통제변인
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1. 개요
통제 변인은 과학 실험에서 실험 결과에 영향을 미칠 수 있지만, 실험자가 의도적으로 조작하지 않고 일정하게 유지하는 변수를 의미한다. 실험의 독립 변수와 종속 변수의 관계를 명확하게 파악하고, 실험 결과의 왜곡을 방지하기 위해 통제 변수를 설정하고 유지하는 것이 중요하다. 통제 변인의 중요성은 자연계의 상호 의존적인 변수들 간의 관계를 이해하고, 실험 가설의 타당성을 확보하는 데 있다. 예를 들어, 결합 기체 법칙 실험에서 온도나 부피를 통제 변수로 설정하여 보일의 법칙이나 게이뤼삭의 법칙을 검증할 수 있다.
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| 통제변인 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 실험 설계 요소 |
| 목적 | 실험 결과에 영향을 미칠 수 있는 요인 통제 |
| 관련 개념 | 독립변수 종속변수 교란변수 실험군 대조군 |
| 정의 | |
| 정의 | 실험 전반에 걸쳐 변경되지 않는 실험 요소 |
| 설명 | 통제 변수는 과학 실험에서 일정하게 유지되는 요소임. 이러한 변수는 실험 결과에 영향을 미치거나 결과 해석을 방해할 수 있으므로 실험 과정에서 통제됨. |
| 다른 이름 | 불변 변수, 통제된 변수, 고정 변수 |
| 통제변인의 분류 | |
| 실험적 통제 | 실험 환경이나 절차를 표준화하여 외생 변수의 영향을 최소화함. |
| 통계적 통제 | 통계적 방법을 사용하여 외생 변수의 영향을 조절하거나 제거함. |
| 무선 할당 | 참가자를 무작위로 실험 조건에 할당하여 집단 간의 차이를 최소화함. |
| 통제변인의 중요성 | |
| 인과관계 명확화 | 독립변수와 종속변수 사이의 인과관계를 명확하게 밝히는 데 도움을 줌. |
| 실험 결과 신뢰성 향상 | 외생변수의 영향을 줄여 실험 결과의 신뢰성을 높임. |
| 일반화 가능성 확보 | 통제되지 않은 변수로 인한 결과를 배제하여 실험 결과를 일반화하는 데 기여함. |
| 통제변인의 예시 | |
| 예시 | 온도, 습도, 조명, 실험 시간, 실험 참가자의 특성 등 |
| 주의사항 | |
| 주의사항 | 통제변수를 부적절하게 설정하면 실험 결과가 왜곡될 수 있으므로 주의해야 함. |
2. 변인의 종류
독립변인은 실험 결과에 영향을 주는 변인으로, 실험자가 의도적으로 조작하거나 변화시키는 요인이다. 종속변인은 독립 변인의 변화에 따라 값이 변하는 변인으로, 실험 결과에 해당한다.
조작 변인은 가설 검증을 위해 실험에서 의도적이고 체계적으로 변화시키는 변인으로, 독립 변수와 동일한 의미로 사용된다. 통제 변인은 실험하는 동안 일정하게 유지시켜야 하는 잠재적인 독립 변인이다. 통제 변인은 실험 전반에 걸쳐 변경되지 않는 요소이며, 실험의 주요 관심사는 아니지만, 실험 결과에 영향을 미칠 수 있다.
자연 상태의 모든 시스템에서 많은 변수는 상호 의존적일 수 있으며, 각 변수가 다른 변수에 영향을 미친다. 과학 실험은 독립 변수(IV)와 종속 변수(DV)의 관계를 테스트하며, 추가적인 독립 변수는 통제 변수가 될 수 있다.
실험 중 통제 변인에 예상치 못한 변화가 발생하면 독립 변수(IV)에 대한 종속 변수(DV)의 상관 관계가 무효화되어 결과가 왜곡되고 작업 가설이 무효화될 수 있다. 이는 실험 매개변수 내에 존재하는 허위 관계의 존재를 나타내며, 혼입 변수의 존재로 인해 발생할 수 있다. 혼입 변수는 실험의 내적 타당도에 대한 위협이 되므로, 이를 식별하고 통제하여 실험을 재설계해야 한다.
2. 1. 독립 변인과 종속 변인
독립변인은 실험 결과에 영향을 주는 변인으로, 실험자가 의도적으로 조작하거나 변화시키는 요인이다. 종속변인은 독립 변인의 변화에 따라 값이 변하는 변인으로, 실험 결과에 해당한다.2. 2. 조작 변인과 통제 변인
조작 변인은 가설 검증을 위해 실험에서 의도적이고 체계적으로 변화시키는 변인으로, 독립 변수와 동일한 의미로 사용된다. 통제 변인은 실험하는 동안 일정하게 유지시켜야 하는 잠재적인 독립 변인이다. 통제 변인은 실험 전반에 걸쳐 변경되지 않는 요소이며, 실험의 주요 관심사는 아니지만, 실험 결과에 영향을 미칠 수 있다.자연 상태의 모든 시스템에서 많은 변수는 상호 의존적일 수 있으며, 각 변수가 다른 변수에 영향을 미친다. 과학 실험은 독립 변수(IV)와 종속 변수(DV)의 관계를 테스트하며, 추가적인 독립 변수는 통제 변수가 될 수 있다.
실험 중 통제 변인에 예상치 못한 변화가 발생하면 독립 변수(IV)에 대한 종속 변수(DV)의 상관 관계가 무효화되어 결과가 왜곡되고 작업 가설이 무효화될 수 있다. 이는 실험 매개변수 내에 존재하는 허위 관계의 존재를 나타내며, 혼입 변수의 존재로 인해 발생할 수 있다. 혼입 변수는 실험의 내적 타당도에 대한 위협이 되므로, 이를 식별하고 통제하여 실험을 재설계해야 한다.
3. 통제 변인의 중요성
통제 변인은 실험 전반에 걸쳐 일정하게 유지되는 실험 조건 또는 요소이다. 통제 변인의 불변 상태는 테스트되는 다른 변수 간의 관계를 더 잘 이해할 수 있게 해준다.
자연 상태로 존재하는 모든 시스템에서 많은 변수는 상호 의존적일 수 있으며, 각 변수가 다른 변수에 영향을 미친다. 과학 실험은 독립 변수(IV: 실험자가 조작하는 요소)와 종속 변수(DV: IV의 조작에 의해 영향을 받는 요소)의 관계를 테스트한다.
실험 중 통제 변인에 예상치 못한 변화가 발생하면 독립 변수에 대한 종속 변수의 상관 관계가 무효화되어 결과가 왜곡되고 작업 가설이 무효화된다. 이는 실험 매개변수 내에 존재하는 허위 관계의 존재를 나타낸다. 예상치 못한 결과는 혼입 변수의 존재로 인해 발생할 수 있으며, 이로 인해 초기 실험 가설을 다시 작업해야 한다. 혼입 변수는 실험의 내적 타당도에 대한 위협이다. 이 상황은 먼저 혼입 변수를 식별한 다음 해당 정보를 고려하여 실험을 재설계함으로써 해결할 수 있는데, 혼입 변수를 통제하여 통제 변수로 만드는 것이다. 그러나 허위 관계를 식별할 수 없는 경우, 작업 가설을 폐기해야 할 수도 있다.
4. 실험 예시: 결합 기체 법칙
잘 알려진 결합 기체 법칙은 다음과 같이 수학적으로 표현된다.
:
여기서:
: ''P''는 압력이다.
: ''V''는 부피이다.
: ''T''는 켈빈 단위로 측정된 열역학적 온도이다.
: ''k''는 상수이다(단위는 에너지/온도).
즉, 시스템의 압력-부피 곱과 온도의 비율은 일정하게 유지된다.
결합 기체 법칙의 일부 (''P'' * ''V'' = ''T'')에 대한 실험적 검증에서 압력, 온도, 부피가 모두 변수인 경우, 이러한 변수 중 어느 것이든 변경되는 결과를 테스트하려면 적어도 하나는 일정하게 유지해야 한다.[3] 이는 나머지 변수에서 ''비교 가능한 실험 결과''를 확인하기 위함이다.
만약 온도를 통제 변수로 설정하고 실험 과정에서 변경되지 않도록 하면, 종속 변수인 압력과 부피 간의 관계는 하나 또는 다른 변수의 값을 변경하여 빠르게 설정할 수 있으며, 이것이 보일의 법칙이다. 예를 들어, 압력이 증가하면 부피는 감소해야 한다.
그러나 부피를 통제 변수로 설정하고 실험 과정에서 변경되지 않도록 하면, 종속 변수인 압력과 온도 간의 관계는 하나 또는 다른 변수의 값을 변경하여 빠르게 설정할 수 있으며, 이것이 게이뤼삭의 법칙이다. 예를 들어, 압력이 증가하면 온도가 증가해야 한다.
4. 1. 보일의 법칙
결합 기체 법칙은 수학적으로 ${\displaystyle {\frac {PV}{T}}=k}$ (여기서 P는 압력, V는 부피, T는 열역학적 온도, k는 상수)로 표현된다.[3] 즉, 시스템의 압력-부피 곱과 온도의 비율은 일정하게 유지된다. 결합 기체 법칙의 일부인 (P * V = T)에 대한 실험적 검증에서 압력, 온도, 부피가 모두 변수인 경우, 이러한 변수 중 어느 것이든 변경되는 결과를 테스트하려면 적어도 하나는 일정하게 유지해야 한다.[3]만약 온도를 통제 변수로 설정하고 실험 과정에서 변경되지 않도록 하면, 압력과 부피 간의 관계는 하나 또는 다른 변수의 값을 변경하여 빠르게 설정할 수 있으며, 이것이 보일의 법칙이다.[3] 예를 들어, 압력이 증가하면 부피는 감소해야 한다.
4. 2. 게이뤼삭의 법칙
결합 기체 법칙의 일부인 ( * = )에 대한 실험에서 압력, 온도, 부피가 모두 변수일 때, 이들 중 하나를 일정하게 유지해야 나머지 변수들의 관계를 비교하여 확인할 수 있다.[3] 부피를 통제 변수로 설정하고 변경되지 않도록 하면, 압력과 온도의 관계를 확인할 수 있으며, 이것이 게이뤼삭의 법칙이다.[3] 예를 들어 압력이 증가하면 온도도 증가한다.참조
[1]
논문
A Crash Course in Good and Bad Controls
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웹사이트
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2016-03-27
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[4]
웹사이트
Control Variable Definition and Examples
https://sciencenotes[...]
Science Notes : Learn Science : Do Science
2021-05
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서적
Experimental and quasi-experimental designs for generalized causal inference
Houghton Mifflin
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