UNIDAD DIDÁCTICA 2 Objetivos: 1. Conocer y comprender el método de investigación que se usa en ciencia. 2. Utilizar el método científico para llegar a comprender diferentes hechos de la naturaleza. 3. Potenciar la construcción de una mentalidad científica. 4. Desarrollar la capacidad de observación. 5. Desarrollar la capacidad de formular hipótesis. Contenidos: 1. Conceptuales: 1.1.El 1.1. El método científico. 1.2.Postulados 1.2. Postulados básicos del método científico. 1.2.1. La observación. 1.2.2. La hipótesis. 1.2.3. La experimentación. 1.2.4. Los resultados. 1.2.5. La interpretación. 1.2.6. Las conclusiones o generalización. 1.3.El 1.3. El informe científico. 2. Procedimentales: 2.1.Aplicación 2.1. Aplicación del método científico. 2.2.Elaborar 2.2. Elaborar correctamente un informe científico, sabiendo diferenciar cada una de sus partes. 3. Actitudinales: 3.1.Comprender 3.1. Comprender la importancia de la ciencia, y del método que sigue. 3.2.Ser 3.2. Ser consciente de la importancia de seguir un método para desarrollar una investigación, así como de lo importante que es saber la forma de presentarlo a los demás. Actividades de refuerzo: 1. Esquema del método científico. 2. Realización de un mapa conceptual que indique los caminos posibles en la aplicación del método científico. 3. Realización de una pequeña investigación siguiendo los pasos del método científico: Relación entre el tiempo que tarda en germinar semillas de diferentes especies, y el peso que presenta antes de su siembra. 4. Lectura y comentario de algún artículo donde se describa una investigación realizada. 5. Desarrollar una investigación a partir de una observación dada.
Temporalización: 10 sesiones. Evaluación: 1. Observación del trabajo en clase. 2. Pruebas escritas donde tengan que aplicar el método científico en un supuesto práctico. 3. Desarrollo de pequeñas investigaciones prácticas.
1.- INTRODUCCIÓN. El método científico es una serie de mecanismos que usa el ser humano para llegar a comprender un hecho de la naturaleza. Para resolver un problema, el científico sigue una serie de pasos que generalmente no son lineales ni fáciles, sino llenos de dificultades y retrocesos, algunos de ellos sin salida. Aunque no existe el “método científico” entendido como un conjunto de normas que se apliquen consecutivamente y que sean válidas para cualquier rama de las ciencias, si podemos referirnos a algunas características generales de cualquier investigación. Así los pasos básicos que, en general, se siguen para llevar a cabo una investigación son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Observación. Formular la hipótesis. Experimentación. Obtención de resultados. Interpretación de los resultados. Conclusiones sobre los resultados y la investigación.
En un esquema, se podría representar los pasos del método científico de la siguiente forma: PROBLEMA OBSERVACIÓN
FORMULAR HIPÓTESIS
DISEÑAR Y REALIZAR EXPERIMENTO
RECOGER Y REPRESENTAR LOS DATOS
SACAR CONCLUSIONES Y GENERALIZAR
INTERPRETAR RESULTADOS
2.- LA OBSERVACIÓN. Cuando estemos desarrollando una investigación, lo primero es observar la realidad, lo que hay, haciéndonos preguntas sobre lo que observamos, planteándonos posibles problemas que habrá que ir solucionando en la investigación. Hay que tener curiosidad científica, intentando extraer de la realidad a investigar la mayor información posible, por eso una observación detallada y cuidadosa, interesándose por aquellos aspectos que sean más relevantes, es fundamental en cualquier investigación científica. La observación puede ser directa, mediante nuestros sentidos, sin necesidad de ningún instrumental, o indirecta, utilizando alguno de los instrumentales de laboratorio que están a nuestra disposición, como la lupa, el microscopio, la balanza, etc. ... Para una buena observación a veces es necesario realizar dibujos, fotografías, esquematizar, clasificar, o realizar cualquier otra técnica que se volverán a citar en otros puntos del método científico. En ocasiones una adecuada observación a conducido posteriormente a grandes descubrimientos. Veamos algunos un ejemplo:
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En 1791, Luigi Galvani se encontraba estudiando la anatomía de la rana. Sujetó una de las extremidades con un gancho de cobre y, al ir a diseccionarle con un bisturí de hierro, observó que la pata se contraía como si hubiera sido estirada por una descarga eléctrica. Esta observación llevó a su amigo Alessandro Volta a inventar la primera pila eléctrica en el año 1800, ésta consistió en una serie de discos apilados de plata y cinc, separados por unos cartones empapados en agua salada.
3.- LA HIPÓTESIS. Generalmente, a partir de la observación surge el planteamiento del problema que se va a estudiar y que debe formularse de la forma más precisa posible. El planteamiento del problema suele ir acompañado de alguna suposición que lo explica, a ésta se la llama hipótesis.
Para emitir una buena hipótesis que explique el comportamiento de los fenómenos observados, es indispensable la imaginación y la reflexión. La hipótesis debe ser verificada posteriormente mediante la experimentación, pero el hecho que una hipótesis haya sido verificada mediante un proceso experimental no indica que dicha hipótesis sea válida con carácter universal. Una buena hipótesis debe tener las siguientes características: • • • •
Ser fruto de una observación cuidadosa del hecho a investigar. Ser clara, que se entienda perfectamente la explicación que se da. Que sea comprobable experimentalmente. Que sea precisa, esto es, que intente explicar una realidad, una observación, y no una multitud de observaciones y hechos.
Una vez establecido el problema y de establecer la hipótesis de trabajo, se procede a buscar información bibliográfica sobre el tema, ya que normalmente una investigación no parte de cero, y es necesario aprovecharse del trabajo previo que han hecho otros investigadores.
4.- LA EXPERIMENTACIÓN. Para saber si nuestra hipótesis es acertada, debemos comprobarla experimentalmente. Hay por tanto que diseñar y realizar el montaje experimental que intente confirmar nuestra hipótesis. La creatividad y el espíritu crítico son dos cualidades que hay que desarrollar en esta etapa de experimentación. Experimentar es repetir la observación de un fenómeno bajo condiciones controladas. Un experimento debe ser siempre reproducible, es decir, debe estar planteado y descrito de tal manera que cualquier persona con los medios necesarios, pueda repetirlo. De no ser así, los resultados de este experimento no serán aceptados por toda la comunidad científica.
ACTIVIDAD 1: Sea la siguiente observación: Se ha observado que en los invernaderos hay unas ventanas de ventilación, que si se suprimen o cierran, se empañan los cristales.
1. Reflexiona sobre esta observación e indica una hipótesis de trabajo que intente explicar el por qué de este hecho. 2. Piensa y elabora un diseño experimental que intente confirmar la hipótesis de trabajo. Las VARIABLES de un experimento: Se denominan variables a cualquier factor que influye en un determinado experimento o fenómeno natural, que pueden ser observados y medidos. De todos estos factores (variables) que pueden afectar a una experimentación, algunos será el experimentador el que los quiera modificar voluntariamente pero otros deberá, quedar sin modificarse para que la experimentación se desarrolle adecuadamente. Por tanto encontramos diferentes tipos de variables que afectan a un experimento, éstas son: Variable independiente: es aquella variable que la controla la define y marca el experimentados, y sólo depende de éste. Variable dependiente: es aquella variable que depende de la independiente, según cómo defina el experimentador la variable independiente, así se modificará la variable dependiente. Variables controladas: Son un conjunto de variables que pueden influir en el resultado de la experimentación, pero hay que evitar que esto suceda, por eso hay que mantenerlas con unos valores fijos y conocidos durante todo el proceso experimental. No pueden influir a la variable dependiente. Las variables también se pueden clasificar según cómo se puedan medir: Variables cuantitativas: expresan características medibles en una escala numérica. Pueden ser continuas (sus valores pueden expresarse con decimales- por ejemplo la altura de una persona-) o discretas (variable que se mide con números enteros – por ejemplo el número de hijos de una familia-). Variables cualitativas: representan características expresadas en una escala sin valores numéricos. Por ejemplo el color del cabello. •
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Para comprobar la veracidad del diseño experimental y si los resultados son satisfactorios, en muchas ocasiones se hace indispensable un experimento control, que consiste en realizar una experimentación paralela pero despreciando la variable independiente.
ACTIVIDAD 2: Queremos investigar si la humedad es la responsable de la germinación de una semilla, para ello, colocamos cinco semillas de garbanzo, cinco de alubias, cinco de girasol y cinco de trigo, en un recipiente cerrado que contiene algodón empapado en agua,. En otro recipiente con las mismas características que el anterior colocamos la misma cantidad de algodón pero sin agua. Se colocan ambos recipientes en el mismo lugar para que tengan las mismas condiciones ambientales y se esperan resultados para intentar confirmar la hipótesis. • • • • • • •
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¿Cuál puede ser la hipótesis de esta investigación? ¿Cuáles son las variables controladas? ¿Cuál será la variable independiente? ¿Cuál será la variable dependiente? ¿Cuál será el experimento control? Las variables serán cuantitativas o cualitativas. ¿Por qué se introduce en el segundo recipiente un algodón sin humedecer? ¿Por qué se colocan ambos recipientes en el mismo lugar?
Las características de un buen experimento se pueden resumir de la siguiente forma: • • •
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Que se pueda repetir tantas veces como sea necesario. Que sea lo más sencillo posible de realizar. Que sea lo más económico posible, sin que esto vaya en perjuicio de la investigación. Que sea realizable, realista. Que intente confirmar una hipótesis formulada anteriormente. Que estén claras y bien definidas las diferentes variables que intervienen en el experimento. Que tenga establecido un buen experimento control siempre que sea necesario Que los resultados se puedan recoger de una manera lo más sencilla posible. Etc. ...
ACTIVIDAD 3: Reflexiona sobre las características que debe tener un buen experimento, y completa la lista anterior.
ACTIVIDAD 4: Queremos investigar si influye el tamaño de una pecera que alberga a una especie de pez A, y el número de huevos que pone en cada puesta. • • •
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Indica una hipótesis. Diseña una experimentación que intente confirmar la hipótesis. Indica las variables: dependientes, independientes y controladas, especificando si son cualitativas o cuantitativas. Indica cuál será el experimento control.
5.- LOS RESULTADOS. En esta etapa del método científico se pretende recoger los datos y representar los gráficamente, para facilitar las conclusiones posteriores. I.- Registro de datos: En la experimentación hay que ir tomando los datos con gran precisión, dependiendo de la investigación que se trate esto se podrá realizar de diversas maneras, pero el confeccionar tablas es algo genérico que ayudará a ordenar los datos para después poder trabajar con ellos. Veamos el siguiente ejemplo de tabla, donde se representa el porcentaje de semillas de diferentes especias que han germinado a diferentes temperaturas. Judía Lenteja Girasol Calabaza
0ºC 0 0 0 0
5ºC 1 2 0 0
10ºC 14 12 10 10
15ºC 25 20 20 25
20ºC 30 28 28 30
25ºC 100 98 99 100
30ºC 100 100 100 100
35ºC 80 70 84 92
ACTIVIDAD 5: Después de observar la tabla anterior indica: Una posible investigación que se estuviera desarrollando a la luz de los datos que aparecen en la tabla. La variable independiente y dependiente de la experimentación. Las posibles variables controladas. •
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II.- Representación gráfica: Las gráficas son una muestra clara de la tendencia del experimenta, y ayudan a interpretarlo. Las técnicas de representación gráfica son muy variadas, pero siempre hay que tener en cuanta los siguientes aspectos: •
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Las variables independientes y dependientes son los factores fundamentales de toda investigación, son éstos por tanto los que se tienen que llevar a la gráfica para ver cómo se relacionan entre si. La variable independiente suele registrarse en el eje de abscisa (X) y la variable dependiente en el de ordenadas (Y). Las representaciones gráficas más utilizadas son la lineal, la de barras o la sectorial, pero dependiendo de las necesidades de la investigación se pueden emplear muchas otras.
Ejemplos de representaciones gráficas: Preferencias de turistas para visitar regiones de Andalucía en los meses de verano.
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35 30
Región 1
25
Región 2
20 15
Región 3
10
Región 4
5
Región 5
0 Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Mismos datos anteriores, representados en gráfica lineal: 40 35 30 Región 1
25
Región 2 20
Región 3 Región 4
15
Región 5
10 5 0 Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Gráfico sectorial donde se representan los datos anteriores perteneciente a la Región 1:
Junio Julio Agosto Septiembre
ACTIVIDAD 6: Representa gráficamente los datos de la tabla de la actividad nº5.
6.- INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS. En esta fase el investigador tiene que saber leer los datos de la experimentación, y ayudado por las tablas y gráficos, intentar darle una explicación al motivo de la investigación. Ésta es una fase de análisis, de deducciones y de extrapolaciones. Para poder formular una conclusión acerca del problema o fenómeno estudiado, hemos de interpretar las observaciones y datos registrados en el curso del experimento Si los resultados confirman la hipótesis, se pasa a la siguiente fase formulando una conclusión. Si los resultados no verifican la hipótesis, hay que revisar cada una de los pasos anteriores en busca de algún fallo o aspecto que no se haya tenido en cuenta, antes de desecharla.
ACTIVIDAD 7: Interpreta los resultados de una investigación que nos ha dado como resultado la siguiente gráfica:
35
) m30 c ( a 25 t n a l p 20 a l 15 e d 10 a r u t l 5 A 0
5
8
10
23
Nº de pulgones por hoja (media)
40
7.CONCLUSIONES. Si los datos experimentales verifican la hipótesis pasaremos a formular una idea general que sirva como conclusión de la investigación. Varias conclusiones de diversas investigaciones sobre una misma temática, permiten al científico formular progresivamente generalizaciones, principios científicos, teorías, modelos, ... que van dando contenido y explicación a una ciencia concreta.
ACTIVIDAD 8: Se ha observado que el tamaño de la población de insectos es mucho mayor en verano, se cree que esto es porque el incremento de temperatura hace que los insectos se reproduzcan más. Diseña un experimento para intentar demostrar esta hipótesis. Indica cuáles son las diferentes variables. Inventa unos datos y construye una tabla y una gráfica lineal. Interpreta los resultados, indicando si la hipótesis es correcta o no. •
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ACTIVIDAD 9: Eijkman fue un prestigioso investigador y médico de finales del siglo XIX y principios del XX. Observó que los pollos de su laboratorio presentaban síntomas de carencia de vitaminas (enfermedad llamada Beriberi). También sabía que se alimentaban sólo de arroz descascarillado (arroz sin cáscara). Siguiendo los pasos del método científico, describe como harías una investigación que intentara demostrar que la cáscara del arroz es importante en la alimentación para no contraer la enfermedad del beriberi.
ACTIVIDAD 10: Van Helmont fue un naturalista investigador del siglo XVII que dedujo que las plantas no sólo crecen a consta de los nutrientes del suelo, si no que también influye el agua. E. Mariotte (físico del mismo siglo) demostró que las plantas formaban su cuerpo a partir de sustancias químicas tomadas del suelo, del agua y del aire; constituyendo esto la base de su crecimiento. Siguiendo los pasos del método científico, describe como harías una investigación que intente demostrar la influencia del suelo, del agua y del aire en el crecimiento de las plantas.
ACTIVIDAD 11: Se ha observado que las personas que beben gran cantidad de agua suelen producir más cantidad de orina, la hipótesis de partida es que el volumen de agua ingerido es directamente proporcional a la cantidad de orina producida. Diseña un experimento, indicando las diferentes variables, inventa unos datos, realiza tablas y gráficas e interprétalas. El resultado debe ser que la hipótesis es cierta.
ESQUEMA DEL METODO CIENTIFICO
1. Observación
2. Hipótesis
Observar la realidad Realizar dibujos y esquemas Hacerse preguntas
3. Experimentación Diseñar y construir montajes experimentales Creatividad y espíritu crítico Lo más económico y fácil posible Experimento control o testigo Variables Controladas
Independientes
Analizar los datos Deducir Extrapolar
Llegar a conclusiones
4. Resultados Registro de datos realización de tablas Representación gráfica
Dependientes
5. Interpretación
Se confirma la hipótesis
Una o varias ideas Tendrán que ser verificadas por la experimentación
6. Conclusiones Idea general que sirva como conclusión del experimento
No se confirma la hipótesis Volver sobre los pasos anteriores
ACTIVIDAD 12: Propón una investigación, descríbela inventándote los datos que sean necesarios. Sigue los pasos del método científico llegando a sacar conclusiones
8.- PRESENTACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN: EL INFORME CIENTÍFICO. Un informe científico se compone de las siguientes partes, y se presentan en este orden: 1.- TÍTULO. Supone la presentación del informe, hay que poner especial atención a qué se quiere decir y cómo se quiere expresar. El título suele reflejar la conclusión más importante del estudio o bien la definición del estudio al que encabeza. Su redacción debe ser precisa y de tamaño adecuado (ni muy largo ni tan corto que no diga nada). 2.- AUTORES. Debe figurar el nombre del equipo y los autores, evaluación durante la cual se ha efectuado, curso y grupo. Por lo general se cita primero al investigador que más ha aportado al trabajo, y sucesivamente el resto de los investigadores ordenados con este mismo criterio. Hay que especificar qué parte del trabajo ha hecho cada uno de los autores. Cada autor debe ir identificado con su nombre, apellidos, número de lista y clase a la que pertenece. 3.- ÍNDICE. Sumario de todas las partes del informe, en el que se indicará el número de página que se encuentra cada parte, ya que las páginas deben estar numeradas. 4.- RESUMEN. Es una versión reducida del informe, donde se resalta, en un lenguaje claro, lo más importante de cada una de las partes de éste: propósito de la investigación, material empleado, métodos utilizados, resultados y conclusiones. No debe exceder de 250 palabras, y debe ser una invitación a seguir leyendo el resto del informe. Es mejor redactar el resumen lo último, en un solo párrafo y en tiempo verbal de pasado (refiriéndose a un trabajo realizado). 5.- INTRODUCCIÓN. En este apartado se describen los motivos por los que se ha puesto en marcha la investigación. Se deben señalar el objetivo y el fundamento del trabajo, así como un resumen de la información que, sobre el tema, ha sido encontrada en diferentes libros. En este punto debe quedar claro cuál ha
sido la hipótesis de trabajo de la que se ha partido para desarrollar la investigación. 6.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. Se describen con todo detalle la instrumentación, procedimientos, diseño y métodos estadísticos empleados. La descripción debe no debe ser general, si no específica para la investigación, y debe realizarse con la suficiente información como para que, cualquier investigador que lo desee, pueda reproducir exactamente el mismo trabajo sin ninguna dificultad, ya que la base principal de todo estudio científico es que se pueda repetir por otros investigadores. Se ha de identificar el material empleado en la investigación (material de laboratorio, animales, plantas, material biológico, material geológico, ...) señalando las características que definen a cada uno y que sean importantes para la comprensión de la investigación. Se deben señalar las variables (dependiente, independiente y controladas) que entran en juego en la investigación, identificándolas perfectamente, y realizando una fundamentación de cada una de ellas (por qué son esas variables, cómo se va a trabajar con ellas, ...) La redacción debe estar muy cuidada y se realiza en tiempo verbal pasado. 7.- RESULTADOS. En este apartado se presentan los resultados fruto del estudio, expresados de una forma clara, precisa y concreta, utilizando tablas, dibujos, esquemas, gráficas, fotografías, o cualquier otro procedimiento que se considere oportuno para aumentar la claridad. Los resultados deben ser reales, objetivos y estar expuestos con claridad de forma que permitan su evaluación. En cada una de las tablas, gráficas, fotografías, ... debe aparecer una explicación de los resultados representados. 8.- CONCLUSIONES Se relacionan, interpretan y discuten los resultados obtenidos. Se discuten las evidencias sugeridas por el estudio, teniendo en cuenta que toda interpretación debe estar bien explicada y argumentada, y debe relacionarse con el propósito de la investigación, y apoyarse en los datos obtenidos. Se explican las dificultades que han surgido, y cómo se han ido superando. Debe quedar claro cuál ha sido el resultado de la investigación, y si la hipótesis de partida ha sido confirmada totalmente, en parte o nada.
Este punto puede terminar definiendo nuevas preguntas que hayan surgido durante la investigación, o preguntas que permanezcan sin responder. 9.- BIBLIOGRAFÍA. Se hacen constar todas aquellas fuentes que han sido consultadas: libros, revistas, periódicos, folletos, programas de radio, televisión, o informática, etc... La referencia debe incluir: título del libro, autor o autores (si son más de tres se suele poner el primer nombre seguido de “ y col.” o “et all”), año, edición y editorial. (si es una enciclopedia se indica el tomo y las páginas consultadas).
ACTIVIDAD 13: Busca algún artículo científico donde se exponga una investigación y compara la forma de comunicar dicha investigación con lo explicado en este tema. Describe los pasos que ha ido realizando el investigador, tanto a la hora de investigar como a la hora de realizar su informe científico.
