연구과제 & 소논문 작성(2): 자연과학 분야 탐구주제 정하기

과학 연구의 종류

과학적 방법론을 사용할 수 있으며, 자연 현상이나 물질 또는 상호작용을 대상으로 한다면 자연과학연구에 속합니다.

• 알려진 현상을 두루 설명하는 새로운 이론을 제시하기
• 기존 연구 성과들을 모으고 종합하여 분석하거나 평가하기
• 이론이 예측하는 현상을 관찰하여 이론을 검증하기
• 기존에 사용하지 않았던 방법을 이용해 기존에 알려진 현상을 관찰하기
• 기존의 상호작용이나 물질, 생물로부터 관찰해보지 못한 특성을 관찰하기

자연과학 연구

앞서 들었던 종류 중에서 새로운 이론을 제시하는 것은 현상에 대한 종합적인 이해와 정보가 필요하기 때문에 많은 지식과 훈련이 필요합니다. 고등학교 소논문 단계에서 다루기에는 적합하지 않습니다. 기존 연구 성과물을 모아서 발표하는 형식 또한 단기간에 하기 어려울 뿐더러 연구 성과에 대한 이해를 필요로 합니다.

이론이 예측하는 현상을 관찰하는 방식을 하고자 할때 대상이 반드시 과학이론이어야 할 필요는 없습니다. 알려진 과학정보나 특정 효과가 있음을 주장하는 상품 등을 검증하는 실험을 생각해 볼 수 있습니다. 전기분해를 거친 물이 세정력을 가지는지, 특정 장치가 정말 육각수를 만들어낼 수 있는지, 특정 식물이 정말로 실내 미세먼지를 줄이는데 기여하는지 등을 확인해 볼 수 있습니다.

기존에 사용하지 않았던 방법을 사용하는 것은 새로운 방법이 더 빠르거나, 비용이 적게 들거나, 기존방법으로는 측정할 수 없었던 특성을 측정할 수 있다는 기대를 할 수 있어야 합니다. 새로운 측정장치를 개발한다거나, 새로운 알고리즘으로 데이터를 처리하거나, 새로운 분석방법을 도입하는 방식으로 진행합니다. 지구상에 없었던 완전히 새로운 방법 보다는 다른 분야에서 사용하는 방법을 연구하고자 하는 대상에 사용해보는 것을 추천합니다.

연구대상의 새로운 특성을 발견하는 주제를 생각하는 경우, 새로운 특성이 나타날 것이라 예상하는 환경으로 통제해야 합니다. 가령 개미집단이 어떤 자극에 지속적으로 노출되었을 때 보이는 변화를 관찰하고, 관찰하면서 본 내용을 검토하기 위해 통제된 환경에서 추가로 관찰하는 것을 생각해 볼 수 있습니다.

융합연구

자연과학이 다른 학문에 영향을 미치거나 다른 학문의 방법으로 자연과학을 다루고자 할때 융합으로 보게 됩니다. 과학철학, 과학교육, 과학사 등을 융합학문으로 볼 수 있습니다. 기록물을 통해서 해당 시대에 나타난 특별한 기상이변을 찾아 데이터로 모을 수 있고, 교과 이해를 돕는 실험이나 탐구활동을 개발할 수 있습니다.

이외에도 융합연구를 위한 과제들을 여러가지 생각해 볼 수 있습니다. 혈흔을 이용해 흉기나 범인의 신장등을 알아내는 방법을 찾는다던가, 낚시대의 탄성이 급격한 장력의 변화에 의해 손과 팔에 주는 부담을 얼마나 감소시키는지, 어린이집 비상용 미끄럼틀의 기울기가 어느정도여야 어린이가 충분히 안전하게 내려올 수 있는지 등을 연구할 수 있습니다.

주제 구체화하기

우선 주제를 다음의 요소로 나눠봅니다.

• 연구 대상(들): ex) 미세먼지, 선인장
• 연구 대상간의 관계(가설, 이론, 현상에 기반하여): ex) 선인장은 미세먼지를 줄일 것이다.
• 가정(한계, 실험환경 등): ex) 사방이 막힌 실내

연구대상은 연구의 주인공들입니다. 하나일 수도 있지만 주로 둘 혹은 그 이상일 것입니다. 다음에는 연구 대상 간의 관계를 적습니다. "A는 B를 C한다"정도의 한문장이 좋습니다. 가정은 현상을 추상화하기 위해 필요한 것입니다. 어떻게 실험을 진행할 것인지를 결정하는 역할을 합니다.