La Ciencia Como Investigación: GED Preparación para Examen en Español

La Curiosidad

Todos los niños hacen preguntas sobre la naturaleza y la vida. En algunas personas, esta curiosidad continúa a lo largo de su edad adulta, cuando se hace posible trabajar sistemáticamente para saciar esa curiosidad con respuestas. La curiosidad constituye un empuje muy importante para la investigación científica y permite al científico que trabaje y que se concentre en el mismo problema durante largos periodos de tiempo. Es el saber cómo y por qué, o al menos el conocer una parte de las respuestas a estas preguntas lo que mantiene a un científico en el laboratorio, en el campo, en la biblioteca o en la computadora durante horas enteras.

La Objetividad

La objetividad es un rasgo esencial para un verdadero científico. Por objetividad nos referimos a la observación imparcial. Un buen científico puede distinguir un hecho de una opinión y no permite que los pareceres personales, las esperanzas, las creencias o las normas de la sociedad interfieran con la observación de los hechos o con el reporte de los resultados experimentales. Una opinión es una declaración no necesariamente apoyada por datos científicos. Las opiniones se basan frecuentemente en los sentimientos personales o las creencias; y normalmente resultan difíciles, si no imposibles de medir y probar. En el examen de ciencia de GED, si selecciona una respuesta basándose en una opinión, casi siempre será una respuesta incorrecta. Un hecho es una declaración basada en datos científicos u observaciones objetivas. Los hechos pueden ser medidos u observados, probados o reproducidos. Un científico bien cualificado reconoce la importancia de reportar todos los resultados, incluso si son inesperados, no deseados o inconsistentes con los puntos de vista personales, hipótesis anteriores, teorías o resultados experimentales.

El Estudio Sistemático

Aquellos científicos que experimentan con eficiencia tienden a trabajar sistemáticamente. Ellos observan cada variable independientemente, y desarrollan y se apegan a rutinas o procedimientos experimentales rigurosos. Anotan consistemente todas las variables y buscan sistemáticamente cambios en esas variables. Las herramientas y los métodos mediante los cuales los cambios en las variables son medidos y observados se mantienen constantes. Todos los experimentos mantienen un objetivo claro. Los buenos científicos nunca pierden de vista cuál es el propósito del experimento y diseñan experimentos de tal manera que la cantidad de resultados no sea abrumadora y los resultados obtenidos no sean ambiguos. El método científico, el cual se describirá posteriormente en este capítulo, representa una buena base para la investigación sistemática.

El Archivamiento

Un buen archivamiento puede ahorrar muchas molestias a los científicos. La mayoría de los científicos encuentran útil el mantener un registro o un diario. El diario debe describir en detalle las suposiciones básicas, los objetivos, las técnicas experimentales, el equipo y los procedimientos. También puede incluir los resultados, el análisis de los resultados, las referencias literarias, los pensamientos e ideas y las conclusiones. Además es necesario anotar en el diario cualquier problema encontrado en el laboratorio, incluso si no se encuentra directamente relacionado con los objetivos del experimento. Por ejemplo, se debe anotar si hay una falla del equipo. Asimismo se deben describir las condiciones que provocaron la falla y el método utilizado para arreglarla. Puede ser que no parezca inmediatamente útil; pero después de tres años en ese camino, podría ocurrir la misma falla. Incluso si el científico recordara la incidencia previa del problema, sería probable que los detalles de la solución se olvidaran y se necesitaría más tiempo para arreglarla. Pero al consultar su diario, puede especificar potencialmente el problema y ofrecer una solución más rápida. Los archivos científicos deben ser claros y legibles para que otro científico pueda seguir este hilo de pensamientos y repetir el procedimiento descrito. Los archivos pueden ser útiles si surge alguna pregunta sobre la propiedad intelectual o la ética del investigador.

La Comunicación Efectiva

El leer publicaciones científicas, el colaborar con otros científicos, el asistir a conferencias y el publicar trabajos científicos y libros son elementos básicos de comunicación en una comunidad científica. Los científicos se benefician de la investigación de la literatura de ciencia porque pueden usar frecuentemente técnicas, resultados o métodos publicados por otros científicos. Además, es necesario comparar o conectar los nuevos resultados con resultados relacionados ya publicados en el pasado, para que cuando alguien lea u oiga hablar del nuevo resultado pueda entender su impacto y su contexto.

Mientras que varias ramas científicas han llegado a ser interdisciplinarias, la colaboración entre científicos de formaciones diferentes es esencial. Por ejemplo, un químico puede sintetizar y cristalizar una proteína, pero el análisis del efecto de esa proteína en un sistema viviente requiere el entrenamiento de un biólogo. Además de que verse entre sí mismos, como competencia, los buenos científicos entienden que hay mucho por ganar al colaborar con científicos de diferentes fortalezas, entrenamiento y recursos. El presentar resultados en conferencias científicas y en publicaciones de ciencia resulta a menudo un proceso fructífero y gratificante. Abre la teoría científica o el experimento a discusión, críticas y sugerencias. Constituye la base para el inicio de ideas e intercambio en la comunidad científica.

Además los científicos frecuentemente necesitan comunicarse con aquéllos fuera de la comunidad científica—los estudiantes de ciencia, las figuras públicas que toman decisiones sobre la financiación de proyectos científicos y los reporteros, quienes dan parte de los resultados científicos esenciales a la audiencia general.

El Escepticismo y la Mente Abierta

Los cientificos se preparan para ser escépticos sobre lo que oyen, leen u observan. En vez de aceptar automáticamente la primera explicación que se les propone, investigan explicaciones diferentes y buscan huecos en el razonamiento o en las inconsistencias experimentales. Ellos conciben pruebas cuya teoría debe superar si es válida. Piensan en maneras mediante las cuales mejorar un experimento. Esto no se hace de manera maliciosa. El objetivo no es el de desacreditar a otros investigadores, sino concebir buenos modelos y comprender la naturaleza.

La Ética

Considere un químico en una compañía farmaceútica, quien, después de mucho esfuerzo, diseña un producto químico capaz de curar los tumores cerebrales sin afectar las células sanas del cerebro. Sin duda el científico está entusiasmado con este resultado y con su impacto potencialmente positivo en la humanidad. Sin embargo, de vez en cuando, las ratas del experimento que reciben esta medicina mueren de una falla de corazón minutos después de habérselas administrado. Puesto que esto sólo sucede de vez en cuando, el científico lo toma sólo como una coincidencia, y atribuye la causa de la muerte de las ratas a problemas del corazón pensando que de todas maneras hubieran muerto. El científico no reporta estos pocos casos al supervisor, y asume que si fuera un problema serio, la FDA (Administración de Drogas y Alimentos) lo descubriría; y nadie saldría lastimado. Aunque el científico tiene buenas intenciones, tales como hacer disponibles los beneficios de la nueva medicina a las personas que la necesiten, el no reportarlo y el no investigar más a fondo los efectos potenciales adversos del medicamento constituye negligencia y conducta no ética.

Comprensión de la Investigación Científica

¿Por qué estudiar la ciencia? Un científico procura observar, entender, o controlar los procesos y leyes de la naturaleza. Los científicos asumen que la naturaleza es gobernada por principios ordenados. Ellos investigan detenidamente estos principios para hacer observaciones. El trabajo del científico es entender cómo funciona algo, o explicar por qué funciona de tal manera. Examinar un patrón, la causa y el efecto, la explicación, la mejora, el desarrollo de teorías basadas en los resultados experimentales son todos estos trabajos de un científico.

El Método Científico

Existen muchas maneras de obtener conocimiento. Los científicos modernos tienden a obtener conocimiento sobre el mundo al realizar observaciones sistemáticas. A este principio se le llama empírico y es la base del método científico. El método científico es una serie de reglas para hacer preguntas o respuestas sobre la ciencia. La mayoría de los científicos utilizan el método científico sin rigor excesivo y a menudo inconscientemente. Sin embargo, los conceptos claves del método científico constituyen el trabajo preliminar (fase preparatoria) para el estudio científico; y revisaremos esos conceptos en esta parte.

El método científico implica:

• hacer una pregunta específica sobre un proceso o fenómeno que pueda ser explicado mediante la realización de experimentos
• formular una hipótesis que se pueda someter a prueba basada en observaciones y resultados previos (es decir, adivinar)
• diseñar un experimento, con un control, para probar una hipótesis
• reunir y analizar los resultados del experimento
• desarrollar un modelo o una teoría que explique el fenómeno y sea consistente con resultados experimentales
• hacer predicciones basadas en el modelo o teoría para evaluarlo y diseñar experimentos que puedan refutar la teoría propuesta

La Pregunta

Para entender algo, un científico debe enfocarse primero en una pregunta o en el aspecto específico de un problema. Para hacer eso, el científico debe formular claramente la pregunta. La respuesta a tal pregunta tiene que existir así como debe haber la posibilidad de obtenerla a través de la experimentación. Por ejemplo, la pregunta "¿Acorta la presencia de la luna la esperanza de vida de los patos en la Tierra?" no es válida pues no puede ser contestada a través de experimentos. No hay manera de medir la esperanza de vida de los patos en la Tierra con la ausencia de la luna, pues no tenemos manera de remover la luna de su órbita. Igualmente el hacer una pregunta general, tal como "¿Cómo obtienen su alimento los animales?" no es muy útil para adquirir conocimiento. Esta pregunta resulta demasiado amplia y general para que una persona responda.

Las mejores preguntas son más específicas—por ejemplo, "¿Tienen una responsabilidad o trabajo establecido cada miembro de una manada de lobos cuando están cazando para obtener comida?" Una pregunta demasiado general y no muy útil sería "¿Por qué hay personas con mejor memoria que otras?" Una mejor pregunta, más específica, en la misma línea del pensamiento, es "¿Cuáles son las partes y los productos químicos del cerebro involucrados en los recuerdos de la niñez?"

La Hipótesis

Después de formular una pregunta, un científico recoge la información del tema ya disponible o publicada, y entonces crea una conjetura informada o una explicación tentativa sobre la respuesta a la pregunta. Tal conjetura informada sobre un proceso natural o fenómeno se llama hipótesis.

Una hipótesis no tiene que ser correcta, pero debe ser comprobable. En otras palabras, se puede refutar una hipótesis comprobable a través de experimentos, en un lapso razonable de tiempo, con los recursos disponibles. Por ejemplo, la declaración "Todos tienen un compañero de alma en algún lugar del mundo" no es una hipótesis válida. En primer lugar, el término compañero de alma no se encuentra bien definido; entonces sería difícil formular un experimento para determinar si dos personas son compañeros de alma. Más importante, incluso si nos pusiéramos de acuerdo en cuál es el significado de compañero de alma y cómo determinar experimentalmente si dos personas son compañeros de alma, esta hipótesis nunca se podría probar como equivocada. Cualquier experimento concebido requeriría que se evalúe cada par posible de seres humanos alrededor del mundo, lo cual, en consideración de la población y del crecimiento de ésta, simplemente no es viable.

Para refutar una hipótesis no es fracaso. Elimina ilusiones sobre lo previamente pensado como verdadero, y puede provocar un gran avance—un pensamiento en otra dirección que da lugar a ideas nuevas. Lo más probable es que, en el proceso de demostración de una hipótesis como equivocada, un científico puede adquirir comprensión sobre cuál sería una mejor hipótesis. Refutar una hipótesis cumple con un propósito. La ciencia y nuestra comprensión de la naturaleza avanzan con frecuencia a través de diminutas piezas de incremento de información. Eliminar una hipótesis potencial reduce nuestras opciones, y eliminar las respuestas equivocadas a veces nos lleva a encontrar la respuesta correcta.

El Experimento

En un experimento, los investigadores manipulan una o más variables y examinan su efecto en otra variable o variables. Un experimento se diseña cuidadosamente para evaluar la hipótesis. El número de variables en un experimento debe ser manejable y cuidadosamente controlado. Todas las variables y procedimientos son cuidadosamente definidos y descritos, así como el método de observación y de medición. Los resultados de un experimento válido son reproducibles, lo cual significa que otro investigador que sigue el mismo procedimiento debe ser capaz de obtener el mismo resultado.

Un buen experimento también incluye uno o más controles. Los controles experimentales están diseñados para obtener una comprensión de las variables observadas en ausencia de las variables manipuladas. Por ejemplo, en estudios farmacéuticos, tres grupos de pacientes son examinados. A uno le dan un medicamento; a otro le dan un placebo (una píldora con ingredientes no activos); y al otro no le dan nada. Ésta es una buena manera de evaluar si la mejora de la condición en pacientes (variable observada) se debe al ingrediente activo en la píldora (variable manipulada). Si los pacientes del grupo que recibió el placebo se recuperan más pronto o al mismo tiempo que los que recibieron el medicamento, el efecto de tomar la píldora se puede atribuir a la creencia del paciente de cómo una píldora permire que se sienta mejor, o a otros ingredientes en la píldora. Si el grupo al cual no se le dio ninguna píldora se recupera más pronto o tan rápido como el grupo al cual se le administró el medicamento, la mejora en la condición del paciente podría ser el resultado de procesos curativos naturales.

El Análisis

El análisis de resultados experimentales implica buscar tendencias en los datos y correlación entre las variables. También implica hacer generalizaciones sobre los resultados, cuantificar errores experimentales y una correlación de la variable manipulada hacia la variable evaluada. Un científico que analiza resultados los unifica, los interpreta y les da un significado. El objetivo es encontrar un patrón o sentido del orden en las observaciones y entender la razón para este orden.

Los Modelos y las Teorías

Después de reunir una cantidad suficiente de resultados consistentemente reproducibles bajo un rango de condiciones o diferentes tipos de muestras, con frecuencia los científicos procuran formular una teoría o un modelo. Un modelo es una hipótesis suficientemente general y continuamente efectiva en predecir hechos a ser todavía observados. Una teoría es una explicación de los principios generales de ciertas observaciones con evidencia experimental extensa o hechos que lo respaldan.

Los modelos científicos y las teorías, como las hipótesis, deben poder probarse usando los recursos disponibles. Los científicos hacen predicciones basadas en sus modelos y teorías. Una buena teoría o modelo debe poder predecir con precisión un evento o comportamiento. Muchos científicos dan un paso más allá y tratan de evaluar sus teorías mediante el diseño de experimentos que podrían probar que están equivocadas. Las teorías que fallan al hacer predicciones precisas son revisadas o desechadas, y aquéllas que sobreviven la evaluación de una serie de experimentos dispuesta a probar que estaban equivocadas se hacen más convincentes. Por lo tanto, las teorías y los modelos llevan a experimentos nuevos; si no predicen los comportamientos adecuadamente, son revisados por medio del desarrollo de nuevas hipótesis y experimentos. El ciclo de experimento-teoría-experimento continúa hasta obtener una comprensión satisfactoria consistente con las observaciones y predicciones.