El disseny experimental

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.