과학 탐구 형태는 매우 다양하지만, 대부분의 탐구 과정에 공통적으로 사용되는 기능이 있습니다. 이것을 ‘과학 탐구 기능’이라고 호칭하고, 기초 탐구 기능과 통합 탐구 기능으로 분류합니다. 오늘은 그 중 전자에 속한 6가지 개념에 대해 자세히 소개하려 합니다.
기초 탐구 기능 6가지
관찰
관찰이란 감각 기관으로 사물과 현상을 있는 그대로 인지하는 과정입니다. 인간의 오감(눈, 코, 입, 귀, 피부)을 통해 사물을 파악하는 정성적 관찰과, 숫자나 양을 얻는 정량적 관찰로 나뉩니다.
눈(시각)을 통해 사물의 형태, 크기, 모양, 색깔, 위치 등을 알 수 있고, 코(후각)를 통해 대상의 냄새를 맡습니다. 입(미각)으로 단 맛, 쓴 맛 등 맛을 구별하며 귀(청각)로 소리의 높낮이, 크기, 음색 등을 식별합니다. 피부(촉각)로 대상의 온도, 단단하고 무른 정도 등을 느낍니다. 통합 탐구의 시작이 되는 문제 인식을 대부분 관찰 과정을 통해서 하기 때문에, 관찰은 모든 탐구 기능의 기본이 됩니다.
측정
측정은 관찰한 결과를 수량화하는 활동입니다. 감각 기관을 통해서 관찰한 것을 정확하게 나타내는 것은 매우 힘듭니다. 따라서 자, 저울, 시계, 온도계 등을 통해 수치를 정량적으로 나타내는 과정이 측정이라 할 수 있습니다. ‘손으로 이마를 만졌더니 열이 나는 것 같아서 체온을 쟀더니 37.7도가 나왔다.’ 등이 측정이라 할 수 있습니다. 이 때 열이 난다고 느낀 것은 촉각을 이용한 ‘관찰’ 기능이겠죠.
분류
분류는 사물이나 현상 등을 공통적인 속성이나 기준에 따라 범주화 하거나 나누어 구분하는 과정입니다. 예를 들어 물질의 상태 변화에 따라 고체인 얼음과 액체 상태인 물, 기체인 수증기로 분류할 수 있습니다. 이 때 분류 기준은 ‘물질의 상태’입니다. 또, 생물을 동물과 식물로 나누기도 합니다. 그리고 동물을 또 척추동물과 절지동물로 분류하고, 척추동물을 포유류, 조류, 파충류 등으로 이어서 분류할 수 있습니다. 이와 같이 분류는 한 가지 속성으로 먼저 구분하고, 이어서 분류된 것을 재분류할 때는 다른 성질을 새로운 기준으로 삼아 다시 분류합니다. 분류 기준은 ‘예쁘다’, ‘키가 크다.’등의 추상적이거나 상대적인 기준이어서는 안 되고, ‘안경을 꼈다.’, ‘키다 150cm 이하이다’, ‘알을 낳는다.’ 등의 명확한 기준이어야 합니다.
예상
예상은 과거의 과학적 경험을 토대로 앞으로 일어날 일을 미리 예측해 보는 과정입니다. 관찰에 근거한 분류, 추리 과정을 통해 규칙성을 찾아서 앞으로 일어날 일을 예상할 수 있습니다. 스포츠 경기에서 승률을 예측하는 것, 기상청에서 내일 날씨를 예상해서 일기예보를 하는 것 등이 이에 해당합니다. 단순한 짐작이 아니라 과거의 상대전적, 현재 팀 전력 등을 비추어 미래의 일을 예상한 것이고, 또 과거의 날씨 변화, 기상현상 변화의 추이를 정밀하게 관찰하여 앞으로의 날씨를 미리 예상하는 과정입니다. 그러나 미래의 상황에는 항상 변수가 있고, 자연현상과 인문현상 모두 예측할 수 없는 부분이 있기 때문에, 모든 것을 맞출 수는 없습니다.
주어진 자료의 바깥 부분을 예상하는 것을 외삽, 주어진 자료 범위 안에서 빠진 부분을 예상하는 것을 내삽이라고 합니다.
추리
추리는 과거의 경험과 관찰한 바를 토대로 탐구 대상의 보이지 않는 현재 상태를 찾는 과정입니다. 갑자기 피로함을 느낄 때, 어떤 사람은 어제 잠을 못 충분히 못 자서 그렇다고 추리하고 다른 사람은 커피를 안 마셔서 그렇다고 추리합니다. 이는 과거의 자신이 피곤했던 경험을 떠올려 이유를 생각하는 과정입니다. 추리와 예상이 혼동될 수 있습니다. 둘 모두 과거의 경험을 토대로 생각한다는 공통점이 있지만 차이점은, 추리는 지난 일의 원인이 무엇인지 추측하는 과정인 반면 예상은 앞으로 일어날 일을 추측하는 과정입니다.
의사소통
의사소통은 다른 사람에게 자신의 생각, 감정, 지식을 전달하거나 다른 사람들로부터 그것을 받아들이는 과정입니다. 말로만 하는 의사소통 이외에도 제스쳐나 글, 그림 등으로 의사를 주고 받는 행위도 의사소통에 해당합니다. 따라서 실험을 진행한 후 그 결과를 보고서로 전달하거나 다른 사람의 보고서를 읽는 행위도 의사소통이라 할 수 있습니다.
과학 기초 탐구 기능을 의사소통을 제외하고 관찰, 측정, 분류, 예상, 추리의 다섯 단계로 나누기도 합니다. 의사소통이 일반적으로 사용하는 언어적 의사소통과 중복되기 때문입니다. 그러나 과학에 있어서도 실험 결과의 해석 등과 관련해서 의사소통 능력은 굉장히 중요한 요소입니다. 실험자와 실험자 사이의 의사소통, 학교라면 교사와 학생, 학생과 학생 사이의 의사소통이 원활하여야 바른 절차를 통해 실험을 진행하고, 결과를 얻을 수 있습니다.
위 기능들은 과학적인 사고와 탐구를 할 때 필요한 기초 탐구 기능입니다. 과학자처럼 생각하고 실험을 실행하거나 탐구를 할 때 필요한 기초적인 기능들이라는 것이죠. 기초 탐구 기능 중에 추리와 예상의 차이, 분류에 있어서 분류 기준의 중요성 등을 이해하고 지식으로 얻어가시길 바랍니다.