조작적 정의
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1. 개요
조작적 정의는 개념을 측정 가능한 방식으로 정의하는 방법으로, 특히 과학 연구에서 추상적인 개념을 구체화하는 데 사용된다. 퍼시 윌리엄스 브리지먼에 의해 현대적 개념이 제시되었으며, 관측 불가능한 실체를 측정하는 물리적, 정신적 조작의 측면에서 정의하는 것을 핵심으로 한다. 조작적 정의는 이론적 정의와 대비되며, 특수 상대성 이론, 양자 역학, 사회과학, 경영 및 통계, 컴퓨팅 등 다양한 분야에서 활용된다. 하지만 유연성 부족과 같은 한계도 존재하며, 용어의 명확한 조작적 정의는 연구의 신뢰도를 높이는 데 기여한다.
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2. 역사
퍼시 윌리엄스 브리지먼은 1946년 노벨 물리학상을 수상하면서, 과학적 개념의 추상성과 불분명함을 지적하며 조작적 정의 개념을 제안하였다. 어니스트 마흐의 영향을 받은 그는 관측 불가능한 실체를 측정하는 데 사용되는 물리적, 정신적 조작을 통해 구체적으로 재정의하려 했다.[8]
하지만 이러한 정의 방식은 측정 장비에 따라 정의가 달라져야 한다는 점에서 유연성이 부족하다는 비판을 받았다. 리처드 보이드는 이론적 용어와 관련된 계측 장비의 변화는 과학의 진보에 필수적이며, '순수한' 조작주의적 개념에서는 이러한 수정이 허용될 수 없다고 지적하였다.[8] 조작적 정의는 자연과학뿐만 아니라 경제학, 교육학, 심리학 등 여러 사회과학에도 도입되었다.
2. 1. 개념의 등장
1946년 노벨 물리학상을 수상한 퍼시 윌리엄스 브리지먼이 조작적 정의라는 개념을 처음 제안하였다. 조작적 정의가 필요하게 된 이유는 과학에서 사용되는 여러 개념들이 오랫동안 사용되어온 관습적인 용례와 더 이상 일치하지 않는 사례들이 발생하였기 때문이다. 예를 들어, 오랫동안 절대적인 불변량으로 받아들여져 왔던 시간이나 공간은 일반 상대성 이론이 발표된 이후부터 더 이상 종래의 개념을 유지하지 못하게 되었다. 즉, 일반 상대성 이론에서 시공간은 중력과 같은 다른 물리량에 의해 변화한다. 이 때문에 과학에서는 다루고자 하는 개념을 경험적으로 측정할 수 있도록 하는 조작적 정의를 사용하게 되었다. '조작적(操作的)'이라는 말은 operational영어을 번역한 것으로, 대상을 객관적인 실험적 절차로 다룰 수 있도록 서술한다는 의미를 갖고 있다.[18] 조작적 정의는 주어진 연구의 맥락 속에서 그 개념이 무엇을 의미하는지를 명백하게 드러냄으로써 다른 동료 및 전문가들의 검증뿐만 아니라 그 연구 자체의 타당성을 신뢰받고, 그 연구와 관련된 다른 연구자들의 연구 설계가 가능하도록 하는 장점이 있다.[19]자연과학에서 먼저 사용되기 시작한 조작적 정의는 경제학, 교육학, 심리학 등 여러 사회과학에도 도입되었다. 조작적 정의는 개념이나 구성체라고도 알려진 이론적 정의를 모델링하거나 나타내도록 고안되었다. 과학자들은 다른 연구자들이 자신의 연구를 복제할 수 있을 만큼 구체적으로 개념을 정의하는 조작(절차, 행동 또는 과정)을 설명해야 한다.[4][5]
조작적 정의는 또한 특정하고 공개적으로 접근 가능한 준비 과정이나 검증 테스트를 통해 시스템 상태를 정의하는 데 사용된다.[6] 예를 들어, 섭씨 100도는 해수면에서 물이 끓는 것을 관찰할 때까지 가열하는 과정으로 조작적으로 정의될 수 있다. 케이크는 케이크 레시피로 조작적으로 정의될 수 있다.[7]
2. 2. 발전과 비판
리처드 보이드(Richard Boyd)는 스탠퍼드 철학 백과사전(Stanford Encyclopedia of Philosophy)의 과학적 실재론 항목에서 현대적 개념의 기원이 부분적으로 퍼시 윌리엄스 브리지먼(Percy Williams Bridgman)에게 있다고 지적한다. 브리지먼은 과학적 개념의 표현이 종종 추상적이고 불분명하다고 느꼈다. 1914년 어니스트 마흐(Ernst Mach)의 영향을 받아 브리지먼은 관측 불가능한 실체를 측정하는 데 사용되는 물리적 및 정신적 조작의 측면에서 구체적으로 재정의하려고 시도했다.[8] 따라서 각 관측 불가능한 실체의 정의는 그것을 정의하는 데 사용된 계측 장비와 고유하게 식별되었다.이러한 접근 방식에 대한 반대 의견은 처음부터 제기되었는데, 대부분 유연성 부족에 대한 것이었다. 보이드가 지적하듯이, "실제적이고, 겉보기에는 신뢰할 만한 과학적 실천에서, 이론적 용어와 관련된 계측 장비의 변화는 일상적이며, 과학의 진보에 필수적인 것으로 보인다. '순수한' 조작주의적 개념에 따르면, 이러한 종류의 수정은 방법론적으로 허용될 수 없을 것이다. 왜냐하면 각 정의는 고유한 '대상'(또는 대상의 종류)을 식별하는 것으로 간주되어야 하기 때문이다."[8]
3. 철학적 배경
1946년 노벨 물리학상을 수상한 퍼시 윌리엄스 브리지먼은 조작적 정의 개념을 처음 제안했다.[18] 과학에서 사용되는 개념들이 오랫동안 사용된 관습적 용례와 더 이상 일치하지 않는 사례들이 발생하면서 조작적 정의의 필요성이 대두되었다. 예를 들어, 시간이나 공간은 일반 상대성 이론 발표 이후 절대적인 불변량으로 여겨지던 예전 개념을 유지할 수 없게 되었다. 일반 상대성 이론에서 시공간은 중력과 같은 다른 물리량에 의해 변하기 때문이다.[18]
자연과학에서 먼저 사용되기 시작한 조작적 정의는 경제학, 교육학, 심리학 등 여러 사회과학에도 도입되었다. 리처드 보이드(Richard Boyd)는 스탠퍼드 철학 백과사전(Stanford Encyclopedia of Philosophy)의 과학적 실재론 항목에서 현대적 개념의 기원이 부분적으로 퍼시 윌리엄스 브리지먼(Percy Williams Bridgman)에게 있다고 지적한다. 브리지먼은 과학적 개념의 표현이 종종 추상적이고 불분명하다고 느꼈으며, 1914년 어니스트 마흐(Ernst Mach)의 영향을 받아 관측 불가능한 실체를 측정하는 데 사용되는 물리적 및 정신적 조작의 측면에서 구체적으로 재정의하려고 시도했다.[8] 따라서 각 관측 불가능한 실체의 정의는 그것을 정의하는 데 사용된 계측 장비와 고유하게 식별되었다.
이러한 접근 방식에 대해 처음부터 유연성 부족 등의 반대 의견이 제기되었다. 보이드는 "실제적이고, 겉보기에는 신뢰할 만한 과학적 실천에서, 이론적 용어와 관련된 계측 장비의 변화는 일상적이며, 과학의 진보에 필수적인 것으로 보인다. '순수한' 조작주의적 개념에 따르면, 이러한 종류의 수정은 방법론적으로 허용될 수 없을 것이다. 왜냐하면 각 정의는 고유한 '대상'(또는 대상의 종류)을 식별하는 것으로 간주되어야 하기 때문이다."라고 지적했다.[8]
4. 특징 및 중요성
퍼시 윌리엄스 브리지먼이 처음 제안한 조작적 정의는 과학에서 사용되는 개념들이 기존의 관습적 용례와 일치하지 않는 경우가 발생하면서 그 필요성이 대두되었다. 예를 들어, 오랫동안 불변량으로 여겨졌던 시간이나 공간은 일반 상대성 이론에서 중력과 같은 물리량에 의해 변화하는 것으로 나타났다. 이에 따라 과학에서는 개념을 경험적으로 측정할 수 있도록 조작적 정의를 사용하게 되었다.[18] 조작적(操作的)이라는 말은 operational영어을 번역한 것으로, 대상을 객관적인 실험적 절차로 다룰 수 있도록 서술한다는 의미를 갖는다.[18]
조작적 정의는 연구 맥락 속에서 개념의 의미를 명확히 드러내어 동료 및 전문가들의 검증과 연구 자체의 타당성을 확보하고, 관련 연구자들의 연구 설계를 가능하게 하는 장점이 있다.[19] 자연과학에서 시작된 조작적 정의는 경제학, 교육학, 심리학 등 여러 사회과학에도 도입되었다.
조작적 정의는 실천적 행동과 관찰 또는 조작할 내용이 명확히 표기되어야 한다. 예를 들어, 산소는 "그것이 들어 있는 용기에 꺼져가는 성냥개비를 넣으면(실천적 행동) 불꽃이 다시 일어나게 하는(관찰할 내용) 기체"로 정의할 수 있다.[20] 사회경제적 지위(SES)를 조사할 때, 연구에서 SES를 '소득과 교육수준을 합친 것'으로 구체화할 수 있지만, 이는 직업지위, 자산, 가문 등 SES의 다른 측면을 무시하는 것이다. 따라서 조사 결과는 SES의 정의가 연구 목적에 유용한 경우에만 활용된다.[19]
실제 과학적 방법을 이용한 연구에서는 측정 수단과 방법, 측정 수단의 신뢰 수준 등도 함께 밝혀야 한다.[21] 조작적 정의는 이론적 정의를 모델링하거나 나타내도록 고안되었으며, 과학자들은 다른 연구자들이 연구를 복제할 수 있을 만큼 구체적으로 개념을 정의하는 조작(절차, 행동 또는 과정)을 설명해야 한다.[4][5]
조작적 정의는 특정하고 공개적으로 접근 가능한 준비 과정이나 검증 테스트를 통해 시스템 상태를 정의하는 데에도 사용된다.[6] 예를 들어, 섭씨 100도는 해수면에서 물을 끓는 것을 관찰할 때까지 가열하는 과정으로 조작적으로 정의될 수 있다. 케이크는 케이크 레시피로 조작적으로 정의될 수 있다.[7] '조작적'이라는 용어는 과정의 맥락에서 특정 시점의 특정 영역에 관심 있는 특정 원인과 결과 관계에 주로 초점을 맞춘 작업 방법이나 철학을 의미할 수도 있다.
| 이론적 정의 | 조작적 정의 |
|---|---|
| 무게: 물체에 작용하는 중력의 측정 | 용수철저울(newton)로 측정한 물체의 결과 값 |
5. 다양한 분야에서의 활용
퍼시 윌리엄스 브리지먼이 1946년 노벨 물리학상을 받으면서 처음 제안한 조작적 정의는, 일반 상대성 이론에서 시간과 공간이 중력 등 다른 물리량에 의해 변한다는 사실이 밝혀지면서, 과학에서 개념을 경험적으로 측정 가능하게 만들기 위해 사용되었다.[18] 이는 연구 맥락에서 개념의 의미를 명확히 하여, 동료 검증과 연구 타당성을 확보하고 다른 연구자들의 설계를 돕는다.[19]
조작적 정의는 심리학과 정신의학 분야에서 특히 어려운데, IQ 검사 등을 통해 지능과 같은 직관적 개념을 과학적으로 조사하기 위해 필요하다.
5. 1. 자연과학
자연과학에서 먼저 사용되기 시작한 조작적 정의는 경제학, 교육학, 심리학 등 여러 사회과학에도 도입되었다. 조작적 정의는 자연과학에서도 중요하다.[8]특수 상대성 이론은 사건의 동시성과 거리에 대한 조작적 정의를 도입한 것, 즉 이러한 용어를 정의하는 데 필요한 조작을 제공한 것으로 볼 수 있다.[9]
양자 역학에서 조작적 정의의 개념은 가측량의 개념과 밀접하게 관련되어 있으며, 즉 측정할 수 있는 것에 기반한 정의이다.[10][11]
5. 2. 사회과학
자연과학에서 먼저 사용되기 시작한 조작적 정의는 경제학, 교육학, 심리학 등 여러 사회과학에도 도입되었다. 개념의 논란이 되는 철학적 기원, 특히 논리적 실증주의와의 밀접한 연관성에도 불구하고, 조작적 정의는 논쟁의 여지가 없는 실용적인 응용 분야를 가지고 있다. 이는 특히 사회과학과 의학에서 가설과 이론의 모호하지 않은 경험적 검증을 유지하기 위해 주요 용어의 조작적 정의가 사용되는 경우에 그렇다.5. 3. 경영 및 통계
경영 및 통계 분야에서 W. 에드워즈 데밍은 사업상 모든 합의에서 조작적 정의를 사용하는 것의 중요성을 강조했다.1970년 10월 15일, 오스트레일리아 멜버른의 웨스트게이트 다리 붕괴 사고로 건설 노동자 35명이 사망했다. 이후 조사 결과, 엔지니어들이 '평평한 강판(flat steel plate)'을 일정량 공급하도록 명시했는데, 이때 '평평한(flat)'이라는 단어에 대한 조작적 정의가 없어 특정 선적 물량을 승인하거나 거부하거나 품질을 관리하는 기준이 없었던 것이 원인으로 밝혀졌다.[1]
5. 4. 컴퓨팅
과학은 컴퓨팅을 활용하고, 컴퓨팅은 과학을 이용한다. 컴퓨터 과학의 발전을 통해 컴퓨터를 사용하여 결과를 얻을 때, 코드가 부실하게 문서화되어 있거나, 오류가 있거나, 일부가 완전히 누락된 경우 결과를 복제할 수 없는 문제가 발생한다.[12]대부분의 문제는 변수, 함수 등의 사용에 대한 지속성과 명확성과 관련이 있으며, 시스템 의존성도 문제이다. 표준이 계산적으로 구성되어야 할 때, 길이(표준으로서)는 정의적 기반으로 물질을 가지고 있지만, 무엇을 사용할 수 있을지에 대한 문제가 발생한다.
따라서 작동적 정의는 인간과 고급 컴퓨팅 시스템의 상호 작용 영역 내에서 사용될 수 있다. 이러한 의미에서 담론의 한 영역은 컴퓨팅 사고가 과학에 미치는 영향과 그 영향에 관한 것이다.[13] 미국의 한 과학자는 다음과 같이 말했다.
> 컴퓨터 혁명은 과학, 실험 및 연구에 대한 우리의 사고방식에 엄청난 영향을 미쳤습니다.
한 참고 프로젝트는 전산 유체 역학과 관련된 수치 모델링 전문가를 포함한 유체 전문가들을 컴퓨터 과학자들과 한 팀으로 묶었다. 하지만 컴퓨터 담당자들은 자신들이 원하는 만큼 많이 참여할 만큼 충분한 지식이 없다는 것이 밝혀졌고, 그들의 역할은 많은 경우 "단순한" 프로그래머였다.
일부 지식 기반 엔지니어링 프로젝트는 도메인 전문가에게 프로그래밍을 가르치려고 시도하는 것과 프로그래머가 도메인의 복잡성을 이해하도록 하는 것 사이에 절충이 있음을 유사하게 경험했다. 모든 팀 구성원은 자신의 시간을 어느 쪽에 쓸지 결정해야 한다.
국제 교육 기술 학회(ISTE)는 컴퓨팅 사고의 "작동적 정의"를 자세히 설명하는 브로셔를 가지고 있으며, 동시에 관련 기술을 정의하려고 시도했다.[14]
인정된 기술은 모호성에 대한 관용과 열린 문제를 처리할 수 있는 능력이다. 예를 들어, 지식 기반 엔지니어링 시스템은 주제 전문가의 더 많은 참여를 통해 작동 측면과 안정성을 향상시켜 인간과 관련된 한계 문제를 제기할 수 있다. 최종 증명은 반복 가능성이 보장되지 않을 수도 있고, 얻는 데 비용이 많이 들었을 수도 있는 최종 결과(시뮬레이션 또는 결과물, 작동 설계 등)일 수 있다.
지식 기반 엔지니어링과 같이 필수적인 컴퓨팅 지원을 사용한 고급 모델링에서는 실제 세계 객체, 도메인과 전문가가 정의한 추상적 대응물, 그리고 컴퓨터 모델 간의 매핑을 유지해야 한다. 도메인 모델과 컴퓨팅 미러 간의 불일치는 이 주제와 관련된 문제를 야기할 수 있다. 수치적 초점을 가진 많은 도메인은 다양한 종류의 극한 이론을 사용하여 다양한 성공 수준으로 오리 테스트의 필요성을 극복한다. 그러나 표현 프레임워크가 우리가 알 수 있는 것에 큰 영향을 미치기 때문에 문제는 여전히 남아 있다.
객체 기반 방법론을 옹호하면서, Peter Wegner[15]는 20세기 초에 "물리학의 작동주의와 심리학의 행동주의와 같은 실증주의적 과학 철학"이 강력하게 적용되었다고 제안했다. 그러나 컴퓨팅은 환경을 바꿔놓았고, "비가역적 물리적 및 계산적 추상화"의 네 가지 수준(플라톤적 추상화, 계산적 근사, 기능적 추상화 및 값 계산)을 구별해야 한다고 지적하며, 행동을 중심으로 하는 대화형 방법(오리 테스트 참조)에 의존해야 한다.
6. 조작적 정의의 한계
리처드 보이드(Richard Boyd)는 조작적 정의라는 현대적 개념이 부분적으로 퍼시 윌리엄스 브리지먼(Percy Williams Bridgman)에게서 기원했다고 지적한다. 브리지먼은 과학적 개념을 표현하는 방식이 추상적이고 불분명하다고 느꼈다. 1914년 어니스트 마흐(Ernst Mach)의 영향을 받은 브리지먼은 관측 불가능한 실체를 측정할 때 사용되는 물리적, 정신적 조작을 통해 구체적으로 재정의하고자 했다.[8] 따라서 관측 불가능한 각 실체에 대한 정의는, 그것을 정의하는 데 사용된 계측 장비에 따라 고유하게 식별되었다.
이러한 접근 방식에는 처음부터 반대 의견이 제기되었는데, 대부분은 유연성이 부족하다는 점을 지적했다. 보이드가 지적했듯이, "실제적이고, 겉보기에는 신뢰할 만한 과학적 실천에서, 이론적 용어와 관련된 계측 장비의 변화는 일상적이며, 과학의 진보에 필수적인 것으로 보인다. '순수한' 조작주의적 개념에 따르면, 이러한 종류의 수정은 방법론적으로 허용될 수 없을 것이다. 왜냐하면 각 정의는 고유한 '대상'(또는 대상의 종류)을 식별하는 것으로 간주되어야 하기 때문이다."[8]
7. 사례
- 산소는 그것이 들어 있는 용기에 꺼져가는 성냥개비를 넣으면(실천적 행동) 불꽃이 다시 일어나게 하는(관찰할 내용) 기체이다.[20]
- 사회경제적 지위(SES)를 조사하고자 한다면, 연구에서 SES를 단지 '소득과 교육수준을 합친 것'으로 구체화할 수 있다. 하지만 이런 결정은 SES의 다른 측면들인 직업지위, 자산, 가문 등을 무시하게 된다. 따라서 조사결과는 SES의 정의가 이 연구에서 확인하려는 목적에 유용한 경우에만 활용되는 것이다. 즉, SES의 개념은 이 연구에서 어떻게 조작적 정의하느냐에 따라 달라지게 된다.[19]
- 1990년 국제온도눈금(ITS-90)은 전체 범위를 다루는 데 필요한 여러 특정 센서 유형의 특성에 따라 온도를 정의한다. 그러한 예로 특정 구조를 가진 서미스터의 전기 저항이 있으며, 조작적으로 정의된 고정점에 대해 보정된다.
- 전류는 특정 거리만큼 떨어져 있는 두 개의 무한한 평행 도체 사이의 힘으로 정의된다. 이 정의는 실제 측정에는 너무 추상적이므로 전류천칭이라는 장치를 사용하여 암페어를 조작적으로 정의한다.
- 재료의 경도는 다음과 같이 정의 된다.
# 모스 경도계로 측정한 긁힘 경도
# 압입 경도
# 쇼어 경도계로 측정한 반발 또는 동적 경도
- 압입 경도는 다음과 같이 세분화 된다.
# 브리넬 경도 시험 – 10mm 강철 구슬 사용
# 비커스 경도 시험 – 피라미드형 다이아몬드 압입자 사용
# 록웰 경도 시험 – 다이아몬드 콘 압입자 사용
- 처녀자리는 하늘에서 처녀자리를 찾는 과정은 반복 가능하므로, 이러한 방식으로 처녀자리는 조작적으로 정의된다.
- 새로운 학문 분야는 대학에서의 학제 간 활동에 대한 반응으로 등장한다. 어떤 학자는 특정 주제 영역이 동일한 주제에 대해 거의 동일한 이름을 사용하는 12개 이상의 대학 학과가 있을 때 학문 분야가 된다고 제안했다.[16]
참조
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논문
The operational basis of psychology
1935
[2]
논문
What is defined in operational definitions? The case of operant psychology
http://behavior.org/[...]
2003
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논문
Fear and anxiety: animal models and human cognitive psychophysiology
2000
[4]
논문
The operational definition of psychological concepts
1935
[5]
웹사이트
operational definition
https://dictionary.a[...]
2021-06-01
[6]
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[7]
서적
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논문
Repeatability in Computer Systems Research
http://cacm.acm.org/[...]
2016
[13]
뉴스
Computational Thinking in Science
http://www.americans[...]
2017-01-01
[14]
웹사이트
Operational Definition of Computational Thinking
http://www.iste.org/[...]
2011-01-01
[15]
서적
Beyond Computable Functions
https://books.google[...]
American Mathematical Society
[16]
논문
Interdisciplinary science on campus – the elusive dream
1977
[17]
문서
표준국어대사전
[18]
서적
논리학입문
경문사
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서적
사회조사방법론
센게이지러닝코리아(주)
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최신과학교육
학문사
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서적
조직행위론
경문사
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