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Chiclayo, 2016 Metodología de la Investigación Científica para ingenieros CONTENIDO I. LA CIENCIA 1.1. Definiciones 1.2. El conocimiento empírico 1.3. El conocimiento científico 1.4. Evolución del conocimiento científico 1.5. Clasificación de las ciencias 1.6 Características de la ciencia factual II...

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Chiclayo, 2016

Metodología de la Investigación Científica para ingenieros

CONTENIDO

I. LA CIENCIA 1.1. Definiciones 1.2. El conocimiento empírico 1.3. El conocimiento científico 1.4. Evolución del conocimiento científico 1.5. Clasificación de las ciencias 1.6 Características de la ciencia factual II. LA INVESTIGACION Y EL METODO CIENTIFICO 2.1. El método científico 2.2. Características de la investigación científica 2.3. Tipos de investigación 2.3.1. De acuerdo al fin que se persigue a) Investigación básica ó pura b) Investigación aplicada c) Investigación aplicada 2.3.2. De acuerdo a los tipos de datos analizados a) Investigación cuantitativa b) Investigación cualitativa 2.3.3. De acuerdo a la Metodología para demostrar la hipótesis a) Investigación experimental b) Investigación no experimental

III. PROYECTOS DE INVESTIGACION EN INGENIERIA 3.1. Antecedentes 3.2. Problemática en la ingeniería civil 3.3. El tema de investigación IV. CONTENIDO DEL PROYECTO DE INVESTIGACION 4.1. Título del proyecto 4.2. Planteamiento del estudio 4.2.1 Descripción del proyecto 4.2.2. Descripción de la realidad problemática 4.2.3. Formulación del problema de investigación (pregunta de investigación) 4.2.4. Objetivos de la investigación 4.2.5. Justificación 4.2.6. Alcance y limitaciones 4.3. Marco teórico 4.3.1. Antecedentes de la investigación 4.3.2. Base teórica científica 4.3.3. Definiciones de términos 4.3.4. Hipótesis 4.3.5. Variables e indicadores 4.3.6. Operacionalización de variables 4.4. Marco metodológico 4.4.1. Tipo de investigación 4.4.2. Diseño de contrastación de la hipótesis 4.4.2.1 Diseños experimentales 2

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A) Pre experimentos B) Experimentos puros C) Cuasi-experimentos 4.4.2.2 Diseños no experimentales A) Investigación descriptiva B) Investigación ex post-facto 4.5. Población y muestra 4.5.1. Tamaño de la muestra a) Para población infinita b) Para población finita 4.5.2. Procedimiento de muestreo a) Muestreo probabilístico b) Muestreo no probabilístico 4.5.3. Errores durante el muestreo 4.6. Materiales y equipos 4.7. Técnicas y formatos de recolección de datos 4.7.1. La observación 4.7.2. La entrevista 4.7.3. La encuesta 4.7.4. Pruebas estandarizadas a) Escala de Likert b) Diferencial semántico c) Escalograma de Guttman

4.8. Análisis estadístico de datos 4.9. Cronograma de actividades 4.10. Presupuesto 4.11. Financiamiento 4.12. Referencias bibliográficas

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I. LA CIENCIA “Los conceptos y principios fundamentales de la ciencia son invenciones libres del espíritu humano”. “El hombre encuentra a Dios detrás de cada puerta que la ciencia logra abrir” (A. Einstein)

1.1. Definiciones La ciencia es el conjunto de conocimientos metódicamente organizados en forma sistemática y rigurosa que describen, explican y predicen una realidad externa. Está integrada por conceptos, leyes y principios adecuadamente organizados y concatenados entre sí. Según Mario Bunge, la ciencia es un creciente cuerpo de ideas que puede caracterizarse como conocimiento racional, sistemático, exacto, verificable, aunque no necesariamente verdadero, por medio del cual el ser humano ha logrado conceptualizar la naturaleza y sus fenómenos. Elementos principales de la ciencia: a) El objeto de estudio: La realidad misma. La realidad empírica. Para el caso de proyectos de ingeniería el objeto de estudio puede ser una vivienda, una muestra de concreto, una muestra de suelo, una columna, un m2 de pavimento, etc. b) El contenido: Conjunto de conocimientos, teorías, leyes e hipótesis c) La Metodología de estudio: Que incluye la estrategia para la demostración de la hipótesis.

1.2. El conocimiento empírico     

Es aquel que se adquiere directamente de la práctica y experiencia. Es una forma primaria de conocimiento que apareció simultáneamente con el hombre. No puede dar explicaciones racionales de los fenómenos. Con el conocimiento empírico también aparece el razonamiento especulativo: la imaginación, intuición, deseos, emociones, mitos y leyendas. Una de las formas principales vinculadas al razonamiento especulativo es el de las pseudociencias, cuya principal debilidad radica en su negativa a contrastar empíricamente sus postulados.

1.3. El conocimiento científico    

“Es el conocimiento racional, sistemático, exacto, verificable y por consiguiente falible” (Bunge, 1974) Surge cuando el conocimiento empírico no puede explicar la realidad existente y deja de resolver los problemas planteados. Las primeras disciplinas científicas estuvieron relacionadas con las necesidades primordiales del hombre: matemáticas, astronomía. El desarrollo del conocimiento científico ha sido gracias a la investigación, la cual realiza el proceso de búsqueda que permite identificar principios, leyes y generalizaciones con el fin de incorporarlas al conocimiento científico.

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La ciencia debe responder no solo al porqué de las cosas?, sino también al cómo?, debiendo explicar porqué las cosas ocurren de una forma y no de otra. Así por ejemplo si la ciencia quisiera explicar el surgimiento del universo tendría que basarse en postulados físicos y la astronomía. Astrología

Conocimiento acientífico

Religión

Surgimiento del universo

Conocimiento del cosmos

Astronomía

Conocimiento científico

Física

1.4. Evolución del conocimiento científico Entender la realidad

Por qué hacer investigación científica?

Entender la realidad problemática Explicar porqué las cosas ocurren de una manera y no de otra

Generar nuevo conocimiento

Comprobar (contrastar) y/o corregir el conocimiento existente

Una de las ciencias que puede servir como ejemplo para analizar la evolución del conocimiento científico es la astronomía, “la ciencia de los cielos”, como un día definiera Lucrecio (98-5 a.C). La astronomía es una disciplina que ha apasionado al hombre desde las épocas más remotas, sin embargo esa pasión estuvo largo tiempo mediatizada por la superstición nacida frente a lo desconocido y lo grandioso. La observación directa y la intuición eran los únicos instrumentos que poseían los hombres antiguos para aproximarse al cielo. La orientación y los horarios terrestres surgieron apoyándose precisamente en aquella observación: en la posición del Sol, la Luna y las estrellas. Así mismo la carencia de instrumentos adecuados determinó que la Astronomía permaneciera durante siglos como un apéndice de las religiones y que cobrara aspectos esotéricos a través de la astrología. Con la introducción del telescopio por Galileo Galilei pudo iniciarse una ruptura que chocó con intereses ideológicos contrarios. Así por ejemplo, Gracias a Copérnico y Galileo se derrumbaron los supuestos iniciales (hipótesis) que consideraban a la tierra como el centro del universo. Posteriormente Kepler y Newton demostraron la validez de la gravitación terrestre y la trayectoria elíptica de los planetas. Finalmente Albert Einstein con sus postulados de la teoría de la relatividad sentaba las bases para el estudio de la cosmología moderna, al postular que el tiempo transcurre más lentamente para los objetos en movimiento y cómo la masa se transforma en energía; así mismo postulaba que la gravedad no es ya una fuerza sino una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo por la presencia de una masa. A continuación exponemos algunos de los principales representantes en la evolución del conocimiento científico: 

Tales de Mileto (Siglo VI a.C.) Fue un filósofo griego que buscaba las causas de los fenómenos naturales mediante la observación de la realidad. Así elabora una teoría general del universo, proponiendo que el mundo está formado por una sustancia invariable que adopta diferentes formas. 5

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Aristóteles (Siglo IV a.C) Filósofo, discípulo de Platón, elabora sus teorías del silogismo, la causalidad y la inducción, que constituyen un aporte fundamental para el razonamiento científico.

Posteriormente y a lo largo del siglo XVII se desarrolló un nuevo clima intelectual cuya premisa básica consistía en lograr la emancipación definitiva de la filosofía y la ciencia, hasta entonces siervas de la teología; dentro de estos investigadores tenemos: 

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Francis Bacon (1561-1626), Estableció un método experimental basado en la inducción científica, planteando que solo la reiterada y sistemática observación de los hechos particulares podía dar lugar a conceptos generales y a un conocimiento real de la naturaleza. No obstante, un dominio insuficiente de las cuestiones matemáticas le impidió avanzar en el terreno de la física, siendo superado en sus planteamientos por sus contemporáneos. Galileo Galilei (1564-1642) Demostró que la realidad era fundamentalmente cuantitativa y que, por consiguiente, solo empleando las matemáticas como método podían ser formuladas las leyes del movimiento. Su método de investigación consistía en plantear una hipótesis de trabajo que, siempre que fuese posible, debía ser corroborada por medio de la experimentación, formulada matemáticamente y enunciada como una ley universalmente válida. René Descartes (1596-1650) Supo unir la lógica científica y metafísica para alcanzar una nueva comprensión del universo. Descartes definía la razón como el poder dado a todos los hombres para “juzgar bien y distinguir lo verdadero de lo falso”. En caso de error, no debía culparse a la razón misma sino a su mala aplicación. La primera regla de su método consistía en dudar sistemáticamente de todo: se trataba de no tener nunca nada por cierto sin que se conozca evidentemente como tal (duda metódica). Descartes rechazaba la percepción de los sentidos. Isaac Newton (1643-1727) Físico inglés que inicia la llamada revolución científica al cuantificar la fuerza de la gravedad y postula la Ley de la Gravitación Universal, además las leyes del movimiento que llevan su nombre. Newton afirmaba que la observación no debería ser realizada por filósofos sino por científicos. Albert Einstein (1879-1955) Físico alemán que sostenía que la única fuente de conocimiento era la experiencia y pensaba que las teorías científicas eran creaciones libres de una aguda intuición física y que las premisas en que se basaban no podían aplicarse de un modo lógico al experimento. Además sostenía que una buena teoría sería aquella que necesitara los mínimos postulados para explicar un hecho físico; así ocurrió con su teoría de la relatividad que fue obtenida mediante razonamientos matemáticos y análisis racional sin contar con una base experimental. A pesar de ello, las ecuaciones permitían deducir fenómenos comprobables. Karl Popper (1902-1994) Filósofo que sostiene que todo método científico alcanza únicamente respuestas provisionales, pues éstas siempre serán susceptibles de quedar obsoletas. Plantea el proceso del conocimiento como la proyección de conjeturas que deben ser sometidas a la falsación. Thomas Kuhn (1922-1996) Amplió la idea del conocimiento científico con el concepto de “paradigma”, mediante el cual que intenta unir al conjunto de axiomas y principios, los intereses y tradiciones con los que actúa la comunidad científica.

1.5. Clasificación de las ciencias En la actualidad se utilizan diversos criterios para clasificar a las ciencias. 

Según el objetivo que persiguen la ciencia se puede clasificar en: a) Ciencias básicas o puras: Cuyo interés principal es puramente cognoscitivo, como por ejemplo la Física, Biología, Antropología, etc. b) Ciencias aplicadas: Cuando el interés radica en la posible utilidad práctica del conocimiento resultante, como por ejemplo: La Ingeniería.

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Si tomamos en cuenta el objeto de estudio, la ciencia se puede clasificar en: a) Ciencias formales: basadas en ideas y conceptos que no existen en la realidad como la Lógica, las Matemáticas y la Semántica, y que por tanto no requieren de la experiencia contrastar sus leyes; 6

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b) Ciencias fácticas o factuales: Referidas a fenómenos, hechos y procesos de la realidad y que requieren de la constrastación empírica de sus leyes. Estas se pueden clasificar a su vez en: - Naturales: Física, Química, Biología - Sociales: Sociología, Economía - Mixtas: Psicología social, etc. (Bunge 1996) 

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De acuerdo a su grado de adelanto (nivel de sistematización, grado de desarrollo de sus métodos de estudio, nivel de comprobación de sus hipótesis, etc.) la ciencia puede clasificarse en a) Desarrolladas: como la Física b) Semidesarrolladas: Biología c) Atrasadas o Protrociencia: como la Economía, Sociología, etc. (Bunge, 1996). Ver gráfica: Otros autores plantean otra clasificación, basada en su objeto de estudio, según el cual las ciencias pueden dividirse en ciencias físico-naturales, ciencias humanas y ciencias sociales. (Sierra Bravo, 1984). En las primeras la realidad observable está conformada por toda la naturaleza y el universo, sin incluir al hombre y la sociedad, que son el objeto de estudio de las ciencias humanas y ciencias sociales respectivamente. Por último se tiene las ciencias empíricas basadas en la realidad observable y las ciencias no empíricas como las matemáticas y la lógica, también llamadas puras o formales pues su objeto de estudio no es observable en la realidad.

1.6 Características de la ciencia factual (Tomado de Bunge,M. 1972) a) Es fáctica, puesto que parte de los hechos, reflejados en datos empíricos, los analiza, los estudia, les busca una explicación en el marco de las teorías existentes o crea una nueva para tal fin. b) Es analítica, ya que descompone el objeto de estudio en sus partes componentes para llegar al conocimiento. Para la ciencia es imposible el análisis directo de la totalidad. c) Cada ciencia en particular estudia un aspecto específico de la realidad, en la medida en que el objeto de estudio se va volviendo más complejo surgen nuevos campos de la investigación y da lugar a una nueva ciencia; así desde la filosofía que era la única actividad intelectual de la antigüedad, han surgido todas las disciplinas que conocemos actualmente. d) El conocimiento científico es verificable, es decir todas las hipótesis o planteamientos científicos deben ser sometidos a contrastación; proceso que es válido para la muestra de estudio, ya que hacer un análisis para el 100% del universo demandaría demasiados recursos y tiempo, imposible de obtener. Es por esta razón que el conocimiento científico no es totalmente exacto, y siempre podrá ser enriquecido variando los límites de validez de las hipótesis o teorías. e) La ciencia es metódica, es decir basa la búsqueda de conocimiento en métodos elaborados por ella misma. Los métodos de intuición, si bien son importantes, no pueden llegar al conocimiento científico si no se enmarcan dentro del método de la ciencia. f)

El conocimiento científico es sistemático, es decir es un sistema de ideas relacionadas lógicamente entre sí (teorías, leyes, hipótesis, principios, conceptos). Este carácter sistemático permite el desarrollo de la ciencia no solo por acumulación gradual, sino también por revoluciones, cuando se produce la sustitución de leyes o hipótesis de gran alcance por otras nuevas que modifican todo el sistema de conocimientos establecidos.

g) La ciencia es explicativa, no se ocupa únicamente de la descripción de los fenómenos y como ocurren, sino también tata de explicar porqué ocurren de una manera y no de otra. h) El conocimiento científico es predictivo, procura explicar cómo ha sido el pasado, cómo es el presente y como será el futuro. Esta predicción no se debe interpretar como una profesión que carece de fundamento. Así por ejemplo: mientras que una profecía puede decir: “En el año 2010 ocurrirá un terremoto devastador en la ciudad de Chiclayo”; la predicción científica expresa: “Analizando los registros de las intensidades sísmicas producidos durante los últimos 100 años en la costa norte del perú, con un margen de error de 10%, indica que en los próximos años se podría producir en sismo de grado 8 en la escala de Richter en la ciudad de Chiclayo”. 7

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II. LA INVESTIGACION Y EL METODO CIENTIFICO 2.1. El método científico El método científico es el procedimiento que se sigue para contestar las preguntas de investigación que surgen sobre diversos fenómenos que se presentan en la naturaleza y sobre los problemas que afectan a la sociedad. Sus orígenes pueden hallarse desde la existencia del hombre racional, aunque recién con la aparición de los filósofos griegos (Siglo VI a.c) empieza a esbozarse una reflexión consciente sobre la ciencia. En una primera etapa se identifica la inducción, llegando a la manifestación más desarrollada de esta tendencia con F. Bacon. Para esta corriente, el conocimiento científico sólo puede provenir de los datos de la experiencia, apoyados en los cuales es posible llegar a generalizaciones. Posteriormente con Galileo, la experimentación pasó a ser el método fundamental de la ciencia; sin embargo, reconocer este método experimental como único procedimiento válido desconocería el carácter científico de aquellas disciplinas que no pueden utilizarlo por las peculiaridades de su objeto de estudio. Posteriormente, el carácter deductivo de la investigación se debe a los aporte de Descartes y posteriormente al desarrollo de la hipótesis, como una de las principales categorías del método y de la ciencia. Las hipótesis alcanzan un reconocimiento importante en el desarrollo de las ciencias naturales en el siglo XIX. Antes de esa fecha, Bacón, y el mismo Newton se negaban a aceptarla como una etapa del conocimiento científico. El propio Darwin, a mediados del siglo pasado, llego a negar el papel de la hipótesis en la investigación. (Velasquez, A. 2001). Finalmente, para definir el método científico, citaremos primero algunos conceptos de otros autores: 

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“Lo que hoy se llama método científico no es ya una lista de recetas para dar con las respuestas correctas a las preguntas científicas, sino el conjunto de procedimientos por los cuales a) se plantean los problemas científicos y b) se ponen a prueba las hipótesis científicas”, (M. Bunge. 1972) “El método científico, para la solución implica una experimentación controlada. Esto quiere decir que, aún a pesar de que un problema pueda resolverse mediante la aplicación de la observación empírica casual… no se ha llegado a una solución científica. Para ello se tiene que emplear dentro de un encuadre científico, la definición exacta, la medición y el control de las variables” (Goode, W.J.; Hatt P.K. 1971). Lo que no se puede medir no se puede controlar, si no se puede controlar no se puede administrar y si no se puede administrar no se podrá mejorar. “Bacon argumentó con energía que la deducción puede servir para las matemáticas pero no para la ciencia. Las leyes de esta última deben hallarse por inducción, esto es, deben establecerse como generalizaciones extraídas de una amplia cantidad de observaciones específicas. Esta ciencia experimental ya se había puesto en práctica pero Bacon le aportó el respaldo teórico, describiendo lo que hoy llamamos método científico”. (Asimov, I. 1989) Comúnmente se escucha decir que el método científico utiliza la inducción, es decir crea leyes a partir de la observación de los hechos, dando como general el comportamiento particul...