기초 과학 탐구 기능 알아보기

 관찰은 모든 감각 기관 또는 현미경이나 망원경, 돋보기 등과 같이 감각을 확장하는 도구를 사용하여 사물과 관련된 정보와 자료를 얻는 과정이다. 즉, 사물을 관찰한다는 것은 감각 기관을 사용하여 사물과 관련된 정보와 자료를 언든 과정이다. 즉, 사물을 관찰한다는 것은 감각 기관을 사용하여 사물의 색깔, 질감, 냄새, 모양, 질량, 부피, 온도 등과 같은 성질을 주의 깊게 탐색하는 것이다. 사물을 관찰하여 얻은 정보는 그 사물에 흥미를 유발하고 의문을 제기하며, 그 사물을 해석하는 기초 자료로 활용된다.

 관찰은 수준에 따라 대략 세 가지 의미를 지닌다. 오감만을 사용하여 정보를 얻는 낮은 수준의 정성적 관찰, 숫자나 양을 포함하는 수동적인 정량적 관찰, 현상에 직접 개입하거나 통제하는 적극적 의미의 관찰이 있다. 일반적으로 초등학교에서 하는 관찰은 낮은 수준의 정성적 관찰을 의미하며, 수동적인 정량적 관찰은 측정으로 분류한다. 어림이나 비교는 수동적이면서 낮은 수준의 정량적 관찰로서 기초 과학 탐구 기능의 분류로 볼 때 관찰과 측정 사이에 있지만, 구체적인 정량화 기준이 없거나 간단한 관찰 행위로 얻은 단순한 수치라는 점에서 관찰로 분류할 수 있다. 정성적 관찰에 비해 정량적 관찰은 사물들의 비교나 다른 사람들과의 의사소통을 보다 명확하고 정확하게 해 준다. 관찰을 잘하려면 다음과 같은 내용을 학생들에게 충분히 설명해야 한다.

1. 관찰자는 목적을 가지고 관찰해야 한다.
2. 관찰할 때 다양한 가능성을 머릿속에 떠올려야 한다.
3. 자신의 감정이 판단에 영향을 주지 않아야 한다.
4. 상황에 유의하고, 주의 깊게 관찰해야 한다.
5. 대상을 관찰로 정확하게 이해한다.
6. 관찰할 것을 특성을 관찰하고, 관찰 기구를 능숙하게 사용해야 한다.
7. 관찰된 것을 이론적으로 이해하고 있어야 한다.
8. 정상적인 감각이나 감각 기관이 있어야 한다.
9. 관찰 결과나 선개념의 영향을 받아서는 안 된다.
10. 적절하고 세밀한 기술을 사용해야 한다.
11. 접근 방법이 좋아야 관찰이 유용하다.
12. 기구를 적절하게 사용해야 한다.

 측정은 관찰 결과를 수치화하는 과정으로 비교와 분류 원활한 의사소통의 기초가 된다. 초등학교에서는 주로 길이, 시간, 온도, 무게, 부피 등을 측정하되, 고학년에서 이를 수치로 표현할 때는 단위와 관련지어 진술하는 습관을 기르도록 한다. 단위는 일상생활에서 기본적으로 사용하는 것만을 다루도록 한다.

 측정을 잘하려면 측정도구를 적절하게 선택하여 사용하는 능력이 필요하며 적절한 단위를 선택하고 표현하는 것, 측정 범위와 구간을 정하는 것, 오차를 인식하는 것 등도 필요하다. 사용하는 측정 도구의 눈금 읽기 기능이 필요하다는 점에서 정량적 관찰과 구분된다. 대부분의 학생들은 실험과정에서 수행하는 측정의 오류를 인지하지 못하는 경우가 많다. 측정할 때 오류를 줄이는 가장 효과적인 방법은 여러 번 측정해서 평균값을 내는 것이다. 교사는 학생에게 이 방법이 효과적임을 알려준다.

 

 예상은 관찰이나 측정 결과에 기초하여 규칙성이나 경향성을 파악하고 앞으로 어떤 일이 일어날지를 미리 판단하는 과정으로, 관찰, 분류, 추리와 밀접하게 연관되어 있다. 즉, 관찰과 이에 근거한 분류나 추리로 규칙성을 인지하고, 앞으로 어떤 일이 일어날지 예상하게 된다. 주어진 자료의 바깥 부분을 예상하는 것을 외삽이라고 하며, 주어진 자료의빠진 부분을 예상하는 것은 내삽이라고 한다. 또 적절한 근거로 어림하는 것도 예상의 한 가지 방법이다. 예상과 추리는 모두 관찰한 사실에 근거한다는 공통점이 있으나 예상은 앞으로 일어날 일을 추측하는 반면, 추리는 지난 일의 원인이 무엇인지 추측한다는 점에서 차이가 있다. 이러한 관점으로 예상과 추리를 구별할 수 있다.

 

 분류는 특정 목표하에 사물이나 사건, 현상 등을 공통적인 속성이나 조건에 따라 같은 범주로 묶거나 다른 범주로 구분하는 과정이다. 사물이나 사건, 현상 등을 체계적으로 이해하려면 이들의 유사점과 차이점을 관찰하거나 필요에 따라 이들을 구분함으로써 특별한 질서를 정할 필요가 있다.

 분류를 하려면 분류 기준이 필요하다. 분류 기준을 정하는 가장 쉬운 방법은 주어진 사물이나 사건, 현상들을 어떤 특별한 성질이 있는지에 따라 두 집단으로 나누는 것이다. 이를 이진 분류 혹은 이분법이라고 한다. 물론 분류 기준을 정확하게 정하고 분류 대상을 세 개 이상의 하위 범주로 나누는 것도 가능하다. 분류를 잘하려면 다음의 내용을 잘 이해해야 한다.

 분류를 할 때에는 객관적인 기준을 선택해야 한다. 이 원칙을 어기면 자신이 분류한 것도 다음에 다시 분류할 때 전혀 다르게 분류될 수 있다. 예를 들어 예쁜지, 내가 좋아하는 것인지는 사람마다 다르기 때문에 좋은 기준이 되지 못한다.

 분류 기준이 명확하지 않을 경우에는 항목을 배치하기가 어렵다. 예를 들어 크기가 큰가라는 기준은 크기를 표현하는 데 그다지 좋은 용어가 아니다. 분류 기준을 명확하게 하려면 측정 단위를 기준으로 크기를 표현하는 것이 훨씬 더 실용적이다. 즉, 한 변이 3cm 이상인 것을 기준으로 한다면 분명해진다. 다만 초등학교 수준에서는 가능한 범위가 한정적이며, 제한된 항목인 경우에 한하여 진한 색이나, 크기가 큰 것, 무거운 것 등의 기준도 인정한다.

 분류를 할 때에는 일관성 있게 항목을 배치해야 한다. 예를 들어 분류 기준을 각이 있는 것으로 하였다면, 한쪽 갈래에는 각이 있는 것으로 분류하고 다른 쪽 갈래에는 각이 없는 것으로 분류해야 한다.

 분류된 각 항목은 서로 겹치지 않도록 해야한다. 중복은 분류 기준을 분명하게 설정하지 못했을 때 분류하는 과정에서 생겨난다. 초등학교 1~4학년 수준에서 분류 개념이 정확하지 않은 경우 이러한 오류가 자주 나타난다.

 분류된 각각의 항목을 모두 합치면 분류 이전의 항목과 일치해야 한다. 이에 대한 오류는 전체 항목을 분류할 수 있는 기준을 설정하지 못했거나 동정하는 과정에서 생겨날 수 있다. 또한 분류 개념이 정확하지 않은 경우 이러한 오류가 나타난다.

 

 추리란 사물이나 사건, 현상을 관찰한 결과를 논리적으로 해석하고 설명하는 과정을 의미하며 반드시 관찰에 근거해야 한다. 따라서 추리는 증거가 없거나 아주 적을 때 만들어진 단순한 추측과 다르다. 명확하게 사고하려면 관찰과 추리를 구별할 수 있어야 한다.

 추리는 직접 관찰한 사실을 이전에 알고 있던 지식이나 경험헀던 사실들과 연관시키는 과정으로 이루어진다. 따라서 같은 현상을 관찰하고도 관찰자에 따라 다르게 추리할 수 있다. 또한 얼음물이 들어 있는 유리컵 표면에 물방울이 맺힌 것을 보고 어떤 학생은 이 물방울이 유리컵 주변의 공기 중에 있는 수증기가 응결되어 생긴 것이라 추리할 수 있지만, 어떤 학생은 공기 중에 있는 산소와 수소가 결합하여 생긴 것이라고 추리할 수 있다. 따라서 사전 지식이나 경험이 많고 정확할수록 보다 정확한 추리를 할 수 있다.

 

 의사소통은 자신의 생각이나 정보를 다른 사람에게 전하고, 다른 사람의 생각이나 정보를 이해하는 과정을 말한다. 의사소통은 말뿐만 아니라 글, 몸짓, 그림, 그래프 등으로도 가능하다. 탐구 보고서를 작성하고 다른 사람의 탐구 보고서를 읽는 것도 의사소통 과정이라고 할 수 있다. 의사소통 기능은 탐구 과정 기능에 포함되지 않느 경우도 많은데, 이는 일반적인 언어 능력으로서의 의사소통 기능과 중복되는 측면이 많기 때문이다. 그러나 과학 학습에서도 사회적으로 의미를 구성해 가는 과정이 중요하기 때문에 탐구 결과에 대해 의사소통하는 능력은 매우 중요하다. 또 정확하고 효과적인 의사소통을 하려면 사용하는 용어와 개념을 자기 수준에서 관찰 가능한 형태로 설명할 수 있어야 한다.