Méthode scientifique
Vous avez probablement appris que la méthode scientifique consiste en une série d’étapes qui aident à enquêter. Pour répondre à ces questions, les scientifiques utilisent des données et des preuves recueillies à partir d’observations ou d’expériences pour répondre à leurs questions. Mais l’enquête scientifique se déroule rarement dans la même séquence d’étapes que celle décrite par la méthode scientifique. Par exemple, l’ordre des étapes peut changer car davantage de questions découlent des données collectées. Néanmoins, pour parvenir à des conclusions vérifiables, il faut suivre les étapes logiques et répétables de la méthode scientifique.
Questionnement scientifique
La chose la plus importante qu’un scientifique puisse faire est de poser des questions.
- Qu’est-ce qui rend le mont St. Helens plus explosif et dangereux que le volcan Mauna Loa à Hawaii?
- Pourquoi la Terre a-t-elle autant de formes de vie variées que les autres planètes du système solaire?
- Quels impacts une planète plus chaude pourrait-elle avoir sur les systèmes météorologiques et climatiques?
Les sciences de la Terre peuvent répondre à des questions vérifiables sur le monde naturel. Qu’est-ce qui rend une question impossible à tester? Certaines questions non vérifiables sont de savoir s’il existe des fantômes ou s’il y a une vie après la mort. Une question testable pourrait être de savoir comment réduire l’érosion des sols dans une ferme. Un agriculteur a entendu parler d’une méthode de plantation appelée «agriculture sans labour». L’utilisation de ce procédé élimine le besoin de labourer la terre. La question des agriculteurs est la suivante: l’agriculture sans labour va-t-elle réduire l’érosion des terres agricoles?
Recherche scientifique
Pour répondre à une question, un scientifique découvre d’abord ce que l’on sait déjà sur le sujet en lisant des livres et des magazines, en cherchant sur Internet et en parlant à des experts. Cette information permettra au scientifique de créer un bon plan expérimental. Si cette question a déjà été répondue, la recherche peut être suffisante ou peut conduire à de nouvelles questions.
Exemple
L’agriculteur effectue des recherches sur l’agriculture sans labour sur Internet, à la bibliothèque, dans les magasins de fournitures agricoles locaux et ailleurs. Il apprend diverses méthodes de culture. il apprend quel type d’engrais est le meilleur à utiliser et quel serait le meilleur espacement des cultures. Grâce à ses recherches, il apprend que l’agriculture sans labour peut être un moyen de réduire les émissions de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, ce qui contribue à la lutte contre le réchauffement de la planète.
Hypothèse
Grâce aux informations recueillies lors de recherches préliminaires, le scientifique crée une explication plausible à la question. Ceci est une hypothèse. L’hypothèse doit être directement liée à la question et doit être vérifiable. Le fait d’avoir une hypothèse guide le scientifique dans la conception d’expériences et l’interprétation des données.
Exemple
L’hypothèse de l’agriculteur est la suivante: l’agriculture sans labour diminuera l’érosion des sols sur les collines de pente similaire à la technique d’agriculture traditionnelle, car il y aura moins de perturbations des sols.
Collecte de données
Pour étayer ou réfuter une hypothèse, le scientifique doit collecter des données. Il faut beaucoup de logique et d’efforts pour concevoir des tests permettant de collecter des données afin que celles-ci puissent répondre à des questions scientifiques. Les données sont généralement collectées par expérience ou observation. Parfois, des améliorations technologiques permettront à de nouveaux tests de mieux traiter une hypothèse.
L’observation est utilisée pour collecter des données lorsqu’il est impossible, pour des raisons pratiques ou éthiques, de réaliser des expériences. Les descriptions écrites sont des données qualitatives basées sur des observations. Ces données peuvent également être utilisées pour répondre à des questions. Les scientifiques utilisent de nombreux types d’instruments pour effectuer des mesures quantitatives. Les microscopes électroniques peuvent être utilisés pour explorer de minuscules objets ou des télescopes pour en savoir plus sur l’univers. Les sondes effectuent des observations là où il est trop dangereux ou trop peu pratique pour les scientifiques de s’y rendre. Les données des sondes transitent par des câbles ou dans l’espace jusqu’à un ordinateur où elles sont manipulées par des scientifiques.
Les expériences peuvent impliquer l’utilisation de produits chimiques et de tubes à essai, ou nécessiter des technologies avancées telles qu’un microscope électronique ou un radiotélescope de forte puissance. Les scientifiques de l’atmosphère peuvent collecter des données en analysant les gaz présents dans les échantillons de gaz et les géochimistes peuvent effectuer des analyses chimiques sur des échantillons de roche.
Une bonne expérience doit avoir un facteur qui peut être manipulé ou modifié. Ceci est la variable indépendante. Le reste des facteurs doit rester le même. Ils sont les contrôles expérimentaux. Le résultat de l’expérience ou ce qui change à la suite de l’expérience est la variable dépendante. La variable dépendante «dépend» de la variable indépendante.
Exemple
L’agriculteur mène une expérience sur deux collines séparées. Les collines ont une pente similaire et reçoivent un ensoleillement similaire. Dans un cas, l’agriculteur utilise une technique agricole traditionnelle qui comprend le labour. De l’autre, il utilise une technique de semis direct, espaçant les plantes les unes des autres et utilisant des équipements spécialisés pour la plantation. Les plantes des deux coteaux reçoivent des quantités identiques d’eau et d’engrais. L’agriculteur mesure la croissance des plantes sur les deux coteaux. Dans cette expérience:
- Quelle est la variable indépendante?
- Quels sont les contrôles expérimentaux?
- Quelle est la variable dépendante?
La variable indépendante est la technique agricole – traditionnelle ou non-cultivée – car c’est ce qui est manipulé. Pour une comparaison juste des deux techniques agricoles, les deux collines doivent avoir la même pente et la même quantité d’engrais et d’eau. Ce sont les contrôles expérimentaux. La quantité d’érosion est la variable dépendante. C’est ce que l’agriculteur mesure.
Au cours d’une expérience, les scientifiques effectuent de nombreuses mesures. Les données sous forme numérique sont quantitatives.
Les données collectées à partir d’équipements avancés sont généralement stockées directement dans un ordinateur, ou le scientifique peut les mettre dans un tableur. Les données peuvent ensuite être manipulées. Les graphiques et les tableaux affichent des données et doivent être clairement étiquetés. L’analyse statistique permet une utilisation plus efficace des données en permettant aux scientifiques d’établir des relations entre différentes catégories de données. Les statistiques peuvent donner un sens à la variabilité d’un ensemble de données. Les graphiques aident les scientifiques à comprendre visuellement les relations entre les données. Les images sont créées de manière à ce que les autres personnes intéressées puissent voir facilement les relations.
Dans presque toutes les activités humaines, les erreurs sont inévitables. Dans une expérience scientifique, cela s’appelle une erreur expérimentale. Quelles sont les sources d’erreurs expérimentales? Des erreurs systématiques peuvent être inhérentes à la configuration expérimentale, de sorte que les nombres sont toujours biaisés dans une direction. Par exemple, une échelle peut toujours mesurer une demi-once de haut. L’erreur disparaîtra si la balance est réétalonnée. Des erreurs aléatoires se produisent car une mesure n’est pas faite avec précision. Par exemple, un chronomètre peut être arrêté trop tôt ou trop tard. Pour corriger ce type d’erreur, de nombreuses mesures sont prises puis moyennées. Si un résultat ne correspond pas aux résultats d’autres échantillons et que de nombreux tests ont été effectués, il est probable qu’une erreur ait été commise dans cette expérience et que le point de données incohérent puisse être supprimé.
Conclusions
Les scientifiques étudient des graphiques, des tableaux, des diagrammes, des images, des descriptions et toutes les autres données disponibles pour tirer les conclusions de leurs expériences. Y a-t-il une réponse à la question basée sur les résultats de l’expérience? L’hypothèse était-elle appuyée? Certaines expériences soutiennent complètement une hypothèse et d’autres non. Si une hypothèse s’avère fausse, l’expérience n’est pas un échec. Tous les résultats expérimentaux contribuent à la connaissance. Les expériences qui appuient ou non une hypothèse peuvent conduire à encore plus de questions et d’expériences.
Exemple
Au bout d’un an, l’agriculteur constate que l’érosion sur la colline traditionnellement cultivée est 2,2 fois supérieure à celle sur la colline sans labour. Les plantes sur les parcelles sans labour sont plus hautes et l’humidité du sol est plus élevée. L’agriculteur décide de se convertir à l’agriculture sans labour pour ses futures cultures. L’agriculteur continue ses recherches pour voir quels autres facteurs pourraient aider à réduire l’érosion.
Théorie
Alors que les scientifiques mènent des expériences et font des observations pour tester une hypothèse, ils collectent au fil du temps de nombreuses données. Si une hypothèse explique toutes les données et qu’aucune de ces données ne contredit l’hypothèse, l’hypothèse devient une théorie. Une théorie scientifique est étayée par de nombreuses observations et ne présente aucune incohérence majeure. Une théorie doit être constamment testée et révisée. Une fois qu’une théorie a été développée, elle peut être utilisée pour prédire le comportement. Une théorie fournit un modèle de réalité plus simple que le phénomène lui-même. Même une théorie peut être renversée si des données contradictoires sont découvertes. Cependant, une théorie de longue date qui dispose de nombreuses preuves à l’appui est moins susceptible d’être renversée qu’une théorie plus récente.
