3.1.1. Đại cơng về khái niệm khoa học
Mỗi một môn khoa học đều đợc xây dựng trên một hệ thống các khái niệm. Mỗi khái niệm đều có thể đứng độc lập nhng thờng đợc liên hệ, gắn kết với nhau dới dạng các nguyên lý, quy luật, định luật, định lý, công thức… Thí dụ trong vật lý có các khái niệm điện thế, cờng độ dòng điện, điện trở. Các khái niệm này liên hệ với nhau bằng định luật Ôm: Cờng độ dòng điện tỷ lệ thuận với điện thế và tỷ lệ nghịch với điện trở. Định luật này thể hiện bằng công
thức
R U
I = ( I: cờng độ, U: điện thế, R: điện trở).
Trong môn sức bền vật liệu có các khái niệm: ứng suất(σ), biến dạng tỷ đối (ε) và môdun đàn hồi (E). Các khái niệm này liên hệ với nhau theo định luật Húc, thể hiện bởi công thức σ = εE.
Mỗi khái niệm khoa học gồm có nội dung (nội hàm, ngoại diên), tên gọi và định nghĩa, đã đợc trình bày trong mục 1.2.
Thực chất của việc NCKH là tìm ra những khái niệm mới và các liên hệ mới giữa các khái niệm.
Xây dựng khái niệm là công việc đầu tiên của bất cứ nghiên cứu nào. Để xây dựng một khái niệm ngời nghiên cứu cần hiểu rõ, chỉ ra đợc bản chất của nó (nội hàm), tìm ra các hình thức tồn tại (ngoại diên). Việc đặt tên cho khái niệm mới cần tránh sự trùng lặp với những tên đã có, dễ gây nhầm lẫn cho ngời sử dụng, Mỗi khái niệm cần đợc định nghĩa rõ ràng, đợc hiểu theo một nghĩa duy nhất. Với những khái niệm đã có sẵn có thể tìm định nghĩa đầy đủ trong sách giáo khoa hoặc tài liệu chuyên ngành. Trong các từ điển, khi gặp các khái niệm quá sâu về chuyên môn thờng ngời ta chỉ định nghĩa ngắn gọn.
Để định nghĩa một khái niệm mới ngời nghiên cứu cần nắm đợc các quy tắc về định nghĩa. Những quy tắc này thờng đợc trình bày trong môn “Lôgic học”.
3.1.3. Thống nhất hóa các khái niệm
Khái niệm là ngôn ngữ đối thoại trong khoa học. Mỗi khái niệm phải là duy nhất, không đợc hiểu theo nhiều nghĩa. Vì vậy, trong NCKH (và cả trong mọi giao dịch khác) phải thống nhất cách hiểu một khái niệm.
Thí dụ: Khi nghiên cứu về loài “Tép” cần làm rõ đó là loài nào vì các vùng khác nhau của Việt Nam hiểu Tép là các loài khác nhau.
Một việc cần đề phòng là sự “đánh tráo khái niệm”, đó là việc lợi dụng những từ đồng âm để nguỵ biện hoặc để sáng tác truyện cời. Thí dụ: bánh
gai. Ngời ta có thể đánh tráo khái niệm “bánh” trong bánh để ăn và bánh xe, đánh tráo khái niệm “gai” trong lá cây gai và gai của cây.
3.1.4. Bổ sung cách hiểu một khái niệm
Khái niệm không ngừng phát triển, vì thế mỗi nghiên cứu phải rà soát lại những khái niệm vốn đợc dùng. Thí dụ: khái niệm đồng hồ ban đầu chỉ đợc hiểu là vật dụng để đo hoặc chỉ thời gian. Dần dần xuất hiện đồng hồ đo điện, đồng hồ đo nớc. Nh vậy là khái niệm đồng hồ đã đợc mở rộng.
Mở rộng một khái niệm là việc mở rộng một ngoại diên và thu hẹp nội hàm. Thu hẹp hoặc phân chia một khái niệm là khi thu hẹp ngoại diên và mở rộng nội hàm. Thí dụ trong môn học sức bền vật liệu có khái niệm ứng suất. Khái niệm đó đợc thu hẹp thành ứng suất pháp, ứng suất tiếp, ứng suất chính. ứng suất pháp lại đợc thu hẹp thành ứng suất nén, ứng suất kéo…
3.2. Các phơng pháp nghiên cứu khoa học 3.2.1. Đại cơng về phơng pháp
Phơng pháp là cách thức chủ thể ngời làm tác động vào đối tợng để đạt mục đích. Làm gì cũng cần có phơng pháp: phơng pháp giảng dạy, phơng pháp học tập, phơng pháp vận động quần chúng… Có phơng pháp đúng, tốt thì hiệu quả của công việc sẽ cao, kết quả có chất lợng. Cùng làm một việc có thể có nhiều phơng pháp khác nhau, ngời làm cần biết một số để lựa chọn đợc phơng
pháp phù hợp. Phơng pháp, trớc hết phụ thuộc vào đối tợng chịu tác động. Phơng pháp học toán khác với phơng pháp học ngoại ngữ, phơng pháp trồng lúa khác phơng pháp trồng khoai. Nhng phơng pháp lại do ngời làm lựa chọn. Vì vậy, việc lựa chọn phơng pháp vừa bị chi phối bởi đối tợng (khách quan) vừa mang tính chủ quan.
Khi chúng ta học các môn khoa học, đồng thời tiếp thu đợc hai thứ là nội dung kiến thức và phơng pháp để đạt đợc kiến thức đó. Phần kiến thức có thể xem là hữu hình, còn phơng pháp là vô hình. Học phơng pháp là học cách làm, cách suy nghĩ để trở nên thông minh hơn, khôn ngoan hơn.
Phơng pháp nghiên cứu khoa học đợc ẩn chứa trong các kiến thức chúng ta đã học đợc.
3.2.2. Các phơng pháp nghiên cứu khoa học
Có rất nhiều phơng pháp khác nhau, có thể quy về hai nhóm: nhóm nghiên cứu thực tế và nhóm nghiên cứu lý thuyết.
Nhóm nghiên cứu thực tế gồm 1 số phơng pháp nh: quan sát, điều tra khảo sát, làm thực nghiệm,…đặc điểm là thu thập các số liệu, chỉnh lý số liệu để từ đó phát hiện các tính chất, các quy luật của sự vật. Ngoài ra cũng có thể dùng số liệu thu thập đợc để kiểm chứng những phán đoán khoa học hoặc kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết.
Nhóm nghiên cứu lý thuyết gồm một số phơng pháp nh: suy luận, chứng minh, dùng toán, giả thuyết… Đặc điểm là dùng trí tuệ để phân tích, lập luận, chứng minh để đi từ một số luận cứ đã có tìm ra kết luận mới.
3.3. Phơng pháp quan sát
Dùng cách quan sát để thu thập thông tin, số liệu về đối tợng. Có thể chỉ quan sát bằng các giác quan hoặc đợc trang bị thêm các thiết bị (ống nhòm, kính hiển vi, kính thiên văn…).
Quan sát là một hoạt động có tổ chức đặc biệt, có mục đích, có kế hoạch để tri giác các đối tợng điển hình. Quan sát đợc tiến hành trong không gian rộng hay hẹp, trong thời gian dài hay ngắn, đối tợng nhiều hay ít là tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu. Quan sát có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp.
Quan sát trực tiếp là quan sát trực diện đối tợng trong thực tế để thu thập thông tin một cách trực tiếp.
Quan sát gián tiếp là quan sát diễn biến của các tác động tơng tác giữa đối tợng cần quan sát tới các đối tợng khác. Dùng quan sát gián tiếp khi không thể quan sát trực tiếp đợc.
Đặc điểm của phơng pháp quan sát là không tác động đến đối tợng, vì vậy phơng pháp còn có tên là quan sát khách quan.
- Xác định đối tợng quan sát, yếu tố cần quan sát của đối tợng (trên cơ sở mục đích của đề tài).
- Lập kế hoạch quan sát: thời gian, địa điểm, số lợng, đối tợng, phơng tiện quan sát, các thông số kỹ thuật cần đo đạc…
- Lựa chọn phơng thức quan sát: trực tiếp hay gián tiếp, một lần hay nhiều lần…
- Tiến hành quan sát đối tợng một cách thận trọng, phải theo dõi diễn biến. - Phải ghi chép mọi diễn biễn của đối tợng (có thể ghi âm, quay phim, chụp ảnh). Lập các sổ ghi chép theo biểu mẫu, ghi nhật ký theo thời gian.
- Xử lý các số liệu, số liệu thu thập đợc là ở dạng thô. Số liệu đó phải đợc qua xử lý bằng phân loại, hệ thống hoá, thống kê thành các bảng, biểu, đồ thị để có đợc thông tin cô đọng và khái quát về đối tợng.
- Để kiểm tra kết quả quan sát ngời ta thờng sử dụng một loạt các biện pháp hỗ trợ nh: trao đổi trực tiếp với nhân chứng, lặp lại quan sát nhiều lần, sử dụng ngời có trình độ cao hơn để quan sát lại một số phần nào đó.
Để tránh nhầm lẫn có thể mắc phải trong quá trình quan sát cần dẹp bỏ mọi định kiến chủ quan, tránh các trạng thái tâm lý tiêu cực, đề phòng ảo giác (nhìn gà hoá cuốc), đề phòng sự phiến diện (bỏ sót mất một số yếu tố quan trọng).
Phơng pháp nghiên cứu hồ sơ, tài liệu (thờng dùng trong khoa học lịch sử, văn học…) là một biến thể của phơng pháp quan sát. ở đây cái cần quan sát (tìm
hiểu, nghiên cứu) không phải là đối tợng thực (có thể thay đổi, vận động) mà là hồ sơ, tài liệu ở dạng tĩnh. Từ việc nghiên cứu này ngời ta có thể tìm ra những kết luận mới hoặc thay đổi những nhận định hoặc kết quả đã có từ trớc.
Một biến thể khác của phơng pháp quan sát là phơng pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm. Đó là cách xem xét lại những hoạt động thực tiễn trong quá khứ để rút ra những kết luận bổ ích cho khoa học.
3.4. Phơng pháp điều tra
Điều tra (hoặc khảo sát) là phơng pháp tìm hiểu một nhóm đối tợng trên diện rộng nhằm thu thập thông tin, số liệu. Có hai loại điều tra: điều tra cơ bản và điều tra xã hội học.
Điều tra cơ bản là khảo sát các đối tợng trên diện rộng để nghiên cứu quy luật phân bố cũng nh các đặc điểm về định tính, định lợng. Thí dụ điều tra, khảo sát địa chất, khảo sát thị trờng…
Điều tra xã hội học là khảo sát ý kiến, quan điểm, thái độ của số đông ngời về một vấn đề nào đó. Việc điều tra này thờng đợc thực hiện bằng cách đặt và trả lời các câu hỏi (bằng phiếu điều tra hoặc cũng có thể bằng miệng).
Điều tra là một phơng pháp NCKH quan trọng, một hoạt động có mục đích, có kế hoạch, đợc tiến hành một cách thận trọng.
Đặc điểm của điều tra là có tiếp xúc, tác động đến đối tợng nhng không làm thay đổi trạng thái của đối tợng.
Điều tra thờng tiến hành theo các bớc sau:
- Làm kế hoạch: mục đích, đối tợng, địa bàn, nhân lực, kinh phí. - Thiết kế các phiếu điều tra.
- Tiến hành công tác điều tra, thu thập thông tin, số liệu. - Xử lý số liệu.
Khi cần kiểm tra kết quả có thể dùng cách lặp lại điều tra, thay đổi thời gian, địa điểm, thay ngời điều tra hoặc sử dụng các phơng pháp hỗ trợ khác.
Phỏng vấn là một cách điều tra bằng cách đa ra các câu hỏi trực tiếp với ngời đối thoại. Phỏng vấn giống nh quan sát gián tiếp, nhờ ngời khác quan sát hộ rồi nói lại cho biết kết quả quan sát.
Việc đa ra các câu hỏi hoặc làm phiếu điều tra cần phải suy nghĩ kỹ, thận trọng vì nó có thể tác động đến tâm lý ngời đợc hỏi. Đặc biệt là khi phỏng vấn cần chú ý đến tâm lý của đối tác để có cách tiếp cận phù hợp.
Phơng pháp chuyên gia cũng đợc xem nh một cách điều tra. ở đây sử dụng trí tuệ của đội ngũ chuyên gia có trình độ cao của một chuyên ngành để xem xét, nhận định về một sự kiện khoa học trong thực tế.
Phơng pháp trắc nghiệm là một biến thể của phơng pháp điều tra (có khi còn đợc xem nh là phơng pháp bán thực nghiệm). Nó đợc sử dụng để đánh giá chất lợng của đối tợng khảo sát với một chơng trình đòi hỏi đối tợng thực hiện nh- ng không gây sự biến đổi bất kỳ một thông số nào của đối tợng. Trắc nghiệm là phơng pháp đo lờng khách quan những phản ứng của đối tợng đợc trắc nghiệm.
3.5. Phơng pháp thực nghiệm 3.5.1. Đại cơng về thực nghiệm
Thực nghiệm là phơng pháp đặc biệt quan trọng của NCKH, nó đợc xem là phơng pháp chủ trong các môn khoa học tự nhiên và kỹ thuật.
Thực nghiệm có thể đợc tiến hành trên đối tợng thực hoặc trên mô hình. Thí dụ để nghiên cứu sự rung động của một chiếc cầu ngời ta có thể đem thiết bị đo rung động gắn vào cầu, quan sát, thu thập số liệu khi có các đoàn xe chạy qua. Cũng có thể là mô hình thu nhỏ của cầu và tiến hành thực nghiệm ở nơi khác (thờng là trong phòng thí nghiệm).
Đặc điểm của thực nghiệm là có tác động để làm thay đổi trạng thái đối tợng, từ đó làm xuất hiện các thông tin, các số liệu cần thu thập. Để đảm bảo độ tin cậy một thực nghiệm có thể làm nhiều lần.
Trong ngành khoa học về xây dựng thực nghiệm thờng nhằm mục tiêu phát hiện và kiểm chứng.
Để làm thực nghiệm cần theo các bớc sau:
- Lập kế hoạch: nêu mục tiêu (phát hiện cái gì, kiểm chứng cái gì), đối tợng (thực, mô hình), vị trí, thời gian làm.
- Thiết kế thực nghiệm: thiết kế mô hình (kiểu, dáng, số lợng…) thiết kế hệ thống quan sát, đo đạc, lựa chọn thiết bị quan sát và đo đạc số liệu.
- Lập các biểu mẫu để ghi chép, thu thập số liệu.
- Làm thử một vài lần để kiểm tra sự hoạt động của các thiết bị, các dụng cụ đo, kiểm tra sự chuẩn bị.
- Tiến hành thí nghiệm từng bớc theo kế hoạch. Đây là giai đoạn quan trọng nhất, cần quan sát, theo dõi mọi diễn biến xảy ra, cần kịp thời ghi chép, thu thập đầy đủ các hiện tơng, số liệu.
- Chỉnh lý số liệu, hệ thống hóa, lập ra các biểu đồ, từ đó rút ra các kết luận cần thiết.
Thực nghiệm trong xây dựng thờng gặp các đối tợng to, nặng, có thể gây tai nạn vì vậy trong lúc thực nghiệm cần có biện pháp bảo đảm an toàn cho ngời và thiết bị.
3.5.2. Thực nghiệm phát hiện
Đó là những thực nghiệm nhằm phát hiện các tính chất hoặc quy luật của đối tợng. Thí dụ bằng thực nghiệm phát hiện ra bêtông là vật liệu dòn, có khả năng chịu nén cao hơn nhiều lần khả năng chịu kéo, phát hiện thép cacbon thấp có thềm chảy dẻo và khả năng chịu kéo bằng khả năng chịu nén. Dựa vào kết quả thực nghiệm mà Húc đa ra định luật ứng suất σ tỷ lệ với biến dạng tỷ đối ε, đợc thể hiện bằng công thức σ = εE.
Để lập kế hoạch và thiết kế thực nghiệm nên phán đoán trớc xu hớng và kết quả có thể xảy ra (nêu giả thuyết thực nghiệm) để có định hớng trong việc
quan sát, đo đạc và đặc biệt là thiết kế mẫu thử. Có ý kiến cho rằng thà nêu một giả thuyết (phán đoán) cha chính xác (thậm chí là không đúng) còn hơn là không nêu ra giả thuyết nào cả.
Thiết kế mẫu để làm thực nghiệm phát hiện quy luật quan hệ giữa các đại lợng là việc làm cần tính toán kỹ. Thí dụ khảo sát đại lợng A có quan hệ với đại lợng B nh thế nào. Nếu phán đoán rằng A chỉ phụ thuộc vào B mà không phụ thuộc vào các đại lợng khác thì trong thực nghiệm chỉ cần thiết kế một loạt mẫu với các B khác nhau. Kết quả thí nghiệm đợc thể hiện nh trên đồ thị hình 3.1.
Hình 3-1
Trờng hợp quan hệ giữa cờng độ chịu kéo của bê tông (A) với cờng độ chịu A
ứng với mỗi B (B1, B2,…) là một giá trị A tơng ứng (A1, A2,…). Qua đồ thị thấy rằng khi B tăng thì A tăng nhng không theo tỷ lệ bậc nhất mà theo một đờng cong nào đó. Xử lý kết quả thí nghiệm sẽ tìm ra phơng trình của đờng cong, tìm ra quy luật quan hệ giữa A và B, thí dụ:
A = a + bBn
Nếu phán đoán A phụ thuộc vào B và C thì số lợng mẫu cần tăng lên nhiều. Trớc hết cố định C để tìm quan hệ giữa A và B ứng với C đó. Rồi lại cố định B để tìm quan hệ giữa A và C. Cuối cùng tổng hợp để tìm quan hệ giữa A với B và C. Định luật Húc là một dẫn chứng đơn giản cho việc này. Khi thí nghiệm các mẫu cùng một loại vật liệu Húc phát hiện ra quan hệ giữa ứng suất σ (kéo, nén) và biến dạng tỷ đối ε là đờng thẳng và biểu diễn σ = εE. Lại phán đoán rằng hệ số tỷ lệ E phụ thuộc vào loại vật liệu, vì vậy cần nghiên cứu với các vật liệu khác nhau (thép, đồng, nhôm, gỗ…) và phát hiện ra E phụ thuộc loại vật liệu. Húc đã phát hiện ra một khái niệm mới và đặt tên là môđun đàn hồi. Kết quả thí nghiệm đợc thể hiện trên hình 3.2.
Hình 3-2
Khi một đại lợng A phụ thuộc vào các đại lợng B, C, D…thì tiến hành thí