Fiche de révision : Démarche scientifique et statistiques biologiques

📋 Plan du Cours

1. Fondements de la démarche scientifique
2. Évolution historique des sciences
3. Postulats et protocole OHERIC
4. Hypothèses et expérimentation biologique
5. Particularités de la mesure biologique
6. Types de variables et distributions
7. Échantillonnage et représentativité
8. Estimateurs et représentations graphiques

📖 1. Fondements de la démarche scientifique

🔑 Notions clés & Définitions

• Démarche scientifique : Ensemble de méthodes visant à augmenter les connaissances dans un domaine en confrontant des hypothèses à des observations et à des expérimentations.

★ À maîtriser

📌 Dans une expérimentation, la variable explicative est contrôlée par l’expérimentateur, tandis que la variable mesurée dépend de la valeur de la variable explicative.

📌 Une relation observée entre deux variables peut conduire à proposer un lien de causalité, mais elle doit être confrontée à une expérimentation contrôlée.

Compléments

• Dans l’étude d’un médicament, la dose administrée est la variable explicative et le taux de glucose dans le sang est la variable mesurée.

💡 Astuce mémo

Observation → hypothèse → expérimentation → résultats → interprétation → conclusion

📖 2. Évolution historique des sciences

★ À maîtriser

• Au 16e siècle, Francis Bacon a proposé une approche empirique fondée sur l’observation d’objets réels et une approche inductive généralisant plusieurs observations en loi. — Monsieur bacon

• Au 17e siècle, René Descartes a contribué à imposer un raisonnement déductif consistant à proposer une loi puis à rechercher une observation qui la contredit.

• À partir de 1885, Claude Bernard a progressivement formalisé une démarche scientifique fondamentale et a montré par l’expérience du foie lavé le rôle glycogénique du foie.

• Au 20e siècle, Karl Popper a introduit le critère de falsifiabilité selon lequel toute hypothèse scientifique doit être testable, réfutable ou modifiable par l’expérimentation.

Compléments

• Aristote a posé les bases du raisonnement logique, mais la science de son époque restait principalement spéculative et fondée sur l’observation.

💡 Astuce mémo

Antiquité → Bacon → Descartes → Claude Bernard → Popper

📖 3. Postulats et protocole OHERIC

🔑 Notions clés & Définitions

• Postulat d’objectivité : Impose que l’expérimentateur reste neutre et que l’expérience repose sur des objets tangibles, matériels et mesurables.
• Postulat d’antériorité : Impose que, dans une relation causale, la cause précède l’effet.
• Postulat de réfutabilité : Impose qu’une hypothèse puisse toujours être confrontée à une expérimentation susceptible de la réfuter.

📝 Points essentiels

• 🔄 La démarche OHERIC suit les étapes suivantes:
  1. Observation
  2. Hypothèse
  3. Expérimentation
  4. Résultats
  5. Interprétation
  6. Conclusion

💡 Astuce mémo

OHERIC : Observation, Hypothèse, Expérimentation, Résultats, Interprétation, Conclusion

📖 4. Hypothèses et expérimentation biologique

★ À maîtriser

📌 Une hypothèse est une idée ou une affirmation encore non prouvée, tandis qu’une théorie est une hypothèse qui n’a pas été réfutée.

• L’expérience de Reznick et Endler sur les guppys a montré que la pression de prédation agit sur leur taille : les gros guppys étaient associés à de petits prédateurs en amont, tandis que les petits guppys étaient associés à de gros prédateurs en aval.

Compléments

📌 L’ajout systématique d’un témoin négatif consiste à supprimer la variable significative pour vérifier son influence sur la variable mesurée.

💡 Astuce mémo

Hypothèse = idée testable ; théorie = hypothèse non réfutée

📖 5. Particularités de la mesure biologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Variable aléatoire : Variable dont les valeurs sont difficilement prédictibles et qui est définie par un nom, une unité de mesure et un type de valeur.

📝 Points essentiels

• Chez des individus d’une même espèce, les mesures biologiques varient notamment sous l’effet de causes génétiques et environnementales.

💡 Astuce mémo

Objet physique stable ≠ organisme biologique variable

📖 6. Types de variables et distributions

🔑 Notions clés & Définitions

• Variable quantitative : Prend des valeurs numériques représentant une quantité ou un ordre de grandeur, permettant notamment de calculer une moyenne ou un écart type.
• Variable qualitative : Prend des valeurs non numériques correspondant à des attributs ou à des catégories, même si ces catégories sont codées par des nombres.
• Loi de probabilité : Décrit la distribution des valeurs d’une variable et la probabilité d’apparition de ces valeurs dans une population.

📝 Points essentiels

📌 Une variable quantitative continue peut prendre une infinité de valeurs dans un intervalle, tandis qu’une variable quantitative discrète prend un nombre fini de valeurs généralement entières obtenues par dénombrement.

📌 Une variable qualitative nominale possède des modalités sans ordre naturel, tandis qu’une variable qualitative ordinale possède des modalités classables selon un ordre naturel.

💡 Astuce mémo

Quantitative = nombres ; qualitative = catégories

📖 7. Échantillonnage et représentativité

🔑 Notions clés & Définitions

• Population : Ensemble des individus ou objets concernés par une question de recherche.
• Échantillon : Sous-ensemble plus restreint d’individus ou d’objets prélevé dans une population pour estimer ses paramètres.

★ À maîtriser

• L’effectif de la population est noté N, sa moyenne μ, sa fréquence π et son écart type σ, tandis que l’effectif de l’échantillon est noté n, sa moyenne m, sa proportion p et son écart type s.

• 🔄 La construction d’un échantillon représentatif repose sur:

  1. Un effectif suffisamment grand
  2. Un tirage aléatoire des individus
  3. Une stratification des catégories faiblement représentées

Compléments

• Les biais d’échantillonnage peuvent provenir de:
  • Un choix conscient des sujets
  • Une moindre accessibilité d’une partie de la population
  • Le volontariat
  • Les techniques utilisées dans le protocole

💡 Astuce mémo

Échantillon biaisé → estimateurs éloignés des paramètres

📖 8. Estimateurs et représentations graphiques

★ À maîtriser

• Pour une variable quantitative, on peut calculer:

  • L’effectif
  • La fréquence
  • La moyenne
  • La médiane
  • L’écart type
  • La variance

• Pour une variable qualitative, on utilise principalement la fréquence d’apparition de chaque modalité et le mode statistique, qui est la modalité la plus fréquente.

📌 Le diagramme en bâtons représente les modalités sur un axe et leurs fréquences sur l’autre, avec des barres séparées ; les modalités ordinales doivent respecter leur ordre naturel.

Compléments

📌 Le camembert représente les modalités par des secteurs proportionnels à leurs fréquences et s’utilise pour une seule variable qualitative comportant au plus 5 modalités.

📌 Le diagramme en barres cumulées représente plusieurs variables qualitatives avec des barres de même hauteur correspondant à 100 %, chaque modalité étant distinguée par une couleur proportionnelle à sa fréquence.

💡 Astuce mémo

Quantitatif : moyenne et dispersion ; qualitatif : fréquences et mode

📊 Tableaux de synthèse

Typologie des variables