up ciencia

UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO- HUMACAO

DEPARTAMENTO DE BIOLOGA

BIOL 3013

Experiencia de Laboratorio: Investigacin cientfica

Adaptado y traducido por la Dra. Melissa Coln Cesario, UPRH 2010 de:

Exercise 1: Scientific Investigation, Investigating Biology Laboratory Manual Sixth Edition, Morgan & Brown, Pearson Benjamin Cummings, 2008.

Objetivos:

1. Revisar los procedimientos del mtodo cientficoIntroduccin:

La biologa es el estudio de los fenmenos de la vida y como todo cientfico, los bilogos tenemos que observar a los sistemas u organismos, formular preguntas y proponer explicaciones e estas observaciones. La investigacin cientfica es una manera de medir estas explicaciones, utilizando los procedimientos bsicos del mtodo cientfico. Por tanto la ciencia como un esfuerzo creativo humano envuelve el hacer preguntas, hacer observaciones, desarrollar hiptesis que expliquen y medir esas hiptesis. Despus de un largo escrutinio investigativo cada cientfico ha de presentar su trabajo en un congreso cientfico o en una publicacin profesional, proveyendo la evidencia de las observaciones y experimentos que sostienen las explicaciones cientficas del fenmeno biolgico.En este laboratorio revisaremos y aplicaremos los conceptos aprendidos sobre el mtodo cientfico.Generar preguntas e hiptesis

Preguntas. Los cientficos se caracterizan por ser individuos curiosos y creativos dirigidos a entender el mundo natural. Utilizan investigaciones previas y observaciones personales para generar preguntas sobre las causas o razones de un fenmeno. Por tanto, para que una pregunta pueda ser contestada por el cientfico, la pregunta ha de tener un fenmeno bien definido y medible. Los elementos se tienen que medir y ha de ser controlable.Consideremos esta pregunta: El exceso de altas temperaturas causa que las personas se comporten inmoralmente?

Se puede investigar esta pregunta? La temperatura es un factor medible y controlable, pero la moralidad del comportamiento no es cientficamente medible. Por, tanto no se puede llevar a cabo un experimento para medir esta pregunta.Hiptesis. La hiptesis es el intento de contestar una pregunta proponiendo una posible contestacin. Tentativamente explica algo observado. Por ejemplo: Las espinas en los cactus reducen la depredacin de los herbvoros? Una posible hiptesis seria: Las espinas de los cactus reducen la depredacin de los herbvoros. Las hiptesis tienen que ser medibles y pueden ser desmentida por los hecho o el experimento. Disear un experimento para probar una hiptesisLa parte ms creativa de la ciencia es disear un una prueba para la hiptesis que provea evidencia para falsear o apoyar una explicacin particular. En esta experiencia usted utilizar un procedimiento para probar una hiptesis, pero recuerda que otros mtodos como las observaciones son aceptadas como investigacin cientfica. En los diseos experimentales hay que definir las variables, el procedimiento y determinar los controles que se usarn durante el estudio.

Las variables. En un experimento las variables tienen que ser claramente definidas y medibles. El investigador tiene que identificar y definir las variables dependientes, independientes y controladas para cada estudio. La variable dependiente es la variable que se medir, contar u observar en respuesta a las condiciones experimentales. La variable independiente por su parte es la variable ms importante que probar la hiptesis del investigador, por tanto se podr manipular. En un estudio pueden existir diferentes variables que puedan afectar la variable dependiente por consiguiente se pueden afectar los resultados y el significado de los resultados. Estas otras variables que se tienen que mantener constante durante el estudio son conocidas como las variables controladas. De esta forma el investigador se puede asegurar que la nica variable que afecte a la variable dependiente es la variable independiente seleccionada.Lee el siguiente prrafo que describe una investigacin cientfica referente al efecto que tiene el dixido de azufre en la reproduccin de la planta de soja. Al finalizar determine las variables y controles del experimento.

Investigacin del efecto del dixido de azufre en la reproduccin de la planta de soja

Algunos cientficos estaban preocupados por el efecto de la contaminacin, en particular el dixido de azufre, en la produccin de la planta de soja en los campos adyacentes a una planta elctrica de carbn. Basadas en algunas investigaciones iniciales, ellos propusieron que altas concentraciones de dixido de azufre reducira la reproduccin de la planta de soja. Ellos disearon un experimento para probar su hiptesis la cual consista en que dividir 48 plantas de soja, que iban a producir flores, en dos grupos tratadas y no tratadas. Las 24 plantas tratadas fueron divididas en cuatro grupos de 6. Un grupo de 6 plantas tratadas fueron ubicadas en una cmara de fumigacin, con exposicin de 0.6 ppm (partes por milln) de dixido de azufre por 4 horas, para simular la emisin de dixido de azufre de la planta elctrica. El experimento fue repetido con los otros tres grupos. El grupo de plantas no tratadas fue dividido tambin en cuatro grupos de 6 plantas. Cada grupo fue ubicado en una segunda cmara de fumigacin y expuestas a 4 horas de aire filtrado. Al terminar el experimento todas las plantas fueron devueltas al invernadero. Cuando las habichuelas maduraron se determin el nmero de vainas, el nmero de semillas por vaina y el peso de la vaina para cada planta.Para la lectura anterior determine:

1. La variable dependiente: _____________________________________________________________

2. La variable independiente: _____________________________________________________________

3. La variable controlada: _____________________________________________________________

4. Por qu se puede tener ms de una variable dependiente? _____________________________________________________________Escoger y disear el experimentoLos procedimientos son los pasos que se utilizan para llevar a cabo el experimento. Estos se tienen que anotar en la libreta de laboratorio antes de iniciar el experimento y cualquier excepcin o modificacin ha de ser anotada durante el experimento. El procedimiento puede ser diseado de alguna publicacin de una revista cientfica, mediante una colaboracin con algn cientfico o institucin o por la creatividad del individuo. El procedimiento incluye los controles, el nivel de tratamiento y el nmero de replicaciones.

Nivel de tratamiento:

El nivel de tratamiento es el valor otorgado a la variable independiente. En el caso anterior el nivel de tratamiento es el rango de concentraciones del dixido de azufre desde cero hasta concentraciones extremas. El valor es determinado en base a estudios previos o datos preliminares. El nivel del tratamiento se basa en el conocimiento previo del sistema y el significado biolgico.Cul es el nivel de tratamiento del experimento de las plantas de soja?

_____________________________________________

Replicacin:Las investigaciones cientficas no son vlidas si las conclusiones generadas estn basadas en un solo experimento con uno o dos individuos. Generalmente el mismo procedimiento se repite varias veces, generando resultados consistentes. Los resultados de experimentos replicados usualmente se promedian y luego se analizan utilizando pruebas estadsticas. Describa las replicacin del experimento de las plantas de soja.

Explicacin:Control:El diseo experimental incluye un control en donde la variable independiente se mantiene en un nivel establecido o es omitida. El control se utiliza como punto de referencia para que el cientfico pueda decidir si el efecto previsto es realmente generado por la variable independiente.

Cul es el control del experimento de las plantas de soja? ________________

Cul es la diferencia entre el control y las variables controladas?________________________________________________________________

Hacer las prediccionesTodo investigador comienza un experimento con una prediccin de los resultados. La prediccin est basada en un diseo experimental en particular que prueba una hiptesis especfica. Las predicciones son escritas en oraciones de Sientonces Si la hiptesis es correcta, entonces los resultados del experimento seran. Por ejemplo, en el experimento de las plantas de soja la hiptesis era la siguiente: La exposicin de dixido de azufre reduce la reproduccin. La prediccin sera: Si el dixido de azufre reduce la reproduccin (re-expresin de la hiptesis), entonces el nmero de vainas, el nmero de semillas por vaina y el peso de las vainas por plantas disminuira en las plantas expuestas al dixido de azufre comparado con las plantas controles (prediccin del resultado).

Si los resultados son compatibles con la prediccin, entonces la hiptesis es vlida. Si los resultados no son compatibles con la prediccin, entonces la hiptesis es falsa.Disear un experimentoMateriales:

Cinta mtrica

Yarda

Regla mtrica pequea (30 cm o 1 pie)

Caliper (opcional)

Calculadoras

Introduccin

La forma de un organismo depende en parte de la velocidad del crecimiento relativo de las diferentes partes del cuerpo durante el desarrollo. El trmino alomtrico y crecimiento alomtrico son utilizados para describir los cambios relativos de la velocidad de crecimiento. Especficamente, alometra es el fenmeno en donde las partes de un organismo crecen a diferentes velocidades o el crecimiento desproporcionado de una parte en relacin con el organismo entero. Como se observa en la Figura 1, el bebe y el adulto estn a la misma escala y con el mismo tamao, pero comparado con el adulto en el bebe la cabeza es ms grande en proporcin a la estatura del cuerpo.Contrario al crecimiento aloptrico, en el crecimiento isomtrico las partes creen a la misma velocidad. Esto sucede cuando la proporcin entre dos partes del cuerpo permanecen constante a medida que el organismo crece. Por ejemplo, si el crecimiento los brazos o las piernas en los humanos crecen isomtricamente, entonces la longitud ser similar en relacin al cuerpo en el bebe como en el adulto.Figura 1 Etapas de Crecimiento en los Humanos

En esta experiencia usted colectar data para comparar la razn de tamao de las partes del cuerpo seleccionadas entre un recin nacido y los adultos. Este estudio proveer informacin para determinar si las partes del cuerpo seleccionadas crecen alomtricamente o isomtricamente en los adultos. En este proceso usted practicar un diseo experimental, recolectar los datos y procesar los datos. La data de los bebes se encuentran en la Tabla 1. Examine con su grupo los datos de la Tabla 1 para generar preguntas especficas que puedas generar sobre la razn de crecimiento (alomtrico o isomtrico) en las partes del cuerpo en relacin con la altura en los humanos. Escoja dos partes y genere una pregunta para cada parte del cuerpo. Discute en tu grupo una hiptesis medible para cada pregunta.

Escriba las partes del cuerpo y las preguntas escogidas por el grupo

Hiptesis: escriba la hiptesis para cada una de las preguntas que escogi

Tabla 1

Promedio de los Tamaos de las Partes del Cuerpo de un Recin Nacido en Amrica del Norte

Parte del cuerpoDescripcin de la medidaTamao(cm / pulgadas)

Altura / tamaoPunta del pie a la cabeza48 / 19

Circunferencia de la cabezaDimetro de la cabeza33 / 13

Extremidad superior (brazos)Del hombro a la punta del dedo del corazn20 / 8

Largo de la manoDe la mueca al la punta del dedo del corazn6 / 2.5

ExtensinDistancia de los brazos estirados (de dedo del corazn al dedo del corazn)51 / 20

Extremidad inferior (piernas)De la planta del pie hasta la unin de la cadera y la pierna (lateralmente)18 / 7

Largo del craneocaudalSentado en una silla plana, desde el tope de la cabeza a la superficie de la silla33 / 13

Largo del pieDesde el tacn del pie los dedos7.5 / 3

El experimentoEn este experimento usted va a comparar la razn de estatura con la parte del cuerpo seleccionada entre los bebes y los estudiantes. Como clase, diseen su experimento. Describa cmo va a medir cada parte del cuerpo seleccionada para cada uno de los miembros del grupo. Incluya la documentacin de la data y el anlisis. Para determinar la razn de estatura con la parte del cuerpo (Height to body part, H/BP), los estudiantes tienen que comunicar su estatura.

Cul es la variable dependiente del experimento?

Cul es la variable independiente?

Variables controladas

Control

Replicacin

PrediccinPredice los resultados de cada experimento basado en tu hiptesis (Si/entonces). Escribe las dos predicciones basadas en las dos partes del cuerpo escogidas. Llevando a cabo el experimentoSiguiendo el procedimiento establecido por la clase para cada una de las partes del cuerpo, lleve a cabo el experimento. Resultados

1. Escriba la primera parte del cuerpo escogida en la Tabla 2.

2. Anote en la Tabla 2 los resultados para la primera parte del cuerpo cada miembro de su grupo. (recuerde convertir pulgadas a centmetros, multiplique por 2.54).

3. Calcula la razn H/BP para cada uno de los miembros de su grupo.

4. Obtenga la data de los recin nacidos para la parte del cuerpo escogida de la Tabla 1.5. Calcule la razn H/BP de un recin nacido.

6. Siga el mismo procedimiento para la segunda parte del cuerpo escogida y anote sus resultados en la Tabla 3.Tabla 2

Razn de estatura a ___________________________ para estudiantes y recin nacidos

SujetoEstatura(cm)Tamao de la parte del cuerpo (cm)Razn H/BP

Estudiante 1

Estudiante 2

Estudiante 3

Estudiante 4

Recin nacidos

Tabla 3

Razn de estatura a ___________________________ para estudiantes y recin nacidos

SujetoEstatura

(cm)Tamao de la parte del cuerpo (cm)Razn H/BP

Estudiante 1

Estudiante 2

Estudiante 3

Estudiante 4

Recin nacidos

1. Documenta la razn de todos los estudiantes en la Tabla 4.2. Determine el promedio de la clase para el H/BP y antalo en la Tabla 4

Tabla 4

Razn de estatura para dos partes del cuerpo para cada estudiante

# Estudiante123456789101112

Parte del cuerpo # 1


Tabla 4, continuacin

# Estudiante131415161718192021222324Promedio



Presentar y analizar los resultados:Una vez la data es colectada, esta tiene que ser organizada y resumida para poder determinar si la hiptesis es vlida o falsa. En este ejercicio usted va a disear tablas y grficas (tambin conocidas como figuras) Las tablas y las figuras tienen el propsito de: (1) ayudar a analizar e interpretar los resultados y (2) aumentar la claridad al momento de presentar su trabajo, sea un lector o un observador.

Tablas

Usted ha colectado la data de su experimento en forma de lista, lo cual da la apariencia de no tener ningn significado. Para poderla analizar y facilitar la interpretacin usted gener un promedio de los datos para cada tratamiento, pero an puede ser de poca informacin. Podra usted generar una tabla de resumen para sus datos (en este caso los promedios)?Las tablas son tiles para presentar resultados que tiene mltiples datos. Son tiles para presentar mltiples variables dependientes. Ejemplo del experimento de las planta de soja:Tabla 5

Efecto de 4 horas de Exposicin de 0.6 ppm de Dixido de Azufre en el Promedio de la Produccin de Semillas y Vainas en la Planta de Soja

TratamientoNmeroSemillas por vainaVaina por planta

Control243.2616

SO2241.9613

Gua para construir una tabla: Todos los valores de la misma clase han de ser ledos por columnas no por lnea. Incluye solo la data que es importante y presenta los resultados y la discusin. El encabezamiento de cada columna debe incluir las unidades de medidas, si es apropiado. Las tablas son numeradas consecutivamente a travs del reporte de laboratorio o el artculo cientfico. Por ejemplo, la Tabla 5, es la tabla 5 no la 4.

El ttulo, va localizado en la parte superior de la tabla, ha de ser claro y conciso, con suficiente informacin para que la tabla se entienda sin necesidad del texto del reporte o el artculo. Escriba con mayscula la primera y aquella palabra que sea importante. No ponga en mayscula los artculos (a, de, un, etc.), preposiciones o conjunciones. No necesita un punto al final.

Aplicacin:

1. Utilizando los promedios de los datos de la Tabla 4, disee una tabla que presente los resultados de los estudiantes de su clase para el H/BP de cada parte del cuerpo medida. Incluya en su tabla la razn de los recin nacidos.2. Identifica la tabla como la Tabla 6. Escriba un ttulo para su tabla.Grficas

Los resultados de un experimento usualmente son presentados en grficas, presentando la relacin entre las variables independiente y dependiente. Una grfica o figura presenta un resumen visual de los resultados. Lo que puede ser no evidente en una tabla es claro y evidente en una grfica. Al observar la grfica, se puede visualizar el efecto de la variable independiente en la variable dependiente y detectar las tendencias en los datos. Hacer una grfica es la primera etapa de analizar los resultados. Las grficas te van a asistir en la interpretacin y comunicacin de los resultados. En la parte final de la investigacin cientfica usted podr construir un pensamiento y argumento lgico basado en los resultados, sea si favorece o falsifican la hiptesis.

Gua para construir una grfica: Utilice papel de grfica y una regla para hacer la grfica de forma precisa. Tambin puede utilizar un programa de computadoras. La variable independiente es graficada en el eje de x (eje horizontal) y la variable independiente en el eje de y (eje vertical).

El rango numrico ha de ser apropiado para los valores. Generalmente ambos ejes han de comenzar en cero. Luego escoge los intervalos y rango para maximizar el espacio de la grfica. Identifica los ejes indicando la variable y las unidades de medidas. Incluye una leyenda para indicar diferentes aspectos del experimento.

Escoge el mejor tipo de grafica que presente mejor los datos (grfica de lnea o de barras).

Escoge un ttulo para la grfica y ubcalo en la parte superior de la grfica.

Grfica de LneasLas grficas de lneas demuestran los cambios en cantidad de la variable escogida y enfatiza el aumento y la disminucin de los valores. Utiliza la grfica de lneas para presentar datos continuos. Por ejemplo, cambios en la variable dependiente, peso de los granos de soja, a travs del tiempo. Se presentan los datos en puntos separados.

Si se conectan los puntos o se hace la mejor lnea entre los puntos depender del tipo de datos y cmo son obtenidos.

Si ms de una data se va a presentar en una sola grfica hay que utilizar diferentes colores o smbolos, conjunto a una leyenda.

Grfica de Barras

Las grficas de barras son principalmente utilizadas para datos que representan grupos separados o categoras no numricas, de forma tal que se pueda enfatizar la diferencia entre los grupos.

Aplicacin:

1. Utilizando los datos de tu experimento y papel cuadriculado (programa de computadoras) disee una grfica de barra que demuestre la relacin entre la variable dependiente e independiente para las partes del cuerpo. Discuta con su grupo cmo disear una figura que incluya la data de la variable independiente para cada experimento.a. Cul fue la variable independiente de cada experimento? En cul eje usted lo graficara?

b. Cul fue la variable dependiente de cada experimento? En cul eje usted lo graficara?

2. Incorpore una leyenda a su figura para distinguir la razn de los recin nacidos y los adultos.

3. Dibuja, identifica los ejes y genere un ttulo.

Interpretar y Comunicar los Resultados

El ltimo componente de una investigacin cientfica es interpretar los resultados y discutir la importancia de estos a la luz de la hiptesis y la literatura. Los investigadores estudian y analizan las grficas para determinar si la hiptesis es falsa o no. Si la hiptesis es falsa, entonces el investigador tiene que proponer otra hiptesis alterna que se pueda probar. Si la hiptesis es cierta, entonces se sugieren otros posibles experimentos que sustenten esa hiptesis.La parte final de toda investigacin cientfica es comunicar sus resultados a la comunidad cientfica. Si son resultados preliminares se presentan en las reuniones internas de los laboratorios o en congresos cientficos, de ese modo los hallazgos se pueden discutir. Finalmente, el proyecto cuando est completo este se presenta en un artculo cientfico que es revisado por otros cientficos del campo de investigacin y se publica en una revista cientfica.La comunicacin cientfica es sumamente importante, independientemente si es hablada o escrita. Para comenzar a desarrollar nuestras destrezas durante este curso de laboratorio usted tendr que presentar sus resultados al final del periodo de laboratorio. En adicin tendr que escribir parte del componente de un artculo cientfico para algunas de las experiencias de laboratorio.

Aplicacin

1. Utilizando las tablas y figuras, analiza los resultados y discute tu conclusin con el grupo.

2. Escribe un pequeo prrafo de tu experimento. Utiliza tus resultados para aceptar o rechazar la hiptesis.

3. Critique el experimento. Cules son las debilidades del experimento? Mencione mejoras

Debilidades del ExperimentoMejoras

1.

2.

3.

4.

5.

5

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