Desarrollo Método Científico

MÉTODO CIENTÍFICO

Explicaremos la metodología científica en 3 niveles distintos:

A) Cómo trabaja la CIENCIA: explicaremos su filosofía, su forma de actuar, es decir, los pasos y mecanismos que sigue la Ciencia para asegurarse de que los conocimientos a los que llega con su método tienen categoría de certeza.

B) Cómo trabajan los científicos: explicaremos los pasos que se tienen que dar para convertirse en investigador científico y lo que hay que hacer cuando uno ya lo es.

C) Un ejemplo de investigación: una investigación sencilla, realizada en clase, sirve para explicar los contenidos de los distintos apartados que deben redactarse en el informe experimental.

A) CÓMO TRABAJA LA CIENCIA

La Ciencia sigue en la adquisición de sus conocimientos 4 pasos, que de forma lógica, se suceden unos a otros, formando un ciclo

A.1) Observación de fenómenos naturales:

Los hombres (la humanidad) tenemos sentidos y vemos, oímos, ... lo que sucede a nuestro alrededor. Es inevitable, si no lo hiciéramos así no seríamos humanos.

Observa como cae el bolígrafo si lo sueltas. Si lo sueltas de más altura tarda más en llegar al suelo y cuando llega al suelo hace más ruido y es más probable que se rompa o deteriore. Conforme cae cada vez va más rápido y si es más grande...
Igual o parecido sucede si lo que sueltas es un lápiz u otro objeto semejante

Observa como se quema el carbón. Sale humo y también cada vez es más difícil respirar si estás en una habitación cerrada. Si quemo más carbón sale más humo y se respira con más dificultad. A veces sale un humo que mata (produce la muerte dulce) y otras veces otra clase de humo que no mata...
Igual o parecido sucede si quemas fósforo u otro combustible semejante.

A.2) Elaboración de teorías

Pero el hombre, igualmente que observador, es sujeto pensador y, también inevitablemente, se preguntará cómo y por qué suceden así las cosas y no de otra manera, es decir, buscará explicaciones a los fenómenos observados y sus causas.

Las teorías contienen todos los conceptos, leyes, modelos, etc. con los que se da explicación a los fenómenos.

No basta con decir que el bolígrafo cae o que si te golpea en la cabeza te hará más daño si cae de más altura, etc. Si queremos hacer las cosas con precisión tendremos que medir y para ello habrá que definir magnitudes, conceptos y unidades como la longitud y el metro (para medir la altura), tiempo y segundo (para medir lo que tarda en caer), velocidad y metros por segundo(para medir la rapidez de caída), aceleración y metros por segundo cada segundo(para medir como varía la rapidez de caída), masa y kilogramos (para medir la cantidad de materia del bolígrafo), energía y julios (para medir el daño que nos hace si nos cae en la cabeza), etc. Y además, podremos establecer relaciones entre magnitudes o leyes como que el espacio recorrido por el bolígrafo cuando se deja caer es igual al producto de una constante por el cuadrado del tiempo o que la energía del bolígrafo al llegar al suelo es igual al producto de la masa por la aceleración de caída y por la altura desde la que cae, etc. Y hay más, al preguntarnos por las causas que hacen que el bolígrafo caiga, tendremos que admitir que hay un "señor" en el centro de la Tierra, llamado "gravedad" que tira de todos los cuerpos con una cuerda invisible y que tira más cuanto más masa tiene el cuerpo. Y así tendremos que definir más magnitudes y unidades como la fuerza y los newtons y enunciar nuevas leyes como la de la Gravitación Universal para explicar algo tan sencillo como la caída de los cuerpos o el movimiento en general.

No basta con decir que cuando el carbón se quema desaparecen carbón y el gas que necesitamos para respirar y aparece humo. Habrá que medir la masa de carbón y oxígeno que desaparecen y la de humo que aparece y también los volúmenes de oxígeno y humo, medidos en unas condiciones de presión y temperatura, es decir, necesitaremos definir magnitudes y sus unidades de medida para el volumen, la presión, la temperatura, etc. Y también encontramos leyes como que cuando se produce el gas que mata (que lo bautizamos por monóxido de carbono aunque podríamos ponerle cualquier nombre) ocurre que por cada 12 kilogramos de carbono que desaparecen se consumen 16 kilogramos de oxígeno y se producen 28 kilogramos de monóxido de carbono; es decir, que la masa es siempre la misma (ley de conservación de la masa) y que las masas de carbono y oxígeno que desaparecen y de monóxido que aparecen lo hacen siempre en la misma proporción (ley de las proporciones definidas). Sin embargo, cuando se produce el gas que no mata (lo bautizamos con dióxido de carbono) por cada 12 kilogramos de carbono que desaparecen, desaparecen 32 kilogramos de oxígeno (justamente el doble que antes) y aparecen 44 kilogramos de dióxido de carbono. Con los volúmenes de oxigeno y monóxido y dióxido de carbono ocurre algo curioso, al quemar 12 kilogramos de carbono se producen el mismo número de litros, tanto de monóxido como de dióxido de carbono, 22400 litros (medidos en condiciones normales de presión y temperatura), sin embargo, se consumen la mitad de oxígeno, 11220 litros al producir monóxido de carbono y, exactamente la misma 22400 litros al producir dióxido de carbono. Al preguntarnos las causas de este curioso comportamiento, no queda otra alternativa (repetimos, no queda otra alternativa) que la de admitir que el carbono, el oxígeno, el monóxido de carbono y el dióxido de carbono están formados por partículas macizas que permanecen iguales (que podemos llamar átomos), pero que están unidos de forma diferente antes de la combustión y después de la combustión. En concreto, lo que necesariamente debe ocurrir es que:

En el primer caso, cada dos átomos de C se consume una molécula de oxígeno para dar dos moléculas de monóxido de carbono, mientras que en el segundo caso se consumen dos moléculas de oxígeno para dar dos de dióxido de carbono. Sólo de esta forma se explica el comportamiento de estas reacciones químicas.

A.3) Formulación de hipótesis

Hemos visto que las teorías se elaboran para explicar lo que observamos, pero una vez enunciadas, de forma también inevitable, pueden servir y sirven para predecir qué es lo que puede suceder en casos que no hayan sido observados.

Una hipótesis es una proposición, deducida de la teoría, sobre el comportamiento de algo en particular. Las hipótesis científicas deben necesariamente cumplir una propiedad: que pueda verificarse con hechos reales su verdad o falsedad. Las hipótesis deben contener variables medibles, sólo así podrán ser verificables.

En el caso del movimiento de los cuerpos, a partir de las teorías que lo explican, podemos formular hipótesis acerca del movimiento de un coche, o de un planeta, o de la luz, etc.

En el caso de la teoría atómica, podemos deducir hipótesis acerca de otras reacciones químicas, o de como se unen los átomos entre si, o de que ocurriría si lanzamos contra los átomos macizos partículas radiactivas, etc.

Una vez formulada la hipótesis la pregunta que hay que hacerse inmediatamente es: ¿Se cumple verdaderamente lo que se predice en la hipótesis?

A.4) Realización de experimentos

Con los experimentos se da respuesta a la pregunta anterior, porque un experimento es la verificación con hechos reales de si se cumple o no la hipótesis.

Podemos decir que el científico no se fía de las explicaciones teóricas y quiere confirmar que lo que predicen las hipótesis es cierto sin que de lugar a ninguna duda.

Y, naturalmente, pueden suceder dos cosas:

En el ejemplo del movimiento, si formulamos hipótesis, a partir de la teoría de Newton, sobre el coche que se mueve o sobre algún planeta, podremos comprobar que se confirman, lo que nos llevará a pensar que esa teoría es adecuada. Pero si formulamos alguna hipótesis en el que uno de los móviles es la luz y podemos verificar su vedad o falsedad, comprobaremos que entonces no se cumple. Este fenómeno es lo que dará lugar a una nueva teoría sobre el movimiento, la teoría de la relatividad, que constituye una verdadera revolución científica porque todos debemos cambiar la forma de pensar y razonar sobre el movimiento.

En el ejemplo de la teoría atómica con la que explicábamos las reacciones el comportamiento de las reacciones químicas, pensábamos que las sustancias estaban constituidas por átomos macizos. Hipotéticamente, si los átomos son macizos, toda partícula que choque contra ellos rebotará. Pero esto no sucede si se trata de una lámina fina y son partículas radiactivas, casi todas la atraviesan y sólo unas pocas rebotan. Conclusión tendremos que modificar el modelo de átomos macizos por otros que expliquen que las partículas radiactivas los atraviesan, es decir por un modelo de átomo casi hueco. No siempre hay que destruir la anterior teoría, algunas veces basta con una modificación.

Como puede deducirse de todo lo anterior, la Ciencia basa su progreso en la consideración de que toda teoría es provisional y que hay que ponerla a prueba para demostrar que no es adecuada o incompleta y así sustituirla por otra mejor (por tanto, la Ciencia no es perfecta, aunque sea el mejor camino para acercarnos a una perfección que nunca se alcanzará). Además, como la teorías hay que ponerlas a prueba con suficiente rigor sólo puede hacerse con aquello que se puede medir, es decir, sólo se va a ocupar de las cosas materiales y medibles (por tanto, la Ciencia es materialista, no se ocupa de cosas espirituales que no se pueden medir, en las que no entra a considerarlas, aunque tampoco niegue su existencia).

Los pasos por los que cualquier investigador ha tenido que pasar podemos resumirlos en los siguientes puntos:

Aunque no seamos conscientes de ello, uno ya va condicionando sobre qué investigará conforme va tomando decisiones en la elección de sus estudios. Cuando después de la E.S.O. decide estudiar un tipo de Bachillerato u otro, cuando decide estudiar una carrera universitaria u otra, cuando decide en que departamento hará el doctorado, todo condicionará su futuro como investigador. Está claro que si se estudian carreras tan distintas como Filosofía, Química o Economía, de lo que van a tratar sus posibles investigaciones también será distinto. En cualquier caso, sea en la carrera que sea (porque investigar se puede investigar de todo y desde cualquier punto de vista), lo que faculta a un universitario para ser investigador son los estudios de tercer grado, es decir, los estudios de doctorado.

Una vez terminado el doctorado ya se podrá entrar en un departamento de investigación, que de alguna forma se podrá elegir, pero una vez dentro tendrá que encuadrarse en la línea de investigación que siga ese departamento. A cualquiera le gustaría pasar a la historia por haber descubierto una vacuna contra el sida o algo semejante, pero lo más seguro es que aunque estés en un departamento que siga ese tipo de investigaciones, lo más probable es que tengas que investigar sobre algún aspecto muy concreto que tiene que ver con el tema, pero que constituye sólo un aspecto muy parcial y limitado del problema. Bien entendido que como habrá muchos que hagan lo mismo, entre todos podría llegarse a la solución deseada (el resultado de la investigación de hoy día es la suma del trabajo de muchos, es casi impensable que una persona aislada legue a la solución de un problema complejo).

Una vez decidido sobre qué se va a investigar habrá que estudiar y documentarse sobre el tema, desde los aspectos más generales a los más concretos, desde los aspectos más teóricos a los más técnicos, etc. Hay que convertirse en un experto mundial, al menos en lo que se refiere al problema a investigar. En la medida que uno esté más documentado estará también en mejores condiciones para dar el siguiente paso que es la formulación de la/s hipótesis.

Ya se ha comentado anteriormente que una hipótesis es una proposición deducida de la teoría susceptible de ser contrastada con la realidad y que debe, por tanto, contener variables medibles.

Lo que conviene destacar aquí es que es en la hipótesis donde el científico tiene la oportunidad de utilizar su imaginación y convertirse en un creador. A pesar de que la hipótesis es algo condicionado por la teoría ya que se deduce de ella, cuando un científico piensa en cosas como ¿qué pasaría si....?, según la teoría debería cumplirse que..., etc., a su imaginación y creatividad nadie les pone límites. Por eso no veamos en el científico sólo un "cabeza cuadrada" que todo lo mide y que sólo acepta lo que se puede demostrar, es también el creador de conocimientos, el que con su imaginación creativa dará lugar a esa "idea feliz" que llevará a un nuevo descubrimiento y a un avance de la humanidad.

Los experimentos hay que diseñarlos para someter a las hipótesis a contrastación "dura", es decir, no hay que diseñarlos para que "salga" lo que indican las hipótesis sino ponerse en las peores condiciones para confirmarlas, de tal forma que si a pesar de ello se confirma, no nos quede ninguna duda de su verificación.

Un experimento siempre necesita de unos recursos de tiempo y económicos que, generalmente, son limitados. En el diseño de cualquier experimento siempre hay que tener en cuenta el tiempo, el material, el dinero, etc. de que se dispone ya que estos aspectos van a condicionar la calidad del diseño. En definitiva, hay que ajustar los recursos para realizar el mejor diseño técnico posible con los medios reales disponibles.

También conviene comentar los aspectos éticos. El científico es también persona y, por tanto, tiene su dimensión ética y, naturalmente, debe aplicarla a su quehacer científico. En nombre de la Ciencia no puede hacerse cualquier cosa y tanto el investigador nobel (que por ejemplo investiga sobre algún aspecto personal de sus compañeros de clase) como el científico profesional (que por ejemplo investiga sobre algún dispositivo que puede utilizarse para matar personas) deben plantearse hasta donde deben llegar con sus investigaciones y sus posibles consecuencias para las personas, el medio ambiente y para la sociedad en general.

El experimento dará lugar a unos datos que habrá que procesar con el objetivo de verificar con rigor matemático si se verifica o no la hipótesis.

El cálculo es una labor de los matemáticos y no debe preocupar demasiado al científico. Aunque es conveniente que el científico sea capaz de calcular y procesar sus datos experimentales, siempre podrá, si se complican demasiado, acudir a especialistas que hagan este trabajo. Es más importante la labor creadora y experimentadora del científico que la de matemático.

Los datos no sólo hay que procesarlos para obtener unos resultados. Si lo que se pretende es contribuir a la Ciencia con nuevos conocimientos, también habrá que publicarlos para darlos a conocer. En este sentido será importante utilizar las herramientas precisas para que los datos y resultados aparezcan en tablas, gráficos, etc. que permitan una adecuada comunicación.

B.6) Valoración del proceso investigador y sobre la verificación de la/s hipótesis

En primer lugar las relacionadas con el proceso investigador, es decir, valorar hasta que punto la formulación de las hipótesis, los experimentos, los cálculos, etc., se han realizado correctamente. Aunque la investigación se haya diseñado, en teoría, con todas las garantías previsibles, siempre en la experimentación con la realidad surgen problemas, errores, etc. que es imposible controlar. Nada en esta vida es perfecto, ni siquiera en Ciencia. Por tanto, convendrá enjuiciar hasta que punto estas desviaciones de lo ideal pueden comprometer la veracidad de los resultados de la investigación

En segundo lugar las relacionadas con la verificación de si se cumplen o no las hipótesis. En muchas ocasiones, los resultados de la experimentación no permiten una corroboración clara de si se cumplen o no las hipótesis y es que, en esta vida y tampoco en Ciencia, casi nada es "blanco o negro", sino que casi todo es "gris" y con distintas tonalidades. En este sentido es fundamental realizar una valoración objetiva que nos lleve a una correcta decisión al respecto.

Si como resultado de los juicios anteriores no se llega a las conclusiones definitivas deseadas, convendrá proponer nuevas investigaciones que permitan una mayor precisión o mejor conocimiento que nos lleve a una mayor certeza en esas conclusiones. Y es que casi siempre sucede es que cuanto más se investiga sobre un fenómeno, más incógnitas surgen sobre él y más nos damos cuenta de lo que todavía queda por conocer.

El tercer nivel en el aprendizaje de la metodología científica consistió en una investigación real que se desarrolló en clase. Lo importante no era la propia investigación sino que con ella aprendimos el contenido de los distintos documentos que se deben redactar en el informe experimental. La investigación que desarrollamos en clase consistió en la comprobación de si existía algún tipo de relación entre el que los padres sean fumadores y el que los hijos lo sean también. Lo que hizo el profesor fue dividirnos a todos nosotros en tres grupos, los que no fumaban ambos padres, los que sólo fumaba uno y los que no fumaba ninguno y después preguntar y calcular el porcentaje que en cada grupo éramos fumadores nosotros. Esta simple investigación sirvió para indicarnos los contenidos de los distintos apartados que debíamos redactar en el informe experimental. Estos apartados son:

No se explican los contenidos de estos apartados porque en las portadas de los apartados del informe experimental de nuestra investigación, que presentamos a continuación, se hace referencia a esos contenidos.