Principios Básicos del Diseño Experimental

Transcripción

1 Capitulo I Principios Básicos del Diseño Experimental Hace más de seis décadas que Sir Ronald A. Fisher, sentó los cimientos que ha llegado a conocerse por el título de su libro "The design of experiment. Desde entonces la teoría del diseño de experimento ha sido desarrollada y ampliada considerablemente. La experimentación proporciona lo que se conoce por datos experimentales, en contraste con las informaciones que se toman en la ciencia no experimental, que se conocen como datos de observación. Los datos de observación provienen de las observaciones directas sobre los elementos de una población o muestra, y no deberían ser cambiados ni modificados en el transcurso de la investigación. A menudo, es difícil asignar causa y efecto por el estudio de los datos de observación. Si el interés es establecer relaciones causales, se debe trabajar con datos experimentales, obtenidos de observaciones de un conjunto o segmento de él, donde se han controlado o modificado ciertos factores, si es que ejercen algún efecto sobre los datos. En otras palabras, los datos experimentales son el resultado de experimentos diseñados lógicamente, que ofrecen pruebas a favor o en contra de las teorías de causa y efecto. Merecen citarse algunos ejemplos básicos en el diseño experimental: (a)experimentos donde se investiga una relación de causaefecto: En este tipo de experimentos se estudia el efecto de varias variables independientes (TRATAMIENTOS) en una respuesta (variable dependiente). Las variables independientes suelen llamarse: tratamientos o factores, que pueden ser de naturaleza cuantitativa o cualitativa. Se supone que los valores de una respuesta refleja los valores de distintos tratamientos.

2 2 (b)experimentos controlados: La experimentación generalmente consiste en experimentos controlados, en lo que hace variar uno o más factores mientras que los demás factores relevantes permanecen constantes; sin embargo, con frecuencia no es posible controlar solamente unos factores exactamente, excepto aquellos cuyo efecto esta siendo investigados, por consiguiente, existe siempre un error experimental, o la variación respuesta, debido a la falta de control preciso. El error experimental se mide por la variación de observaciones, hechas en condiciones supuestamente idénticamente. Cuando se realizan experimentos controlados en el mundo real, en el que innumerables factores actúan en diversos grados de influencia, los resultados serán mucho más variables. En este caso, es conveniente considerar toda la varianza que no puede ser explicada por la variación de los tratamientos experimentales, como error experimental, parte del cual podría ser explicado si el tratamiento se hubiera realizado en condiciones ideales. Debido a esto, los tratamientos en el mundo real tienden a sobreestimar el error experimental. Diseño experimental Es una secuencia de pasos tomados de antemano (planeado) para asegurar que los datos se obtendrán adecuadamente, lo que permitirá un análisis objetivo conducente a conclusiones válidas del problema Investigado. Objetivo Es el arreglo de unidades experimentales y la asignación de tratamientos. Proporcionar la máxima cantidad de información al mínimo Costo

3 3 Componentes de un arreglo experimental EXÓGENA Factor Unidad Experimental Unidad Experimental ENDÓGENA Respuesta Respuesta QE EXTRAÑAS QI QT Maximiza r Controla r Minimiza r Principios básicos del diseño experimental Son tres los principios del Diseño Experimental: (a) Replicación (b) Aleatorización (c) Control Local Estos tres principios se pueden esquematizar de la siguiente manera: (a) (b) (c) La replicación permite la validar la estimación del error experimental conjuntamente con la aleatorización. La replicación conjuntamente con el bloqueo permite la reducción del error experimental. Por otro lado, la sensibilidad, la eficiencia, ortogonalidad, balance y confusión permiten la reducción del error experimental.

4 4 ALEATORIZACIO N REPLICACION BLOQUEO ESTIMACION VALIDA DEL ERROR EXP. REDUCCION VARIANZA ERROR EXP. SENSIBILIDA D EFICIENCI A ORTOGONALIDA D BALANCE O CONFUNDID O Modelos de Diseño Experimental Experimental Cuasiexperimental No experimental Manipulación Control Aleatorización DCA DBCA DCL Manipulación Sin control Sin Aleatorización Diseños de series de tiempo. Sin Manipulación Sin control Sin aleatorización Correlacional (o ex post facto) Descriptiva Fases del diseño de experimentos Reconocimiento y formulación del problema. Selección de los factores y sus niveles. Selección de las variables respuestas. Selección del Diseño Experimental. Realización del Experimento. Análisis de datos. Conclusiones y Recomendaciones.

5 5 Definición de Términos Fundamentales Tratamiento: es una de las modalidades o niveles que puede tomar un factor en estudio, por ejemplo, las variedades por ensayar en un experimento de campo. Unidad Experimental: es la unidad básica más elemental que se emplea para experimentar; sobre las unidades se experimentales se aplican los tratamientos que son objeto de investigación. En la experimentación agrícola se denominan simplemente parcelas. Bloque: es un conjunto de unidades experimentales más o menos homogéneas, cuyo objetivo es eliminar la variabilidad del material experimental. Repetición: es el número de veces que se repite el experimento básico (aplicar los tratamientos a las unidades aleatoriamente). En la experimentación agrícola, es muy frecuente denominar con este término a los bloques de un experimento. Aleatorización: es el proceso de asignación de los tratamientos a las unidades experimentales, sin que intervenga para ello la voluntad del investigador. El proceso se realiza usando la tabla de números aleatorios, tarjetas numeradas, o una calculadora de bolsillo, o un paquete de software que genere números aleatorios. Balanceo: es la asignación de igual número de unidades experimentales por tratamiento. Su uso aumenta la precisión del ensayo. Control Local: es el conjunto de estrategias que permiten lograr la reducción de la varianza del error experimental. Entre estas estrategias figuran: el agrupamiento, el bloqueo, el anidamiento, balanceo, apareamiento, compensación, mediciones repetidas, grupos aleatorios y homogéneos, uso de variables concomitantes o covariables y la confusión.

6 6 Agrupamiento: es una estrategia para reducir el error experimental que consiste en colocar unidades experimentales homogéneas dentro de cada grupo. Anidamiento o Jerarquización: es una estrategia para reducir el error experimental que consiste en colocar dentro de un tratamiento o combinación de tratamiento las unidades experimentales a las cuales interesa medir el efecto de tratamiento. De la definición se desprende que estas unidades experimentales no aparecerán en aquella combinación de tratamiento cuyo efecto no se desea medir. Sensibilidad: es la capacidad que tiene el diseño experimental de detectar pequeñas diferencias entre los tratamientos, por pequeñas que estas sean. Ortogonalidad: es la independencia entre tratamientos o efectos de tratamientos. Eficiencia: es la comparación entre las varianzas del error de dos o más diseños experimentales, para expresar mediante este criterio cual de los dos es más eficiente. Confundido: es una estrategia para reducir el error experimental y permitir el menor uso de unidades experimentales en algunos diseños. Consiste en confundir unos factores con otros para utilizar menor número de unidades experimentales. Aditivo Lineal: es una expresión algebraica que resume todos los componentes que están participando en un experimento: tratamientos, bloques, efectos confundidos, efectos aleatorios y otros. Permite la expresión de la naturaleza de los efectos y las restricciones del modelo matemático. Variable Respuesta: es la medición de la respuesta de los tratamientos conocida como variable dependiente. Variable independiente: es el conjunto de factores cuyo efecto sobre la variable dependiente se desea medir.