Méthode scientifique

Ce qui distingue une méthode d'enquête scientifique est une question connue sous le nom de "critère". Il s'agit d'une réponse à la question suivante : existe-t-il un moyen de savoir si un concept ou une théorie est une science, par opposition à un autre type de connaissance ou de croyance ? De nombreuses idées ont été émises quant à la manière de l'exprimer. Les positivistes logiques pensaient qu'une théorie était scientifique si elle pouvait être vérifiée ; mais Karl Popper pensait que c'était une erreur. Il pensait qu'une théorie n'était pas scientifique à moins qu'elle ne puisse être réfutée d'une manière ou d'une autre. D'autre part, Paul Feyerabend pensait qu'il n'y avait pas de critère. Pour lui, "tout est possible", ou tout ce qui fonctionne, fonctionne.

Les scientifiques essaient de laisser la réalité parler d'elle-même. Ils soutiennent une théorie lorsque ses prédictions sont confirmées, et la contestent lorsque ses prédictions se révèlent fausses. Les chercheurs scientifiques proposent des hypothèses pour expliquer les phénomènes et conçoivent des expériences pour tester ces hypothèses. Comme les grandes théories ne peuvent pas être testées directement, elles le sont en testant les prédictions dérivées de la théorie. Ces étapes doivent être répétables, afin d'éviter toute erreur ou confusion de la part d'un expérimentateur particulier.

La recherche scientifique se veut généralement aussi objective que possible. Pour réduire les interprétations biaisées des résultats, les scientifiques publient leurs travaux, et partagent ainsi les données et les méthodes avec d'autres scientifiques.

La science et les choses qui ne sont pas de la science (comme la pseudo-science) se distinguent souvent par le fait qu'elles utilisent ou non la méthode scientifique. L'une des premières personnes à avoir tracé les grandes lignes des étapes de la méthode scientifique a été John Stuart Mill.

Il n'existe pas de méthode scientifique unique. Certains domaines scientifiques sont basés sur des modèles mathématiques, comme la physique et la climatologie. D'autres, comme de nombreux domaines des sciences sociales, ont des théories approximatives et s'appuient davantage sur les modèles qui se dégagent de leurs données. Parfois, les scientifiques se concentrent sur la vérification et la confirmation d'hypothèses, mais l'exploration ouverte est également importante. Certains domaines scientifiques ont recours à des expériences en laboratoire. D'autres recueillent des observations à partir de situations réelles. De nombreux domaines scientifiques sont quantitatifs, mettant l'accent sur les données numériques et l'analyse mathématique. Mais certains domaines, notamment en sciences sociales, utilisent des méthodes qualitatives, comme des entretiens ou des observations détaillées du comportement humain ou animal. Trop se concentrer sur un type de méthode peut nous amener à ignorer les connaissances produites par d'autres méthodes.

Certains manuels se concentrent sur une "méthode scientifique" unique et standard. Cette idée d'une méthode scientifique unique est largement basée sur des domaines scientifiques expérimentaux et quantitatifs, avec des tests d'hypothèses. Elle ne s'applique pas très bien à d'autres domaines scientifiques. Elle est souvent rédigée en plusieurs étapes :

1. Posez une question sur le monde. Tout travail scientifique commence par le fait d'avoir une question à poser ou un problème à résoudre. ^{I, p9} Parfois, le fait de trouver la bonne question est la partie la plus difficile pour un scientifique. La question doit pouvoir être répondue au moyen d'une expérience.
2. Créer une hypothèse - une réponse possible à la question. En science, une hypothèse est un mot qui signifie "une supposition éclairée sur le fonctionnement d'une chose". Il doit être possible de prouver qu'elle est juste ou fausse. Par exemple, une déclaration comme "Le bleu est une meilleure couleur que le vert" n'est pas une hypothèse scientifique. On ne peut pas prouver qu'elle est juste ou fausse. "Plus de gens aiment la couleur bleue que la verte" pourrait être une hypothèse scientifique, car on pourrait demander à de nombreuses personnes si elles préfèrent le bleu au vert et trouver une réponse dans un sens ou dans l'autre.
3. Concevoir une expérience. Si l'hypothèse est vraiment scientifique, il devrait être possible de concevoir une expérience pour la tester. Une expérience doit pouvoir dire au scientifique si l'hypothèse est fausse ; elle peut ne pas lui dire si l'hypothèse est juste. Dans l'exemple ci-dessus, une expérience peut consister à demander à de nombreuses personnes quelles sont leurs couleurs préférées. Faire une expérience peut cependant être très difficile. Et si la question clé à poser aux gens n'est pas de savoir quelles couleurs ils aiment, mais quelles couleurs ils détestent ? Combien de personnes doivent être interrogées ? Existe-t-il des moyens de poser la question qui pourraient changer le résultat d'une manière inattendue ? Ce sont toutes les questions que les scientifiques doivent se poser avant de faire une expérience et de la réaliser. En général, les scientifiques ne veulent tester qu'une chose à la fois. Pour ce faire, ils essaient de faire en sorte que chaque partie d'une expérience soit identique pour tout, sauf pour la chose qu'ils veulent tester.
4. Expérimenter et collecter les données. Ici, le scientifique essaie de réaliser l'expérience qu'il a conçue auparavant. Parfois, le scientifique a de nouvelles idées au fur et à mesure que l'expérience se déroule. Parfois, il est difficile de savoir quand une expérience est finalement terminée. Parfois, il est très difficile d'effectuer une expérience. Certains scientifiques passent la plus grande partie de leur vie à apprendre comment faire de bonnes expériences.
5. Pourquoi-questions. Les explications sont des réponses aux questions sur le pourquoi. ^{II, p3}
6. Tirez les conclusions de l'expérience. Parfois, les résultats ne sont pas faciles à comprendre. Parfois, les expériences elles-mêmes soulèvent de nouvelles questions. Parfois, les résultats d'une expérience peuvent signifier beaucoup de choses différentes. Il faut réfléchir à tout cela avec soin.
7. Communiquez-les aux autres. Un élément clé de la science est le partage des résultats des expériences, afin que d'autres scientifiques puissent ensuite utiliser les connaissances elles-mêmes et que toute la science puisse en bénéficier. En général, les scientifiques ne font pas confiance à une nouvelle affirmation, à moins que d'autres scientifiques ne l'aient d'abord examinée pour s'assurer qu'elle ressemble à de la vraie science. C'est ce qu'on appelle l'examen par les pairs ("pair" signifie ici "autres scientifiques"). Les travaux qui passent l'examen par les pairs sont publiés dans une revue scientifique.

Bien que rédigée sous forme de liste, les scientifiques peuvent faire plusieurs fois l'aller-retour entre les différentes étapes avant d'être satisfaits de la réponse.

Tous les scientifiques n'utilisent pas la "méthode scientifique" susmentionnée dans leur travail quotidien. Parfois, le travail scientifique proprement dit ne ressemble en rien à ce qui précède.

Disons que nous allons découvrir l'effet de la température sur la façon dont le sucre se dissout dans un verre d'eau. Voici une façon de le faire, en suivant pas à pas la méthode scientifique.

Objectif

Le sucre se dissout-il plus rapidement dans l'eau chaude ou dans l'eau froide ? La température a-t-elle une incidence sur la vitesse de dissolution du sucre ? C'est une question que nous pourrions vouloir poser.

Planification de l'expérience

Une expérience simple consisterait à dissoudre du sucre dans de l'eau de différentes températures et à suivre le temps nécessaire à la dissolution du sucre. Ce serait un test de l'idée que le taux de dissolution varie en fonction de l'énergie cinétique du solvant.

Nous voulons nous assurer d'utiliser exactement la même quantité d'eau dans chaque essai, et exactement la même quantité de sucre. Nous faisons cela pour nous assurer que la température seule provoque l'effet. Il se peut, par exemple, que le rapport entre le sucre et l'eau soit également un facteur dans la vitesse de dissolution. Pour être encore plus prudents, nous pouvons aussi faire en sorte que la température de l'eau ne change pas pendant l'expérience.

C'est ce qu'on appelle "isoler une variable". Cela signifie que, parmi les facteurs susceptibles d'avoir un effet, un seul est modifié au cours de l'expérience.

Mener l'expérience

Nous allons faire l'expérience en trois essais, qui sont exactement les mêmes, sauf pour la température de l'eau.

1. Nous mettons exactement 25 grammes de sucre dans exactement 1 litre d'eau presque aussi froide que de la glace. Nous ne remuons pas. Nous remarquons qu'il faut 30 minutes avant que tout le sucre ne soit dissous.
2. Nous mettons exactement 25 grammes de sucre dans exactement 1 litre d'eau à température ambiante (20 °C). Nous ne remuons pas. Nous remarquons qu'il faut 15 minutes avant que tout le sucre ne soit dissous.
3. Nous mettons exactement 25 grammes de sucre dans exactement 1 litre d'eau chaude (50 °C). Nous ne remuons pas. Nous remarquons qu'il faut 4 minutes avant que tout le sucre ne soit dissous.

Tirer des conclusions

Une façon de faciliter la visualisation des résultats est d'en faire un tableau, en énumérant toutes les choses qui ont changé à chaque fois que nous avons mené l'expérience. Le nôtre pourrait ressembler à ceci :

Si toutes les autres parties de l'expérience étaient identiques (nous n'avons pas utilisé plus de sucre une fois que l'autre, nous n'avons pas remué une fois ou l'autre, etc.), alors ce serait une très bonne preuve que la chaleur affecte la vitesse de dissolution du sucre.

Nous ne pouvons cependant pas être sûrs qu'il n'y a rien d'autre qui l'affecte. Un exemple de cause cachée pourrait être que le sucre se dissout plus rapidement chaque fois qu'il y a plus de sucre dissous dans le même pot. Ce n'est probablement pas vrai, mais si c'était le cas, les résultats pourraient être exactement les mêmes : trois essais, et le dernier serait le plus rapide. Nous n'avons aucune raison de penser que c'est vrai pour l'instant, mais nous pourrions le noter comme une autre réponse possible.

La crise de réplication (ou crise de reproductibilité) fait référence à une crise de la science. Très souvent, le résultat d'une expérience scientifique est difficile ou impossible à reproduire par la suite, que ce soit par des chercheurs indépendants ou par les chercheurs d'origine eux-mêmes. Bien que la crise ait des racines anciennes, l'expression a été inventée au début des années 2010 dans le cadre d'une prise de conscience croissante du problème.

La reproductibilité des expériences étant un élément essentiel de la méthode scientifique, l'impossibilité de reproduire les études a des conséquences potentiellement graves.

La crise de la réplication a été particulièrement débattue dans le domaine de la psychologie (et en particulier de la psychologie sociale) et en médecine, où un certain nombre d'efforts ont été faits pour réétudier les résultats classiques et tenter de déterminer à la fois la validité des résultats et, s'ils sont invalides, les raisons de l'échec de la réplication.

De récentes discussions ont permis de mieux faire connaître ce problème.

Des éléments de méthode scientifique ont été élaborés par certains des premiers élèves de la nature.

• "Nous considérons comme un bon principe d'expliquer les phénomènes par l'hypothèse la plus simple possible." Ptolémée (85-165 après J.-C.). C'est un exemple précoce de ce que nous appelons le rasoir d'Occam.
• Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) et Roger Bacon (1214-1294), ont tous fait des progrès dans le développement de la méthode scientifique.
• Les scientifiques du 17e siècle ont commencé à s'accorder sur le fait que la méthode expérimentale est la principale façon de trouver la vérité. C'est ce qu'ont fait en Europe occidentale des hommes comme Galilée, Kepler, Hooke, Boyle, Halley et Newton. En même temps, le microscope et le télescope ont été inventés (en Hollande), et la Royal Society a été formée. Les instruments, les sociétés et les publications ont tous grandement aidé la science.

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