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
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

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
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
Objetos interessantes – variam no tempo
Imagem é uma retrato num instante de tempo
Sensoriamento Remoto: Ciência ou Técnica?

Ciência do Sensoriamento Remoto

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
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