Planificamos un diseño experimental con control de variables

Transcripción

1 Planificamos un diseño experimental con control de variables En este documento encontraréis más información sobre cómo utilizar en el aula el Diseño Experimental con Control de Variables (DECV), y sobre cómo incorporarlo como una estrategia habitual de la actividad científica escolar en primaria. Cuándo se puede utilizar el DECV? No en todas las investigaciones se utiliza esta estrategia, de forma que debemos considerarla una de las muchas posibles maneras de desarrollar una investigación. Será necesario utilizar la estrategia de DECV cuando lo que se pretende es establecer si existe (o no) relación entre dos variables. Por ello, en un DECV se cambian los valores de una sola variable y se observan los efectos de estos cambios en la otra variable, asegurándonos que mantenemos sin modificar todos los demás factores o las otras variables que pueden influir en el fenómeno estudiado. Toda investigación tiene un objetivo. Por lo tanto, es fundamental que el maestro y los alumnos tengan claro cuál es el objetivo concreto de la que llevarán a cabo y en la cual utilizarán un DECV. Cuando son los alumnos quienes planifican de forma autónoma el DECV, aún es más importante que el maestro no les deje avanzar en la planificación hasta que no tengan bien claro el objetivo, que debe quedar reflejado en la pregunta de investigación que se planteen. El diseño de un experimento con control de variables, como cualquier otro tipo de investigación, es un proceso en el cual es necesario tomar diferentes decisiones. Deberemos utilizar la estrategia de DECV en problemas como: - Identificar cuáles son los factores que afectan a la disolución del azúcar en un líquido. - Identificar qué tipo de papel absorbe más agua. - Identificar qué variables afectan a la flotabilidad de un objeto en un líquido. - Identificar las variables que condicionan la germinación de una semilla. -...

2 Qué tipo de variables intervienen en un DECV? Aunque normalmente se utiliza el término variable, también podemos utilizar el término factor. En todo caso, una variable (o factor) es una característica que varía en diferentes individuos o momentos (ex.: la altura de una persona, la temperatura de una habitación, la intensidad de luz, etc.). En un DECV intervienen tres tipos de variables: - Variable independiente: es la variable que modificamos. La identificaremos respondiendo a la pregunta: qué cambiamos?. - Variable dependiente: es la variable que observamos o medimos. La identificaremos respondiendo a la pregunta: qué observamos? o qué medimos?. - Variables de control: son todas las otras variables que pueden afectar al fenómeno y que durante el DECV no podemos modificar. Las identificaremos respondiendo a la pregunta: qué no podemos modificar?. En el caso de que alguna variable no se pueda controlar, es muy importante señalarlo en la planificación del DECV, para tener claras las posibles limitaciones de los resultados obtenidos. Qué pasos debemos seguir y qué decisiones debemos tomar cuando se planifica y se lleva a cabo un DECV en el aula? FASE DE PLANIFICACIÓN 1. Identificar las variables que se quieren investigar. a. Identificar las variables independientes y decidir qué valores/categorías pueden tomar: con la pregunta De qué depende que..., podemos identificar diferentes variables que intervienen en el fenómeno, y cada una de ellas puede convertirse en una variable independiente. Por ejemplo, la pregunta De qué depende que un objeto flote en el agua? permite identificar variables como: el tipo de material, el tipo de líquido, la cantidad de líquido, la masa del objeto o la forma del objeto. Una vez identificadas las variables independientes, deberemos escoger una y decidir qué valores/categorías utilizaremos en el experimento. Por ejemplo, si la variable independiente es la masa, los valores pueden ser 5 g, 50 g, 250 g. Con niños muy pequeños podemos utilizar categorías más cualitativas (poco, mucho; grande, pequeño; pesado, ligero; lejos, cerca; etc.), aunque siempre que se pueda es mejor utilizar datos cuantitativos. La elección de la variable independiente siempre depende del objetivo de la investigación y de la pregunta de investigación formulada (ver el paso 3).

3 b. Identificar las variables dependientes y pensar qué valores/categorías pueden tomar: para identificar las variables dependientes, debemos pensar qué factores podemos observar o medir cuando modificamos la variable independiente. La elección de la variable independiente depende del objetivo de la investigación y de la pregunta de investigación formulada (ver el paso 3). Por ejemplo, si estudiamos el efecto de diferentes variables sobre la formación de una sombra, podemos escoger entre diferentes variables dependientes para observar o medir, como: la altura de la sombra, la nitidez de la sombra, etc. Es importante que nos demos cuenta de que, si al inicio del problema utilizamos la frase De qué depende que..., ya estamos enmarcando un posible conjunto de variables dependientes. Por ejemplo, si digo De qué depende que un objeto flote o no flote en el agua, ya estoy indicando que la variable dependiente deberá ser alguna observación sobre la flotabilidad. Una vez identificadas las variables dependientes, deberemos pensar qué valores/categorías pueden tomar. En el caso de que la variable dependiente no se pueda medir, decidiremos las categorías de observación (por ejemplo: no flota, cuando el objeto está al fondo, flota, cuando el objeto está completamente dentro del agua o cuando está flotando cerca de la superficie). En el caso de que la variable dependiente pueda medirse, habrá que prever los aparatos de medición necesarios. c. Identificar las variables para controlar y decidir qué acciones habrá que realizar para hacerlo: las variables de control son todas las demás variables que consideramos que pueden intervenir en el fenómeno pero que no han sido seleccionadas como variable independiente de ese experimento (ver el paso 2). Para que el resultado de un DECV sea concluyente y correcto, hay que tener mucho cuidado en el proceso de control de las variables, porque si no se realiza correctamente, no podemos estar seguros de que los resultados obtenidos puedan atribuirse solo a la modificación de la variable independiente. Una vez identificadas las variables que hay que controlar, deberemos pensar las acciones para hacerlo. 2. Escoger una variable independiente y una dependiente, que serán las que pondremos a prueba en el experimento. Habrá que tener en cuenta que se pueden realizar tantos experimentos como variables independientes hayamos identificado, porque en cada experimento solo puede ponerse a prueba una sola variable independiente (en realidad, los pasos 2 y 3 se realizan conjuntamente). 3. Formular la pregunta investigable, que delimitará el experimento concreto que realizaremos, y que deriva directamente de las variables independiente y dependiente que se hayan seleccionado (en realidad, los pasos 2 y 3 se hacen conjuntamente). A continuación, se muestran estructuras de frase que pueden ayudar a formular las preguntas investigables: - Qué efecto tiene (variable independiente) en (variable dependendiente)? Qué efecto tiene la temperatura en la disolución del azúcar? Qué efecto tiene el peso del objeto en el hecho que flote o se hunda?

4 Qué efecto tiene la presencia o ausencia de luz en la germinación de las semillas? - Depende de (variable independiente) que (variable dependiente)? Depende de la temperatura que el agua se evapore más o menos rápido? - Qué pasa a (variable dependiente) cuando modificamos (variable independiente)? Qué pasa a la velocidad del coche cuando modifico la inclinación de la rampa? - Afecta a (variable independiente) que modifiquemos (variable dependiente)? Afecta a la solubilidad del azúcar que modifique la cantidad de agua? - Cuando cambio (variable independiente), qué le ocurre a (variable dependiente)? Cuando cambio la masa del objeto, qué le ocurre a la flotabilidad? - El/la (variable independiente) tiene algo que ver con (variable dependiente)? El peso de los objetos tiene algo que ver con el hecho de que floten o se hundan? Es muy importante que los niños aprendan a escribir buenas preguntas investigables, y las estructuras de frase que acabamos de presentar les pueden ayudar a ello. 4. Sintetizar la planificación del diseño experimental utilizando la Tabla de planificación de DECV (ver el ejemplo al final del documento). LLEVAR A CABO LA PLANIFICACIÓN A partir de aquí, los pasos que hay que seguir son comunes a otras investigaciones empíricas aunque no se realicen con un DECV. 5. Seleccionar el material que necesitaremos. - El material seleccionado (objetos, aparatos de laboratorio, aparatos de medición, etc.) depende del tipo de experimento propuesto. - Si es el caso, habrá que pensar en las medidas de seguridad a tomar en la manipulación del material (productos u operaciones peligrosas, etc.).

5 6. Recoger los datos, a través de las manipulaciones, observaciones y/o medidas que se hayan decidido. - En algunos casos será muy importante señalar, y tener muy presentes, las posibles dificultades en las operaciones que habrá que realizar en el experimento (cuando utilicemos aparatos de medición, manipulemos el material, etc.). 7. Representar los datos. Esto implica decidir qué tipo de representación (tablas, gráficos, dibujos, etc.) será más útil para mostrar los datos obtenidos. Es necesario que los alumnos conozcan los criterios necesarios para poder seleccionar un tipo de representación u otro (ver el recurso Instrumentos de representación de datos). 8. Analizar los datos, intentando identificar patrones. Identificar los posibles patrones de relación que aparezcan entre la variable independiente y la variable dependiente que se han analizado en el experimento. Normalmente, un buen análisis de los datos permite ver cómo se relacionan dos variables, y no solo si se relacionan. - Se pueden utilizar las siguientes estructuras de frases: Hemos observado que..., o bien, Vemos que, a medida que (variación de la variable independiente), la (variación de la variable dependiente) (ex.: A medida que la distancia de la fuente de luz al objeto es más grande, la longitud de la sombra se hace más corta), o bien Cuando cambio (variable independiente) entonces (comportamiento de la variable dependiente). - Cuando relacionamos variables cuantitativas, no siempre los patrones/relaciones entre las variables son de carácter lineal (a más de una variable, más de la otra, o a menos de una variable, menos de la otra), de forma que será necesario enseñar a los alumnos a leerlos bien y a sacar toda la información que puedan. - Identificar patrones es muy importante, porque a menudo los niños razonan de forma muy lineal y directa, e identificar patrones no lineales puede ser una forma de ponerlos delante un resultado contradictorio con sus pensamientos iniciales. Encontraréis más información sobre cómo escribir buenas conclusiones empíricas en el recurso Cómo se escribe una buena conclusión empírica?. 9. Evaluar la fiabilidad de nuestro diseño experimental, para determinar qué limitaciones tiene:

6 - Cuando se ha acabado de hacer el experimento, hay que evaluar todo el proceso, sobre todo las fases que podemos considerar más críticas: el control de variables, la medición/observación, la representación de los resultados, la identificación del patrón y el establecimiento de la conclusión. Ser conscientes de las limitaciones del experimento y de las conclusiones que hemos obtenido permite comprender y valorar mejor la naturaleza del conocimiento científico como un conocimiento provisional y sujeto al rigor del proceso de investigación. - Poco a poco hay que concienciar a los alumnos de que la validez de una afirmación científica depende del rigor en todas las fases del proceso de experimentación y también del rigor en el proceso de inferencia que nos conduce de los resultados a la conclusión. - Por ello, el maestro puede formular las siguientes preguntas reguladoras a los diferentes grupos de trabajo: Habéis controlado bien todas las variables? Hay algún dato que os resulte extraño? Qué puede haber pasado?, Habéis tenido en cuenta todos los datos a la hora de extraer la conclusión?, La conclusión expresa bien lo que habéis observado en los resultados?, etc. Iría bien que los alumnos aprendieran a hacerse este tipo de preguntas de autoevaluación. Por ello, el maestro debería incluir un apartado explícito de evaluación en la planificación de los diseños experimentales que se realizan en el aula. OTROS ASPECTOS A TENER EN CUENTA 10. Tener en cuenta la dimensión metacognitiva del aprendizaje, porque lo que nos interesa no es que los alumnos aprendan a aplicar de forma mecánica la estrategia de DECV, sino que el objetivo debería ser que, poco a poco, fueran interiorizando los elementos clave y la lógica del proceso de DECV, para poder llegar a utilizarlo de forma autónoma. - Los niños, muchas veces, son poco conscientes de que han aprendido unas habilidades de investigación y creen que, sobre todo, han aprendido a manipular aparatos. - Por ello, el maestro puede hacer preguntas como: Por qué solo podemos cambiar una variable? ANEXO: TABLA DE PLANIFICACIÓN DE UN DECV Mostramos una plantilla y un ejemplo completo de tabla de planificación de un DECV. La tabla se lee por columnas.

7 PLANTILLA TABLA DE PLANIFICACIÓN DE UN DECV Pregunta que investigamos: Qué cambiaremos? (Variable independiente) Qué observaremos o mediremos? (Variable dependiente) Qué no podemos modificar? (Variables de control) Cómo lo haremos? Cómo lo haremos? Cómo lo haremos? EJEMPLO DE TABLA DE PLANIFICACIÓN DE UN DECV TABLA DE PLANIFICACIÓN Pregunta que investigamos: La flotabilidad de un objeto depende de su masa? Qué cambiaremos? (Variable independiente) Qué observaremos o mediremos? (Variable dependiente) Qué no podemos modificar? (Variables de control) La masa Si flota o no. El tipo de objeto. La cantidad de agua. El tipo de líquido. Cómo lo haremos? Cómo lo haremos? Cómo lo haremos? Escogeremos un mismo tipo de objeto (manzana) y pesaremos en la balanza trozos de manzana de diferentes pesos: 1 g, 50 g, 200 g. Consideraremos que flota si el objeto no va al fondo, y consideraremos que no flota si el objeto va al fondo. Siempre utilizaremos manzana. Pondremos los diferentes trozos en vasos con una misma cantidad de agua (250 ml). El líquido siempre será agua. Nota: La tabla de planificación sirve para resumir el planteamiento y las acciones que realizaremos en el experimento. No se trata, por lo tanto, de una tabla de resultados!