과학의 탐구 기능에는 기초 탐구 기능과 통합 탐구 기능이 있습니다. 6가지 기초 탐구 기능과 달리, 통합 탐구 기능에는 순서가 있고 그 방향대로 과학 탐구가 이루어집니다. ‘문제 인식 – 가설 설정 – 변인 통제 – 자료 변환 – 자료 해석 – 결론 도출 – 일반화’의 단계인데요. 차례대로 알아보겠습니다.

통합 탐구 기능 7단계

문제 인식

문제 인식은 자연 현상에 대한 호기심과 관찰로부터 시작됩니다. 어떤 대상이나 현상을 관찰하는 중에 호기심이 생기고, 탐구 문제를 발견하는 것이 문제 인식 과정입니다. 문제 인식 단계는 보통 질문의 형태로 생성됩니다. 이 단계는 탐구의 시작입니다.

• 왜 뚜껑이 닫힌 빈 페트병은 쉽게 찌그러지지 않을까?
• 비는 왜 내리는 것일까?
• 식물이 햇빛을 못 받으면 왜 잘 자라지 못할까?
• 고체, 액체, 기체에서 열은 어떻게 이동할까?
• 설탕을 물에 넣으면 없어진 것처럼 보이는데, 무게의 차이가 있을까?

가설 설정

가설 설정은 탐구 문제에 대한 검증 가능한 가설을 세우는 과정입니다. 가설이란, 문제 인식한 탐구 주제에 대해서, 그 현상의 원인이나 원리를 설명하기 위해 생각해낸 잠정적인 설명입니다. 즉 증명되지 않은 이론(hypothesis)입니다. 가설에는 두 가지 변인이 필요하며 둘의 상관 관계를 문장으로 제시합니다.

• 물은 식물의 성장에 필수적인 요소일 것이다.

‘물’이라는 변인이 ‘식물의 성장’이라는 변인과 어떤 상관 관계를 갖는지를 실험하기 위한 잠정적인 설명입니다. 실험자는 위와 관련된 실험을 진행하고, 실험 결과에 따라 가설을 채택할 것인지 버릴지를 정합니다.

가설은 명확해야 합니다. 예를 들어 ‘술을 마시면 건강이 나빠질 것이다.’라는 가설을 세웠다면, 두 변인이 의미하는 바가 너무 포괄적이어서 모호합니다. 어떤 술인지, 구체적으로 어떤 의미의 건강이 나빠진다는 것인지 범위를 좁혀 가설을 세워야 정확한 방향으로 실험 결과를 얻어낼 수 있습니다. 예를 들어 다음과 같이 바꿀 수 있습니다. ‘도수 40도의 술을 마시면 얼굴 피부에 자극을 줄 것이다.’

변인 통제

변인 통제는 실험에 영향을 주는 여러 조건들을 확인한 뒤, 객관적인 결과를 얻을 수 있도록 이것들을 조작하고 통제하는 과정을 말합니다. 즉 실험에 있어서 영향을 끼칠 것이라고 가설 설정 단계에서 잠정적인 설명을 했던 요소를 제외한 나머지 값은 같은 조건으로 통제하고, 실험 요소의 값만 달리하는 것입니다. 따라서 다르게 해야 할 조건과 같게 해야 할 조건을 나누어서 변인을 조절합니다.

위의 ‘물은 식물의 성장에 필수적인 요소일 것이다.’라는 가설을 보겠습니다. 물과 식물의 성장의 연관성을 알기 위해서, 실험군을 나눕니다. A 실험군의 식물에는 물을 주고, B 실험군의 식물에는 물을 주지 않습니다. 그리고 그 이외의 실험에 영향을 미칠 수 있는 조건들은 모두 동일하게 구성합니다. 조건을 같이 해야 할 것들에는 빛, 화분의 크기, 흙의 양, 식물 종, 바람이 통하는 정도가 유사한 환경 등이 있습니다. 이 가설을 과학적 용어를 토대로 다시 해석하자면, 이 실험에서 독립 변인은 물과 빛, 화분의 크기, 흙의 양 등입니다. 통제 변인은 빛, 화분의 크기, 흙의 양 등입니다. 조작 변인은 물이며, 종속 변인은 식물의 성장 정도입니다.

자료 변환

자료 변환은 관찰, 분류, 측정, 실험으로 얻은 결과를 기록하고, 그 자료를 쉽게 해석할 수 있도록 표나 그래프로 변환하는 활동을 말합니다. 그래프는 막대그래프, 띠그래프, 원그래프, 꺾은선그래프 등 자료의 성격에 따라 적절하게 사용할 수 있습니다.

자료 해석

자료 해석은 자료 변환 과정을 통해 얻은 그래프 등을 분석하고, 예상이나 추리를 통해 가설과 연관지어 유의미한 관계나 경향을 찾아내는 활동입니다. 앞의 과정을 통해 얻은 수량화된 자료를 하나씩 해석하고 신뢰성을 검토합니다. 이를 통해 변인 사이의 관계나 관련성 등을 해석합니다.

결론 도출

결론 도출은 해석된 자료를 바탕으로 실험 결과에 대한 판단을 내리는 과정입니다. 여러 실험을 했을 때 실험 결과에 따라 하나씩 결과를 분석하는 것은 자료 해석에 해당하고, 포괄적으로 종합적인 결론을 내는 것은 결론 도출 단계라고 할 수 있습니다.

일반화

일반화는 탐구를 통해 얻은 근거, 검증된 사실들로부터 포괄적인 의미를 이끌어내는 과정입니다. 몇 가지의 알게 된 사실과 규칙성을 통해 그것을 조금 더 넓고 일반적인 상황에 적용하는 것입니다. 일종의 귀납법과 외삽의 과정이라고 할 수 있습니다.

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‘문제 인식 – 가설 설정 – 변인 통제 – 자료 변환 – 자료 해석 – 결론 도출 – 일반화’로 이어지는 통합 탐구 기능에 대해 알아봤습니다. 이 모든 과정들에서 ‘관찰, 측정, 분류, 예상, 추리, 의사소통’의 기초 탐구 기능이 활용되었습니다. 이 기능들을 적절히 엮어 탐구를 설계하고 수행할 수 있습니다.