Descrição das várias atividades relacionadas a pesquisa científica.

1. Metodologia
da
Pesquisa
Cien1fica
Aula
04:
A8vidades
Cien1ficas
Professor:
Alexandre
Duarte
Web:
h5p://alexandre.ci.ufpb.br/ensino/mpc

2. Em
um
sábado...
• Um
pesquisador
na
Inglaterra
inicia
uma
série
de
experimentos
que
alterarão
nosso
entendimento
sobre
a
composição
da
matéria
• 10
dias
depois,
em
17
de
Fevereiro,
começa
uma
nova
era
na
Física...
• Tudo
que
se
conhecia
até
17
de
Fevereiro
agora
passa
a
ser
“a
pré-­‐história
da
Psica”
e
o
que
se
descobrir
a
parRr
dai
será
a
“história
da
Psica”

3. Chadwick
e
o
Neutron
• 18
de
Janeiro:
Curie
e
Joliot
relatam
a
emissão
de
prótons
a
parRr
de
um
bombardeamento
de
raios
gama
• 5
de
Fevereiro:
Chadwick
lê
o
relatório
publicado
por
Curie
e
Joliot
• 7
de
Fevereiro:
Chadwick
inicia
seus
experimentos
• 17
de
Fevereiro:
Chadwick
submete
um
arRgo
para
Nature
• Chadwick
recebe
o
Prêmio
Nobel
de
Física
3
anos
depois!

5. Chadwick
e
o
Neutron
• Conjecturado
por
Rutherford
em
1920
• Experimentos
realizados
por
Curie
e
Joliot
• Publicação
de
relatório
com
resultados
experimentais
• Experimentos
adicionais
realizados
por
Chadwick
• Uso
da
teoria
existente
para
idenRficar
uma
anomalia
nas
observações
• IdenRficação
de
uma
falha
na
teoria
existente
• Proposição
de
uma
nova
teoria
(hipótese
existencial)
para
explicar
os
resultados
experimentais

6. Em
que
você
gasta
a
maior
parte
do
seu
tempo
quando
está
fazendo
pesquisa
?

8. Mas
isso
não
é
tudo
• Revisar
a
literatura
• Obter
recursos
• Construir
infraestrutura
(soiware,
laboratório,
etc)
• Formar
estudantes
• Estabelecer
relações
profissionais
• Revisar
arRgos

9. Construa
um
algoritmo
ou
sistema
• Muito
do
que
achamos
ser
“fazer
ciência
da
computação”
trata-­‐se,
na
verdade,
de
construir
a
infraestrutura
para
podermos
fazer
ciência
da
computação
• Exemplos
incluem
– Compiladores
– Protocolos
de
rede
– Algoritmos
de
aprendizagem
de
máquina
– ...

10. Elabore
uma
questão
de
pesquisa
• IdenRfique
uma
questão
de
pesquisa
sobre
a
qual
uma
hipótese
possa
ser
formulada
• Estas
hipóteses
geralmente
versão
sobre
– Algoritmos
– Tarefas
– Ambientes
• Enquanto
as
questões
abordam
– Elementos
individuais
– Como
a
mudança
em
um
elemento
afeta
outro
– Comparação
de
dois
ou
mais
elementos
em
relação
a
algo
constante

11. Estabeleça
uma
conjectura
• Formule
uma
hipótese
ou
tente
prever
o
resultado
de
um
experimento
• Tipos
de
hipóteses
– Simples
(2
variáveis)
x
Complexas
(n
variáveis)
– AssociaRva
x
Causal
• Baixos
níveis
de
X
(VI)
estão
associadas
a
um
aumento
em
Y
(VD)
• Uma
diminuição
no
nível
de
X
(VI)
causa
um
aumento
em
Y
(VD)
• É
sempre
melhor
ter
múlRplas
hipóteses
para
explicar
uma
única
observação

12. Estabeleça
uma
conjectura
• O
que
é
uma
boa
conjectura
?
– Falsifiable
– Importante,
caso
seja
verdade
– Consistente
com
observações
existentes
– Algo
não-­‐trivialmente
verdadeiro
• Exemplos
– Estrutura
do
DNA
– Tabela
periódica
de
Medeleev

13. Estabeleça
uma
conjectura
• Dimitri
Medeleev
• Previu
a
existência
e
propriedades
de
quatro
elementos
previamente
desconhecidos
– Gallium
– Scandium
– TechneRum
– Germanium

14. Colete
dados
• Observações
“naturalistas”
– Desempenho
de
um
roteador
em
uma
rede
real
• Observações
selecionadas
cuidadosamente
– Projeto
quasi-­‐experimental
• Experimentos
• Conjuntos
de
experimentos
previamente
publicados
– Meta-­‐análise

15. IdenRfique
relacionamentos
entre
as
variáveis
• Base
para
hipóteses
associaRvas
e
causais
• Muitas
variações
–
A
mais
comum
é
relacionar
duas
variáveis
conrnuas
– Relacionamentos
não-­‐lineares
– Mais
de
duas
variáveis
– Variáveis
discretas
• EnfaRza
a
importância
de
uma
análise
exploratória

16. IdenRfique
relacionamentos
entre
as
variáveis

17. Unifique
teorias
previamente
separadas
• SinteRze
múlRplas
teorias
em
uma
única
• Por
que
isto
é
úRl
?
– Simplicidade:
Por
que
ter
duas
teorias
quando
uma
é
suficiente?
– Expansão
de
evidências
e
métodos:
Evidências
e
métodos
das
duas
áreas
podem
ser
uRlizados
para
examinar
a
teoria
– Correção
de
erros
mais
rápida:
se
uma
das
teorias
for
refutada
será
fácil
saber
que
a
outra
também
deve
ser

18. IdenRfique
exceções
importantes
• Exceções
devido
a
causas
triviais
(erro
experimental,
...)
• Classificações
incorretas
de
fenômenos
observados
previamente
• Reconhecimento
de
novas
subclasses
de
problemas
que
podem
exigir
uma
teoria
diferente
• Uma
completa
revisão
da
teoria

19. The
most
exci8ng
phrase
to
hear
in
science,
the
one
that
heralds
new
discoveries,
is
not
‘Eureka!’
(I
found
it!)
but
‘That's
funny
...’”
-­‐
Isaac
Asimov

20. Descubra
uma
prova
existencial
• Levemente
diferente
de
idenRficar
uma
exceção,
porém
geralmente
relacionado
a
um
fenômeno
para
qual
ainda
não
existe
uma
teoria
• ObjeRvos
– Descrever
o
novo
exemplo
da
formas
mais
precisa
e
completa
possível
– Encontrar
outros
exemplos
que
comparRlhem
das
mesmas
caracterísRcas
– Tentar
generalizar
as
observações
e
descrever
uma
classe
de
problemas

21. Determine
um
novo
teste
de
hipótese
• ObjeRvo:
Maximizar
a
probabilidade
de
refutação
(caso
a
hipótese
seja
falsa)
• Importante
quando
– Pesquisa
independente
de
trabalhos
anteriores
• Experimentos
ou
arcabouço
teórico
diferentes
• Dados
diferentes
– Pesquisa
simular
mas
melhor
que
as
tentaRvas
anteriores
• Maior
acurácia
• Melhor
controle

22. Projete
um
experimento
• Especifique
um
algoritmo,
tarefa
e
ambiente
• IdenRfique
as
variáveis
dependentes
e
independentes
mais
importantes
e
técnicas
de
medição
apropriadas
• URlize
um
método
experimental
– Controle
ou
varie
aleatoriamente
os
valores
das
variáveis
independentes
(potenciais
fontes
da
variação)
– Use
replicação
e
modelagem
para
maximizar
o
valor
dos
dados
coletados
• Teremos
aulas
em
breve
sobre
este
(e
outros)
tópico(s)

23. Formule
uma
técnica
ou
métrica
de
medição
• Surpreendente
comum
em
descobertas
cienrficas
• Exemplo
– Wa5s
&
Strogatz:
Coeficiente
de
clusterização
e
comprimento
do
caminho

24. Outras
aRvidades
• Derive
uma
prova
teórica
• Execute
um
experimento
• Compare
os
resultados
de
teoria
e
experimentos
• Encontre
falhas
em
experimentos/provas
• Use
uma
teoria
para
explicar
uma
observação