Experimentos Científicos: Tipos y ejemplos

¿Qué es un experimento científico?

En la escuela primaria, los maestros les dan a los estudiantes la tarea de hacer experimentos científicos, como hacer un volcán que entre en erupción, pero, ¿es eso realmente un experimento? La respuesta es: realmente no. ¿Qué es un experimento científico? Un experimento científico es cualquier proceso en el que se utilizan mediciones y se realizan pruebas para verificar o refutar una hipótesis. La hipótesis es una proposición que parece cierta, pero aún no ha sido corroborada, y a partir de la cual se puede desarrollar una investigación. Un experimento está diseñado de tal manera que los científicos puedan descubrir algo desconocido o percibir una relación previamente oculta. Su objetivo es aumentar los datos que conocemos sobre la naturaleza.

El experimento científico pertenece a todo un proceso conocido como método científico. Este método es un conjunto de pasos ordenados que se utilizan para adquirir nuevos conocimientos sobre cualquier tema. Sus pasos son:

1. Haciendo una observación.
2. Plantear una pregunta y formular una hipótesis.
3. Experimentos científicos para probar la hipótesis y recopilar datos.
4. Examinar los resultados y sacar conclusiones.
5. Informar los resultados

Desarrollo y antecedentes de experimentos científicos.

El método científico se ha establecido como un proceso cíclico e iterativo de observar fenómenos, formular hipótesis explicativas y confirmarlas o refutarlas mediante experimentos científicos. Este método se desarrolló principalmente en el contexto de las ciencias naturales relacionadas con el mundo físico, como la mecánica, la termodinámica, el electromagnetismo y la química, entre otras. Sin embargo, antes de llegar a la Era Moderna, el método científico y la experimentación siguieron un proceso histórico de desarrollo.

El método científico tiene sus raíces en la cultura griega, particularmente en las leyes de la lógica definidas por primera vez por Aristóteles (384-322 a. C.). Sin embargo, la ciencia griega se perdió casi por completo durante la Alta Edad Media, tras la caída del Imperio Romano Occidental. En ese período las culturas india y árabe eran las encargadas de salvaguardar la ciencia. Un hito importante en la recuperación y desarrollo del método científico es el Libro de la Óptica del científico musulmán Ibn al-Haytham (también conocido como Alhazen, 965-1040), con su énfasis pionero en el papel de la experimentación.

Robert Grosseteste (1175-1253) fue uno de los primeros pensadores escolásticos en Europa en comprender la naturaleza dual del razonamiento científico tal como lo concebía Aristóteles: un proceso que, a partir de observaciones particulares, alcanza leyes universales y luego regresa de las leyes universales a la predicción. de fenómenos particulares. Francis Bacon (1220-1292) fue el primero en desarrollar y utilizar el método científico actual, inspirado en los escritos de Grosseteste. Describió un método que consiste en un ciclo repetitivo de observación, hipótesis y experimentación. También postuló la necesidad de una verificación independiente, anticipando lo que, durante muchos siglos, se llamaría método hipotético-deductivo. Sin embargo, la admiración por Aristóteles no fue universal. Francis Bacon debe contarse entre los primeros pensadores que cuestionaron la autoridad filosófica de los antiguos griegos.

Aristóteles postuló que la generación del conocimiento se realizaba mediante un método deductivo. La deducción es el proceso en el que, a través de verdades generales y universales, se pueden extraer conclusiones de fenómenos particulares. Pensaba que el razonamiento inductivo (sacar conclusiones generales a partir de fenómenos particulares) no podía identificar claramente las causas y, por lo tanto, no era verdaderamente científico ni confiable. Por el contrario, Bacon fue un defensor de los métodos inductivos. Pensó que la hipótesis propuesta debía ser analizada y comparada con otras hipótesis, para poder acercarse, mediante un ascenso gradual, a las verdades generales. Descartes siguió un enfoque radicalmente diferente del método práctico y experimental de Bacon. Fue un defensor de la aplicación de métodos deductivos para evitar el engaño de los sentidos.

Actualmente se utilizan ambos métodos. En los métodos inductivos se genera nuevo conocimiento, pero la conclusión es una probabilidad. Las premisas pueden ser verdaderas y, sin embargo, la conclusión puede ser falsa. Pero si las premisas son verdaderas, es más probable que la conclusión sea verdadera. Los métodos deductivos no aportan nuevos conocimientos ya que sólo describen o confirman fenómenos ya conocidos. En este método si las premisas son verdaderas, la conclusión es verdadera, de lo contrario, significa que algunas de las premisas (o todas) son falsas o que la deducción no se hizo correctamente. Isaac Newton finalmente consolidó el método científico con un extraordinario desarrollo de las matemáticas aplicadas y sentó las bases de la mecánica clásica, cuyo enfoque inductivo-deductivo otras ciencias intentaron emular.

Hoy en día, el método científico sigue siendo válido. A través del método científico y de experimentos surgió la invención de la radio, la televisión e Internet. De la misma manera, la tecnología ha podido proporcionar y determinar el propósito, diseño y medios de producción para la creación de bienes y servicios. Esto ha permitido la creación de dispositivos tecnológicos de gran utilidad en el mundo moderno, especialmente en salud, comunicación, educación y entretenimiento. Gracias al desarrollo de paquetes de software estadístico, ahora es posible analizar millones de datos al mismo tiempo para sacar conclusiones, así como encontrar relaciones entre variables.

Tipos de experimentos

Existen diferentes tipos de experimentos, los cuales varían según la forma en que se seleccionan las variables a estudiar, así como las unidades experimentales. La variable es una característica, cualidad o propiedad observada que puede adquirir diferentes valores y es susceptible de ser cuantificada o medida. Las variables pueden ser independientes o dependientes. La variable independiente representa los tratamientos, factores o condiciones que el investigador controla para probar los efectos sobre la variable dependiente. La variable dependiente representa la consecuencia de cambios en el tema en estudio o en la situación en estudio. Las unidades experimentales son el material para evaluar la variable respuesta y al cual se aplican los diferentes niveles de los factores de tratamiento.

Experimental

El control experimental o aleatorio es el nivel más alto y el más puro de los experimentos científicos. En estos experimentos, las unidades experimentales se asignan aleatoriamente a un grupo experimental o a un grupo de control. Los grupos experimentales reciben los efectos de la variable independiente o tratamiento, y el grupo de control no recibe ese efecto. Se prueba cada grupo y, al final del experimento, se comparan los resultados de los grupos para ver si el tratamiento marcó la diferencia y logró el resultado deseado. Los grupos aleatorios deben ser lo suficientemente grandes como para garantizar que las consecuencias se deban al efecto de la variable independiente y no a otro factor. La aleatorización asegura que los elementos del grupo tengan características similares.

Este tipo de experimentos tienen algunas ventajas y desventajas. Entre las ventajas se encuentran que la aleatorización elimina cualquier sesgo poblacional, los resultados se pueden analizar fácilmente con una herramienta estadística y los elementos de los grupos se pueden identificar individualmente. Pero estos experimentos son caros y llevan mucho tiempo, por lo que los recursos y el tiempo disponibles son una desventaja.

Para asegurar la aleatorización, existen métodos para asignar la posición y el grupo para cada unidad experimental. Por ejemplo, se puede utilizar un software generador de números aleatorios o incluso el software estadístico tiene una función para asignar cada elemento a un grupo. Además, un método útil es asignar los elementos realizando un sorteo con trabajos escritos con el grupo y puesto designado.

Este tipo de experimentos se utilizan ampliamente en el campo médico. Por ejemplo, cuando se prueba un nuevo medicamento, se encuentran personas voluntarias y se asignan aleatoriamente a un grupo experimental y a uno de control. Un grupo recibirá el nuevo medicamento y el otro grupo recibirá un placebo. Se estudian los efectos en ambos grupos y se extraen conclusiones. Por tanto, el efecto del medicamento (positivo o negativo) se estudiará en el grupo experimental y se comparará con los efectos en el grupo de control que no recibió el medicamento.

Cuasiexperimental

La investigación cuasiexperimental es una forma de investigación experimental ampliamente utilizada en las ciencias sociales y la psicología. Aunque se considera poco científico y poco confiable en las ciencias físicas y biológicas, el método es, no obstante, una forma muy útil de medir variables sociales. El término cuasiexperimental define diseños experimentales en los que los sujetos de estudio o grupos de sujetos no son asignados al azar, sino que ya se encuentran en grupos previamente establecidos. Aunque los cuasiexperimentos son más vulnerables a amenazas a la validez que los experimentos aleatorios, el hecho de que los cuasiexperimentos no requieran asignaciones aleatorias a grupos experimentales los hace generalmente más factibles que los experimentos aleatorios.

La metodología de este tipo de experimentos se caracteriza por ser descriptiva. Consiste en observar el comportamiento de los individuos y de las diferentes variables sociales y registrar datos cualitativos y cuantitativos. Este experimento se centra en identificar cómo se relaciona una variable independiente con la variable dependiente y qué produce esto. Además, se realiza en campo, en un ambiente donde el tema de estudio se desarrolla de forma natural, lo que reduce el control de las variables.

He aquí un ejemplo de un cuasi-experimento. Se realiza una investigación para evaluar los efectos de un programa de prevención de conductas delictivas en jóvenes que han abandonado sus hogares, con un grupo experimental formado por jóvenes que voluntariamente se ofrecen a seguir el programa. Aquí las unidades experimentales son el grupo de jóvenes. Pero este grupo ha ofrecido voluntariamente su ayuda para el experimento, por lo que es un cuasi-experimento porque no fueron asignados al grupo al azar.

Experimentos observacionales

En un experimento de observación, los investigadores prestan atención a los sujetos y miden variables de interés, sin asignar a estos sujetos a condiciones o tratamientos específicos. Aquí, el tratamiento o condición que recibe cada sujeto está fuera del control del investigador. Por lo tanto, en los estudios observacionales, los investigadores recopilan datos de una manera que no interfiere directamente con la forma en que se generan. Simplemente observan lo que sucede. A partir de un experimento observacional, el investigador sólo puede establecer una asociación o correlación entre la variable independiente y la respuesta. Algunos ejemplos de experimentos observacionales son:

• Diseños de desarrollo: estas técnicas intentan examinar cómo la edad, la cohorte, el género y la clase social impactan el desarrollo del individuo o grupo experimental.
• Diseños transversales: estos estudios recopilan datos de una población en un momento específico. Su objetivo es describir, no encontrar relaciones entre variables.
• Diseños de encuesta: un conjunto estándar de preguntas que se le hacen al individuo experimental para recopilar datos de él. Se pueden realizar por teléfono, correo, online o presencial por lo que son muy accesibles.

Ejemplos de experimentos científicos

Aquí hay algunos ejemplos de experimentos científicos:

Un ingeniero ambiental está estudiando un proceso de tratamiento para eliminar patógenos de las aguas residuales utilizando humedales artificiales. Sus variables independientes son los tipos de plantas utilizadas y el tiempo de contacto del agua con el humedal. Construye 10 contenedores para los humedales y asigna aleatoriamente qué planta o ninguna planta irá en cada uno. Los humedales sin plantas serán el grupo de control. Luego asigna aleatoriamente los tiempos de contacto a los humedales. Recoge muestras de agua y analiza los resultados entre los humedales con plantas y sin plantas y los diferentes tiempos de contacto. ¿Qué tipo de experimento es este? Es un diseño experimental con control aleatorio. Esto se debe a que todas las unidades experimentales y los tratamientos fueron asignados al azar.

Un entrenador de baloncesto quiere estudiar el efecto de un nuevo entrenamiento de tiro en su equipo. Comienza a utilizar el nuevo programa y a medir el porcentaje de tiros de campo anotados en cada partido por año. Al final, los resultados serán una comparación del porcentaje de tiros de campo inicial y el final. ¿Qué tipo de experimento es este? Es un cuasi-experimento. Esto se debe a que las unidades experimentales, en este caso los jugadores del equipo, no fueron asignadas al azar, sino que estuvieron en el grupo desde el inicio.

Por último, un científico de Nat-Geo está estudiando el comportamiento de los gorilas machos a la hora de defender su territorio de otros machos. Viaja a África y comienza a observar gorilas en su territorio natural durante 3 años. Con sus notas ahora puede sacar conclusiones. ¿Qué experimento es este? Es un experimento observacional porque el investigador no tiene control de las variables y solo describe los efectos sobre el grupo experimental.

Resumen de la lección

Un experimento científico es cualquier proceso en el que se utilizan mediciones y se realizan pruebas para verificar o refutar una hipótesis (una explicación que parece ser cierta). Este es el tercer paso del método científico y su objetivo es generar nuevos conocimientos. A lo largo de la historia se ha ido perfeccionando este método y la forma de experimentar. Hay dos enfoques para sacar conclusiones sobre los fenómenos. Los métodos deductivos propuestos por Aristóteles extraían conclusiones particulares de verdades generales. Francis Bacon propuso métodos inductivos, para generar hipótesis a partir de fenómenos particulares para generar verdades universales. Hoy en día, ambos métodos se utilizan y combinan para generar nuevos conocimientos y tecnologías.

Existen diferentes tipos de experimentos: experimentales o de control aleatorio, experimentos cuasiexperimentales y observacionales. La diferencia entre ellos es el control sobre las variables independientes y su efecto sobre las variables dependientes, y cómo se asignan las unidades experimentales a los grupos experimentales o de control (al azar o no).