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[짬짜면 과학 교실] 과학자는 어떤 순서로 탐구할까?

2018년 05월 12일 17:00

    과학자의 탐구 순서​

 

    _윤병무

 

    탐구하는 과학자가 탐구를 시작해요
    열심히 열심히
    (탐구 활동에도 순서가 있어요)

    그것이, 왜 그럴까 하고 생각해요: 문제 인식
    곰곰이 곰곰이
    (궁금하지 않으면 탐구할 수 없어요)

    비교 대상을 정하고, 같은 조건에서 실험해요: 변인 통제
    꼼꼼히 꼼꼼히
    (다른 대상이지만 실험 조건이 다르면 실험 결과를 믿을 수 없어요)

    실험 결과를 표나 그래프로 나타내요: 자료 변환
    자세히 자세히
    (실험 결과를 한눈에 알아볼 수 있게 하는 거예요)

    실험 결과에 나타난 의미를 생각해요: 자료 해석
    깊이 깊이
    (실험 결과에서 나타난 규칙을 발견해요)

    실험 결과의 해석으로 결론을 내어요: 결론 도출
    조심히 조심히
    (문제 인식, 실험 실행, 실험 결과, 자료 해석 과정에서 결론이 나와요)

    결론과 공통되는 자연 현상을 발견하면 원리, 법칙, 이론을 세워요: 일반화
    즐거이 즐거이
    (결론이 다양한 상황에 적용될 수 있으면 여러 자연 현상을 예측하고 설명할 수 있어요)

 

    탐구의 어머니 이름은 궁금함이에요
    정말로 정말로
    (궁금함이 탐구를 낳지만, 궁금함을 해결하려는 노력 없이는 탐구는 태어나지 못해요)

 

 

 

초등생을 위한 덧말

 

과학자는 물질, 에너지, 생명, 지구, 우주에 대해 연구하는 사람이에요. 옛날에는 이 모든 분야를 폭넓게 연구했지만, 오늘날에는 그 연구 범위가 무척 넓고 구분되어 있어서, 대개는 그중 한 분야의 세밀한 영역을 선택해서 전문적이고 집중적으로 탐구해요. 거대한 목탑을 쌓더라도 탑의 구조와 모양을 디자인하는 사람이 있고, 터를 닦는 사람이 있고, 나무를 벌목하는 사람이 있고, 나무를 켜는 사람이 있고, 탑을 쌓는 사람이 있듯이 말이에요. 이렇듯 과학자들은 자신의 관심 분야를 깊게 파고들어 과학이라는 넓은 퍼즐의 조각들을 맞춰 나가요. 하지만 그럼에도 과학자들이 탐구하는 순서는 크게 다르지 않아요. 밝혀지지 않은 자연 현상과 과학적 사실을 알아내기 위해서는 올바른 순서와 방법으로 탐구해야 하기 때문이에요.

 

탐구 활동의 첫 순서는 ‘궁금함’에서 시작되어요. ‘그것이, 왜 그럴까?’ 하는 생각 말이에요. 꽃이 피면 꿀벌이 꿀을 얻기 위해 꽃을 찾아간다는 것은 이미 잘 알려진 사실이기에 사람들은 그 사실을 궁금해하지는 않아요. 하지만 ‘꿀벌은 어떤 색깔의 꽃을 더 쉽게 찾을까?’ 하는 생각은 할 수 있어요. 이런 궁금함을 해결하려면 탐구할 문제를 분명하게 나타내야 해요. 그것을 ‘문제 인식’이라고 해요. 그러기에 모든 탐구는 ‘문제 인식’에서 출발해요. 

 

그다음 순서는 ‘실험 계획’을 세우는 것이에요. 실험 계획을 짤 때는 먼저 비교할 대상을 정해야 해요. 다른 대상과의 ‘차이’를 비교해 봐야 하니까요. 비교 대상이 정해지면 문제 인식의 대상과 똑같은 조건에서 실험을 진행해야 해요. 꿀벌이 어떤 색깔의 꽃을 쉽게 찾는지를 알아보려면 다양한 색깔의 꽃들을 비교 대상으로 삼아야 해요. 그런데 이때 꿀벌 대신 나비나 파리로 실험하면 엉뚱한 결과가 나와요. 이렇듯 실험과 관련된 조건을 확인하고 통제하는 것을 ‘변인 통제’라고 해요. 변인 통제, 즉 변할 수 있는 원인을 잘 통제해야 실험에 잘못된 영향을 끼치는 조건들을 막을 수 있어요.

 

실험을 마쳤으면 다음 순서는 ‘실험 결과’를 정리하는 것이에요. 실험 결과를 한눈에 알아볼 수 있게끔 하려는 것이에요. 그래야 실험을 실행한 사람도 그 결과를 명확하게 알 수 있고, 다른 사람도 그 실험 결과를 쉽게 이해할 수 있기 때문이에요. 이때 주로 사용하는 것이 ‘표’나 ‘그래프’예요. 표와 그래프는 실험 조건과 실험 결과를 잘 정리해 주어 한눈에 비교하기 쉽게 해 주어요. 이렇게 실험 결과의 자료를 표나 그래프 등으로 나타내는 것을 ‘자료 변환’이라고 해요.

 

실험 결과를 자료 변환하고 나면, 그다음 순서는 그 의미를 확인하는 일이에요. 실험에서 나타난 결과에 어떤 규칙성이 발견되는지를 알아보는 것이에요. 꽃을 찾는 꿀벌이 유난히 붓꽃이나 도라지꽃이나 제비꽃을 쉽게 찾는다면 거기에는 그만한 이유가 있을 테니 말이에요. 이렇듯 실험 결과의 의미를 생각하면서 그 자료에 나타난 관계나 규칙을 알아보는 과정을 ‘자료 해석’이라고 해요.

 

자료 해석을 마치면, 실험을 통해 탐구한 문제에 대한 결론을 내려야 해요. 문제 인식에서 출발해, 실험 계획을 세우고, 실험을 실행하고, 실험 결과를 얻고, 자료 해석을 마치면서 결론을 이끌어 내는데, 그 과정을 ‘결론 도출’이라고 해요. 붓꽃, 도라지꽃, 제비꽃의 꽃잎 색깔의 공통점은 보라색이니 꿀벌은 다른 색깔보다 유난히 보라색을 쉽게 발견한다는 결론을 도출하게 되는 것이에요. 

 

탐구의 마지막 순서는 ‘일반화’예요. ‘일반화’는 실험에서 도출된 결론을 여러 상황에 적용함으로써 과학적 현상을 밝혀내고 예측할 수 있는 법칙이나 원리를 알아내 이론을 세우는 탐구 활동을 뜻해요. 꿀벌이 보라색 꽃을 더 잘 발견하기 때문에 보라색 꽃을 피우는 식물들은 자신의 번식을 돕는 동물을 공통적으로 꿀벌로 삼고 있다는 원리를 탐구 활동을 통해 알아낼 수 있게 되는 것이에요.

어떤 탐구가 되었든 그 활동이 계획만큼 순조롭지 않을 때는 속상하겠지만, 탐구의 결과가 성과를 이룰 때는 만족감과 기쁨이 샘솟을 거예요. 그 기쁨은 궁금했던 문제를 해결했을 때의 성취감이기도 해요. 그 결실이 자연과 인간 사회에 도움이 되는 일이라면 보람도 클 것이에요. 수만 년을 거쳐 인간 사회가 계속 발전하게 된 것은 마르지 않는 우물처럼 계속 솟아나는 탐구 정신의 힘이었어요. 곳곳에서 열심히 달려온 우리 선조와 선배들이 탐구 정신의 바통을 쥔 손을 뻗어 우리에게 내밀고 있어요. 그 바통을 받을지 말지는 ‘나’의 선택에 달려 있어요.

 

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