Eksperimentell metode

De eksperimentelle metodene forskere skal teste gyldigheten av en hypotese , gjengi et fenomen (ofte i laboratoriet) og variere en parameter. Parameteren som varieres er antydet i hypotesen. Resultatet av eksperimentet validerer hypotesen eller ikke. Den eksperimentelle tilnærmingen brukes i forskning innen biologi, fysikk, kjemi, psykologi eller arkeologi .

Definert av kjemikeren Michel-Eugène Chevreul i 1856, ble de utviklet av Claude Bernard innen medisin og biologi . Et privilegert verktøy innen naturvitenskap , eksperimentelle metoder brukes også innen humaniora og samfunnsvitenskap .

Historie og epistemologi

Historie

Noen hevder at forskeren Ibn Al Haytham ( Alhazen ) var en av de første som promoterte eksperimentelle metoder.

Moderne definisjon

Den eksperimentelle metoden er således definert av kjemikeren Michel-Eugène Chevreul i 1856: “Et fenomen slår sansene dine; du observerer det med den hensikt å oppdage årsaken, og for det antar du at en av dem søker bekreftelse ved å innføre et eksperiment. Resonnementet foreslått av observasjon av fenomener innleder derfor eksperimenter (...), og dette resonnementet utgjør metoden som jeg kaller eksperimentell, for i siste instans er erfaring kontrollen, kriteriet om resonnementets nøyaktighet i jakten på årsakene eller sannheten ".

Denne metoden har vært sentral i den vitenskapelige revolusjonen som ble oppnådd siden XVII -  tallet, og har gitt opphav til eksperimentelle vitenskaper. Blant forløperne til den eksperimentelle metoden er det verdt å nevne den irske fysikeren og kjemikeren Robert Boyle , som også er far til naturfilosofien , samt legen Claude Bernard .

Georges Canguilhem og Jean Gayon tar opp gjeldene til Claude Bernard mot de metodiske avhandlingene fra Chevreul, knyttet til den "uavbrutt dialog mellom de to mestrene på museet", en gjeld som fysiologen i tillegg anerkjenner fra innføringen av sitt store verk: "av I dag utvikler M. Chevreul i alle sine arbeider veldig viktige hensyn til filosofien om eksperimentell vitenskap. (...) Vårt eneste mål er og har alltid vært å bidra til å introdusere de velkjente prinsippene for den eksperimentelle metoden innen medisinsk vitenskap. ".

Claude Bernard skiller tydelig ut empiriske og eksperimentelle tilnærminger: "Empirisme er et smalt og abjekt fangehull som den fengslede ånden bare kan unnslippe på vingene til en hypotese". Han insisterer faktisk på viktigheten av hypotesen, og Canguilhem beskriver introduksjonen til studien av eksperimentell medisin som "en lang bønn for bruk av ideen i forskning, på forståelse av at en vitenskapelig idé er en ledende idé og ikke en fast idé. ". Stadiene til den eksperimentelle metoden er oppsummert av akronymet OHERIC , et veldig forenklende diagram, og modeller nærmere en autentisk eksperimentell metode er blitt foreslått.

Duhem-Quine-avhandlingen

Ordningen med hypotesetesting ved hjelp av erfaring forble i kraft i eksperimentell vitenskap Francis Bacon til XX th  århundre, da noen har stilt spørsmål ( Pierre Duhem i 1906). I følge Quines artikkel The Two Dogmas of Empiricism er det faktisk ikke noe "avgjørende eksperiment" som kan bekrefte, eller ikke, en vitenskapelig uttalelse. Quine opprettholder faktisk en helhetlig posisjon , som ikke benekter noen rolle å oppleve, men anser at dette ikke relaterer seg til en vitenskapelig uttalelse, eller hypotese, spesielt, men til hele den vitenskapelige teorien . Når et eksperiment ser ut til å motsette seg en av hypotesene våre, har vi faktisk alltid valget mellom å forlate hypotesen, eller beholde den, og å endre i stedet en annen av våre vitenskapelige uttalelser. Eksperimentet tillater således ikke å ugyldiggjøre eller bekrefte en gitt hypotese, men pålegger en omjustering av teorien som helhet. Vi har alltid valget mellom å foreta den justeringen vi foretrekker: “Du kan alltid bevare sannheten i ethvert utsagn, uansett omstendighetene. Det er tilstrekkelig å foreta drastiske omstillinger i andre deler av systemet. Man kan til og med i tilfelle et motstridende eksperiment bevare sannheten i en uttalelse som ligger nær periferien, ved å påstå en hallusinasjon , eller ved å endre noen av uttalelsene man kaller logiske lover. Omvendt (...) er ingen uttalelser evig immun for revisjon. Vi gikk så langt som å foreslå å revidere den logiske loven til den ekskluderte tredje , for å forenkle kvantemekanikken  ”.

Tidligere kvalitativ erfaring

Wolfgang Köhler bemerker at "fysikere har tatt århundrer for gradvis å erstatte direkte og fremfor alt kvalitative observasjoner av andre, indirekte, men veldig presise". Han nevner noen eksempler der en slik forsker gjør en enestående observasjon, men bare av en kvalitativ orden før dette faktum - en gang oppdaget - tjener som grunnlag for en metode for kvantitativ evaluering av fenomenet; disse metodene oversettes ofte til stadig mer sofistikerte måleinstrumenter.

Han generaliserer denne historiske observasjonen ved å stille som enhver ny vitenskap utvikler seg naturlig gjennom den gradvise overgangen fra "direkte og kvalitative eksperimenter" til "indirekte og kvantitative eksperimenter", sistnevnte er et viktig kjennetegn ved de eksakte vitenskapene . Han insisterer på den nødvendige forhåndsakkumuleringen av i det vesentlige kvalitative erfaringer; uunnværlige forhold for påfølgende kvantitative undersøkelser.

Dette er utfordringen han tilbyr psykologien som han anser som en "ung vitenskap". Han inviterer oss dermed til å motstå etterligning av fysikk, ikke å plassere metodene til en moden vitenskap på prøving og feiling av det som søker seg selv og derfor favorisere fremfor alt veksten av foreløpige kvalitative eksperimenter som er essensielle for fremtidige strenge kvantitative eksperimenter.

Han erkjenner kompleksiteten til psykologiobjektet sammenlignet med de forenklinger som fysikken tillater, og forsikrer etter å ha fremkalt spørsmålet om testene at "man kan ikke understreke nok viktigheten av kvalitativ informasjon som nødvendig supplement til det kvantitative arbeidet". Det typiske eksemplet er Galileos , som oppdaget planetenes bevegelse ved observasjon med et astronomisk teleskop .

Prinsipper

Parameterkontroll og hypotesetesting

Den eksperimentelle metoden er basert på ett prinsipp: det innebærer å modifisere et sett med parametere ved hjelp av en eksperimentell enhet designet for å tillate kontroll av disse parametrene, for å måle deres effekter og om mulig å modellere dem. I det enkleste tilfellet prøver vi å endre bare en parameter om gangen, "alt annet er likt". Det er imidlertid ikke alltid mulig eller ønskelig å bare endre én parameter om gangen. Således i kjemi når man opererer på bestanddelene i en enkelt fase (væske, fast, gass eller i form av plasma) forblir summen av konsentrasjonene av bestanddelene lik en; endring av verdien av en av dem endrer uunngåelig konsentrasjonen av minst en annen bestanddel. Andre ganger kan resultatet av et enkelt faktoreksperiment føre til feil konklusjon. Dermed kan det ønskede resultatet være null for visse faste forhold og vise seg å være viktig når de faste forholdene er forskjellige. Denne saken gjenspeiler eksistensen av "synergi" eller "interaksjon" mellom faktorer (Se sammenligning av stjerneplan og faktorplaner, Linder s.  38 ). Dette problemet er noen ganger avgjørende (tilfelle synergier mellom narkotika, mellom forurensende stoffer osv.). Ofte søker vi å teste en hypotese knyttet til en årsak-konsekvens lenke. I analysen av resultatene (kvaliteten på denne lenken) spiller statistikk en veldig viktig rolle både når det gjelder å bedømme (om nøyaktigheten til den oppnådde prognosemodellen) og å utforme et optimalt eksperiment i forhold til den statistiske risikoen (Linder, s.  126 ). Tenk på følgende eksempel med en enkelt parameter hvis mål er å teste hypotesen om at "lys muliggjør vekst av en plante". I det foreslåtte eksemplet vil forskjellige planter bli utsatt for forskjellig belysning, alt annet likt, spesielt temperaturen må forbli fast og derfor uavhengig av belysningen, for å måle innvirkningen av denne parameteren på deres vekst.

Eksperimentet består i å gjengi fenomenet "vekst av en plante" på to måter:

Allerede før implementeringen må resultatene av eksperimentet forutses:

Bortsett fra parameteren som skal testes, og som må varieres, må de andre parameterne som kan gripe inn, være nøye innstilt hvis ikke "best mulig". Ellers kan disse parameterne være opprinnelsen til forskjellene i resultater mellom kontrolleksperimentet og de andre. For eksempel, hvis det er "for kaldt" i den første enheten uten lys, eller hvis atmosfæren ikke inneholder "nok" karbondioksid, kan mangelen på vekst skyldes disse faktorene. Vi ser også behovet for bredest mulig vitenskapelig kunnskap for å tillate riktig utforming av et eksperiment.

Gjennomføringen av et eksperiment fører dermed den klassiske epistemologiske tolkningsplanen til to typer fordeler:

Vitenskapelig eksperiment ved bruk av modell

Når visse naturfenomener er for komplekse, for store, for farlige, for dyre eller for lange til å reprodusere i et eksperiment, bruker vi en forenklet enhet: modellen .

Det kan være:

I dette tilfellet kan modellens gyldighet settes i tvil. En modell skal best representere objektet som en hypotese er basert på. For eksempel, for å demonstrere den menneskelige opprinnelsen til global oppvarming , brukes digitale klimamodeller. Kritikere av denne hypotesen spørsmål ved disse modellene som ikke tar tilstrekkelig hensyn til påvirkning av skyer .

Den eksperimentelle protokollen inkluderer beskrivelsen av forholdene og løpet av et eksperiment eller en test. Beskrivelsen må være tilstrekkelig klar slik at eksperimentet kan reproduseres identisk, og det må være gjenstand for en kritisk analyse spesielt for å oppdage eventuelle skjevheter.

Teoretisk struktur for et eksperiment

Fra et veldig generelt synspunkt består den isolerte opplevelsen i utgangspunktet av tre faser:

De to siste er den enkle kulminasjonen av det som kom foran dem.

En global opplevelse som består av delvis individualiserbare opplevelser har de samme tre polene. Imidlertid, hvis de tre fasene i den isolerte opplevelsen utgjør så mange kronologisk regulerte stadier , i den globale opplevelsen, er det snakk om tre registre som samhandler permanent. Så:

Forberedelsen utføres rundt en dobbel intensjon: suksessen til eksperimentet, det vil si gjennomføringen til slutten; relevansen eller suksessen til eksperimentet, det vil si tilgangen til et positivt resultat, med hensyn til det opprinnelige målet. Hver av intensjonene som motiverer og organiserer opplevelsen, finner sine grenser i minst en form for usikkerhet: den grunnleggende usikkerheten knyttet til realiseringen av opplevelsen er forbundet med så mange usikkerheter som det er mulige valg for de opprinnelige forholdene.

Forberedelsen er basert på forventningene og operasjonene av forventning  ; antagelser om erfaring som kan redusere usikkerheten om en gitt parameter. Fremstilling resulterer således i kombinasjonen av effektivitetsfaktorer . I det samlede eksperimentet påvirkes hver fase ikke bare av den forrige, koblingene mellom de innledende forholdene og resultatene av en kompleksitet som gir en ny usikkerhet. Evalueringen refererer til kriterier som vil være avklart i forbindelse med bestemmelsen av effektivitetsfaktorene.

Blokkere eksperimenter

I felteksperimenter i vid forstand (felt, frukthage, skog osv.), Som er utført i agronomisk forskning , kaller vi "blokker" sett med nabotomter som brukes til å sammenligne forskjellige behandlinger (for eksempel forskjellige gjødsel). Blokkene sies å være “komplette” når alle elementene som er involvert i eksperimentet (for eksempel alle gjødselene som er studert) er til stede. Tvert imot, de sies å være "ufullstendige" når bare noen av disse elementene er til stede.

Fordelingen av de forskjellige elementene utføres tilfeldig innenfor de forskjellige blokkene, og uavhengig av en blokk til en annen, og det er derfor blokkene ofte blir kvalifisert som "tilfeldige" eller "randomiserte". Det hyppigste tilfellet er eksperiment i "komplette tilfeldige blokker" eller "fullstendige randomiserte blokker" (jf. Illustrasjon). Det latinske torget og det gresk-latinske torget er andre eksperimentelle enheter, mye mindre brukt enn blokkene.

Bruk av blokker (på engelsk: blocking ) forekommer også, noen ganger under andre navn, i andre felt enn felteksperimentering og agronomisk forskning (industriell eller teknologisk forskning, medisinsk eller farmasøytisk forskning, etc.). På det medisinske feltet kan for eksempel blokkene bestå av pasientgrupper som har lignende egenskaper.

Instrumenter ofte brukt i eksperimentell vitenskap

Mikroskopi

Mikros metoder brukes hovedsakelig i material- og livs sciences : materialer fag , molekylær biologi , geologi, etc. men også for undersøkelser: rettsmedisin , epidemiologi og medisinsk diagnose (cellekultur), miljøstudier (hygiene og yrkesmessig sikkerhet, forurensning) .. .

Struktur analyse

Disse metodene består i å bestemme strukturen til krystaller og molekyler . De brukes i analytisk kjemi , for å studere syntesen av molekyler ( organisk syntese , farmasøytisk industri ), innen materialvitenskap, etc.

Kjemisk analyse

Mange felt bruker analytisk kjemi .

Kjemisk kinetikk

Mekaniske tester

Den rolle av mekaniske tester er å bestemme kapasiteten til et materiale eller en sammensatt struktur for å deformeres (forming, maskinering , reologi ), for å bære ut ( tribology ), eller for å bryte. Dette gjelder naturligvis materialvitenskap , men også biomekanikk .

Samfunnsvitenskap

Den eksperimentelle metoden brukes innenfor fagområder som anses å være humanvitenskap , som sosiologi , psykologi eller arkeologi .

Den Milgram-eksperimentet er et eksempel på en psykologi eksperiment utført mellom 1960 og 1963 av amerikanske psykologen Stanley Milgram . Dette eksperimentet forsøkte å evaluere graden av lydighet til et individ overfor en autoritet som han anser som legitim, og å analysere prosessen med underkastelse til autoritet, spesielt når det induserer handlinger som utgjør samvittighetsproblemer for motivet.

Merknader og referanser

  1. Abhandlung über das Licht, J. Baarmann (red. 1882) Zeitschrift der Deutschen Morgenländischen Gesellschaft Vol 36
  2. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7810846.stm
  3. Thiele, Rüdiger (2005), "In Memoriam: Matthias Schramm", arabiske vitenskaper og filosofi (Cambridge University Press) 15: 329–331, doi: 10.1017 / S0957423905000214
  4. Thiele, Rüdiger (august 2005), "In Memoriam: Matthias Schramm, 1928–2005", Historia Mathematica 32 (3): 271–274, doi: 10.1016 / j.hm.2005.05.002
  5. Chevreul Michel-Eugène, Brev adressert til M. Villemain om metoden generelt og om definisjonen av ordet "faktum": relativt til vitenskapene, bokstavene, billedkunst osv. Osv. , Paris, Garnier Frères, 1856, s.  27-29 .
  6. Canguilhem 1968, s.  153 og 166.
  7. Gayon 1996
  8. Canguilhem 1968
  9. 1865, s.  28.
  10. Claude Bernard, prinsipper for eksperimentell medisin , PUF, 1947, siv. Paris, PUF, 1987, s.  77 .
  11. Canguilhem 1968, s.  233
  12. Pierre Duhem , Den avgjørende opplevelsen er umulig i fysikk, hentet fra Den fysiske teorien, dens gjenstand og dens struktur , 1906, 1914, andre del, kapittel VI, § III. [ les online ]
  13. Quine, Empirisismens to dogmer , fra Fra Wien til Cambridge , overs. P. Jacob, Gallimard, 1980.
  14. W. Köhler, Gestaltpsykologi , 1929. Fransk oversettelse La psychologie de la forme , Gallimard, Paris, 1964. Oversatt av Serge Bricianer.
  15. (en) National Research Council (US) komité for bruk av tredjeparts Toxicity Forskning med menneskeforskning Deltakere , verdier og begrensninger dyretoksisitet , National Academies Press (US)1 st januar 2004( les online )
  16. Dépelteau François, Prosessen med forskning innen humanvitenskap , Brussel, De Boek, 2000, kapittel 5.2. Den eksperimentelle metoden, s.  251-271 .
  17. Giroux Sylvain, Tremblay Ginette, Metodikk for humanvitenskap: Forskning i aksjon , Éditions ERPI, Saint-Laurent (QC), 2009, s.  227 .

Bibliografi

Se også