전반적인 이해 바탕으로 사례 접목

1. 과학의 탐구방법과 과학논술

과학의 탐구방법은 과학논술에서 가장 많이 출제되는 주제 중의 하나이다. 과학의 탐구방법에 대해서는 중학교 교과서에서부터 고등학교 교과서까지 과학교과 가장 첫 부분에서 다루어지고 있다.

기존 수능에서는 탐구과정에 나오는 실험부분에서 변인통제, 실험군과 대조군에 관련된 문제들이 부분적으로 출제된 바 있다. 하지만 과학논술에서는 과학의 탐구방법 전반에 걸친 이해를 바탕으로 어떤 사례에 접목시키거나 각각의 탐구방법이 갖는 특징을 파악하는 문제, 하나의 실험을 설계하는 형식, 실험의 과정이나 결과를 과학적으로 분석하거나 평가하는 형식의 문제들이 다양하게 출제되고 있다.

이러한 문제들을 해결하기 위해서는 귀납적, 연역적 탐구방법의 특징과 각각의 탐구과정을 정확히 이해하고 있어야 한다. 또한 탐구방법으로 이용되는 실험, 조사, 관측, 분석 등을 이용할 때 고려해야 되는 점들을 정확히 알고서 실제로 설계해 보는 연습들이 필요하다.

2. 귀납적 탐구방법과 연역적 탐구방법

(1) 귀납적 방법 : 자연 현상에서 관찰한 결과를 종합하여 결론을 도출하는 방법으로, 구체적인 사실로부터 일반적인 원리를 이끌어낸다.

(2) 연역적 방법 : 문제를 인식하고 가설을 설정하여 예상되는 결과가 관찰 사실과 일치하는 가를 알아보는 방법으로, 일반적인 원리로부터 낱낱의 사실이나 원리를 추리해 낸다.

(논제) 위의 글은 백여 년에 걸쳐 세 명의 유명한 과학자들이 천체의 운동에 대한 관측으로부터 시작하여 만유인력의 법칙을 발견하기까지의 과정을 설명하고 있다. 이는 과학자들이 많이 쓰는 탐구 과정의 한 예를 잘 보여주고 있다. 위의 글을 참고하여 일반적인 과학 탐구 과정을 단계별로 나누어 기술하되, 위의 글에서 각 단계에 해당하는 적절한 예를 포함시키시오.

(예시답안)

과학의 탐구방법에는 크게 귀납적 탐구방법과 연역적 탐구방법이 있다. 귀납적 탐구방법이란 자연 현상에서 관찰한 결과를 종합하여 결론을 도출하는 방법으로, 구체적인 사실로부터?일반적인 원리를 이끌어내는 탐구과정을 말하고, 연역적 탐구방법이란 문제를 인식하고 가설을 설정하여 예상되는 결과가 관찰 사실과 일치하는 가를 알아보는?방법으로, 일반적인 원리로부터 낱낱의 사실이나 원리를 추리해 내는 탐구방법을 말한다.

현재 과학의 탐구과정에서 일반적으로 쓰이는 방법은 연역적 탐구방법인데 위 제시문은 연역적 탐구방법이 이용된 예라고 할 수 있다. 연역적 탐구방법은 문제 인식, 가설 설정, 탐구 설계, 탐구 수행, 자료 해석, 결론 도출 및 일반화와 같은 과정을 거친다.

문제 인식은 자연 현상을 관찰하다가 기존의 지식으로 설명되지 않을 때, 문제점을 발견하고 의심을 갖는 과정으로 티코 브라헤가 지구가 태양 주위를 돌고 있다는 코페르니쿠스의 주장에 대하여 ‘정말 그럴까’라는 호기심을 갖는 부분이 이에 해당한다.

가설 설정은 문제 해결에 필요한 정보를 토대로 결론을 예상하여 잠정적인 결론을 내리는 과정으로 브라헤가 지구는 특정 궤도를 갖고 태양 주위를 돌고 있을 것이라고 생각한 부분이 이에 해당한다.

탐구 설계는 주어진 가설을 검증하기 위해 객관적인 자료를 수집할 수 있는 방법과 그 절차를?나타내는 과정으로 그 방법에는 실험, 관측, 조사, 관찰 등이 있다. 제시문에서는 브라헤가 여러 가지 천문학에 대한 자료들을 모으고, 어떤 기구로 천체를 관찰할 것인가를 설계한 부분과 같이 조사와 관측이 이용하였다.

탐구 수행은 탐구 설계 과정에서 계획하였던 실험 기구나 자료를 조작하여 정확한 관찰, 분류,?세밀한 측정 등의 탐구 행동을 통해 정보를 획득하는 과정으로 브라헤가 섬에 관측소를 설치하여 새로운 별을 발견하고 1567년부터 1597년까지 별들의 움직임을 정확하게 측정한 부분이 이에 해당한다.

자료 해석은 실험이나 관찰로부터 얻은 자료로부터 가설을 검증할 수 있는 자료들을 뽑아 조작,?정리, 분석하여 어떤 경향이나 규칙성을 찾아내는 과정으로 케플러가 자료의 해석을 통하여 코페르니쿠스의 주장이 잘못되었다는 것을 알게 되고 지구는 태양 주위를 타원을 그리면서 돈다는 것, 태양과의 거리가 변하면서 그 거리가 멀수록 지구의 속력이 점점 느려진다는 것, 그리고 행성의 공전 주기와 궤도 장반경의 관계를 조사하여 공전 주기의 제곱이 궤도 장반경의 세제곱에 비례한다는 것을 알아낸 부분이 이에 해당한다.

결론 도출 및 일반화는 탐구 활동의 결과로 얻은 자료들을 종합 정리하여 객관적이고 타당한 일반법칙을?얻어내는 과정으로 케플러가 세 가지 결과를 바탕으로 케플러의 법칙을 정리한 부분이 이에 해당한다.

3. 실험의 설계

어떤 실험을 할 때는 반드시 실험 목적이 있고, 그 실험을 통해 알아보려는 결과가 있게 마련이다. 따라서 실험을 통해 알아보려는 결과를 이끌어내기 위해서는 그에 알맞은 실험 환경이 갖추어져야 한다. 이때 고려해야 할 점으로 실험군과 대조군이 있다. 실험 결과를 도출하기 위해 인위적 또는 어떤 조작을 통해 환경 설정을 한 집단을 실험군이라 한다. 이와 달리 실험 결과가 제대로 도출되었는지의 여부를 판단하기 위해 어떤 조작이나 조건도 가하지 않은 집단을 대조군이라고 한다.

실험을 설계함에 있어 또 한 가지 중요한 부분이 변인통제이다. 변인통제란 실험의 목적을 위하여 변화시켜 주어야 하는 변인과 실험에 영향을 끼칠 수 있어 모두 일정하게 해야 하는 변인들을 적적히 조절하는 것을 의미한다. 변인의 종류에는 다음과 같은 것이 있다.

독립변인 : 실험에 영향을 주는 요인으로 실험에서 같게 해 주어 통제해 주어야 할 변인(통제변인)과 다르게 해 주어야 할 변인(조작변인)이 있다.

종속변인 : 독립변인 중 다르게 조작해 준 요인(조작변인)에 영향을 받아 변화되는 요인을 말한다.

/진대현(1318논술연구소 과학논술팀장)

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