Bases científicas

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II. La educación y su vinculacióncon la tecnología

1 Historia de la Ciencia

2 De qué trata la ciencia?

3 Pensamiento Científico

4 Bases científicas5 Vinculación con la Educación

Objetivo

El objetivo de esta lección será poner al corriente losconocimientos básicos de ciencia y su método científico, queserán útiles más adelante. También repasara las formas depensamiento válidas para su uso en el método científico.

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1 Historia de la Ciencia

• Past is Prologue (Wired Magazine)http://www.wired.com/wired/archive/10.01/timeline.html

• PBS Programme Companion:

A Science Odysseyhttp://www.pbs.org/wgbh/aso/

•The Machine that Changed the World

http://ei.cs.vt.edu/~history/TMTCTW.html#GreatBrains

-- ya no está disponible, sino como libro en

http://www.lean.org/Lean/Bookstore/ProductDetails.cfm?SelectedProductID=3

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2 De qué trata la ciencia?

• Ciencia es un verbo

Science

Ciencias Físicas •física•química

Ciencias Naturales•fisología•botánica•biología molecular

Ciencias Sociales•sociología•antropología•psicología

La palabra ciencia denota una gran variedad de actividades, algunas tandispares, que parece que estamos hablando diferentes lenguajes.

Algunas personas piensan que las ciencias naturales y las físicas son “cienciasfuertes”, mientras que las ciencias sociales son ciencias débiles. Otras gentesafirman que las ciencias sociales no se deben considerar ciencia, porque suestudio involucra factores que no son estrictamente físicos.

“Ciencia es el esfuerzo que busca estudiar, u obtener conocimiento, sobre fenómenos a travésdel uso de un método sistemático que se basa en la evaluación de la evidencia a través de la

razón.”

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Malentendidos de la Ciencia

• La ciencia es un campo impreciso, lleno deambigüedades y medias verdades, por elestado imperfecto de la ciencia

• Un científico debe ser flexible y capaz demanejar la incertidumbre, debe de ver elconocimiento no como un absoluto, sinocomo tentativo

• El lenguaje de la ciencia son los números

Por el mismo estado imperfecto de la ciencia, frecuentemente encontramosconceptos que son cambiados y/o reformados, mientras nuevos conceptostoman su lugar.

Por casi 300 años, hasta 1900, la ciencia veía el universo de acuerdo a lasleyes de Issac Newton. La idea del universo de Newton, ordenado ymatemáticamente correcto, empezó a ser cuestionado por nuevas teorías,como la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein y la de físicos comoNiels Bhor, entre otros, que establecieron las bases para la la mecánicacuántica.

El lenguaje de la ciencia son los números, matemáticas. En ésta área, lasmatemáticas son útiles para representar estadísticas.

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Métodos para la Ciencia

• Tres tipos de investigación:– Observaciones ordenadas (o informadas)– Encuestas– Experimentación directa

• El método utilizado depende de lanaturaleza del conocimiento científicobuscado

La ciencia requiere de métodos sistemáticos para reunir conocimiento sobreuna materia. Lo que significa “sistemático” depende del fenómenoinvestigado.

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Observaciones ordenadas

• Este método es adecuado para estudios decampo (biología, geografía) que deben hacerobservaciones bajo condiciones nocontroladas

• El investigador debe tener en mente quéobservar, dónde y cómo debe sersistemáticamente registrado

La necesidad de buscar una especie de planta o una roca hace que elinvestigador se desplace al lugar de la observación, bajo condiciones nocontroladas, no evita que se realice una observación ordenada

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Encuestas

• Es una investigación sobre “cosas como son,sin interferencia”

• Requiere cierta interacción entre elencuestador y los objetos encuestados

• Utilizado por investigadores sociales• Tres formas de encuestas

Tres formas de encuestas:

•retrospectiva

Busca en el pasado para explicar la forma en que los hechos fueron.Dentro de esta tipo de encuesta, se deben tomar en cuenta variosfactores:

•los datos no se pueden organizar para eliminar co-factores

•los datos pueden ser incorrectos o no existentes

•actual

Busca la explicación de hechos actuales, como por ejemplo el climaen una región o la opinión de cierto sector de la población

•prospectiva

Selecciona una población actual y luego la sigue por un período detiempo para ver como cambia. Un ejemplo podría ser el estudio deuna enfermedad

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Experimentos

• Es un evento que se realiza con la intencióndeliberada de observar su efecto

• Se deben tener totalmente bajo control losfactores del experimento

• Cualquier tipo de observación se utiliza

Muchas personas piensan que la ciencia se refiere al sentido común que estámatemáticamente validado, pero veremos más adelante que el sentido nocomún es también la base de la ciencia

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3 Pensamiento Científico

• Buena ciencia requiere un buen pensamiento(actividad con un propósito)Se divide en dos categorías:

• Monológico– solo una respuesta correcta (algorítimica)

• Multilógico– pude no tener una sola respuesta correcta (o depende

de la persona)

El pensamiento busca la resolución de problemas

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Reducionismo y pensamientoecléctico

• Reducionismo– el problema se subdivide en partes y cada parte

es solucionado por separado

• Ecléctico (holístico)– trata de integrar y sintetizar conocimientos de

muchas áreas, buscando similitudes

Reducionismo

•los problemas individuales se tratan por separado, en vez de uno grande

•supuestamente, al integrar todas las soluciones, se obtiene la respuestageneral

•posiblemente se encuentren aún huecos en problemas

Holístico

Siempre se ha tratado de dividir y especializar el conocimiento, y porresultado, se tienen problemas al integrar diversas ramas y disciplinas

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Pensamiento Inductivo y Deductivo

• Inductivo– examina la evidencia y entonces propone una

teoría para explicar los hechos

• Deductivo– se propone la hipótesis y después, los datos son

recogidos para confirmar o negar la hipótesis

• A veces se alternan los pensamientos

Pensamiento Lateral y Vertical

Propuesta por deBono en 1968. El pensamiento Vertical desarrolla unsolo aspecto del problema, a profundidad, hasta encontrar la solución. Seconcentra en refinar y desarrollar ideas. Se utiliza par lograr la aceptaciónde una idea.

El pensamiento Lateral es un modo más amplio de ver el problema,significa, buscar por el problema, más que buscar el problema. Tiende a sercreativo y se basa en el descubrimiento. Se utiliza para desarrollar nuevasteorías, ideas nuevas y conceptos avanzados,

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Sentido común y Ciencia

• Qué es el sentido común?– “selecciones prudentes”, “que da sabios

consejos”, “que hace las cosas bien”

• Cuando un concepto de sentido común seanaliza, frecuentemente se convierte falso

• Entonces, el sentido común se pudeconvertir en un impedimento para la ciencia

El sentido común se puede resumir como “la sabiduría popular”?

Se supone que alguien que no tiene sentido común no puede hacer las cosasbien.

Según el diccionario Webster, el sentido común es “las opiniones irreflexivasde la gente”

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Orígenes del sentido común

• Ideologías inconscientes• Acepciones sin fundamento• Opiniones sin examinar• Hábitos automáticos• Puntos de vista personales o colectivos• Nuestra experiencia (buena y mala)• Paradigmas

Un paradigma es una estructura de pensamiento donde filtramos todasnuestras percepciones.

Errores del sentido común que no permite el avance de la ciencia:

•La ciencia y tecnología cambia de una manera muy rápida, pero no asínuestras ideas (paradigmas)

•El sentido común no cambia tan rápido para ajustarse a el cambiantemundo real, especialmente cuando utilizamos factores antiguos para preverel futuro

•Las acepciones comunes no se cuestionan

•El sentido común carece de una metodología o método para su desarrollo

•Los científicos no pueden asegurar más que lo que se puede justificar con laevidencia disponible

•El sentido común trata de tomar acciones sin realmente entender elproblema

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Lo contrario a sentido común

• Buen sentido– nutrido por conocimiento, ganado a través de

examinar sistemáticamente el problema paraencontrar la causa real

– una vez que la causa ha sido encontrada, sepuede inventar y experimentar las posiblessoluciones e implementarlo para corregir elproblema

Conocimiento:

implica el entendimiento del problema o proceso que está siendoconsiderado. (El conocimiento se crea por la correcta interpretaciónde la información a nuestra disposición)

Información:

debe informar al receptor acerca del problema

Datos:

hechos dentro de un contexto

Entonces podemos decir que la información está compuesta de datos dentrode un contexto de tal manera que se convierte en conocimiento. Losavances científicos se basan en conocimiento, no en sentido común. Elconocimiento se adquiere a través del proceso de la investigaciónsistemática.

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Investigación Sistemática

1 Darse cuenta de la deficiencia en conocimiento ytratar de corregir la situación

2 Hacer una pregunta y luego crear un experimentoo recolección de datos para contestarla

3 La pregunta debe de estar bien formulada

4 No es necesario formular una pregunta bastanteprofunda que cruce las fronteras de la ciencia(aunque puede pasar)

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Pensamiento Crítico

• The Critical Thinking Community www.criticalthinking.org

• incluye:– planeación– recolección de información– definición de un marco de referencias o contexto– monitoreo– corrección de desvíos– evaluación

Pensamiento Crítico (PC)

Definición: es un método para resolver problemas y tomar decisiones

El proceso debe ser aplicado desde el principio. Si no, se da lo que seconoce como GIGO.

El PC involucra reconocer y tener en cuenta las acepciones, lógica previa,desvíos, observaciones intencionalmente erróneas y todos aquellos factoresque modifiquen el resultado del proceso científico. Esto es difícil de obtener,particularmente en las investigaciones sociales.

Algunas veces es un especial educación lo que toma el lugar de la lógica.Para los científicos, su lógica pasada está formada por su educación, cultura,ideas personales que pueden ser tanto ciertas como falsas. Con un métodoapropiado, está lógica puede ser minimizada.

Es el papel del pensante crítico buscar entre su propia lógica pasada y la delos demás, y elegir la correcta.

Para el avance de la ciencia, algunas veces se debe pensar lo impensable yver a dónde nos lleva.

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Pensamiento Crítico y Educación

• “Una educación exitosa es aquella que permanececuando la persona ha olvidado todo lo que se le haenseñado”

• El pensamiento abstracto, y la resolución deproblemas para los cuales no existe una respuestacorrecta, ni siquiera una buena respuesta, es másdifícil

•En una cultura dinámica, donde los conocimientos científicos y tecnológicoscambian rápidamente y donde estamos expuestos a esos cambios durantetoda la vida, la habilidad de pensar claramente es mucho más importanteque la capacidad de aprender métodos y fórmulas que pueden ser de granvalor el día de hoy pero pueden ser obsoletas mañana

•Existen científicos e ingenieros que piensan que están bien entrenados en elPC por su bases educativas que incluyen habilidades de resolución deproblemas, pero el análisis de problemas no es lo mismo que el PC

•Muchos de los problemas son estrictamente monológicos

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Lapsus Brutus

• Lluvia de ideas– supersum thinking, para ayudar durante Lapsus B

• Fallas en la búsqueda de evidencia negativa– cuando la evidencia inicial muestra ser positiva, algunas

veces no buscamos evidencia que lo contradiga

• Pensamiento positivo– Pollyanna Principle, todo está bien

Importante:

Qué pasa cuando nuestro pensamiento racional y crítico se nubla?Generalmente nos referimos a un lapsus brutus, un momento en que nuestroracionamiento superior se perdió por un momento.

La primera, lluvia de ideas, nos ayuda a salir de ello. El resto, muestraerrores causados por ese lapsus brutus. Espero que lo entiendan así.

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Lapsus Brutus (cont.)

• Obstinación– los científicos no pueden permitirse una atracción

emocional tan fuerte que no distingan una causaperdida, especialmente referente a presupuestos

• Ego– el ego de una persona es, a veces, tan poderoso que

pensadores críticos pueden caer en errores por ego

RESUMEN

Debe ser un científico monológico o multilógico? Debe ser un científicoreducionista o ecléctico? Lateralista o verticalista? En una palabra, si.

Como una persona pensante, el científico necesita saber lidiar con todosestas habilidades de pensamiento, o correr el riesgo de ser simplemente untécnico de laboratorio. Tal vez la mejor metáfora sea un lente zoomutilizado en las cámaras. Se necesita un mente con zoom que puedacambiar el objetivo de una forma amplia, para grandes conceptos e ideas ytambién con capacidad para acercamientos, para examinar detalladamentela evidencia (y equipada con filtros especiales para eliminar los lapus brutus)

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Teoría, hipótesis y ley

• Una ley científica no es invariable einmutable. También es sujeto de cambio

• Todas las leyes científicas son simplementeuna idea tentativa, o la construcciónintelectual de una invariabilidad de ciertofenómeno y sus relaciones

Las palabras leyes y teorías son muy utilizadas en la ciencia pero pocoentendidas. Una ley científica se considera algo universal e inamovible.Pero en ciencia, una ley es meramente una regularidad observada en lanaturaleza o la declaración del orden o la relación del fenómeno que esconocido como invariable bajo ciertas circunstancias.

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Teoría

• El análisis de una serie de hechos y susrelaciones

• Una creencia, política o procedimientopropuesto o seguido de las bases de acción

• Una idea hipotética serie de hechos,principios o circunstancias

• Los principios generales o abstractos de unhecho, una ciencia o un arte (teoría musical)

Para muchos, una teoría es una opinión desinformada, donde todas lasteorías son equivocadas a excepción de las nuestras.

•Un principio general aceptado o plausible o un grupo de principiosofrecidos para explicar un fenómeno (la teoría de la onda de luz)

•Una hipótesis asumida para darle sentido a un argumento o acepción

•Una conjetura o acepción no probada

•Un conjunto de teoremas presentando una vista consistente de una materia

•Un pensamiento abstracto o especulación

Una teoría no es un descubrimiento científico, sino en cambio es unaconstrucción intelectual derivada de la ingenuidad de la mente de uncientífico. Se utiliza para explicar descubrimientos, pero no es en sí eldescubrimiento científico.

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El método científico: un ciclo sin fin

1 Hacerobservaciones

2 Analizarobservaciones

3 Crear unmodelo

4 Desarrollar unateoría tentativa

5 PrediccionesHipótesis

5A Prediccionesprofundas

5B Hacer nuevasobservaciones

Una persona comienza haciendo alguna observación, ya sea enconjunción con algún protocolo de investigación o sin método alguno.

Estas observaciones son después analizadas y un modelo de cómofunciona (o su significado) se desarrolla.

Una teoría tentativa se desarrolla del modelo. Las predicciones de lateoría y de las hipótesis, forman las bases de una observación ordenada ode los experimentos que hacen observaciones adicionales.

El proceso continúa dando vueltas y vueltas hasta que las teorías y leyes sonderivadas y luego refinadas.

Aún entonces, el ciclo no termina, solo se reduce el número de iteraciones,pues siempre existe la posibilidad de que alguna nueva investigación uobservación aparezca y reinicie el proceso.

Algunas veces, una teoría tentativa se aparta de el curso normal, puesto quealgunas de las predicciones son deveras profundas.

(Albert Einstein hizo eso utilizando la teoría de Max Planck de energíaquanta (1900) y por eso ganó el Premio Nóbel de Física)

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Falacias

“Una apariencia defectuosa, una idea falsa, unacreencia errónea; de un carácter erróneo; unargumento que falla en satisfacer las condiciones deuna inferencia válida o correcta, vgr.— unargumento en el cual todas las premisas son ciertaspero no infieren apropiadamente en la conclusión”

La ciencia depende de la consideración de la evidencia objetiva, para llegara un consenso que constituye la verdad en una situación dada.Desafortunadamente, un error puede arruinar una discusión, tal vez porerror o tal vez por intención, si ocurren falacias.

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Fuentes de falacias

• Fraude• Pensamiento erróneo o incompleto

– “lo más importante del pensamiento crítico essobre cómo defender tu posición”

– una opinión científica que no pueda serdefendida no se puede considerar como tal

• Uso incorrecto del lenguaje

Tipos de falacias

las falacias se dividen en dos categorías:

•Falacias por relevancia

ocurren cuando las premisas son lógicamente irrelevantes y, por lotanto, incapaces de establecer una verdad o su conclusión

•Falacias por ambigüedad

están basadas en la ambigüedad de las palabras, pues tienenmúltiples significados, significados mal definidos, significados que soninapropiados para el tema en discusión o donde errores enconstrucción gramatical originan que argumentos correctosaparezcan como incorrectos

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Haciendo registros

• Buenos registrosayudan a reconocerlos patrones deobservaciones oexperimentos

• Si se registranobservaciones, sepueden comparar yproseguir el estudio

• Evita repeticiones deexperimentos. Útilaún si se desea repetir

• Qué tipos de datos sedeben registrar?– datos son la base de la

información– la información debe

generar conocimiento

Registrar datos del medio ambiente es más difícil que registrar aquellosgenerados en un laboratorio. Los resultados de un experimento realizadosdentro de un laboratorio deben tener

•inputs

•condiciones iniciales

•acepciones (de facto)

•output

•otros detalles o factores aparte de los resultados

Se deben tener registros de las características del equipo utilizado, proveerun esquema de cómo se utilizó, así como una descripción de las pruebas.Esto ayudará a otras personas a poder repetir las pruebas. También sepueden registrar otros tipos de factores, como factores ambientales.

Si se están registrando datos numéricos, se debe de asegurar el registro denúmeros suficientes para obtener conclusiones. Estos datos son mejorexpresados en formas tabulares donde los patrones se puedan reconocer ocálculos estadísticos se puedan efectuar.

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Libros de registro

• Libretas (composition books)

• Libros de registro (record books)

• Libretas de ingeniería (engineering lab notebooks)

• Libretas de científicos (scientist’s lab notebooks)

• Libretas en blanco (blank books)

Métodos para mantener una libreta de registros

•todos los registros deberán de estar fechados (hora, fecha, meridiano)

•también es necesario numerar las páginas y anotar las iniciales delobservador (más si es un libro comunitario)

•los registros deben ser con pluma, no con lápiz

•gráficas, fotos y todos aquellas formas o papeles deben de estar unidos concinta al libro, pero deben de tener descripciones de lo que es

•pies de página: la diferencia entre un investigador y un “plagiador”

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Utilizando computadoras

Ventajas– las computadoras revolucionaron muchas áreas de las

ciencias desde los años 70s

– toman muestras y efectúan cálculos estadísticos– analog-to-digital converter (A/D converter)

– una computadora puede controlar un experimento oproceso

Desventajas?

Las lecturas de los convertidores pueden tener lapsos de milisegundos omicrosegundos

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Utilizando computadoras

• Puede generar datosen formas estadísticas

• Modeling

• Realidad virtual

• Simulaciones

• Portabilidad

• etcDesarrollo de Internet

(Notas de Tim Berners-Lee)

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Consideraciones finales

• La ciencia es el modo, el verbo, la forma deencontrar la verdad a los problemas del mundo

• El ser humano, pensante por naturaleza, tiene enla ciencia la forma de desarrollar el conocimiento

• Como actores en el medio científico, debemosconocer y respetar los fundamentos de la ciencia

• Estos apuntes nos dan un panorama mínimo de laciencia, su historia y sus perspectivas para nosotros

Esta semana no hay tarea!

Dudas? Preguntas?

Mario A Moreno Rocha

mmoreno@mixteco.utm.mx