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Aula 2: O Método
Científico
Introdução
Platão e Aristóteles (sec V aC)
Isaac Newton (sec XVI)
O que é Ciência?
O que chamamos de conhecimento científico?
Como separar a Ciência da pseudo-ciência?
O desafio da Astrologia
“Uma época da sua vida vem
chegando ao fim. Você acha que
ultrapassou a pior parte, mas ainda há
que melhorar e conseguir a
estabilidade de suas conquistas”.
A Astrologia é uma teoria científica?
A Astrologia é uma Ciência?
A Astrologia é uma Ciência porque...
possui métodos e técnicas estabelecidas
Tem teorias e objeto definido
Cada pessoa tem um mapa astral...
A Astrologia é uma Ciência?
A Astrologia não é uma Ciência
Falta aprovação científica
Qual é a capacidade preditiva?
Quanto mais genérico, menos verificável
Mesmas observações levam a teorias incompatíveis
Mesma teoria leva a diferentes predições
Impossibilidade de separar o observador do fenômeno observado
A Astrologia é uma Ciência?
Poder explicativo
Teoria científica precisa dizer porque algo acontece, e não
apenas o que acontece...
Resultado precisa ser validado...
Como se vai saber que o “uma época da vida está chegando ao
fim?”
A Astrologia é uma Ciência?
Teoria Científica
Diz o que não pode acontecer.
Validade e precisão
Limitação da nossa capacidade de explicação
Produz o avanço do conhecimento
Eu sei hoje mais do que sabíamos ontem...
E o caso da psicologia freudiana?
O inconsciente existe?
A psicologia freudiana é uma ciência?
Poder explicativo amplo demais
Existe algum comportamento que não pode ser explicado por uma
combinação de Id, Ego e super-ego?
“Eu era infeliz e não sabia...”
O caso da psicologia freudiana
Tema-chave da pesquisa científica
Neurociência
Como é que, de um conjunto de neurônios e conexões, emerge
o fenômeno da consciência?
“Em busca de Espinosa” (Antônio Damásio)
Psicologia freudiana
Colocou em evidência questões científicas
Provoca problemas científicos não-resolvidos?
O que é Ciência?
Isaac Newton (sec XVI)
Lei da Gravitaçao Universal
Busca de explicação racional do universo
Teoria científica
Capaz de explicar um parte do mundo
A Ciência avança…
Gravitação Universal
fenômeno instantâneo
Relatividade Geral
A velocidade da luz é o
limite de transmissão
O que é Ciência?
Começamos na ignorância…
“Tudo é água”, Tales de Mileto
…e acabamos construindo respostas plaúsiveis
Tabela periódica dos elementos químicos
DNA como base de reprodução
A Visão de Popper
Karl Popper
Filósofo da ciência mais influente do século XX
Questão central
Problema da demarcação
Separar ciência da não-ciência
A Visão de Popper: Conjecturas e
Refutações
Teorias como conjecturas
Teorias devem poder ser sujeitas a testes
Afirmações plausíveis sobre o universo
Podem ser submetidas a testes críticos
Nunca podemos saber se são verdadeiras ou não
Uma teoria deve ser refutável!!
Conduzir um experimento que possa rejeitar esta teoria
Teoria tem de ser capaz de fazer predição
Observações da realidade são experimentos da teoria
Teoria e Observações
Teste de uma novo remédio
Observar as órbitas dos planetas
Observar o comportamento de ratos em laboratório
Arquivo de todas as posições dos planetas a cada dia
Tycho Brahe
Teoria de Copérnico/Newton/Kepler/Galileu é maior que
as observações dos planetas
Observações de Brahe foram fundamentais para reforçar a
teoria
O Método Científico: visão idealizada
Problema
Questões
Observações
Hipóteses
Metodologia
Refutação/
Experimento
Analise
Não-refutação
O metodo científico
O Método Científico em Cinco Partes
Observação
Hipótese
Formular uma hipótese a partir da análise dos dados
Previsões
Entender seu objeto de estudo tanto quanto sua capacidade de
observação permite
Usar a hipótese para predizer os resultados de novas observações
Experimento
Desenvolver experimentos para testar suas predições.
Repetir os passos de predição e experimentação até reduzir
discrepâncias entre teoria e observações.
Teoria
Construir uma teoria que provê um conjunto coerente de proposições
que explicam uma classe de fenômenos.
O que é um problema?
Algo que não pudemos explicar
Problemas
•
•
•
•
Como os planetas se movem?
O que causa o cólera?
O que causou a extinção dos dinossauros?
Ë possível colorir qualquer mapa com apenas 4 cores?
A ciência é um processo de solução de problemas.
O que é a explicação científica ?
Desenvolvimento de uma teoria que prevê os fenômenos
observados
Geoinformação ofere um tipo especial de explicação:
conhecimento como construção.
Os programas são teorias formais de explanação de
fenômenos sociais e naturais.
(re)usáveis em experimentos
Compreensíveis
O que é uma hipótese ?
A semente de uma nova teoria para resolver o
problema.
Examplos
•
•
•
•
Os planetas giram em torno do Sol
Cólera é transmitido ao beber água contaminada
Os dinossauros desapareceram por uma mudança
climática causada pela queda de um asteróide
Qualquer mapa pode ser colorido com um máximo de 4
cores.
O que é um experimento?
Um teste reprodutível da hipótese
Examplos
•
•
•
•
Calcular e observar as posições dos planets
Analisar a conexão entre as fontes de água potável e
os casos de cólera
Encontrar evidências para o impacto do meteorito
Estabelecer um procedimento formal que permita
colorir qualquer mapa
O método científico na prática
Hipóteses precisam ser refutáveis
(o que nem sempre é o objetivo do trabalho)
Os experimentos precisam ser reprodutíveis
Os resultados precisam ser comunicados
Os métodos e resultados precisam ser criticados
„war stories“ não são científicas
Como achar um bom problema
Definir seu problema é a parte mais difícil
Seja modesto!
Concentre-se em achar um problema bemdefinido
Clareza é fundamental (i.e., escrever sempre!)
Como projetar experimentos
Requisitos de uma boa metodologia
fornecer
evidências a favor e contra a
hipótese
incluir
ser
um ou mais experimentos
inovadora no caso de um doutorado
Escopo de Atuação
Programas de pos-graduação
Sensoriamento Remoto
Computação Aplicada (Ciência da Computação)
Algumas questões
O Sensoriamento Remoto é uma ciência ou uma técnica?
Qual o fundamento metodológico de uma tese em SR?
A Computação é uma ciência ou uma técnica?
Qual o fundamento metodológico de uma tese em CC?
Tipos de Pesquisa
Nem toda pesquisa é feita da mesma forma
Os métodos de pesquisa são bem diversos dependendo
do campo de conhecimento
Quais são os tipos mais comuns de pesquisa no
ambiente do INPE?
Sensoriamento Remoto
Remote Sensing involves gathering data and information
about the physical "world" by detecting and measuring
radiation, particles, and fields associated with objects
located beyond the immediate vicinity of the sensor
device(s).
Remote Sensing is a technology for sampling
electromagnetic radiation to acquire and interpret nonimmediate geospatial data from which to extract
information about features, objects, and classes on the
Earth's land surface, oceans, and atmosphere.
Sensoriamento Remoto
Conhecer física do imageamento
Conhecer objetos estudados
Tipo do sensor
Comportamento espectral do alvo
Domínio do conhecimento – disciplinas específicas
Características dos objetos
Problema da resolução temporal
Objetos interessantes – variam no tempo
Imagem é uma retrato num instante de tempo
Sensoriamento Remoto: Ciência ou Técnica?
Ciência do Sensoriamento Remoto
Comportamento Espectral de Alvos
Física de Radiação
Construção de Detectores e Sensores
Análise de Desempenho dos Sensores
Processamento de Imagens de Sensores Remotos
Aplicações Emergentes
Imagens Superespectrais e hiperespectrais
Organização tradicional de Teses em SR
Introdução
Revisão Bibliográfica (opcional)
Descrição da Área de Estudo
Materiais e Métodos
Resultados
Conclusões e Estudos Futuros
Até que ponto esta organização reflete um trabalho
científico ou um simples relatório de projeto?
Estrutura das teses de SR
Justifica o artigo “Is the scientific paper a fraud?”
A tese de Sensoriamento Remoto (na forma inpeana
dos orientadores) é uma fraude!
Apresenta a metodologia como uma “inspiração divina”
Fraude conceitual: não explica o que realmente
aconteceu!
Consequência: leitor (aluno) não consegue entender
como o trabalho foi feito.
Organização melhorada de Teses em SR
Introdução
Metodologia
Problema científico (questão e contribuição esperada)
Revisão bibliográfica
Indicação da contribuição da tese
Experimento (Estudo de Caso)
Descrição da Área de Estudo (Materiais)
Conclusões e Estudos Futuros
Separar materiais e métodos!
Vantagem: contribuição teórica fica destacada
O que fazer se seu orientador é conservador?
Melhorar a estrutura padrão
Escrever a introdução como muito cuidado
Separar os materiais e métodos
Destacar sua contribuição
Coloque os métodos antes dos materiais
Dê o paper do Medawar para o orientador ler!
Temas de Trabalho
Sensoriamento Remoto
Geoinformação
Experimentação com dados em campo
Organização de dados e conceitos
Computação
Construção de artefatos
Exemplos de Temas de Tese
Murilo: Áreas de Risco para Raiva em Áreas Rurais
Explicar a ocorrência da raiva através da análise espacial da
distribuição dos morcegos hematófagos e dos animais afetados
Marcelo: Análise da Criminalidade em São Paulo
A partir de indicadores intra-urbanos, é possível determinar
áreas de risco para certos tipos de criminalidade
Hipótese implícita: seu processo de análise permitirá ter acesso
a dados socioeconômicos que até pouco tempo não estavam
disponíveis e poderemos mudar as conjecturas sobre
criminalidade
Exemplos de Temas de Tese
Delano: Prospecção de Hidrocarbonetos na Amazônia
“Utilização da imagem TM integrado num ambiente de
geoprocessamento para identificação de possíveis áreas de
petróleo e gás”
Hipótese
É possível observar fenômenos naturais de forma indireta pelos
seus efeitos sobre outras propriedades do ambiente (relação
causa-efeito)
Através de uma medida multiespectral é possível discriminar
entre diferentes fenômenos naturais porque as características
físico-quimicas dos materiais são diferentes para diferentes
comprimentos (causa-efeito)
Cadeia de relações de causa-efeito
Conjectura - modelo prospectivo (sofisticado) representável
computacional
Estrutura de Teses em Computação
Computation is synthetic in the sense that many of the
phenomena computer scientists and engineers study are
created by humans rather than occurring naturally in the
physical world.
Fred Brooks
When one discovers a fact about nature, it is a contribution per
se, no matter how small. Since anyone can create something
new [in a synthetic field], that alone does not establish a
contribution. Rather, one must show that the creation is “better”.
Estrutura de Teses em Computação
Brooks noted that researchers in a synthetic field must
establish that their creation is better.
“Better” can mean many things
“solves a problem in less time,”
“solves a larger class of problems,”
“is more efficient of resources,”
“is more expressive by some criterion,”
“is more visually appealing in the case of graphics,”
“presents a totally new capability,” etc.
Estrutura de Teses em Computação
A key point about this type of research is that the “better” property is
not simply an observation. Rather, the research will postulate that a
new idea — a mechanism, process, algorithm, representation,
protocol, data structure, methodology, language, optimization or
simplification, model, etc. — will lead to a “better” result.
For researchers in the field, making the connection between the idea
and the improvement is as important as quantifying how much the
improvement is. The contribution is the idea, and is generally a
component of a larger computational system.
De que vale a integração num ambiente de
geoprocessamento?
É o ponto principal dos trabalhos (raiva, homícidios,
detecção de hidrocarbonetos)?
Qual o papel da “integração num ambiente de
geoprocessamento”?
Ferramenta de observação e de inferência
Vai dar para determinar um modelo de risco para a raiva
O que acontece quando passamos dos conceitos para
um modelo de dados computacional?
Transformar visão de mundo em idéias
Transformar idéias em modelo quantitativo formal (escolha de
uma representação computacional)
De que vale a integração num ambiente de
geoprocessamento?
O que há de comum entre raiva, homicídios e óleo?
Construção de um modelo de dados para representar
computacionalmente um fenômeno
Escolha de atributos (baseados em pressupostos)
Escolha de representação do espaço
Escolha de procedimentos computacionais que geram uma
superficie de resposta (partição do espaço)
Análise do resultado (refutabilidade)
Conhecimento como construção
Materialização de conceitos em modelos de inferência
Grande número de pressupostos (devem ser evidenciados)
Pesquisa Teórica ou Pesquisa Aplicada?
“Minha convicção pessoal é que a separação do
trabalho teórico da prática é artificial. Muito do trabalho
prático feito em Computação não tem solidez porque as
pessoas que o fazem não tem uma compreensão
objetiva dos princípios fundamentais de sua área. Boa
parte da pesquisa teórica e abstrata é estéril por não ter
ponto de contacto com a realidade. Todos os grupos de
pesquisa em Computação deveriam criar uma atmosfera
em que esta separação não venha a ocorrer”.
Tony Hoare