Introducción al Diseño Experimental

MVZ. Oscar Rolando Espinoza SandovalMSPAS

Agosto-2014

EL MÉTODO CIENTÍFICO

• “La ciencia es una estructura asentada sobre hechos", escribe J. J. Davies (1968) en su obra sobre el método científico

• Principios y procedimientos para la búsqueda sistemática del conocimiento abarcando el reconocimiento y formulación de un problema, la recolección de datos a través de la observación y la experimentación y la formulación y prueba de hipótesis

INDUCTIVISMO

• El inductivismo o método lógico inductivo es un método científico que elabora conclusiones generales a partir de enunciados observacionales particulares.

FALSACIONISMO• Es una corriente epistemológica fundada por el

filósofo austriaco Karl Popper (1902-1994). Para Popper, contrastar una teoría significa intentar refutarla mediante un contraejemplo.

• Chalmers, A. 1999 ¿Qué es esa cosa llamada Ciencia? Un estatuto actual de la ciencia y sus métodos.

CONCEPTOS DE DISEÑO EXPERIMENTAL

QUE ES UN EXPERIMENTO?

• Es una investigación planeada para obtener nuevos hechos o para confirmar o refutar resultados de experimentos anteriores.

• Un experimento ayuda a un investigador a obtener una respuesta a alguna pregunta o para hacer inferencia acerca de algún fenómeno.

• Para un estadístico, un diseño experimental es un conjunto de reglas utilizado para elegir las muestras de las poblaciones.

• Las reglas se definen por el mismo investigador, y deben ser determinadas de antemano.

QUE ES UN DISEÑO EXPERIMENTAL?

QUE ES UN DISEÑO EXPERIMENTAL?

• Un diseño experimental controlado es el arreglo de las unidades experimentales utilizado para controlar el error experimental, a la vez que acomoda los tratamientos.

UNIDAD EXPERIMENTAL

• La unidad experimental es la entidad física o el sujeto expuesto al tratamiento independientemente de otras unidades.

• La unidad experimental, una vez expuesta al tratamiento, constituye una sola réplica del tratamiento

• En algunos experimentos es imposible muestrear toda la unidad de muestreo es necesario tomar submuestras.

UNIDAD DE MUESTREO• La unidad de muestreo puede ser idéntica a la

unidad experimental o puede ser parte de la unidad experimental.

• Ej. Si aplicamos un tratamiento a una nave avícola la nave es la unidad experimental y cada ave es la unidad de muestreo.

Unidad Experimental

Unidad de Muestreo

TRATAMIENTOS• Son el conjunto de circunstancias creados para el

experimento, en respuesta a la hipótesis de investigación y son el centro de la misma.

Dietas de animalesProducción de variedades de cultivos

TemperaturasTipos de suelo y cantidades de nutrientes.

• En un estudio comparativo se usan dos o más tratamientos y se comparan sus efectos en el sujeto de estudio.

TRATAMIENTO CONTROL

El tratamiento de control es un punto necesario para evaluar el efecto de los tratamientos experimentales; existen diversas circunstancias en las que el tratamiento de control es útil y necesario

CONTROL-TESTIGO En algunas situaciones es necesario incluir dos tipos

de control distintos. Por ejemplo, el no tratamiento y el tratamiento placebo

pueden indicar el efecto de manipular la unidad experimental en ausencia de tratamiento.

FACTOR Y NIVELES DEL FACTOR Un factor es un grupo específico de tratamientos:

temperatura, humedad y tipos de suelo se consideran un factor cada uno VARIABLE INDEPENDIENTE

Las diversas categorías de un factor se denominan niveles del factor.

Factores Cualitativos y Cuantitativos El arreglo factorial de tres niveles de temperatura con tres

niveles de tipo de suelo consiste en 3 X 3 = 9 combinaciones de tratamiento factorial, que son:

REPLICACION

• Cuando un tratamiento es aplicado a mas de 1 unidad experimental el tratamiento es replicado.

• La réplica implica una repetición independiente del experimento básico.

ERROR EXPERIMENTAL• El error experimental describe la variación entre las unidades

experimentales tratadas de manera idéntica e independiente.

• Los distintos orígenes del error experimental son: La variación natural entre unidades experimentales

La variabilidad en la medición de la respuesta La imposibilidad de reproducir las condiciones del tratamiento

con exactitud de una unidad a otra La interacción de los tratamientos con las unidades

experimentales Cualquier otro factor externo que influya en las características

medidas.

BLOQUENIZACION• La bloquización proporciona control local del ambiente para

reducir el error experimental.• Las unidades experimentales se asignan a grupos

homogéneos, llamados bloques, y los tratamientos son, luego, asignados al azar dentro de los bloques.

• Cuatro importantes criterios para la bloquización;

Proximidad (parcelas vecinas) Características físicas (edad o peso)

Tiempo Administración de tareas en el experimento

VARIABLE DE RESPUESTA

• Es la variable de estudio, aquella cuyos cambios se desean estudiar

• Variable Dependiente

COVARIABLE

• Las covariadas son variables relacionadas con la variable de respuesta que nos interesa.

• La información de las covariadas se usa para establecer un control estadístico sobre la varianza del error experimental, mediante un procedimiento conocido como análisis de covarianza.

COVARIABLE

Fertilidad de las parcelasCosecha del año anterior en siembras perenes Pureza de la materia prima en un proceso químico;

todas pueden variar de una unidad a otra.

• Cualquier atributo medible y que pueda tener una relación estadística con la variable de interés primario, es un candidato para ajuste covariado.

ESTUDIO EXPERIMENTAL

• En este tipo de estudios se interviene, por ejemplo, aplicando deliberadamente una medida preventiva, como un tratamiento, o controlando la exposición de un animal a un factor como la temperatura.

ESTUDIO OBSERVACIONAL

• En este tipo de estudios solo se observan los animales estudiados y se llevan registros de las mediciones relevantes en aquellos animales.

Estudios EcológicosEstudios de PrevalenciaEstudios de Casos y ControlesEstudios de Cohortes o de Seguimiento

EL LEGADO DE RONALD FISHER

1. Introdujo la subdivisión de la suma de cuadrados conocido como análisis de varianza (ANOVA) (1923)

2. Introdujo los principios del bloqueo y la aleatorización así como el cuadro latino así como los experimentos split-plot y después con 2 tablas (ANOVA) (1925)

3. Promovió los experimentos factoriales (1926)

PRINCIPIOS DEL DISEÑO EXPERIMENTAL

• En 1926 publicó el primer resumen completo de sus ideas en el artículo "The Arrangement of Field Experiments" (Fisher, 1926); en ese importante artículo describió tres componentes fundamentales de los experimentos en el área de pruebas agrícolas:

• Control Local: de las condiciones de campo para reducir el error experimental

• Replicación: como un medio para estimar la varianza del error experimental

• Aleatorización: para obtener una estimación válida de esa varianza

1-CONTROL LOCAL• El control local describe las acciones que emplea un

investigador para reducir o controlar el error experimental, incrementar la exactitud de las observaciones y establecer la base de la inferencia de un estudio.

El investigador controla: Técnica

Selección de unidades experimentales homogeneas Bloquización o aseguramiento de la uniformidad de

información en todos los tratamientos Selección del diseño experimental adecuado

Medición de covariados.

2-REPLICACION

• Demuestra que se pueden reproducir los resultados, al menos bajo las condiciones experimentales actuales.

• Proporciona cierto grado de seguridad contra resultados anormales en el experimento, debidos a accidentes no previstos.

• Proporciona las medias para estimar la varianza del error experimental.

• Proporciona la posibilidad de aumentar la precisión en la estimación de las medias de los tratamientos.

3-ALEATORIZACION

• La aleatorización es la asignación aleatoria de tratamientos a las unidades experimentales.

• Fisher (1926) señaló que la sola aleatorización proporciona estimaciones válidas de la varianza del error para los métodos de inferencia estadística justificados para la estimación y pruebas de hipótesis en el experimento

PLANEACIÓN DE UNA INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL

• Al iniciar el estudio, el investigador sagaz desarrolla una lista de verificación de aspectos concretos.

Introducción al problema Definir los Objetivos

Una Pregunta a ser contestadaUna Hipótesis a verificarUn Efecto que va ser estimado

Materiales y Métodos; Escoger o Diseñar un Diseño Experimental

Recolección de datos (Empezar el Experimento)Análisis de los datosInterpretar los ResultadosConclusiones

PLANEACIÓN DE UNA INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL

Identificación de los factores que influyen y cuáles de ellos varían y cuáles permanecen constantes

Características a medir Procedimientos particulares para realizar las

pruebas o medir las características Número de repeticiones

Recursos y Materiales disponibles.

REFERENCIAS

I. Kaps, M., Lamberson, W. 2004. Biostatistics for Animal Science. CABI Publishing. Cambridge, MA, USA.

II. Petrie, A., Watson, P. 2006. Statistics for Veterinary and Animal Science. Blackwell Publishing. Oxford, UK.

III. Kuehl, R.O. 2000. Diseño de Experimentos Thomson Editores. México D.F.