Un experimento controlado es aquel en el que todo se mantiene constante excepto una variable. Por lo general, se toma un conjunto de datos como grupo de control, que suele ser el estado normal o habitual, y se examinan uno o varios grupos más en los que todas las condiciones son idénticas al grupo de control y entre sí, excepto una variable.

A veces es necesario cambiar más de una variable, pero todas las demás condiciones experimentales se controlan para que sólo cambien las variables que se examinan. Y lo que se mide es la cantidad de las variables o la forma en que cambian.

Los biólogos y otros científicos utilizan el método científico para formular preguntas sobre el mundo natural. El método científico comienza con una observación, que lleva al científico a formular una pregunta. A continuación, elabora una hipótesis, una explicación comprobable que responde a la pregunta.

Según Pronzato (2008), una hipótesis no es necesariamente correcta. Se trata de una "suposición" y el científico debe probarla para ver si es correcta. Los científicos comprueban las hipótesis haciendo predicciones: si la hipótesis \text XXstart text, X, end text es correcta, entonces \text YYstart text, Y, end text debería ser cierta. A continuación, realizan experimentos u observaciones para comprobar si las predicciones son correctas. Si lo son, la hipótesis está respaldada. Si no lo son, puede ser el momento de plantear una nueva hipótesis.

Ejemplo de experimento controlado

Supongamos que quiere saber si el tipo de suelo afecta al tiempo que tarda una semilla en germinar y decide organizar un experimento controlado para responder a la pregunta. Podrías coger cinco macetas idénticas, llenar cada una de ellas con un tipo de tierra diferente, plantar semillas de judías idénticas en cada maceta, colocar las macetas en una ventana soleada, regarlas por igual y medir el tiempo que tardan las semillas de cada maceta en brotar.

Se trata de un experimento controlado porque tu objetivo es mantener constantes todas las variables, excepto el tipo de tierra que utilizas. Tú controlas estas características.

Por qué son importantes los experimentos controlados

La gran ventaja de un experimento controlado es que puedes eliminar gran parte de la incertidumbre sobre tus resultados. Si no pudieras controlar cada variable, podrías acabar con un resultado confuso.

Por ejemplo, si plantaras diferentes tipos de semillas en cada una de las macetas, intentando determinar si el tipo de suelo afecta a la germinación, podrías descubrir que algunos tipos de semillas germinan más rápido que otros. No podría decir, con ningún grado de certeza, que la tasa de germinación se debe al tipo de suelo. También podría ser debido al tipo de semillas.

O, si hubieras colocado algunas macetas en una ventana soleada y otras en la sombra o hubieras regado algunas macetas más que otras, podrías obtener resultados mixtos. El valor de un experimento controlado es que proporciona un alto grado de confianza en el resultado. Sabes qué variable causó o no un cambio.

¿Todos los experimentos son controlados?

No, no lo son. Un ejemplo de un área en la que los experimentos controlados son difíciles es el de las pruebas en humanos. Digamos que se quiere saber si una nueva píldora dietética ayuda a perder peso. Puede reunir una muestra de personas, dar a cada una de ellas la píldora y medir su peso. Puede intentar controlar todas las variables posibles, como la cantidad de ejercicio que hacen o las calorías que consumen.

Sin embargo, tendrá varias variables no controladas, que pueden incluir la edad, el sexo, la predisposición genética a un metabolismo alto o bajo, el sobrepeso que tenían antes de empezar la prueba, si comen inadvertidamente algo que interactúa con el fármaco, etc.

Datos Disponibles

Los científicos intentan registrar la mayor cantidad de datos posible cuando realizan experimentos no controlados, para poder ver los factores adicionales que pueden estar afectando a sus resultados. Aunque es más difícil sacar conclusiones de los experimentos no controlados, a menudo surgen nuevos patrones que no habrían sido observables en un experimento controlado.

Por ejemplo, puede notar que el fármaco dietético parece funcionar en los sujetos femeninos, pero no en los masculinos, y esto puede llevar a una mayor experimentación y a un posible avance. Si sólo hubieras podido realizar un experimento controlado, quizá sólo con clones masculinos, habrías pasado por alto esta conexión.

¿Cómo se comprueban las hipótesis?

Cuando es posible, los científicos ponen a prueba sus hipótesis mediante experimentos controlados. Un experimento controlado es una prueba científica realizada en condiciones controladas, lo que significa que sólo se modifica uno (o unos pocos) factores a la vez, mientras que todos los demás se mantienen constantes.

En algunos casos, no hay una buena manera de probar una hipótesis utilizando un experimento controlado (por razones prácticas o éticas). En ese caso, un científico puede probar una hipótesis haciendo predicciones sobre los patrones que deberían verse en la naturaleza si la hipótesis es correcta. A continuación, puede recoger datos para ver si el patrón está realmente presente.

Grupos de control y experimental

Hay dos grupos en el experimento, y son idénticos excepto que uno recibe un tratamiento (agua) mientras que el otro no. El grupo que recibe el tratamiento en un experimento (aquí, la maceta regada) se llama grupo experimental, mientras que el grupo que no recibe el tratamiento (aquí, la maceta seca) se llama grupo de control. El grupo de control proporciona una línea de base que nos permite ver si el tratamiento tiene un efecto.

Variables independientes y dependientes

El factor que es diferente entre los grupos de control y experimental (en este caso, la cantidad de agua) se conoce como variable independiente. Esta variable es independiente porque no depende de lo que ocurre en el experimento. En cambio, es algo que el experimentador aplica o elige él mismo.

La variable dependiente en un experimento, según Box et al (2005), es la respuesta que se mide para ver si el tratamiento ha tenido efecto. En este caso, la fracción de semillas de judías que brotaron es la variable dependiente. Esta variable dependiente (fracción de semillas que brotan) depende de la variable independiente (la cantidad de agua), y no al revés.

Los datos experimentales (en singular: datum) son las observaciones realizadas durante el experimento. En este caso, los datos que recogimos fueron el número de brotes de judías en cada maceta al cabo de una semana.

Variabilidad y repetición

De las diez semillas de judías regadas, sólo salieron nueve. ¿Qué pasó con la décima semilla? Esa semilla puede haber estado muerta, no estar sana o simplemente haber tardado en brotar. Especialmente en biología (que estudia seres vivos complejos), a menudo hay variaciones en el material utilizado para un experimento -en este caso, las semillas de judías- que el experimentador no puede ver.

Debido a este potencial de variación, los experimentos de biología deben tener un gran tamaño de muestra e, idealmente, repetirse varias veces. El tamaño de la muestra se refiere al número de elementos individuales probados en un experimento, en este caso, 101010 semillas de judías por grupo. Tener más muestras y repetir el experimento más veces hace menos probable que lleguemos a una conclusión errónea debido a la variación aleatoria.

Los biólogos y otros científicos según Cresswell (2008), también utilizan pruebas estadísticas para ayudarles a distinguir las diferencias reales de las debidas a la variación aleatoria (por ejemplo, al comparar grupos experimentales y de control).

Estudio de caso de experimento controlado

Como ejemplo más realista de un experimento controlado, examinemos un estudio reciente sobre la decoloración de los corales. Los corales suelen tener diminutos organismos fotosintéticos viviendo en su interior, y el blanqueo se produce cuando éstos abandonan el coral, normalmente debido al estrés ambiental.

Muchas investigaciones sobre la causa del blanqueamiento se han centrado en la temperatura del agua

Sin embargo, un equipo de investigadores australianos planteó la hipótesis de que otros factores también podrían ser importantes. En concreto, probaron la hipótesis de que si las aguas del océano son más ácidas, también podrían favorecer el blanqueamiento

¿Qué tipo de experimento harías para comprobar esta hipótesis? Piensa en ello:

Cuáles serían tus grupos de control y experimental

Cuáles serían sus variables independientes y dependientes

Qué resultados predecirías en cada grupo

Pruebas de hipótesis no experimentales

Algunos tipos de hipótesis no pueden probarse en experimentos controlados por razones éticas o prácticas. Por ejemplo, una hipótesis sobre una infección vírica no puede probarse dividiendo a las personas sanas en dos grupos e infectando a uno de ellos: infectar a personas sanas no sería seguro ni ético. Del mismo modo, un ecologista que estudie los efectos de la lluvia no puede hacer que llueva en una parte de un continente, mientras mantiene otra parte seca como control.

En situaciones como éstas, los biólogos pueden utilizar formas no experimentales de comprobación de hipótesis.  A continuación, recoge y analiza los datos para comprobar si los patrones están realmente presentes.

Estudio de caso: El blanqueo de los corales y la temperatura

Un buen ejemplo de comprobación de hipótesis basada en la observación proviene de los primeros estudios sobre el blanqueamiento del coral. El blanqueo se produce cuando los corales pierden los microorganismos fotosintéticos que viven en su interior, lo que hace que se vuelvan blancos. Los investigadores sospecharon que la alta temperatura del agua podría causar el blanqueo, y probaron esta hipótesis experimentalmente a pequeña escala (utilizando fragmentos de coral aislados en tanques

Sin embargo, lo que más querían saber los ecologistas era si la temperatura del agua provocaba el blanqueo de muchas especies de coral en su entorno natural. Esta pregunta más amplia no podía responderse experimentalmente, ya que no sería ético (ni siquiera posible) cambiar artificialmente la temperatura del agua que rodea arrecifes de coral enteros.

Comprobación de Hipótesis

Para comprobar la hipótesis de que los eventos de blanqueo natural eran causados por el aumento de la temperatura del agua, un equipo de investigadores escribió un programa informático para predecir los eventos de blanqueo basándose en los datos de la temperatura del agua en tiempo real. Por ejemplo, este programa predeciría generalmente el blanqueamiento de un arrecife concreto cuando la temperatura del agua en la zona del arrecife superara su máximo mensual medio en 111

El programa informático fue capaz de predecir muchos episodios de blanqueo semanas o incluso meses antes de que se produjeran, incluido un gran episodio de blanqueo en la Gran Barrera de Coral en 1998.

El hecho de que un modelo basado en la temperatura pudiera predecir los episodios de blanqueamiento respaldó la hipótesis de que la alta temperatura del agua provoca el blanqueamiento en los arrecifes de coral naturales.

Preferencia musical en los perros

¿Tienen los perros un gusto musical? Puede que se lo haya planteado, y la ciencia también lo ha hecho. Aunque no lo crea, los investigadores han probado las reacciones de los perros a varios géneros musicales. Para organizar un experimento controlado como éste, los científicos tuvieron que tener en cuenta las numerosas variables que afectan a cada perro durante las pruebas. El entorno en el que se encuentra el perro cuando escucha música, el volumen de la música, la presencia de humanos e incluso la temperatura fueron variables que los investigadores tuvieron que considerar.

En este caso, el género musical era la variable independiente. En otras palabras, para ver si los perros cambian su comportamiento en respuesta a diferentes tipos de música, un experimento controlado tenía que limitar la interacción de las otras variables sobre los perros. Normalmente, un experimento de este tipo se lleva a cabo en el mismo lugar, con la misma iluminación, mobiliario y condiciones cada vez. Esto garantiza que los perros no cambien su comportamiento en respuesta a la habitación. Para asegurarse de que los perros no reaccionan a los humanos o simplemente al ruido de la música, no puede haber nadie más en la habitación y la música debe reproducirse al mismo volumen para cada género. Los científicos elaborarán protocolos para su experimento, que garantizarán el control de muchas otras variables.

Otra forma de realizar el experimento

Este experimento también podría dividir a los perros en dos grupos, probando la música sólo en uno de ellos. El grupo de control se utilizaría para establecer un comportamiento de referencia y ver cómo se comportan los perros sin música. A continuación, se podría observar al otro grupo y analizar las diferencias en el comportamiento del grupo. Al calificar los comportamientos en una escala cuantitativa, se puede utilizar la estadística para analizar la diferencia de comportamiento, y ver si era lo suficientemente grande como para ser considerada significativa. Este experimento básico se llevó a cabo con un gran número de perros, analizando su comportamiento con una variedad de géneros musicales diferentes. Se descubrió que los perros muestran comportamientos más relajados y tranquilos cuando suena un tipo de música específico. Se descubrió que los perros son los que más disfrutan del reggae.

El escorbuto en los marineros

A principios de 1700, el mundo era un lugar en rápida expansión. Se construían barcos y se enviaban a todo el mundo, llevando miles y miles de marineros. La mayoría de estos marineros se alimentaban con las dietas más baratas posibles, no sólo porque disminuían los costes de las mercancías, sino también porque los alimentos frescos son muy difíciles de mantener en el mar. Hoy sabemos que la falta de vitaminas y nutrientes esenciales puede provocar graves carencias que se manifiestan como enfermedades. Una de estas enfermedades es el escorbuto.

El escorbuto está causado por una simple carencia de vitamina C, pero sus efectos pueden ser brutales. Aunque los primeros síntomas sólo incluyen una sensación general de debilidad, la falta continuada de vitamina C provocará la ruptura de las células sanguíneas y de los vasos que transportan la sangre. El resultado es una fuga de sangre de los vasos. Finalmente, las personas se desangran internamente y mueren. Antes de que los experimentos controlados fueran habituales, un simple médico decidió abordar el problema del escorbuto. James Lind, de la Marina Real, ideó un sencillo experimento controlado para encontrar la mejor cura para el escorbuto.

Separó a los marineros con escorbuto en varios grupos. Los sometió a la misma condición controlada y les dio la misma dieta, excepto un elemento. Cada grupo fue sometido a un tratamiento o remedio diferente, tomado con su comida. Algunos de estos remedios incluían agua de cebada, sidra y un regimiento de naranjas y limones. Esto creó el primer ensayo clínico, o prueba de la eficacia de ciertos tratamientos en un experimento controlado. Lind descubrió que las naranjas y los limones ayudaban a los marineros a recuperarse rápidamente, y en pocos años la Marina Real había desarrollado protocolos para cultivar pequeñas verduras de hoja verde que contenían altas cantidades de vitamina C para alimentar a sus marineros.

Referencias Bibliográficas

Box, George E. P., et al. Statistics for Experimenters: Design, Innovation, and Discovery. Wiley-Interscience, a John Wiley & Soncs, Inc., Publication, 2005.

Creswell, John W. Educational Research: Planning, Conducting, and Evaluating Quantitative and Qualitative Research. Pearson/Merrill Prentice Hall, 2008.

Pronzato, L. "Optimal experimental design and some related control problems". Automatica. 2008.

Experimento Controlado

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