Dentro de la comunidad @STEM-Espanol se está haciendo un esfuerzo constante para estimular a los jóvenes alumnos –discentes- de educación media y universitarios, a docentes en ejercicio y al público en general, respecto a la necesidad de convertir la investigación en una actividad cotidiana, para la producción de conocimientos.
La etiqueta, y subcanal del servidor, #Educación-STEM, tiene como propósito estimular la formación en Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemática, apuntando hacia la investigación, el desarrollo y la innovación. Estos objetivos pasan ineludiblemente por el proceso de alfabetización científica, desde temprana edad y en diversos contextos –no exclusivo para espacios formales de investigación y academia-.

En este post, propongo una manera sencilla, didáctica y viable de promocionar la actividad heurística ante estudiantes de los referidos escenarios escolares y comunitarios, con la seguridad de que la ruta ofrecida llamará la atención de los participantes, en la medida en que los facilitadores y mediadores se comprometan de manera decidida con la actividad.
En principio, pudiera asumirse como un protocolo investigativo rígido, pero, paulatinamente irán cayendo en cuenta que se trata más bien de una bitácora de trabajo, en la que cada investigador en formación va diseñando su propio camino hasta lograr alcanzar los propósitos individuales y colectivos. Es por ello, que aquellos encargados de monitorear el proceso, deben estar claros en cuanto al carácter experimental de esta propuesta, para ir haciendo los ajustes en la planificación.

Preguntas de Investigación

En esta etapa inicial del proceso, el mediador creará las condiciones necesarias para que los discentes (estudiantes) participen de una “lluvia” de ideas, dudas e inquietudes, respecto a situaciones del contexto cotidiano, que puedan tener respuestas o soluciones mediante la actividad científica. En la medida en que las interrogantes emerjan de manera espontánea y genuina desde la interioridad de los participantes, el éxito estará garantizado.Estás preguntas pueden partir de curiosidades, lecturas previas, notas de prensa, consultas en las redes sociales u otras fuentes, siempre que resulten de interés para quienes participan de la actividad. Independientemente del área central temática (Biología, Química, Física, Ingeniería o Matemática) todas las ideas serán consideradas, al entender que la ciencia es una sinergia que requiere un tratamiento interdisciplinar.

A manera de ejemplo, los estudiantes, pudieran estar interesados en responder a esta interrogante: ¿Existirá una relación entre el volumen pulmonar total inspiratorio y el tiempo máximo de fonación? Incluso querer complejizar la situación añadiendo esta otra pregunta ¿Será igual el tiempo máximo de fonación de las vocales “a” e “i”? Con ello estarían perfilando una investigación que requerirá de muchas áreas afines a la biología para encontrar las respuestas satisfactorias.

Sí el interés temático gira en torno de la química, pudiéramos pensar, por ejemplo, en la relación entre la temperatura y la velocidad de una reacción con base en diferentes concentraciones de algún reactivo; o desde la física, preguntarnos respecto a la asociación entre el tipo de semiconductor y el material empleado para su elaboración (aunque también puede inclinarse por abordarlo desde la abstracción, dando un giro al estudio). Un ingeniero, se interesaría en interrogantes que le permitan dilucidar la relación entre tres tipos de materiales de construcción y la maleabilidad – o resistencia ante el calor-; mientras que un matemático desde su pensamiento racionalista, en lugar de hacerse preguntas empiristas, se interesaría en el establecimiento de modelos lógicos que imiten el comportamiento de dichos materiales ante esas circunstancias.

En todo caso, asumiendo que es un biólogo o docente en ciencias biológicas, quien tutela a los estudiantes en este proceso de #Educación-STEM, destacaría que la Biología les apoyará en la comprensión de la anatomía y fisiología respiratoria, mientras que la física será requerida para las explicaciones de la mecánica de ventilación inspiratoria y la exhalación, el tiempo de fonación y el volumen; en tanto que de la química se tomarán los argumentos para asimilar el intercambio gaseoso y las transformaciones experimentadas a nivel de carboxihemoglobina y oxihemoglobina, por ejemplo. La ingeniería estará presente en la obtención de los datos –al utilizar el software de generación y procesamientos de la data, comprendida desde la matemática y la estadística.

Una vez que las interrogantes son concertadas entre los participantes, corresponde fijarse los propósitos de la investigación, que de manera congruente deben estar vinculados con las genuinas inquietudes que emergieron de la lluvia de ideas iniciada con la coordinación del docente-investigador que ejecuta la actividad. De esa manera, y siguiendo el hilo conductor del ejemplo temático planteado, se establece un objetivo globalizante, con cuya conquista se podrá confirmar la conclusión del trabajo, precedido de victorias parciales que apuesten a la final, con la suficiente flexibilidad para hacer ajustes en la ruta hasta alcanzar el último peldaño, coincidente con el objetivo general. Pueden quedar establecido así:

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Sistema de Variables

En este apartado se requiere precisar la dimensión, situación o parámetro susceptible de experimentar cambios que puedan ser medidos mediante instrumentos básicos o sofisticados, al observarse directamente con los sentidos o sus extensiones tecnológicas y, adicionalmente, con la oportunidad de ser procesados mediante estadística. Para los efectos de este artículo, en el entendido que el ejemplo se refiere a una situación empirista, se plantean, al menos, dos posibilidades en cuanto al manejo de la variable, según se trate de estudios no experimentales descriptivos (correlacional e incluso correlacional-causal) o experimentales.
En el primer caso se presentarán las variables a medir sin discriminar entre ellas; en tanto que en los cuasi-experimentos o experimentos se manejarían –en principio- dos tipos de variables: la independiente –aquel parámetro manipulado por el investigador- y la dependiente (parámetro no manipulado y, sobre el cual se quiere conocer los efectos que experimenta por acción de la independiente). En el ejemplo, quedaría así:

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Metodología

Cuando los investigadores están claros respecto a la meta que quieren alcanzar, es menester que tracen la ruta a seguir para llegar hasta ella, vale decir, los pasos, fases o etapas direccionadas de manera sistemática para conquistar el podio de conocimientos. Dado que los estudiantes que se interesaron por plantear interrogantes y establecer los objetivos se agruparon atendiendo a sus intereses, se infiere que coinciden en cuanto a sus preferencias cognitivas –estilos de pensamiento-, y con ello, los métodos y técnicas que eligen para acometer los protocolos dentro de la investigación.

Naturaleza de la investigación

Enfoque Epistemológico: Si su sistema de convicción apela al imperio de los sentidos y sus extensiones tecnológicas, con énfasis en la observación de hechos concretos, los datos a ser procesados mediante la estadística, y con apoyo en el método inductivo…entonces se puede asegurar que se trata de un estudio dentro del enfoque epistemológico empirista –con marcada objetividad- por parte del investigador. Mientras que si prefieren la deducción, por estar convencidos que la verdad reside en el imperio cerebral de la ideas, la abstracción y el raciocinio, entonces el enfoque será racionalista –con la característica intersubjetividad-. En otros casos, los investigadores asumen la subjetividad, introspección e interpretación como fuente del conocimiento, por lo que su enfoque epistemológico predilecto es introspectivo-vivencial.

A los efectos, del ejemplo que estamos siguiendo, los investigadores se encuadran en el primer sistema de convicciones mencionado: el Empirista-Inductivista.
En algunos casos, los autores realizan una dicotomía paradigmática entre lo cuantitativista y aquello que consideran cualitativo. Sin embargo, con esta separación entre las investigaciones de carácter explicativo e interpretativa, se corre el riesgo de dejar por fuera los estudios racionales, que no calzan ni en lo cuantitativo-explicativo ni en lo cualitativo, por lo que la división artificial entre estas perspectivas paradigmáticas no pareciera ser la correcta, si se desea incluir el esfuerzo científico total, con hazañas heurísticas como la de Albert Einstein y otras luminarias de la física, Química o la Biología.

En este caso hay que destacar, en razón de las preguntas de investigación y los objetivos planteados, que se asume la modalidad de campo con laboratorio, agregándole un carácter experimental, dado que se pretende valorar la relación de causalidad entre las dos variables del estudio.

Población y Muestra de Estudio

Dado que se asumió el enfoque empirista o paradigma cuantitativista-explicativo, es menester seleccionar de la población de interés, una representación apropiada de esta, por cuanto en muchos casos se hace inviable tomar datos de campo o laboratorio, a la totalidad de los involucrados. Es por ello que se estila realizar un muestreo estadístico de una parte representativa de la población objeto de estudio. Es importante hacer notar, que existe una variedad de procedimientos para acometer en ese sentido, pero, la colecta de un treinta por ciento de la población, resulta suficiente para iniciar el tratamiento estadístico.

Métodos, Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

En las investigaciones, una vez que están perfilados los objetivos con base en el enfoque epistemológico, y se ha trazado la ruta metodológica a seguir, corresponde seleccionar métodos, técnicas e instrumentos que se vinculen de manera congruente, con las convicciones que sirven de referencia al estudio. Vale decir, que la familia de investigadores que convive en la comunidad acepte como válidos los procesos empleados para la obtención de la data y su procesamiento; esto desde la perspectiva de producción al igual que para la verificación. Hay diversas formas de presentarlo, pero, a los efectos del ejemplo que hemos seguido, puede mostrarse así:

• Método: Inductivo
• Técnica: Observación
• Instrumentos: Espirómetro, Cronometro, Software Dr. Speech. Guía de observación o Matriz.

Sistema de Hipótesis

Quienes llevamos investigaciones –en este caso empíricas e Inductivas-, con base en información exploratoria y respecto a los datos, planteamos suposiciones que son respuestas preliminares a las preguntas de investigación, dando a la comunidad científica los primeros argumentos respecto a las inquietudes que motivaron el estudio. De esa forma, de acuerdo a las particularidades de cada investigación, podrán plantearse hipótesis de investigación y, en algunos casos de orden estadístico, que apunten a confirmar o negar la asociación –causal o no- entre las variables que están siendo manejadas. A los efectos del ejemplo, con intenciones didácticas, podrían redactarse, de forma inicial, así:

• Existe asociación entre el volumen pulmonar y el tiempo máximo de fonación para la vocal “a” e “i”
• Existe diferencia, estadística y significativa, entre el tiempo máximo de fonación sostenida de la vocal “a”, respecto a la vocal “i”
  
  En el primer caso, solo se estaría asumiendo una asociación, sin que implique relación causal. Mientras que, en la segunda hipótesis se infiere la relación de causalidad como elemento importante a considerar. Los dos escenarios pueden ser catalogados como estudios de carácter descriptivo, uno correlacional y otro correlacional-causal-.
  En esta condición, el manejo de la variable independiente le da el carácter experimental al estudio, por lo que es menester acompañarlo con un diseño que dé al investigador la potestad de manipular el volumen pulmonar, y en función de eso plantearse una hipótesis en estos términos:

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Adicionalmente, hay que precisar aspectos referidos a hipótesis nula, alternativa y de investigación, entre otras consideraciones que estarán en función de los detalles del diseño en el experimento, por lo que es recomendable solicitar asesoramiento en materia estadística. Si se tratara de una temática química, física o de interés para la ingeniería, solo habría que sustituir por las variables de asociadas a esos casos.

Entendiendo ahora la necesidad de despejar las inquietudes planteadas, y ante las hipótesis formuladas, el investigador debe diseñar la ruta para poder despejar sus dudas. Medirá los volúmenes pulmonares y concentrará en uno de los grupos a aquellos sujetos con volúmenes superiores a 4 litros, dejando en el otro, a aquellos que reporten volúmenes inferiores. Para ello, asumirá en su bitácora unos pasos similares a los que indico a continuación, a manera de ejemplo:

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Técnica de Análisis e Interpretación de Resultados

En cuanto obtiene los datos de campo o laboratorio, el investigador que opta por un estudio descriptivo correlacional, puede apoyarse en estadísticos como el coeficiente de correlación, mientras que si se trata de un experimento y pretende determinar la relación de causalidad entre el tiempo máximo de fonación y el volumen pulmonar, le resultaría más útil un análisis de regresión o una Prueba “t” para muestras independientes; también un análisis de varianza –ANOVA-, si incorpora tres o más grupos en la comparación. En todo caso, en la medida que complejiza el estudio, deberá pasearse por estadísticos apropiados para responder a sus interrogantes.

Habiendo procesado los datos, apoyándose en los estadísticos apropiados con diferentes paquetes computarizados –propietarios o libres- como Excel, SPSS o PSPP, entre otros, los investigadores regresan a las preguntas de investigación para darse las respuestas argumentadas estadísticamente con la información generada por los programas –los cálculos matemáticos, si ese fuera el caso-. Ese análisis e interpretación, generalmente se hace más comprensible, cuando el investigador emplea la diagramación de tablas, matrices y gráficos originados de la data primaria y su tratamiento estadístico manual o informático.

Habiendo transitado todas las etapas del proceso investigativo, el estudiante –con su mediador-, está en condiciones de derivar la discusión y conclusiones a las que haya lugar; respondiendo de manera argumentativa –no declarativa- las preguntas que motivaron el estudio. De esta forma deberá pasearse por cada una de las etapas de la ruta trazada, para tomar elementos de juicio que le permitan esclarecer sus interrogantes, disipándose en gran medida, pero, también propiciando nuevas dudas que quedarán como propuestas o recomendaciones para que otros pares suyos, dentro de la línea o programa de investigación, continúen abordando dicha temática.

Es claro, que cada estudiante de ciencia, facilitador o mediador tendrá en su haber la posibilidad de registrar una bitácora diferente; incluso el mismo investigador postulará una réplica del estudio o simplemente dará un giro en una próxima tarea heurística, dado que las circunstancias pudieran cambiar o nuevas ideas serán puestas sobre la mesa. Sin embargo, al tratarse de una réplica, la rigurosidad objetiva de las investigaciones empírico-inductivas tendrá que ser respetada.

En todo caso, este post representa una manera de hacer las “cosas”, vale decir, de abordar el hecho investigativo, a sabiendas que desarrollar un proceso de formación con #Educación-STEM implica tener la suficiente amplitud para dejar que cada sujeto exponga sus intereses en el marco del programa o línea de investigación al que está adscrito o con el que se siente identificado, en función de su estilo de pensamiento, convicciones científicas o perspectiva paradigmática. En la medida en que quien está en un proceso de alfabetización científica –y su tutor-, desarrollan sus capacidades en la libertad de seleccionar su familia investigativa, habrá confort heurístico para desenvolverse en las consultas teóricas, interrogantes, delineación de objetivos, planteamiento de las hipótesis –si correspondiera-, trazado del diseño, , desarrollo de la actividad de campo-laboratorio, obtención-procesamiento de datos, discusión de la información y derivación de conclusiones-recomendaciones.

La revisión teórica del investigador debe ser referenciada, utilizando los criterios CARs (Credibilidad, Precisión, Sensatez y Apoyo) para la selección de aquellas fuentes confiables, al considerar las credenciales del autor, la exactitud de la información, razonabilidad, objetividad y coherencia, con su respectiva corroboración. Generalmente, se trata de investigaciones arbitradas e indizadas, trabajos de ascenso universitario, libros de autores reconocidos editados por universidades, centros de investigación o editoriales, e incluso derivadas de eventos científicos institucionales de carácter nacional o internacional.

Generalmente, se estila sujetarse a normativas de publicación, similares a las normas de la American Psychological Association (APA), pero, cada institución exigirá aquellos parámetros que considere convenientes. Para efectos de este post –y a manera de ejemplo-, utilicé como apoyo la siguiente lista de referencias:

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