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Investigación: marcos, conceptos y herramientas
• Datos derivados de la
observación y experimentación
José L. Caivano – 28/9/2016
Observación y experimentación
En la experimentación el investigador puede
interferir con la naturaleza y las condiciones de
observación.
La observación implica selección: limitar la
observación a una porción acotada del universo.
Tomar notas durante la observación: registrar lo
que se observa en el momento, ya que la memoria es
poco confiable.
Tratar de cuantificar los aspectos que se observan.
Los aspectos cualitativos también pueden
anotarse.
Observación y experimentación
La observación lleva a la descripción: utilizar
terminología precisa, con el mismo significado para
toda la comunidad científica.
La observación se hace a partir de alguna
hipótesis previa: se observa con la expectativa de
encontrar algo determinado.
Tratar de que la observación sea compartida y
repetida: la concordancia de múltiples observadores
agrega certeza.
Utilizar instrumental que facilite la observación:
el instrumental también implica selección de los
aspectos que interesa observar.
Causa y efecto
Si bien cada hecho es irrepetible, hay hechos o
eventos similares.
Se asume que:
un evento A es la causa de otro evento B
si suprimiendo A no se produce B.
Uno de los objetivos de la ciencia es predecir:
Si A es causa de B,
cuando se observe A se podrá predecir B.
Hay ciertas formas de inferir causas a partir de
efectos:
Formas de inferir causas a partir de efectos
•Método de la concordancia:
Si las circunstancias que conducen a un evento
tienen un solo factor en común, ese factor puede ser
la causa.
FACTOR,
CAUSA
EVENTO,
EFECTO
barra de bronce
es calentada
se dilata
barra de hierro
es calentada
se dilata
Formas de inferir causas a partir de efectos
•Método de la diferencia:
Si dos conjuntos de circunstancias difieren sólo en
un factor, y el que posee ese factor produce un
cierto evento mientras que el otro no, ese factor
puede ser la causa.
FACTOR,
CAUSA
EVENTO,
EFECTO
barra de bronce
es calentada
se dilata
barra de hierro
NO es calentada
NO se dilata
Formas de inferir causas a partir de efectos
•Principio de la variación concordante:
Si la variación de un factor produce una variación
paralela de un efecto, ese factor puede ser la causa.
FACTOR,
2 barras:
bronce
hierro
CAUSA
Se aumenta la
temperatura
gradualmente
EVENTO,
EFECTO
Se dilatan gradualmente en
concordancia con el
aumento de temperatura
Análisis y síntesis
Para estudiar un fenómeno es conveniente separarlo
en partes para su tratamiento independiente, es
decir hacer un análisis.
Cuando las partes de un problema han sido
solucionadas, se pueden integrar nuevamente para
explicar la totalidad, es decir hacer una síntesis.
Hipótesis
Antes de la observación o la experimentación es
necesario contar con hipótesis o ideas a poner a
prueba.
Esto es precisamente lo que se hace mediante la
observación y experimentación.
Para que una hipótesis pueda convertirse en una ley
es menester una gran cantidad de observaciones
que la confirmen.
Inducción:
Es el procedimiento que permite generalizar en la
ciencia, es decir hacer inferencias sobre la totalidad
de una clase de objetos o eventos a partir de la
observación de algunos ejemplares u ocurrencias
particulares de ellos.
Ejemplo:
He observado 1.000 cisnes y cada uno de ellos era
blanco; de allí puedo inducir que todos los cisnes son
blancos.
Deducción:
Dada una ley, mediante la inferencia lógica se
pueden aplicar las consecuencias a cualquiera de los
eventos particulares comprendidos por la ley.
Ejemplo:
Partiendo de la “ley” que dice que todos los cisnes
son blancos, puedo deducir que el próximo cisne que
vea será blanco.
Abducción:
Se formula una hipótesis a partir de datos
aparentemente inconexos, pero que uno intuye que
tienen alguna conexión.
Al tratar de probarla se abre una investigación.
Es un tipo de inferencia que suele usarse también en
la investigación policial.
Ejemplo:
Por mi experiencia con lo que sucede con los patos,
que los hay de distintos colores, tengo la sospecha de
que debe haber cisnes que no sean blancos.
A partir de aquí se abre una investigación.
El diseño de experimentos
Es esencial que un
experimento sea diseñado
sobre la base de alguna
hipótesis preliminar.
En algunos casos es posible
llevar a cabo experimentos
que resultan cruciales para
probar o refutar una hipótesis
o teoría.
Es importante diseñar
experimentos cruciales en la
medida de lo posible.
Experiencia crucial del arqueólogo
En una cueva, se encuentra con unas clavijas
insertas en una pared de piedra.
No puede ver lo que hay detrás.
Variables
La ciencia descansa sobre la idea de que en
circunstancias similares ocurren eventos similares.
Las circunstancias similares pueden ser identificadas
sobre la base de un número reducido de
características esenciales, las variables, cuya
fijación asegura la ocurrencia de un evento dado.
Que un número finito de variables sea suficiente
para especificar un evento dado es una idealización.
Primer paso al planear un experimento:
la decisión de la clase de evento a estudiar y la
naturaleza de las variables que suponemos que
controlarán ese evento.
Mediciones comparativas y mediciones absolutas
Siempre que sea posible, hacer observaciones o mediciones
comparativas en vez de absolutas.
Muchas veces el objetivo del experimento es alguna
comparación. Entonces es mejor hacerla directamente que
hacer mediciones absolutas por separado y luego
compararlas.
Igual es ventajoso hacer también mediciones absolutas a la
par de mediciones comparativas, y expresarlas en términos
de estándares universalmente aceptados, para poder utilizar
los datos obtenidos en otras aplicaciones o experimentos.
Selección de la muestra
En toda investigación, la selección de la muestra es lo
primero a resolver.
Hay que saber bien qué es lo que se trata de averiguar
(por ejemplo, efectos nutritivos de la leche) y sobre qué
o quienes (por ejemplo en niños).
Habiendo definido cuidadosamente la clase de la muestra
(por ejemplo niños de 5 a 7 años), es necesario asegurar
que el experimento sea llevado a cabo sobre una muestra
verdaderamente representativa de esa clase (por ejemplo
seleccionando niños de distintas clases sociales).
Una encuesta hecha antes de las elecciones de 1936 en
los Estados Unidos daba la victoria a Landon sobre
Roosevelt. Pero resultó errada porque los encuestados
fueron tomados de la guía telefónica. La muestra no fue
representativa ya que no incluyó a los sectores menos
pudientes (que no tenían teléfono).
Controles y estándares
Un artificio útil en un experimento es introducir
controles: especímenes sometidos al mismo
tratamiento que los sujetos del experimento,
excepto por la variable que se quiere estudiar.
Así se tienen dos poblaciones:
los sujetos, sobre los cuales se aplica la variable, y
los controles, sobre los cuales no se aplica la
variable y sirven para comparar los efectos que la
misma produce.
Igualdad entre controles y sujetos:
Historia sobre un remedio para el mareo en altamar: Con
el objeto de testearlo durante un viaje, fue dado al
capitán de un barco al que se le explicó la idea de los
controles.
Al regresar, el capitán informó entusiasmado de la
eficacia del remedio: casi todos los controles padecieron
el mareo mientras que los sujetos no tuvieron ningún
problema.
Al preguntársele cómo los había seleccionado respondió:
"Di el remedio a mis marineros y usé a los pasajeros
como controles".
Para evitar este tipo de errores hay dos modos:
que sujetos y controles sean lo más parecidos posible en
todos los aspectos relevantes
y que la determinación de los pares sujeto-control se
haga al azar.
Distribución al azar:
Se puede tirar la moneda para decidir; esta selección no
debe dejarse al juicio humano.
Debe mantenerse en secreto quienes son sujetos y
quienes son controles.
No obstante estos recaudos, igualmente pueden
producirse sesgos indeseados.
Sesgo:
Puede darse en el sujeto
Ejemplo: Test sobre la eficacia de la vitamina C para prevenir
resfríos.
Se seleccionó un grupo de personas propensas a resfriarse; los
sujetos recibieron píldoras con vitamina C y los controles
píldoras inocuas.
Los sujetos mostraron una reducción del 65% en número de
resfríos respecto de años anteriores, pero los controles tuvieron
una reducción del 63%, presumiblemente por sugestión, lo cual
vició el experimento.
Puede darse también en el experimentador
(al interpretar los resultados)
Se aconseja que quienes hacen las observaciones y registran
los datos sean ayudantes que ignoren la distribución de la
muestra en sujetos y controles.
Sesgo psicológico:
Sesgo por señales subconscientes que el observador recibe:
Un observador que debía determinar si veía o no un efecto
óptico a través de una persiana operada por un ayudante, que
(sin que aquel lo supiera) la abría o cerraba según una serie al
azar, inconscientemente guió sus respuestas por el ruido del
lápiz del ayudante al registrar las posiciones de la persiana.
Sesgo por diferencias subliminales:
Se hizo un experimento en el cual un varias personas debían
levantar dos botellas y decidir cuál era más pesada.
La utilización de una botella oscura y otra clara falsificó los
resultados.
Parcialidad en los instrumentos:
Los instrumentos se diseñan sobre la base de alguna teoría.
Miden o registran variables previstas por la teoría.
Si las condiciones de la teoría no se mantienen en el
experimento, entonces el instrumento puede estar midiendo
algo totalmente diferente.
Reproducción
Repetir los experimentos, pero en vez de repetirlos
exactamente de igual manera (como podría
suponerse) es mejor hacerlo distribuyendo
independientemente al azar sujetos y controles para
cada repetición.
Así, cualquier desigualdad entre ambos tiende a
cancelarse.
Reproducción
Ejemplo:
Para probar si un ejercicio puede incrementar la capacidad
de levantar pesos, se usa un par sujeto-control desigual:
Juan y Juana.
Antes de los ejercicios,
Juan puede levantar 70 kilos y Juana, 50 kilos.
Si asumimos que la respuesta verdadera es que los
ejercicios incrementan en 10 kilos la capacidad, las
posibilidades del experimento dan un resultado falso (caso
2) contra uno verdadero (caso 1), o sea, un 50%.
Sujeto
(hace el ejercicio)
Control
(no hace el ejercicio)
Diferencia
Caso 1
Juan 80
Caso 2
Juana 60
Juana
Juan
50
+30
70
−10
Reproducción
Si en cambio se usan dos pares desiguales de sujetocontrol, Juan (J) – Juana (Ja) y Luis (L) - Luisa (La),
tirando la moneda para ver qué persona recibe el
tratamiento,
tenemos cuatro posibles combinaciones, de las cuales sólo
una (caso 4) da un resultado falso, o sea, un 25%.
Sujeto (ejerc.)
Caso 1
Caso 2
Caso 3
Caso
J 80
J 80
Ja 60
Ja 60
Control (no ej.)
Sujeto (ejerc.)
Ja 50
L 80
Control (no ej.)
Total sujetos
La 60
La 50
160
Total controles
Diferencia
Ja 50
L 80
L 70
140
100
+60
J 70
La 60
La 50
140
120
+20
J 70
L 70
120
120
+20
140
−20
Diseño factorial
La repetición de observaciones no debe hacerse bajo las
mismas condiciones.
Ejemplo:
Se quiere comparar el rendimiento de dos marcas de
neumáticos. Se colocan en taxis y se mide su vida útil en km.
Se repite la prueba. Si la primer medición se hizo en verano,
¿debería la segunda hacerse también en verano?
No, ya que no se obtendría la información deseada (lo que se
quiere comparar es la vida útil en un uso normal, y los
neumáticos no se usan sólo en verano).
Puede suceder que la marca A rinda 1.000 kilómetros más que
la B en verano, pero 2.000 kilómetros menos en invierno, y
entonces la marca B tendrá un promedio mayor de vida útil
general. Si las pruebas se hubiesen repetido siempre en verano
se habría llegado a una conclusión falsa.
Diseño factorial
El diseño factorial requiere que toda vez que se repita un
experimento se de un valor diferente a alguna variable.
Esto se aplica especialmente a variables que se creen
irrelevantes. Si realmente lo son, no habrá peligro en cambiar
los valores.
Si se cree que son irrelevantes pero en realidad son
importantes, el diseño factorial es la mejor forma de
averiguarlo.
Distribución al azar
Hay factores que varían de manera desconocida o
que tienen efectos desconocidos.
Cuanto menor sea la influencia de estas variables,
más preciso será el experimento.
Estas variables deben distribuirse al azar.
Ejemplo: Para determinar el efecto de la duración de la presión
en el molde sobre la resistencia de un plástico:
• se introdujo plástico caliente en el molde,
• se aplicó presión durante 10 seg. y se sacó la pieza,
• se puso otra colada en el mismo molde,
• se aplicó presión durante 20 seg. y se sacó la otra pieza,
• y así siguiendo, cada vez aumentando en 10 seg.
Luego se midió la resistencia de cada pieza y se la graficó
contra la duración de la presión.
Un supervisor criticó el experimento porque el orden de
realización no había sido distribuido al azar.
Entonces se lo repitió tomando además nota del orden del
proceso, con estos resultados:
Así se descubrió que era el orden y no la duración la variable
control. La primer conclusión era equivocada. Con cada colada
el molde se ponía más caliente y el aumento de resistencia se
debía al aumento de temperatura, no de duración de la presión.