Étapes de la Méthode Scientifique

Quelle est la méthode scientifique?

La méthode scientifique a été largement utilisée depuis le 17ème siècle en tant que processus par lequel les scientifiques "font de la science" dans le monde réel. Il a été utilisé pour découvrir de nombreuses choses incroyables sur le monde qui nous entoure. La méthode scientifique est un processus constant: une découverte peut conduire à de nombreuses autres questions qui, lorsqu'elles sont examinées, peuvent conduire à davantage de réponses. Selon le niveau de vos élèves, le programme de votre district et d'autres facteurs, les étapes décrites ci-dessous peuvent ne pas correspondre exactement à ce que vous enseignez. Cependant, le processus devrait toujours correspondre conceptuellement. Outre un résumé des étapes clés de la méthode scientifique, il existe des activités suggérées pour inciter vos étudiants à réfléchir à la science dans le monde réel.

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1. Faire des observations

Tout le monde fait cela tout le temps, à partir du moment où nous nous levons jusqu'à la seconde où nous allons nous coucher. Dès leur plus jeune âge, les enfants jouent le rôle de scientifiques, observant attentivement le monde qui les entoure. Storyboard That peut être utilisé pour décrire ces observations sous forme de courtes bandes dessinées. Les observations ne sont pas simplement des choses que nous voyons avec nos yeux. Ils comprennent une gamme de choses très différente et incluent des choses que nous ressentons, sentons, goûtons, touchons ou entendons. Ils peuvent également provenir d'informations recueillies à l'aide d'équipements scientifiques, tels que des microscopes, des thermomètres et des sismomètres.

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2. Poser une question

Les questions peuvent être basées sur n'importe quoi, même si certaines questions sont plus faciles à répondre que d'autres. L’une des parties les plus importantes de la recherche scientifique est la réflexion sur le "comment" et le "pourquoi". Poser des questions peut être une excellente activité à compléter avec vos élèves. Demandez aux élèves de créer un story-board avec une carte mentale contenant leurs questions sur le monde ou de cibler des questions sur un sujet spécifique. Selon l'âge de vos élèves, vous remarquerez peut-être que ces questions se chevauchent souvent!

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3. recherche

La recherche peut être aussi simple qu’une recherche sur Internet ou dans une bibliothèque. C’est un bon moment pour discuter avec vos étudiants de sources fiables et peu fiables. Les scientifiques utilisent des journaux pour déterminer si d’autres scientifiques ont effectué un travail similaire et quelles suggestions ils ont fait pour des études et des expériences plus poussées. Une autre idée est de lire certaines recherches que vous avez trouvées aux étudiants, en soulignant et en expliquant tout vocabulaire difficile. Cela encouragera les étudiants à faire des recherches pour répondre à leurs questions avant de terminer une expérience, surtout si elle a déjà été faite.

4. décider d'une hypothèse

Une hypothèse est une déclaration testable ou une supposition éclairée. L'hypothèse est importante car l'expérience tente de déterminer comment une variable peut avoir un effet sur une autre. Lors de la création d’une hypothèse, il est important d’abord d’identifier les variables dépendantes et indépendantes de l’enquête. Réfléchissez à l’effet que changer la variable indépendante pourrait avoir sur la variable dépendante. À partir de là, formez une déclaration «si… alors…». Par exemple, lors d'une enquête visant à déterminer l'incidence de la température sur la croissance des moisissures sur le pain, la variable indépendante est la température et la variable dépendante la quantité de moisissure se développant sur le pain. L’hypothèse «si… alors…» serait: «Si la température augmente, la quantité de moisissure sur le pain augmentera également».

5. Recueillir des données

Les données peuvent provenir d'une activité prescrite conçue par un enseignant, d'une expérience basée sur une hypothèse vérifiable ou de l'utilisation de données publiées sur le sujet. Pour en savoir plus sur la manière de faire travailler vos étudiants en tant que scientifiques et de concevoir leurs propres expériences, voir " Conception expérimentale ". Cela peut également être un bon moment pour aider les élèves à déterminer quelles données sont les plus importantes à collecter.

6. Analyser les données

Organisez les résultats de l'expérience et recherchez des modèles, des tendances ou d'autres informations. À ce stade, les étudiants peuvent souvent créer des tableaux et des graphiques facilitant la compréhension des informations. Cela peut être un excellent moyen d’incorporer des compétences en mathématiques dans votre programme de sciences.

7. Tirer des conclusions après avoir interprété les données

À ce stade, les scientifiques interprètent les données pour tirer des conclusions. ils décident si les données étayent ou faussent une hypothèse.

Lors de la réalisation d’une expérience visant à déterminer l’incidence de la température sur la croissance des moisissures sur le pain, testez deux morceaux de pain: laissez l’un dans un endroit chaud et l’autre dans un endroit froid. Une hypothèse pourrait être que si la température est abaissée, la moisissure se développera plus rapidement . Une fois l'expérience terminée, si les moisissures laissées sur le morceau de pain laissé au chaud étaient plus développées, les données n'appuient pas l'hypothèse.

8. Partager les résultats avec d'autres scientifiques

Il est important d'amener vos étudiants à partager leur travail avec leurs pairs afin de maintenir leur intérêt pour la recherche scientifique. Les étudiants peuvent facilement partager leurs résultats et leurs conclusions de plusieurs manières:

• Les étudiants critiquent leurs travaux écrits et fournissent une évaluation par les pairs.
• Les étudiants développent leurs compétences en matière de parole en préparant une présentation détaillant leur travail et en discutant de leurs résultats et conclusions.
• Créer un journal scientifique de classe pour rassembler les travaux des élèves
• Publier des données, des diagrammes ou des résultats sur un tableau d'affichage
• Les étudiants s'engagent dans une discussion en classe à la suite d'une expérience
• Organisez une foire scientifique pour que les étudiants partagent leurs résultats et leurs travaux pratiques
• Un événement à l'échelle de l'école, invitant des juges externes à inspecter le travail de l'élève
• Un partage informel d'informations entre les étudiants ou les groupes de la classe avec des affiches ou des expositions

Le partage des résultats se fait souvent par la publication d'articles dans des revues scientifiques ou lors de conférences scientifiques. Montrez aux élèves des exemples de ces journaux et voyez s'ils trouvent quelque chose d'intéressant.

9. Répéter l'expérience

Ceci est normalement effectué par d'autres scientifiques du monde entier. Plus le nombre de personnes capables de reproduire une expérience et de trouver les mêmes résultats est grand, plus la théorie acquiert de soutien. Toutefois, vos élèves peuvent comparer les résultats d’autres élèves ou effectuer des expériences de suivi. C'est un exercice particulièrement intéressant si les élèves ont conçu une expérience. Plusieurs groupes doivent effectuer une expérience pour voir s'ils ont les mêmes conclusions ou si l'expérience n'est pas reproductible.

Beaucoup des grandes découvertes scientifiques qui ont suivi cette méthode sont aussi de belles histoires! Storyboard That peut être utilisé pour amener les élèves à visualiser ces récits et à comprendre ce à quoi ressemble la méthode scientifique en action. Les étudiants peuvent identifier les différentes étapes de la méthode scientifique en suivant l’histoire de découvertes célèbres. Dans l'exemple ci-dessous, le storyboard examine la découverte de la structure hélicoïdale de l'ADN.

Découverte de la structure de l'ADN

Les travaux effectués par Oswald Avery, Colin MacLeod et Maclyn McCarty en 1944 ont montré que l'acide désoxyribonucléique (ADN) était le produit chimique porteur de l'information génétique. Bien qu'ils le sachent, la communauté scientifique ne savait toujours pas quelle forme avait la molécule d'ADN. James Watson et Francis Crick ont émis l'hypothèse que la molécule aurait une forme hélicoïdale. Ils ont prédit, à l'aide de calculs mathématiques, que le diagramme de diffraction des rayons X pour une hélice serait une forme en X. Watson et Crick travaillaient à la production d’un modèle d’ADN basé sur leur hypothèse.

Rosalind Franklin, une jeune chercheuse du King's College de Londres, menait des recherches sur les différents schémas de diffraction créés lorsque les rayons X étaient projetés sur différents échantillons. L'un des échantillons sur lesquels elle effectuait des recherches était de l'ADN cristallisé.

La photographie 51 était une image de diffraction aux rayons X de l'ADN prise par Raymond Gosling (un doctorant sous la supervision de Franklin) sans la permission ou la connaissance de Franklin. Cette image a été montrée à Watson et Crick. Lorsque Watson a vu la photo, il a immédiatement compris que la structure devait être hélicoïdale à partir du motif en forme de X du diagramme de diffraction des rayons X.

Watson et Crick ont reçu le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1962 pour leurs recherches sur la structure de l'ADN. Rosalind Franklin est décédée d'un cancer de l'ovaire à l'âge de 38 ans, quatre ans avant cette récompense. Il est communément admis que son témoignage a été essentiel pour identifier la structure de l’ADN. On peut encore se demander si elle aurait identifié elle-même la structure sans le travail de Watson et Crick.

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Une autre activité intéressante consiste à amener les élèves à utiliser Storyboard That pour raconter une histoire aussi ancienne que celle décrite ci-dessous. Il est important de noter que toutes les grandes découvertes de l'histoire des sciences n'ont pas suivi la méthode scientifique décrite ci-dessus. Galilée et sa découverte des lunes de Jupiter en sont un exemple fascinant.

Il y a beaucoup d'histoires passionnantes de découvertes scientifiques que vous pourriez amener vos élèves au scénarimage! Voici quelques autres histoires intéressantes que les étudiants peuvent rechercher et raconter.

• Edmond Halley et la comète de Halley
• Isaac Newton et la découverte de la gravité
• Carl Wilhelm Scheele et la découverte de l'oxygène
• Charles Darwin et le processus de sélection naturelle
• Louis Pasteur et la découverte de la façon de tuer les bactéries
• Alexander Fleming et la découverte des antibiotiques
• Louis de Broglie avec ses travaux sur la dualité matière et onde-particule
• Dimitry Mendeleev et le tableau périodique
• Wilhelm Roentgen et les rayons X
• Thomas Young et la théorie des ondes de la lumière
• Le projet Manhattan et la bombe atomique

Pour plus de ressources sur l'impact de l'investigation scientifique et de la découverte de l'histoire, consultez nos ressources sur l' histoire.

Galilée

Galileo Galilei est né à Pise, en Italie, le 15 février 1564. Il était le fils d'un célèbre musicien italien. Bien qu'il soit très intéressé à devenir un prêtre catholique, il a commencé son cursus en tant que docteur à l'Université de Pise. Il est tombé amoureux des mathématiques et de la physique après avoir assisté accidentellement à une conférence sur la géométrie.

L'un des articles les plus importants et les plus controversés de Galilée était Siderus Nuncias , ou Starry Messenger , qui détaillait ses observations sur les lunes de Jupiter. Ces observations ont favorisé un changement dans la manière dont les gens comprenaient la structure de l'univers. Jusqu'à ces observations surprenantes, les gens s'étaient mis d'accord avec le philosophe et scientifique grec Aristote , qui avait d'abord avancé l'idée que la Terre était au centre de l'univers. Ce concept de l'univers s'appelait le modèle géocentrique .

Galileo était l'un des pionniers du télescope. Ses premiers télescopes contenaient souvent des défauts et produisaient des images floues, mais pouvaient encore grossir les objets environ 30 fois pour l'observateur. Il a vendu ses télescopes et utilisé l'argent pour financer ses recherches. Il a utilisé son télescope pour observer le ciel nocturne et faire des observations détaillées de ce qu'il a vu.

Dans la nuit du 7 janvier 1610, Galilée regarda Jupiter dans les cieux. Il a remarqué «trois étoiles fixes» très proches de la planète alignées. Au cours des nuits suivantes, il découvrit que ces "étoiles" n'étaient pas toutes figées et semblaient bouger par rapport à Jupiter. Nous savons maintenant que ces "étoiles" n'étaient pas réellement des étoiles, mais des lunes de Jupiter. Il réalisa que si ces corps gravitaient autour de Jupiter, le modèle géocentrique n'aurait alors aucun sens. Ces données confortent le modèle héliocentrique , l’idée que le soleil est au centre de notre univers et que d’autres corps célestes l’entourent. Nicolaus Copernicus était un scientifique polonais qui a d'abord supposé que le Soleil était au centre de notre univers.

L'église catholique était une force extrêmement puissante dans le monde à l'époque et ils n'étaient pas du tout impressionnés par les découvertes de Galilée. L’Église a estimé que toute mention d’un univers centré sur le Soleil allait à l’encontre de ses vues et de la Bible et tenait absolument à enrayer la propagation de cette idée. Galileo a été appelé par l'Inquisition romaine, alors que l'Église pensait qu'il tentait de réécrire la Bible. Galilée a été jugé «suspect d'hérésie» et a été mis en prison. Le lendemain, il a été placé en résidence surveillée jusqu'à sa mort huit ans plus tard.

Les scientifiques modernes ont compris que le soleil était le centre de notre système solaire, mais pas l'univers. Notre soleil est une étoile très semblable aux milliards d'autres dans notre univers. En 1992, 350 ans après l'emprisonnement de Galilée, l'Église catholique a admis que ses vues étaient erronées et le pape Jean-Paul Paul s'est excusé pour l'événement.

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Foire aux questions sur la méthode scientifique

Pourquoi la méthode scientifique est-elle importante ?

La méthode scientifique est importante car elle fournit un moyen systématique d'explorer et de comprendre le monde naturel. Il permet aux scientifiques de faire des observations objectives, de formuler des hypothèses vérifiables et de concevoir des expériences pour tester ces hypothèses. En suivant la méthode scientifique, les scientifiques peuvent s'assurer que leurs conclusions sont basées sur des preuves empiriques et ne sont pas simplement le résultat de biais ou de spéculations.

Qu'est-ce qu'une hypothèse ?

Une hypothèse est une tentative d'explication d'un phénomène observé. C'est une déclaration testable qui prédit ce qui se passera dans certaines conditions si l'hypothèse est correcte.

Qu'est-ce qu'un groupe de contrôle ?

Un groupe de contrôle est un groupe dans une expérience qui est utilisé comme standard de comparaison. Le groupe témoin n'est pas exposé au traitement expérimental et il est utilisé pour déterminer si les résultats de l'expérience sont dus au traitement ou à un autre facteur.

Qu'est-ce qu'une variable ?

Une variable est un facteur qui peut changer dans une expérience. Il existe deux types de variables : les variables indépendantes et les variables dépendantes. La variable indépendante est le facteur qui est manipulé par l'expérimentateur, tandis que la variable dépendante est le facteur qui est mesuré.