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  1. Problema de investigación Mag. Ciro Espinoza Montes

  2. Problemas y soluciones Lo desconocido Estado intermedio Estado intermedio Estado intermedio Estado actual Estado deseado Estado intermedio Estado intermedio Estado intermedio

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. 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

  12. 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.

  13. Atributos de los problemas Al variar uno de los 4 atributos principales de los problemas cambia el grado de dificultad del problema mismo Abstracción Dinamicidad Abstracción Problemas sencillos Inestructuración Complejidad Inestructuración Complejidad Dinamicidad Inestructuración Complejidad Abstracción Abstracción Dinamicidad Dinamicidad Complejidad Inestructuración Es decir, los problemas pueden cambiar su grado de dificultad en 4 direcciones.

  14. 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

  15. 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

  16. El proceso cognoscitivo en la solución de problemas Intelecto o mente como almacén de conocimientos Identificación Las operaciones intelectuales van generando nuevos conceptos en el intelecto en un proceso activo de búsqueda de soluciones Análisis Teorización Operaciones Intelectuales Activas Resolución Evaluación

  17. 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 Tipología de problemas

  18. 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

  19. 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

  20. 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 Algorítmicos Computacionales

  21. 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

  22. 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.

  23. 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

  24. 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

  25. 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

  26. 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.

  27. 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

  28. 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

  29. 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

  30. 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

  31. 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

  32. 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

  33. Modelo Datos Observación Objeto OBJETO Y MODELO

  34. OBJETOS DE INVESTIGACION Todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y en el tiempo: • Conceptos • Objetos • Sujetos

  35. Proceso de investigación Investigaciónconcluida Proceso deinvestigación Brecha de avance Avance de lainvestigación

  36. Proceso de investigación Identificación del problema Comunicación Formulación de hipótesis Diseño de la investigación Interpretación Nuevo conocimiento Observación (Laboratorio) Medición Investigación Caja negra, caja blanca, arquetipos, métodos creativos

  37. 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”

  38. Caja negra del objeto Objeto Salida Entrada Proceso: • La entrada es transformada en salida Salida: • Materia • Energía • Información Entrada: • Materia • Energía • Información

  39. Objeto Entrada Salida Variable independiente Variable dependiente Título y tema • Título: VI + VD + delimitación • Tema: Verbo + VD + para obtener + VD + delimitación.

  40. Matriz de funciones

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

  42. Caja blanca Aire Aísla Aísla Genera Electricidad Vidrio Filamento Luz Calienta Sostiene Alimenta Sostiene Base Sostiene Pie

  43. Metodología de innovación Filamento de tungsteno. Conductores de energía eléctrica Ampolla de vidrio Arco eléctrico Gas inerte Conductores de electricidad Tubos de vidrio. Genera luz, mediante la resistencia eléctrica del filamento. El filamento se quema. Generar luz, mediante un arco eléctrico en un ambiente de gas inerte. Mechero Combustible Ampolla de vidrio Lámparas ahorradoras consumen menos energía eléctrica y tienen mayor duración. La lámpara incandescente genera luz con el 10% de la energía que recibe y el resto se va en calor. No se había inventado la lámpara incandescente sino hasta 1879 (Tomas Alva Edison) Genera luz mediante combustible que arde en un material poroso Día Súper Noche 7 4 9 6 5 1 8 3 2 Genera luz Genera luz Sistema Genera calor Contamina Transportar Sub Arder Reflejar Presente Futuro Pasado

  44. Problema de investigación

  45. 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?

  46. 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?

  47. Proceso de investigación Identificación del problema Comunicación Formulación de hipótesis Diseño de la investigación Interpretación Nuevo conocimiento Observación (Laboratorio) Medición Investigación Caja negra, caja blanca, arquetipos, métodos creativos

  48. 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.

  49. 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.

  50. 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>.