Презентация на тему " Методология научного исследования в физической химии"

Методология научного исследования в физической химии

• Логика и структура научного исследования в физической химии.
• Роль Аристотеля в разработке научного метода.
• Научный метод в химии. Этапы физико-химического исследования.
• Актуальные цели физико-химических исследований.

Логика и структура научного исследования

Вот, в частности, как определял науку И. Кант : „ всякое учение, если оно является системой, т.е. определенной совокупностью познания, благоустроенной согласно принципам, называется наукой.” Интересным есть для понимания химии как науки уточнения, сделанное им дальше : „наукой, в собственном смысле, можно назвать лишь ту, достоверность которой есть аподиктичность; познание, способно иметь лишь эмпирическую достоверность, будет знанием только в несобственном смысле. Систематическое целое познание может уже лишь потому, что оно систематическое, называться наукой, а если познание в этой системе объединяются связью оснований и следствий - даже рациональной наукой. Но если эти ее основания или принципы (напр., в химии) все ж таки в конце концов лишь эмпирические, а законы, за которыми данные факты объясняются умом, суть лишь эмпирические законы, то они не сопровождаются осознанием их необходимости (они достоверны не аподиктично), и тогда целое не заслуживает в строгом смысле на название науки, вот почему химию и следовало бы называть скорее систематическим искусством, чем наукой”

Физическая химия - сердцевина теоретической химии

Беря на вооружение законы физики и формулируя свои собственные, она старается внести строгую благоустроенность в химические знания, утвердить порядок, который базируется на математическом описании химических систем и их преобразований.

Нобелевские премии в химии и физики за последнее время, которые справили наибольшее влияние на уровень физико-химических исследований

1984г. Р.Б.Меррифилд «За предложенную методологию химического синтеза на твердых матрицах».

1986г. Г.Бинниг, Г.Рорер «За изобретение сканирующего туннельного микроскопа».

1987г. Д.Дж.Товар, Ж.М.Лен, Ч.Педерсен «За разработку и применение молекул со структурно-специфическими взаимодействиями высокой избирательности».

1990г. Э.Дж.Коре «За развитие теории и методологии органического синтеза».

1991г. Р.Эрнст «За взнос в развитие методологии ядерной магнитной резонансной спектроскопии высокого разделения».

1994г. Б.Брокхауз «За создание нейтронной спектроскопии».

1996г. Р.Керл Х.Крото Р. «За открытие фуллеренов».

1999г. А.Зевейл «За исследование переходных состояний, которые возникают во время химических реакций, с использованием фемтосекундной техники».

2002г. Дж.Фенн, К.Танака «За разработку методов идентификации и структурного анализа биологических макромолекул, и, в частности, за разработку методов масс- спектрометрического анализа биологических макромолекул».

2010г. А.Гейм, К.Новоселов «За новаторские эксперименты по исследованию двумерного материала графена».

Химия за последнее столетие стала развитой областью человеческой деятельности, где с целью рационального использования исследуются миллионы веществ и десятки тысяч реакций.

Химия в основном наука экспериментальна, где эмпирические методы являются самими распространенными - это прежде всего широкий спектр физических,

физико-химических и химических методов для наблюдения за химическими преобразованиями и получение необходимого экспериментального материала.

Для того, чтобы среди хаоса имеющихся фактов рассмотреть скрытый природой порядок, химики привычно используют как общие - анализ и синтез, индукцию и дедукцию, гипотезы и теории, так и конкретные методы - абстрагирование и аналогию, дистинкцию и структурирование, вероятные методы обобщений и аксиоматический метод и т. д.

Структура и логика научного исследования

• 1-й ЭТАП Общее ознакомление с проблемой исследования
• 2-й ЭТАП Выбор методологии
• 3-й ЭТАП Формулировка гипотезы
• 4-й ЭТАП Организация и проведение констатирующего эксперимента
• 5-й ЭТАП Организация и проведение формирующего эксперимента
• 6-й ЭТАП Проведение контрольного эксперимента
• 7-й ЭТАП Теоретический анализ

Общая структура научного физико-химического исследования

• Основные понятия. Научный метод. Научная терминология. Научно-исследовательская деятельность. Фундаментальная и прикладная научная деятельность.
• Логика исследования. Цели и задачи. Объект и предмет исследования. Изучение литературы и других источников информации. Работа с Интернетом. Оформление результатов поиска.
• Методы научного исследования. Выбор исследовательский приемов. Методы: эксперимент, наблюдение и оценивание. Метод эмпирического исследования. Современные физико-химические методы исследований.
• Анализ и представления результатов. Разведывательный анализ. Методы добывания данных. Методы статистической обработки. Интерпретация результатов исследования.
• Отчет об исследовании. Оформление отчета. Подготовка презентации научного исследования. Апробация работы.

• Фундаментальным называют исследование, целью которого являются получения новых знаний об объекте исследования, однако оно по обыкновению не направлено на непосредственное коммерческое использование его результатов. В промышленности - это исследование, которые развивают научные знания о новых технологиях и материалах, но не всегда имеют прямой выход в практику, хотя могут находиться в поле коммерческих интересов.

• Прикладное исследование — исследование, направленное на получение знаний или лучшее понимание того, как определить средства, которыми можно достичь определенной четко определенной цели. В промышленности такое исследование может иметь за цель открытия новых научных коммерчески ценных знаний о продуктах, процессах или услугах.

Аристотель (384-322 до н.э.):

• Древнегреческий философ, ученик Платона
• Созданы новые научные направления, разработаны основы формальной логики, произведена классификация наук, определены их предмет и методы

• Основные произведения: «Метафизика», «Органон», «Никомахова этика», «Эвдемова этика», «Политика».
• Различал правильные (монархия, аристократия, полития) и неправильные (тирания, олигархия) государственные устройства.

Роль Аристотеля в разработке научного метода

• Аристотель первым указал на важность эмпири-ческого измерения, веря в то, что новые знания можно получить, основываясь на тех, которые уже известны. Измерение и наблюдение являются основой, на которой наука и строится.

• Он предложил идею индукции как инструмент для получения нового знания, и понимал, что абстрактное мышление и соображения должны поддерживаться данными, получен-ными из реального мира .

Аристотель считается отцом науки.

Основными положениями взглядов Аристотеля являются:

• Эмпирические исследования являются важными для получения нового знания.
• Измерение и наблюдение основа, на которой строится наука.
• Это касается всего, от поэзии и политики до астрономии и природоведения.
• Индукция является инструментом для получения нового знания.
• Абстрактное мышление и соображения должны поддерживаться данными, полученными с наблюдений реального мира.
• Проведение скрупулезных наблюдений является основой для получения новых знаний.

„ прото-научный метод” Аристотеля состоит в выполнении таких установок:

• изучить, что ранее написали по исследуемой теме;
• поиск общего и отличного во взглядах на эту тему;
• систематическое изучение всего, что даже частично касается темы.

Научный метод в химии. Этапы физико-химического исследования

Реальный

мир

Концептуальный

мир

• Наблюдение
• Наблюдение

• Объект (явление, процесс)
• Объект (явление, процесс)

• Результаты (их обобщение, гипотеза)
• Результаты (их обобщение, гипотеза)

• Прогнозирование
• Прогнозирование

Познание реального мира

Наблюдение

Обобщение результатов

Прогнозирование

Цель – будущее состояние системы, на реализацию которого направлена деятельность.

Научный метод – это спланированные действия исследователя, направленные на понимание, исследование и описание естественного мира.

Научный метод предлагает следующий порядок действий:

Теоретический аспект проблемы

Гипотеза

индукция

дедукция

Прогноз

Проверка прогноза

Наблюдение

Актуальные цели физико-химических исследований

Физико-химические исследования сосредоточенны

• На количественных обобщениях накопленного в разных разделах химии экспериментального материала

• На создании общих теорий протекания химических процессов

Актуальные направления физико-химических исследований

1. Исследование веществ и материалов

• Обоснование способов создания новых химических систем;
• Изучение закономерностей синтеза различных веществ и планирование оптимальных путей его протекания;
• Установление структуры синтезированных и природных молекулярных частиц, изучение их типологии, получение характеристик свойств химических веществ;

1. Исследование веществ и материалов

• установление зависимости структура - свойство;
• физикохимия процессов выращивания кристаллических твердых тел, которые состоят из молекул различного состава, и внедрение в эти кристаллы "гостей" для улучшения их физических и химических свойств;

• развитие теории об ансамблях, которые способны к самоорганизации и самосборке.

2. Исследование реакций

• математическое описание протекания химических процессов, оценка их кинетических и термодинамических параметров;
• установление детальных механизмов реакций;
• изучение факторов, которые влияют на скорость и селективность реакций;

• реактивность химических частичек, формулировка обобщений с применением теории сходства химической структуры;
• управление химико-технологическими процессами, их математическое описание и оптимизация.

3. Исследования, которые связанны со спецификой состояния реактантов или условий реакций

• нанохимия;
• химия одиночных молекул;
• манипуляция отдельными молекулами;
• супрамолекулярная химия;
• фемтохимия;
• химические процессы в организованных средах.

4. Исследование проблем, связанных с жизнедеятельностью человека

• химические, физико-химические исследования физиологических и психологических процессов в человеке;
• выявление причин нежелательного развития химических процессов, установление закономерностей их влияния на окружающую среду;

• разработка новых процессов и продуктов, которые обеспечат постоянное развитие общества и жизнь человека в экологически безопасных условиях
• физическая химия биоорганических и бионеорганических химических процессов.

Спасибо за внимание!!!