Подход к научному исследованию как к исторически развивающемуся процессу означает, что сама структура научного знания и процедуры его формирования должны рассматриваться как исторически изменяющиеся. Опираясь на представления о структуре науки, можно проследить, как в ходе ее эволюции возникают новые связи и отношения между ее компонентами, связи, меняющие стратегию научного поиска. Выделяются основные ситуации, характеризующие процесс развития науки: взаимодействие картины мира и опытных фактов, формирование первичных теоретических схем и законов, становление развитой теории.
Взаимодействие оснований науки и опыта реализуется: 1) на этапе становления новой научной дисциплины, 2) в теоретически развитых дисциплинах при эмпирическом обнаружении и исследовании принципиально новых явлений, которые не вписываются в уже имеющиеся теории.
Зарождение научной дисциплины вначале проходит стадию накопления эмпирического материала об исследуемых объектах. В этих условиях эмпирическое исследование целенаправлено сложившимися идеалами науки и формирующейся картиной исследуемой реальности. Последняя образует тот специфический слой теоретических представлений, который обеспечивает постановку задач эмпирического исследования, видение ситуаций наблюдения и эксперимента и интерпретацию их результатов. Различают: додисциплинарную науку XVII века, дисциплинарно организованную XIX - первая половина XX в., современная наука с ее усиливающимися междисциплинарными связями. Первая наука, сформировавшая целостную картину мира, опирающуюся на результаты экспериментальных исследований, - физика, которая в начале содержала множество натурфилософских наслоений, однако она целенаправляла процесс эмпирического исследования.
Характерный пример взаимодействия картины мира и опыта в эпоху становления естествознания - эксперименты В. Гильберта, в которых исследовались особенности электричества и магнетизма. Он был одним из первых, противопоставивший мировоззренческим установкам средневековой науки новый идеал - экспериментальное изучение природы. Хотя он критиковал концепцию четырех элементах (земли, воды, воздуха и огня) как основе всех других тел, он использовал представления о металлах как сгущениях земли и об электризуемых телах как о сгущениях воды. Выдвинул ряд гипотез о электрических и магнитных явлений, которые не выходили за рамки натурфилософских построений, но послужили импульсом к постановке экспериментов, обнаруживших реальные факты (огонь проводник, земля – шаровой магнит).
Целенаправляя наблюдения и эксперименты, картина мира всегда испытывает их Обратное воздействие. Можно констатировать, что новые факты, полученные В. Гильбертом в процессе эмпирического исследования процессов электричества и магнетизма, генерировали ряд достаточно существенных изменений в первоначально принятой картине мира (с представлениями о Земле как большом магните говорит о планетах как о магнитных телах, которые удерживаются на орбитах силами магнитного притяжения). Ранее силу рассматривали как результат соприкосновения тел. Новая трактовка силы - преддверие будущей механической картины мира, где передача сил на расстоянии трактуется как источник изменений в состоянии движения тел.
Полученные из наблюдения факты могут не только видоизменять сложившуюся картину мира, но и привести к противоречиям в ней, потребовав ее перестройки. Пройдя длительный этап развития, картина мира очищается от натурфилософских наслоений и превращается в специальную картину мира, конструкты которой вводятся по признакам, имеющим опытное обоснование. В истории науки такую эволюцию осуществила физика. Важнейшую роль в построении механической картины мира сыграли: принцип материального единства мира, исключающий схоластическое разделение на земной и небесный мир, принцип причинности и закономерности природных процессов, принципы экспериментального обоснования знания и установка на соединение экспериментального исследования природы с описанием ее законов на языке математики. Обеспечив построение механической картины, эти принципы превратились в ее философское обоснование.
После возникновения механической картины мира процесс формирования специальных картин мира протекает уже в новых условиях. Специальные картины мира, возникавшие в других областях естествознания, испытывали воздействие физической картины мира как лидера естествознания и, в свою очередь, оказывали на физику активное обратное воздействие. В самой же физике построение каждой новой картины мира происходило не путем выдвижения натурфилософских схем с их последующей адаптацией к опыту, а путем преобразования уже сложившихся физических картин мира, конструкты которых активно использовались в последующем теоретическом синтезе (изучение квазаров – для подтверждения выдвинутых гипотез экспериментально обнаружены новые факты, которые объясняются в рамках уже созданной научной картины).