Metodologia de la Ciencia
Introducción
En estos momentos usted se estará interrogando si la Ciencia es un conjunto de hechos aislados, de teorias y leyes rígidas que uno debe conocer, o si es un conjunto de procedimientos para descubrir y analizar hechos y desarrollar teorías. En realidad la Ciencia es una combinación de todo esto.
La Ciencia implica el estudio de un área del conocimiento. Este conocimiento es racional, porque ha sido originado a lo largo de años y años de trabajo, por innumerables personalidades dedicadas a la Ciencia.
La Ciencia como producto la conforma el conjunto de hechos, principios, teorías y leyes que el ser humano ha formulado para comprender la realidad que lo rodea y que luego le ha permitido transformarla. Como proceso la Ciencia es una forma estructurada y dirigida de formular preguntas y hallar respuestas. Una forma disciplinada de la curiosidad humana (Alfred, Whitehead).
De acuerdo con lo anterior, para lograr un efectivo aprendizaje de las ciencias y alcanzar sus objetivos, debemos considerarlas como producto y como proceso inseparablemente. Sólo asi lograremos vencer la forma tradicional de memorización de conceptos, descripción de fenómenos, y buscar en cambio el cómo y el por qué de los hechos, y elaborar nuestras propiaas conclusiones.
Es decir, introducirnos a la Metodologia de la Investigación Científica, donde seguramente podremos expresar mejor toda nuestra capacidad creativa. Asi la ciencia adquiere su verdadera importancia, al permitir que la persona desarrolle una cultura cientifica para abordar los problemas de la vida diaria, la cual la llevará necesariamente al conocimiento cientifico de la realidad y, posteriormente, a la transformación de ésta en beneficio del ser humano y de la sociedad.
Este capitulo busca proporcionar a usted, señor estudiante, algunos elementos de metodología que le permitan, en una primera etapa, adquirir los conocimientos básicos del mundo que nos rodea, con una metodología cientifica.
En una segunda etapa esperamos que usted desarrolle una cultura cientifica para actuar en su vida cotidiana. Recuerde que esa cultura no se hereda, se aprende a lo largo de la vida académica, a costa de muchos esfuerzos y ejercicios. Antes de continuar con el desarrollo de este capitulo, lo invito a reflexionar sobre lo siguiente:
¿Qué significa el aprendizaje de las Ciencias como producto y como proceso? ¿Qué ventajas representa para un estudiante de cualquier disciplina, el abordar su aprendizaje con espiritu cientifico?
1. El método cientifico
Como todo estudiante universitario se preguntará si existen reglas fáciles y precisas para solucionar problemas con una actitud cientifica. Pues bien, no existen reglas absolutas que nos guien en la investigación sin incurrir en error, pero, si contamos con normas elementales que nos permiten lograr los objetivos de la ciencia ahorrándonos esfuerzos y tiempo.
El llamado Método cientifico es un medio para la investigación. Pero, la cultura y la actitud cientifica sólo se lograrán con la constancia, el trabajo y la reflexión permanente de cada uno de nosotros. El método cientifico tiene como objetivo fundamental solucionar problemas, siguiendo unos pasos ordenados o procedimientos sistemáticos y utilizando unas técnicas cientificas, que en conjunto estructuran la forma metodológica.
a. Pasos del Método Cientifico.
Como hemos dicho a través de este curso, toda investigación nace de algún problema observado que se quiera solucionar. Para ello lo primero que hacemos seguramente será formular hipótesis sobre la solución del problema, las cuales debemos verificar o comprobar a través de la observación y la experimentación.
Finalmente, al contrastar las hipótesis con los resultados, podremos sacar conclusiones y generalizar sobre las soluciones al problema. Los cientificos llegan a formular teorías y leyes. Con el fin de comprender los pasos del mencionado, analice el siguiente ejemplo:
Seguramente usted habrá observado que al colocar un vaso boca abajo, en una cubeta o balde con agua, ésta no entra en el vaso. Es posible que todos conozcan la razón de ello, pero, este sencillo ejemplo nos sirve para ilustrar los pasos del método cientifico.
Problema: ¿Por qué no entra el agua en el vaso?
Formulación de hipótesis: El vaso contiene una sustancia, aire por ejemplo, que impide la entrada del agua.
Comprobación de la hipótesis: Si es aire la razón por la cual no entra el agua, debemos sacar el aire del vaso, sin modificar su posición inicial en el agua. Una forma sencilla de proceder, es introducir un tubo acodado y aspirar con la boca el aire, el agua va entrando a medida que el aire es desalojado.
Generalización: El aire ocupa un lugar que no puede ser ocupado por otra sustancia.
1. Planteamiento del problema.
En la vida cotidiana y en el estudio del conocimiento cientifico, se nos presentan de súbito dificultades que no podemos resolver a primera vista, por simple observación o recordando lo que hemos aprendido anteriormente. En este momento tenemos un problema que debemos resolver.
Generalmente los problemas se nos presentan en forma de preguntas, pero, hay que tener cuidado al formularlas. Por ello, se requiere tener algún conocimiento del tema, para no formular preguntas que de antemanos no tienen solución. Al formular la pregunta debemos suponer con alguna certeza el resultado que esperamos obtener.
Como reflexión acerca de la importancia de este paso del método cientifico, analice la siguiente expresión de Albert Einstein:
La formulación de un problema es muchas veces más importante que la solución, la cual puede ser meramente una cuestión de habilidad matemática o experimental. Hacer nuevas preguntas y considerar nuevas posibilidades para enfocar viejos problemas desde un nuevo ángulo requiere imaginación creadora y señala el verdadero progreso de la Ciencia.
2. Formulación de Hipótesis.
La hipótesis es una o varias explicaciones anticipadas que nos permiten vislumbrar la solución al problema. Las hipótesis son suposiciones que hacemos con base en las observaciones y conocimientos que tengamos de los hechos que originaron el problema.
Una hipótesis no puede formularse sin una base de juicio. De hacerlo, podriamos caer fácilmente en absurdos que desvíen nuestra investigación. Pero, es bueno aclarar que no todas las hipótesis son ciertas.
Para que la hipótesis se convierta en solución al problema debemos comprobarla. Una hipótesis bien formulada, nos debe señalar el camino para comprobarla. En síntesis, las hipótesis cumplen dos funciones:
una teórica, por cuanto permiten organizar y compilar los resultados ya obtenidos facilitando su estudio posterior. Y una función práctica, puesto que orientan al investigador dirigiéndolo por el camino de una probable solución.
3. Comprobación de la hipótesis.
Como ya hemos dicho, la observación, la investigación bibliográfica, la experimentación y la recolección de datos, nos permitirán comprobar si nuestras suposiciones eran correctas o no.
4. Generalización y formulación de leyes y teorías.
Con la comprobación de las hipótesis no termina la investigación. Luego debemos tratar de extrapolar los resultados o problemas similares, es decir, generalizar. En investigaciones más rigurosa se llega hasta la formulación de leyes y teorías.
Para que se ejercite en los pasos del método cientifico, lo invitamos a que reflexione sobre el siguiente problema y trate de resolverlo siguiendo los pasos ya estudiados. ¿Qué fuerza hace que el agua penetre en el vaso al extraer el aire?
a. Los procesos del Método Científico
Es bueno aclarar que los procesos cientificos son técnicas especiales que se utilizan para desarrollar el método cientifico. Para resolver problemas en el aprendizaje de las ciencias, usted debe adquirir una serie de habilidades, destrezas y actitudes relacionadas con la observación, la medición, la clasificación, la formulación de hipótesis, la experimentación, la obtención de conclusiones a través de la inducción o la deducción y el análisis, o la síntesis.
A continuación presentamos breves comentarios que permiten conocer algunos procesos cientificos, pero su comprensión y manejo se realizará a través de situaciones que le iremos planteando durante todo el curso.
1. Observar
El proceso de observar es fundamental en el aprendizaje de las ciencias y es la base de los demás procesos. Para observar adecuadamente es necesario utilizar el máximo de sentidos posibles, y no solo el de la vista, al que en la mayoría de las veces se reduce.
2. Medir
Este conciste en comparar las propiedades de los cuerpos y de los fenómenos, tales como el peso, la luminosidad y la longitu. ¿Qué otras propiedades se pueden medir? Podemos apreciar que este proceso es un complemento de la observación.
Para comparar las magnitudes de objetos, de eventos y de fenómenos se utilizan unidades de medidas, las cuales pueden ser arbitrarias o unidades de patrón. ¿Qué unidades de medida son consideradas como arbitrarias? ¿Cuáles son conocidas como unidades estándar?
3. Clasificar
Es agrupar cosas de acuerdo con alguna de sus propiedades, las cuales han sido detectadas a través de la observación. La clasificación permite organizar la información a la vez que establece relaciones significativas entre los datos.
Puesto que cualquier clasificación es arbitraria, debemos elegir cuidadosamente el criterio más adecuado y asi obtener los resultados que esperamos de este proceso. Son criterios de clasificación: la forma, el color, el tamaño, la edad, la brillantez y otros.
Una clasificación es útil de acuerdo a una finalidad, es decir, para qué se quiere. Asi, la clasificación de animales en mamiferos y no mamiferos es útil para estudiarlos, pero ¿sirve para distribuir los animales en un zoológico? ¿Por qué? ¿Cuál sería la clasificación adecuada para este caso?
Para comprender este paso usted debe recoger hojas de por lo menos 15 plantas diferentes. Obsérvalas y escriba ocho características: ¿Cuál de las características registradas permite realizar una buena clasificación?
Entre los criterios de clasificación, color y borde de la hoja ¿cuál tiene mayor utilidad cientifica? ¿Por qué?
4. Inferir
Inferir es interpretar o explicar un fenómeno con base en una o varias observaciones. Una buena inferencia debe ser apoyada o comprobada con nuevas observaciones. De lo contrario se convierte en un solo una suposición o adivinanza.
Hagaamos una inferencia: Si un vehículo que pasa cerca, presenta en su superficie múltiples gotas de agua, podemos inferir que en el lugar donde se encontraba, está o estaba lloviendo. Para que esta inferencia sea correcta, ¿qué otras observaciones se deben hacer? Realice tres inferencias más para el caso anterior.
5. Comunicar
En términos generales, comunicar es transmitir o recibir ideas. Esto ocurre cuando hablamos, escribimos, leemos o escuchamos. Es asi como este proceso se constituye en el vehículo fundamental para la difusión y el intercambio de los conocimientos cientificos.
Por tal motivo, debemos desarrollar habilidades y destrezas tanto para la comunicación verbal como para la gráfica. ¿Cuál es la diferencia entre estas modalidades de comunicación? La siguiente tabla de datos es un ejemplo de comunicación verbal:
RITMO RESPIRATORIO DE UNA BUENA PERSONA
DESDE UN AÑO DE NACIDA HASTA LOS 17 AÑOS
EDAD EN AÑOS RESPIRACIONES POR MINUTO
1 44
3 36
5 26
10 23
15 21
17 20
Ahora usted debe representar esta información por medio de un gráfico con ejes cartesianos, y luego con barras. Estas representaciones son ejemplos de comunicación gráfica.
¿En cuál de las representaciones anteriores se capta la información de una manera más fácil? ¿Qué conclusión se puede obtener del análisis de los datos anteriores?
6. Predecir
Predecir es anunciar con anticipación la realización de un fenómeno. Para que este proceso se pueda dar es necesario hacer previamente observaciones y mediciones. Cuando a través de observaciones repetidas y sistemáticas de un fenómeno, llegamos a descubrir una regularidad en su producción, entonces estamos en la posibilidad de predecir su curso futuro.
¿Se puede predecir un eclipse? ¿Por qué?
Las mediciones pueden ser por extrapolación y por la interpolación. Regrese al ejercicio planteado en el proceso anterior y haga la siguiente predicción. ¿Cuántas respiraciones por minuto podrá presentar la persona cuando cumpla 19 años? ¿Cómo lo sabe? Su respuesta es una predicción por extrapolación ¿Por qué?
¿Cuál pudo ser el número de respiraciones por minuto de la persona en cuestión, cuando cumplió 4 años? Su respuesta es una predicción por interpolación. ¿Qué es interpolar? ¿Qué es extrapolar?
7. Experimentar
El objetivo de la experimentación es verificar las hipótesis formuladas frente a un problema especifico. Este proceso cientifico es muy importante porque en su desarrollo se integran todos los demás procesos.
8. Formular modelos
Mediante este proceso se elaboran representaciones mentales o materiales que expliquen el comportamiento de hechos o fenómenos. El modelo se elabora con base en los resultados de la observación y de la experimentación.
¿Para Rutherford, cómo era el átomo? Dibuje este modelo atómico. ¿Qué observaciones tuvo que hacer Rutherford para crear su modelo del átomo? ¿Cuál sería para usted el modelo de una ciudad del futuro?
Dada la importancia de los procesos de la observación y la experimentación, es necesario que nos detengamos para estudiarlos con más detalle:
Observación:
Observar es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, para estudiarlos tal como se presentan en realidad. Observar no es "mirar". La persona común mira a diario animales, agua, árboles, lluvia, sol, estrellas, vehículo, sin inmutarse por ellos.
La persona con actitud cientifica percibe esas mismas realidades y procura "observarlas" para tratar por ejemplo, de explicarse el cómo, el por qué de su naturaleza, y para identificar sus elementos constitutivos.
La observación depende en gran medida de los sentidos. Pero, para contrarrestar las limitaciones de nuestros sentidos, el ser humano ha creado instrumentos que lo auxilian para realizar una buena observaciones. Estos instrumentos aumentan, precisan o reemplazan nuestros sentidos en la observaciones. Ejemplos de ellos son:
Telescopio
Cronómetro y balanza
Cámara fotográficas y sismógrafo
Para hacer una buena observación, es necesario que usted desarrolle cualidades como las siguientes:
i. Una inteligencia despierta para observar lo que tenga interés cientifico
ii. Atención concentrada y gran paciencia, pues los fenómenos no se nos presentan en forma total y es necesario esperar atentamente a que aparezcan en la forma más completa que sea posible.
iii. Un conocimiento de lo observado y de su ambiente, para mejorar la observación e interpretar los resultados con mayor objetividad.
Para comprender mejor este punto usted debe realizar el siguiente taller:
Observe una vela encendida y haga no menos de quince (15) observaciones de dicho fenómeno. No continúe hasta que haya escrito sus observaciones en su notas de trabajo.
Revise si las observaciones fueron hechas utilizando no solo la vista, sino también otros sentidos. Escriba al lado de cada observación, el sentido que fue utilizado.
¿Cuántas observaciones realizó con el tacto? _______________________________
¿Cuántas con la vista? _________________________________________________
Si usted realizó observaciones solo con la vista debe ejercitarse en hacerlas con otros sentidos.
Para mejorar la descripción del fenómeno, donde sea posible, se pueden hacer observaciones cuantitativas. Por ejemplo, "la altura promedio de la llama es de 25 milimetros". Realizó usted observaciones cuantitativas? ______________________.
Si no lo hizo, realice cinco (5) observaciones cuantitativas.
Pero, aún la descripción se puede enriquecer más si se efectúan interacciones simples con la vela. Por ejemplo: "la llama emite calor en suficiente cantidad para no ser tolerable si se coloca un dedo por más de diez (10) segundos a unos cinco (5) centimetros del lado de la llama, o diez por encima".
Profundice: intente realizar dos observaciones más, que impliquen interacciones simples con la vela encendida.
Para realizar la descripción completa del fenómeno es necesario hacer observaciones de los cambios que ocurren en la vela. ¿Observó usted que el material de la vela sufre cambios de estado antes de combustir? ¿Qué cambios observó durante el proceso?
Finalmente, en la descripción del fenómeno no deben confundirse las observaciones con las interpretaciones. El hecho de escribir que "...en la parte superior de la vela aparece un liquido incoloro..." es una observación, pero pretender decir la composición del liquido es una interpretación.
Las observaciones las obtenemos a través de nuestros sentidos, lo que directamente vemos, oimos o tocamos. Las interpretaciones son en cambio elaboraciones mentales que hacemos a partir de las observaciones. Por ejemplo: "el material de la vela, por su color y consistencia, parece ser parafina".
Revise sus observaciones e identifique si realizó interpretaciones. Contabilice las observaciones hechas durante este ejercicio. Reflexione sobre lo realizado y piense que una vela encendida, a pesar de ser un hecho tan simple, se convierte en un fenómeno fascinante cuando se somete a la observación cientifica y cuidadosa.
Con base en los resultados obtenidos de la anterior actividad, podemos destacar que:
· Observar no solo es "ver".
· Para lograr una buena observación es necesario utilizar la mayoría de los órganos de los sentidos.
· Al observar un fenómeno, es conveniente interactuar con él, efectuando algunas. manipulaciones simples.
· Una descripción se enriquece mucho si se hacen observaciones cuantitativas.
· Se deben describir los cambios que experimentan los objetos y seres.
· Es necesario distinguir entre observaciones, e interpretaciones de las observaciones.
Para tener éxito en el aprendizaje de las ciencias, es indispensable el desarrollo de habilidades para la observación.
Experimentación:
La experimentación consiste básicamente en un conjunto de procesos utilizados para verificar las hipótesis. Frecuentemente, la sola observación no es suficiente para resolver un problema y llegar a más conclusiones.
En estos casos es necesario provocar nuevamente el fenómeno, pero, ahora en circunstancias más propicias para facilitar una mejor observación. De esta manera, la experimentación nos permite investigar los fenómenos con mayor exactitud, con mayor profundidad y con mayor rapidez que la simple observación.
Ahora usted debe explicar qué relación encuentra entre observación y experimentación. ¿Cree usted que todos los fenómenos observados se pueden experimentar?
Para que comprenda algunos elementos que intervienen en la experimentación, el profesor Luis Eduardo Cantero sugiere que usted debe realizar la siguiente investigación en su casa:
Usted se habrá dado cuenta de lo molesto que resulta cuando uno deja un trozo de manzana por algún tiempo y la fruta se oscurece. Para no complicar la investigación le contamos que el color marrón que presenta la fruta en estas circunstancias, se debe a la reacción del oxigeno del aire con algunas sustancias químicas que tiene la manzana. Luego el asunto es que los trozos de la manzana se oxidan.
Problema: ¿Cómo evitar que en la casa, los trozos de manzana que dejamos para luego, se oxiden?
Hipótesis 1: La oxidación es menor si evitamos el contacto del aire con la superficie cortada de la manzana.
Hipótesis 2: Hay productos químicos que previenen o evitan la oxidación.
Experiencias para la verificación de la hipótesis 1: Obtenga ocho rodajas de una misma manzana. Deja una de ellas al aire como control y patrón de comparación. Las demás deben ser aisladas para evitar el contacto directo con el aire. Para ello cubra una con papel cera o papel de aluminio. Las restantes sumérjelas por separado en cada uno de los siguientes materiales: cera, agua, manteca, miel, aceite y frasco que tenga tapa.
Escriba sus observaciones y resultados después de una hora de iniciada la experimentación. Ordene sus resultados y resuma las conclusiones. ¿Cuál es el mejor sistema para aislar los trozos de manzana y asi evitar su oxidación?
Divulgue sus conclusiones. Ellas le evitarán molestias a las amas de casa.
Experiencia para verificar la hipótesis 2: Pruebe cubrir trozos de manzana con jugo de frutas cítricas [limón], vinagre, sal, azúcar y solución de vitamina C [esta solución la prepara disolviendo en agua una tableta de vitamina C].
No olvide dejar al aire un trozo de manzana como control. Verifique y escriba sus resultados cada 15 minutos, durante varias horas. Ordene sus resultados y resuma las conclusiones. ¿Qué sustancia previene mejor la oxidación de la manzana?
Divulgue sus resultados. De ahora en adelante podremos guardar por algún tiempo trozos de manzana sin que se oscurezcan, gracias a sus investigaciones.
Como se habrá dado cuenta, la casa es un campo propicio para nuestras investigaciones. También se oscurecen las peras, los plátanos y otras frutas. Investigue cómo prevenirlo. De sus resultados dependerá que en un futuro podamos guardar parte de la ensalada de frutas del desayuno, para el almuerzo.
De la anterior actividad podemos concluir que en la experimentación:
· El fenómeno se aisla para estudiarlo mejor.
· Las condiciones de la experiencia varían para investigar en qué grado afectan el fenómeno.
· El experimento debe durar el tiempo suficiente para que se produzca el fenómeno deseado.
· La observación está presente durante todo el proceso.
Recuerde que los procesos cientificos como la observación y la experimentación, solo se pueden desarrollar con la práctica.
En conclusión. Para el aprendizaje de la Ciencia como producto y como proceso, asi como para desarrollar una cultura, una actitud científica, es necesario que abordemos los problemas utilizando el método cientifico.
El método cientifico es un procedimiento sistemático y una metodología para resolver problemas. Desde el punto de vista sistemático, el método cientifico sigue unos pasos ordenados para realizar cualquier investigación, los cuales se inician lógicamente con el planteamiento del problema que se quiere solucionar.
Luego, con base en la observación de los hechos y de la realidad que rodea el problema, formulamos hipótesis acerca de la solución, las cuales nos conducen necesariamente a comprobarlas.
La comprobación de las hipótesis a través de la observación y la experimentación nos dará los resultados necesarios para resolver el problema. Pero, ahí no termina la investigación, puesto que es necesario generalizar los resultados a situaciones similares.
Metodológicamente, el aprendizaje de la Ciencia se favorece con el desarrollo de habilidades y destrezas en la utilización de procesos cientificos tales como la observación, la medición, la clasificación, la experimentación, ya que ellas no proporcionan oportunidades para participar en labores propias de la ciencia, y convertirnos asi en los protagonistas principales del proceso de aprendizaje.
