El disseny experimental

lloc:	Cursos IOC - Batxillerat
Curs:	Biologia II (Bloc 1) ~ gener 2020
Llibre:	El disseny experimental

Imprès per:	Usuari convidat
Data:	dilluns, 6 de maig 2024, 09:43

Taula de continguts

1. Passos del disseny experimental
2. Planificar un disseny experimental amb control de variables
3. El mètode científic
4. Gràfics per representar dades
- 4.1. Elements dels gràfics
5. Per fer les activitats
6. Errades freqüents

1. Passos del disseny experimental

DISSENY EXPERIMENTAL

La investigació és un procés molt important en les recerques científiques per tal de construir coneixement. Hem de conèixer els conceptes que implica aquest procés i reconèixer diferents situacions de recerca en fenòmens o situacions diversos.

Processos que tindrem en compte en fer un disseny :

1. El problema

És una pregunta que no té una resposta segura. És allò que voldrem esbrinar. S’ha de plantejar en forma de pregunta (posant un interrogant) i fent l’esforç de concretar al màxim. Si es vol relacionar dos factors, haurien d’aparèixer en la pregunta. Exemple : Influeix la temperatura en el creixement dels llevats ? Influeix la dieta en el risc de tenir un atac de cor ?

2. La/Les hipòtesis

Són possibles respostes al problema. Han de ser falsables (s’ha de poder comprovar si són falses). Les hipòtesis haurien de formular-se començant amb “Potser”. Exemples: Potser una temperatura alta afavoreix el creixement dels llevats. Potser una determinada dieta disminueix el rics de patir un atac de cor

3. La variable dependent i la independent

• Variable independent: Variable que modifiquem en l’experiment per tal de comprovar si influeix en els resultats. Els diferents valors que donarem a aquesta variable s’anomenen tractaments.

• Variable dependent: Variable que observem si s’ha modificat durant l’experiment. La variable dependent depèn de la variable independent.
Exemple: Si variem les temperatures a les que cultivem llevats per veure si la Tª alta afavoreix el seu creixement, les temperatures diferents són les variable independent i el creixement la dependent.

4. Les variables controlades

Són factors, diferents de la variable independent, que raonablement podrien influir en els resultats. Per evitar que interfereixin en els resultats, s’han de mantenir constants, és a dir s’han de fixar en uns valors que permetin l’obtenció de resultats durant tot l’experiment.

5. El disseny ( i les rèpliques)

S’ha de desenvolupar la situació imaginada detallant clarament tots els passos a seguir. S’ha de modificar la variable independent i observar els canvis en la variable dependent. Sempre ha de tenir:
Control: A volem comparar en una recerca si un tractament nou o diferent funciona millor; tenim un grup experimental al que li donem el tractament i un grup control que no rep el tractament que volem estudiar. Es pot donar un placebo sense que els grups sàpiguen si se'ls dona tractament o no.

Rèplica : No n’hi ha prou amb un sol experiment per a demostrar un fet. S’han de fer rèpliques, repetir l’experiment una o dues vegades més. Això permet descartar que els resultats siguin deguts a l’atzar (o a factors desconeguts).

6. Els resultats

S’observen els canvis en la variable dependent al llarg de l’experiment, així com qualsevol altre canvi o fet que ens sembli rellevant. Les dades dels resultats s’enregistren (notes, taules, gràfics, arxius, dibuixos, fotografies...)

7. Les conclusions

S’analitzen i interpreten els resultats, d’acord amb el marc teòric de l’investigador. Es descarten les hipòtesis que haguessin predit resultats diferents dels obtinguts.

Text 10

Un exemple : El creixement de les plantes

Suposem que volem investigar si l'adob és un factor que afavoreix el creixement de les plantes. Tenim el següent material : 10 plantes (2 grups de 5 testos), un regle, adob, aigua

Problema (en forma de pregunta) Afegir adob fa que les plantes creixin més?

Hipòtesi: Potser el creixement de les plantes sigui degut a l’adob.

Seguidament hem d'imaginar-nos com ho farem, el disseny de l'experiment.

Disseny : Tenim 10 testos (rèpliques), tots en les mateixes condicions (aigua, llum, temperatura, tipus de plantes ...) 5 d'ells reben el mateix tipus d'adob, i la resta no (grup control)

Mesurem l’alçada de les plantes durant 10 dies, fem la mitjana de cada grup durant els 10 dies.

Variable Independent: el factor que canviem (afegir el fertilitzant)

Variable dependent: El resultat que s'obté del nostre canvi, el que mesurem (l'alçada de les plantes)

A part de l'adob (el factor que volem provar), tots els altres factors s'han de mantenir constants: control de variables.

Resultats i conclusions: Cal observar els resultats (mitjançant mesures, taules, fotografies ...) i treure conclusions.

Si els resultats són els que esperàvem, la conclusió concorda amb la hipòtesi i, per tant, la hipòtesi es confirma, sinó caldria modificar la primera hipòtesi i començar el procés de nou.

2. Planificar un disseny experimental amb control de variables

Planifiquem un disseny experimental amb control de variables (DECV)

Una variable (o factor) és una característica que varia en diferents individus o moments (ex.: l’alçada d’una persona, la temperatura d’una habitació, la intensitat de llum, etc.).

En un DECV hi intervenen tres tipus de variables:

- Variable independent: és la variable que modifiquem. La identificarem responent la pregunta: què canviem?.

- Variable dependent: és la variable que observem o mesurem. La identificarem responent la pregunta: què observem? o què mesurem?.

- Variables de control: són totes les altres variables que poden afectar el fenomen i que durant el DECV no podem modificar. Les identificarem responent la pregunta: què no podem modificar?. En el cas que alguna variable no es pugui controlar, és molt important assenyalar-ho en la planificació del DECV, per tenir clares les possibles limitacions dels resultats obtinguts.

FASE DE PLANIFICACIÓ

1. Identificar les variables que es volen investigar.

a. Identificar les variables independents i decidir quins valors/categories poden prendre: amb la pregunta De què depèn que..., podem identificar diverses variables que intervenen en el fenomen, cadascuna de les quals es pot convertir en una variable independent. Per exemple, la pregunta De què depèn que un objecte suri a l’aigua? permet identificar variables com: el tipus de material, el tipus de líquid, la quantitat de líquid, la massa de l’objecte o la forma de l’objecte. Un cop identificades les variables independents, n’haurem de triar una i decidir quins valors/categories farem servir a l’experiment. Per exemple, si la variable independent és la massa, els valors poden ser 5 g, 50 g, 250 g. La tria de la variable independent sempre depèn de l’objectiu de la investigació i de la pregunta de recerca formulada .

b. Identificar les variables dependents i pensar quins valors/categories poden prendre: per identificar les variables dependents, hem de pensar quins factors podem observar o mesurar quan modifiquem la variable independent. La tria de la variable dependent depèn de l’objectiu de la investigació i de la pregunta de recerca formulada . Per exemple, si estudiem l’efecte de diferents variables sobre la formació d’una ombra, podem escollir entre diverses variables dependents per observar o mesurar, com ara: l’alçada de l’ombra, la nitidesa de l’ombra, etc. És important que ens adonem que, si a l’inici del problema fem servir la frase De què depèn que..., ja estem emmarcant un possible conjunt de variables dependents. Per exemple, si dic De què depèn que un objecte sòlid suri o no suri a l’aigua, ja estic indicant que la variable dependent haurà de ser alguna observació sobre la flotabilitat. Un cop identificades les variables dependents, haurem de pensar quins valors/categories poden prendre. En el cas que la variable dependent no es pugui mesurar, decidirem les categories d’observació (per exemple: no sura, quan l’objecte és al fons, sura, quan l’objecte està completament dins l’aigua però no al fons o quan està surant prop de la superfície). En el cas que la variable dependent es pugui mesurar, caldrà preveure els aparells de mesura necessaris.

c. Identificar les variables per controlar i decidir quines accions caldrà dur a terme per fer-ho: les variables de control són totes les altres variables que considerem que poden intervenir en el fenomen però que no han estat seleccionades com a variable independent d’aquell experiment . Perquè el resultat d’un DECV sigui concloent i correcte, cal tenir molta cura en el procés de control de les variables, perquè si no es fa correctament, no podem estar segurs que els resultats obtinguts es puguin atribuir només a la modificació de la variable independent. Un cop identificades les variables que cal controlar, haurem de pensar les accions per fer-ho.

2. Triar una variable independent i una variable dependent, que seran les que posarem a prova en l’experiment. Cal tenir en compte que es poden fer tants experiments com variables independents haguem identificat, perquè a cada experiment només es pot posar a prova una sola variable independent (en realitat, els passos 2 i 3 es fan conjuntament).

3. Formular la pregunta investigable, que delimitarà l’experiment concret que durem a terme, i que deriva directament de les variables independent i dependent . A continuació, es mostren estructures de frase que poden ajudar a formular les preguntes investigables:

- Quin efecte té (variable independent) en (variable dependent)? Quin efecte té la temperatura en la dissolució del sucre? Quin efecte té el pes de l’objecte en el fet que suri o s’enfonsi? Quin efecte té la presència o absència de llum en la germinació de les llavors? - Depèn de (variable independent) que (variable dependent)? Depèn de la temperatura que l’aigua s’evapori més o menys ràpid? - Què passa a (variable dependent) quan modifiquem (variable independent)? Què passa a la velocitat del cotxe quan modifico la inclinació de la rampa? - Afecta (variable independent) que modifiquem (variable dependent)? Afecta la solubilitat del sucre que modifiqui la quantitat d’aigua? - Quan canvio (variable independent), què passa a (variable dependent)? Quan canvio la massa de l’objecte, què passa a la flotabilitat? - El/la (variable independent) té res a veure amb (variable dependent)? El pes dels objectes té res a veure amb el fet que surin o s’enfonsin?

4. Sintetitzar la planificació del disseny experimental

DUR A TERME LA PLANIFICACIÓ A partir d’aquí, els passos que cal seguir són comuns a altres investigacions empíriques encara que no es facin amb un DECV.

5. Seleccionar el material que necessitarem. - El material seleccionat (objectes, aparells de laboratori, aparells de mesura, etc.) depèn del tipus d’experiment que es proposi. - Si és el cas, caldrà pensar les mesures de seguretat a prendre en la manipulació del material (productes o operacions perilloses, etc.).

6. Recollir les dades, a través de les manipulacions, observacions i/o mesures que s’hagin decidit. - En alguns casos serà molt important assenyalar, i tenir molt presents, les possibles dificultats en les operacions que caldrà fer a l’experiment (quan utilitzem aparells de mesura, manipulem el material, etc.).

7. Representar les dades. Això implica decidir quin tipus de representació (taules, gràfics, dibuixos, etc.) serà més útil per mostrar les dades que s’hagin obtingut. Cal que els alumnes coneguin els criteris necessaris per poder seleccionar un tipus de representació o un altre (vegeu el recurs Instruments de representació de dades).

8. Analitzar les dades, intentant identificar patrons. Identificar els possibles patrons de relació que apareguin entre la variable independent i la variable dependent que s’han analitzat en l’experiment. Normalment, una bona anàlisi de les dades permet veure com es relacionen dues variables, i no només si es relacionen. - Es poden fer servir les estructures de frase següents: Hem observat que..., o bé, Veiem que, a mesura que (variació de la variable independent), la (variació de la variable dependent) (ex.: A mesura que la distància de la font de llum a l’objecte és més gran, la longitud de l’ombra es fa més curta), o bé Quan canvio (variable independent) aleshores (comportament de la variable dependent). - Quan relacionem variables quantitatives, no sempre els patrons/relacions entre les variables són de caràcter lineal (a més d’una variable, més de l’altra, o a menys d’una variable, menys de l’altra).

9. Avaluar la fiabilitat del nostre disseny experimental, per determinar quines limitacions té: - Quan s’ha acabat de fer l’experiment, cal avaluar tot el procés, sobretot les fases que podem considerar més crítiques: el control de variables, la mesura/observació, la representació dels resultats, la identificació del patró i l’establiment de la conclusió. Ser conscients de les limitacions de l’experiment i de les conclusions que hem obtingut permet comprendre i valorar millor la naturalesa del coneixement científic com un coneixement provisional i subjecte al rigor del procés d’investigació.

3. El mètode científic

Visualitzeu el vídeo que resumeix els passos del mètode científic

https://www.youtube.com/watch?v=2l0MfhsIqUU#t=264

4. Gràfics per representar dades

Per presentar dades, són útils els gràfics. N'hi ha de diferents tipus, que farem servir segons si les variables són contínues o discontínues.

Se sol posar la variable dependent a l'eix Y ( ordenades) i la independent a l'eix X (abcisses).

Sempre cal posar les unitats de les variables que representem.

Per exemple:

Si hem de representar l’efecte de la concentració d'un enzim sobre l'activitat mesurada en NH₃

Gràfic de línies

Primer, hem de veure quina és la variable dependent i quina és la independent . El que variem nosaltres és la quantitat d'enzim per tant és la independent. El que volem veure és si aquesta variació influeix en l'activitat de l'enzim, aquesta és la dependent. Per tant, posem a l'eix X, la quantitat d'enzim i a l'Y, l'activitat de l'enzim (mesurada en producció de NH₃). Cal expressar també les unitats emprades (entre parèntesi a l'exemple de dalt).

Fem la representació gràfica de forma linial. Situem els punts i els unim amb una corba.

Un altre exemple: Histogrames o diagrames de barres.

El Dr Mitjà vol estudiar l'efecte del tractament amb azitromicina per tractar el pian.

La taula següent mostra els resultats de l’assaig clínic del Dr. Mitjà, tractant als malalts de pian i a aquelles persones en període d’incubació (asimptomàtics però seropositius pel pian).

Anem a representar-ho i a extreure una conclusió.

	Nº malalts de pian	Nº persones asimptomàtiques
Previ al tractament	323	325
6 mesos després del tractament	44	261
12 mesos després del tractament	34	149

Aquí la variable no és contínua, se'n diu discreta, per tant és més convenient fer servir un diagrama de barres.

El nombre de malalts el posarem a ordenades perquè és la variable dependent i a l'eix horitzontal posem el temps transcorregut.

A partir de la gràfica podem treure una conclusió. (No hem de confondre resultats amb conclusió; els resultats són les dades obtingudes i la conclusió és el que diu si la hipòtesi és certa o falsa).

La conclusió serà :

- El tractament és efectiu contra el pian en les persones que presenten símptomes (malalts).

- El tractament també és efectiu, però no tant, en les persones asimptomàtiques i seropositives.

Els diagrames de sectors també es poden emprar, encara que és més adequat per variables qualitatives.

Ex. Distribució de les mascotes en una població:

4.1. Elements dels gràfics

Tot gràfic consta de:
Títol
Eix d'abcisses (horitzontal)
Eix d'ordenades (vertical)
Unitats i nom de les unitats (què són? concentracions? temps? ,...)
Línies o barres
Llegenda (si fa falta)

Com es fa?

Primer pas: Fem els eixos tenint en compte les dades màxima i mínimes que volem representar.
Segon pas: Col·loquem les unitats de mesura als eixos i el títol del gràfic.
Tercer pas: Marquem les dades amb un punt i les unim o bé fem les barres.
Quart pas: Una vegada estem segur de que hem representat bé les dades el comentem.

Exemple: Consum d'oxigen al llarg del temps

Volum d'oxigen que una persona consumeix per minut al llarg de 45 min d'activitat física intensa.

Comentari: Els primers 4 min el consum és de 0,25 L/min; Comença a incrementar el consum d'oxigen a partir del minut 4. El consum puja ràpidament fins al minut 24 que arriba a 1,75L/min; després baixa el consum ràpidament fins al minut 28 i a partir d'aquí la disminució és lleu fins acostar-se al consum inicial de 0,25 L/min.

5. Per fer les activitats

Què investiguem ?

Tota recerca parteix d'un problema. Cal que estigui formulat de manera interrogativa.(Millor que sigui una pregunta)

Ha d’incloure la variable dependent i independent.

Normalment l’enunciat dels exercicis ja ho diu, però cal escriure la pregunta correctament.

Exemple : Influeix la (variable independent ) en (variable dependent ) ?

Influeix la temperatura en el nombre de larves que neixen en les granotes?

Influeix la quantitat de nitrat del sòl en el nombre de llavors que germinen?

Quin efecte té el pH de l'aigua sobre la producció fotosintètica de les llenties d'aigua?

Hipòtesi : És una suposició que fem sobre el que volem investigar.

Ho hem de enunciar dient : Possiblement, potser, es creu que…

Sempre ha de ser una afirmació però indicant que no ho sabem segur.

Exemple :

Possiblement una temperatura superior a 25 ºC farà que neixin més larves.

Potser una concentració de nitrat de 3g/kg afavoreix la germinació de les llavors.

Variable independent : és el factor que fem variar en l’experiment. Allò que posem o fem diferent en cada prova. Pot ser numèrica (temperatura, concentreació, volum… ) o qualitativa ( donar o no una vacuna, tipus d’alimentació…)

Variable dependent : És el factor que mirarem al llarg de l’experiment. Allò que anirem mesurant. Allò que ens permetrà saber si la nostra suposició és correcta. Pot ser numèrica i sempre hem de mirar que sigui objectiva. (nombre de … , quantitat de…, massa, volum…)

DISSENY : ha d’estar el més ben explicat possible i detallar allò que faries (et pot imaginar que realment fas l’experiment ).

Ha d’incloure :

Les dues variables (independent i dependent). Cal especificar clarament quines són.
Control de variables : cal assenyalar que tots els factors (aigua, temperatura, nombre de individus, alimentació, edat …) seran igual excepte la V.I.
Control de l’experiment : és el propi control de variables , però a més cal fer una prova en blanc o prova control.

Control són totes les mesures que prenem perquè ens assegurem que els resultats són deguts només a la v.i. A vegades es fa el control per placebo ( a un grup

s'administra un fàrmac i a l'altre no) , el doble cec ( ni els subjectes d'estudi ni qui experimenta sap a quin grup pertanyen els subjectes).

Rèpliques : cal fer les proves sobre més d’un individu. En els dissenys que es posen diversos exemplars ja es consideren rèpliques. De totes maneres sempre cal anomenar-les al llarg de l’experiment.
Observacions : hem d’especificar què mirarem , mesurarem (fent referència a la variable dependent ). Els resultats.
Conclusions : dir que en funció dels resultats podrem validar o no la nostra hipòtesi o investigació. ( cal dir-ho en el context)

6. Errades freqüents

Recollim aquí algunes de les principals dificultats que poden sorgir en aquest tema.

No lliureu les tasques sense haver comprovat aquests punts.

1- Confusió entre problema i hipòtesi.

2- Confusió entre variable dependent i independent

3- Confusió entre control d’un experiment i les variables control.

4- Confusió entre resultats i conclusions d’un experiment.

5- No tenir en compte les rèpliques.

6- Dificultat en expressar els resultats amb taules i gràfics. Taules o gràfics incomplets.

1- Un problema és un enunciat en forma de pregunta. Porta ?

Una hipòtesi és un enunciat en forma afirmativa començant per Potser. Es una resposta temptativa que volem trobar amb la recerca.

Per ex. Un problema és: Influeix la temperatura en el creixement de les plantes?

Una hipòtesi és: Potser la temperatura influeix en el creixement de les plantes.

2- La variable independent és sobre la qual l’investigador actua. La dependent és la que volem veure si ha variat com a resultat dels canvis en la independent.

Si volem veure si la temperatura afecta el creixement d’unes plantes, variarem la Tª (variable independent) i mesurarem durant uns dies les plantes (el creixement serà la variable dependent).

3- El control són les mesures que hem d’aplicar per assegurar que el resultat obtingut és degut només al canvi de la variable independent. Totes les variables s’han de fixar excepte la independent.

En el cas de les plantes, hauran de ser les mateixes, de la mateixa mida, amb la mateixa terra, llum, humitat ,...

En el cas d’experiments tipus «amb o sense», el control serà la prova en la que no hi ha el factor.

Per ex. Si volem saber si un medicament actua com a antibiòtic, el grup al que no li donem el medicament (per comparar amb el que sí que li donem) és el grup control.

4- Els resultats són les dades que obtenim i que haurem de processar. La conclusió és el que extraiem d’aquests resultats. En la conclusió hem de veure si es valida o refusa la hipòtesi.

Per exemple, els resultats serien les mides que hem anat prenent de les plantes al llarg dels dies; la conclusió serà dir si realment la Tª influeix en el creixement de les plantes (o no).

5- Per obtenir resultats fiables, hem de fer repeticions o rèpliques per veure si es repeteixen els mateixos resultats ja que hi pot haver diferents tipus d’errors i així aconseguim disminuir-ne la possibilitat. Per ex. hem de fer l’experiment amb grups de plantes, no amb una de sola.

6- Quan hem de representar en taules o gràfics, hem de triar la millor opció: diagrames de barres, de sectors, histogrames, gràfics de línies,...

La variable dependent normalment se situa a l’eix vertical i la independent a l’horitzontal.

Als eixos s’ha d’escriure sempre el nom i unitats de les variables que s’hi relacionen.

En aquest cas de les plantes, la Tª a l’eix horitzontal (en graus) i el creixement a l’eix vertical (en cm).

No ens hem de descuidar cap dels elements d'un gràfic. (4.1. elements dels gràfics).