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【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

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 섭취는 감기에 걸릴 위험을 감소시킨다. (귀납적 결론 가설)

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

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

3단계. 가설 검증 : 입증의 맥락 

① H-D 이론 : 연역적 사고로 결과 예측하기

○ 예 : 만일 [비타민 섭취는 감기에 걸릴 위험을 감소시킨다]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 배종설

○ 배종설 : 미생물이 인간 질병의 원인

 폐기된 가설 : 만성적 의궤양은 자극성 식습관에 원인이 있음

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

⑤ : 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

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]

 

한계 2. 우연성 : 실험군과 대조군의 차이는 참인가 우연인가?

○ 인간은 영원히 진리에 도달할 수 없다는 의미

한계 3. 표본오차 

 표본오차 : 표본()과 모집단(총수)의 차이로 기대되는 오차

 표준오차 : 표본 변이의 양모 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 가능하지도윤리적이지도 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 : 뉴스신문인터넷광고

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 (대조이중맹검통계처리 등)

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

 

 

4. 비타민 C 일화 [목차]

 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

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

 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