Problema de investigación

Mag. Ciro Espinoza Montes

Problemas y soluciones

Estado actual

Estado intermedio

Estado intermedio

Estado intermedio

Estado intermedio

Estado intermedio

Estado intermedio

Estado deseado

Lo desconocido

Atributos variables

• Los problemas varían en– Conocimiento necesario para resolverlo

– Contexto en el que se presentan

– Proceso necesario para resolverlo

• Intelectualmente– Grado de estructuración

– Complejidad

– Dinamicidad

– Abstracción o especificidad de dominio

Grado de estructuración• Estructurados e Inestructurados

• Estructurados– Planteamiento completo, con los datos necesarios

– Se usan mucho en la educación formal

– Se usa en investigación

• Inestructurados– Ausencia de datos

– Informalidad del planteamiento

– Son los de la vida real

Bien estructurados

– Requieren un número limitado de• Conceptos, reglas y principios

– Su dominio es restringido

– Bien definido• Estado inicial• Objetivo o meta de solución

– Procedimiento de solución conocido

– Contienen todos los elementos

Grado de estructuración

• Inestructurados– También conocidos como perversamente

estructurados

– Son los más comunes en la vida diaria y profesional

– No se ajustan a un dominio de estudio• Son multidisciplinarios

– Su solución• No se puede predecir• No es convergente

– Contienen aspectos desconocidos

Solución a inestructurados

• Requieren conocimientos y técnicas de diversas ciencias

• Múltiples soluciones– O múltiples métodos de solución

– O ninguna solución

• Se aplica el criterio antes que la técnica– Múltiples criterios a veces

– Puede que no se conozca el criterio

• Se acude a la opinión

Grado de complejidad

• Se determina por– Número de cuestiones o planteamientos a

resolver– Número de funciones– Número de variables

• Y el grado de conexiones entre esas variables– El tipo de relaciones funcionales entre estos

aspectos• Y su estabilidad en el tiempo

Grado de complejidad

• También influye– Número, claridad y confiabilidad de los

componentes representados en el problema

• La dificultad de un problema es proporcional a su complejidad

• Los grados de complejidad y estructuración se traslapan

Traslape entre complejidad y estructuración• Usualmente

– Mayor complejidad implica menor estructuración

• Pueden existir– Problemas inestructurados y simples

• Elegir qué ropa ponerse

– Problemas bien estructurados y complejos• Jugar un video juego

Dinamicidad

• Problemas dinámicos– El entorno, las tareas, y sus factores cambian en el

tiempo

– Requieren adaptabilidad de quien resuelve

• Cambiar tácticas y técnicas

– Ejemplo:

• Innovar un softwar

• Problemas estáticos– No cambian factores en el tiempo

Abstracción o especificidad

• De dominio– También conocido como contexto

• Los problemas en un contexto se resuelven diferente en otro– Hay especialistas por contexto

• Ingenieros, matemáticos, políticos, médicos, etc.

• La cultura organizacional también influye– En una empresa resuelven de forma diferente que en

otra• O en diferentes municipios, familias, etc.

Atributos de los problemas

Problemas sencillos

Al variar uno de los 4 atributos principales de los problemas cambia el grado de dificultad del

problema mismo

Inestructuración

Complejidad

Dinamicidad Abstracción

Es decir, los problemas pueden cambiar su grado de dificultad en 4 direcciones.

Complejidad

Inestructuración

Abstracción

Dinamicidad

Complejidad

Inestructuración

Dinamicidad

Complejidad

Abstracción

Dinamicidad

Inestructuración

Abstracción

Resolución de Problemas

• Problema:– Algo desconocido que vale la pena conocer

• Resolver:– Cualquier secuencia de operaciones

cognitivas que buscan el mismo objetivo

• La solución:– Es primero conocida– Luego aplicada

El proceso cognitivo

• Construcción de un modelo mental del problema– Entender el problema

– También conocido como el espacio del problema

• Manipulación activa del modelo– Pensar, enfocar desde diferentes perspectivas,

componer y descomponer, adición y sustracción, prueba y error (en la mente), uso de herramientas.

• Conocimiento y actividad son recíprocos– Son procesos interdependientes

El proceso cognoscitivo en la solución de problemas

Intelecto o mente como almacén de

conocimientos

Evaluación

Resolución

Teorización

Las operaciones intelectuales van generando nuevos conceptos en el intelecto en un proceso activo de búsqueda de soluciones

Op

erac

ion

es I

nte

lect

ual

es A

ctiv

as

Análisis

Identificación

Tipología de problemas

• Problema de lógica

• Algorítmico

• Problema-historia

• Problema de uso de regla

• Toma de decisiones

• Apagafuegos (saca-clavos)

• Diagnóstico y solución

• Estrategia y desempeño

• Análisis de caso

• Diseño

• Dilemas

Problema de lógica

• Aplicación lógica– Manipulación de un número limitado de variables

• Ejemplos:– Resolver un rompecabezas

– Demostrar un teorema

• De particular interés para Ciencias de la Computación– Base de la matemática discreta, el cálculo de

predicados y el álgebra booleana

Algorítmico

• Aplicación de procedimientos– Secuencias de manipulaciones

– Aplicación de algoritmos a conjuntos similares de datos

– Producción de la respuesta correcta a partir de cálculos establecidos

• Ejemplos:– Aplicación de fórmulas

– Cálculos matemáticos• Derivadas, integrales, factorización, mínimo común

múltiplo

Algorítmicos Computacionales

• Tipos comunes por la estrategia de solución– Recursivos simples

– Avance y retroceso o backtracking

– Dividir y conquistar

– Programación dinámica

– Glotonería o greedy

– Ramificación y fronteras

– Fuerza bruta

– Ruta aleatoria

– Ascenso de colina

• Tipos comunes por la aplicación– De ordenamiento

– De búsqueda

– De inserción de elemento

– De eliminación de elemento

– De procesamiento de cadenas de caracteres

– Algoritmos geométricos

– Grafos

– Matemáticos

Problema-historia

• Implica desambiguación– Distinción de variables– Seleccionar y aplicar un algoritmo

• Ejemplo:– Problemas de física: “un automóvil se

desplaza…”– Construcción de esquema entidad-relación– Automatización de facturación

Problema de uso de regla

• Aplicación de procedimientos– Con restricciones o reglas

• Dadas las reglas:– Seleccionar el procedimiento adecuado

– Encontrar la mejor respuesta con esas reglas

• Ejemplos:– Problemas de optimización de producción

• Con restricciones de insumos, capital, horario, etc.

Toma de decisiones

• Usualmente requiere– Identificar los diferentes cursos de acción– Beneficios y limitaciones de cada curso– Definición de criterios de ponderación– Justificar la opción seleccionada

• Ejemplos:– ¿Qué automóvil comprar?– Selección de estrategia empresarial

Apagafuegos (saca-clavos)

• Examinar sistemas– Ejecutar procedimientos de prueba

– Evaluar resultados

– Plantear y confirmar hipótesis sobre fallas

– Estrategias comunes:• Reemplazo simple• Eliminación en serie• División espacial

• Ejemplos:– Interrupciones en sistemas con uno o más fallos

Diagnóstico y solución

• En general es encontrar y resolver fallas

• Seleccionar diferentes opciones de tratamiento– Con monitoreo constante

• Se necesita identificar bien el problema antes de aplicar la solución

• Ejemplos:– Problemas de auditoría

– Obtención de resultados incongruentes en sistemas complejos

Estrategia y desempeño

• Situaciones que requieren aplicar tácticas para conseguir objetivos estratégicos, con restricciones de tiempo– Optimizar el desempeño al mismo tiempo que se

monitorea el entorno

– Presencia de competidores que dificultan el desempeño

• Ejemplos:– Seguimiento de la estrategia empresarial

• Simulaciones de mercados, negocios, etc.

Análisis de caso

• Implican– Identificación de la solución

– Alternativas de acción

– Respaldo de opiniones con argumentos

• Ejemplos:– Coyunturas empresariales, políticas o

sociales, con buen respaldo documental y tiempo disponible para resolver

Diseño

• Consiste en– Identificar los objetivos

– Producir un artefacto

– Estructurar y articular el problema

• La solución es un artefacto

• A menudo los objetivos son vagos, las restricciones poco conocidas, y se requiere etapa de análisis– No hay soluciones buenas o malas

• Solo mejores o peores

• Ejemplos:– Proyectos de sistemas informáticos

– Otros proyectos de ingeniería

• Montaje de plantas de producción• Construcción de edificios

Diseño e Ingeniería

• El diseño se considera la actividad intelectual de ingeniería por excelencia

• La ingeniería es– Analizar científicamente una situación

• La ciencia de entender la situación actual

– Diseñar la situación deseada

– Construir la situación deseada de acuerdo al diseño

Dilemas

• Reconciliar cursos de acción– Cada uno con

• Diferente grado de complejidad• Resultados inciertos o impredecibles• Decisiones molestas y difíciles de tomar

– Usualmente perspectivas irreconciliables

• Ejemplos:– Estudiar o trabajar

– Cerrar una planta o relanzar el producto

Resumen

• La resolución de problemas es una habilidad básica de todo ser humano– La necesidad de resolver problemas ha estado presente en toda la

historia de la humanidad

• Desde la época de las cavernas, hasta la era espacial

• En el ingeniero esta habilidad está especialmente desarrollada– No solo en el ámbito de su especialidad

– También porque está acostumbrado a enfrentar todo tipo de problemas en los proyectos que desarrolla

• La educación formal usualmente utiliza los problemas para desarrollar el intelecto– Bien estructurados, poco dinámicos, algo complejos y específicos de

un dominio

– Este no es el tipo de problemas con que nos encontramos día a día

Resumen

• Los problemas pueden incrementar su dificultad en 4 direcciones– Grado de estructuración o inestructuración

– Complejidad

– Dinamicidad (variación en el tiempo)

– Abstracción

• La resolución de problemas es esencialmente un proceso cognitivo:– La solución primero se conoce y después se aplica

– El proceso tiene dos partes:

• Construcción del modelo cognoscitivo del problema• Manipulación activa del modelo

OBJETO Y MODELO

Modelo

Objeto

ObservaciónDatos

OBJETOS DE INVESTIGACIONTodo aquello que ocupa un lugar en el espacio y en el tiempo:

• Conceptos

• Objetos

• Sujetos

Proceso de investigación

Brecha deavance

Proceso deinvestigación

Avance de lainvestigación

Investigaciónconcluida

Proceso de investigación

Formulación de hipótesis

Diseño de la investigación

Inve

sti

ga

ció

n

Interpretación

Observación(Laboratorio)

Medición

Caja negra, caja blanca, arquetipos, métodos creativos

Identificación del problema

Nuevo conocimiento

Comunicación

Identificación del problema

• Debe identificarse el problema dentro de una situación problemática y definirlo.

• Para identificar un problema hace falta contar con un Marco Teórico.

• Un problema queda definido mediante una interrogante.

• “No se puede ver el problema si no se tiene marco teórico”

Caja negra del objeto

Entrada:

• Materia

• Energía

• Información

ObjetoEntrada Salida

Salida:

• Materia

• Energía

• Información

Proceso:

• La entrada es transformada en salida

Título y tema

• Título: VI + VD + delimitación

• Tema: Verbo + VD + para obtener + VD + delimitación.

ObjetoEntrada Salida

Variableindependiente

Variabledependiente

Matriz de funciones

Elemento Función

Elemento 1

Elemento 2

Elemento 3

Elemento 4

Sintetizar funciones

Elemento Primario Secundario

Elemento 1 X

Elemento 2 X

Elemento 3 X

Elemento 4 X

• Si elimino el Elemento N, ¿El objeto sigue cumpliendo con su función?

Caja blanca

Pie

Aire

Sostiene

Base

Filamento LuzVidrio

Aísla

Aísla

Calienta

Genera

Sostiene

Sostiene

Alimenta

Electricidad

Metodología de innovación

No se había inventado la lámpara incandescente sino hasta 1879 (Tomas Alva Edison)

5

La lámpara incandescente genera luz con el 10% de la energía que recibe y el resto se va en calor.

2

Lámparas ahorradoras consumen menos energía eléctrica y tienen mayor duración.

7

Genera luz mediante combustible que arde en un material poroso

4

Genera luz, mediante la resistencia eléctrica del filamento.El filamento se quema.

1

MecheroCombustibleAmpolla de vidrio

6

Filamento de tungsteno.Conductores de energía eléctricaAmpolla de vidrio

3

Arco eléctricoGas inerteConductores de electricidadTubos de vidrio.

8Pasado Presente Futuro

Sub

Sis

tem

aS

úper

Genera luz

Contamina

Día

Noche

Transportar

Arder

Reflejar

Genera luz

Genera calor

Generar luz, mediante un arco eléctrico en un ambiente de gas inerte.

9

Problema de investigaciónProblema Forma de pregunta Problemas

Descriptivo¿Cuáles las características de X1, X2, X3 que permite lograr Y?

Explicativo¿Porqué X1, X2, X3 permite lograr Y?

Experimental

¿Qué pasa con Y si se modifican las formas o estructuras de X1, X2, X3?

Aplicada

¿Cómo combinar las formas o estructuras de X1, X2, X3 para mejorar la eficiencia de Y?

Interrogante VI (X) Enlace Verbo VD (Y) Delimitación

Problema

• ¿Cuáles son las características se X para obtener Y?

• ¿Cuál es el efecto que tiene X en Y?

• ¿Qué pasa con Y si se modifica X1, X2,…?

• ¿Cómo combinar X1, X2, X3 para elevar la eficiencia de Y?

Verbo VI (X) Enlace Verbo VD (Y) Delimitación

Objetivo

• Describir las características se X para obtener Y.

• Explicar el efecto que tiene X en Y.

• Optimizar Y modificando X1, X2, X3

• Diseñar X para elevar la eficiencia (productividad) de Y?

Proceso de investigación

Formulación de hipótesis

Diseño de la investigación

Inve

sti

ga

ció

n

Interpretación

Observación(Laboratorio)

Medición

Caja negra, caja blanca, arquetipos, métodos creativos

Identificación del problema

Nuevo conocimiento

Comunicación

Formulación de hipótesis

• Se formula una posible solución al problema definido.

• Una respuesta tentativa a la pregunta formulada.

• Es una actividad creativa.

• Se trata de enunciar las suposiciones previas a la investigación en forma clara y pertinente.

Proceso lógico

VI (X) Enlace Proceso lógico

VD (Y) Delimitación

Hipótesis

• Si se describe las características de X, entonces se comprenderá Y?

• Si se determina las funciones de X , entonces se explicará Y.

• Si se modifica X1, X2, X3, entonces se optimizará Y

• Si se combinar X1, X2, X3, entonces se elevará la eficiencia de Y.

Resumen del plan de investigación• La investigación que se pretende realizar es

<tipo>. Se encuentra dentro de la línea <línea de investigación>, con el que se pretende <objetivo de investigación>. Para lo cual se <forma de recolección de datos>. Se utilizará el método <método a utilizar> con diseño <tipo de diseño>, los <elementos> de la muestra serán controlados en función de <variables de control>. Para la contrastación de la hipótesis se empleará la <estadístico>.

Gracias por su atención

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