통합 과학 탐구 기능을 알아보자

 문제 인식은 자연 현상을 관찰하여 탐구 문제를 발견하고 기존 지식을 바탕으로 그 문제를 재구성하는 과정이다. 문제 인식 과정은 반드시 논리적이거나 분석적인 사고 과정에서 이루어지는 것이 아니라, 직관적인 과정에서 이루어지는 경우도 많다. 문제 인식 과정은 왜, 어떻게, 우엇 등의 질문 형태로 생성될 수 있다. 학생은 대부분 스스로 탐구 문제를 찾거나 인식하는 기회가 적고 교과서나 교사로부터 주어진 탐구 문제를 다루는 경우가 많다. 교사는 학생들이 흥미를 느끼는 현상을 직접 탐구 문제로 인식하도록 기회를 제공해야 한다. 학생들이 설정한 탐구 문제는 실제 조사나 실험으로 해결하기 어려운 경우가 있으므로 탐구할 수 있는 질문으로 바꾸거나 변형하는 것을 교사가 도와주어야 한다. 초등학생의 경우 왜보다는 무엇, 어떻게의 문제를 다루어야 경험적인 탐구활동으로 이루어지기 쉽다.

 

 다음은 가설 설정이다. 가설이란 어떤 현상의 원인을 타당하게 설명하는 잠정적인 답을 의미한다. 가설은 예상과 밀접하게 연관되어 있지만 서로 같지는 않다. 예상이라는 용어는 어떤 일이 일어날지에 대한 생각을 말하는 것이고, 가설이라는 용어는 무엇인가가 왜 일어나는지에 대한 생각을 의미한다. 다시 말해 예상은 구체적인 검사에서 기대하는 결과에 대한 근거 있는 추측을 말하고, 가설은 왜 그런 결과가 일어났는지에 대한 잠정적인 설명이다. 예를 들어 촛불을 컵으로 덮으면 촛불이 꺼질 것이다는 예상이지만, 촛불을 컵으로 덮으면 촛불이 꺼지는 까닭은 산소가 모두 소모되었기 때문이다는 가설이라고 할 수 있다. 초등 수준에서는 가설과 실험 결과에 대한 예상을 엄격하게 구분하지 않고 사용하는 경우도 많다.

 

 변인 통제는 실험 및 조사에 영향을 주는 여러 조건들을 확인하고 여러 변인을 일정하게 통제하거나 조작하는 과정을 말한다. 실험이나 조사 과정에서 의도적으로 변화시키는 변인을 조작 변인이라고 하며, 조작 변인이 바뀜에 따라 변화가 일어나는 변인을 종속 변인이라고 한다. 또 조작 변인과 종속 변인의 관계에 영향을 줄 수 있는 나머지 요인들은 일정하게 유지해야 하는데, 이것을 통제 변인이라고 한다. 여기서 조작 변인과 통제 변인은 종속 변인에 영향을 줄 수 있는 변인이라는 의미로 독립 변인이라고 한다. 초등학생들이 변인 통제를 배울 때 조작 변인이나 종속 변인의 중요성을 알고 이를 적절히 사용하는 것도 중요하지만, 그것 못지않게 중요한 것은 통제 변인이 존재함을 인식하는 일이다. 학생들이 한 실험이 뜻대로 이루어지지 않은 것은 거의 대부분 통제 변인을 통제할 줄 모르기 때문이다.

 

 자료 변환은 관찰이나 측정 결과로 얻은 자료를 기록하고 자료 해석이 쉽도록 표나 그래프 등을 조작하거나 변환하는 것을 말하며, 일종의 정보를 가공하는 과정이다. 자료 변환으로 많은 양의 정보를 쉽게 인식할 수 있으며, 자료의 경향성이나 규칙성을 쉽게 찾을 수 있다. 학생들이 표나 그래프에 친숙하지 않은 경우, 이것을 작성하는 데 어려움을 겪기 때문에 그래프의 의미와 작성 방법을 안내할 필요가 있다. 표를 만들 때 대개 독립 변인은 왼쪽 열에, 종속 변인은 오른쪽 열에 쓴다. 또 독립 변인은 작은 값에서 큰 값의 순으로 기록한다. 그래프에는 막대그래프, 꺾은선 그래프, 원그래프 등이 있다.

 

 자료 해석은 넓게는 관찰, 실험, 조사 등으로 수집한 모든 자료를 분석하여 자료에 담긴 의미를 파악하고 설명하는 일이라고 할 수 있다. 좁게는 표, 그래프, 그림 등을 읽고 그 의미를 이해하며 의미 있는 관계나 경향을 찾아내는 과정을 말한다. 현대와 같은 지식 정보화 시대에서는 과학 영역과 관련된 정보의 양이 방대하게 증가하고 있다. 이렇게 폭증하는 과학 지식을 수동적인 자세로 습득하는 것보다 과학 지식과 정보를 잘 이용하는 것이 더욱 중요하다고 할 수 있다. 습득한 과학 정보를 잘 이용하려면 그것을 제대로 이해하고 해석하는 과정이 필수적으로 수반되어야 한다.

 

 결론 도출은 해석된 자료를 바탕으로 문제의 해답을 얻거나 가설을 판단하는 과정을 의미한다. 결론은 탐구 과정이나 결과에 대한 요약 정리가 아니라 탐구 문제를 확정적으로 언급한 것이다. 자료 해석이 주어진 자료의 의미를 기술하는 과정이라면 결론 도출은 자료의 의미를 결정짓는 과정이라고 할 수 있다. 결론 도출은 탐구 활동 전체를 정리하는 단계이며, 후속 연구에 시사점을 제공하는 탐구 기능으로 학생들이 반드시 익혀야 할 부분이다. 학생들은 결론 도출을 배움으로써 자신의 실험에 의미를 부여할 수 있고 차후 계획을 세울 수 있다.

 따라서 결론을 도출하지 않고 탐구 활동을 마무리하게 되면 탐구하고자 했던 특정 과학 현상에 대한 호기심과 탐구 의욕을 충족하지 못하는 결과를 가져올 수 있다.

 

 일반화는 여러 개의 구체적인 사례나 검증된 사실로부터 보다 포괄적인 의미를 이끌어내는 과정이다. 즉, 여러 가지 실험 결과를 모아 하나의 결론을 만드는 과정이다. 기온은 이른 아침에는 낮았다 시간이 지나면 차츰 올라간다, 금속은 열을 받으면 팽창한다 등과 같이 교과서에서 다루는 지식은 대부분 많은 실험이나 관찰로 일반화된 것이라고 할 수 있다.