Méthode scientifique

La méthode scientifique est utilisée pour résoudre des problèmes et expliquer des phénomènes. Le développement de la méthode scientifique a coïncidé avec des changements de philosophie qui ont sous-tendu la découverte scientifique, transformant radicalement la vision de la société sur la nature. Au cours de la Renaissance européenne, des individus tels que Francis Bacon, Galilée et Isaac Newton ont formalisé le concept de méthode scientifique et l’ont mis en pratique. Bien que la méthode scientifique ait été révisée depuis ses premières conceptions, une grande partie du cadre et de la philosophie reste en pratique aujourd’hui.

Étape 1 : L’observation et la question

Avant l’enquête, un scientifique doit définir la question à aborder. Cette première étape cruciale du processus scientifique consiste à observer certains phénomènes naturels d’intérêt. Ce constat devrait ensuite conduire à un certain nombre de questions sur le phénomène. Cette étape nécessite souvent des recherches de fond nécessaires pour comprendre le sujet et des travaux antérieurs sur des idées similaires. L’examen et l’évaluation des recherches antérieures permettent aux scientifiques d’affiner leurs questions afin de combler plus précisément les lacunes dans les connaissances scientifiques. La définition d’une question de recherche et la compréhension des recherches antérieures pertinentes influenceront la façon dont la méthode scientifique est appliquée, ce qui en fait une première étape importante dans le processus de recherche.

Un exemple de tous les jours : vous essayez de vous rendre à l’école ou au travail et votre voiture ne démarre pas. Le processus de pensée que la plupart des gens traversent dans cette situation reflète clairement la méthode scientifique officielle (une fois que vous avez fini de vous énerver). Tout d’abord, vous faites un constat : ma voiture ne démarre pas ! La question qui s’ensuit : pourquoi cela ne fonctionne-t-il pas ?

Étape 2 : L’hypothèse

L’étape suivante consiste à faire une hypothèse, basée sur des connaissances préalables. Une hypothèse est une « explication incertaine » ou une conjecture non prouvée qui cherche à expliquer un phénomène sur la base de connaissances obtenues lors de l’exécution d’expériences ou d’observations ultérieures. Généralement, les scientifiques élaborent plusieurs hypothèses pour répondre à leurs questions et les tester systématiquement.

Toutes les hypothèses doivent répondre à certains critères pour que le processus scientifique fonctionne. Premièrement, une hypothèse doit être testable et falsifiable. Cet aspect de l’hypothèse est critique et d’une bien plus grande importance que la justesse de l’hypothèse. Une hypothèse testable est une hypothèse qui génère des prédictions vérifiables, traitées par des observations ou des expériences. Une hypothèse falsifiable est une hypothèse qui, par l’observation de résultats contradictoires, peut être prouvée fausse. Cela permet aux enquêteurs de gagner en confiance au fil du temps, non pas en accumulant des preuves montrant qu’une hypothèse est correcte, mais plutôt en montrant que des situations qui pourraient établir sa fausseté ne se produisent pas.

Les hypothèses se présentent sous deux formes : les hypothèses nulles et les hypothèses alternatives. L’hypothèse nulle est testée par rapport à l’hypothèse alternative et reflète qu’il n’y aura aucun changement observé dans l’expérience. L’hypothèse alternative est généralement celle décrite dans les deux paragraphes précédents, également appelée hypothèse expérimentale. L’autre hypothèse est le résultat prédit de l’expérience. Si l’hypothèse nulle est rejetée, cela constitue une preuve pour l’hypothèse alternative.

Un exemple de tous les jours : Peut-être qu’il gèle dehors et qu’il est donc assez probable que la batterie de votre voiture soit morte. Peut-être savez-vous que vous étiez à court d’essence la nuit précédente et qu’il est donc probable que le réservoir soit vide.

Étape 3 : Expérimentation et collecte de données

Quoi qu’il en soit, l’étape suivante consiste à faire plus d’observations ou à mener des expériences menant à des conclusions. Après la formulation d’hypothèses, les scientifiques planifient et mènent des expériences pour tester leurs hypothèses. Ces expériences fournissent des données qui soutiendront ou infirmeront l’hypothèse. Les données peuvent être collectées à partir d’observations quantitatives ou qualitatives. L'information qualitative fait référence à des observations qui peuvent être faites simplement en utilisant ses sens, que ce soit par la vue, l'ouïe, le goût, l'odorat ou le toucher. En revanche, les observations quantitatives sont celles dans lesquelles des mesures précises d'un certain type sont utilisées pour étudier une hypothèse.

Une expérience est une procédure conçue pour déterminer si les observations du monde réel concordent ou réfutent les prédictions dérivées de l’hypothèse. Si les preuves d’une expérience soutiennent une hypothèse, cela donne plus de crédibilité à l’hypothèse. Cela n’indique pas que l’hypothèse est vraie, car des expériences futures pourraient révéler de nouvelles informations sur l’hypothèse initiale. La conception expérimentale est une autre étape critique de la méthode scientifique et peut avoir un effet important sur les résultats et les conclusions que l’on tire d’une expérience. Une réflexion approfondie et du temps doivent être consacrés à la conception expérimentale et à la réduction des erreurs possibles. L’expérience doit être conçue de manière à ce que chaque variable ou facteur susceptible d’influencer le résultat de l’expérience soit sous le contrôle du chercheur. Deux types de variables sont utilisés pour décrire les conditions d’une expérience : la variable indépendante et la variable dépendante, ou variable-réponse. La variable indépendante est directement manipulée ou contrôlée par le scientifique et c’est généralement ce que l’on prédit qui affectera la variable dépendante. La variable dépendante, ou variable-réponse, dépend donc de la valeur de la variable indépendante. Les expériences sont généralement conçues de manière à ce qu’un facteur spécifique soit manipulé dans l’expérience afin d’éclairer les relations de cause à effet.

Un exemple de tous les jours : la voiture a-t-elle encore toutes ses pièces ? Est-ce la bonne clé ? Que dit la jauge d’essence ? Un démarrage rapide aide-t-il ?

Un autre aspect important de la conception expérimentale est le rôle du traitement de contrôle, qui représente une condition de traitement non manipulée. Le traitement témoin est maintenu dans les mêmes conditions que le traitement expérimental, mais la manipulation expérimentale n’est pas appliquée au témoin. Par exemple, si un chercheur testait les effets de la salinité du sol sur la croissance des plantes, le sol du traitement témoin ne contiendrait pas de sel ajouté. Le contrôle fournit une base de référence de conditions « normales » avec lesquelles comparer les traitements expérimentaux.

La conception expérimentale doit également inclure des répétitions de chaque traitement. La répétabilité des résultats expérimentaux est une partie importante de la méthode scientifique qui garantit la validité et l’exactitude des données. Il est assez difficile de contrôler tous les aspects d’une expérience, de sorte qu’il y a une variation inhérente dans les résultats qui ne peut pas être contrôlée, même dans le cadre des expériences les mieux conçues et les plus contrôlées. Le fait d’avoir des répétitions permet à un chercheur d’estimer cette variation inhérente aux résultats. L’enregistrement et la mesure précis des données sont également d’une grande importance pour garantir l’exactitude des résultats et les conclusions que l’on en tire.

Étape 4 : Résultats et analyse des données

L’étape suivante de la méthode scientifique consiste à déterminer ce que signifient les résultats de l’expérience. Les scientifiques comparent les prédictions de leur hypothèse nulle à celle de leur hypothèse alternative pour déterminer s’ils sont capables de rejeter l’hypothèse nulle. Le rejet de l’hypothèse nulle signifie qu’il existe une probabilité significative que les valeurs de la variable dépendante dans le contrôle par rapport aux traitements expérimentaux ne soient pas égales les unes aux autres. S’il existe des différences significatives, on peut rejeter l’hypothèse nulle et accepter l’hypothèse alternative. À l’inverse, l’investigateur peut ne pas rejeter l’hypothèse nulle, ce qui signifie que le traitement n’a aucun effet sur les résultats. Avant que les scientifiques puissent affirmer leur hypothèse nulle à partir de leurs données expérimentales ou de leurs observations, des tests statistiques sont nécessaires pour garantir la validité des données et une interprétation ultérieure des données. Les tests statistiques permettent aux chercheurs de déterminer s’il existe de réelles différences entre le traitement témoin et le traitement expérimental. À partir de là, ils peuvent créer des figures et des tableaux pour illustrer leurs découvertes.

Étape 5 : Conclusions

La dernière partie de la méthode scientifique consiste à fournir des explications sur les résultats et les conclusions qui peuvent être logiquement tirées des résultats. En général, cette étape du processus scientifique nécessite également de revisiter la littérature scientifique et de comparer leurs résultats avec d’autres expériences ou observations sur des sujets connexes. Cela permet aux chercheurs de placer leur expérience dans un contexte plus général et d’élaborer sur la signification de résultats particuliers. De plus, cela leur permet d’expliquer comment leur travail s’inscrit dans un contexte plus large de leur discipline.

Le processus scientifique ne s’arrête pas là ! Le processus scientifique fonctionne à travers le temps à mesure que les connaissances sur des sujets scientifiques s’accumulent et alimentent notre compréhension de mécanismes ou de processus particuliers expliquant les phénomènes naturels. Si nous ne parvenons pas à rejeter notre hypothèse nulle, il devient alors nécessaire de revenir sur les étapes initiales de la méthode scientifique et d’essayer de reformuler nos questions et de comprendre pourquoi un résultat attendu n’a pas été atteint.

Application de la méthode scientifique

La seule différence entre l’utilisation de cette méthode dans la vie de tous les jours et en laboratoire est que les scientifiques documentent soigneusement leur travail, de l’observation à l’hypothèse à l’expérience, et enfin aux conclusions et à l’examen par les pairs. De plus, contrairement à la résolution de problèmes en dehors du laboratoire, la méthode scientifique en laboratoire comprend des conditions et des variables contrôlées.

Étudions la méthode scientifique à l’aide d’un exemple tiré du laboratoire. On sait que la croissance des plantes est affectée par les microbes, tels que les bactéries et les champignons, qui vivent dans leur sol. Il est possible de déterminer quels microbes ont quels effets en mettant les plantes en pot dans un sol complètement stérile, puis en ajoutant les microbes un par un, ou dans différentes combinaisons et en mesurant la croissance de la plante. Maintenant, intégrons cela dans les termes utilisés pour décrire la méthode scientifique :

Observation et question : Il y a des microbes dans le sol... affectent-ils la croissance des plantes ?

Hypothèses:

Expérimental : Un microbe d’intérêt particulier fera pousser les plantes plus lentement.

Vide : La présence ou l’absence de microbes n’aura aucun effet sur la croissance des plantes

Expérience : installez des groupes de plantes dans 1) un sol stérile, 2) un sol avec le microbe ajouté et 3) un sol naturel. Mesurez la croissance des plantes au fil du temps, à l’aide d’une règle.

Conclusion : si les plantes du groupe 2 poussent plus lentement que les deux autres, l’hypothèse est étayée. Cela doit être étayé par des analyses statistiques provenant de nombreuses usines pour être considéré comme significatif. Une telle expérience n’est pas légitime avec une seule plante par groupe.

Le groupe 1 est un contrôle qui montre que les plantes peuvent pousser dans un sol stérile. Le groupe 3 est un contrôle qui montre que les plantes peuvent pousser dans des conditions normales. Le groupe 2 est le groupe expérimental. Il serait possible d’ajouter différentes quantités de microbes, ou différents microbes, pour introduire plus de variables. Le point principal est que le chercheur a quelque chose à comparer au groupe expérimental - le groupe témoin. Si l’expérience ne comprenait que le groupe 2 et que le chercheur déterminait que les plantes « avaient l’air malades », ce serait une question d’opinion. La seule façon de rendre cette observation scientifique est d’avoir des plantes saines à mesurer. Le type ou la quantité de microbe utilisée est la variable indépendante, car le chercheur en a le contrôle. La taille de la plante à la fin de l’expérience est la variable dépendante ou réponse car c’est le résultat.

En fin de compte, des travaux comme celui-ci sont publiés dans des revues scientifiques afin que d’autres chercheurs puissent lire sur les méthodes utilisées et les conclusions tirées. Des publications comme celle-ci sont soumises à un examen par les pairs, ce qui signifie qu’un article ne sera pas publié dans une revue tant que d’autres chercheurs ne l’auront pas vérifié et n’auront pas convenu qu’il est bien fait. En tant que communauté de scientifiques, des concepts généraux sont développés sur la base de modèles observés dans les expériences menées par les scientifiques. Cela aboutit au développement d’une théorie scientifique. Ce terme signifie qu’il existe un consensus parmi les chercheurs sur l’existence d’un concept ou d’un processus particulier. Il est important de noter que le mot théorie ne signifie pas la même chose qu’hypothèse. Une fois que les scientifiques étiquettent un concept avec ce terme, il est considéré comme vrai, compte tenu de toutes les données actuellement disponibles. Bien sûr, si un grand nombre d’expériences démontrent le contraire, les théories peuvent être modifiées.