STEP1 오늘의 논술 들어가기
단순 사고에서 벗어나통합적인 이해력 갖춰야
이번 호에서는 자연계열의 평가요소 중 통합적 추론능력(논증력)의 마지막 단계로 ‘구성 조직 및 모형화 능력’과 ‘근거 설정 및 일반화 능력’에 대해 알아본다. 이번 주제와 관련돼 서울대에서 발표한 논술고사 평가요소와 학생들의 답안에 대한 총평을 살펴보면 다음과 같다.
이상의 내용을 보면 학생들이 답안을 쓸 때 객관적인 논리를 위해 논거를 대는 힘이 많이 부족하다는 것을 알 수 있다. 이 같은 평가요소에 맞는 자연계 논술 답안을 쓰려면 단순한 사고에서 벗어나 논지에 대한 통합적인 이해력이 필요하다.
공룡 멸종과 같은 어떤 현상의 원인을 설명할 때는 특정 가설을 정한 뒤 그에 맞는 인과관계를 제시해야 한다.
이런 능력은 평소 과학수업에서 충분히 익힐 수 있다. 예를 들어 고교 1학년 과학교과 ‘1. 과학의 탐구단원’에선 과학적 탐구방법(귀납적 방법, 가설-연역적 방법)을 다룬다.
이를 외우려고 하기보다 가설설정·독립변인·조작변인·변인통제 등의 개념을 이해하고 검증하기 위한 실험설계를 해보면 충분히 익힐 수 있다.
STEP 2 교과서 열어보기
그림 (가)와 같이 가변저항과 저항체 A를 전압이 일정한 전원장치에 연결했 다. 그림 (나)는 가변저항의 저항값을 변화시키며 측정한 전압과 전류 사이의 관계를 나타낸 것이다. 단, 저항체 A의 온도는 일정하게 유지한다.
<관련 교과: 물리1, 2. 전기와 자기>
위 실험 결과를 갖고 저항체 A의 저항값의 변화를 전압이 0~2V일 때와 2~4V일 때로 구분해 추론하고, 옴의 법칙의 성립 여부를 설명하라.
(※옴의 법칙 : 전류의 세기 I 가 전압 V 에 비례하는 관계가 성립할 때 옴의 법칙이 성립하며, 이때에는 저항값이 R=V/I 로 일정하다.)
▶실제 학생의 답안
① 전압-전류 그래프에서 기울기는 저항의 역수이다. 따라서 ② 전압이 0~2V일 때, 저항체 A의 저항은 0.2/2 = 1/R 에서 10Ω이다. 전압이 2~4V일 때, 저항체 A의 저항은 (0.8-0.2)/(4-2) = 1/R 에서 약 3.3Ω이다. 전압이 0~2V일 때 전류가 전압에 비례하므로 옴의 법칙이 성립하고, 2~4V일 때 전류가 전압에 비례하므로 옴의 법칙이 성립하지만, 저항값이 다르므로 전압이 0~4V일 때 옴의 법칙이 성립하지 않는다.
▶답안 지도 내용
그림 (나)의 전압과 전류가 저항체 A에 직접 걸리는 전압과 전류라는 설명 없이 바로 이용하는 것은 (가)에서 주어진 전기회로를 바르게 이해했다고 보기 어렵다.(②) 회로에서 저항체 A의 양단에 전압계가 걸려 있으므로 전압계가 측정하는 것은 저항체 A에 걸린 전압이다.
또한 전류계가 측정하는 것은 전기회로의 총 전류인데, 저항체 A와 가변저항이 직렬로 연결돼 있으므로 총 전류는 곧 저항체 A에 흐르는 전류라는 설명이 들어간 후에 그림 (나)에서 전압과 전류의 정보를 이용해야 주어진 전기회로를 정확하게 이해했다고 평가된다.
전압-전류 그래프에서 기울기가 저항의 역수라는 사실을 바로 이용해 저항값을 구하는 것은 제시문으로부터 근거를 끌어들이는 게 아니라 자신이 알고 있는 사실로부터 저항값을 구한 것이다.(①)
사실 전압-전류 그래프에서 어떤 기울기를 살펴보는 게 올바른 것인지에 대해 명확하게 이해하지 않은 이상 이런 사전 지식을 이용하는 것은 객관적인 근거를 들었다고 보기 어렵다. 논제에서 제시된 옴의 법칙과 관련된 설명, 즉 저항값이 R=V/I 라는 식을 활용하는 것이 좋겠다. 사실 위 학생의 답안은 전압-전류 그래프의 기울기가 저항의 역수라는 것을 이용해 저항값을 구했는데, 기울기에 대한 명확한 이해가 없었기에 학생 답안의 오류도 발견된다.
전압이 0~2V일 때는 1V일 때 0.1A, 2V일 때 0.2A이므로 저항이 일정하고 옴의 법칙이 성립한다. 그러나 전압이 2~4V일 때는 주의해야 한다. 2V에서는 0.2A이므로 저항이
이지만, 3V에서는 0.5A이므로 이고, 4V에서는 0.8A이므로 저항값은 계속 감소한다. 따라서 옴의 법칙이 성립하지 않는다.
이와 같이 논리적인 답안이 되기 위해선 주어진 제시문을 잘 활용해 과학적 사실을 근거로 제시하면서 일반화된 결론을 내려주는 것이 좋겠다.
STEP 3 실전 응용하기
▶2006학년도 성균관대 자연계 논술 : 아래 주어진 제시문을 이용해 그로부터 얻을 수 있는 정보를 바탕으로 공룡 멸종의 가능한 원인을 논리적으로 구성하고 가설을 세워 논술하시오. 또 본인이 기술한 가설 중 한 단계라도 과학적으로 입증할 수 있는 연구 방법을 구체적으로 설계하시오.
[가] 매릴랜드 대학의 기상학자 앨런 로보크가 제시한 ‘1988년 미국 서부 지역에 발생한 대형 산불에 관한 보고서’에 따르면, 산불에서 나온 연기가 대기 역전층에 의해 북캘리포니아와 남오리건의 몇몇 계곡 위에 체류하면서 그 후 3주간 계속 그 지역에 모여 있었다고 한다. 그 화재로 인해 주민들의 호흡기 문제가 야기되면서 4백 명 이상의 주민들이 매일 치료를 받아야만 했다. 더욱 중요한 것은 연기로 인한 냉각 효과가 있었다는 것이다. 2~3주 동안 매일 계곡 바닥의 최고 기온이 보통 때보다 약 5℃ 이상씩 떨어졌으며, 가장 최악의 주간에는 평소보다 15℃ 이상 감소하였다. 이러한 현상의 원인은 약 200제곱킬로미터의 산림이 불타버렸기 때문이라고 알려져 있다.
[나] 모든 악어, 다수의 거북이, 일부 도마뱀과 파충류의 성은 부화 온도에 의해 결정된다. 이들은 모두 수정란을 낳아 외부에서 부화가 이루어지는데 약간의 온도 차이에도 성이 바뀜으로써 전체적으로 온도에 따라 성비가 크게 차이가 난다. 예를 들어 바다거북이 30~35℃에서 부화하면 모두 암컷이 되고, 이보다 낮은 22~25℃에서 부화하면 모두 수컷이 되며, 두 온도 사이에서는 암수가 모두 태어난다.
[다] 공룡 멸종 시기에 해당하는 지층을 분석해 보면 약 2cm 두께의 붉은 점토층이 보인다. 이 층을 조사한 결과 평균보다 30배나 많은 이리듐(Ir)이 함유돼 있다는 사실이 밝혀졌다. 이리듐은 지표에서는 매우 드물게 산출되는 중금속으로서, 보통 우주로부터 떨어지는 우주먼지 속에 함유돼 있거나 더 드물게는 화산이 분출할 때 나오는 지구 내부물질(맨틀, mantle)에 섞여 있다.
어떤 현상에 대한 이유나 원인을 탐구할 때 특정한 가설을 정하고 이에 대한 모형 실험을 설계해 검증하는 단계를 거친다. 이를 연역적 탐구방법이라고 한다. 위의 사례가 이에 해당한다. 이 논제에서 요구하는 대로 첫 번째는 공룡 멸망의 원인이 될 만한 것을 제시문에서 찾아 그 원인을 인과관계나 상관관계로 논리적으로 구성하고, 하나의 통합적인 가설을 세운 후, 검증 가능한 실험의 모형을 설계해 보자.(1) 공룡 멸망의 원인에 대한 가설 설정
개요: 운석 충돌이나 대규모 화산 폭발에 의해(제시문 다)→대형화재가 생기고 그 연기로 인한 냉각효과로 인해(제시문 가) →성비불균형 초래(제시문 나)
결국 공룡은 운석 충돌이나 화산 폭발에 의해 지구 기온이 내려가면(지질학적 증거) 공룡알이 부화할 때 수컷 위주로 부화해 성비의 불균형을 일으키고 공룡의 개체 수가 점점 줄어 멸망했다는 가설을 세울 수 있다.
(2) 이를 검증하기 위해 다음과 같이 실험을 설계할 수 있다.
온도 변화에 따라 공룡의 성비가 달라지는지 실험할 수는 없으므로 현생 파충류가 공룡과 비슷하다고 가정하고, 파충류의 성 결정이 부화 온도에 따라 달라지는지 다음과 같은 실험을 해서 공룡 멸종의 원인을 추론해 본다.
1. 실험 목표: 부화 온도에 따른 파충류의 성 결정을 알 수 있다.
2. 준비물: 바다 거북알, 모래, 온도계, 온열계, 수조 3개 (A) 평균온도 27℃ (B) 평균온도 23℃ (C) 평균온도 32℃
3. 가설: 파충류 알의 부화는 온도에 따라 성의 결정이 다르다.(바다거북을 대상으로 실험한다.)
4. 필요 이론: 바다거북알은 30~35℃에서 부화하면 모두 암컷이 되고, 이보다 낮은 22~25℃에서 부화하면 모두 수컷이 되며, 두 온도 사이(26~29℃)에선 암수가 모두 태어난다.[제시문 나]
5. 실험 모형 제시
① 수조 A, B, C에 각각 모래를 넣고 바다거북알을 10개씩 넣은 다음, 다시 모래로 알이 보이지 않게 덮는다.
② 수조 A, B, C의 온도를 알이 부화할 때까지 각각 27℃, 23℃, 32℃로 일정하게 유지한다.
③ 각 수조의 부화가 끝났을 때, 바다거북의 암수 비율을 확인한다.
④ 실험 ①~③ 단계를 3회 정도 반복한다.
6. 통제변인: 모든 환경 요인을 바다거북이 사는 서식지와 거의 비슷하게 만들고 바다거북이 서식하는 해안의 일조량, 습도, 풍량, 모래의 염도까지 비슷하게 재현해 실험한다.
