Espiral de conocimiento: el ciclo del método científico
Para poder dar respuesta a nuestras reflexiones y concluir con las pretensiones iniciales, es necesario ir poco a poco y hacer uso de la metodología científica. Por ejemplo, relacionamos la utilidad del robot con la posibilidad de gestionar el riego automático de un jardín escolar. A partir de ahí, usando algunas analogías, se recuerdan las etapas del Método Científico y se encuadra nuestra investigación en cada una de ellas.
Comenzamos el estudio en la asignatura de Física Y Química, dando paso después a las demás Áreas implicadas.
Si no lo veo, no lo creo: observación
La observación científica de los hechos que ocurren en la naturaleza o en las interacciones humanas requiere llevar a cabo una selección de aquellos que se consideran relevantes para el área de estudio en cuestión. Podemos usar nuestros sentidos para reunir información de formas muy variadas: luz, ondas de presión (sonido), temperatura, composición química (a través del gusto y el olfato), etc. Pero la observación científica suele requerir un nivel de precisión que solo se alcanza con el uso de instrumentos, como telescopios, microscopios, termómetros, etc. Muchos de ellos permiten además cuantificar las observaciones, es decir, tomar medidas de las magnitudes a las que son sensibles.
En nuestro estudio utilizamos inicialmente la observación para recopilar datos del entorno y de la situación actual del riego de las plantas. Nos documentamos y, a partir de los datos recogidos, llegamos a preguntarnos cómo vamos a contribuir a mejorar las instalaciones con nuestro robot, contribuyendo al ahorro de agua y también al cuidado de la naturaleza. Dado que hay diferentes necesidades hídricas en las distintas zonas verdes del Centro, podemos comenzar estudiando en cuál de ellas reduciremos más el consumo.
Formulación de una hipótesis
La hipótesis es el enunciado de partida, surgido a partir de las observaciones, que se quiere contrastar con los datos recogidos y analizados en la investigación. La veracidad o falsedad de la hipótesis siempre tiene que poder ser demostrada.
Su elaboración conlleva emplear conceptos bien definidos, que a su vez han de asociarse a variables, que son propiedades o características de los elementos de estudio y que pueden tomar distintos valores.
NUESTRA HIPÓTESIS: En la zona del aula de la naturaleza, con mayor temperatura y menor humedad, ahorramos más agua con “nuestro jardín”.
La esencia de un trabajo científico: experimentación
Lo que realmente diferencia al trabajo científico de uno que no lo es, es la etapa de la experimentación. En ella se establece la metodología empleada, se diseña el experimento con los materiales necesarios y el procedimiento seguido, se recoge y procesa la información y se analizan los resultados. Las conclusiones obtenidas darán validez a la hipótesis, terminando el proceso con la publicación del informe científico.
Con la experimentación se manipulan las condiciones del entorno, que es observado a continuación para determinar qué hechos han ocurrido.
Diseño experimental
En nuestro estudio, el objetivo es medir con sensores la humedad relativa en diferentes zonas para ver cuál tiene más necesidad de riego y poder optimizarla.
Utilizamos 3 macetas de pino con las mismas características, placa micro bit con sensores de temperatura (termómetro) y humedad relativa (higrómetro), cronómetro o reloj (tiempo).
El procedimiento nos lleva al establecimiento de 3 zonas diferenciadas para el estudio:
Zona 1. Pistas (superficie de piedras). Zona 2. Ecohuerto (tierra) Zona 3. Aula de la naturaleza (cemento)
Fijamos constantes todas las variables menos las que vamos a estudiar. Usaremos el mismo tipo de macetas con la misma planta y del mismo tamaño (pino), en zona de sol y con el mismo riego. Adicionalmente, vamos a obtener valores los días en que se mantenga fija la temperatura para que sus cambios no afecten a los datos que se quieren tomar.
Anotamos los resultados experimentales recogidos en tablas de valores con las variables tiempo, temperatura y humedad relativa. El proceso continúa con la intervención de las matemáticas.
María Cano Gómez. Pruebas del prototipo de lectura de datos en ecohuerto(CC BY-NC)María Cano Gómez. Lectura de datos en planta sobre terreno(CC BY-NC)
Formalidad ante todo: el método de las ciencias formales
Las ciencias formales se utilizan en mayor o menor medida como herramienta por las ciencias naturales y sociales; se puede decir que, de la misma manera que la componente empírica de esas ciencias recurre a menudo a instrumentos para la observación, la componente teórica recurre a instrumentos formales como las matemáticas.
Aquí es donde comienza la asignatura Matemáticas a trabajar, diseñando el método a seguir para obtener unas conclusiones basadas en los datos recogidos. Se trabaja con los objetivos, contenidos, criterios de evaluación y competencias clave asociadas al bloque de FUNCIONES, ya que la relación entre las dos magnitudes que queremos cuantificar en nuestro estudio (el tiempo y la humedad relativa) podemos escribirla con una expresión algebraica, dibujarla en una gráfica que facilite el estudio y a cada valor de la variable independiente (tiempo) le corresponde un único valor de la variable dependiente (humedad relativa).
Alumnado 2º ESO IES Az-Zait - D.ª María Cano. Datos recogidos con el prototipo 1 elaborado por el alumnado(CC0)
Comienza la función
Las gráficas son representaciones abstractas de relaciones entre dos variables. Cuando representamos funciones mediante gráficas podemos observar distintas características que nos ayudan a entender de forma visual y rápida el comportamiento del fenómeno que estemos estudiando. Previamente al dibujo de la gráfica, con los datos experimentales recogidos se elabora una tabla de valores donde se organizarán los datos de tres macetas colocadas en tres zonas diferentes del patio. Así, podremos estudiar la zona más óptima para la colocación del sistema de riego y poder ahorrar más agua. Una vez tengamos la gráfica de las tres zonas elegidas, se estudiarán las tres funciones de forma matemática por separado y se extraerá la conclusión de la zona más favorable.
Alumnado 2º ESO IES Az-Zait (Jaén) - D.ª María Cano. Funciones obtenidas con datos de humedad relativa(CC0)Alumnado 2º ESO IES Az-Zait - D.ª María Cano. Funciones obtenidas con datos de humedad relativa(CC0)
Estudio matemático
Se realiza un estudio matemático de las funciones y al representar los datos en la gráfica se observa:
Dominio: D(f) = (lunes , viernes)
Recorrido: R(f) = (47 , 83)
Continuidad: Esta gráfica es continua ya que no presenta saltos.
Monotonía: Intervalos de crecimiento:
Zona 1 (lunes , martes) Máx. (martes , 56) Zona 2 (lunes , miércoles) U (jueves , viernes) Max. (miércoles , 71) Zona 3 (lunes , martes) U (miércoles , viernes) Max. (martes , 83)
Intervalos de decrecimiento:
Zona 1 (martes , viernes) Mín. (viernes , 47) Zona 2 (miércoles , jueves) Mín. (lunes , 53) Zona 3 (martes , miércoles) Mín. (miércoles , 51)
Lógica en estado puro: la deducción
Una deducción lógica, también llamada argumentación, razonamiento o inferencia, consiste en la obtención de conclusiones a partir de ciertos enunciados, denominados premisas. Si las premisas son verdaderas, entonces las conclusiones deducidas son necesariamente verdaderas, y ello se debe a la estructura lógica de la argumentación, no al significado concreto que tengan las premisas. Podemos aplicar esto a nuestro estudio y deducir lo siguiente:
Premisa 1: Si en la zona 3 hay menos humedad relativa, entonces el uso del prototipo ahorra más agua.
Premisa 2: En la gráfica de la zona 3 comprobamos que hay menos humedad que en las otras dos.
Conclusión: El uso del prototipo en la zona 3 ahorra más agua.
Al traste con el contraste: de la verificación a la falsación
El contraste empírico de hipótesis exige una reflexión cuidadosa. Un posible procedimiento es la verificación, es decir, la comprobación de que las predicciones que se deducen de las hipótesis coinciden con las observaciones. Llevar a cabo una verificación exhaustiva y completa es imposible, porque habría que realizar infinitas observaciones, en todos los lugares posibles y en cualquier momento de tiempo. A lo máximo que se puede aspirar es a lograr una confirmación provisional, más robusta cuantas más verificaciones se hayan realizado, pero nunca completa.
Debido a esa limitación, el filósofo austríaco Karl Popper (1902-1994) propuso que el contraste de hipótesis debía llevarse a cabo a través de la falsación, es decir, buscando los hechos que contradicen las predicciones de las hipótesis, y no tanto los que las confirman. Basta con que una observación no coincida con la predicción para que la hipótesis deba ser rechazada. Si, por el contrario, la hipótesis supera las pruebas de falsación a las que se ve sometida, queda aceptada provisionalmente. En nuestro caso, ninguno de los valores obtenidos en la fase de experimentación contradice las predicciones ni contrasta con la tendencia observada en las curvas, por lo que nuestra hipótesis queda aceptada provisionalmente, superándose así las pruebas de falsación.
