¿Qué es la investigación científica? – Definición, pasos y ejemplos

Investigación científica

Hace algún tiempo, me pidieron que fuera juez en una feria de ciencias de una escuela local. Fui a la escuela para hacer mi deber de juzgar y estaban los proyectos habituales: Alaina tenía un volcán que hizo erupción con una mezcla de vinagre y bicarbonato de sodio; Phillip mostró un móvil tridimensional del sistema solar; y Mariah habló de una papa en un tarro de agua con una planta que crecía de ella. Pero buscaba algo más. ¿Había algún niño allí que realmente quisiera realizar una investigación científica? Entonces lo encontré. De vuelta en la esquina del gimnasio había una mesa pequeña y un niño aún más pequeño con un póster bastante tosco. Decía: «¿Cómo afecta el ángulo de una rampa a la rapidez con que un coche de juguete baja?» Rápidamente me dirigí a la estación del chico y vi que tenía una configuración experimental con una larga rampa de madera y una forma de medir el ángulo de la rampa. También tenía un carro de juguete y un cronómetro. ¡Perfecto! Intrigado, le hice una serie de preguntas. Cual es tu hipotesis? ¿Cómo describiría su configuración experimental? ¿Cuáles fueron tus resultados? ¿Apoyaron su hipótesis? ¿Qué pasa con los errores en sus medidas? Con calma, el niño respondió cada pregunta y luego me mostró esta tabla con los resultados garabateados:

Datos experimentales del coche y la rampa.

Después de una larga discusión con el muchacho, llegué a la conclusión de que había realizado una investigación científica exhaustiva y había aprendido mucho de esta experiencia. ¡Voté por una calificación de ‘A’! Averigüemos más sobre lo que constituye una buena investigación científica. La investigación científica es una búsqueda para encontrar la respuesta a una pregunta utilizando el método científico. A su vez, el método científico es un proceso sistemático que implica el uso de observaciones mensurables para formular, probar o modificar una hipótesis. Finalmente, una hipótesis es una explicación propuesta para algún fenómeno observado, basada en la experiencia o la investigación. La investigación científica es lo que la gente como tú y yo usamos para desarrollar mejores modelos y explicaciones para el mundo que los rodea.

Pasos para la investigación científica

Como puede imaginar, una buena investigación científica tiene varias fases. Estos pueden variar un poco en la literatura, pero generalmente incluyen cinco pasos. Paso uno: observe algo de interés El joven de la feria de ciencias obviamente disfrutaba jugando con autos de juguete y había notado que cuando aumentaba el paso de la rampa, los autos iban más rápido. Se preguntó cuál era la relación entre la pendiente de la rampa y la velocidad del automóvil, más allá del hecho obvio de que iba más rápido a medida que aumentaba la pendiente. Las personas que se involucran en una investigación científica generalmente lo hacen porque no conocen o no están seguras de algunos aspectos de la observación o porque quieren confirmar una corazonada sobre la observación. Paso dos: formule una pregunta que pueda responderse de manera mensurable Es importante hacer la pregunta para que pueda responderse de manera mensurable. Comenzar la pregunta con «qué», «cómo» o «por qué» es un buen comienzo. La pregunta también debe centrarse. Muchos investigadores cometen el error de intentar «hervir el océano» con una pregunta demasiado general. Por ejemplo, «¿Por qué se enferma la gente?» no se prestaría a una buena investigación científica en la vida de nadie, aunque es una pregunta pertinente. Recuerde, hervir el océano es un poco más difícil que hervir una olla de agua. Paso tres: formular una hipótesis que responda a la pregunta basándose en la experiencia o la investigación Quizás se esté preguntando, ‘¿Por qué plantear una hipótesis sobre algo que estamos tratando de descubrir?’ Es mucho más fácil analizar datos y compararlos con una teoría existente que intentar desarrollar una teoría desde cero. Ya existen buenos modelos para gran parte de lo que observamos, por lo que generalmente podemos encontrar las semillas de una respuesta a nuestra pregunta a través de la investigación. Muchas veces, la investigación científica se utiliza solo para realizar mejoras incrementales en una teoría, proceso o producto. En resumen, la hipótesis aporta todo lo que ya se sabe sobre la cuestión; nos da contexto para lo que estamos estudiando. Cuando le pregunté al niño sobre su hipótesis, dijo: ‘Cuando juego con mis autos, noto que cuando comienzo a aumentar la pendiente de la rampa, la velocidad del auto parece cambiar mucho. Más tarde, en las pendientes más altas, el coche va rápido pero cada cambio parece tener menos efecto. Mi papá es maestro y cuando le hablé de esto, dijo que la fuerza de la gravedad baja directamente. Entonces, la parte de la gravedad que está afectando a mi automóvil cambia con el ángulo, pero cambia menos en los ángulos más altos. Dijo que tiene algo que ver con la trigonometría. No sé qué es eso. De todos modos, eso es lo que espero que suceda ‘. Paso cuatro: configure un experimento a partir del cual se puedan recopilar datos para probar la hipótesis Esta es la parte divertida, pero también es el paso más fácil para estropear. Los experimentos están plagados de variables incontrolables, sesgos, errores de medición y otras consecuencias no deseadas, por lo que es importante comprender todas estas cosas y tenerlas en cuenta tanto como sea posible. Aquí hay solo una breve lista de todas las variables y errores potenciales que afectan el experimento del automóvil y la rampa en la feria de ciencias:

Posibles variables que afectan el experimento

El chico con el que hablé era muy consciente del hecho de que era difícil medir el tiempo que tardaba el coche en bajar por la rampa con un cronómetro. De hecho, dijo que cuando el ángulo superaba los 50 grados, el cronómetro seguía dándole el mismo tiempo, alrededor de 0,8 segundos. Decidió que realmente no podía obtener medidas precisas para ángulos más altos que ese. Estuve de acuerdo con él. Hablamos de la fricción en las ruedas del coche. Había pensado en eso, pero no estaba seguro de cómo afectaría al experimento. Paso cinco: analizar los datos, sacar conclusiones y confirmar o modificar los datos Le pregunté al joven científico de la feria de ciencias si tenía gráficos de los datos. Efectivamente, se dio cuenta de que trazar sus resultados lo ayudaría a visualizar lo que le decían las mediciones. Aquí está su gráfico de la velocidad del automóvil frente a los ángulos que midió (los puntos naranjas). También había agregado una curva (la línea de puntos verde) para aproximar los puntos (¡bien pensado!).

Gráfico de los datos experimentales del coche y la rampa

Pasando a la fase de conclusión del método científico, le pregunté al joven científico de la feria: «¿Este cuadro respalda su hipótesis?» Lo pensó y luego dijo: ‘Muestra que la velocidad aumenta a medida que aumento el ángulo de la rampa. Pero también muestra que la velocidad se nivela en ángulos más altos. Entonces, sí, esto es lo que pensé que sucedería ‘. Lo felicité por su comprensión de algo que, francamente, algunos de mis estudiantes de física de nivel universitario aún no comprenden.

Resumen de la lección

La investigación científica utiliza el método científico para responder una pregunta. El método científico es un proceso sistemático que involucra:

1. Haciendo una observación
2. Formular una pregunta
3. Formular una hipótesis
4. Realización de un experimento
5. Analizar los datos y sacar conclusiones

La hipótesis no es más que una propuesta de respuesta a la pregunta que se hace. Al final, el objetivo es confirmar la hipótesis o modificarla. Cada paso del proceso debe manejarse con cuidado. Por ejemplo, la pregunta debe comenzar con palabras como «qué», «cómo» o «por qué», debe centrarse y debe ser algo que pueda responderse de manera mensurable. La hipótesis debe basarse en la investigación o la experiencia personal. Finalmente, el científico debe comprender todos los errores debidos a la medición, el sesgo y las variables incontrolables que pueden afectar el experimento. La investigación científica, cuando se aplica correctamente, seguirá siendo la principal forma en que los científicos construyen mejores modelos y explicaciones para los fenómenos en el mundo que nos rodea.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado, debería poder:

• Describe qué es una investigación científica
• Enumere y describa los cinco pasos del proceso de investigación científica.

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