Операциональные определения: Конкретизация понятий в науке.

Введение

Определение понятия через конкретные, воспроизводимые действия или процедуры.
Операциональное определение задает конкретные, воспроизводимые процедуры, разработанные для представления конструкта. По словам американского психолога С. С. Стивенса (1935), «операция – это действие, которое мы выполняем, чтобы сделать концепцию познаваемой». Например, операциональное определение «страха» (как конструкта) часто включает измеримые физиологические реакции, возникающие в ответ на воспринимаемую угрозу. Таким образом, «страх» может быть операционально определен как конкретные изменения в частоте сердечных сокращений, кожно-гальванической реакции, расширении зрачков и артериальном давлении.

Обзор

Операциональное определение предназначено для моделирования или представления концепции или теоретического определения, также известного как конструкт. Ученые должны описывать операции (процедуры, действия или процессы), определяющие концепцию, с достаточной степенью конкретности, чтобы другие исследователи могли воспроизвести их исследование. Операциональные определения также используются для определения состояний системы в терминах конкретного, общедоступного процесса подготовки или валидационного тестирования. Например, 100 градусов Цельсия можно операционально определить как процесс нагрева воды на уровне моря до момента закипания. Рецепт торта может служить операциональным определением торта.

Применение

Несмотря на спорные философские корни концепции, особенно её тесную связь с логическим позитивизмом, операциональные определения обладают бесспорным практическим применением. Это особенно актуально в социальных и медицинских науках, где операциональные определения ключевых терминов используются для обеспечения однозначной эмпирической проверяемости гипотез и теорий. Операциональные определения также важны и в естественных науках.

Философия

В Стэнфордской энциклопедии философии в статье о научном реализме, написанной Ричардом Бойдом, указывается, что современное понимание этой концепции частично восходит к Перси Уильямсу Бриджману, который считал, что выражение научных концепций зачастую бывает абстрактным и неясным. Вдохновленный Эрнстом Махом, в 1914 году Бриджман предпринял попытку конкретно переопределить ненаблюдаемые сущности через физические и ментальные операции, используемые для их измерения. Соответственно, определение каждой ненаблюдаемой сущности однозначно связывалось с инструментарием, применяемым для её определения. С самого начала к этому подходу высказывались возражения, главным образом из-за его негибкости. Как отмечает Бойд, «в реальной и, судя по всему, надежной научной практике, изменения в инструментах, связанных с теоретическими терминами, являются обычным делом и, по-видимому, имеют решающее значение для прогресса науки. Согласно "чистой" операционалистической концепции, подобные модификации были бы методологически неприемлемы, поскольку каждое определение должно рассматриваться как идентифицирующее уникальный "объект" (или класс объектов)». В квантовой механике понятие операциональных определений тесно связано с идеей измеримых величин, то есть определений, основанных на том, что можно измерить. Операциональные определения часто наиболее сложны в областях психологии и психиатрии, где интуитивные понятия, такие как интеллект, должны быть операционализированы, прежде чем они станут доступными для научного исследования, например, посредством таких процедур, как тесты IQ.

Бизнес

15 октября 1970 года в Мельбурне, Австралия, обрушился мост Вестгейт, в результате чего погибли 35 рабочих-строителей. Последующее расследование показало, что причиной обрушения стало то, что инженеры указали требование к поставке определенного количества плоского стального листа. В данном контексте слово "плоский" не имело четкого оперативного определения, поэтому не существовало способа принять или отклонить конкретную партию, а также контролировать качество. В своих работах по менеджменту и статистике У. Эдвардс Деминг придавал большое значение использованию оперативных определений во всех бизнес-соглашениях. Как он говорил:

"Оперативное определение – это согласованная процедура для преобразования концепции в измеримую величину." – У. Эдвардс Деминг

"Не существует истинного значения какой-либо характеристики, состояния или условия, определяемого посредством измерения или наблюдения. Изменение процедуры измерения (изменение оперативного определения) или наблюдения приводит к новому результату." – У. Эдвардс Деминг

Общий процесс

Операционный, в контексте процесса, также может означать рабочий метод или философию, фокусирующуюся главным образом на причинно-следственных связях (или стимул-реакция, поведение и т.п.), представляющих особый интерес для конкретной области в определенный момент времени. Как рабочий метод, он не рассматривает вопросы, относящиеся к области в более общем плане, такие как онтологические и т.д.

В вычислительной технике

Наука использует вычислительные средства. Вычислительные средства используют науку. Мы стали свидетелями развития компьютерной науки. Лишь немногие способны объединить все три области. Один из эффектов заключается в том, что результаты, полученные с помощью компьютера, могут оказаться невоспроизводимыми, если код плохо документирован, содержит ошибки или если некоторые части были опущены. Зачастую проблемы связаны с сохранением и ясностью использования переменных, функций и так далее. Зависимость от конкретных систем также является проблемой. В сущности, длина (как стандарт) берет за основу материю. Что же можно использовать в качестве основы при создании вычислительных стандартов? Следовательно, операциональное определение может быть применено в контексте взаимодействия человека с передовыми вычислительными системами. В этом смысле одна из областей обсуждения касается вычислительного мышления в науке и его потенциального влияния на нее. Как отмечает журнал American Scientist:
Компьютерная революция оказала глубокое влияние на наше понимание науки, экспериментов и исследований. Один из упомянутых проектов объединил экспертов в области гидродинамики, включая специалистов по численному моделированию в вычислительной гидродинамике, с компьютерными учеными. По сути, оказалось, что компьютерщики недостаточно компетентны, чтобы вносить столь значимый вклад, как им хотелось бы. Таким образом, к их досаде, их роль зачастую сводилась к роли "простого" программиста. Некоторые проекты в области инженерии, основанной на знаниях, столкнулись с аналогичной дилеммой: обучать программированию эксперта в предметной области или же обучать программиста тонкостям этой области. Это, конечно, зависит от конкретной области. Вкратце, каждый член команды должен решить, на какую сторону медали направить свои усилия. Международное общество технологического образования (ISTE) выпустило брошюру, в которой подробно описано "операциональное определение" вычислительного мышления. ISTE также предприняла попытку определить связанные навыки. Признанным навыком является толерантность к неопределенности и способность решать открытые задачи. Например, инженерная система, основанная на знаниях, может повысить свою функциональность и, следовательно, стабильность за счет более активного участия эксперта в предметной области, что, в свою очередь, поднимает вопросы об ограничениях, связанных с человеческой природой. Поскольку во многих случаях вычислительные результаты приходится принимать на веру из-за ряда факторов (отсюда и необходимость "теста на утку"), которые даже эксперт не может преодолеть. Окончательным подтверждением могут служить конечные результаты (правдоподобная симуляция или артефакт, рабочий проект и т. д.), которые не гарантированно воспроизводимы, могут быть дорогостоящими (по времени и деньгам) и так далее. В продвинутом моделировании, с необходимой вычислительной поддержкой, такой как инженерия на основе знаний, необходимо поддерживать соответствие между объектом реального мира, его абстрактными представлениями, определенными предметной областью и ее экспертами, и компьютерными моделями. Несоответствия между моделями предметной области и их вычислительными аналогами могут вызывать проблемы в этой связи. Методы, позволяющие гибкое моделирование, необходимое для решения многих сложных задач, должны решать вопросы идентификации, типа и т. д., что приводит к таким методам, как динамическая типизация ("duck typing"). Многие области, ориентированные на численные методы, используют теорию пределов различных видов, чтобы с разной степенью успеха обойти необходимость "теста на утку". Тем не менее, проблемы остаются, поскольку способы представления данных существенно влияют на то, что мы можем узнать. В защиту объектно-ориентированной методологии Питер Вегнер предположил, что "позитивистские научные философии, такие как операционализм в физике и бихевиоризм в психологии", получили широкое распространение в начале 20-го века. Однако вычислительная техника изменила ситуацию. Он отмечает, что нам необходимо различать четыре уровня "необратимой физической и вычислительной абстракции" (платоновская абстракция, вычислительное приближение, функциональная абстракция и вычисление значений). Затем мы должны полагаться на интерактивные методы, ориентированные на поведение (см. "тест на утку").

Температура

Термодинамическое определение температуры, предложенное Николасом Леонардом Сади Карно, оперирует понятием "теплового потока" между "бесконечно большими резервуарами". Это крайне абстрактно и неприменимо к практической науке и торговле. Чтобы придать этой идее конкретность, температура определяется через операции с газовым термометром. Однако это сложные и хрупкие приборы, предназначенные исключительно для национальных лабораторий стандартизации. Для повседневного использования применяется Международная температурная шкала 1990 года (ITS), определяющая температуру на основе характеристик различных типов датчиков, необходимых для охвата всего диапазона температур. Одним из таких датчиков является электрическое сопротивление термистора, имеющего заданную конструкцию и откалиброванного по операционно определенным фиксированным точкам.

Электрический ток

Электрический ток определяется через силу взаимодействия между двумя бесконечными параллельными проводниками, разделенными заданным расстоянием. Это определение слишком абстрактно для практических измерений, поэтому для оперативного определения ампера используется прибор, известный как токовой баланс.

Созвездие Девы

Созвездие Девы – это конкретное скопление звёзд на небе, поэтому процесс её формирования не может служить операциональным определением, так как это историческое и невоспроизводимое событие. Тем не менее, процесс, посредством которого мы находим Деву на небе, воспроизводим, и таким образом Дева может быть операционально определена. Фактически, Дева может иметь множество определений (хотя мы никогда не сможем доказать, что речь идёт об одном и том же созвездии), и любое из них может быть операциональным.

Академическая дисциплина

Новые академические дисциплины возникают как реакция на междисциплинарную деятельность в университетах. Один из исследователей предположил, что предметная область становится дисциплиной, когда более дюжины университетских кафедр используют одно и то же название для обозначения примерно одной и той же области знаний.