LA CIENCIA, EL MÉTODO CIENTÍFICO Y
LOS PROCESOS CIENTÍFICOS
En términos sencillos, cuando hablamos de método
científico hacemos referencia a una forma, a un estilo de pensamiento y
de acción que es propio del trabajo del hombre de ciencias.
El método supone una serie de pasos que pueden simplificarse así:
• planteamiento del problema que se va a
investigar,
• formulación de hipótesis como explicaciones provisorias,
• realización de un diseño experimental e
interpretación de los resultados, y
• conclusiones.
Esta sistematización puede considerarse ideal aunque no necesariamente
se aplica en la practica tal como
funciona “el método” en un laboratorio de alta
tecnología. Pero, simplificando, un niño puede proceder “como un científico… tanto en la forma de
pensar, como en
la forma de actuar”. El método tiene validez en términos
generales y es extraordinariamente proyectivo para el enfoque del currículo escolar, con algunas
limitaciones referidas al método mismo y al papel de las teorías
científicas.
Por otra parte, los procesos científicos constituyen el conjunto de
actividades y destrezas de orden intelectual y manual que realiza el hombre de
ciencias cuando acomete una investigación: observa, mide, controla
variables, interpreta datos, formula hipótesis, predice, experimenta,
etc. (La reforma educacional de 1965 introdujo el llamado enfoque procesal para
la enseñanza de las ciencias como oposición al enfoque centrado en
el conocimiento o producto de la ciencia. Una distorsión se produjo
cuando los procesos se trataron en forma aislada, como
ejercicios para el desarrollo de habilidades y destrezas… de hecho
importantes como objetivos del aprendizaje de las ciencias), pero
desprovistos de sustrato o contenido científico.
La línea
procesal para la enseñanza de las ciencias es un antecedente
valido, vigente, para un enfoque inductivo, donde el acento esta
puesto en la forma en que el científico elabora teorías para
explicar hechos y fenómenos. Esta metodología, aún con sus
facetas vulnerables, es extraordinariamente útil para el trabajo en el
aula, pero requiere de profesores preparados para llevarla a cabo. Tal vezpor
este motivo, y porque, ademas, requiere de la constante
preocupación y preparación del
profesor se cae en el enfoque tradicional, mas facil de
implementar ¡e impartir! ¡Se trata de transmitir conocimientos, con
algunas demostraciones, usando el texto de estudio como
guía y motor del
aprendizaje!
Observar
Es un proceso científico basico. Observar significa hacer una
descripción de un objeto o fenómeno empleando todos los
órganos de los sentidos. La observación, por consiguiente, no es
sólo visual, sino que debe incluir datos recogidos por el oído,
tacto y olfato. (Las observaciones gustativas y olfatorias tienen las obvias
limitaciones derivadas de la naturaleza o especificidad de lo que se observa).
Las observaciones pueden ser de dos tipos: cualitativas y cuantitativas. Las
primeras se refieren a aspectos externos como
forma, color, tamaño, textura, olor; las segundas, en cambio, incluyen
datos numéricos sobre determinadas características: peso,
longitud, grosor, temperatura, etc.
Otro aspecto importante para el hombre de ciencias es la observación de
cambios: los eclipses, la rotación terrestre, el comportamiento de los
animales, la germinación de las semillas, el crecimiento de un
bebé, son cambios de gran interés para los científicos.
Por ejemplo, se puede observar una tableta efervescente describiendo su forma,
color, diametro, grosor, peso, dureza, sabor, olor, usando todos los
órganos de los sentidos. Pero si la tableta se coloca en un vaso con
agua se producira un cambio: la tableta se disuelve, burbujea, etc. En
este caso, la tableta interactúa con el agua, produciéndose un
cambio. A nivel escolar basico una de las observaciones mas
frecuentes se vincula con semillas como
objetos estaticos y en proceso de cambio (germinación). Otra
observación clasica: terrones de azúcar.
Inferir
Es una interpretación, una explicación, una deducción,
referida a un hecho o fenómeno. La inferencia debe ser razonable; puede
ser mas útil que la observación misma, pero es necesario
verificar su validez.
Las inferencias forman parte de lo cotidiano; miramos el cielo y deducimos si
habra o no lluvia; observamos las huellas de unos neumaticos en
elpavimento y podemos interpretar si el automóvil iba a una determinada
velocidad y -realizando otras observaciones - podemos hasta determinar si el
conductor fue o no culpable del
accidente.
La ciencia progresa investigando si las inferencias son correctas: “voy a
averiguarlo”… dice el científico.
• Para una situación cualquiera
pueden formularse varias interpretaciones. Por ejemplo:
Observaciones: En el patio de una escuela se observa un vidrio roto,
produciéndose gran ruido. Dos alumnos, al oír el ruido, salen
corriendo.
Inferencias:
a) Los alumnos han roto el cristal.
b) Los alumnos no han roto el cristal.
c) Desde afuera, alguien ha lanzado una piedra que rompió el cristal.
d) El vidrio estaba mal colocado. El viento, al azotar la ventana, lo
soltó definitivamente.
En estos casos las inferencias tienen algún fundamento. Para verificar cual de ellas es verdadera debe
realizarse una pequeña investigación que establezca una
relación entre el hecho observado y su posible causa.
Medir
Es el proceso que suministra datos cuantitativos sobre un objeto o
fenómeno. Se expresa a través de un número y una magnitud:
18 cm, 23ºC, 18 kg. La medición, en el fondo, es una
observación cuantitativa y suele dar mayor significación a la
observación cualitativa. Es distinto decir el agua esta tibia que
decir que tiene una temperatura de 22ºC.
Cuando se mide, se compara una magnitud con otra que es la unidad patrón
o estandar; de esta forma, cuando se dice que un saco de harina tiene
una masa de 44 kilos se hace referencia a la unidad patrón; el
kilogramo: el saco de harina tiene una masa 44 veces la unidad patrón.
Las unidades de medida se han acordado internacionalmente; de esta forma, la
uniformidad facilita la comunicación, haciéndola entendible
independientemente del
lugar en que se haya realizado la medición. A nivel escolar los
niños deben familiarizarse con la medición de longitudes (usando
primero unidades arbitrarias y después unidades estandar);
volumen, masa, temperatura, etc. Unidades arbitrarias a nivel escolar: paso,
pie, cuarta…
Clasificar
Consiste en separar y agrupar los elementos de un conjunto,considerando una o
mas propiedades comunes.
El hombre emplea clasificaciones en las mas variadas actividades. Por
ejemplo, las tiendas estan clasificadas según la función
que cumplen: zapaterías, panaderías, ferreterías,
carnicerías, etc. En una biblioteca, los libros suelen estar
clasificados por materias: arte, ciencia, literatura, economía, etc. En
la guía telefónica, los abonados estan clasificados por
ciudades, en un orden alfabético. En todos los casos se hace una
ordenación. El orden realizado depende de los objetivos que se persiguen
y, también, de la naturaleza o características de lo que se
quiere clasificar.
Las clasificaciones constituyen una forma de simplificar el estudio de ciertos
hechos, objetos o fenómenos. Por ejemplo, la materia puede clasificarse
en sólida, líquida y gaseosa, según su estado
físico; los elementos químicos pueden clasificarse en metales y
no metales; los animales, en vertebrados e invertebrados.
En la escuela también se presentan y realizan una serie de
clasificaciones: los alumnos se agrupan en orden alfabético; en las
formaciones previas a la entrada a clases, los niños se ordenan de
acuerdo a su estatura, etc.
Cuando se realiza una clasificación se observan determinadas
características de los objetos, seres vivos o fenómenos, que se
llaman criterios de clasificación. Por ejemplo, se clasifican objetos
según su brillo (opacos, brillantes); color (azul, verde, negro); dureza
(blandos, duros), etc. Clasificamos o agrupamos a seres vivos según el
ambiente en que viven (terrestre, acuatico, aéreo); según
su tipo de respiración (branquial, pulmonar, cutanea, por
ejemplo); según su cubierta corporal (plumas, pelos, escamas), etc.
Comunicar
Los hombres de ciencia necesitan divulgar sus hallazgos; necesitan transmitir a
otros lo que han hecho. Para ellos es
imperativo comunicar los resultados de su trabajo. Nadie trabaja aislado del resto de la
comunidad científica. Es mas, la comunicación es
fundamental: permite a un investigador de un tema específico conocer lo
que ya se ha hecho. Así se evitan pérdidas de esfuerzo y de
tiempo.
La comunicación debe ser clara y precisa para no inducir a error, y para
que otrosinvestigadores, reproduciendo las mismas condiciones, puedan obtener
los mismos resultados: la replicabilidad de la investigación constituye
un antecedente de su confiabilidad.
Los datos cuantitativos que comunica el científico suelen presentarse en
forma de tablas y graficos.
Los graficos constituyen una representación de datos
numéricos: temperatura de determinadas regiones durante un
período, relación entre masa y volumen de una sustancia,
proporción de gases en el aire, contenido de ciertos alimentos en
calorías
• Algunas formas de graficos son:
-de barras
-de curvas
-pictogramas
-circulares
Graficos de barras
En este tipo de representación grafica, la longitud de las barras
-verticales u horizontales- expresa el valor de la variable que se desea
representar.
Se usan graficos de barras cuando una de las variables -a lo menos- no
tiene valores intermedios, y se expresa en unidades enteras, no fraccionables.
Este tipo de variable se llama discontinua y convencionalmente se coloca en el
eje horizontal. Las variables que cambian y poseen valores intermedios, se
llaman continuas y se ubican en el eje vertical.
Al construir un grafico de barras deben considerarse aspectos como los
siguientes:
- La longitud de los ejes debe ser similar;
- La variable discontinua se anota en el eje horizontal;
- Para cada variable se elige una escala apropiada, marcandose los
valores principales en los ejes;
- Todas las barras deben tener el mismo ancho, y la distancia entre una y otra
ha de ser igual a la mitad del ancho de cada barra;
- Cuando existen variables continuas, deben indicarse en el eje respectivo las
unidades de medida empleadas: cm, °C, km, etc.
- En la parte superior de cada barra hay que anotar el valor que le
corresponde, según la tabla.
Grafico de curvas
El grafico de curvas se emplea cuando las variables son continuas.
Para construir un grafico de curva se
debe tener en cuenta las recomendaciones ya citadas para el grafico de
barras.
Convencionalmente se suele colocar la variable dependiente y en el eje vertical
y, la independiente (x), en el horizontal.
Una vezfijados los ejes y sus escalas, se procede a marcar los puntos, que
estan determinados por la tabla de valores: cada punto del grafico queda definido por dos valores,
uno de cada variable.
Graficos circulares
Constituyen una alternativa de los graficos de barras. Son muy
utilizados cuando una variable se expresa en porcentaje. Para
construirlos es necesario considerar que la circunferencia mide 360º y que
esta magnitud equivale al 100%. Por ejemplo, si se tiene una tabla de notas de
un curso (100%), donde el 45 % obtiene nota 4, un 26% nota 5, un 20 % nota 6 y
un 9 % nota 7, se puede construir un grafico circular partiendo con una
simple regla de tres:
El 100 % equivale a 360º
45 % equivale a X
Donde X = 360 x 45 = 16200
16.200 : 100 = 162 º
Luego, con un transportador se marca esa cifra en la circunsferencia. Y
así sucesivamente con el resto de los datos.
Pictogramas
Son graficos donde una variable se representa con un dibujo
esquematico. Por ejemplo, si se habla de precipitaciones (mm de agua
caída en un período determinado), esta variable se puede
representar con un paraguas. Como
referencia se debe incluir un dibujo que identifique un número entero de
dicha variable.
Por ejemplo:
Precipitaciones acumuladas (mm) en ciudades de Chile, a mayo de 2002
Santiago 150
Valparaíso 220
Valdivia 850
Con una tabla de este tipo se puede señalar el dato base, donde
“un paraguas de determinado tamaño” representa 100 mm de
agua caída.
REPRESENTACIONES GRAFICAS
|Estatura de modelos chilenas | | | | | | | |
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|[pic] | | |
| |PICTOGRAMA | |
Definir operacionalmente
Es establecer el significado de un objeto o fenómeno, describiendo las
propiedades o las operaciones quepermiten caracterizarlo.
Estas definiciones describen características visibles, ademas de
los cambios que se observan cuando se producen algunas manipulaciones o
interacciones. La definición operacional informa sobre lo que hay que observar
y las operaciones o actividades que se deben realizar para caracterizar
adecuadamente lo que se esta definiendo.
Por ejemplo, el oxígeno, gas que forma parte del aire- podría definirse
operacionalmente de la siguiente manera:
Gas incoloro e inodoro que ayuda a arder, manteniendo las combustiones.
Otro gas, el dióxido de carbono, podría definirse como gas incoloro e inodoro que inhibe las combustiones y
que enturbia una solución incolora de agua de cal.
Estos dos ejemplos ilustran observaciones, la producción de cambios y cómo se
efectúan.
Las definiciones no operacionales se plantean a un nivel mas
teórico, sin considerar necesariamente observaciones directas.
Así, el oxígeno podría definirse como un elemento
químico de masa atómica 16 cuyo símbolo es O, que tiene
una molécula formada por dos atomosToda esta
información, si bien constituye una definición, no resulta de la
observación directa ni de interacciones o cambios observables. Por lo
tanto, no es una definición operacional.
Otro ejemplo: un circuito eléctrico simple podría definirse de la
siguiente forma:
-Describiendo todos sus componentes.
-Observando los cambios que se producen cuando los componentes
interactúan.
Por ejemplo, se podría definir un circuito eléctrico sencillo
señalando que esta formado por una pila, un conductor
eléctrico y una ampolleta, que al disponerse de cierta forma producen un
cambio característico: la ampolleta se enciende, produciéndose
dos hechos perceptibles: luz y calor.
Predecir
Es un pronóstico razonable y verificable, sobre un hecho o
acontecimiento nuevo o desconocido. Se caracteriza por anticipar lo que va a
ocurrir; la inferencia, en cambio, explica o interpreta lo que ya ha ocurrido.
Se predicen fenómenos como
las horas de salida y la puesta del Sol, los eclipses, el tiempo
atmosférico, etc. Las predicciones tienen su base en observaciones,
mediciones e inferencias; una predicción que no se sustenta
enantecedentes serios no es científica: es un adivinanza o conjetura. Un
meteorólogo, por ejemplo, fundamenta sus predicciones en una serie de
observaciones (datos) que provienen basicamente de dos fuentes:
estaciones meteorológicas terrenas y oceanicas, y
satélites meteorológicos. Ademas, el meteorólogo conoce
perfectamente cómo se relacionan los factores del clima y fundamenta sus predicciones en
la historia de sus registros y en las regularidades.
El hombre de ciencia, precisamente, registra e interpreta las regularidades
observadas para formular sus predicciones.
Existe una estrecha relación entre hipótesis y predicciones. Las
hipótesis son explicaciones de caracter provisorio para un
conjunto de hechos o situaciones. A partir de ellas se pueden formular
predicciones. Si éstas se cumplen, las hipótesis pueden seguir
considerandose validas; si no se cumplen, deben rechazarse o
modificarse. Por ejemplo:
Se ha observado que los murciélagos son capaces de orientarse en la
mas completa oscuridad sin chocar nunca con obstaculo alguno.
¿Cómo se explica este hecho?
Hipótesis 1. La visión les permite una orientación
perfecta.
Hipótesis 2. La audición les permite una perfecta
orientación.
A partir de la hipótesis 1 se puede establecer una predicción como la siguiente: Si a
los murciélagos se les priva de la vista, no podran orientarse.
Se comprueba después si esta predicción es valida,
verificandose que, aun ciegos, los murciélagos siguen
orientandose sin problemas. En este caso, la predicción no se
cumple y la hipótesis debe modificarse.
Al analizar la predicción que surge de la hipótesis 2 se realiza
el siguiente experimento: se colocan unos tapones de latón en los
oídos de un grupo de murciélagos, comprobandose que
estan desorientados y chocan contra los obstaculos. La
predicción es verdadera, lo que da fundamento a la hipótesis
respectiva.
• Interpretar datos
Los datos el resultado del
trabajo científico y constituyen elementos que se someten a estudio,
analisis e interpretación. La interpretación de datos es
una de las etapas mas importantes del
trabajo científico, porque se proyecta en las conclusiones.
Unaadecuada interpretación de datos se fundamenta en un diseño
experimental adecuado a la naturaleza del problema que se investiga; en la
realización de observaciones y mediciones cuidadosas, y en el empleo de
técnicas de investigación adecuadas. Los datos mismos tienen poco
interés por sí mismos; lo importante es la nueva luz que surge al
examinarlos; las generalizaciones que se pueden formular y las nuevas preguntas
que plantean principalmente.
En ciencias, los datos se suelen presentar en forma de tablas, graficos,
esquemas, etc. No hay ciencia sin datos; no hay investigación
científica sin interpretación de datos. Por una parte es
necesario ser riguroso para obtener datos; por otra, es fundamental ser muy
cuidadoso para interpretarlos: las generalizaciones precipitadas no forman
parte del trabajo propiamente científico.
Al investigar, por ejemplo, la rapidez de evaporación de un
líquido en función de determinados factores, el resultado del
trabajo sera una información, datos cuya interpretación
permitira establecer determinadas conclusiones. Por cierto que un buen
trabajo experimental es la condición indispensable para obtener datos
fiables y validos. Si las observaciones y mediciones realizadas, las
técnicas empleadas y el control de variables no son confiables, los
datos obtenidos carecen de validez. Ademas, los datos no pueden
someterse a analisis si no constituyen un volumen tal que permita
establecer conclusiones.
Esto significa que hay una relación estrecha entre el volumen de
información obtenida y las conclusiones que se puedan formular.
Si se esta investigando, por ejemplo, en qué medida influye una
dieta determinada en el desarrollo de las aves de corral, no sera
suficiente realizar tres o cuatro mediciones Ademas de precisar bien
las condiciones experimentales y realizar un adecuado control de variables
sera imprescindible obtener un volumen de datos que permita una
conclusión de caracter general.
No hay reglas precisas para determinar cual es este volumen de datos;
pero el experimentador lo determina considerando fundamentalmente la naturaleza
de la investigación que realiza y las normas de caracter general
que rigen en la comunidad científica.
Finalmente,también es importante la obtención y el
analisis de datos que guarden relación con el problema, lo que
significa que si bien el caudal de información que se obtenga es
importante, también lo es que dicha información sea atingente al
problema.
Controlar variables
Cualquier factor que influye en un hecho o fenómeno es una variable.
Controlar variables implica, en primer lugar, la identificación de los
factores que influyen en un determinado fenómeno, en segundo lugar,
manipular una variable y mantener constantes (controladas) todas las
demas. Por ejemplo, la temperatura, humedad ambiental, vientos,
presión atmosférica, son factores o variables del clima; la edad,
el sexo, condiciones de higiene y alimentación, son variables que
influyen en el desarrollo (estatura, peso, salud) de un ser vivo.
Cuando se realiza un trabajo experimental hay que establecer las posibles
relaciones entre las variables, que se suelen clasificar en tres
categorías; variable manipulada o independiente; variable respuesta o
dependiente, y las variables constantes o controladas, que no cambian.
Veamos un ejemplo: si se estudia el crecimiento de un polluelo en
función del tiempo, la variable manipulada, independiente, es el tiempo:
el observador decide durante qué período lo medira. El
crecimiento (medido en función del peso, principalmente) es la variable
dependiente o respuesta. Esta relacionada con el tiempo, dependiendo de
él. La variable experimental podría ser un tipo particular de
alimentación que suponemos influye en el desarrollo. Es decir, la
variable experimental sería el alimento. Otras variables se mantienen controladas,
sin modificarse en todo el período que dure el experimento; por ejemplo,
cantidad de alimento, calidad del alimento, temperatura ambiental, peso inicial
de los polluelos, períodos del día en que reciben
alimentación, etc.
Para un investigador es fundamental identificar las variables que pueden
influir en un determinado fenómeno y realizar un adecuado control de
variables. También es importante considerar el experimento control o
testigo. Para el caso de los polluelos, si se investiga que una determinada
dieta -variable experimental- influye en el desarrollo de lospolluelos, se
separa un grupo experimental (que recibira la dieta especial), y otro
grupo, control, que tiene las mismas características que el grupo
experimental, pero que recibe la dieta considerada usual o normal. El
experimento control permite una comparación de resultados: las
diferencias, entonces, se pueden atribuir a la variable que se manipula.
• Formular hipótesis
Las hipótesis son explicaciones tentativas, provisorias; son aproximaciones
a la verdad que se formulan para explicar determinado hecho o fenómeno.
Las hipótesis siempre son suposiciones inteligentes, sean o no
susceptibles de verificación experimental. Un aspecto importante de las
hipótesis es que permiten predecir, es decir, anticipar que se
produciran hechos o situaciones determinadas. Si las predicciones se
cumplen, la hipótesis puede considerarse una suposición razonable
que debe ser sometida a nuevas pruebas.
Si por ejemplo, decimos que en la velocidad de una reacción influye el
tamaño de las partículas, podríamos diseñar un
experimento, usando tabletas efervescentes en distintas condiciones: entera,
partida en dos trozos, en cuatro, y en polvo. En cada caso mantendríamos
controladas la temperatura y la cantidad de agua. La variable experimental es
el tamaño (estado de agregación); la variable respuesta
sera el tiempo de reacción, medido en segundos.
El control de variables implica mantener constantes factores como: volumen de
agua, temperatura del líquido, etc. La variable respuesta -tiempo de
reacción- se mide usando un reloj con segundero.
Las hipótesis no pueden considerarse como verdades inamovibles; en el
mejor de los casos deben aceptarse como parcialmente verdaderas. Esto supone
una actitud no dogmatica, y la apreciación de la ciencia como un
proceso evolutivo, cambiante: una afirmación puede ser corregida por una
investigación posterior que plantee nuevas observaciones y nuevos
hechos. Esta es la base del progreso de la ciencia.
Experimentar
Este proceso representa el arte verdadero de los hombres de ciencia. La ciencia
sólo inició su etapa de avance cuando Galileo, en el siglo XVII
inventa el método científico experimental.
El experimento se define como larespuesta a una hipótesis y una forma de
probar su validez; el experimento siempre se plantea con un propósito
definido, y su diseño debe considerar las hipótesis y las
predicciones que se han formulado.
A través del experimento se obtienen datos que es necesario interpretar
para llegar a determinadas conclusiones.
1. Supongamos la siguiente hipótesis:
• Cuando una tableta efervescente reacciona con agua, no hay
pérdida de masa. Dicho en términos cuantitativos:
Vaso + tableta + agua = masa del vaso + agua + tableta disuelta
• Basandonos en esta hipótesis, podríamos predecir
que:
Si se pesa el sistema vaso-agua-tableta antes y después de la
reacción, la masa sera la misma. Ahora bien, al hacer las pesadas
correspondientes, comprobamos que la masa ha disminuido después de la
reacción.
Sobre lo que ha ocurrido podríamos formular otras hipótesis:
2. Efectivamente, en la reacción hay pérdida de masa.
3. En la reacción descrita, algún producto de la reacción
se escapa.
Observemos que la hipótesis 2 es contraria a la hipótesis 1, ya
que se contradice con ella. Sin embargo, la hipótesis 3 es concordante
con la 1. Una predicción valida para ambas sería la
siguiente:
Si se trabaja en un sistema cerrado, no habra pérdida de masa. El
experimento es precisamente lo que nos permitira probar la
predicción y, consecuentemente, la validez de nuestras hipótesis.
El experimento requiere de un plan o diseño: debemos disponer de un
sistema cerrado de tal forma que estemos seguros de que no hay escapes. Un
diseño apropiado sería el siguiente: disponer de un matraz con tapón
de cierre hermético, con un volumen de agua. En el interior de una
bolsita de gasa colocaríamos la tableta, suspendiéndola del
tapón con una cuerda.
Pesaríamos este sistema, anotando el valor obtenido. Luego
volcaríamos el matraz para provocar la reacción en su interior.
Una vez que ésta haya cesado, pesamos nuevamente el sistema. Si el valor
ahora obtenido es igual al anterior, tendríamos antecedentes como para
afirmar que la predicción es valida y que, por consiguiente, las
hipótesis 1 y 3 las podemos seguir considerando aceptables. En cambio,
rechazaríamos la hipótesis 2.
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