과학 탐구 방법 - 측정 분류 예상 추리
탐구 대상의 길이, 무게, 시간, 온도 등을 재는 것을 측정이라고 한다. 공통적인 속성이나 조건에 따라 같거나 다른 범주로 구분하는 것을 분류라고 한다. 앞으로 일어날 일을 생각하는 것을 예상이라고 하고, 여러 현상과 경험 등을 통해 현재 상황을 생각해 보는 것을 추리라고 한다.
1. 측정의 중요성
측정은 탐구 활동에서 중요한 부분으로 과학 대부분 영역에서 양적 관찰인 측정이 필요하다. 탐구 활동 과정 중 측정을 정확하게 하지 못하면 결과가 잘못된 확률이 높아진다. 따라서 과학 탐구에서 의미 있는 결과를 얻으려면 알맞은 측정 도구를 선택하여 정확한 방법을 측정해야 한다.
2. 대푯값
측정의 오차를 줄이려면 반복 측정이 필요하다. 반복 측정으로 얻은 결과를 탐구에 활용하려면 여러 측정값의 대푯값을 구해야 한다. 일반적으로 여러 가지 수를 대표하는 값은 평균, 최빈값, 중간값 등이 있다. 평균은 가장 많이 사용하는 대푯값으로, 주어진 모든 수의 합을 수의 개수로 나누어 구한다. 최빈값은 주어진 수 중에 가장 빈도가 높은 수를 대푯값으로 정한 값을 말한다. 마지막으로 중간값은 수를 크기 순서대로 나열했을 때 중간에 있는 수를 대푯값으로 정한 값인데, 수의 개수가 홀수일 때에는 중앙에 있는 값이 중간값이 되지만 짝수일 때는 중앙 부근에 있는 두 수의 평균값이 중간값이 된다.
3. 분류의 중요성
분류는 어떠한 목적에 따라 사물이나 사건, 현상 등을 공통적인 속성이나 조건에 따라 같거나 다른 범주로 구분하는 과정을 뜻한다. 우리 주변의 수많은 동물이나 식물, 물체, 사건 등을 정확히 이해하기 위해서는 분류를 통해 특별한 질서를 정할 필요가 없고, 이러한 분류를 위해서는 분류 기준이 필요하다. 분류 기준은 주어진 사물이나 사건, 현상들을 관찰하여 알게 된 특징 중 하나를 선택하여 정한다. 분류 기준이 정해지면 이에 해당하는지의 여부에 따라 두 가지로 구분하는데, 이를 이진 분류 또는 이진법이라고 한다. 또한, 한 번 분류한 것을 다른 기준으로 연속하여 분류하는 것도 가능하다.
4. 분류할 때의 유의점
분류할 때에는 객관적인 기준을 선택해야 한다. 그렇지 않으면 다른 사람이 다시 분류할 때 전혀 다른 결과가 나타난다.
또한 분류 기준이 명확해야 한다. '크기가 큰가?'와 같이 기준이 명확하지 않으면 무리 짓기가 어렵다. 명확한 분류 기준이 되기 위해서는 '한 변의 길이가 3 cm 이상인가?'와 같이 측정 단위를 사용하면 좋다.
분류된 것은 서로 중복되어서는 안 되며 분류할 때에는 대상을 빠뜨려서는 안 된다.
분류할 때는 일관되게 항목을 무리 지어야 한다. 분류 기준이 '단춧구멍이 두 개인가?'로 하였다면 한쪽에는 단춧구멍이 두 개 있는 것만 분류하고, 다른 쪽은 단춧구멍이 두 개가 아닌 것으로만 분류해야 한다.
5. 예상의 중요성
예상은 관찰, 분류, 측정 등으로 얻어진 결과를 바탕으로 앞으로 일어날 수 있는 일을 생각하는 것으로, 예상을 통해 앞으로의 행동을 결정하는 데 도움을 얻을 수 있다. 예를 들어, 일기 예보는 현재의 기상 상태와 과거의 경험을 바탕으로 앞으로 나타날 기상 상태를 예상하는 것이다. 우리는 일기 예보를 바탕으로 옷차림을 정하고, 우산을 가지고 가야 하는지, 야외 활동을 할 수 있는지 등을 결정할 수 있다. 또한, 전력 회사에서는 전력량을 조절하고, 전기 제품 제조 회사에서는 에어컨이나 선풍기의 생산량과 생산 시기를 조절하며, 빙과류 회사는 아이스크림 생산량을 조절하기도 한다.
6. 예상과 추리의 차이
예상과 추리는 밀접하게 연관되어 있어 많이 혼동하지만 분명하게 구별할 수 있다. 예상과 추리는 모두 관찰 결과에 근거한다는 공통점이 있으나 예상은 앞으로 일어날 수 있는 일을 생각하는 것이고, 추리는 관찰 결과, 경험, 이미 알고 있는 것 등을 바탕으로 보이지 않는 현재 상태를 생각해 보는 것이라는 점에서 차이가 있다.
예를 들어, 발밑에 땅이 흔들리고 산봉우리에서 연기가 나는 것을 관찰한 후, 산봉우리의 땅속에서는 현재 어떤 일이 일어나고 있는지 추리하고, 이를 바탕으로 화산 폭발이 일어나 산봉우리가 무너질 것이라고 예상할 수 있다.
7. 관찰, 추리와 예상
관찰, 추리, 예상은 서로 밀접하게 연관되어 있으나 명확하게 정의되고 구별된다. 관찰은 감각 기관을 통해 탐구 대상에 관한 정보를 얻는 과정이고, 예상과 추리는 관찰한 사실에 근거한다는 공통점이 있다.
예상은 관찰이나 측정 결과를 바탕으로 규칙성을 파악하여 앞으로 일어날 현상을 구체적으로 판단하는 것이다. 하지만, 추리는 탐구 대상의 보이지 않는 현재 상태를 생각하는 것으로, 관찰한 사실 자체가 아니라 사실 뒤에 숨은 내용을 미루어 생각하는 과정이라고 할 수 있다. 추리할 때에는 관찰한 사실을 자신의 경험과 지식을 바탕으로 해석하고 설명한다.