Método científico: los 6 pasos y sus características
¿Qué es el método científico?
El método científico es un proceso utilizado en las ramas de la ciencia para comprobar una hipótesis científica mediante la observación, preguntas, formulación de hipótesis y experimentación. Se trata de una forma racional de obtener conocimiento objetivo y fiable.
El método científico tiene por tanto una serie de características que lo definen: observación, experimentación, y hacer y responder preguntas. Sin embargo, no todos los científicos siguen exactamente este proceso. Algunas ramas de la ciencia pueden ser más fácilmente probadas que otras.
Por ejemplo, los científicos que estudian cómo cambian las estrellas a medida que envejecen o cómo los dinosaurios digerían sus alimentos no pueden adelantar la vida de una estrella en un millón de años o realizar estudios y pruebas con los dinosaurios para probar sus hipótesis.
Cuando la experimentación directa no es posible, los científicos modifican el método científico. Aunque se cambia casi con cada investigación científica, el objetivo es el mismo: descubrir relaciones de causa y efecto haciendo preguntas, recopilando y examinando datos, y viendo si toda la información disponible puede combinarse en una respuesta lógica.
Por otra parte, a menudo un científico vuelve a pasar por las etapas del método científico, ya que nueva información, datos o conclusiones pueden hacer que sea necesario volver a pasar por los pasos.
Por ejemplo, puede que un científico formule la hipótesis de “comer en exceso acelera el envejecimiento”, haga un experimento y obtenga una conclusión. A continuación podría proceder a realizar de nuevo los pasos, comenzando con otra hipótesis, como “ingerir azúcar en exceso acelera el envejecimiento”.
¿Para qué sirve el método científico?
El método científico sirve para obtener nuevos conocimientos e información. “Empírico” quiere decir que se basa en la realidad, utiliza datos; es lo contrario de “teórico”.
Por tanto, los científicos utilizan el método científico para aprender sobre la realidad, obteniendo datos y haciendo experimentos. Puede dividirse en seis pasos/fases/etapas que se aplican en todos los tipos de investigación:
- Pregunta basada en la observación.
- Investigación.
- Formulación de la hipótesis.
- Experimentación.
- Análisis de datos.
- Rechazar o aceptar la hipótesis (conclusiones).
Características del método científico
El método científico tiene una serie de características que lo diferencian de otras formas de creación de conocimiento:
- Utiliza la observación como punto de partida.
- Formula preguntas y respuestas. Para formular una hipótesis, el científico realiza preguntas y respuestas de forma sistemática buscando establecer relaciones de causa-efecto en aspectos de la realidad.
- Requiere verificación, es decir, los resultados necesitan ser verificados por diversos científicos.
- Genera conclusiones refutables. Si las conclusiones no se puede comprobar, no se puede aplicar el método científico.
- Produce resultados reproducibles; los experimentos pueden ser replicados por los científicos para intentar obtener los mismos resultados.
- Es objetivo; se basa en la experimentación y observación, no en opiniones subjetivas.
Pasos del método científico y sus características
Paso 1- Hacer una pregunta basada en la observación
El método científico comienza cuando el científico/investigador hace una pregunta sobre algo que ha observado o sobre lo que está investigando: ¿Cómo, qué, cuándo, quién, qué, por qué o dónde?
Ejemplos de observaciones y pregunta:
- Louis Pasteur observó con microscopio que los gusanos de seda del sur de Francia tenían enfermedades infectadas por parásitos.
- Un biólogo observa en el microscopio que la presencia de cierto tipo de células mejoran los síntomas de la viruela. Se podría preguntar, ¿combaten estas células el virus de la viruela?
- Albert Einstein, cuando estaba desarrollando su teoría de la relatividad especial, se preguntó: ¿Qué vería si pudiera caminar junto a un rayo de luz mientras se propaga por el espacio?
Paso 2- Investigación de información
Este paso consiste en investigar, reuniendo información que ayude a responder a la pregunta. Es importante que la información reunida sea objetiva y de fuentes fiables. Se pueden investigar por bases de datos de internet, en bibliotecas, libros, entrevistas, investigaciones, entre otros.
Paso 3- Formulación de hipótesis
La tercera etapa es la formulación de la hipótesis. Una hipótesis es una afirmación que puede usarse para predecir el resultado de futuras observaciones.
Ejemplos de hipótesis:
- Los jugadores de fútbol que entrenan de forma regular aprovechando el tiempo, marcan más goles que los que faltan al 15% de los entrenamientos.
- Los padres primerizos que han estudiado estudios superiores, están en un 70% de los casos más relajados en el parto.
Una hipótesis útil debe permitir predicciones por razonamiento, incluyendo el razonamiento deductivo. La hipótesis podría predecir el resultado de un experimento en un laboratorio o la observación de un fenómeno en la naturaleza.
Si las predicciones no son accesibles por la observación o la experiencia, la hipótesis no es todavía comprobable y permanecerá en esa medida no científica. Más adelante, una nueva tecnología o teoría podría hacer posible los experimentos necesarios.
Paso 4- Experimentación
El siguiente paso es la experimentación, cuando los científicos realizan los llamados experimentos científicos, en los que se ponen a prueba las hipótesis.
Las predicciones que intentan hacer las hipótesis pueden comprobarse con experimentos. Si los resultados de la prueba contradicen las predicciones, las hipótesis son cuestionadas y se vuelven menos sostenibles.
Si los resultados experimentales confirman las predicciones de las hipótesis, entonces se considera que estas son más correctas, pero pueden estar equivocadas y seguir sujetas a nuevos experimentos.
Para evitar el error observacional en los experimentos, se utiliza la técnica del control experimental. Esta técnica utiliza el contraste entre múltiples muestras (u observaciones) bajo diferentes condiciones para ver qué varía o qué sigue siendo lo mismo.
Ejemplo
Para probar la hipótesis “la tasa de crecimiento de la hierba no depende de la cantidad de luz”, habría que observar y tomar datos de hierba que no está expuesta a la luz.
A esto se le llama “grupo control”. Son idénticos a los otros grupos experimentales, excepto para la variable que se está investigando.
Es importante recordar que el grupo control solo puede diferir de cualquier grupo experimental en una variable. De esa manera se puede saber que es esa variable la que produce cambios o no.
Por ejemplo, no se puede comparar la hierba que está en el exterior a la sombra con la hierba al sol. Tampoco la hierba de una ciudad con la de otra. Hay variables entre los dos grupos además de la luz, como la humedad y el pH del suelo.
Otro ejemplo de grupo control muy común
Los experimentos para conocer si un fármaco tiene eficacia para tratar lo que se desea son muy comunes. Por ejemplo, si se desea conocer los efectos de la aspirina se podrían utilizar dos grupos en un primer experimento:
- Grupo 1 experimental, al que se proporciona la aspirina.
- Grupo 2 control, con las mismas características del grupo 1, y al que no se proporciona la aspirina.
Paso 5: Análisis de datos
Tras el experimento, se toman los datos, que pueden ser en forma de números, sí / no, presente / ausente, u otras observaciones.
La recolección sistemática y cuidadosa de mediciones y datos es la diferencia entre pseudociencias como la alquimia, y ciencias, como la química o la biología. Las mediciones pueden realizarse en un entorno controlado, como un laboratorio, o sobre objetos más o menos inaccesibles o no manipulables, como estrellas o poblaciones humanas.
Las mediciones a menudo requieren instrumentos científicos especializados como termómetros, microscopios, espectroscopios, aceleradores de partículas, voltímetros…
Este paso implica determinar lo que muestran los resultados del experimento y decidir las próximas acciones a tomar. En los casos en que un experimento se repite muchas veces, puede ser necesario un análisis estadístico.
Si la evidencia ha rechazado la hipótesis, se requiere una nueva hipótesis. Si los datos del experimento apoyan la hipótesis, pero la evidencia no es lo suficientemente fuerte, deben probarse otras predicciones de la hipótesis con otros experimentos.
Una vez que una hipótesis está fuertemente respaldada por la evidencia, se puede hacer una nueva pregunta de investigación para proporcionar más información sobre el mismo tema.
Paso 6: Conclusiones. Interpretar los datos y aceptar o rechazar la hipótesis
Para muchos experimentos, las conclusiones se forman sobre la base de un análisis informal de los datos. Simplemente preguntar, “¿Los datos encajan en la hipótesis?” es una manera de aceptar o rechazar una hipótesis.
Sin embargo, es mejor aplicar un análisis estadístico a los datos, para establecer un grado de “aceptación” o “rechazo”. Las matemáticas también son útiles para evaluar los efectos de los errores de medición y otras incertidumbres en un experimento.
Si se acepta la hipótesis, no está garantizado que sea la hipótesis correcta. Esto solo significa que los resultados del experimento apoyan la hipótesis. Es posible duplicar el experimento y obtener resultados diferentes la próxima vez. También puede que la hipótesis explique las observaciones, pero es la explicación incorrecta.
Si la hipótesis es rechazada, puede ser el final del experimento o se puede volver a realizarlo. Si se vuelve a realizar el proceso, se tendrán más observaciones y más datos.
Es en esta etapa donde quedan aceptadas o rechazadas las teorías científicas.
Otros pasos
Otros pasos son: 7- Comunicar resultados y 8- Comprobar los resultados replicando la investigación (realizado por otros científicos).
Si un experimento no puede repetirse para producir los mismos resultados, esto implica que los resultados originales podrían haber sido erróneos. Como resultado, es común que un solo experimento se realice varias veces, especialmente cuando hay variables no controladas u otras indicaciones de error experimental.
Para obtener resultados significativos o sorprendentes, otros científicos también pueden intentar replicar los resultados por sí mismos, especialmente si esos resultados son importantes para su propio trabajo.
Ejemplo real de método científico en el descubrimiento de la estructura del ADN
La historia del descubrimiento de la estructura del ADN es un ejemplo clásico de los pasos del método científico: en 1950 se sabía que la herencia genética tenía una descripción matemática, a partir de los estudios de Gregor Mendel, y que el ADN contenía información genética.
Sin embargo, el mecanismo de almacenamiento de información genética (es decir, genes) en el ADN no estaba claro.
Es importante tener en cuenta que en el descubrimiento de la estructura del ADN no participaron solo Watson y Crick, aunque les dieron a ellos el premio Nobel. Aportaron conocimiento, datos, ideas y descubrimientos muchos científicos de la época.
Pregunta a partir de observaciones
La investigación previa del ADN había determinado su composición química (los cuatro nucleótidos), la estructura de cada uno de los nucleótidos y otras propiedades.
El ADN había sido identificado como el portador de la información genética por el experimento de Avery-MacLeod-McCarty en 1944, pero el mecanismo de cómo la información genética es almacenada en el ADN no estaba claro.
La pregunta podría ser por tanto:
¿Cómo se almacena la información genética en el ADN?
Investigación
Las personas implicadas, entre ellas Linus Pauling, Watson o Crick, investigaron y buscaron información; en este caso posiblemente investigaciones de la época, libros y conversaciones con compañeros.
Hipótesis
Linus Pauling propuso que el ADN podría ser una triple hélice. Esta hipótesis también fue considerada por Francis Crick y James D. Watson pero la descartaron.
Cuando Watson y Crick conocieron la hipótesis de Pauling, comprendieron por los datos existentes que estaba equivocado y Pauling admitiría pronto sus dificultades con esa estructura. Por lo tanto, la carrera para descubrir la estructura del ADN estaba en descubrir la estructura correcta.
¿Qué predicción haría la hipótesis? Si el ADN tenía una estructura helicoidal, su patrón de difracción de rayos X sería en forma de X.
Por tanto, la hipótesis de que el ADN tiene una estructura de doble hélice se probaría con los resultados/datos de rayos X. Específicamente se probó con datos de difracción de rayos X proporcionados por Rosalind Franklin, James Watson y Francis Crick en 1953.
Experimento
Rosalind Franklin cristalizó ADN puro y realizó difracción de rayos X para producir fotografía 51. Los resultados mostraron una forma de X.
En una serie de cinco artículos publicados en Nature se demostró la evidencia experimental que apoyaba el modelo de Watson y Crick.
De estos, el artículo de Franklin y Raymond Gosling, fue la primera publicación con datos de difracción de rayos X que apoyaba el modelo de Watson y Crick.
Análisis de datos y conclusiones
Cuando Watson vio el patrón de difracción detallado, inmediatamente lo reconoció como una hélice.
Él y Crick produjeron su modelo, utilizando esta información junto con la información previamente conocida sobre la composición del ADN y sobre las interacciones moleculares, tales como enlaces de hidrógeno.
Importancia del método científico
El método científico es importante porque es una forma fiable de adquirir conocimiento. Se basa en basar las afirmaciones, las teorías y el conocimiento en datos, en experimentos y en observaciones.
Por tanto, es esencial para el avance de la sociedad en tecnología, ciencia en general, salud y en general para generar conocimiento teórico y aplicaciones prácticas.
Por ejemplo, este método de la ciencia es contrario al basado en la fe. Con la fe se cree en algo por tradiciones, escritos o creencias, sin basarse en pruebas que se puedan refutar, ni se pueden hacer experimentos u observaciones que nieguen o acepten las creencias de esa fe.
Con la ciencia, un investigador puede llevar a cabo los pasos de este método, llegar a conclusiones, presentar los datos, y otros investigadores podrán replicar ese experimento u observaciones para validarlo o no.