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DEX-507 ESTATÍSTICA EXPERIMENTAL SEMANA 1 NOTAS DE AULAS E EXERCÍCIOS 1º SEMESTRE DE 2009 NOTAS DE AULAS DE ������������������������������������������������ � ����� ���� ����� ���� ����� ���� ����� ������� VERSÃO PROVISÓRIA UFLA - Universidade Federal de Lavras DEX – Departamento de Ciências Exatas LAVRAS (MG) 2009 1. INTRODUÇÃO O conhecimento humano sempre foi obtido através da observação de processos e fenômenos naturais, pois o ser humano é um ente observador e experimentador por natureza. A ciência hoje visa permitir o entendimento dos sistemas de forma objetiva, livre de impressões pessoais dos observadores. Assim, só se adquire conhecimento se a interpretação de um fenômeno for verificada empiricamente seguindo-se regras científicas bem definidas. O desenvolvimento da ciência humana é baseado no método científico cujas etapas estão representadas na Figura 1.1. FIGURA 1.1. O Método Científico FORMULAÇÃO DE VERIFICAÇÃO DAS HIPÓTESES DESENVOLVIMENTO DA TEORIA OBTENÇÃO DE OBSERVAÇÕES 1.1 Hipóteses Científicas As hipóteses científicas são premissas assumidas pelo pesquisador como possíveis soluções para as relações causa-efeito entre características dos elementos envolvidos no problema em foco. O sucesso de um estudo científico inicia-se com o maior entendimento e definição do problema em foco, com a habilidade para formular os objetivos a serem atingidos e com a clareza na formulação das hipóteses a serem testadas. As hipóteses geralmente surgem do conhecimento teórico relacionado ao problema em estudo, mas podem surgir também com base em literatura ou pela observação do fenômeno. 1.2 Obtenção das Informações As informações ou dados são as observações ou medidas de características dos elementos de uma população ou amostra. A característica é uma propriedade que distingue ou caracteriza cada elemento de uma população. Cada unidade de uma população é a expressão de muitas características promovendo uma heterogeneidade entre os indivíduos. A pesquisa experimental visa estudar a variabilidade natural das populações. No entanto, é muito difícil, para o raciocínio humano, interpretar conjuntos resultantes da ação e interação de muitas características. As características de uma população podem ser consideradas conforme a Figura 1.2. FIGURA 1.2. Grupos das características nos estudos experimentais ���������������� ������������� ���������������� ���������� ���������������� ���������� Os estudos aqui tratados referem-se àqueles cujos dados são obtidos através da realização de experimentos. A obtenção de dados por amostragem pode ser feita através dos Levantamentos - quando o pesquisador não interfere em características da amostra ou de Experimentos, quando há intervenção do pesquisador fixando ou condicionando algumas das características. A causa mais freqüente do insucesso nas pesquisas é a falta de planejamento. Isto ocorre quando se esta pensando na análise das informações não considerando adequadamente a definição clara dos objetivos e metas e não importando como aquela grande quantidade de números tenha sido obtida. O estatístico não pode ser confundido com um mago que irá encontrar soluções valiosas de um conjunto de números. A principal característica do estatístico não deve ser a habilidade para a análise de dados, mas sim a competência para o planejamento de experiências que possam fornecer informações realmente úteis. 1.3 Verificação das Hipóteses De acordo com o objetivo da pesquisa científica, a análise dos dados pode ser exploratória, descritiva ou explicativa. A estatística experimental utiliza as técnicas da análise explicativa, mas geralmente é precedida das análises exploratória e descritiva que fornecem indícios importantes para as análises seguintes. Para a análise explicativa, um dos requisitos das hipóteses científicas é de que elas sejam testáveis. A denominação “análise confirmatória” como sinônima de análise explicativa não é apropriada, lembrando que a estatística nunca prova nada (ao contrário do dito popular: é possível provar qualquer coisa com a estatística). A estatística permite mensurar a confiança que pode ser considerada no resultado de uma pesquisa ou a probabilidade de erro cometido na aceitação ou rejeição de uma hipótese científica. Existem muitas técnicas estatísticas para a análise explicativa e, dependendo dos objetivos do experimentador, algumas são mais apropriadas ou mais vantajosas que outras enquanto que algumas podem não ser apropriadas. A escolha da técnica apropriada de análise dos dados é função do bom planejamento da pesquisa e da fundamentação teórica do estatístico. 1.4 Inferência O objetivo da análise explicativa é avaliar as relações causa-efeito entre características dos elementos de uma amostra e possibilitar a inferência para a população objetivo. O que é Inferência? A inferência é um processo de raciocínio tal que a validade de uma proposição é aceita como conseqüência da validade de uma proposição que a precede. A inferência indutiva é o processo de raciocínio em que o conhecimento de um grupo é estendido a todos os elementos da população. Estimativa e Estimador. O valor de uma função dos indivíduos de uma população para descrever uma característica qualquer é denominado parâmetro e o objetivo das pesquisas com amostragem é conhecer sobre os parâmetros da população já que, através das amostras, não é possível obtê-los. Assim, o papel da inferência estatística é generalizar resultados obtidos em amostras para os parâmetros da população objetivo. O valor obtido de uma amostra para uma variável Y através de uma função qualquer, f(Y), é chamado estimativa do respectivo parâmetro e a função f, estimador daquele parâmetro. Por exemplo, o estimador da média populacional µ é n Y Y n i i� = = 1 onde n é o tamanho da amostra. A estimativa de µ é n y m n i i� = = 1 ˆ onde yi , i=1,2, ..., n , são possíveis valores amostrais de Yi. Propriedade do Estimador. A escolha de um estimador que forneça a estimativa θˆ para o parâmetro θ , deve considerar as seguintes propriedades: . não tendência - E(θˆ ) = θ . eficiência - Var(θˆ ) = mínimo . consistência - lim (n�0) Var(θˆ ) = 0 Como obter estimativas. Dentre os vários métodos para a estimação de parâmetros (Método dos Momentos, Método da Máxima Verossimilhança, Método dos Mínimos Quadrados e outros), o Método dos Mínimos Quadrados é o mais utilizado na teoria relativa aos estudos dos experimentos. O estimador de mínimos quadrados para o parâmetro θ é aquele que minimiza a função dada pela soma de quadrados das diferenças entre cada valor amostral e θ , [ ]� = − n i i fy 1 2)(θ , onde yi 1=1,2, ..., n, são os valores amostrais da variável resposta. Como exemplo, seja mˆ a estimativa para a média populacional µ, a função a ser minimizada é ( ) 2 1 ˆ� = − n i i my . Erro de Estimação. A diferença entre uma estimativa e o parâmetro é o erro de estimação que pode ser expresso como uma função da variabilidade inerente à variável em estudo. Se a variabilidade é pequena,repetidas amostras da população, provavelmente, fornecerão estimativas similares implicando em que a estimativa obtida de uma amostra qualquer provavelmente esteja mais próxima do valor do parâmetro, diferentemente do que aconteceria para uma variável com grande variabilidade. Para a estimativa da média populacional, o erro de estimação, designado por erro padrão da média, é n m 2 ˆ σ σ = , onde 2σ é a variância populacional. A estimativa do erro padrão da média é dada por n m 2 ˆ ˆ ˆ σ σ = . A definição do erro de estimação e a teoria das distribuições amostrais permitem que sejam determinados limites, inferior e superior, da distribuição amostral da estimativa que, com uma determinada probabilidade, contenha o valor do parâmetro. Estes limites definem uma estimação por intervalo para o parâmetro. Como exemplo, se a distribuição amostral de médias é a distribuição Normal de probabilidades, o intervalo de confiança para a média populacional, com base em uma amostra de tamanho n e com 95% de confiança, é: mm mm ˆˆ ˆ96,1ˆˆ96,1ˆ σµσ +≤≤− . Testes de Hipóteses. Outro procedimento utilizado pela Inferência Estatística são os Testes de Hipóteses que consistem dos seguintes passos: 1. Construção da Hipótese a ser testada (H0) e de uma hipótese alternativa (Ha); 2. Especificação, a priori, do grau de confiança (�); 3. Escolha de uma estatística de teste que avalie os desvios de H0 e que tenha distribuição amostral conhecida; 4. Cálculo da estatística de teste através da(s) amostra(s) (Dc); 5. Regra de Decisão. A hipótese H0 usualmente, mas não necessariamente, refere-se à ausência de diferenças ou não relacionamento entre parâmetros e a distribuição amostral é construída admitindo-se H0 verdadeira. A regra de decisão a ser usada no passo 5 admite quatro resultados possíveis, conforme apresentado na Tabela 1.1. A probabilidade de se cometer o Erro Tipo I em um teste de hipótese qualquer é representada por � ou 1-�, usualmente designada por nível de significância. A probabilidade de se cometer o Erro Tipo II é representada por �. TABELA 1.1. Decisões e Tipos de Erros Associados nos Testes de Hipóteses. REALIDADE COMPARAÇÃO DECISÃO RESULTADO H0 VERDADEIRA Dc � Dt Não rejeitar H0 CORRETO H0 VERDADEIRA Dc > Dt Rejeitar H0 ERRO TIPO I H0 FALSA Dc > Dt Rejeitar H0 CORRETO H0 FALSA Dc � Dt Não rejeitar H0 ERRO TIPO II Dt – valor tabelado 2. CONCEITOS E PRINCÍPIOS DA EXPERIMENTAÇÃO A Estatística Experimental trata das técnicas apropriadas ao planejamento e às análises de dados de Experimentos. Os fundamentos destas técnicas foram apresentados por R.A. Fisher (1890-1962) em Statistical methods for research workers, (1925). Este livro era direcionado às áreas de biologia e agricultura e era essencialmente aplicado. 2.1 Conceitos Gerais Alguns termos e expressões são característicos da área experimental e frequentemente utilizados todas as etapas da experimentação. Vários termos utilizados têm origem na área agrícola e permanecem em uso até os dias de hoje, mas com conotação mais geral. Experimento Um experimento é a realização de um procedimento ou de um fenômeno natural em que algumas características explicativas são controladas pelo experimentador. Variáveis A função numérica que estabelece a correspondência um a um entre as manifestações de uma característica e os valores de um conjunto numérico é denominada variável. Os valores que uma variável assume são suas categorias (tipos ou níveis). Ao iniciar-se o estudo de um problema, o pesquisador se depara com uma grande quantidade de variáveis envolvendo o processo em foco. A definição da relevância destas variáveis e das premissas envolvendo as relações causa-efeito entre elas é uma etapa fundamental nesta fase de planejamento da pesquisa e corresponde ao início do processo de modelagem do problema em estudo. As variáveis relevantes consideradas no estudo de um problema são agrupadas em variáveis causais (ci), como aquelas afetam o desempenho dos elementos e variáveis efeitos (ej), como aquelas que exprimem o desempenho dos mesmos (Figura 2.1). As variáveis irrelevantes, por exclusão, são todas as outras variáveis inerentes aos elementos do processo. Fator e Resposta O início do planejamento experimental consiste na seleção das variáveis causais, das variáveis efeitos e de suas categorias, conforme os objetivos da pesquisa. As outras variáveis causais deverão ser controladas através das técnicas experimentais. As variáveis causais escolhidas são denominadas fatores e as variáveis efeitos são denominadas variáveis respostas (Figura 2.2). Tratamentos Quando um experimento estuda apenas um fator, as categorias deste fator são denominadas tratamentos. Para o caso de dois ou mais fatores, os tratamentos são as combinações das categorias destes fatores. FIGURA 2.1. Variáveis causais (ci), variáveis efeitos (ej) e outras variáveis. PROCESSO EM ESTUDO Variável c1 Variável e1 Variável cn Variável em Variável c2 Variável e2 ... ... Variáveis Irrelevantes Variáveis Irrelevantes FIGURA 2.2. Representação das variáveis em um experimento Parcela Experimental Cada tratamento é aplicado a uma quantidade de material experimental denominada unidade experimental ou parcela experimental. A quantidade de material que define uma parcela ou o tamanho da parcela é função da variabilidade inerente à variável resposta. O que caracteriza uma parcela é que, em cada uma é aplicado apenas um tratamento e obtido apenas um dado para cada variável resposta. Existem procedimentos apropriados para a determinação do tamanho e forma de parcelas experimentais, fundamentados na teoria da amostragem. No entanto, na prática, o tamanho da parcela de um experimento frequentemente é escolhido por analogia com outros ensaios de mesma natureza e condições experimentais. Bordadura Quando existe a possibilidade de uma parcela ser influenciada pelos tratamentos aplicados nas parcelas vizinhas, cada parcela devera conter uma quantidade de material a mais para servir de proteção contra esta interferência. Esta técnica é denominada bordadura sendo que este material não deve ser incluindo na obtenção de dados para as variáveis respostas. A área da parcela, excetuando-se a bordadura, é denominada área útil e apenas nela deverão ser efetuadas as avaliações. Considere uma parcela constituída por 3 linhas de 5 metros, espaçamento de 0,50 m e 10 plantas por metro linear. Serão tomadas as produções da linha central, eliminando-se 1 metro em cada extremidade. A Figura 2.3 mostra o detalhe desta parcela. Variáveis relevantes controladas Variáveis irrelevantes e variáveis relevantes não controladas �� �� �� FATOR 1 FATOR p RESPOSTA 1 RESPOSTA q EXPERIMENTO �� �� �� 1,0m 1,0m 0,5 m 1,5 m 5,0 m FIGURA 2.3. Detalhe de uma Parcela Experimental com Bordadura. Para exemplificar a utilização destes termos e expressões, considere o experimento apresentado no exemplo seguinte. EXEMPLO 2.1. Um engenheiro, interessado em estudar a resistência de fibras sintéticas utilizadas na confecção de vestuário, decidiu utilizar diferentes quantidades de algodão já que é sabido, de pesquisas anteriores, que a resistência de fibras sintéticas aumenta com a inclusão de algodão. Como o produto final deve conter de10 a 40% de algodão devido a outras características importantes para a qualidade do produto, escolheu as quantidades de 15, 20, 25, 30 e 35% de algodão. Também, decidiu testar cinco amostras de cada nível de algodão tomando, como amostra, um atado de fibras com 10 centímetros de diâmetro. As avaliações foram feitas em apenas uma máquina e por um único técnico. Neste exemplo, tem-se apenas um fator que se refere aos teores de algodão na fibra com as categorias (ou níveis): 15, 20, 25, 30 e 35%. Como as categorias deste fator são expressas em uma escala intervalar, o fator é denominado quantitativo. Quando as categorias de um fator são expressas em uma escala nominal, o fator é denominado qualitativo. A tensão ao rompimento corresponde à variável resposta. Os valores obtidos para a resistência das amostras são os dados. Os tratamentos são: t1 = 15% de algodão na fibra, t2 = 20% de algodão na fibra,..., t5 = 35% de algodão na fibra. Em um experimento em que os fatores fossem Reagentes (A e B) e uso ou não de um Catalisador, os tratamentos serião: t1 = reagente A sem catalisador; t2 = reagente A com catalisador; t3 = reagente B sem catalisador e t4 = reagente B com catalisador. No Exemplo 2.1, cada parcela corresponde a um amarrado de fibras com dez centímetros de diâmetro. Área Útil: 2,0 m2 Área Total: 7,5 m2 2.1 Conceitos Fundamentais Os conceitos fundamentais da Estatística Experimental são aqueles necessários á compreensão da metodologia estatística utilizada no planejamento, nas análises e na inferência dos resultados dos experimentos. Estes conceitos estão intimamente relacionados com a teoria da Amostragem, com a Inferência Estatística e com a modelagem do problema em estudo. Erro Experimental. As alterações nas variáveis respostas provocadas pelos fatores são o objeto da pesquisa, mas outras variáveis consideradas de menor importância ou aquelas cujo controle não foi eficiente e, ainda, outras variáveis desconhecidas do pesquisador, também podem ser agentes causais de efeitos observáveis nas características respostas. Esta variação é denominada Erro Experimental que pode fazer com que as inferências sejam tendenciosas ou até mesmo inviabilizar a utilização dos resultados das pesquisas. O erro experimental também pode ser considerado como o desvio de ajuste (erro de estimação) do modelo proposto para explicar o efeito dos fatores sobre as variáveis respostas. Em se tratando de estudos de amostragem, ele sempre estará presente e assim, as técnicas de planejamento, controle e de condução dos experimentos devem visar à minimização da quantidade destas variáveis e de seus efeitos nas respostas, tornando constantes ou irrelevantes suas manifestações nos resultados. No Exemplo 2.1, algumas variáveis responsáveis pelo erro experimental poderiam ser: regulagem da máquina, variações na matéria prima e na preparação das fibras, variações no diâmetro da amostra e muitas outras relacionadas, principalmente com a condução do ensaio. Quando o pesquisador busca conhecer as variáveis envolvidas em um experimento e homogeneizar as condições experimentais através de, por exemplo, seleção do material experimental, treinamento de pessoal, aperfeiçoamento da técnica de condução além de outros, ele visa minimizar os erro experimentais. Quanto menor o erro cometido em um processo de mensuração, maior a precisão das medidas. A precisão é função da maior ou menor proximidade das medidas repetidas efetuadas nas parcelas. Precisão alta implica em que as observações iram fornecer estimativas mais próximas aos valores paramétricos. Um processo de mensuração pode apresentar outro tipo de erro – o erro sistemático. Neste caso, as medidas obtidas são tendenciosas ou viesadas, subestimando ou superestimando os valores verdadeiros. Este tipo de erro não contribui para o erro experimental e, portanto, não afeta a precisão do experimento. Controle Local As variáveis controladas geralmente são as características do ambiente onde será desenvolvido o experimento, do equipamento empregado, das atividades e técnicas na condução do ensaio e dos materiais utilizados, de tempo e outras. O controle exercido sobre estas variáveis é denominado controle local e busca tornar homogêneo o efeito sobre os vários elementos presentes no experimento de forma que as variações observadas nas variáveis respostas sejam funções apenas dos efeitos dos fatores estudados. O controle local consiste no agrupamento das parcelas de um experimento de maneira que os efeitos de variáveis estranhas, mas conhecidas, não sejam confundidos com os efeitos dos fatores. Os grupos de parcelas são denominados blocos e cada um representa uma categoria da variável (is) a ser (em) controlada (s), ou seja, os blocos devem ser homogêneos, mas podem variar entre si. No Exemplo 2.1, supondo que, ao invés de apenas um técnico fossem utilizados quatro pessoas diferentes para conduzir o ensaio, o pesquisador poderia supor que a diferença de habilidade entre os quatro técnicos afetaria aleatoriamente a variável resposta. Uma solução para o controle desta variável seria distribuir uma amostra de cada um dos cinco tratamentos para cada técnico. Assim, cada pessoa (ou bloco) estaria avaliando todos os diferentes tratamentos com o mesmo critério pessoal. Sempre que as categorias de várias variáveis puderem ser combinadas, seus efeitos serão confundidos, mas o controle simultâneo pelos blocos poderá ser efetuado. Para usar o Exemplo 2.1, supondo que as medições não pudessem ser realizadas em um mesmo dia da semana, além de serem necessários os quatro técnicos, o experimento poderia ser realizado em quatro dias diferentes, em cada dia um determinado técnico iria avaliar uma amostra de cada tratamento. Assim, os tratamentos em cada bloco (técnico- dia), estariam sendo avaliados com o mesmo grau de habilidade e sujeitos as mesmas condições climáticas. Os efeitos de diferença de habilidade dos técnicos e diferenças de luminosidade estariam confundidos entre si, mas não estariam confundidos com os efeitos das outras variáveis. Interação entre Fatores A interação entre dois ou mais fatores significa que os efeitos destas variáveis são relacionados ou que o efeito de um fator depende da categoria do outro fator. Neste caso, os efeitos observados nas variáveis respostas são funções dos efeitos de cada fator e dos efeitos das interações entres eles. Na Tabela 2.1(a), o efeito do Fator A, calculado com as suas médias marginais é: 145,0 – 126,0 = 19,0 significando que o efeito da mudança da categoria A1 para A2 corresponde a um aumento médio de 19 unidades na variável resposta. Este mesmo efeito é verificado tanto na categoria B1: 140,0 – 121,0 =19 quanto na categoria B2: 150 – 131 = 19. Estes resultados indicam que o efeito da mudança de categoria no fator A é o mesmo independentemente da do fator B. Esta independência entre os fatores A e B pode ser verificada, da mesma forma, analisando as mudanças de categoria do Fator B em cada categoria do fator A. Nesta situação, não existe interação entre os fatores A e B. Pode-se escrever que o efeito na variável resposta corresponde a soma do efeito do fator A com o efeito do fator B. No caso (b), o efeito do fator C na categoria D1 é: 17 - 24 = -7 enquanto que na categoria D2 é: 20 – 30 = -10. Calculando o efeito do fator C através de suas médias marginais: 18,5 – 27,0 = -8,5. Vê-se que o efeito do fator C depende da categoria do fator D, ou seja, para D1, a mudança de categoria do fator C provoca um decréscimo de 7 unidades enquanto que, em D2, o decréscimo é de 10 unidades. Com as médias marginais, este efeito seria representado por um decréscimo de 8,5 unidades, que não correspondemaos efeitos em cada categoria, o que poderia ser explicado admitindo-se a existência de uma interação entre os fatores C e D. O efeito na variável resposta, neste caso, corresponde a soma do efeito do fator C mais o efeito do fator D mais o efeito da interação. TABELA 2.1. Exemplos de dois fatores com interação (dados fictícios). FATOR B FATOR A B1 B2 MÉDIAS (a) A1 121 131 126,0 A2 140 150 145,0 MÉDIAS 130,5 140,5 FATOR D FATOR C D1 D2 MÉDIAS (b) C1 24 30 27,0 C2 17 20 18,5 MÉDIAS 20,5 25,0 2.3 Princípios Básicos Os princípios básicos da experimentação são repetição e aleatorização e são os fundamentos mínimos necessários à todo experimento. Repetição A Repetição consiste na aplicação de cada tratamento a mais de uma parcela experimental. A função da repetição é permitir a obtenção de uma estimativa da variabilidade atribuída ao erro experimental, já que o erro experimental corresponde à variação entre as observações de cada tratamento. O número de repetições em um experimento geralmente é escolhido empiricamente, mas existem procedimentos estatísticos apropriados para a determinação do número necessário de repetições para determinados graus de confiança, considerando-se a variabilidade do material experimental e os objetivos da pesquisa. Aleatorização A aleatorização ou casualização das parcelas experimentais consiste no procedimento que permita a cada uma ter a mesma chance de pertencer a qualquer parte da área experimental. A função da casualização é evitar a tendenciosidade ou viés dos efeitos das variáveis não controladas sobre os efeitos dos tratamentos e sobre o erro experimental, permitindo que as estimativas e os testes de hipóteses sejam válidos. 3. PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL Os resultados dos experimentos são afetados pela ação dos tratamentos e, também, por variações estranhas que tendem a mascarar seus efeitos. Estas variações formam o erro experimental. As fontes principais do erro experimental são: Variabilidade inerente do material experimental onde se aplicam os tratamentos e a falta de uniformidade na condução física do experimento. Para atingir os objetivos propostos em uma pesquisa, o experimentador deve preocupar-se em minimizar o erro experimental, maximizando a precisão de seus experimentos com a realização de um bom planejamento. 3.1 Requisitos para um bom Experimento Um experimento fadado ao sucesso deve ter, como requisitos: • Simplicidade • Ausência de Erro Sistemático • Precisão suficiente • Permitir análise estatística apropriada • Conclusões com grande amplitude de validade Estes requisitos podem ser satisfeitos atentando para: • Escolha do Material Experimental • Seleção das Unidades Experimentais • Seleção dos Tratamentos • Agrupamento de Unidades Experimentais • Utilização de técnicas mais refinadas 3.1.1 Escolha do Material Experimental Para certos tipos de estudo é desejável um material uniforme, cuidadosamente selecionado. Entretanto, na seleção do material experimental, deve-se ter em mente a população a respeito da qual se deseja obter conclusões. Portanto, é importante empregar os tipos de materiais que serão realmente utilizados na prática. 3.1.2 Seleção das Unidades Experimentais No planejamento de experimentos de campo, tem-se feito numerosos estudos da variabilidade entre os rendimentos de cultivos em parcelas de diferentes tamanhos e formas submetidas a tratamentos uniformes. Em geral, a variabilidade decresce com o aumento na precisão mas uma vez atingido o tamanho ideal, o aumento da precisão diminui rapidamente com tamanhos maiores. As parcelas retangulares são mais eficientes na superação da heterogeneidade do solo quando seu eixo maior está na direção da menor variação do solo. O critério para solucionar o melhor tamanho e forma da parcela é aquele no qual se obtém a máxima exatidão para um dado gasto de tempo e trabalho. 3.1.3 Seleção dos Tratamentos Em certos casos, a seleção dos tratamentos tem um efeito notável sobre a precisão de um experimento. Por exemplo, ao se estudar o efeito de um fertilizante, inseticida, fungicida ou herbicida, é mais útil determinar como as parcelas respondem a doses crescentes do produto do que decidir se duas doses sucessivas são ou não significativamente diferentes. Consequentemente, um conjunto apropriado de doses tornará possível planejar testes de significância que são mais sensíveis do que simplesmente comparar médias adjacentes em um conjunto. 3.1.4 Agrupamento de Unidades Experimentais O agrupamento planejado das unidades experimentais é chamado de controle local. Através de certas restrições na casualização dos tratamentos nas parcelas, é possível remover algumas fontes de variação, tais como variações na fertilidade do solo ou na disponibilidade de água ao longo da área experimental. O agrupamento das parcelas de modos diferentes dá origem aos diferentes delineamentos experimentais. 3.1.5 Utilização de Técnicas mais Refinadas Uma técnica errônea pode aumentar o erro experimental e distorcer os efeitos dos tratamentos. A técnica é responsabilidade do pesquisador. Uma técnica adequada tem por objetivos: a) A aplicação uniforme dos tratamentos. Em experimentos de adubação, em que se deseja avaliar apenas os níveis de um dado nutriente, os demais deverão ser aplicados de forma uniforme em todas as unidades experimentais. Na prática, em experimentos de campo, consegue-se uma boa aplicação dos tratamentos, planejando-se com antecedência a pesagem dos materiais (adubos, rações, meio de cultura, etc.), ou a confecção de recipientes com peso conhecido. b) Proporcionar medidas adequadas e não viciadas dos efeitos dos tratamentos. Freqüentemente, as medidas apropriadas são logo aparentes, no entanto, algumas vezes, o desenvolvimento e o método satisfatório de medidas requerem anos de investigação, como em pesquisas sociológicas. c) Prevenir erros grosseiros, dos quais nenhum tipo de experimentação está inteiramente livre. A supervisão e comprovação adequada do trabalho dos ajudantes e um exame dos dados de cada unidade experimental, por parte do pesquisador, muito contribuirá para a descoberta e correção desses erros. d) Controlar influências externas de forma que cada tratamento produza seu efeito, quando submetidos a condições desejáveis e comparáveis. É difícil generalizar a respeito do grau de controle necessário; pode-se fazer um balanço entre o ganho de precisão obtido e o custo. A produção artificial de enfermidades para experimentos sobre resistência a infecção exemplifica um caso onde a experimentação não pode avançar rapidamente sem controle sobre as condições externas. Uma técnica deficiente pode introduzir variações adicionais de natureza mais ou menos aleatória. Tais variações adicionais, quando significativas, se revelam na estimação do erro que se calcula na análise de variância. Em casos onde os erros estimados por um pesquisador são consistentemente mais altos que os de outros, os quais utilizam material semelhante, aconselha-se ao pesquisador buscar a razão desta variação, a qual pode ser encontrada nas diferenças de técnicas utilizadas por ambos. 3.2 Elaboração de Projetos de Pesquisa Na elaboração de um Projeto de Pesquisa devem ser observadas as seguintes etapas: - Identificação do Problema - Estabelecimento das Hipóteses - Estabelecimento da Metodologia - Redação do Projeto 3.2.1 Identificação do ProblemaEssa talvez seja a parte da pesquisa que exija maior experiência e conhecimento. É aqui que a maioria dos pesquisadores sente maior dificuldade. Porém, quando há dedicação e gosto pelo trabalho, essa dificuldade pode ser superada. Na realidade, em qualquer espécie cultivada o número de problemas é limitado. Contudo, como já comentado muitos pesquisadores ficam a vida inteira em um único projeto, sem criar nada, realizando apenas atividade de rotina. É comum, por exemplo, experimentadores que passam a vida inteira só realizando experimentos de avaliação de cultivares ou de testes de defensivos agrícolas. Embora sejam trabalhos muito importantes, já possuem metodologia padronizada, tornando-se uma atividade rotineira. A rotina contribuiu para que o pesquisador se acomode, achando que o que ele fez é suficiente. Esse é o fim do profissional. É questionável se o treinamento desse pesquisador em nível de mestrado ou até mesmo doutorado, foi válido. O pesquisador deve constantemente questionar o seu trabalho e nunca acreditar que não é possível fazer mais nada de novo. A capacidade criativa deve ser frequentemente estimulada. É isso que faz com que a carreira dos pesquisadores seja uma das mais atraentes. A seguir serão comentados alguns aspectos que ajudam na escolha de um problema para ser pesquisado: a) Procurar acompanhar o desempenho da cultura ao nível de propriedade rural. É preciso conversar periodicamente com os agricultores. Muitos acreditam que um determinado assunto é problema e investem todo o seu potencial na sua solução: anos após chegam à conclusão de que o assunto pesquisado não era um problema real. Faltou diálogo com o principal usuário do resultado da pesquisa. Lembre-se sempre que possível de utilizar o agricultor como seu parceiro na identificação do problema e na sua solução. b) Ler periodicamente. A primeira condição para ser um bom pesquisador é gostar de ler. Sem informação não é possível fazer pesquisa que realmente contribua para a sociedade, além de que muitos possíveis problemas já foram solucionados por outros pesquisadores. c) Ser futurista. A pesquisa agrícola é demorada e, para ser mais útil, deve sempre que possível ter a solução do problema antes que ele ocorra ao nível de propriedade rural. Como na pesquisa agrícola, especialmente em algumas áreas como a de melhoramento genético, realizar um trabalho que, no momento de sua difusão, não mais constitui um problema para os agricultores, pode ser um esforço inútil. Um exemplo marcante de uma situação que mostra que o pesquisador foi futurista é o caso da ferrugem do cafeeiro no Brasil. O Dr. Alcides de Carvalho, melhorista do Instituto de Campinas, começou os trabalhos de melhoramento visando resistência a esse patógeno muito antes de sua ocorrência em nosso país. Ele se associou a melhoristas portugueses e realizavam os testes das progênies na estação experimental de Oeiras em Portugal onde já ocorria esse patógeno endemicamente. Desse modo, quando a doença chegou ao Brasil, na década de 1970, já existia muita informação a respeito do patógeno e inclusive progênies com certo grau de resistência. Outro exemplo é o caso da resistência ao nematóide do cisto em soja. O Centro Nacional de Pesquisa da Soja, da EMBRAPA, iniciou os trabalhos de hibridação com fonte de resistência conhecida, no exterior, antes de se ter conhecimento da incidência do nematóide no Brasil. Com isso após a sua ocorrência de nematóide no Mato Grosso do Sul, o processo de melhoramento já estava adiantado. Ser futurista não é fácil. Em realidade envolve sempre um pouco de sorte. Porém, estar acompanhando a literatura e o desempenho da espécie a nível mundial é o melhor modo de estar sempre à frente no tempo. d) Ter contatos com outros pesquisadores da área. Esse intercâmbio é sempre muito interessante. Neles há troca de experiências e normalmente ambos saem ganhando. A participação nos congressos científicos tem essa como uma de suas principais finalidades. O que não se deve fazer é realizar um verdadeiro plágio de tudo o que o colega está fazendo. Esse procedimento não é honesto. É uma forma de parasitismo. Esse tipo de comportamento, às vezes comum, contribui para reduzir o intercâmbio de idéias entre os pesquisadores. Lembre-se que dois ou mais pesquisadores poderão ter problemas comuns, porém a solução deve ser diferente. O sistema brasileiro de pesquisa agropecuário coordenado pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), a partir de 1992, com a criação do SEP (Sistema Embrapa de Planejamento), passou a desenvolver pesquisa a partir de demanda geradora. Essas demandas são estabelecidas periodicamente a nível regional, a partir de lideranças rurais, tais como secretários de agricultura, presidentes de cooperativas agrícolas, diretores de agroindústrias, líderes sindicais, extensionistas e pesquisadores. Assim, o problema, em princípio, já foi definido. Cabe ao pesquisador identificar qual a área de atuação do seu projeto dentro dessa demanda geradora. A idéia básica é orientar as pesquisas no país de modo que elas possam realmente contribuir para a solução dos problemas nacionais. Esse procedimento é interessante e bem adequado. A única restrição é que as demandas devem ser bem definidas. Elas não podem ser amplas demais porque poderão perder a sua finalidade. 3.2.2 Estabelecimento das Hipóteses Em um projeto a hipótese é a produção testável que normalmente envolve a solução do problema. Ela é de natureza criativa. Muitas vezes o pesquisador não escreve sua hipótese, mas ela está em sua mente. O ideal é que seja escrita, para que o pesquisador possa raciocinar em cima do que está redigido e analisar todas as opções disponíveis para testar convenientemente essas hipóteses com os recursos disponíveis. A função da hipótese, na pesquisa científica, é propor explicações para certos fatos e ao mesmo tempo orientar a busca de outras informações. (Marconi & Lakatos, 1990). Segundo os mesmos autores não há regras definidas na formulação das hipóteses. Salientam, contudo, a necessidade de embasamento teórico e que ela seja formulada de tal modo que possa servir de guia durante a condução dos experimentos. Para Oliveira, 1997, a hipótese deve ser formulada de modo o mais claro possível, concisa, sem ambiguidade gramatical. Termos demasiadamente gerais devem ser evitados. 3.2.3 Estabelecimento da Metodologia Tendo definido o problema, a solução deverá envolver a utilização de procedimentos experimentais que todo pesquisador deve possuir. A parte mais agradável do trabalho é quando o pesquisador coloca sua capacidade criativa em ação. Como já mencionado a metodologia deve ser pensada, discutida com os colegas e alicerçada na literatura. É sempre importante imaginar algumas alternativas. Se possível promova um seminário técnico para debatê-las. Só depois de uma boa discussão, quando houver consenso, é que se deve definir a metodologia a ser usada. Nunca identifique o problema e logo em seguida defina a metodologia sem muita reflexão. Uma pesquisa que começa e errada além dos recursos financeiros dispendidos, tem como principal perda o tempo gasto, que na maioria das vezes é o fator limitante. 3.2.4 Redação do Projeto Definido o problema e a metodologia que será adotada na solução, a próxima etapa é a redação do projeto. Aqui existem algumas normas que devem ser seguidas para sua aprovação. Essas normas variam de acorda com a empresa ou instituições financiadoras, sobretudo nas partes componentes do projeto. Embora elas possam variar, de modo geral, seguem os seguintes itens: • Título • Antecedentes e Justificativa • Referencial Teórico • Objetivos e Metas • Hipóteses • Material e Métodos • Cronogramade Execução • Difusão de Tecnologia • Orçamento • Literatura Consultada • Equipe Envolvida a) Título Deve ser bem sucinto e procurar conter em poucas palavras o que o projeto pretende realizar. Em realidade o título é uma síntese dos objetivos do trabalho. Normalmente o título é definido no final da elaboração do projeto. b) Antecedentes e Justificativas Nesse caso a redação deve ser bem clara. Deve-se evitar o máximo, a colocação de informações por demais conhecidas e, portanto, supérfluas. Por exemplo, em um projeto com a cultura do milho, não começar dizendo que ela é uma espécie importante. Lembre-se que quem irá avaliar o seu projeto é um especialista da área e assa informação é bastante conhecida. Vá direto ao assunto, apontando o problema (demanda geradora) e mostrando que você não só teve condições de diagnosticá-lo como também está apto a resolvê-lo. Deve ficar bem explícito a necessidade de realização do trabalho para solucionar o problema. Alguns pesquisadores escrevem demais nesse tópico. Isso não é conveniente. Na maioria dos casos há restrições com relação ao número de páginas que compõem o projeto. Se esse item for excessivamente grande, informações metodológicas mais importantes deixarão de ser colocadas. Esse item deve abranger de 1 a 1,5 laudas c) Revisão de Literatura – Referencial Teórico O termo referencial teórico é preferível, pois reflete bem o que se pretende com esse item. Isto é, fornecer os antecedentes os pesquisadores podem ter informações sobre aspectos metodológicos e, sobretudo sobre que tipo de informação já é disponível na literatura e que tipo de dado é necessário ser gerado com o projeto para ampliar o conhecimento a respeito do tema. É impossível ser um pesquisador sem gostar de ler. Nessa fase do projeto a literatura é fundamental. Normalmente um artigo científico é difícil de ter todas as suas partes “dissecadas”, isto é, perfeitamente compreendidas nos mínimos detalhes. Em realidade esse fato só se justifica se for um artigo estritamente relacionado com que se deseja fazer. O importante é procurar captar a idéia geral do artigo sem se prender a detalhes. Normalmente o profissional descobre o artigo de interesse e logo vai tirando xerox. Acredita que assim procedendo está tudo solucionado. É preciso que o artigo seja lido e as partes de maior interesse sejam entendidas. Atualmente a revisão de literatura é facilmente realizada com o uso das facilidades computacionais existentes nas bibliotecas. Tarefas em que antes se gastavam vários dias, como vasculhar os periódicos, hoje podem ser realizados em poucos minutos. Mas mesmo com auxílio da informática é bom dar uma olhada nos periódicos que publicam assuntos mais relacionados com o tema de interesse. Muitas vezes as palavras chaves utilizadas na busca da informação são insuficientes para abranger todo o assunto. A procura deve concentrar sempre em artigos o mais recente possível. O uso de publicações apenas de décadas passadas é uma indicação que o pesquisador não está atualizado e que dificilmente irá conseguir desenvolver o projeto de forma a trazer uma real contribuição. Além do mais, artigos novos trazem outras citações que irão auxiliar no preparo do referencial teórico. Finalmente deve ser comentado que esse item deve ser redigido de uma forma didática, apresentando os assuntos em uma seqüência cronológica. Alguns escrevem o referencial teórico como se fosse apenas uma compilação dos “abstracts” ou resumos de vários trabalhos. Isto é um erro. A revisão deve ser crítica, mostrando que você tem vivência científica e, sobretudo que conhece o assunto. d) Objetivos Devem ser redigidos de forma a não deixar dúvidas do que se deseja obter nesse projeto. O estabelecimento dos objetivos necessita de algumas considerações. A principal delas são aqueles objetivos ambiciosos demais. Especialmente os pesquisadores novos, muitas vezes movidos pelo entusiasmo, almejam resolver todos os problemas de uma dada espécie vegetal, de uma única vez, através da proposta do projeto. Sabemos que isso não é possível. O conhecimento e, consequentemente, a geração de tecnologia é sempre obtido por etapas. Um projeta de pesquisa, normalmente quando bem sucedido, dá uma pequena contribuição a informação existente sobre o tema. Assim, projetos com objetivos ambiciosos demais dificilmente são aprovados, pois os consultores têm vivência no assunto e sabem que a proposta é de baixa viabilidade. Muitas vezes são colocados objetivos viáveis, porém inúmeros deles. Nesse caso, embora eles sejam viáveis, o pesquisador pode se perder no manuseio de toda a informação que é gerada o projeto reduz sua eficiência. Portanto, os objetivos devem ser pensados, avaliando a probabilidade de sucesso. e) Metas Os comentários realizados no item anterior são válidos aqui. Só devem ser colocadas metas factíveis e que podem evidentemente serem atingidas com o projeto. Devem-se projetar metas que dependam exclusivamente do desempenho do projeto. Por exemplo, recentemente foi avaliado um projeto em que uma das metas era aumentar 10% da produção de grãos de uma espécie, em um Estado. É evidente como essa meta não pode ser colocada. O aumento da produção de grãos, em um Estado, depende de uma infinidade de fatores, que fogem do escopo do projeto. Essa é uma meta ilusória. Esse tipo de procedimento depõe contra o projeto, pois mostra desconhecimento dos profissionais envolvidos sobre a cadeia produtiva como um todo. f) Hipóteses Como já mencionado anteriormente é sempre aconselhável apresentar as hipóteses a serem testadas. Essa é uma prática mais freqüente na área de pesquisas sociais. Entretanto, na pesquisa agrícola a colocação explicita das hipóteses tem sido verificado com mais freqüência. A hipótese é a proposição testável do projeto. Ela deve ser coerente com os objetivos e com a metodologia. Isto é, a hipótese deve conter a proposta testável dos objetivos e a metodologia apresentada deve ser capaz de testá-la. g) Material e Métodos Deve ser definido em função das hipóteses formuladas. Na redação desse tópico é necessário colocar o maior número de detalhes possíveis, porem sem exagero. Devem ser incluídos especialmente os seguintes itens: - Informações sobre os locais de condução dos experimentos: coordenadas geográficas e principais características de clima e solo, histórico da área (cultura antecedente ou tipos de experimentos anteriores). . Material genético: Se o experimento envolve, por exemplo, a avaliação de algumas cultivares. É importante colocar as principais características desses materiais, tais como origem tipo material (híbrido, linhagens etc.), precocidade, cruzamentos, reação às doenças etc. - Delineamento experimental: Definir o delineamento (DBC, DIC, látice, etc.) o tamanho da parcela, número de repetições. É comum o pesquisador encher esse tópico de números colocando o tamanho da parcela útil, parcela total, área do bloco do experimento etc. Isso não é correto. Apenas a área da parcela é suficiente. Qualquer indivíduo que se dispõe a avaliar o projeto tem condições de calcular o restante. Colocar o croqui do experimento é também desnecessário. - Detalhes sobre a condução dos experimentos: Sempre que possível colocar época de semeadura, adubação, espaçamento, debaste, detalhe sobre irrigação, controle de pragas, das doenças, das invasoras etc. - Dados a serem anotados: Só especificar, dando detalhes da sua obtenção, aqueles caracteres que serão efetivamente analisados. Evitar tomar dados caracteres que nunca aparecerão em nenhuma publicação. - Análise dos dados: Colocar o máximo de informação tais como, modelo estatístico, tipo de parâmetros que serãoestimados, teste estatístico a ser utilizado. Quando a metodologia de análise dos dados for conhecida em publicações, basta citar o método e indicar a fonte. h) Cronograma de Execução Devem ser especificadas as atividades a serem realizadas em cada etapa. Normalmente não se dá muita atenção a esse item. Contudo todo projeto tem um cronograma de execução bem definido. i) Difusão de Tecnologia Esse é um tópico exigido por várias fontes financiadoras. É importante especificar os detalhes de como as informações geradas no projeto chegarão aos agricultores. É interessante ter capacidade criativa nesse tópico. Muitas vezes o sucesso da pesquisa falha no momento de sua adoção. Devem-se colocar no projeto todos os detalhes possíveis de como a difusão de tecnologia será efetuada. j) Orçamento Normalmente é o item complicado porque nem sempre ele recebe treinamento nessa área. Prever com dois a três anos de antecedência todos os materiais, viagens, diárias etc., não é uma tarefa fácil. Um complicador pode ser a instabilidade econômica do país, podendo ocorrer defasagem no orçamento quando a inflação atinge níveis elevados. Quando possível, pesquisador deve recorrer ao setor administrativo de sua instituição para auxiliá-lo no levantamento de preços. É importante pedir o necessário. Não devemos subestimar a solicitação, pois indica desconhecimento do assunto e nem pedir em excesso, pois nesses casos caímos no ridículo. É comum solicitar a mais já imaginando que serão efetuados cortes. Esse procedimento não é correto. Procure apresentar o orçamento atendendo aos itens de despesas que a fonte financiadora normalmente exige. Leia com atenção as informações a esse respeito, procurando não misturar materiais de consumo com materiais permanentes. Sempre que possível procure justificar a aquisição de cada equipamento, procurando evidenciar a sua importância na execução do projeto. k) Literatura Consultada Devem ser relacionadas todas as literaturas citadas efetivamente consultadas na elaboração do projeto. Nas citações siga as normas da ABNT. l) Equipe Envolvida no Projeto Relacionar todos os pesquisadores efetivamente envolvidos com a respectiva titulação. O coordenador deverá ser o primeiro nome listado. ANEXO 1. BIBLIOGRAFIA BANZATTO, D.A. e S. N. KRONKA. 1992. EXPERIMENTAÇÃO AGRÍCOLA. Jaboticabal – SP: FUNEP. BARROS NETO, J. C. e Outros. 1995. PLANEJAMENTO E OTIMIZAÇÃO DE EXPERIMENTOS. Campinas – SP: UNICAMP. COCHRAN, W. G. e G. M. COX. 1957. EXPERIMENTAL DESIGNS. New York: Wiley. GOMES, F. P. 1959. CURSO DE ESTATÍSTICA EXPERIMENTAL. Piracicaba – SP: ESALQ. LAPPONI, J. C. 1995. ESTATÍSTICA USANDO O EXCEL. Versões 4 e 5. São Paulo – SP: Lapponi Trein. e Ed. Ltda. SNEDECR, G. W. e W. G. COCHRAN. 1976. STATISTICAL METHODS. Ames: Iowa State Univ. Press. STEEL, R. G. D. J. H. TORRIE. 1960. PRINCIPLES AND PROCEDURES OF STATISTICS. New York: Mc-Graw Hill. EXERCÍCIOS – SEMANA 1 1. Para o exemplo 2.1 (pagina 10): 1.1 Qual a hipótese a ser testada? 1.2 Identifique: Fator, categorias, tratamentos, tamanho da parcela, bordadura e as variáveis respostas. 1.3 Quais seriam possíveis fontes de variação responsáveis pelo erro experimental? 1.4 Supondo a existência de dois equipamentos disponíveis para a determinação das resistências das amostras de fibras, apresente uma proposta de aleatorização? 1.5 Considere que os dois equipamentos do item 4 são de diferentes procedências e datas de fabricação. Apresente uma proposta de sorteio do experimento. 2. Qual a distinção entre Estimativa e Estimador? 3. Com suas palavras, o que é um bom estimador? 4. Para cada situação seguinte, determine: Fator, Categorias, Tratamentos, Número de repetições, Tamanho de parcela, Bordadura e Variáveis respostas: 4.1 Em um laboratório de Física serão testados 6 voltímetros de marcas diferentes (A, B, C, D, E e F), visando verificar se estes aparelhos estão igualmente calibrados. Para isto, será medida uma fonte constante de 120 Volts, anotando-se a diferença entre a leitura que o voltímetro fornece e o valor esperado (120V). Serão utilizados todos os 5 técnicos que trabalham neste laboratório para fazer as medições. 4.2 Para a avaliação da fertilidade de cinco tipos de solos, foi instalado um experimento em casa de vegetação utilizando-se vasos nos quais foram plantadas semente de algodão. O delineamento experimental adotado foi o Inteiramente Casualizado com quatro repetições e cada parcela era um vaso contendo uma planta. Ao final da pesquisa, entre outras características, foram anotadas as alturas de plantas, em cm. 4.3 Um experimento foi realizado na UNESP-Jaboticabal/SP, para avaliar a produção de matéria seca e a composição química de três cultivares de aveia amarela (Avena byzantina C. Koch): UFP2, UFP3 e UFP7, nas idades de 60,74,88 e 102 dias após semeadura feita em 10/05/2002. As parcelas tinham uma área de 4 m2 nas quais foram tiradas amostras destinadas às avaliações de composição química da planta. 5. Ler o Capítulo 3.
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