[과학교육론] 1-2. 과학적 방법

1. 귀납법 : 구체적인 사례들로부터 규칙성을 찾아 일반적인 법칙을 도출해 내는 방법

(1) 철학 : 경험론 – 관찰과 실험을 통해 얻어진 경험적 사실로부터 과학 지식 형성

(2) 원리 : 많은 수의 A가 다양한 조건의 변화 아래서 관찰되었고, 관찰된 A가 모두 예외 없이 B라는 성질을 가지고 있다면 모든 A는 B라는 성질을 가지고 있다.

(3) 장점 : 과학적 연구나 과학교육에서 유용

(4) 한계점

• 귀납 원리의 한계 : 전수 관찰을 한 것이 아니므로 결론의 진위가 어느 정도만 보장되지 결코 확증되지 못한다. → 후건긍정의 오류
• 관찰의 이론 의존성
• 흄의 문제

• 귀납법의 타당성을 검증하는 방법은 귀납적 방법밖에 없다.
• 몇 개의 관찰 사실을 바탕으로 전체에 일반화할 수 없다.
• 관찰이 불가능한 추상적인 지식에는 적용할 수 없다.
• 과거의 자료를 근거로 미래를 말하기 어렵다.

* 유추법 : 귀납법의 한 유형으로 특수한 예에 관한 전제로부터 다른 특수한 예에 관한 결론을 이끌어내는 귀납추론

 

 

2. 연역법 : 일반화된 전제로부터 특수한 사례를 예측하거나 설명하는 방법

(1) 당연하고 확실한 전제(참, 보편타당)로부터 결론을 이끌어내는 논증과정

(2) 원리 : 대전제-소전제-결론, 전제가 참이고 과정이 타당하면 결론도 참이다.

(예) 아리스토텔레스 삼단논법

대전제 : 사람은 누구나 죽는다.

소전제 : 소크라테스는 사람이다.

결론 : 그러므로 소크라테스는 죽는다.

(3) 한계점

• 전제가 거짓이면 논증과정이 타당하더라도 결론이 거짓일 수 있다.
• 전제의 참을 검증할 타당한 방법이 없다.
• 연역적 논증은 결론의 진위만 알려줄 뿐, 정확도는 알 수 없고 새로운 정보도 산출할 수 없다. (과학적 탐구방법으로는 한계가 있다.)
• 연역법의 타당성을 검증할 방법은 귀납적 방법 밖에 없다.

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3. 가설 연역법 : 가설을 설정하고 이에 기초한 결론을 도출한 후 관찰과 경험을 통해 그 결론의 참과 거짓을 검증하 는 방법

(1) 절차

① 일반화된 명제 진술	어떤 현상을 관찰하여 규칙성을 찾는다. ▶ 귀납적 추론
② 초기조건 설정	실험할 조건을 설정한다.
③ 예측언명 제시(가설설정)	어떤 현상에 대한 잠정적 답인 가설을 설정한다.(~일 것이다.) ▶ 연역적 추론 가설을 세우는 과정 - 귀추적 추론 예상) 가설이 맞는다면 이럴 것이다 - 연역적 추론
④ 가설 검증(결론도출)	가설을 검증한다.

(2) 특징 : 귀납법과 연역법의 장점을 활용 ▶ 관찰결과에서 일반화 진술을 도출[귀납법] + 일반화 진술에서 가설 도출, 예측언명의 제시[연역법]

 

(3) 한계점

• 귀납법과 연역법의 한계점을 모두 지니고 있다.
• 후건긍정의 오류와 같은 논리적 오류를 범하기 쉽다. (예) A가 사과라면(전건), A는 과일이다.(후건, 예상) → B는 과일이다. → 그렇다면 B는 사과이다.
• 가설이 어떻게 설정되었는지 밝히지 못하므로 과학지식의 구성에 이용되기 어렵다.
• 가설을 설정할 필요가 없는 실태조사에는 적용할 수 없다.
• 논리적 추리로서 과학지식의 형성보다 과학지식의 검증에 더 효과적으로 적용할 수 있다.
• 검증 불가한 가설 제시 상황 시 적용할 수 없다.

 

(4) 연역적 추론: 결과로부터 특별한 현상을 예측, 설명

• 예측이 맞았을 경우 : 명제가 ‘참’일 가능성이 높아진다.
• ‘명제가 ‘참’이다.’라고 하는 것은 후건긍정의 오류이다.

(5) 귀납법, 연역법과의 차이

• 귀납법과의 차이 : 가설연역법은 가설을 설정하여 검증하는 절차에 따라 수행하지만 귀납법은 가설을 내세우지 않는다.
• 연역법과의 차이 : 가설연역법은 전제의 진위를 의심하는데서 출발하지만 연역법은 전제를 참이라고 가정한다.

 

 

4. 귀추적 사고 : 알고 있는 다른 경험 상황의 설명을 빌어서 현재의 인과적 의문을 설명할 때 나타나는 사고

(1) 최선의 설명에로의 추론, 어떤 현상을 가장 잘 설명해주는 가설을 추론하는 과정(가설추리)

(2) 관찰 자료나 사실이 먼저 제시되고 가설이 나중에 제시된다.(역행추리)

(3) 자료나 사실에서 출발하며, 법칙은 자료로부터의 추론에서 얻어짐

 

(4) 일반 형식

• 어떤 현상 P가 관찰되었다.
• 만일 가설 H가 참이라면, 현상 P가 설명된다.
• 그러므로 가설 H가 참일 가능성이 있다.

 

(5) 특징: 귀납법, 연역법과는 다르게 새로운 정보를 생성할 수 있다.

(6) 한계

• 유사한 경험으로부터 설명을 이끌어내기 때문에 최선의 설명(가설)인지 알 수 없다.
• 가설 형성 과정에 대한 근거가 부족하다.
• 무모한 가설까지 허용한다. (기존의 이론, 법칙도 잠정적이기에 무모한 가설이 생성될 수 있다.)

 

5. 반증주의 : 과학의 발달은 반증을 통해 이루어진다.

(1) 귀납법에 대한 비판으로부터 등장하였다. 이론은 검증할 수 없음

(2) 아무리 많은 사례가 나와도 이론은 검증되지 않지만, 반증은 단 하나의 사례만으로도 충분히 증명할 수 있다.

(3) 과학은 문제에서 출발한다. 과학자는 이 문제를 해결하기 위한 검증 가능한 가설을 내놓는다. 엄격한 검증과 비판을 견뎌내면 살아남아 발전하고, 반증 사례가 나타나면 폐기된다.

(4) 문제점

• 관찰의 이론 의존성과 반증의 오류 가능성 : 관찰은 관찰자의 기대감이나 이론적 지식에 의존한다.
• 역사적 사례와 일치하지 않는다. : 반증주의에서 반증은 하나의 사례만으로도 충분하다고 하였다. 하지만 역사적으로 살펴보면 반증사례가 나타났음에도 그 이론이 버려지지 않은 경우가 많다.
• 임시변통적 가설 : 이론에 임시 변통적 가설이 첨가되면 이론의 반증이 어렵다.

 

 

6. 실증주의 : 과학은 직접적인 경험에 근거한 주장을 담고 있을 때만 유의미하다.

(1) 과학과 다른 학문의 차이 : 과학은 경험적으로 검증 가능하다.

(2) 실증주의의 한계 : 귀납주의를 근간으로 하므로 유한한 관찰 사례로부터 보편적인 법칙, 이론의 검증이 불가능하다.

 

 

7. 사회적 적응과 합의 – 사회적 구성주의 : 과학지식은 사회적 합의의 산물이다.

(1) 과학은 주관적이고 이념적인 학문으로 인식하는 현대 과학자들의 입장을 바탕으로 한다.

(2) 과학은 시대적, 사회적 환경이나 가치관으로부터 영향을 받으면서 계속 변화 발달하며, 과학의 가치는 사회적 합의 과정을 통해 발달한다.

(3) 관찰이나 실험도 과학적 지식을 구성하는 방법에 도움이 된다.

(4) 수학과 통계는 또 다른 과학 지식을 형성하는 방식이다. 관측한 내용을 수학적인 방법을 통해 분석이 가능하다.

(5) 직관, 영감, 우연, 오류 등도 과학 지식을 형성하는 과정에 영향을 미친다.