나만의 탐구방법을 개발하라

중등 영재들의 연구 포트폴리오를 분석한 결과, 과학-물리 분야에서는 크게 세 가지의 접근 방법이 눈에 띈다. 교과서 내용의 확인 및 심화, 공학과 관련된 주제 탐구, 첨단 물리학 연구가 그것이다. 지금부터 각각의 주제에 대해 어떻게 포트폴리오를 작성할지 살펴보자.

교과서 속에서 주제찾기
어느 분야나 마찬가지겠지만 물리학 분야에서 주제를 잡는 가장 쉬운 방법은 바로 교과서에서 배운 내용을 찾는 것이다. 교과서에서 배우는 내용을 갖고 탐구할동할 때에는 이론탐구보다는 실험탐구가 적절하다. 또 교과서에 나오는 방법이외에 자신만의 방법이 포함돼야 한다. 실제 영재고 합격생의 포트폴리오 가운데 자유낙하를 이용해 중력가속도를 측정한 경우를 예로 들어보자(?). 사실 이 실험 방법은 중력가속도 측정 실험 중 가장 쉬운 방법중 하나다. 그런데 이 학생의 경우 실험을 단순히 한두 번 해보는 것으로 그치지 않았다. 조건을 바꿔 실험을 여러 번 진행한 뒤, 측정된 데이터를 엑셀 프로그램으로 처리해 추세선을 그리고 자신의 실험에 대한 오차까지 분석했다. 같은 실험을 수행하더라도 이와 같이 좋은 결과를 얻기 위해 자신이 어떤 노력을 했는가를 담는다면 과제집착력을 보여주는 우수한 자료가 될 수 있다. 몇몇 학생들의 경우 영재교육원 수업 시간에 했던 실험을 변화, 발전시킨 탐구활동으로 포트폴리오를 작성한 경우도 있다. 탐구대회나 영재교육원 수업에서 접한 실험을 응용하고 발전시켜 나만의 자유 탐구과제로 완성하는 방법도 좋은 사례다. 예를 들어 영재교육원에서 스피커를 이용해 판을 진동시켜 파동을 만들고 이 판 위에 모래를 뿌려 간섭무늬를 만드는 실험을 좀 더 발전시킨 경우가 있다(?). 이 학생은 집에서 직접 스피커를 뜯어 진동판을 만들고, 여러 조건을 바꿔 가면서 간섭무늬가 달라지는 것을 관찰했다. 이렇듯 한번 ‘해봤던’ 것에서 출발하더라도 탐구방법을 어떻게 개선할 것인가를 계속해서 고민하고, 그 과정을 담아내는 것은 좋은 탐구활동을 하는 비결이다.

순수과학보다 다양한 공학탐구
물리학은 많은 공학 분야의 학문적인 기초를 이룬다. 예를 들어 전기·전자공학은 전자기학과 광학 등을 기초로 이뤄졌으며, 토목 및 건축공학은 역할을 기초로 한다. 기계·항공공학은 역학과 열역학, 유체역학 등을 기초로 한다. 재료공학 분야도 고체물리학과 밀접한 관계가 있다. 그 외에 교통공학과 같은 도시공학 분야도 물리학과 밀접한 관련이 있다.
대학의 학과 규모에서도 볼 수 있듯이 순수과학에 비해 응용과학인 공학은 규모도 크고 범위나 주제도 훨씬 다양하다. 또 전문적인 공학 분야는 아니지만 발명 등 생활과 관련된 응용 주제까지 생각의 폭을 넓히면 탐구할 수 있는 주제는 무궁무진하다.
그러므로 공학 분야를 희망하고, 자신의 적성이 그 쪽에 가깝다고 생각하는 영재고 지망생이라면 지금까지 자신이 배운 물리 지식을 바탕으로 공학 분야에 대한 지식을 조사해볼 수 있다. 공학 분야는 실험탐구형이나 이론탐구형 모두 접근할 수 있다. 실험탐구형의 경우 여로 소자를 갖고 직접 회로를 구성해서 자신만의 전자기기를 만들어본 사례가 있다.
또 돔형이나 아치형과 같은 건축 구조에 대해서 조사한 뒤, 간단한 실험을 통해 이러한 구조들이 얼마나 안전성을 갖는지 확인하고 계산해 이론값과 얼마나 일치하는지 확인한 사례도 있었다. 도시공학 관련해서는 집 주위의 신호등 체계에서 자신이 어떻게 행동하는 것이 좋은지에 대해 실제 시간을 측정하면서 재미있게 탐구해본 학생이 있었다.

첨단 주제에도 관심을 갖자
지금 한창 이슈가 되고 있는 첨단 물리분야도 좋은 탐구주제가 될 수 있다. 천체물리학자나 응용수학자. 첨단 소재를 이용한 공학자의 길을 걷고자 한다면 미래의 꿈과 연계해 주제를 선정하면 좋다. 하지만 첨단 물리학 주제를 직접 실험해본다는 건 불가능에 가깝다. 현장에서 이뤄지는 연구는 대부분 아주 비싸고 복잡한 장치를 이용하는 경우가 대부분이다. 그러므로 첨단 물리주제를 탐구할 때는 자료를 조사하고 에세이를 작성하는 형식이 적합하다. 이때 첨단 연구현장에서 어떻게 연구하고 있는지 구체적으로 살펴보는 게 좋다. 예를 들어 초전도 자석을 이용해 자기부상열차를 만드는 과정을 설계해보고 이 과정에서 고려해야 될 사항을 정리해 포트폴리오를 만든 학생이 있었다. 또 미래에 발생할 문제를 예상하고 해결 방법 위주로 내용을 작성하거나, 첨단 과학기술을 바탕으로 한 자신의 아이디어를 소개하는 방법이 있다. 이때 주의할 점은 영재성 포트폴리오에 자신의 생각을 논리정연하게 설명해야 한다는 것이다. 여러 자료를 단순히 모아놓기만 해서는 안된다. 또 인터넷이나 책에서 자료를 가져올 때는 출처를 꼭 밝히도록 한다.

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