생명과학1 연역적 탐구 설계

연역적 탐구를 설계하고 보고서를 작성하는 것은 생명과학 교과세특 혹은 동아리, 진로활동 등으로 대부분의 학생들이 한번 쯤은 수행하는 것입니다. 많은 학생들이 탐구, 실험이라는 것에서 막막함을 느끼는 것을 알고 있기에, 참고하여 따라할 수 있는 연역적 탐구 보고서 예시를 메디컬 저널에 소개해드리겠습니다. 😊

특히 연역적 탐구에서 대부분의 학생들이 '실험 결과'와, '실험 결과 해석', 그리고 '결론의 도출'의 차이를 명확히 구분하지 못합니다. 이번 메디컬저널의 예시를 통해 "연역적 탐구란 이렇게 하는거구나!" 하는 통찰을 얻으셨으면 합니다.

연역적 탐구, 우리 주변에서 찾아봐요!

생명과학 연역적 탐구를 설계하고 수행하는 것을 너무 어렵고 복잡하게 생각하시는 분들이 많습니다. 물론 대학이나 기업의 연구소에서 이루어지는 연역적 탐구는 세포실험과 동물실험을 포함한 복잡하고 고차원적인 것이지만, 고등학생들의 여건상 이러한 실험이 불가능한 것은 교수님, 입학 사정관님들을 비롯한 모두가 당연하게 인지하는 사실입니다.

물론 동아리나 어떤 프로그램을 통해 특정 기관의 지원을 받아 심화적인 연구를 수행할 수 있지만, 그러한 탐구 세특은 학생이 스스로, 주도적으로 수행했다고 평가받기는 어려울 것입니다.

즉, 고등학생 신분에서 어떤 위대한 실험이나 발견을 이뤄내는 것 보다는, 세특 평가요소인 '전공적합성', '발전가능성', '학업역량'의 측면에서 장차 심화적인 연구를 수행할 수 있는 기본적 역량을 갖추고 있다는 사실을 보여주는 것이 중요하며 이는 연역적 탐구의 과정을 정확히 이해, 적용하고 주어진 여건 속에서 어떤 아이디어를 떠올려냈는지로 평가받을 수 있습니다.

우리 주변, 실생활에서도 교과내용을 적용해 간단하지만 논리적이고 체계적으로 수행할 수 있는 연역적 탐구들이 존재합니다. 아래 예시를 참고하며 함께 고민해보도록 해요!

이번 연역적 탐구의 설계와 수행은 고2 학생들의 생명과학1 과목 3단원 '항상성과 몸의 조절' 내용을 기반으로 합니다. 또한 기본적 내용은 메디컬저널인 만큼, 의학 약학 생명과학 등의 전공에 적합하게 작성되었습니다.

연역적탐구 과정 중 문제인식과 가설설정 단계

나는 어려서부터 부끄럼이 많고 긴장을 많이하는 성격이었다. 특히 많은 사람들 앞에 나서는 발표나 연주 등의 상황에서 얼굴이 붉어짐과 함께 심장이 평소보다 훨씬 빠르게 뛰는 것을 확실히 느낄 수 있는 정도였다. 그러한 긴장과 떨림으로 인해 실전에서 만족하지 못한 결과들을 얻은 기억과 실망감들은 '왜 나에게만 이런 현상이 일어날까?' 하는 궁금증과 함께 해결방법을 찾아내야 겠다는 다짐을 갖게 하였다. 그러던 와중에 생명과학1과목 3단원의 학습을 통해 이러한 심장과 혈관의 변화가 생물학적으로 자율신경계의 조절에 의해 일어난다는 것을 알게 되었고, 1단원에서 배운 연역적 탐구 방법에 따라 나의 문제를 과학적 방법으로 해결해봐야겠다는 생각을 하게 되었다.

특히 최근 TV 광고 등에서 불안, 초조한 감정을 진정시키는데 도움이 된다고 하는 '안정액'(천왕보심단)이 정말 효과가 있을지가 궁금하였고, 특히 의약학계열 진로를 희망하는 나는 평소 약물복용과 인체반응의 관계에 대한 관심이 크기에 이를 연역적 탐구를 통해 밝혀보고 싶다는 생각을 하게 되었다. 생명과학에서 배운 이론에 따라 나의 긴장은 교감신경에 작용에 의한 심박수(맥박)와 혈압의 증가가 동반되는 것이기에, '안정액을 복용하면 교감신경 작용에 의해 증가한 심박수와 혈압이 낮아지는 진정효과가 나타날 것이다' 라는 가설을 세우고 연역적 탐구 과정을 수행해보았다.

#1 탐구 설계와 수행

① 이론적 배경

생명과학 3단원 '항상성과 몸의조절' 단원에서 배우는 것 처럼, 심장박동, 호흡 등의 생명 유지에 필수적인 과정은 교감신경과 부교감신경으로 이루어진 자율신경계에 의해 엄격하게 조절된다. 이름에서 느껴지는 것 처럼 아래표와 같은 자율신경의 조절은 우리가 의식하지 못함에도 자율적으로 일어나고 있다.

이번 가설과 관련하여 심박수, 혈압의 관점에서 살펴보자면, 교감신경이 작용하면 심박수가 증가한다. 심박출량(심장이 1분 동안 뿜어내는 혈액양)은 심박수(1분당 맥박의 수)와 1회박출량(심장 박동 1회당 방출되는 혈액양)의 곱으로 이루어지기 때문에, 교감신경 작용으로 인한 심박수 증가는 심박출량의 증가를 야기한다.

다음으로, 교감신경이 작용하면 혈관이 수축하는데, 혈압은 심박출량과 말초혈관의 저항의 곱으로 정의되기에, 앞선 심박수 증가로 인한 심박출량의 증가에 더불어 혈관 수축에 의한 말초혈관 저항의 증가에 따라 결과적으로 혈압은 증가하게 된다.

혈압은 일정 범위 내로 조절되어야 하는 중요한 인체 항상성 요소 중 하나이며, 정상 범위보다 낮은 경우를 저혈압, 정상 범위보다 높은 경우를 고혈압이라 하며, 특히 고혈압은 2단원에서 소개되는 '대사성 질환'의 예시에 해당한다. 혈압은 심장이 수축할 때의 수축기 혈압과 이완할 때의 이완기 혈압으로 나누어지며 수축기 혈압이 140mmHg 이상이거나 이완기 혈압이 90mmHg 이상일 때 고혈압으로 진단된다.

그렇다면 이러한 교감신경의 작용은 언제 일어나는 것일까? 교감신경은 'Fight or Flight Response'(투쟁-도피 반응) 이라 설명되는 것 처럼 긴급, 응급한 상황 혹은 스트레스를 받는 상황에서 작용하며 우리 일상 중에는 긴장하거나 초조한 상황, 혹은 운동시에 작용한다. 반면 부교감은 이와 반대로 편안한 상황들에서 작용하는 것으로 간단히 생각할 수 있다. 즉 이번 연역적 탐구에서 궁극적으로 내가 원하는 것은 긴장과 초조의 진정효과이지만, 같은 교감신경 작용이라는 점에서 '운동'의 상황으로 '긴장, 초조'를 치환해 탐구를 진행해보려 한다.

② 탐구 준비물

맥박을 측정하기 위해 휴대용 맥박 측정기를, 혈압을 측정하기 위해 가정용 커프식 혈압계를 준비한다. 운동을 통한 교감신경 작용을 위해 운동복, 운동화 등 운동을 위한 준비를 하고 스톱워치를 준비한다. 안정효과를 나타낸다고 알려진 일반의약품 '안정액'과, 음식 '바나나'를 준비한다.