과학의 산물: 사실, 개념, 법칙, 이론, 모형 구분하기

 사실은 자연 속의 사물이나 현상을 관찰하거나 측정하여 얻어진 구체적이고 검증가능한 진술로, 직접적으로 관찰이 가능해야 하고 언제든지 증명될 수 있어야 한다.

 사실은 개념, 법칙, 이론의 바탕이 된다. 아래와 같은 한계 때문에 이들은 절대적 진리가 아니라 잠정적 특성을 가지게 된다.

 관찰과 측정은 불확실성과 한계를 가진다. 예를 들어 화산 폭발처럼 일회성의 사건에 관한 정보의 경우 되풀이되지 않아 검증하는 것이 어렵다. 또한 관찰은 이론에 의존하는 특성이 있다. 따라서 관찰을 통해 얻은 사실이 절대적으로 순수하거나 확실한 진리라고 할 수는 없다.

 관찰자는 동일한 현상이나 사물을 볼지라도 가지고 있는 이론, 신념, 기대감, 가치관 등에 따라 결과를 다른 말로 진술한다. 이처럼 관찰은 객관적인 활동이 아니라 관찰자가 가지고 있는 이론에 의존하는 특성이 있다. 따라서 과학적 사실은 물론이고 그것을 바탕으로 이루어진 과학 지식을 절대적인 진리로 보기 어렵다.

 

개념은 공통적으로 어떤 특성이나 속성을 가지고 있는 사상이나 사물 또는 현상을 추상화한 것이다. 달리 말하면 개념이란 물체나 성질, 현상, 사건 등에 대해 여러 사람이 공통적으로 공유하는 관념이다.

 관찰을 통해 수집된 과학적 사실과 그에 나타난 일련의 관계와 양상의 진술에 이용되어 자연을 탐구하고 이해하는 수단이 된다. 또한 정보를 조직화하고 체계화함으로써 과학 지식의 바탕이 된다. 개념은 이름, 정의, 준거 속성, 실례 등이 모두 통합되어 종합적 의미가 구성됨으로써 형성된다.

 

 법칙은 관찰 사실이 반복적으로 나타나면 규칙성이 생기는데, 이러한 반복적인 규칙성을 일반화한 것이 법칙이다. 즉, 법칙은 과학적 사실이나 현상 사이에 나타나는 규칙성이나 경향성을 정리한 진술로, 개념 사이의 보편적인 관계를 진술한다.

 법칙은 어떠한 가정을 전제하거나 가설에 바탕을 두지 않고, 관찰한 자료에서 직접 도출한 일반화 또는 양상에 대한 진술이다. 법칙 중에는 특정 조건에서만 타당한 법칙도 있는데, 그 예로 보일 법칙을 들 수 있다.

 

 이론은 사실, 개념, 법칙으로 이루어진 복합적 지식으로 관찰할 수 있는 현상을 추론하여 얻은 설명이다. 이론은 자연 현상의 원인을 설명하고 새로운 현상을 예측한다.

 이론은 자연 현상과 사물에 대한 개념, 법칙을 설명한다. 과학자는 자신의 경험이나 자연 현상을 설명하기 위해 관찰, 실험, 계산 등을 하며 이를 통해 발견한 규칙성과 원리를 바탕으로 관찰, 측정 등을 통해 수집한 자료가 가지는 의미를 설명하며 이론을 정립한다. 또한 이론은 하나의 설명체계이기 때문에 현상을 설명하는 더 나은 이론이 발견되면 대체될 수 있는 임시적인 특성을 갖고, 반증되거나 수정 또는 보완될 때까지 잠정적인 상태로 존재한다. 이러한 특성 때문에 이론의 본성은 적절한 기준으로 말할 수 있을 뿐 옳고 그름을 따질 수 없다. 이론은 가설로부터 형성된 것으로 새로운 관찰 사실이나 개념, 법칙 등이 나타나면 수정, 보완, 기각될 수 있는데, 이렇게 수정,보완, 기각되어도 과학적 사실이나 법칙이 될 수는 없다. 이론은 추상적인 속성이기 때문에, 구체적사물이나 현상으로 보여줄 수 없고 직접 관련된 가시적 용어로도 나타낼 수 없어 모형이나 비유를 이용해 표현할 수 밖에 없다.

 

 모형은 우리가 직접적으로 관찰하거나 볼 수 없는 현상에 대한 구체적 표상이다.

 어떤 원리와 이론의 두드러진 특징을 개념화하도록 돕기 위하여 사용되며, 그 지적 형상은 실존하는 것이 아니다. 모형은 우리가 쉽게 관찰할 수 없는 사물이나 현상을 설명하는 데 유용하다. 교사는 자연에서 재현하기 어려운 현상을 모형을 통해 보여줄 수 있다. 모형은 실제 사물이나 현상을 그대로 나타낸 것이라기보다는 과학을 설명하는 데 도움을 주기 위한 것이다.

 모형을 과학 학습에 이용하면 친숙하고 쉽게 익힐 수 있으나 단순화되고 도식화되기 때문에 오해를 불러 일으킬 수 있다. 따라서 모형의 한계나 모형과 실제 자연 현상 사이에 차이가 있음을 이해시켜야 한다.