Aula 2: O Método Científico

Introdução O que é Ciência? O que chamamos de conhecimento científico? Isaac Newton (sec XVI) Platão e Aristóteles (sec V aC) 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? Busca de explicação racional do universo 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… Relatividade Geral A velocidade da luz é o limite de transmissão Gravitação Universal fenômeno instantâneo

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 Questão central 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 Afirmações plausíveis sobre o universo Podem ser submetidas a testes críticos Nunca podemos saber se são verdadeiras ou não Teorias devem poder ser sujeitas a testes 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 o comportamento de ratos em laboratório Observar as órbitas dos planetas 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 Hipóteses Observações Metodologia Refutação/ Não-refutação Experimento Analise

O metodo científico

O Método Científico em Cinco Partes Observação Entender seu objeto de estudo tanto quanto sua capacidade de observação permite Hipótese Formular uma hipótese a partir da análise dos dados Previsões 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.

Algo que não pudemos explicar 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

A semente de uma nova teoria para resolver o problema. 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.

Um teste reprodutível da hipótese 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 bem-definido Clareza é fundamental (i.e., escrever sempre!)

Como projetar experimentos Requisitos de uma boa metodologia fornecer evidências a favor e contra a hipótese incluir um ou mais experimentos ser inovadora no caso de um doutorado

Escopo de Atuação Programas de pos-graduação Algumas questões 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 non-immediate 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 Tipo do sensor Comportamento espectral do alvo Conhecer objetos estudados 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 Problema científico (questão e contribuição esperada) Metodologia 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 Destacar sua contribuição Separar os materiais e métodos Coloque os métodos antes dos materiais Dê o paper do Medawar para o orientador ler!

Temas de Trabalho Sensoriamento Remoto Geoinformação Computação Experimentação com dados em campo Geoinformação 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