Vicerrectoría Académica
Dirección Nacional de Innovación Académica

Unidad 1: Aspectos Generales del Diseño Experimental

Pasos de una Investigación Experimental

Formulación del Problema Estadístico 

En esta etapa se selecciona la(s) variable(s) respuesta(s) o variable (s) dependiente(s). El experimentador debe estar seguro que la respuesta que se va a medir realmente provee información útil acerca de la investigación.

Cada respuesta medible, está representada matemáticamante en un modelo lineal. La idea general de un modelo es expresar las observaciones generalmente denotadas por $y$, en términos de ``efectos'' que contribuyen a $y$. Esos efectos se pueden clasificar en tres categorías: Efectos de Tratamiento, Efectos de Diseño y Efectos de Error.

Los efectos de tratamientos, son un reflejo del efecto de diseño como también de los tratamientos simples o combinaciones de factores.

Los efectos de diseño, son determinados por el diseño de control de error, en particular, efectos debidos a las varias clases de bloqueo.

Los efectos de error, representan diferentes clases de variación aleatoria. Estos son: (1) el error experimental y (2) el error observacional.

Error Experimental. Una característica de todo material experimental es la variación. Asociada con la unidad experimental está el error experimental, este error es el reflejo de que las UE no son iguales. También podemos decir que es una medida de la variación existente entre las respuestas de las UE tratadas en forma similar. Contribuyendo al error experimental están:

a) El error de tratamiento, el cual resulta de cualquier falta de uniformidad en la realización física del experimento o en la replicación de un tratamiento. Por ejemplo, si se van a administrar 20 ppm de cierta sustancia, administramos 19 ó 21 ppm.

b) El error de estado.o variabilidad inherente al material al cual se aplican los tratamientos, el cual es debido a los cambios aleatorios en el estado físico de una UE. Por ejemplo, en un experimento de nutrición con ratas como material experimental, los individuos tendrán constitución genética diferente, ésta es una variabilidad inherente al material experimental o error de estado. Las ratas se colocarán en jaulas sujetas a diferencias de calor, luz y otros factores; esto constituye una falta de uniformidad en la realización física del experimento o error de tratamiento.


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Figura 1. Pasos lógicos de una investigación experimental

Al hacer inferencia estadística, ya sea por intervalos de confianza o pruebas de hipótesis, la magnitud del intervalo de confianza y el poder de la prueba estadística dependen en definitiva del estimador de la varianza del error experimental, llamado cuadrado medio del error,

MATH.

Así que para obtener intervalos cortos o alto poder la prueba se debe hacer todo esfuerzo posible para reducir el error experimental. Para lograr lo anterior debemos:

Manejar el material experimental de tal manera que se logre reducir los efectos debido a la variabilidad inherente.

Refinar la técnica experimental. Es responsabilidad del experimentador que se haga todo lo posible para asegurar una técnica cuidadosa porque ningún tipo de análisis estadístico puede mejorar los datos obtenidos de experimentos mal efectuados. La técnica defectuosa puede aumentar el error experimental de dos maneras:

i) Puede introducir fluctuaciones adicionales de una naturaleza más o menos aleatoria y, posiblemente, sujetas a las leyes del azar. Tales fluctuaciones, si son grandes, deberán revelarse por sí mismas en la estimación del error experimental, posiblemente mediante la observación del coeficiente de variación. Este es una medida de variación relativa y es utilizado para comparar la precisión de dos experimentos o de dos medidas.

ii) Mediante errores no aleatorios. Éstos no están sujetos a las leyes del azar y no siempre pueden detectarse mediante la observación de las medidas individuales. Se dispone de pruebas estadísticas para detectarlo.

La técnica defectuosa también puede producir medidas consistentemente sesgadas, lo que no afecta el error experimental en las diferencias entre las medias de tratamientos, pero sí a los valores de las medias de tratamientos.

En general la variación proveniente de una técnica deficiente no es aleatoria y no está sujeta a las leyes del azar, en la cuales se basa la inferencia estadística. Esta variación puede denominarse inexacitud, en contraste con la falta de precisión. Desafortunadamente, la exactitud en la técnica no siempre produce alta precisión ya que ésta también tiene que ver con la variabilidad aleatoria entre las unidades experimentales, la cual puede ser bastante grande.

El error experimental no puede detectar sesgos; estima la precisión o la repetibilidad de las medidas, pero no estima la exactitud.

Error Observacional. Se considera como parte del error observacional el error de medida, es decir, el error debido a la imprecisión de la medida o procedimiento de detección (aparatos) y el error de muestreo debido a la selección de las UE para la investigación.

Esquemáticamente el modelo lineal se puede escribir como

MATH

Situación 1

Concomitantemente con la elección del diseño estadístico se estableció el modelo estadístico teórico para cada situación, con el cual se representó cada respuesta obtenida. Así:

MATH

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Mendoza, H, Bautista, G. (2002). Diseño Experimental. Universidad Nacional de Colombia, http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000352/. Licencia: Creative Commons BY-NC-ND.