Luận văn phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học

Trong giới hạn của bài thu hoạch này, học viên sẽ trình bày một số nội dung cốt lỗi về khoa học và phương pháp nghiên cứu khoa học cùng một số nguyên tắc sáng tạo để giải quyết các vấn đ

CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

oOo

BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC

GS TSKH.: HOÀNG VĂN KIẾM HỌC VIÊN: NGUYỄN HOÀNG HUY

< 2012 >

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

A KHOA HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4

I Khoa học 4

1 Các định nghĩa và khái niêm 4

2 Tiêu chí và phân loại 4

II Nghiên cứu khoa học 4

1 Khái niệm 4

2 Các đặc điểm của nghiên cứu khoa học 5

3 Phân loại nghiên cứu khoa học 5

B VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 8

I Vấn đề khoa học 8

1 Khái niệm 8

2 Phân loại vấn đề khoa học 8

3 Các tình huống vấn đề khoa học 8

4 Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học 8

II Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế 9

1 Vepol 9

2 Altshuller 9

III Phương pháp giải quyết vấn đề tổng quát 16

1 Mô hình thông tin ban đầu 16

2 Các phương pháp phân tích vấn đề 16

3 Các phương pháp tổng hợp vấn đề 17

IV Phương pháp giải quyết vấn đề - bài toán tin học 18

1 Phương pháp trực tiếp 18

2 Phương pháp gián tiếp 18

C MỘT SỐ NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRÊN ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG 21

I Điện thoại di động 21

II Một số nguyên tắc sáng tạo được áp dụng trên điện thoại di động 21

1 Nguyên tắc vạn năng: 21

2 Nguyên tắc linh động: 22

3 Nguyên tắc đổi màu 23

4 Nguyên tắc sao chép 23

5 Nguyên tắc dự phòng 24

6 Nguyên tắc tự phục vụ 25

LỜI KẾT 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI NÓI ĐẦU

Con người ngày càng trở nên thông minh, ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn trong việc chinh phục tự nhiên Những thành tựu mà chúng ta có được ngày nay tất cả là do quá trình học hỏi, nghiên cứu không mệt mỏi của con người

Từ xưa con người đã biết tìm hiểu, học hỏi - chia sẽ lẫn nhau, tích lũy - tổng hợp kiến thức khám phá thế giới, rồi truyền đạt từ thế hệ này qua thế hệ khác Dần về sau con người có được một hệ thống tri thức khổng lồ về tự nhiên từ đó làm nền tảng cho các thế hệ về sau này

có cơ sở để tiếp tục chinh phục thiên nhiên Và ngày nay chúng ta gọi hoạt động đó là nghiên cứu khoa học

Từ những kinh nghiệm của người xưa, chúng ta áp dụng và kết hợp với những kỹ thuật hiện đại để tìm ra những kết quả mới, những phát minh - sáng chế mới nhằm phục vụ cho nhu cầu không có giới hạn của con người

Trong giới hạn của bài thu hoạch này, học viên sẽ trình bày một số nội dung cốt lỗi về khoa học và phương pháp nghiên cứu khoa học cùng một số nguyên tắc sáng tạo để giải quyết các vấn đề khoa học nói chung và về các vấn đề trong lĩnh vực công nghệ thông tin nói riêng

Qua đây học viên xin gởi lời cám ơn tới Giáo sư Tiến sĩ khoa học Hoàng Văn Kiếm đã giúp chúng em có được kiến thức nền tảng về khoa học, về các phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học Từ đó giúp chúng em có được cở sở vững chắc để phục vụ cho việc nghiên cứu sau này

A KHOA HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

I Khoa học

1 Các định nghĩa và khái niêm

- Khoa học là một hệ thống tri thức về mọi loại qui luật của tự nhiên, xã hội và tư duy (Pierre Auger UNESCO-PARIS)

- Khoa học là một hoạt động xã hội nhằm tìm tòi, phát hiện qui luật của vật chất, hiện tượng và vận dụng những qui luật ấy để sáng tạo ra nguyên lý các giải pháp tác động vào các sự vật hoặc hiện tượng, nhằm biến đổi trạng thái của chúng

- Theo quan điểm của Marx, khoa học còn được hiểu là một hình thái ý thức xã hội, tồn tại độc lập tương đối với các hình thái ý thức xã hội khác

2 Tiêu chí và phân loại

- Các tiêu chí nhận biết một bộ môn khoa học:

+ Có một đối tượng nghiên cứu + Có một hệ thống lý thuyết + Có một hệ thống phương pháp luận + Có mục đích sử dụng

- Sự phân loại các khoa học:

+ Nguồn gốc (lý thuyết, thực nghiệm, thực chứng…) + Mục đích ứng dụng (mô tả, phân tích, tổng hợp, sáng tạo…) + Mức độ khái quát (cụ thể, trừu tượng, tổng quát…)

+ Tính tương liên (liên ngành, đa ngành…) + Cơ cấu hệ thống tri thức (cơ sở, cơ bản, chuyên ngành…) + Đối tượng nghiên cứu (tự nhiên, kỹ thuật, xã hội nhân văn, công nghệ, nông nghiệp, y học…)

II Nghiên cứu khoa học

1 Khái niệm

- Nghiên cứu khoa học là một hoạt động xã hội nhằm thỏa mãn nhu cầu nhận thức và cải tạo thế giới

2 Các đặc điểm của nghiên cứu khoa học

- Tính mới: nghiên cứu khoa học là quá trình thâm nhập vào thế giới của sự vật mà

con người chưa biết, hướng tới những phát hiện mới hoặc những sáng tạo Đây là đặc điểm quan trọng nhất

- Tính tin cậy: kết quả nghiên cứu phải có khả năng kiểm chứng lại nhiều lần do

nhiều người khác nhau trong điều kiện giống nhau Do đó, một nguyên tắc mang tính phương pháp luận của nghiên cứu khoa học là khi trình bày một kết quả nghiên cứu, người nghiên cứu cần chỉ rõ điều kiện, những nhân tố và phương tiện thực hiện

- Tính thông tin: những thông tin về qui luật vận động của sự vật hoặc hiện tượng,

thông tin về qui trình công nghệ và các tham số đi kèm qui trình đó

- Tính khách quan: vừa là một đặc điểm của nghiên cứu khoa học vừa là tiêu chuẩn

của người nghiên cứu khoa học Để đảm bảo tính khách quan, người nghiên cứu khoa học cần phải tự trắc nghiệm lại những kết luận tưởng như đã hoàn toàn được xác nhận

- Tính rủi ro: một nghiên cứu có thể thành công, có thể thất bại Thất bại có thể do

nhiều nguyên nhân nhưng trong khoa học thất bại cũng được xem là một kết quả và mang ý nghĩa về một kết luận của nghiên cứu khoa học và được lưu giữ, tổng kết lại như một tài liệu khoa học nghiêm túc để tránh cho người đi sau không dẫm chân lên lối mòn, tránh lãng phí các nguồn lực nghiên cứu

- Tính thừa kế: có ý nghĩa quan trọng về mặt phương pháp luận nghiên cứu Ngày nay

không có một nghiên cứu khoa học nào bắt đầu từ chỗ hoàn toàn trống không về kiến thức, phải kế thừa các kết quả nghiên cứu của các lĩnh vực khoa học khác nhau

- Tính cá nhân: vai trò của cá nhân trong sáng tạo mang tính quyết định, thể hiện

trong tư duy cá nhân và chủ kiến riêng của các nhân

- Tính phi kinh tế: lao động nghiên cứu khoa học hầu như không thể định mức, thiết

bị chuyên dụng dùng trong nghiên cứu khoa học hầu như không thể khấu hao, hiệu quả kinh tế của nghiên cứu khoa học hầu như không thể xác định

3 Phân loại nghiên cứu khoa học

a Phân loại học theo chức năng

- Nghiên cứu mô tả là những nghiên cứu nhằm đưa ra một hệ thống tri thức về

nhân dạng sư vật, giúpcon người phân biệt được sự khác nhau, về bản chất giữa

sự vật này với sự vật khác Nội dung mô tả có thể bao gồm mô tả hình thái, động thái, tương tác; mô tả định tính tức là các đặc trưng về chất của sự vật; mô tả định lượng nhằm chỉ rõ các đặc trưng về lượng của sự vật

Ví dụ như nghiên cứu về cấu tạo trái đất, mặt trăng, mặt trời, bản đồ gen…

- Nghiên cứu giải thích là những nghiên cứu nhằm làm rõ nguyên nhân dẫn đến sự

hình thành và quy luật chi phối quá trình vận động của sự vật Nội dung của giải thích có thể bao gồm giải thích nguồn gốc, động thái, cấu trúc, tương tác, hậu quả, quy luật chung chi phối quá trình vận động của sự vật

Ví dụ như nghiên cứu để giải thích các hiện tượng tự nhiên như mưa, bão, động đất, núi lửa…

- Nghiên cứu dự đoán là những nhiên cứu nhằm nhận dạng trạng thái của sự vật

trong tương lai Mọi dự báo đều phải chấp nhận những sai lệch, kể cả trong nghiên cứu tự nhiên và xã hội Sự sai lệch trong kết quả dự báo có thể do nhiều nguyên nhân: sai lệch khách quan trong kết quả quan sát, sai lệch do những luận

cứ bị biến dạng trong sự tác động của các sự khác, sai lệch do môi trường luôn biến động…

Ví dụ như nghiên cứu và đưa ra các dự đoán về sự tiến hóa của con người trong tương lai, dự đoán về môi trường do tác hại của khí thải ô nhiễm, dự đoán băng tan ở các bán cầu…

- Nghiên cứu sáng tạo là nghiên cứu nhằm làm ra một sự vật mới chưa từng tồn

tại Khoa học không bao giờ dừng lại ở mô tả và dự báo mà luôn hướng vào sự sáng tạo các giải pháp cải tạo thế giới

Ví dụ nghiên cứu để cho ra các phát minh, sáng chế trong tất cả các lĩnh vực, nghành nghề

b Phân loại theo tính chất của sản phẩm nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ bản là những nghiên cứu nhằm phát hiện thuộc tính, cấu trúc,

động thái các sự vật, tương tác trong nội bộ sự vật và mối liên hệ giữa sự vật với các sự vật khác Sản phẩm nghiên cứu cơ bản có thể là các khám phá, phát hiện, phát minh, dẫn đến viêc hình thành một hệ thống lý thuyết có giá trị tổng quát, ảnh hưởng đến một hoặc nhiều lĩnh vực khoa học Chẳng hạn Newton phát minh định luật hấp dẫn vũ trụ; Marx phát hiện quy luật giá trị thặng dư Nghiên cứu cơ bản được phân thành hai loại: nghiên cứu cơ bản thuần túy và nghiên cứu cơ bản định hướng

• Nghiên cứu cơ bản thuần túy còn được gọi là nghiên cứu cơ bản tự do hoặc

nghiên cứu cơ bản không định hướng - là những nghiên cứu về bản chất sự vật

để nâng cao nhận thức, chưa có hoặc chưa bàn đến ý nghĩa ứng dụng

• Nghiên cứu cơ bản định hướng là những nghiên cứu cơ bản đã dự kiến trước

mục đích ứng dụng Các hoạt động điều tra cơ bản tài nguyên, kinh tế, xã hội… đều có thể xem là nghiên cứu cơ bản định hướng Nghiên cứu cơ bản định hướng được phân chia thành nghiên cứu nền tảng (background research)

và nghiên cứu chuyên đề (thematic research)

 Nghiên cứu nền tảng là những nghiên cứu về quy luật tổng thể của một

hệ thống sự vật Hoạt động điều tra cơ bản tài nguyên và các điều kiện thiên nhiên như địa chất, nghiên cứu đại dương, khí quyển, khí tượng; điều tra cơ bản về kinh tế, xã hội đều thuộc loại nghiên cứu nền tảng

 Nghiên cứu chuyên đề là nghiên cứu về một hiên tượng đặc biệt của sự

vật, ví dụ trạng thái plasma của sự vật, bức xạ vũ trụ, gien di truyền Nghiên cứu chuyên đề vừa dẫn đến hình thành những cơ sở lý thuyết, mà còn dẫn đến những ứng dụng có ý nghĩa thực tiễn

- Nghiên cứu ứng dụng là sự vận dụng quy luật được phát hiện từ nghiên cứu cơ

bản để giải thích một sự vật, tạo ra những nguyên lý mới về các giải pháp và áp dụng chúng vào sản xúât và đời sống Giải pháp được hiểu theo nghĩa rộng có thể

là một giải pháp về công nghệ, về vật liệu, về tổ chức và quản lý Một số giải pháp công nghệ có thể trở thành sáng chế Kết quả nghiên cứu ứng dụng thì chưa ứng dụng được, để có thể đưa kết quả nghiên cứu ứng dụng vào sử dụng thì còn phải tiến hành một loại hình nghiên cứu khác có tên gọi lả triển khai

- Nghiên cứu triển khai còn gọi là nghiên cứu triển khai thực nghiệm hay triển khai thực nghiệm kỹ thuật - là sự vận dụng các quy luật (thu được từ nghiên cứu

cơ bản) và các nguyên lý (thu được từ nghiên cứu ứng dụng) để đưa ra các hình mẫu với những tham số khả thi về kỹ thuật Kết quả nghiên cứu triển khai thì chưa triển khai được: sản phẩm của triển khai chỉ mới là những hình mẫu khả thi

về kỹ thuật, nghĩa là không còn rủi ro về mặt kỹ thuật, để áp dụng được còn phải tiến hành nghiên cứu những tính khả thi khác như khả thi tài chính, khả thi kinh

tế, khả thi môi trường, khả thi xã hội Hoạt động triển khai bao triển khai trong phòng thí nghiệm và triển khai bán đại trà

• Triển khai trong phòng thí nghiệm là loại hình triển khai nhằm khẳng định

kết quả sao cho ra được sản phẩm, chưa quan tâm đến quy mô áp dụng Trong những nghiên cứu về công nghệ, loại hình này được thực hiện trong các phòng thí nghiệm, labô công nghệ, nhà kính Trên một quy mô lớn hơn, hoạt động triển khai cũng được tiến hành trong các xưởng thực nghiệm thuộc viện hoặc

xí nghiệp sản xuất

• Triển khai bán đại trà là các nghiên cứu thuộc lĩnh vực khoa học kỹ thuật và

khoa học công nghệ là một dạng triển khai nhằm kiểm chứng giả thuyết về

hình mẫu trên một quy mô nhất định, thường là quy mô áp dụng bán đại trà, hay quy mô bán công nghiệp

B VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

I Vấn đề khoa học

1 Khái niệm

Vấn đề khoa học (scientific problem) cũng được gọi là vấn đề nghiên cứu (research problem) hoặc câu hỏi nghiên cứu là câu hỏi được đặt ra khi người nghiên cứu đứng trước mâu thuẫn giữa tính hạn chế của tri thức khoa học hiện có với yêu cầu phát triển tri thức đó ở trình độ cao hơn

2 Phân loại vấn đề khoa học

Nghiên cứu khoa học luôn tồn tại hai vấn đề:

+ Vấn đề về bản chất sự vật đang tìm kiếm + Vấn đề về phương pháp nghiên cứu để làm sáng tỏ về lý thuyết và thực tiễn như những vấn đề thuộc lớp thứ nhất

3 Các tình huống vấn đề khoa học

Có ba tình huống: có vấn đề, không có vấn đề, giả vấn đề

4 Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học

Có sáu phương pháp:

+ Tìm những kẻ hở, phát hiện những vấn đề mới + Tìm những bất đồng

+ Nghĩ ngược lại quan niệm thông thường

+ Quan sát những vướng mắc trong thực tiễn + Lắng nghe lời kêu ca phàn nàn

+ Cảm hứng: những câu hỏi bất chợt xuất hiện khi quan sát sự kiện nào đó

II Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế

- Việc phân loại các chuẩn để giải quyết các bài toán sáng chế dựa vào phân tích Vepol Mô hình Vepol gồm 3 yếu tố: một Trường T và trong T có hai vật chất V1, V2

- Tuy nhiên, một hệ thống ban đầu chưa hẳn đã có một chuẩn Vepol đủ 3 yếu tố trên, hoặc đã đủ thì có thể phát triển gì thêm trên Vepol đó

- Có năm phương pháp:

+ Dựng Vepol đầy đủ + Chuyển sang Fepol + Phá vở Vepol + Xích Vepol + Liên trường

Ông còn là một kỹ sư, nhà sáng chế, nhà văn viết truyện khoa học viễn tưởng và để lại hàng trăm ngàn học trò (hiểu theo nghĩa rộng) trên khắp thế giới, hàng chục quyển sách, hàng trăm bài báo về TRIZ, OTSM, TRTL và hàng trăm truyện khoa học viễn tưởng… Và trong số những tài sản quí giá đó chúng ta không thể không kể đến “40 thủ thuật (nguyên tắc cơ bản)”

- Bốn mươi thủ thuật:

1) Nguyên tắc phân nhỏ

- Chia đối tượng thành các phần độc lập

- Làm đối tượng trở nên tháo lắp được

- Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng

- Các phần khác nhau của đối tượng phải có các chức năng khác nhau

- Mỗi phần của đối tượng phải có các chức năng khác nhau

- Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của đối tượng khác

7) Nguyên tắc chứa trong

- Một đối tượng được đặt bên trong đối tượng khác và bản thân nó lại chứa đối tượng thứ ba…

- Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác

9) Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ

- Gây ứng suất trước với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng suất trước để khi làm việc sẽ dùng ứng suất ngược lại)

10) Nguyên tắc thực hiện sơ bộ

- Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đối tượng

- Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển

13) Nguyên tắc đảo ngược

- Thay vì hành động như yêu cầu bài toán, hãy hành động ngược lại (ví dụ: không làm nóng mà làm lạnh đối tượng)

- Làm phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và ngược lại, phần đứng yên thành chuyển động

- Lật ngược đối tượng

14) Nguyên tắc cầu (tròn) hóa

- Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặt cầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu

- Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn

- Chuyển sang chuyển động quay, sử dụng lực ly tâm

- Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều) Tương tự, những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hoá khi chuyển sang không gian (ba chiều)

- Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng

- Đặt đối tượng nằm nghiêng

- Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước

- Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho trước

18) Sử dụng các dao động cơ học

- Làm đối tượng dao động Nếu đã có dao động, tăng tầng số dao động (đến tầng số siêu âm)

- Sử dụng tầng số cộng hưởng

- Thay vì dùng các bộ rung cơ học, dùng các bộ rung áp điện

- Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ

19) Nguyên tắc tác động theo chu kỳ

- Chuyển tác động liên tục thành tác động theo chu kỳ (xung)

- Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ

- Sử dụng khoảng thời gian giữa các xung để thực hiện tác động khác

20) Nguyên tắc liên tục tác động có ích

- Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm việc ở chế độ đủ tải)

- Khắc phục vận hành không tải và trung gian

- Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay

21) Nguyên tắc "vượt nhanh"

- Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn

- Vượt nhanh để có được hiệu ứng cần thiết

22) Nguyên tắc biến hại thành lợi

- Sử dụng những tác nhân có hại (thí dụ tác động có hại của môi trường) để thu được hiệu ứng có lợi

- Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác

- Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa

23) Nguyên tắc quan hệ phản hồi

- Thiết lập quan hệ phản hồi

- Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi nó

24) Nguyên tắc sử dụng trung gian

- Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp