Investigación experimental: una guía para principiantes

Descubrir las relaciones causales mediante el uso de la investigación experimental

La investigación experimental es un tipo de estudio que se usa comúnmente en diseños de investigación científica, y es el enfoque principal utilizado para analizar las relaciones causales (causa/efecto) e investigar la relación entre una variable y la otra. Este tipo de investigación se conoce como prueba de hipótesis o un método de investigación deductiva [1] porque se utiliza para apoyar o refutar las hipótesis formuladas por el investigador para abordar una pregunta o problema específico [2 y 3].

A continuación, se proporciona una lista de terminología clave que se utiliza en la investigación experimental:

  • Variable independiente: se manipulará esta variable, que puede llamarse la «causa» o la variable de tratamiento.
  • Variable dependiente: esta variable es el «efecto» o el resultado de manipular la variable independiente. El punto crucial aquí es que el resultado debe ser medible.
  • Grupo experimental: es el grupo el que recibe el tratamiento.
  • Grupo de control: este es el grupo que permanece fijo, y al final, se compara con el grupo experimental.

Los diseños experimentales preexperimentales, cuasi-experimentales y verdaderos son los tres tipos básicos de diseños de investigación experimentales. Un tipo especial de diseño experimental está determinado por el grado en que el investigador asigna sujetos a las diferentes condiciones y grupos [4].

¿Qué es una investigación de tipo experimental?

Antes del experimento de inmersión en agua no destructiva, las muestras de carbón se secaron a 105-110 ° C durante 24 h usando un horno de secado por explosión (modelo 101-1b; Xinyi, Shanghai, China). Cabe señalar aquí que la temperatura de secado más alta tendrá un cierto efecto en la microestructura de las simples de carbón, y este efecto se puede estudiar en el futuro para reducir aún más el efecto de este factor en el experimento. Después de que se completó el secado de la muestra y la temperatura de la caja de secado se estabilizó a temperatura ambiente, la muestra de carbón se retiró de la caja y se pesó. Este peso representa la masa seca de la muestra de carbón. Posteriormente, las muestras secas fueron selladas y almacenadas. Luego, se seleccionaron nueve muestras de carbón para eliminar las impurezas y depósitos en la superficie de las muestras y garantizar la integridad estructural de la muestra. Luego, las pruebas de absorción de agua se llevaron a cabo en las muestras de carbón utilizando la máquina de pesaje continuo de contenido de agua de roca (Figura 1). Según los resultados de la investigación anteriores, el proceso de absorción de agua de las muestras de carbón se divide aproximadamente en tres etapas (Roshan et al., 2015; Yao et al., 2016): (1) una fase de absorción de agua rápida; seguido de (2) una etapa lenta de absorción de agua; seguido de (3) una etapa de estabilización gradual. Así que sopesamos la humedad del agua por hora durante las primeras 10 h de inmersión en el agua, y medimos la humedad del agua cada 3 h después de las 10 h. Cuando la diferencia de masa de la muestra antes y después del pesado era inferior a 0,01 g, se suponía que la muestra de carbón había alcanzado la saturación de agua. La compresión uniaxial y las pruebas de emisión acústica se llevaron a cabo simultáneamente. El modo de carga de prueba fue la carga de desplazamiento y la velocidad de carga fue de 0.5 mm/min. La carga se aplicó a la muestra de carbón hasta que la muestra falló. Se utilizaron un total de ocho sondas de emisión acústica; Cada sonda se colocó a una distancia de 10 mm desde las caras superior e inferior de la muestra. La disposición de la sonda se muestra en la Figura 7. Los parámetros del umbral de detección se establecieron en PDT = 50 μs, HDT = 200 μs y HLT = 300 μs. El umbral de detección fue de 40 dB y el aumento fue de 40 dB.

En la Figura 3 se muestra la relación observada entre la duración y la frecuencia de la inmersión del agua y el contenido de humedad de las muestras de carbón.

Figura 3. Contenido de humedad de las muestras de carbón frente a (a) Duración de la inmersión del agua y (b) frecuencia de inmersión en el agua. W indica el contenido de humedad de la muestra de carbón (en %); t es el tiempo de inmersión del agua (en H); X es el número de inmersiones; y R2 ​​es el coeficiente de correlación de la curva ajustada.

De la Figura 3, se puede ver que existe una relación exponencial entre el contenido de humedad de las muestras de carbón y la longitud y la frecuencia de la inmersión del agua; Con el aumento del tiempo de inmersión y la frecuencia de inmersión, el contenido de agua primero aumenta rápidamente, y luego este aumento se desacelera. Los coeficientes de correlación de las dos curvas ajustadas están cerca de 1, lo que indica que los datos experimentales están bien ajustados.

Como se muestra en la Figura 3A, el proceso de absorción de agua se divide en tres etapas: (1) una etapa de absorción de agua rápida (0∼10 h); (2) una etapa lenta de absorción de agua (10∼30 h); y (3) una etapa de absorción de agua estable (≥30 h). El contenido de humedad saturado de la muestra de carbón de prueba es del 9.17%. En la etapa 1, el contenido de agua de la muestra de carbón aumenta rápidamente; En la etapa 2, la tasa de absorción de agua de la muestra de carbón disminuye gradualmente; Y en la etapa 3, el contenido de agua de la muestra de carbón no cambia sustancialmente. En la etapa inicial de la inmersión del agua, las sustancias hidrofílicas y los poros primarios y las fisuras absorben el agua. En la etapa posterior, a medida que las muestras de carbón continuaron absorbiendo agua, el debilitamiento del agua crea más poros y fracturas y absorbe agua nuevamente hasta la saturación. Basado en los cambios observados del contenido de agua de las muestras de carbón con un tiempo de inmersión creciente, se seleccionaron tres muestras de carbón con tiempos de inmersión de agua de 5, 10 y 30 h para pruebas adicionales; El contenido de agua de estas muestras fue de 3.79, 6.10 y 9.17%, respectivamente.

¿Qué es la investigación experimental y sus características?

La característica principal que distingue la investigación experimental de otros tipos de investigación es que el investigador manipula la variable independiente. Hay una serie de diseños de grupos experimentales en investigación experimental. Algunos de estos califican como investigación experimental, otros no.

  • En una verdadera investigación experimental, el investigador no solo manipula la variable independiente, sino que también asignó a los individuos al azar a las diversas categorías de tratamiento (es decir, control y tratamiento).
  • En la investigación casi experimental, el investigador no asigna al azar sujetos a grupos de tratamiento y control. En otras palabras, el tratamiento no se distribuye entre los participantes al azar. En algunos casos, un investigador puede asignar aleatoriamente un grupo completo al tratamiento y un grupo completo para controlar. En este caso, la investigación cuasi-experimental implica el uso de grupos intactos en un experimento, en lugar de asignar individuos al azar a las condiciones de investigación. (Algunos investigadores definen esta última situación de manera diferente. Para nuestro curso, permitiremos esta definición).
  • En la investigación comparativa causal (ex post facto), los grupos ya están formados. No cumple con los estándares de un experimento porque la variable independiente en no manipulada.

Las estadísticas por sí mismas no tienen sentido. Solo adquieren significado dentro del diseño de su estudio. Si solo examinamos las estadísticas, el pan puede ser mortal.

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