которой относится данная проблема. Далее в логике научного исследования важным представляется определение объекта и предмета исследования. При этом важно обратить внимание на то, что объект исследования непосредственно связан и детерминируется специальностью исследователя. Например, конструктивная система здания может быть объектом исследования конструктора, элементы фасадного декора этого же здания – задача, решаемая искусствоведом, а объемно-планировочная структура исследуется архитектором, это же здание как элемент композиционно-пространственной системы города – задача, решаемая градостроителем. В связи с этим важной составляющей научно-исследовательской деятельности является формулировка темы и задач исследования. На первый взгляд кажется, что тема должна формулироваться в самом начале исследования. Однако в реальности в ряде случаев тема может уточняться после определения объекта и предмета исследования. Методологическим правилом при этом можно считать следующее: в теме исследования должен быть обязательно определен предмет исследования, но в формулировке темы должен быть обозначен также и объект исследования. Объект шире предмета исследования. С этой точки зрения сформулированная проблема исследования снимает вопрос о том, какая именно часть должна быть объектом, а какая – предметом научного исследования [4, с. 19–21].

Обратим внимание на то, что предмет исследования является составной частью объекта, определенным аспектом его анализа, одной или несколькими его сторонами. Это может быть точка зрения, с которой исследователь, познавая целостный объект, выделяет наиболее существенные свойства, признаки, отношения, характеризующие объект. При этом важно понимать, что предмет исследования, так же как и объект, детерминируется научной специальностью. В связи с этим, определяя предмет, исследователь должен соотносить его с областью исследований, зафиксированной в паспорте научных специальностей [6, с. 41].

С учетом объекта и предмета определяется цель исследования. Цель – это то, что необходимо решить в результате исследования. Решение поставленной проблемы является логически верной формулировкой цели исследования.

Исходя из цели определяются и формулируются задачи научного исследования. Важно также уяснить, каковы критерии оценки достоверности результатов научно-исследовательской деятельности, которые выработаны многолетним опытом. Они распространяются на любые отрасли научного знания. К таким критериям относятся: предметность, полнота, непротиворечивость, интерпретируемость, проверяемость [4].

Предметность является одним из главных критериев достоверности теоретических построений исследования и означает, что вся совокупность понятий и утверждений относится к одной и той же предметной области. Достаточно простой способ выдержать предметность – отслеживать, чтобы заявленный в начале исследования предмет составлял суть содержания исследовательской работы, а результаты должны раскрывать ее.

Полнота как критерий достоверности результатов исследования связана с тем, что они описывают все явления и процессы в данной предметной области в обозначенных границах исследования.

Непротиворечивость результатов исследования означает, что все выявленные в результате исследования факторы, особенности, закономерности, принципы, модели, условия формирования и развития предмета по отношению друг к другу не должны быть логически противоречивыми.

Особое внимание важно обратить на то, что любая научно-исследовательская деятельность связана с применением тех или иных методов. Существует целая отрасль познания, которая намеренно занимается исследованием методов, которую принято называть методологией. Методология дословно означает «учение о методах», происходит этот термин от двух греческих слов: «методос» – метод и «логос» – учение.

В общем плане методологию можно определить как учение о структуре и логике организации, методах и средствах научно-исследовательской деятельности. В прикладном смысле методология – это система принципов и подходов исследовательской деятельности, на которые опирается исследователь в ходе получения и разработки знаний в рамках конкретного научного направления. Составной частью методологии является философия науки как совокупность теоретических проблем науки и их истолкование.

В связи с этим отметим, что философия по отношению к науке выполняет методологическую функцию познания и мировоззренческой интерпретации результатов научно-исследовательской деятельности.

Заметим при этом, что различные философские направления по-разному относятся к науке и принятым ею способам построения знания. Некоторые настроены к науке скептически, а иногда даже враждебно, другие пытаются растворить философию в науке, игнорируя тем самым мировоззренческие функции философии. Однако знаменитые ученые всех времен, определившие главные направления развития науки, не только имели выдающиеся научные достижения, но и существенным образом повлияли на мировоззрение и стиль мышления своего времени.

Овладеть существующей методологией необходимо потому, что далеко не каждый исследователь может создать собственную, оригинальную методологию научного исследования, а использует уже сформировавшиеся и утвердившиеся методологические принципы и подходы.

К основным концептам и понятиям методологии относятся:

Поскольку познание – это творческая деятельность человека, направленная на получение достоверных знаний, поэтому в выборе методов исследования содержится единство объективного и субъективного компонентов.

Объективность метода познания всегда детерминирована содержанием предмета. Поэтому метод нельзя рассматривать как некий механический набор предписаний, «список правил», на основе которых можно будто бы решить любые вопросы, возникающие в познании. Обоснование методов исследования – серьезная исследовательская задача. При этом надо учитывать субъективные факторы, обусловленные тем, что процесс познания связан с конкретным исследователем, индивидом, субъектом, который этот метод творчески применяет. Поэтому любой самый важный метод – это лишь один из многих факторов творческой деятельности человека. Последняя не ограничивается только сферой познания и не сводится лишь к логике и методу. Она включает в себя и такие субъективные характеристики исследователя, как силу и гибкость ума, его критичность, глубину воображения, развитость фантазии, способность к интуиции и т. д.

Методы научного познания принято разграничивать по степени их идентичности, т. е. по широте применяемости в процессе научного исследования. Классификация общенаучных методов связана с понятием уровней научного познания. При этом различают два уровня познания: эмпирический и теоретический [3]. Одни общенаучные методы применяются только на эмпирическом уровне (наблюдение, эксперимент, измерение), другие – только на теоретическом (идеализация, формализация), а некоторые (например, моделирование) – как на эмпирическом, так и на теоретическом уровнях.

Эмпирический уровень научного познания связан с прямым исследованием объективно существующих, чувственно воспринимаемых объектов. Теоретический уровень характеризуется преобладанием рационального компонента познания.

К методам научного исследования относятся: способ сбора, обработки или анализа данных, получаемых в ходе изучения объекта и исследуемого предмета. Поэтому методом является не только действие по упорядочиванию интересующей исследователя информации, но и операция по использованию этой информации в решении конкретных практических задач. Классификация методов научного исследования предполагает, как минимум, четыре основания, которые связаны с областью их применения. Так, в соответствии с классификацией они могут делиться на физические, химические, логико-математические, социальные и др.

Проблема обоснования методов достижения поставленной цели является одной из важнейших задач научного исследования, поскольку именно методы обосновывают программу построения и практического применения различных методологических подходов и методических средств. При этом подчеркнем, что правильно выбранные методы исследования позволяют гораздо быстрее и успешнее решать поставленные научно-исследовательские задачи [6, с. 74–88].

Для примера рассмотрим методы, которые находят применение на эмпирическом уровне научного познания: наблюдение и эксперимент. Так, наблюдение можно определить как подчиненное задачам научного исследования преднамеренное и целенаправленное восприятие явлений и процессов без прямого вмешательства в их течение. Наблюдение в современной науке может быть связано также с обширным применением приборов, которые, во-первых, способствуют усилению органов чувств, а во-вторых, нивелируют элемент субъективизма с оценки наблюдаемых явлений. Важное место в процессе наблюдения занимает операция измерения, которое предполагает определение отношения одной измеряемой величины к другой, принятой за эталон. Различают простое и соучаствующее, то есть включенное наблюдение. Наряду с этим в некоторых сферах профессиональной деятельности используется и метод интроспекции, то есть самонаблюдения.

Следующий важный метод – эксперимент, который в отличие от наблюдения предполагает исследование в контролируемых и управляемых условиях. Как правило, эксперимент проводится на основе определенной теории или гипотезы, связанной с поставленной задачей и требующей интерпретации результатов ее решения. Положительный момент в использовании этого метода заключается в том, что он дает возможность исследовать явление, образно говоря, в «чистом виде», учитывать различия условий протекания исследуемого явления или процесса, а также неоднократной проверки полученных результатов [6, с. 88–95].

В научно-исследовательской деятельности различают несколько видов эксперимента.

Наблюдение и эксперимент являются источником научно подтвержденных фактов, под которыми понимаются особого рода выводы, фиксирующие эмпирические данные. Эти данные являются фундаментом науки, так как выступают подтверждением или отрицанием научных выводов.

К методам обработки и систематизации знаний эмпирического уровня относятся анализ и синтез. Анализ предполагает мысленное или реальное расчленение предмета или явления на признаки, свойства, отношения и т. д. Так, например, в строительстве того или иного сооружения проводится предпроектный анализ, который предполагает расчленение процесса исследования проектного задания на ряд этапов, являющихся самостоятельными по целям и результатам работы. Этот прием в проектировании называется расширением смыслового поля. В итоге углубленного последовательного и детального анализа различных аспектов исследования появляются различные варианты качественно новых осмысленных подходов и выработанных установок. Ярким примером данного метода в решении задач, например связанных с сопротивлением материалов в строительной механике, в теории упругости и пластичности или в строительных конструкциях, является представление реального здания или сооружения в виде расчетной схемы, а также метода сечений. Анализу может быть подвергнут отечественный и зарубежный опыт проектирования, строительства и эксплуатации любых конкретных типов зданий, сооружений и их комплексов [5, с. 158–159].

Процедурой, противоположной анализу, является синтез – соединение выделенных в ходе анализа сторон предмета в единое целое. Примером этого метода в строительной механике является переход от исследования напряженно-деформированного состояния отдельного стержня в сопротивлении материалов к стержневой системе: раме, ферме, арке и их комбинациям [7, с. 44–46].

В настоящее время в научных исследованиях широко используется творческий потенциал цифровых медиа. Так, наряду с производственными достижениями, например в автомобильной и судостроительной промышленности, появились новые возможности их использования в решении задач, связанных с разработкой ландшафтных дизайнов. Новые компьютерные технологии создают новые возможности проектирования сложных форм, которые трудно спроектировать и построить с помощью традиционных строительных технологий. Это в свою очередь влияет на поиск и разработку новых типов конструкций. Стало очевидным, что для реализации цифровых свободных поверхностей необходимо техническое владение материалом, так как новые геометрические решения часто открывают путь к исследованию различных материалов.

Эксперименты могут быть натуральными и модельными. Натуральный эксперимент изучает объекты в их естественном состоянии. Модельный модернизует объекты и позволяет изучить более широкий диапазон изменения объекта. Эксперимент обычно ставят на заключительных стадиях исследования. Он является критерием истинности теорий и гипотез, а во многих случаях и источником новых теоретических представлений.

Оптимизация процесса экспериментального исследования и управление научным поиском осуществляются на основе математической теории эксперимента, что способствует экономии времени и сокращению материальных затрат.

Подводя итог, можно сказать, что реализация научно-исследовательской деятельности предполагает адекватное представление основных этапов исследовательской работы и рациональный выбор средств и методов ее выполнения, основанный на понимании их статуса в системе науки. Это могут быть философские, общенаучные или частнонаучные методы, а также методы, соответствующие определенному уровню познания, включая его теоретический и эмпирический уровни, а также с учетом релевантности их применения на определенных этапах исследования.