Método experimental



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Los métodos experimentales que utilizan los científicos para probar la validez de una hipótesis , reproduciendo un fenómeno (a menudo en el laboratorio) y variando un parámetro. El parámetro que varía está implícito en la hipótesis. El resultado del experimento valida o no la hipótesis. El enfoque experimental se aplica en la investigación en biología, física, química, psicología o incluso arqueología .

Definidos por el químico Michel-Eugène Chevreul en 1856, fueron desarrollados por Claude Bernard en medicina y biología . Una herramienta privilegiada en las ciencias naturales , los métodos experimentales también se utilizan en las ciencias humanas y sociales .

Historia y epistemología

Historia

Algunos argumentan que el académico Ibn Al Haytham ( Alhazen ) fue uno de los primeros en promover métodos experimentales.

Definición moderna

El método experimental lo define así el químico Michel-Eugène Chevreul en 1856: “Un fenómeno golpea tus sentidos; lo observas con la intención de descubrir su causa, y para eso, supones una de las cuales buscas la verificación instituyendo un experimento. El razonamiento sugerido por la observación de los fenómenos instituye, por tanto, la experimentación (...), y este razonamiento constituye el método que llamo experimental, porque en última instancia la experiencia es el control, el criterio de la exactitud del razonamiento en la búsqueda de las causas o la verdad ".

Este método ha sido fundamental para la revolución científica realizada desde la XVII ª  siglo, dando lugar a las ciencias experimentales. Entre los precursores del método experimental, cabe mencionar al físico y químico irlandés Robert Boyle , quien también es el padre de la filosofía natural , así como al médico Claude Bernard .

Georges Canguilhem y Jean Gayon plantean la deuda de Claude Bernard con las tesis metodológicas de Chevreul, ligadas al "diálogo ininterrumpido entre los dos maestros del Museo", deuda que el fisiólogo reconoce además desde la introducción de su obra mayor: "de Actualmente, M. Chevreul desarrolla en todas sus obras consideraciones muy importantes sobre la filosofía de las ciencias experimentales. (…) Nuestro único objetivo es y siempre ha sido ayudar a introducir los principios bien conocidos del método experimental en las ciencias médicas. ".

Claude Bernard distingue claramente los enfoques empíricos y experimentales: "El empirismo es un calabozo estrecho y abyecto del que el espíritu aprisionado sólo puede escapar en alas de una hipótesis". De hecho, él insiste en la importancia de la hipótesis, y Canguilhem describe la Introducción al estudio de la medicina experimental como "un largo alegato para el uso de la idea en la investigación, en el entendimiento de que una idea científica es una idea rectora y no una fija ocurrencia. ". Las etapas del método experimental se han resumido con las siglas OHERIC , un diagrama muy simplificador, y se han propuesto modelos más cercanos a un método experimental auténtico .

La tesis de Duhem-Quine

El esquema de la prueba de hipótesis utilizando la experiencia se mantuvo en vigor en la ciencia experimental Francis Bacon a la XX XX  siglo, cuando algunos han cuestionado ( Pierre Duhem en 1906). De hecho, según el artículo de Quine Los dos dogmas del empirismo , no existe un "experimento crucial" que pueda confirmar, o no, una afirmación científica. Quine, en efecto, mantiene una posición holística , que no niega ningún papel a la experiencia, pero considera que ésta no se relaciona con un enunciado científico, o hipótesis, en particular, sino con el conjunto de la teoría científica . Además, siempre que un experimento parece contradecir una de nuestras hipótesis, en realidad siempre tenemos la opción entre abandonar esa hipótesis o mantenerla y modificar, en cambio, otra de nuestras afirmaciones científicas. El experimento no permite, por tanto, invalidar o confirmar una hipótesis dada, sino que impone un reajuste de la teoría, en su conjunto. Siempre tenemos la opción de hacer el reajuste que prefiramos: “Siempre se puede preservar la verdad de cualquier declaración, sin importar las circunstancias. Basta hacer reajustes drásticos en otras partes del sistema. Incluso en el caso de un experimento recalcitrante se puede preservar la verdad de un enunciado ubicado cerca de la periferia, alegando una alucinación o modificando algunos de los enunciados que se denominan leyes lógicas. Por el contrario (...), ninguna declaración es siempre inmune a la revisión. Llegamos a sugerir revisar la ley lógica del tercio excluido , para simplificar la mecánica cuántica  ”.

Experiencia cualitativa previa

Wolfgang Köhler señala que "los físicos han tardado siglos en reemplazar gradualmente las observaciones directas y sobre todo cualitativas por otras, indirectas, pero muy precisas". Cita algunos ejemplos en los que dicho científico hace una observación singular pero sólo de orden cualitativo antes de que este hecho, una vez descubierto, sirva de base para un método de evaluación cuantitativa del fenómeno; estos métodos a menudo se traducen en instrumentos de medición cada vez más sofisticados.

Generaliza esta observación histórica planteando que cualquier ciencia nueva se desarrolla naturalmente a través de la transición gradual de “experimentos directos y cualitativos” a “experimentos indirectos y cuantitativos”, siendo estos últimos una característica principal de las ciencias exactas . Insiste en la necesaria acumulación previa de experiencias esencialmente cualitativas; condiciones indispensables para posteriores investigaciones cuantitativas.

Este es el desafío que ofrece a la psicología que considera una "ciencia joven". Nos invita así a resistir la imitación de la física, no a colocar los métodos de una ciencia madura en el ensayo y error de lo que se busca a sí misma y, por tanto, a favorecer sobre todo el desarrollo de experimentos cualitativos preliminares imprescindibles para futuros experimentos cuantitativos rigurosos.

Reconociendo la complejidad del objeto de la psicología frente a las simplificaciones que permite la física, asegura tras haber evocado la cuestión de las pruebas que "no se puede enfatizar lo suficiente la importancia de la información cualitativa como complemento necesario del trabajo cuantitativo". El ejemplo típico es el de Galileo , quien descubrió el movimiento de los planetas mediante la observación con un telescopio astronómico .

Principios

Control de parámetros y prueba de hipótesis

El método experimental se basa en un principio: consiste en modificar un conjunto de parámetros utilizando un dispositivo experimental diseñado para permitir el control de estos parámetros, con el fin de medir sus efectos y, si es posible, modelarlos. En el caso más simple, tratamos de modificar solo un parámetro a la vez, “en igualdad de condiciones”. Sin embargo, no siempre es posible o deseable cambiar solo un parámetro a la vez. Así, en química, cuando se trabaja con los constituyentes de una sola fase (líquido, sólido, gaseoso o en forma de plasma), la suma de las concentraciones de los constituyentes permanece igual a uno; modificar el valor de uno de ellos modifica inevitablemente la concentración de al menos otro constituyente. Otras veces, el resultado de un experimento de un solo factor puede llevar a conclusiones erróneas. Por tanto, el resultado deseado puede ser cero para determinadas condiciones fijas y resultar importante cuando las condiciones fijas son diferentes. Este caso refleja la existencia de “sinergia” o “interacción” entre factores (Ver la comparación de planos estelares y planos factoriales, Linder p.  38 ). Este tema es a veces crucial (caso de sinergias entre medicamentos, entre contaminantes, etc.). La mayoría de las veces buscamos probar una hipótesis relacionada con un vínculo causa-consecuencia. En el análisis de los resultados (la calidad de este enlace), la estadística juega un papel muy importante tanto a la hora de emitir un juicio (sobre la precisión del modelo de pronóstico obtenido) como en el diseño de un experimento óptimo en relación al riesgo estadístico (Linder, p..  126 ). Considere el siguiente ejemplo con un solo parámetro cuyo objetivo es probar la hipótesis de que "la luz permite el crecimiento de una planta". En el ejemplo propuesto, diferentes plantas serán sometidas a diferente iluminación, en igualdad de condiciones, en particular la temperatura debe permanecer fija y por lo tanto independiente de la iluminación, con el fin de medir el impacto de este parámetro en su crecimiento.

El experimento consiste en reproducir el fenómeno "crecimiento de una planta" de dos formas:

  • por un lado sin el parámetro a probar (sin luz); este es el control negativo.
  • por otro lado, un control positivo, con el parámetro a probar (con luz). Este último dispositivo permite verificar que todos los demás elementos no probados están operativos (la planta está funcionando bien).

Incluso antes de la implementación, se deben prever los resultados del experimento:

  • si el crecimiento no ocurre en ambos dispositivos, no puedo deducir nada excepto que mi manipulación no se adapta a mi investigación;
  • si el crecimiento no ocurre sin luz, sino con luz, entonces se valida la hipótesis: "la luz hace crecer a las plantas";
  • si el crecimiento no ocurre con luz, pero sin luz, entonces la hipótesis es refutada;
  • si el fenómeno ocurre en ambos dispositivos, entonces la hipótesis no se valida, pero no se rechaza por todo eso.

Aparte del parámetro a probar, que debe ser variado, los demás parámetros susceptibles de intervenir deben configurarse rigurosamente si no “lo mejor posible”. De lo contrario, estos parámetros pueden estar en el origen de las diferencias en los resultados entre el experimento de control y los demás. Por ejemplo, si hace "demasiado frío" en el primer dispositivo sin luz o si la atmósfera no contiene "suficiente" dióxido de carbono, entonces la falta de crecimiento puede deberse a estos factores. También vemos la necesidad de contar con el conocimiento científico más amplio posible para permitir el diseño adecuado de un experimento.

La realización de un experimento conduce así al esquema clásico de interpretación epistemológica a dos tipos de beneficios:

  • primero la posibilidad de verificar o, mejor, de corroborar la hipótesis o de refutarla  ;
  • pero también en todos los casos, una enseñanza sobre las causas del posible fracaso, enseñanza que se reinvertirá en la definición de una experiencia más adecuada. El beneficio es entonces metodológico.

Experimento científico usando modelo

Cuando ciertos fenómenos naturales son demasiado complejos, demasiado extensos, demasiado peligrosos, demasiado costosos o demasiado largos para reproducirlos en un experimento, recurrimos a un dispositivo simplificado: el modelo .

Podría ser :

  • de un modelo reducido ( modelo ). Hablamos de modelado analógico, al que recurren los geólogos que estudian tectónica ;
  • un modelo digital ( simulación de programas por computadora );
  • de un modelo vivo, como el ratón , pero cuya transposición a los humanos es sólo del 43%.

En este caso, se puede cuestionar la validez del modelo. Un modelo debería representar mejor el objeto en el que se basa una hipótesis. Por ejemplo, para demostrar el origen humano del calentamiento global , se utilizan modelos climáticos digitales. Los críticos de esta hipótesis cuestionan estos modelos que no tienen suficientemente en cuenta la influencia de las nubes .

protocolo experimental

El protocolo experimental incluye la descripción de las condiciones y el curso de un experimento o una prueba. La descripción debe ser lo suficientemente clara para que el experimento pueda reproducirse de manera idéntica y debe ser objeto de un análisis crítico en particular para detectar cualquier sesgo.

Estructura teórica de un experimento.

Desde un punto de vista muy general, la experiencia aislada comprende básicamente tres fases:

  • la preparación ;
  • experimentación;
  • evaluación.

Los dos últimos son la simple culminación de lo que les precedió.

Una experiencia global formada por experiencias parcialmente individualizables tiene los mismos tres polos. Sin embargo, si en la experiencia aislada las tres fases constituyen tantas etapas cronológicamente reguladas , en la experiencia global se trata de tres registros que interactúan permanentemente. Entonces :

  • la evaluación está más o menos asociada a los parámetros tomados en cuenta en la preparación, por ejemplo, los resultados cuestionan el método de muestreo;
  • el experimento se puede repetir, dependiendo de las otras dos fases;

La preparación se realiza en torno a una doble intención: el éxito del experimento, es decir la realización hasta su final; la relevancia o éxito del experimento, es decir el acceso a un resultado positivo, respecto al objetivo inicial. Cada una de las intenciones que motivan y organizan la experiencia encuentra sus límites en al menos una forma de incertidumbre: la incertidumbre básica relacionada con la realización de la experiencia se une a tantas incertidumbres como opciones posibles para las condiciones iniciales.

La preparación se basa en las perspectivas y operaciones de anticipación  ; supuestos de la experiencia que pueden reducir la incertidumbre sobre un parámetro dado. Por tanto, la preparación resulta en la combinación de factores de eficiencia. En el experimento general, cada fase no es simplemente resultado de la anterior, los vínculos entre las condiciones iniciales y los resultados se ven afectados por una complejidad que trae una nueva carga de incertidumbre. La evaluación se refiere a criterios que se habrán aclarado en asociación con la determinación de los factores de efectividad.

Experimentos en bloque

En los experimentos de campo en sentido amplio (campo, huerto, bosque, etc.), que se llevan a cabo en investigación agronómica , denominamos “bloques” conjuntos de parcelas vecinas que se utilizan para comparar diferentes tratamientos (diferentes abonos, por ejemplo). Se dice que los bloques están “completos” cuando están presentes todos los elementos involucrados en el experimento (todos los abonos estudiados, por ejemplo). Por el contrario, se dice que están “incompletos” cuando solo algunos de estos elementos están presentes.

La distribución de los distintos elementos se realiza de forma aleatoria dentro de los distintos bloques, e independientemente de un bloque a otro, por lo que los bloques suelen calificarse como “aleatorios” o “aleatorizados”. El caso más frecuente es el de los experimentos en “bloques completos al azar” o “bloques completos al azar” (cf. ilustración). El cuadrado latino y el cuadrado grecolatino son otros dispositivos experimentales, mucho menos utilizados que los bloques.

El uso de bloques (en Inglés: bloqueo ) también se produce, a veces con otros nombres, en campos distintos de la experimentación de campo y la investigación agronómica (investigación industrial o tecnológica, la investigación médica o farmacéutica, etc.). En el ámbito médico, por ejemplo, los bloques pueden estar formados por grupos de pacientes que tengan características similares.

Instrumentos de uso frecuente en ciencias experimentales

Microscopía

Los métodos de microscopía se utilizan principalmente en ciencias de la vida y de los materiales: ciencias de los materiales , biología molecular , geología, etc. pero también para investigaciones: ciencia forense , epidemiología y diagnóstico médico (cultivo celular), estudios ambientales (higiene y seguridad ocupacional, contaminación). .

Análisis estructural

Estos métodos consisten en determinar la estructura de cristales y moléculas . Se utilizan en química analítica , para estudiar la síntesis de moléculas ( síntesis orgánica , industria farmacéutica ), en ciencias de los materiales, etc.

Análisis químico

Muchos campos utilizan la química analítica .

Cinética química

Ensayos mecánicos

La función de las pruebas mecánicas es determinar la capacidad de un material o una estructura compleja de deformarse (conformación, mecanizado , reología ), desgastarse ( tribología ) o romperse. Por supuesto, esto se refiere a la ciencia de los materiales , pero también a la biomecánica .

  • Ensayo de tracción , ensayo de compresión, ensayo de flexión.
  • Prueba de impacto , Mouton Charpy
  • Medida de dureza
  • pruebas de viscosidad (fluidos), pruebas de flujo (polvos, suspensiones)
  • pruebas de permeabilidad (fluido a través de un medio poroso, membrana)
  • ensayos de fluencia (deformaciones retardadas en el tiempo bajo tensión constante)
  • pruebas de agrietamiento (propagación de grietas)
  • pruebas de fatiga (falla por esfuerzos repetidos, bajo la influencia de factores fisicoquímicos)
  • pruebas de choque (vehículo lanzado contra un obstáculo)
  • pruebas de resistencia a terremotos (edificios, estructuras de ingeniería)
  • ...

Ciencias Humanas

El método experimental se utiliza en disciplinas consideradas ciencias humanas , como la sociología , la psicología o la arqueología .

El experimento de Milgram es un ejemplo de un experimento de psicología llevado a cabo entre 1960 y 1963 por el psicólogo estadounidense Stanley Milgram . Este experimento buscó evaluar el grado de obediencia de un individuo ante una autoridad que considera legítima y analizar el proceso de sometimiento a la autoridad, en particular cuando induce acciones que plantean problemas de conciencia al sujeto.

Notas y referencias

  1. Abhandlung über das Licht, J. Baarmann (ed. 1882) Zeitschrift der Deutschen Morgenländischen Gesellschaft Vol 36
  2. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7810846.stm
  3. Thiele, Rüdiger (2005), "In Memoriam: Matthias Schramm", Ciencias y filosofía árabes (Cambridge University Press) 15: 329–331, doi: 10.1017 / S0957423905000214
  4. Thiele, Rüdiger (agosto de 2005), "In Memoriam: Matthias Schramm, 1928-2005", Historia Mathematica 32 (3): 271-274, doi: 10.1016 / j.hm.2005.05.002
  5. Chevreul Michel-Eugène, Cartas dirigidas a M. Villemain sobre el método en general y sobre la definición de la palabra "hecho": relativo a las ciencias, las letras, las bellas artes, etc., etc. , París, Garnier Frères, 1856, pág.  27-29 .
  6. Canguilhem 1968, p.  153 y 166.
  7. Gayon 1996
  8. Canguilhem 1968
  9. 1865, pág.  28.
  10. Claude Bernard, Principios de la medicina experimental , PUF, 1947, reed. París, PUF, 1987, pág.  77 .
  11. Canguilhem 1968, p.  233
  12. Pierre Duhem , La experiencia crucial es imposible en física, extracto de La teoría física, su objeto y su estructura , 1906, 1914, segunda parte, capítulo VI, § III. [ leer en línea ]
  13. Quine, Los dos dogmas del empirismo , en De Viena a Cambridge , transl. P. Jacob, Gallimard, 1980.
  14. W. Köhler, Gestalt Psychology , 1929. Traducción francesa La psychologie de la forme , Gallimard, París, 1964. Traducido por Serge Bricianer.
  15. (en) Comité del Consejo Nacional de Investigación (EE. UU.) Sobre el uso de investigaciones de toxicidad de terceros con participantes en investigaciones humanas , valores y limitaciones de los datos de toxicidad animal , National Academies Press (EE. UU.)( leer en línea )
  16. Dépelteau François, El proceso de investigación en ciencias humanas , Bruselas, De Boek, 2000, capítulo 5.2. El método experimental, pág.  251-271 .
  17. Giroux Sylvain, Tremblay Ginette, Metodología de las ciencias humanas: Investigación en acción , Éditions ERPI, Saint-Laurent (QC), 2009, p.  227 .

Bibliografía

  • Claude Bernard, 1865, Introducción al estudio de la medicina experimental , reed. París, Garnier-Flammarion, 1966.
  • Georges Canguilhem, 1968, Estudios de historia y filosofía de la ciencia, París, Vrin. [ leer en línea ]
  • Pierre Dagnelie, 2012, Principios de experimentación: planificación de experimentos y análisis de sus resultados , Prensa agronómica , Gembloux, 413 p. ( ISBN  978-2-87016-117-3 ) y edición electrónica (PDF) .
  • Jean Gayon, 1996, “Las reflexiones metodológicas de Claude Bernard: contexto y orígenes”, Bull. Hist. Epistem. Sci. Life , 3 (1), pág.  75-92.
  • Richard Linder, 2005, Los planes de experimentos. Una herramienta esencial para el experimentador , Les Presses de l'École Nationale des Ponts et Chaussées, 2005, 320 p. ( ( ISBN  2-85978-402-0 ) ) [ leer en línea ]
  • Roger Prat, Experimentación en biología y fisiología vegetal , Éditions Quæ ,( leer en línea )

Ver también

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Opiniones de nuestros usuarios

Alicia Pacheco Gimenez

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Elena Cabello Moreno

Buen artículo de Método experimental.

Eva Maria Molina Arias

La entrada sobre Método experimental me ha sido muy útil.

Victor Benito Peña

En esta entrada sobre Método experimental he aprendido cosas que no sabía, así que ya puedo ir a acostarme.