연역적 탐구 방법의 특징을 알아보기.

2. 연역적 탐구의 예 :

-남아메리카 대륙 해안선과 아프리카 해안선 모양이

퍼즐 처럼 들어맞는다

-다른 대륙의 해안선도 퍼즐 처럼 들어맞는다

-대륙은 옛날에 하나였을 것이다

연역적 탐구 방법의 예: 멘델의 유전 법칙

• 유전자중에 열성 유전자와 우성 유전자가 있다고 가설을 세운다

• 주름진 완두콩과 동그란 완두콩을 교배 시킨다

• 주름진 완두콩이 더 높은 비율로 나온다

• 주름진 완두콩이 우성 유전자다

배경:비글호를 타고 다윈이 5년간 전 세계를 항해하며 다양한 지역과 수많은 동식물은 관팔하고 표본을 수집하였다

갈라파고스 제도에서 핀치새의 부리가 각 섬마다 다르게 나타났으며, 또한 먹이와 환경에 따라 다르게 나타났다.

다윈은 이들의 표본을 수집하여, 이들이 비슷비슷 한걸로 보아, 원래는 같은 조상으로 나왔을거라 추측하였다.

개별적으로 핀치새들을 관찰하여 다윈은 다음과 같은 결론을 내렸다.

개체들 사이에서 다양한 유전적 차이가 나기 시작했고,

생존에 유리한 종들이 살아남았고, 많은 종을 퍼뜨렸다

이러한 과정에 반복으로 종들이 점진적으로 변화해 왔다

연역적 탐구 예시: 프레밍 페니실린 발견

프레밍은 배양 접시에서 키우던 포도상구균 주변에 푸른곰팡이가 피어 잇었고, 그 주변에는 많은 세균들이 죽은걸 관찰하였다. 이것에 의문을 품은 프레밍은 가설 하나를 세웠다

"만약 푸른곰팡이가 세균의 생장을 억제하는 어떤 물질을 분비한다면, 그 곰팡이를 다른 세균 배양 접시에 옮겼을 때도 세균의 생장이 억제될것이다."

그렇게 실험을 해보니

세균의 생장이 억제되거나 죽었지만, 대조군에선 세균이 정상적으로 증식하는 모습을 보였다.

결론은 프레밍이 세운 가설이 들어 맞았다

자연 현상: 파스퇴르는 부패한 음식에서 미생물이 발생하는 것처럼 보인다는 사실을 알고 미생물이 저절로 생기는지 외부에서 생기는지 관찰 주제를 설정해 백조목 플라스크 실험 설계하고 관찰 수행할때 공기는 통하지만 외부 미생물 유입을 차단하여 실험 진행, 외부 미생물이 유입되지 않으면 미생물 발생하지 않다는 사실을 알아내 자연발생설 부정하므로 생물 속생설 확립된다는 결론을 도출함.

2.갈릴레이의 자유낙하 법칙 검증(연역적 탐구)

갈릴레이는 무거운 물체가 더 빨리 떨어진다는 아리스토텔레스의 주장이 맞는지 의문 제기함으로써 관찰 및 문제 인식을 하고 물체의 질량은 낙하 속도에 영향을 주지 않는다라는 가설을 설정하고 이 가설에 따라서 동일한 높이에서 질량이 다른 물체 두 개를 동시에 떨어뜨리는 실험 고안 및 수행을하고 두 물체가 동시에 땅에 도달함을 관찰해서 낙하 속도는 질량에 무관하다는 결론을 도출해 자유 낙하 법칙이 확립 됌.

17세기 과학자 로버트 보일은 기체의 성질을 탐구했습니다.당시에는 기체의 압력과 부피 관계가 명확히 밝혀지지 않은 상태였습니다. 일정한 온도에서 공기를 U자 모양의 유리관에 가두고, 한쪽에 수은을 넣어 압력을 가했습니다.

여러 번 실험하면서, 압력을 증가시키면 공기의 부피가 줄어드는 현상을 반복적으로 관찰했습니다. 그 측정값들을 비교한 끝에, 압력 × 부피 값이 일정하다는 규칙성을 발견했습니다.

연역적 실험: 드브로이 전자 회절 실험

1920년대, 빛이 입자이면서 파동이라는 사실(간섭 실험 등)이 알려져 있었습니다.

프랑스 물리학자 루이 드브로이는 “그렇다면 전자 같은 물질도 파동성을 가지지 않을까?”라는 혁신적인 가설을 세웠습니다.

미국 벨 연구소의 데이비슨과 거머는 전자를 니켈 결정에 쏘아 실험했습니다.

만약 전자가 단순한 입자라면, 그냥 충돌 후 흩어지는 산란 현상만 나타나야 합니다. 그러나 결과는 달랐습니다. 전자가 결정면에서 빛과 똑같이 회절 무늬를 만들었어요.

이것은 전자가 파동처럼 간섭할 수 있다는 명백한 증거였습니다.

드브로이의 물질파 이론이 실험적으로 증명되었습니다.

전자는 입자이면서 동시에 파동이라는 파동-입자 이중성을 갖습니다.

이는 곧 양자역학의 수학적 체계로 이어졌고, 현대 물리학 발전의 토대가 되었습니다.

다윈은 갈라파고스 군도의 핀치새를 관찰하면서 핀치새의 부리 모양이 각각 다른 이유를 궁금해서 부리 모양을 연구했는데 여러가지 핀치새를 관찰한 결과 먹이를 먹을 때 관련성이 있다고 한다. 핀치새의 부리 모양이 다른 이유는 먹이에 따라 부리의 모양이 다르기때문이다.

연역적 탐구의 예: 요한 멘델의 유전법칙

멘델은 다른 특성을 가진 콩 식물들이 교배되었을 때 어떤 특성이 어떻게 전달되는지 궁금해져서 사설을 설정했다. 부모로부터 특정한 특성이 무작위로 전달되는 것이 아니라, 일정한 규칙에 따라 전달된다면 어떨까? 이를 통해 유전법칙의 존재를 가정했다. 멘델은 탐구 설계 및 수행을 하면서 다양한 콩 식물을 교배시켜서 자손의 특성을 관찰하고 기록했다. 멘델은 콩 식물에 자손의 특성에 따른 비율을 분석하고 정리하여 실험 결과를 얻었다. 결과 특정한 특성은 유전자를 통해 무작위로 전달되는 것이 아니라. 정해진 비율에 따라 전달된다는 규칙성을 발견했다. 이를 활용해서 유전법칙을 제시하였고, 그 결과를 수학적 모델로 표현하여 유전 현상을 설명하는 유전학의 기초를 마련했다. 유전학 분야에서는 현대 생물학의 중요한 기반이 되었으며, 멘델의 연구는 생물 현상을 이해하고 예측하는 데에 큰 도움을 주고 있다.

실험:코일에 자석을 코일 근처로 움직이거나 코일을 자석 근처로 움직일 때 자기장이 변할 때 전류가 유도된다는 공통된 사실을 발견했다.->코일에 연결된 전선에 전류가 흐른단 걸 의미한다.

패러데이는 위와 같은 관찰 사실을 종합하여 자기장이 변하는 공간에서 기전력이 발생한다는 패러데이 법칙을 완성하였다.

연역적 탐구:뉴턴의 중력법칙

-문제 인식: 왜 사과는 나무에서 항상 떨어질까?

-가설: 모든 물체는 중력의 힘을 받는다.

-실험: 사과가 떨어지는 거리와 시간을 측정, 달의 공전 속도, 거리 등을 분석한다 .

-결론: 관찰 결과=이론 -> 모든 물체는 질량을 가지고 있으며, 서로를 끌어당기는 중력의 영향을 받는다.

연역적 탐구: 갈릴레이가 이 실험을 하기 전에는 아리스토텔레스가 "무거운 물체가 더 빨리 떨어진다"라고 주장했다. 그래서 갈릴레이는 "물체의 질량과 낙하 속도는 관계가 없다"라는 가설을 세웠다. 그 후 갈릴레이는 "물체의 질량과 낙하 속도는 관계가 없다"는 가설을 검증하기 위해 피사의 사탑에서 서로 다른 무게의 구슬을 떨어뜨리는 실험을 수행하였다. 실험 결과, 구슬들은 거의 동시에 땅에 떨어져 가설이 옳음을 확인하였다.

지층누중의 법칙

여러 지층이 쌓인 지역을 관찰하고

어떤 지층이 더 오래된 지층일까? 라고 생각을 떠올림

지층의 나이는 해당 지층에서 발견되는 화석의 정보로 유추가 가능하므로

해당 지층의 화석의 자료를 수집하고

각 지층에서 발견된 화석을 분석함 그 결과

아래에 깔린 지층일수록 더 오래된 화석이 발견된다. 라는 것을 알아냄

그러므로

지층이 생성될 당시 순서를 유지했다면, 아래쪽에 있는 지층일수록 더 오래되었고, 위쪽에 있는 지층일수록 더 젊은 지층이다. 라는 결과를 도출함

연역적 탐구의 예:

러더퍼드의 금박 실험

톰슨의 "원자모형"으로는 원자 구조의 설명이 부족하다고 인식하고 원자는 대부분 빈공간이며, 중심에 작은 핵이 존재한다는 가설을 세우고, 얇은 금박에 알파입자를 쏘아 산란각도 관찰함. 그 결과 일부입자가 크게 튕겨나가고 원자중심에 강하게 양전하를 띤 핵 존재를 확인하고 원자핵 모형을 제시함, 그 결과 현대 원자의 모형의 기초를 확립하고 이후 보어 모형으로 발전.

광합성 실험

여러 식물 잎에 빛을 쬐면 녹말이 생성됨

-> 반복 관찰 후 빛이 있어야 광합성이 일어난다는 결론을 도출함

연역적 탐구실험

광합성 검증

-가설: 광합성에는 이산화탄소가 필요하다

-방법: 인산화탄소를 제거한 집기병 속의 식물과 정상 조건의 식물 비교

-결과: 이산화탄소가 없는 경우 광합성이 일어나지 않음

--> 가설 검증

1. 음식물이 공기 중에 노출되면 썩는다.

2. 끓여 멸균한 음식물은 외부 세균이 들어오지 않는 한 오랫동안 썩지 않는다.

3. 공기 중에 있는 미생물이 음식물 부패를 일으킨다는 사실을 반복적으로 관찰했다.

결론: 세균이 자연적으로 발생하는 것이 아니라, 외부에서 들어와 번식한다.

연역적 탐구 방법 예: 빛의 직진성 검증

1. 가설: 빛은 직선으로 진행한다.

2. 실험: 세 개의 판에 구멍을 뚫어 일직선으로 맞추고, 촛불을 켠다.

3. 결과: 세 구멍이 일직선일 때만 촛불 불빛이 보인다.

결론: 빛은 직선으로 진행한다.

이는 귀납적 탐구 방법의 대표적인 예로 여겨진다. 그의 삼원소군 아이디어는 훗날 멘델레예프의 주기율표 개발로 이어지는 기초가 되었다.

연역적 탐구 방법 예: 존 돌턴의 원자 이론

돌턴은 위의 법칙들을 설명할 수 있는 이론을 생각했다. 그가 세운 이론이 바로 원자설이다. “모든 물질은 더 이상 쪼갤 수 없는 입자인 원자로 이루어져 있다” “원자는 없어지거나 생기지 않고, 결합하거나 나뉠 수만 있다”

이런 원자 이론을 통해, 돌턴은 기존의 법칙들을 논리적으로 설명했다.

다윈은 1831년부터 5년 동안 세계 각지를 다니면서 다양한 생물을 관찰하고 채집했고, 이 과정에서 얻은 자료들을 토대로 생물이 자연 선택을 통해 진화한다고 주장했다.

1.갈라파고스 군도의 여러 섬에 서식하는 핀치의 부리 생김새가 다르다.

2.핀치를 채집하여 부리의 모양을 스케치하고, 길이를 측정하고, 주로 먹는 먹이를 관찰했다.

3.서식지와 먹이에 따라 핀치의 부리의 모양과 크기가 다르다.

4.핀치는 각 서식지의 환경에 따라 적응하여 부리가 진화했다.

연역적 탐구의 예: 에이크만의 각기병 원인 연구

네덜란드 생리학자 에이크만은 각기병에 걸렸다가 나은 닭을 보고 각기병의 원인을 밝혀냈다.

1.각기병에 걸린 닭이 건강해진 것을 발견했다.

2.닭이 먹는 현미에 각기병을 치료하거나 예방하는 물질이 들어있을 것이다.

3.실험 결과 백미를 먹은 닭 집단은 각기병에 걸린 반면, 현미를 먹은 닭들은 각기병에 걸리지 않았다. 그리고 각기병에 걸린 닭들이 현미를 먹자 다시 건강해짐을 확인하였다.

4.현미에는 각기병을 치료, 예방하는 물질이 들어있다.

5.이후 다른 연구들을 통해 현미에 들어있는 각기병 예방물질이 비타민 B1임을 확인하였다.

1.아이작 뉴턴의 중력 이론: 뉴턴은 모든 질량이 서로를 끌어당긴다는 가설을 기반으로 중력 이론을 전개했고요. 이 가설로부터 다양한 천체의 움직임을 설명하는 결론을 도출을 했습니다

2.알렉산더 플레밍의 페니실린 발견: 플레밍은 세균 배양 접시에서 우연히 항균 효과를 발견하고 이 효과를 가진 물질을 추출하여 페니실린이라는 항생물질을 발견을 했습니다

귀납적

1.식물의 성장 패턴 연구: 과학자들은 특정 조건에서 식물이 더 잘 자란다는 사실을 관찰하고 이를 통해 농업 연구에 응용하여 최적의 재배 조건을 설정하는 결론을 도출했습니다

2.생태계 내 생물 다양성 연구: 다양한 지역에서 생물종의 분포를 관찰하고 이를 통해 생물 다양성의 일반적인 규칙을 제시했어요

2.연역적 방법의 예: 코페르니쿠스의 태양중심설
코페르니쿠스는 1543년에 ‘천구의 회전에 관하여’를 발표하며 태양중심설을 주장했다. 그는 지구가 우주의 중심이라는 기존 천동설로는 행성의 역행운동이나 밝기 변화 등을 깔끔하게 설명하기 어렵다는 점을 지적했다. 그리고 “만약 태양을 중심에 두고 지구와 다른 행성들이 공전한다면, 이러한 천체의 운동은 더 단순하고 조화롭게 설명될 수 있다”라는 전제를 세웠다.
즉, 태양을 중심에 둔다는 가정에서 출발하여 행성들의 운동을 연역적으로 설명해 나간 것이다. 그 결과, 관측된 현상들이 태양중심적 모델과 부합함을 보여주며 천문학적 체계가 더욱 간단해진다는 결론에 도달했다.
우리 모두가 지금은 우주가 지구가 중심이 되어 돌아가지 않는다는 것을 알고 있지만, 예전에는 이것을 알기 힘들었을 것 같고 이 사람이 이런 발견으로 모든 사람의 상식이 바뀔 수 있다는 게 신기했다.

다윈의 진화론은 모든 생물종이 시간이 흐르며 꾸준하게 변화하고, 그 과정에서 다양해진다는 과학적 원리입니다

다윈 진화론의 핵심 정리

• 모든 생물은 변화한다: 생물은 세대를 거치면서 조금씩 변하며, 이런 변화(변이)는 자손에게 유전될 수 있습니다.

• 자연선택: 환경에 더 잘 적응하는 특징을 가진 개체가 살아남아 번식을 더 많이 하게 되고, 그 특징이 후손에게 전해집니다.

• 공통 조상: 지금의 모든 종은 아주 오래전 하나의 공통된 조상에서 나뉘어 나온 것입니다.

  다양성의 원인: 수많은 변이와 자연선택이 오랜 시간 반복되며 지금과 같이 다양한 생물 종이 생긴 것입니다.

즉, “생물은 계속 변하고, 환경에 유리한 특징이 선택되어 여러 생물 종이 다양하게 진화한다”는 것이 다윈 진화론의 핵심입니다

연역적 탐구 방법의 예: 레디의 구더기 실험

레디의 구더기 실험은 자연발생설을 반박한 중요한 과학 실험입니다. 당시에는 구더기가 썩은 고기에서 저절로 생긴다는 믿음이 있었는데, 레디는 이를 증명하기 위해 다음과 같은 실험을 했습니다.

• 고기를 여덟 개의 병에 넣고, 네 병은 촘촘한 천으로 뚜껑을 덮고, 나머지 네 병은 뚜껑을 열어 두었습니다.

• 뚜껑이 열린 병에서는 파리가 알을 낳아 구더기가 발생했지만, 뚜껑이 닫힌 병에는 구더기가 생기지 않았습니다.

• 추가 실험으로, 살아있는 파리만 구더기를 만들 수 있으며, 죽은 파리나 구더기를 넣어도 구더기가 생기지 않는다는 것을 밝혔습니다.

• 이 결과로 “모든 생명은 생명에서 비롯된다(omne vivum ex vivo)”는 결론을 내렸습니다.

문제인식: 전류가 단순히 전지적 효과만 내는것인가?

실험:전류가 흐르는 도선 옆에 나침반을 두면 나침반 바늘이 갑자기 움직입니다. 또한 전류의 방향을 바꾸면 바늘의 방향도 반대가 됨. 또한, 전류가 흐르지 않을때는 나침반이 움직이지 않습니다. 그러므로 전류가 있을때만 바늘이 반응한다는 규칙성을 발견했고 또한 전류가 흐르면 그 주위에 자기장이 형성되는것을 알아냈다. 그러므로 실험을 통해 전류는 자기장을 만든다 라는 결과를 도출했습니다.

연역적 탐구 예: 갈릴레이의 낙하 실험

가설: 무게가 다른 물체라도 같은 조건에서는 동시에 떨어진다.

실험: 피사의 사탑에서 서로 다른 무게의 물체를 동싱에 떨어트림.

결과: 두 물체가 동시에 땅에 도달함.

결론: 실험을 통해 무게가 다른 물체여도 같은 속도로 떨어짐이 확인되었다.

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아르키메데스 부력 실험

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열리지 않는 사람이 많음.

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1. 준비물 : 자외선 램프, 자외선 조사카드, 자외선 차단 제품(선크림, 선글라스, 섬유 소재 등), 줄자, OHP 필름 등

2. 주의사항 : 자외선 램프를 눈에 절대 비추지 않는다. / 자외선 램프를 피부 등 인체에 직접 실험하지 않는다. / 사용하지 않을 때는 자외선 램프를 꺼놓는다.

- 가시광선 : 인간의 눈에 보이는 파장(빨주노초파남보) 

- 자외선 : 가시광선보다 짧은 파장으로 눈에 보이지 않는 빛. 사람의 피부를 태우거나 살균작용을 하며, 과도하게 노출될 경우 피부암에 걸릴 수도 있다.

- 적외선 : 적색선의 끝보다 더 바깥쪽에 있는 전자기파. 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열작용을 가지고 있는 것이 특징.

2. 탐구 주제 및 주제 선정 이유

3. 준비물 및 실험 과정

(준비물 분담 등 댓글로 달아두기)

4. 참고자료 링크

자외선의 인체 유해성 알리기

자외선 차단 용품 사용 권고

자외선 차단제 특정 성분으로 인한 환경 유해성 알리기

등...

<형태>

3~5분 정도의 UCC(User Created Content)영상 만들기

10515 정승현

10517 최시헌

10520 황현준

10509 박지훈

10510 서준호

10519 허지후

10511 이상준

10506 문호영

10507 박선욱

1. 주제:

   선크림과 생활소재의 이중 자외선 차단 효과 탐구

2. 주제 선정 이유:

   평소 자외선 차단을 위해 선크림이나 스포츠 고글을 사용하는 경우가 많지만, 두 제품을 동시에 사용했을 때 실제로 차단 효과가 더 커지는지는 명확히 알지 못했다. 따라서 이번 실험에서는 선크림과 생활소재를 함께 사용할 때 자외선 차단 효과가 상승하는지를 검증해보고 싶어 실험 주제로 정하게 되었다.

조용채(VC)

이상준(실험보조)
문호영

박선욱()

10502 김재훈

10504 김지오

10513 이유빈

2.선정이유: 평소에 쓰고 다니는 안경이 자외선을 차단하는데 효과가 어떠한지 궁금하여 선정했습니다

3. 준비물: 안경

4.실험과정

주제 선정 이유: 옷의 색상이나 재질에 따라 자외선 차단 효과가 달라질 수 있다고 들었고, 실제로 어떤 색상과 재질의 옷이 자외선을 더 잘 차단하는지 실험을 통해 알아보기 위해서

1. 안경 없이 자외선에 노출되었을 때

2. 1번 안경을 쓴 뒤 자외선에 노출되었을 때

3. 2번 안경을 쓴 뒤 자외선에 노출되었을 때

를 비교한다.

=> 문제점.. 안경의 UV 블루라이트 차단 능력이 있어 UV 블루라이트 자외선 손전등이 제대로 된 역할을 수행하지 못함.

=> 실험 대상을 바꿈

=> 안경->선글라스, 비교군: 선크림

2. 실험과정: 비슷한 재질의 다른 색상의 옷으로 카드를 덮은 뒤 10초간 자외 선 램프를 비추어 결과를 확인한다. 다 음으로 다른 재질의 비슷한 색상의 옷 으로 카드를 덮은 뒤 10초간 자외선 램프를 비추어 결과를 확인한다. 위 두 과정을 비교하여 자외선을 가장 효 과적으로 차단하는 재질과 색상을 알 아낸다

주제 선정 이유: 선크림이 다른 자외선 차단 제품에 비해 상대적으로 익숙하고 접근하기 쉬웠고 평소에 사용경험이 적은 양산의 자외선차단효과를 선크림과 비교하고 싶어서

실험 설계:

1. OHP필름을 덮은 카드 위에 선크림을 바른 후 20cm 높이에서 5초간

자외선램프를 쏜다.

2.OHP필름을 덮은 카드의 절반을 양산으로 덮은 후 20cm 높이에서 5초간 자외선램프를 쏜다.

3.두 카드의 변화를 비교하여 결론을 낸다.

1. 카드 1장 위에 선크림을 바른 후 20CM 높이에서 자외선램프를 5초간 쏜다.

2. 변화를 카메라로 찍어 저장한다.

3. 나머지 카드의 절반을 양산으로 가려 1번과 동일한 방식으로 실험한다.

4. 변화를 저장한다.

5. 기록한 두 카드의 변화를 비교해 결론을 낸다.

2.양산: 양산을 덮은 만큼만의 면적만 색깔이 변하지 않았다.

결과:

양산을 덮은 카드: 양산이 덥힌 부분은 자외선 세기가 최저로 나왔다.

선크림을 바른 카드: 양산과 유사하지만 색 차이가 양산에 비해 크지 않았다.

결론: 선크림보다 양산의 효과가 강했다.

1. 안경 없이 자외선에 노출되었을 때

2. 1번 안경을 쓴 뒤 자외선에 노출되었을 때

3. 2번 안경을 쓴 뒤 자외선에 노출되었을 때

를 비교한다.

=> 문제점. 안경의 uv 자외선 차단 효과가 같아 비교가 안됨

따라서 안경과 선글라스의 자외선 차단 능력을 비교하기로 변경

2. 선글라스. 모든 부분이 최저임

결론: 선글라스가 안경보다 자외선 차단 효과가 더 좋음

그러나 그 차이가 명확하지 않음

선크림을 사용했을 때: 사진과 같이 윗부분이 선크림을 바른 부분이고 아래 더 진한 부분이 선크림을 바르지 않은 부분이다. 선크림이 바르지 않은 부분과 비교했을 때 선크림을 바른 부분의 색이 비교적 연하게 나타났다.

스포츠 고글을 사용했을 때: UV라이트를 정면에서 비추었을 때 하얀 부분이 스포츠 고글로 가린 부분이고 비교적 진한 부분이 스포츠 고글로 가리지 않은 부분이다. 선크림만 사용했을 때와 비교하면 선크림보다 효과가 좋은 모습을 보인다.

선크림 + 스포츠 고글을 사용했을 때: 스포츠 고글과 선크림을 바른 필름을 겹치고 UV라이트를 정면에서 비추었을 때의 결과이다. 스포츠 고글과 선크림을 따로 사용했을 때보다 효과가 더 좋았다.

실험 정리: 

자외선 차단 제품을 2개 이상 사용하는 것이 가장 효과가 컸으므로, 자외선 차단을 위해서는 2개 이상 사용하는 것이 좋겠다.