Métodos de investigación Científica y Técnica aplicados a la Ingeniería de Telecomunicación. Lucana Santos. Bienio 08/10

Transcripción

1 Bienio 08/10 Métodos de investigación Científica y Técnica aplicados a la Ingeniería de Telecomunicación Lucana Santos Ingeniería de Telecomunicación Avanzada E s c u e l a T é c n i c a S u p e r i o r d e I n g e n i e r o s d e T e l e c o m u n i c a c i ó n

2 Índice 1. Fundación Española para la Ciencia y Tecnología WoK (Web of Knowledge) Factor de Impacto Estructura de una tesis doctoral Métodos de Investigación El método científico Razonamiento deductivo Razonamiento Inductivo El falsacionismo Métodos probabilísticos o bayessianos Relaciones en el método científico de las distintas formas de razonamiento... 14

3 1. Fundación Española para la Ciencia y Tecnología La Fundación Española para la Ciencia y Tecnología (FECYT) es una herramienta de integración de la actividad del Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN), cuya función es acometer proyectos estratégicos transversales en el ámbito nacional e internacional que contribuyan a integrar los ejes de actividad del MICINN la Educación Superior Universitaria, la Investigación y el Desarrollo, la Innovación y creación de empresas de base tecnológica y, por último, la cultura científica y de innovación. Solo de esta forma es posible garantizar la sincronía y simbiosis de todos los eslabones de la mencionada cadena de valor del conocimiento. Otro punto de interés del FECYT es la definición de espacios de actuación común en la gestión de la información científica y tecnológica, con el objetivo de aumentar el número de publicaciones de científicos españoles en el ámbito internacional y facilitar el acceso a esta información a los jóvenes científicos en las universidades, centros de investigación públicos y privados, empresas, centros tecnológicos y parques científico tecnológicos WoK (Web of Knowledge) Con el objetivo de poner las fuentes de información a disposición en todas las entidades de investigación e innovación, el Ministerio de Ciencia e Innovación encomienda a la FECYT dar acceso a la Web of Knowledge de la empresa Thomson Scientific. Este acceso es un servicio público para todos los investigadores del sistema español de ciencia y tecnología desde el 2004, y la FECYT se encarga de contratar la licencia correspondiente y gestionar el procedimiento de acceso para las Universidades, Organismos Públicos de Investigación y demás instituciones de la I+D española.

4 Los productos contratados en la Licencia Nacional de acceso a la WoK se resumen en el siguiente esquema: 1. Productos de citas y actualización: a. Web of Science. Base de datos de referencias bibliográficas de artículos de revistas, que ofrece el acceso a información actual y retrospectiva de resúmenes de autor e índices de citas de cerca de publicaciones internacionales en los campos de las ciencias, ciencias sociales, artes y humanidades. b. Current Contents Connect. Base de datos que proporciona acceso a información bibliográfica completa de más de publicaciones académicas y más de libros, clasificadas en siete ediciones multidisciplinares y dos colecciones. Las ediciones y colecciones pueden ser buscadas de forma independientes o combinadas, dependiendo de las suscripciones de su institución. 2. Productos especializados: a. ISI (Institut for Scientific Information) Proceedings. Proporciona a los investigadores acceso a los datos que provienen de ideas y conceptos nuevos, tanto en desarrollo como emergentes. De esta forma permite a los usuarios descubrir ideas de investigación a medida que se presentan por primera vez en el material publicado de congresos, antes de convertirse en artículos de publicaciones. b. Derwent Innovations Index. Es una potente herramienta de búsqueda de patentes. Actualizado semanalmente, contiene unos 16 millones de patentes de invenciones básicas desde 1963 de unas 41 autoridades emisoras de patentes. Este recurso da a los usuarios una visión de conjunto extensa e internacional de invenciones en tres categorías: química, ingeniería electrónica y eléctrica e ingeniería mecánica.

5 c. Medline. Producida por la National Library of Medicine, Medline es la base de datos de bibliografía de biomedicina y salud. La base de datos indexa registros desde 1950 a la actualidad en biomedicina, ciencias de la vida, bioingeniería, salud pública, investigación clínica y ciencias de animales y plantas. Recoge cerca de 15 millones de referencias de artículos de revistas, de 4900 publicaciones en 30 idiomas. 3. Productos para análisis y evaluación a. Journal Citations Report. Presenta datos estadísticos de citas desde 1997 en adelante, que proporcionan una manera sistemática y objetiva de determinar la importancia relativa de las revistas dentro de sus categorías temáticas (factor de impacto de las revistas). JCR ayuda a medir la influencia de la investigación y muestra las relaciones entre las revistas citadas y las que citan. b. Essential Science Indicators. Essential Science Indicators es un recurso web que permite a los investigadores realizar análisis cuantitativos continuados del rendimiento de la investigación y hacer un seguimiento de las tendencias del campo de las ciencias. 4. Gestor de referencias bibliográficas a. Ednote Web. Es un gestor de referencias basado en Internet y diseñado para ayudar a los investigadores y estudiantes en el proceso de realización de un trabajo de investigación. Permite recuperar rápida y fácilmente las referencias bibliográficas guardadas desde una amplia variedad de fuentes de datos online como WoK, mediante la exportación directa, la búsqueda o la importación de archivos de texto Factor de Impacto Ante la gran cantidad de publicaciones y revistas científicas, se hace necesario el uso de algún criterio para valorar la importancia que éstas tienen. La FECYT da acceso a la Journal Citation Report, un producto de Thomson ISI (Institut

6 for Scientific Information), que ofrece herramientas cuantitativas para evaluar publicaciones. Una de estas herramientas se denomina factor de impacto, más conocido en inglés como impact factor, que es una medida de la cantidad de veces que se cita la media de publicaciones de una revista científica en un periodo de tiempo. El factor de impacto se calcula sobre un periodo de tres años de la siguiente manera: Supongamos que queremos calcular el facto de impacto del año 2009, se realiza una sencilla división A/B, donde A es el número de veces que los artículos publicados en fueron citados en publicaciones a lo largo del año 2009 y B es el número de artículos que se publicaron en el periodo Como ejemplo, se citan algunas publicaciones de interés y su impact factor, obtenido de Revista Impact Factor IEEE ACM TRANSACTIONS ON NETWORKING 2,576 IEEE AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS MAGAZINE 0,231 IEEE INTELLIGENT SYSTEMS 2,278 IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY 2,951 IET Image Processing 0, Estructura de una tesis doctoral Una Tesis doctoral es un estudio escrito sobre una investigación de carácter original efectuada por un estudiante o un escrito de un análisis de publicaciones hechas por otros sobre un tema dado. La tesis doctoral permite acceder al grado de Doctor. Para la realización de este trabajo, se han leído un total de 3 tesis

7 doctorales, con el objetivo de obtener una visión estructural de la mismas. Se llega a la conclusión de que la estructura de la tesis comprende los siguientes apartados: 1. Introducción 2. Estado del Arte 3. Metodología 4. Análisis y discusión 5. Conclusiones 6. Bibliografía Para facilitar la lectura del documento, se incluyen también índices temáticos. Es común encontrar también anexos con tablas o gráficas, que presentan un complemento al texto presentado. 3. Métodos de Investigación El hombre a través de la historia, se ha caracterizado por su afán de conocer su realidad y el entorno en el cual se encuentra inmerso. Averiguar y saber cuál es el objeto de su existencia y el resultado de sus acciones han sido elementos clave en su quehacer histórico. Esta necesidad de conocer y de saber surge de su curiosidad, elemento fundamental en la personalidad del investigador que lo lleva a cuestionar, a indagar y por ende a adquirir los conocimientos que le permitan evolucionar y trascender. De hecho el conocimiento que le ha sido legado a la humanidad y por el cual se ha logrado el desarrollo que se vive en la actualidad tiene como base las investigaciones y descubrimientos que se encuentran plasmados en la historia de la humanidad. Se puede decir que la investigación tiene como objeto el descubrir algo, indagar, dar respuesta de manera sistemática a las múltiples preguntas que se hace el ser humano. Dentro de esta definición, pueden distinguirse varias formas de investigación.

8 La investigación básica se basa en un contexto teórico y su propósito fundamental consiste en desarrollar una teoría mediante el descubrimiento de amplias generalizaciones o principios. Se vale del muestreo con el fin de extender sus descubrimientos más allá del fenómeno que se estudia. Presta poca atención a la aplicación de sus descubrimientos por considerar que esto le corresponde a otra persona. Las ventajas que ofrece: presenta amplias generalizaciones y niveles de abstracción que posibilitan la formulación hipotética que puede utilizarse posteriormente, Busca el desarrollo de una teoría o teorías basadas en principios y leyes. La investigación aplicada, también conocida como activa o dinámica, corresponde al estudio y aplicación de la investigación a problemas definidos en circunstancias y características concretas. Existe una estrecha relación entre la investigación básica y aplicada, dado que ésta depende de los hallazgos y aportaciones teóricas de aquélla. Dentro de la investigación aplicada se puede distinguir entre investigación aplicada fundamental e investigación aplicada tecnológica. 1. La investigación aplicada fundamental se entiende como aquella investigación relacionada con la generación de conocimientos en forma de teoría o métodos que se estima que en un período mediato podrían desembocar en aplicaciones al sector productivo. Los conocimientos de esta investigación también podrían, en lo inmediato, coadyuvar a la solución de otros problemas de investigación pura o incluso de otros problemas de investigación aplicada básica. La investigación aplicada fundamental puede ser, a su vez, teórica, experimental, o una mezcla de ambas dependiendo de la naturaleza de su trabajo y sus productos pueden ser artículos científicos publicables. 2. La investigación aplicada tecnológica es aquella que genera conocimientos o métodos dirigidos al sector productivo de bienes y servicios, ya sea con el fin de mejorarlo y hacerlo más eficiente, o con el fin de obtener productos nuevos y competitivos en dicho

9 sector. Sus productos pueden ser prototipos y eventualmente artículos científicos publicables. La investigación aplicada tecnológica es la que da lugar al desarrollo tecnológico, que es el proceso cuyo fin es poner en el mercado nuevos productos que sean competitivos y satisfagan las necesidades del mercado con la mayor calidad posible. Los productos del desarrollo tecnológico son artículos industriales listos para el mercado. Finalmente, la ingeniería implica el uso de conocimientos establecidos, para diseñar, construir, operar y modificar instalaciones de las plantas productiva y científica; puede contribuir decisivamente y estar íntimamente ligado al proceso de innovación tecnológica. Como se ve, puede confundirse con la investigación aplicada tecnológica, en el caso de que los problemas resueltos estén relacionados con el mercado, pero, como se mencionó antes, puede hacerse ingeniería en cualquier actividad.

10 3.1. El método científico El método para la obtención del conocimiento denominado científico es un procedimiento riguroso, de orden lógico, cuyo propósito es demostrar el valor de verdad de ciertos enunciados. El vocablo método proviene de las raíces meth, que significa meta y odos que significa vía. Por tanto, un método es la vía para llegar a una meta. Método y metodología son dos conceptos diferentes. El método es el procedimiento para logar los objetivos, mientras que la metodología es el estudio del método. Para que un método pueda denominarse científico, debe estar basado en la obtención de evidencias empíricas, observables y medibles que estén sujetas a los principios del razonamiento. Un método científico consiste en la recopilación de datos a través de la observación y la experimentación y la formulación y prueba de hipótesis. Las teorías científicas, destinadas a explicar de alguna manera los fenómenos que observamos, pueden apoyarse o no en experimentos que certifiquen su validez. Sin embargo, hay que dejar claro que el mero uso de metodologías experimentales, no es necesariamente sinónimo del uso del método científico, o su realización al 100%. Por ello, el filósofo Francis Bacon definió el método científico de la siguiente manera: 1. Observación. Observar es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, para estudiarlos tal como se presentan en realidad, puede ser ocasional o causalmente. 2. Inducción. La acción y efecto de extraer, a partir de determinadas observaciones o experiencias particulares, el principio particular de cada una de ellas. 3. Hipótesis. Planteamiento mediante la observación siguiendo las normas establecidas por el método científico. 4. Probar la hipótesis por experimentación. 5. Demostración o refutación de la hipótesis. 6. Tesis o teoría científica (conclusiones).

11 Razonamiento deductivo Utilizado por las ciencias formales, se trata de un procedimiento que consiste en desarrollar una teoría empezando por formular sus puntos de partida o hipótesis básicas y deduciendo luego sus consecuencia con la ayuda de las subyacentes teorías formales. Sus partidarios señalan que toda explicación verdaderamente científica tendrá la misma estructura lógica, estará basada en una ley universal, junto a ésta, aparecen una serie de condicionantes iniciales o premisas, de las cuales se deducen las afirmaciones sobre el fenómeno que se quiere explicar. El argumento deductivo se contrapone al método inductivo, en el sentido de que se sigue un procedimiento de razonamiento inverso. En el método deductivo, se suele decir que se pasa de lo general a lo particular, de forma que partiendo de unos enunciados de carácter universal y utilizando instrumentos científicos, se infieren enunciados particulares. Las leyes universales vendrán dadas por proposiciones del tipo en todos los casos en los que se da el fenómeno A, se da también el fenómeno B. La actuación seguida por el investigador que realiza un razonamiento de este tipo sería la siguiente: 1. Planteamiento del conjunto axiomático de partida. El criterio que debe seguirse en esta etapa debe ser el de la sencillez. Los supuestos deben incorporar sólo las características más importantes de los fenómenos, debiendo ser eliminadas las irrelevantes. Debe existir coherencia entre los postulados, sin que haya contradicción entre unos y otros. 2. Proceso de deducción lógica, partiendo siempre de los postulados iniciales, es decir, de la etapa anterior. 3. Enunciado de leyes de carácter general, a los que se llegará partiendo del conjunto axiomático y a través del proceso de deducción.

12 Razonamiento Inductivo Este razonamiento se utiliza en las ciencias experimentales. En el razonamiento inductivo, se parte de una serie de hechos para llegar a una conclusión general. Se puede entender como una forma de creación de teorías en la que unos hechos específicos se utilizan para crear teorías que explican las relaciones entre estos hechos, y que sirven además para predecir su comportamiento en el futuro. En este tipo de razonamiento se generaliza para todos los elementos de un conjunto la propiedad observada en un número finito de casos. Ahora bien, la verdad de las premisas ( observaciones favorables a una conclusión, por ejemplo) no convierte en verdadera la conclusión, ya que podría haber una excepción. De ahí que la conclusión de un razonamiento inductivo sólo pueda considerarse probable y, de hecho, la información que obtenemos por medio de esta modalidad de razonamiento es siempre una información incierta y discutible. El razonamiento sólo es una síntesis incompleta de todas las premisas. Las conclusiones obtenidas con el razonamiento inductivo, a diferencia de las obtenidas con un razonamiento deductivo, no tienen el mismo grado de veracidad que las premisas de las que se parte El falsacionismo El falsacionismo, refutacionismo o principio de falsabilidad es una corriente epistemológica fundada por el filósofo austríaco Karl Popper. Para Popper, constatar una teoría significa intentar refutarla mediante un contraejemplo. Si no es posible refutarla, dicha teoría queda corroborada, pudiendo ser aceptada provisionalmente, pero nunca verificada. El problema de la inducción nace del hecho de que nunca podremos afirmar algo universal a partir de los datos particulares que nos ofrece la experiencia. Por muchos millones de aves voladoras que veamos nunca podremos afirmar que todas las aves vuelan. En cambio, si encontramos una sola especie de ave no voladora, sí podremos afirmar que no todas las aves vuelan. Por esa razón Popper introduce como criterio de demarcación científica el falsacionismo. Rechaza el verificacionismo como método de validación de teorías. La tesis central de Popper

13 es que no puede haber enunciados científicos últimos, es decir, que no puedan ser contrastados o refutados a partir de la experiencia. La experiencia sigue siendo el método distintivo que caracteriza a la ciencia empírica y la distingue de otros sistemas teóricos. Para Popper la racionalidad científica no requiere de puntos de partida incuestionables, necesarios para la generación de un razonamiento deductivo, pues no los hay. Aunque la ciencia es inductiva, en primera instancia, el aspecto más importante es la parte deductiva. La ciencia se caracteriza por ser racional, y la racionalidad reside en el proceso por el cual sometemos a la crítica y reemplazamos nuestras creencias. Popper propone un método científico de conjetura por el cual se deducen las consecuencias observables y se ponen a prueba. Si falla la consecuencia, la hipótesis queda refutada y debe entonces rechazarse. En caso contrario, si todo es comprobado, se repite el proceso considerando otras consecuencias deducibles. Cuando una hipótesis ha sobrevivido a diversos intentos de refutación se dice que está corroborada, pero esto no nos permite afirmar que ha quedado confirmada definitivamente, sino sólo provisionalmente, por la evidencia empírica Métodos probabilísticos o bayessianos La inferencia bayesiana es un tipo de inferencia estadística en la que las evidencias u observaciones se emplean para actualizar o inferir la probabilidad de que una hipótesis pueda ser cierta. El nombre "bayesiana" proviene del uso frecuente que se hace del Teorema de Bayes durante el proceso de inferencia. Se trata de un método de razonamiento aproximado, ya que aportan modelos teóricos que simulan la capacidad de razonamiento en condiciones de incertidumbre, cuando no se conoce con absoluta certeza la verdad o falsedad de un enunciado o hipótesis, e imprecisión, enunciados en los que se admite un rango de variación. La inferencia bayesiana usa un estimador numérico del grado de creencia en una hipótesis aún antes de observar la evidencia y calcula un estimador numérico del grado de creencia en la hipótesis después de haber observado la evidencia. La inferencia bayesiana generalmente se basa en grados de creencia, o probabilidades subjetivas, en el proceso de inducción y no necesariamente declara proveer un método objetivo de inducción.

14 Relaciones en el método científico de las distintas formas de razonamiento El método científico implica una combinación de inducción y deducción que se retroalimentan. En este gráfico pueden verse las relaciones existentes entre las diferentes formas de razonamiento dentro del método científico. IMAGINACIÓN COINCIDENCIA CONOCIMIENTO CURIOSIDAD PROBLEMA REVOLUCIÓN OBSERVACIÓN DEDUCCIÓN INDUCCIÓN PERCEPCIÓN HIPÓTESIS FALSIFICACIÓN EXPERIMENTO LEY MODELO CRISIS FALLO ESTIMACIONES PREDICCIONES