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Élaboration d’une hypothèse scientifique

Deux fillettes étudiant des végétaux dans la forêt Image

Deux fillettes étudiant des végétaux dans la forêt Image (Christine Glade, iStockphoto)

Deux fillettes étudiant des végétaux dans la forêt Image

Deux fillettes étudiant des végétaux dans la forêt Image (Christine Glade, iStockphoto)

Sujets
Lisibilité
7,8

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvre ce qui constitue une bonne hypothèse et comment en élaborer une

Développer une hypothèse scientifique

Après avoir formulé une question sous forme vérifiable, il est important que les élèves fassent des recherches ou révisent ce qu’ils savent déjà sur les principes scientifiques relatifs à leurs démarches expérimentales. Après cette étape, et avant de procéder à l’enquête au moyen de tests et d’observations, ils doivent élaborer une hypothèse scientifique.

Est-ce qu’une hypothèse est la même chose qu’une supposition non fondée ?

En un mot, non ! Tout le monde peut faire une supposition à propos de n’importe quoi. Les suppositions ne sont généralement pas fondées sur des connaissances. Ce sont plutôt des conjectures que les gens donnent quand ils ne savent pas la réponse à une question. Contrairement à cela, une hypothèse scientifique est non seulement fondée sur des connaissances et des expériences antérieures, mais également sur des renseignements factuels et connus grâce à la recherche.

Attention aux idées fausses

Comme pour une estimation en mathématiques, l’hypothèse doit être rédigée avant de faire l’enquête, et non pas après !

Est-ce qu’une hypothèse est la même chose qu’une prédiction ?

Encore une fois, la réponse est non, bien que la distinction entre ces deux termes ne soit pas toujours claire. Une prédiction est une estimation ou une prévision à propos d’une chose qui pourrait se produire ou de ce qu’une chose pourrait devenir, sur la base de connaissances et d’expériences antérieures et de faits connus (ex. je prédis qu’il va pleuvoir demain, je prédis que ma plante aura deux cotylédons, etc.).

Rainy day
Jour de pluie (Source : John_Nature_Photos via Pixabay).
Image - Version texte

Une photographe en couleur montre un bateau près d’une plage sous la pluie.

L'objectif de la caméra est arrosé de gouttes de pluie. Celles-ci sont nettes au premier plan. La plus grande partie du reste de la photo est floue à l'arrière-plan.

Une bande d’herbe vert foncé s’étend dans le bas du cadre. Au-dessus s’étire une bande de sable beige. L’eau est nuancée du gris clair en bas au gris moyen en haut. Une colline vert foncé se dresse au-delà de l’eau, sur la gauche. Le ciel est parsemé de nuages gris, blancs et gris bleuâtre.

Une petite chaloupe en bois jaune est bien visible. Elle est amarrée au rivage par une corde blanche, à côté d’un flotteur rond de couleur orange.

Comme une prédiction, une hypothèse consiste à prévoir ce qui pourrait se produire, mais l’hypothèse va plus loin que la prédiction puisqu’elle comprend non seulement ce qui pourrait se passer, mais aussi pourquoi cela pourrait arriver (explication de la relation entre les variables). La différence la plus importante entre une prédiction et une hypothèse, c’est que cette dernière est conçue pour mener à une enquête bien planifiée, ce qui n’est pas le cas de la prédiction.

En d’autres mots, une prédiction est l’estimation d’un résultat final (ex. je prédis que la plante sera grande), alors qu’une hypothèse est un énoncé qui tente d’expliquer un phénomène en reliant une cause à un effet (ex. si nous donnons plus d’eau aux plantes, elles grandiront).

Watering a plant in a window box
Arrosage d’une plante dans une jardinière de fenêtre (Source : leszekglasner via iStockphoto).
Image - Version texte

Une photographie en couleur montre de l'eau tombant d’un arrosoir bleu sur une plante à fleurs roses.

Le cadre est rempli de feuillage vert. À l'arrière-plan, hors champ, se trouve une rangée de plantes à fleurs roses dans des boîtes le long d’une rambarde en bois. Au premier plan, une main gantée incline un gros arrosoir bleu vif sur la première plante.

Attention aux idées fausses

Toutes les enquêtes ne se prêtent pas à la vérification d’une hypothèse. De nombreuses enquêtes comprennent des questions de recherche qui visent à savoir s’il existe une relation entre des variables ou qui portent sur des situations où la vérification est impossible, comme les enquêtes démographiques, les enquêtes historiques, etc. Par exemple, il est impossible de vérifier une hypothèse concernant le type de nourriture qu’un dinosaure donné préfère !

Toy dinosaurs with a broccoli floret
Dinosaures jouets avec un fleuron de brocoli (Source : coldsnowstorm via iStockphoto).
Image - Version texte

Une photographie en couleur montre des dinosaures miniatures en plastique rassemblés autour d’un morceau de brocoli qui ressemble à un arbre.

Un morceau de brocoli se dresse tête en haut au milieu de la photo. Il a une longue tige vert pâle et un fleuron vert foncé complet. Il ressemble à un arbre vert garni de branches et de petites feuilles.

Cinq dinosaures jouets ont été placés autour du brocoli pour donner l'impression qu'ils le grignotent. Leur taille est légèrement inférieure à celle du brocoli, de sorte que leur bouche atteint les parties les plus touffues de celui-ci.

Le dinosaure au premier plan est brun rougeâtre foncé avec une peau écailleuse et de petits bras. Derrière, un dinosaure vert foncé au long cou s’étire jusqu’aux branches basses. À l'arrière-plan, un tricératops brun foncé est en train d’observer. Le long cou d’un dinosaure noir s’étire depuis la gauche pour atteindre les feuilles supérieures. À l’extrême gauche, un dinosaure jaune vif s'apprête à se joindre au repas.

Comment élaborer une hypothèse scientifique ?

Afin d’élaborer une hypothèse, il faut :

  • poser une bonne question sous forme vérifiable ;
  • comprendre les variables indépendantes et contrôlées qui entrent en jeu ;
  • posséder des connaissances préalables, par exemple des observations et de la recherche ;
  • réfléchir à la façon de mener l’enquête (la marche à suivre).

Par exemple, les élèves peuvent commencer par la question :

Comment la durée de l’exposition à la lumière affecte-t-elle la surface des feuilles des plants de tomates ?

Les variables sont :

  • indépendante : durée d’exposition à la lumière
  • dépendante : la surface des feuilles
  • contrôlées : eau, sol, source des semences, etc.

Alors, comment formuler une hypothèse à partir de cette question sous forme vérifiable ? Une bonne hypothèse a tendance à suivre le format suivant :

Si nous faisons/modifions cela

alors cela arrivera/sera observé

parce que nous le savons.

Si ces modifications sont apportées à une certaine variable indépendante,

alors observerons-nous un changement dans une variable dépendante spécifique

en raison de la recherche et de nos connaissances antérieures.

Dans l’exemple ci-dessus, les élèves ont indiqué vouloir explorer l’effet de la durée d’exposition à la lumière sur les plantes, peut-être en exposant les plantes issues du même lot de semences pendant un nombre d’heures différent (ex. une heure, deux heures, etc.). Sachant que les plantes ont besoin de lumière pour pousser (grâce à la recherche ou aux connaissances antérieures), les élèves sont en mesure de présumer que les feuilles d’une plante pourraient être plus grandes en raison d’une exposition plus longue à la lumière. Sachant tout cela, leur hypothèse pourrait être :

Si nous exposons les plantes à la lumière pendant un plus grand nombre d’heures, alors la surface des feuilles des plants de tomates sera plus grande parce que la lumière affecte la croissance des plantes.

Qu’est-ce qui constitue une bonne hypothèse ?

Une bonne hypothèse est :

  • Un énoncé. L’hypothèse n’est pas la même chose que la question sous forme vérifiable. L’hypothèse est une tentative d’explication de ce que l’on pense qu’il arrivera pendant l’enquête.
  • Vérifiable. Ce qui est modifié (variable indépendante) et ce qui est affecté par le changement (variable dépendante) doivent être mesurables et observables.
  • Réfutable. Les données recueillies peuvent soit étayer l’hypothèse, soit démontrer qu’elle est fausse.
  • Claire. L’élément qui sera testé, la façon dont le test sera mené (ce qui sera mesuré pour confirmer ou infirmer l’hypothèse) et le résultat attendu devraient être clairs.

Une bonne question et une bonne hypothèse devraient également aider les élèves à trouver des réponses qui ne sont pas évidentes pour eux ou qui ne sont pas généralement connues.

Par exemple, la plupart des élèves savent que si on n’arrose pas une plante, elle va mourir. Le développement d’une hypothèse comme :

Si on cesse d’arroser nos plantes, alors les plantes vont mourir parce qu’elles ont besoin d’eau pour vivre.

est donc trop simpliste et ne les aidera pas à approfondir leurs connaissances. Une bonne expérience aidera les élèves à découvrir des choses qu’ils ne connaissent pas déjà.

Attention aux idées fausses

L’objectif d’une hypothèse n’est pas que les élèves aient « raison ». Avoir des preuves qui montrent qu’une hypothèse est fausse est tout aussi important que d’avoir des preuves qui montrent qu’elle est vraie.

Une hypothèse n’est pas quelque chose que vous prouvez. C’est quelque chose que vous testez !

Comment élaborer une hypothèse TomatosphèreMC

Dans L’enquête sur les semences de TomatosphèreMC, la question sous forme vérifiable suivante est fournie aux élèves :

Quels sont les effets de l’environnement spatial sur le taux de germination des graines de tomates ?

Dans la section Identifier et sélectionner les variables, les variables dépendantes et indépendantes ont été identifiées.

Variable indépendante: le traitement des semences — Certaines semences ont été dans l’espace ou ont été soumises à des conditions simulant l’espace au cours des années où les graines ne vont pas dans l’espace, alors que d’autres n’ont pas subi ces conditions.

Variable dépendante: le taux de germination (pourcentage de chaque lot de semences qui germent).

Ce qui n’est pas fourni aux élèves, c’est l’hypothèse découlant de cette question. Demandez aux élèves d’élaborer leurs hypothèses à partir de la question sous forme vérifiable de TomatosphèreMC en utilisant le format « Si… alors… parce que… ». Par exemple :

Si des graines de plants de tomates sont exposées aux conditions de l’espace, alors leur taux de germination sera inférieur à celui des autres graines non exposées parce que les niveaux de rayonnement dans l’espace peuvent endommager les cellules des graines.

Cette hypothèse n’est pas la seule possible, mais elle montre une certaine compréhension de la façon dont les plantes pourraient être affectées par les conditions de l’espace (ex. rayonnement affectant l’ADN dans les cellules, la microgravité perturbant la croissance, etc.). La compréhension des élèves pourrait découler de la recherche ou des connaissances antérieures.

Est-ce une bonne hypothèse ? Oui, parce qu’elle est :

  • Un énoncé.
  • Vérifiable. Ce qui est modifié (être dans l’espace ou non) et ce qui est affecté par le changement (nombre de graines germées) peuvent être mesurés et observés.
  • Réfutable. L’élève peut utiliser les données recueillies pour décider si elles confirment ou infirment son hypothèse (un énoncé faux signifierait que plus de semences de « l’espace » ont germé ou que le taux de germination est le même).
  • Claire. L’élément qui sera testé (la germination des graines), la façon dont le test sera mené (les graines sont amenées jusqu’au point de germination) et le résultat attendu (moins de graines spatiales germent) devraient être clairs.

Pour aider les élèves à s’exercer à rédiger une hypothèse, une liste de contrôle peut leur être fournie, comme celle-ci, également disponible en [Google doc] et [PDF].

Liste de vérification pour la rédaction d’une hypothèse solide

L’hypothèse est un énoncé qui respecte le format : « Si _______ alors ______ parce que ___________ ».

 L’hypothèse a un rapport avec la question sous forme vérifiable.

L’hypothèse est logique (basée sur des observations ou des recherches).

L’hypothèse peut être réfutée.

L’hypothèse comprend une relation de cause à effet.

L’hypothèse pourrait être vérifiée avec des mesures.

L’hypothèse est facile à comprendre.

Exercices dirigés

Exercice 1

Demandez aux élèves de lire les énoncés suivants et de déterminer si les hypothèses sont bonnes, passables ou mauvaises et pourquoi.

  1. Si nous exposons les plantes à la lumière rouge, après six semaines, leurs feuilles seront plus grandes que celles des plantes exposées à la lumière verte, parce que les objets qui apparaissent verts, comme les feuilles, réfléchissent la lumière verte qu’elles n’ont pas pu utiliser pour la photosynthèse.
    Bonne Passable Mauvais
  2. Si nous cultivons des plantes en classe, alors le résultat sera meilleur que les plantes cultivées à l’extérieur, car nous pouvons en prendre soin.
    Bonne Passable Mauvais
  3. Si nous mélangeons du sirop d’érable dans l’eau que nous donnons à nos plants de tomates, ils pousseront mieux parce qu’ils ont besoin de sucre pour produire de l’énergie.
    Bonne Passable Mauvais

Exercise 2

Demandez aux élèves d’utiliser la liste de contrôle Rédaction d’une hypothèse pour créer une hypothèse TomatosphèreMC ou autre.

Réponses
  1. A): 
    Bonne

    Pourquoi est-ce une bonne hypothèse ?
      C’est un énoncé qui respecte le format « Si… alors… parce que… ».
    ✓  Vérifiable. Ce qui est modifié (lumière rouge au lieu de verte) et ce qui est affecté par le changement (taille des feuilles) sont mesurables et observables.
    ✓  Réfutable. L’hypothèse peut être étayée par une preuve (si l’énoncé est vrai, les feuilles seront plus grandes ; si l’énoncé est faux, les feuilles seront plus petites ou de la même taille).
    ✓  Claire. L’élément qui sera testé (deux couleurs de lumière), la façon dont le test sera mené (les feuilles des plantes seront mesurées lorsqu’elles auront six semaines) et le résultat attendu (les plantes cultivées sous la lumière rouge auront de plus grandes feuilles) sont clairs.

    B): 

    Mauvaise

    Pourquoi est-ce une mauvaise hypothèse ?
     C’est un énoncé qui respecte le format « Si… alors… parce que… ».
    Non vérifiable. Les variables sont très vagues. Quelles sont les conditions de la classe par rapport aux conditions extérieures ? Tient-on compte du sol ? De la lumière ? De la température ? Quels types de plantes seront cultivés ?
    ✗ Non réfutable. L’hypothèse serait difficile à étayer ou à réfuter grâce à des preuves parce qu’elle est vague.
    ✗ Pas claire. L’élément qui sera testé (le sol ? La température ? La lumière ?), la façon dont le test sera mené et le résultat attendu (que signifie « mieux » ? Plantes plus grandes ? Des feuilles plus grandes ? Floraison plus tôt ?) ne sont pas clairs.
    Demandez aux élèves de modifier cette hypothèse vague pour la préciser davantage en déterminant les variables à étudier.

    C): 

    Passable

    Pourquoi cette hypothèse est-elle seulement passable ?
     C’est un énoncé qui respecte le format « Si… alors… parce que… ».
    En partie testable. Ce qui est modifié (de l’eau sucrée par rapport à de l’eau ordinaire) est clair, mais ce qui est affecté par le changement (« mieux ») est vague. Est-ce que les plantes seront plus grandes ? Pousseront-elles plus vite ?
    Non réfutable. L’hypothèse serait difficile à étayer ou à réfuter grâce à des preuves parce que le concept « mieux » est vague.
    ✗ En partie claire. L’élément qui sera testé (l’ajout du sirop d’érable à l’eau) et la façon dont le test sera mené sont évidents, mais le résultat attendu (que signifie « mieux » ? Plantes plus grandes ? Des feuilles plus grandes ? Floraison plus tôt ?) n’est pas clair.Demandez aux élèves de modifier cette hypothèse un peu vague pour la préciser davantage en déterminant une variable dépendante.

En savoir plus

Fiches outils #2 : Formuler une hypothèse
Cette vidéo (3min 23s) de la chaîne Les sciences avec Mike et Arnaud explique comment formuler une hypothèse.

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