【철학】 6강. 과학적 방법론

6강. 과학적 방법론 

 

추천글 : 【철학】 철학 목차

---

1. 과학적 방법론 [본문]

2. 가설검증의 방법 [본문]

3. 과학정보의 출처 [본문]

4. 비타민 C 일화 [본문]

---

 

1. 과학적 방법론 [목차]

⑴ 과학의 과정

① 과학은 방대한 사실에 대한 기억이 아니라 지식체계(인과관계의 연결 등)임

② 가설연역법(hypothetico-deductive method)

○ 1단계. 관찰(observation), 배경지식(background knowledge), 직관(intuition)

○ 2단계. 가설(hypothesis) 설정

○ 3단계. 가설 검증 : 실험 결과와 비교

○ 4단계. 실험 결과와 가설이 일관적인 경우 : 가설 유지

○ 5단계. 실험 결과와 가설이 모순적인 경우 : 가설 폐기 및 새로운 가설 설정

③ 데이터 과학(data science)의 방법론 : 수정 가설연역법

○ 1단계. 데이터 수집

○ 2단계. 유의미한 상관관계 발견 : 이 자체도 하나의 실험 결과로 간주

○ 3단계. 가설연역법을 적용하여 위 상관관계를 2차 검증

⑵ 2단계. 가설 설정 : 발견의 맥락 

① 가설 : 관찰에 대하여 제안된 설명

② 가설 설정은 일련의 관찰을 통하여 귀납적 사고를 통해 도출

○ 과일과 채소는 비타민 C가 많다.

○ 과일과 채소를 많이 먹는 사람은 건강하다.

○ 비타민 C 섭취는 감기에 걸릴 위험을 감소시킨다. (귀납적 결론 = 가설)

③ 원칙 1. Karl Popper의 반증주의 : 가설은 반증가능성이 있어야 함 

○ 초자연적인 것은 가설 부적합 : "정신적 에너지가 교란되면 감기에 걸린다." (X)

○ 판단적인 서술은 가설 부적합 : "시험에서 부정행위를 하면 나쁘다." (X)

○ 창조론과 사회과학이 과학이 될 수 없는 이유

④ 원칙 2. 오컴의 면도날 이론(Occam's razor)

○ 정의 : 같은 현상을 설명하는 두 개의 주장이 있다면 더 간단한 주장을 택해야 한다는 의미 

○ 절약의 원리(principle of parsimony)라고도 함

⑶ 3단계. 가설 검증 : 입증의 맥락 

① H-D 이론 : 연역적 사고로 결과 예측하기

○ 예 : 만일 ［비타민 C 섭취는 감기에 걸릴 위험을 감소시킨다］면, 비타민 C를 정기적으로 복용하는 사람은 안 하는 사람보다 감기에 덜 걸릴 것이다.

② 입증과 반증의 비대칭성

○ 예. 성공 : 대체가설이 진정한 설명일 수 있으므로 가설 검증이 불가 (대안 가설의 문제)

○ 예. 실패 : 예측 검증에 실패한 가설은 배제되고 틀렸음을 증명

○ 예. 테스트에 통과한 가설은 지지되지만 입증되지 않는 까닭 

⑷ 과학의 학설

① 학설 : 방대한 일련의 관찰에 근거한 광범위한 설명

○ 모델이라고도 함

○ 학설의 목적 : 요약, 예측

② 다중 가설 검증(다중의 지지된 가설의 공통된 예측)으로 지지됨 

○ 입증되는 게 아님 : 귀납법이므로 절대로 입증이라는 개념이 성립할 수 없음

③ 추가적인 가설을 예측

④ 예 : 배종설

○ 배종설 : 미생물이 인간 질병의 원인

○ 폐기된 가설 : 만성적 의궤양은 자극성 식습관에 원인이 있음

○ 대체 가설 : 만성적 의궤양은 헬리코박터 파이로리가 원인임 (워런 & 마셜)

⑤ 예 : 원자론, 중력설, 진화론 

 

 

2. 가설검증의 방법 [목차]

⑴ 실험검정

① 실험 : 가설을 검증하기 위해 고안된 상황

○ 측정실험(mensurative experiment) : 조건을 바꾸지 않고 관찰 연구를 하는 것 

○ 조작실험(manipulative experiment) : 조건을 바꾸고 조건의 영향을 검정하는 것

○ 가설연역법은 조작실험만을 대상으로 함 

○ 데이터 과학은 측정실험을 포함시킴 

② 자료수집 : 가변 독립변인에 대한 종속변인의 자료

○ 독립변인 : 조작변인과 통제변인으로 구분

○ 조작변인 : 실험자에 의해 조작되는 요인 

○ 통제변인 : 실험 시 일정하게 유지돼야 하는 요인. 가능한 구체적이어야 함 (예 : 시간, 온도)

○ 종속변수 : 독립변수에 의해 변화되는 값, 연구자에 의해 변화될 수 없음, 세포수 등

③ 대조된 실험 (controlled experiment)

○ 실험군 : 한 변수의 효과를 검증하기 위한 처치군

○ 대조군 : 음성대조군과 양성대조군으로 구분

○ 음성대조군(비선호) : 100% 효과가 없다고 판단되는 투여군

○ 처치에 투여되지 않는 위약(placebo) 투여군

○ 일반적인 대조군

○ 양성대조군(선호) : 100 % 효과가 있다고 판단되는 투여군

○ 예 : FDA 시판 중인 의약과 비교 연구를 하는 경우

○ 의미 1. 새로운 처리가 얼마만큼 유의미한 효과가 있는지 알 수 있음

○ 의미 2. 통제변인이 얼마나 잘 통제됐는지 알 수 있음

○ 무작위 배정으로 실험군과 대조군 구성

④ 대상이 실험군 처치 혹은 대조군 위약을 받았는지를 알면 편견을 가질 수 있다.

○ 맹검실험(blind test) : 대상은 어떤 처치를 받았는지 모른다.

○ 이중맹검(double-blind test) : 대상도 실험자도 실험이 끝나기 전까지는 모른다.

⑵ 통계검정

① 정의 : 작은 표본(sample)의 결과를 전체 집단에 확장

② 한계 1. 상관관계(correlation)는 인과관계(causality)를 의미하지 않음

○ 원인 1. 교락효과(batch effect) : 제3의 요인이 조작변인과 종속변인 모두를 변화시킴

○ 예 : 에어컨 판매량과 청량음료 판매량은 더위라는 제3의 변수가 관여함

○ 원인 2. 원인과 결과를 정확히 판별하기 어려움

○ 부유한 사람일수록 상대적으로 더욱 건강한 현상 

○ 원인 3. 순전한 우연

○ 상관관계를 통해 잘못된 인과관계를 유추하는 경우가 빈번

○ 교락효과 예

출처 : 이미지 클릭

Figure. 1. 마인(Maine) 주의 이혼률과 마가린 소비량의 상관관계^]

 

③ 한계 2. 우연성 : 실험군과 대조군의 차이는 참인가 우연인가?

○ 인간은 영원히 진리에 도달할 수 없다는 의미

④ 한계 3. 표본오차 

○ 표본오차 : 표본(수)과 모집단(총수)의 차이로 기대되는 오차

○ 표준오차 : 표본 변이의 양, 모 집단의 평균치를 포함할 확률

○ 신뢰구간 : 집단의 실제 평균값을 포함할 확률이 95%의 범위

○ 관찰된 차이가 표본오차에 의하지 않음

○ 중요도 : 표본오차 < 표준오차

⑤ 한계 4. 알려줄 수 없는 것이 있음 : 가설에 대한 최종 검증으로 사용 불가

○ 실험이 적절하게 기획되고 수행되었나?

○ 관찰자 오차(= 자기중심적인 통계처리)가 아닌 표본오차의 확률을 평가했는가?

○ 생물학적 의미가 없을 수도 있지 않는가?

⑶ 모델동물을 사용한 가설검증

① 인간에 대한 실험은 항상 가능하지도, 윤리적이지도 않음 

○ 모델생물이나 상관관계를 이용하여 가설 검증

② 쥐 : 관리하기 쉽고 실험 결과를 어렵게 하는 유전적 다양성 ↓

③ 개 : 포유류이고 심장혈관계통이 사람과 매우 유사하며 집쥐보다 큼

④ 침팬지 : 인간과 생물학적으로 가장 가까운 친척

 

 

3. 과학정보의 출처 [목차]

⑴ 공식적 출처 : 1차 출처와 2차 출처

① 1차 출처 : 전문 학술지에 게재된 연구자의 논문. peer review로 평가.

○ peer review : 아주 비슷한 연구를 하는 사람이 자신의 연구를 평가.

② 2차 출처 : 책, 뉴스, 신문, 인터넷, 광고

③ 뉴스에서의 과학 : 과학의 검증과정을 거치지 않음

○ 치명적인 정보의 누락 또는 정보의 부정확성

○ 돈을 낸 광고에서 하는 주장

○ SNS(Social Network Service) 정보

○ 인터넷의 정보는 누구나 게시할 수 있음을 주의

○ 뉴스의 성향이 정보를 왜곡하므로 어떤 뉴스를 출처로 했는지를 유념

④ 과학기사 : 과학의 과정에 이해를 적용 (대조, 이중맹검, 통계처리 등)

⑵ 비공식적 출처(일화로부터의 출처) : 실험에 근거하지 않고 개인적인 경험에 근거

 

 

4. 비타민 C 일화 [목차]

⑴ 잘못된 믿음의 시작

① 교락효과

출처 : 19,496 men & women aged 45-79 years, 4 years of FU(Khawet al. Lancet, 357: 657–663, 2001)

Figure. 2. relative risk of total mortality by quintile of plasma vit C^]

 

출처 : 19,496 men & women aged 45-79 years, 4 years of FU(Khawet al. Lancet, 357: 657–663, 2001)

Figure. 3. risk for CV disease mortality by quintile of plasma vit C^]

 

② 라이너스 폴링(L. Pauling)은 감기에 비타민 C가 몸에 좋을 거라고 주장하고 연구소까지 차린 바 있음 (fail)

⑵ 결과

① 반증 결과 발견

 

출처 : 20,536 UK adults, 5-year treatment period (Heart Protection Study Collaboration Group. Lancet, 360:23–33, 2002)

 

Figure. 4. effects of vitamin allocation on cause-specific mortality^]

 

출처 : 20,536 UK adults, 5-year treatment period (Heart Protection Study Collaboration Group. Lancet, 360:23–33, 2002)

 

Figure. 5. effects of vitamin allocation on first major coronary event, stroke, and revascularization^]

 

⑶ 결론

① 감기 치료법으로 알려진 것은 모두 허구 : 비타민 C, 에키네시아 차 등 

② 손을 씻는 것이 가장 좋은 예방법

③ 과학은 배종설을 지지함 

 

출처: 김재근 외 4인, 생활속의 생명과학, 바이오사이언스, 2011년, p.7

 

Figure. 6. 감기 바이러스^]

 

입력: 2015.06.22 21:00

수정: 2019.09.17 20:40