Chullin 57b

Rabbi Shimon ben Chalafta performed a scientific experiment to prove Rabbi Yehudah wrong. This indicates both that Tannaim assigned weight to empirical evidence and that Rabbi Shimon ben Chalafta and Rabbi Yehudah disputed a scientific point.  Later on that page, Tannaim dispute matters of biology, and Rabbi Yosei ben Hameshullam quotes empirical evidence to prove a scientific point.

חולין נז: (ש"ס ווילנא); ז"ל

אמרו עליו על רבי שמעון בן חלפתא שעסקן בדברים היה והיה עושה דבר להוציא מלבו של רבי יהודה שהיה רבי יהודה אומר אם ניטלה הנוצה פסולה ותרנגולת היתה לו לרבי שמעון בן חלפתא שניטלה נוצה שלה והניחה בתנור וטלה עליה במטלית של טרסיים וגידלה כנפיים האחרונים יותר מן הראשונים.
...
אמר רב הונא סימן לטריפה י"ב חדש מיתיבי סימן לטרפה כל שאינה יולדת רשב"ג אומר משבחת והולכת בידוע שהיא כשרה מתנוונה והולכת בידוע שהיא טרפה רבי אומר סימן לטרפה שלשים יום אמרו לו והלא הרבה מתקיימות שתים שלש שנים תנאי היא דתניא ובגלגלת (עד) שיש בה נקב אחד ארוך אפילו נקבים הרבה מצטרפים למלא מקדח א"ר יוסי בן המשולם מעשה בענבול באחד שנפחתה גלגלתו ועשו לו חידוק של קרויה וחיה אמר ר' שמעון בן אלעזר משם ראיה ימות החמה היה וכיון שעברו עליו ימות הצנה מיד מת.  עכ"ל

It was said of R. Simeon b. Halafta that he was an experimenter in all things.  Indeed he once made an experiment to disprove R. Judah's view.  For we have learnt: "R. Judah says, If its down was gone it is invalid."  Now R. Simeon b. Halafta once had a hen whose down was gone entirely.  He put it into the oven, having first wrapped it in the [warm] leather apron used by bronze workers, and it grew feathers even larger than the original ones.
...
R. Huna said, The test for a trefah is twelve months.  An objection was raised.  It was taught: The test for a trefah is that it cannot bring forth young.  R. Simeon b. Gamaliel says, If it improves in health it is certainly fit, if it wastes away it is certainly trefah.  Rabbi says, The test for a trefah is thirty days.  But they said to him, Is it not a fact that many continue to live for two or three years? – Tannaim differ in this, for it was taught: If in the skull thre was one long hole or if there were many small holes in it – in either case the hole or holes are computed to make up the emasure of a hole the size of a [surgical] drill.  R. Jose b. ha-Meshullam said, It happened at 'Ain Ibl that a person had a hole in his skull and they put over it a plaster of a gourd-shell and he recovered.  But R. Simeon said to him, Do you mean to prove your case from that?  It happened in the summer months but when winter set in he died.  [translation by Eli Cashdan in The Babylonian Talmud, Rabbi Dr. I. Epstein, ed., Seder Kodashim Vol. III (Hullin I), London: Soncino, 1948]

(Reference from Levi, Facing Current Challenges, Chap. 33, fn. 27)