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실험실 안전과 과학도구에 대한 이야기 

Lab Safety (실험실 안전)

가장 중요한 건 실험 전 생각하는 거지. 주의깊게 생각하는 건 실험시 많은 사고들을 방지해줘. 

General Lab Safety Rules (일반적인 실험실 안전 규칙) 

1. 선생님이나 어른의 참여가 필요해. 그리고 그 선생님의 지시를 따라야 해. 

2. 보호장비를 갖춰야해. 보호장비에는 앞치마, 실험실 가운, 고글 그리고 글러브들이 있어. 이것들은 네 눈과 피부를 화학물질이 튀거나, 흘렀을때, 화상으로부터 보호해 주지. 또한 불에 타거나 어떤것을 건드릴 수 있는 헐렁한 옷들은 입지 않도록 해야 해. 

3. 떨어트리거나 흘리는 것으로부터 발을 보호하기 위해 발가락을 덮는 신발을 신도록 해. 

4. 머리는 뒤로 묶어야 해 - 머리가 액체에 빠질 수도 없고 어떤 것을 잡아 챌 수 있거든 혹은 만약 열을 가하는 일을 하고 있다면 머리카락에 불이 붙을 수도 있으니까. 

5. 케미컬, 생물 혹은 살아있던 것들을 만지고 난 후엔 반드시 손을 씻어야 해.

6. 실험실에서는 먹고 마시는 건 금지야. 실험실의 케미컬이 묻은 음식을 먹고 싶진 않겠지?

7. 실험실은 깨끗하게 정리하고 실험실에서 사용하지 않는 백팩이나 재킷등은 멀리 보관하도록 해. 

8. 뛰지 않고 던지지 말것. 그런 행동들로 인해 누군가 크게 다칠 수 있어.  

Safety Equipment (안전장비)

안전장비

안전장비는 어떻게 사용하는지, 어디에 놓아야 하는지 알아보자. 

Eyewash (눈 세정제) : 화학물질이 눈에 들어갔을 때 눈을 곧바로 씻어낼 수 있어. 15분 동안 눈을 세척해야해. 어떤 실험실에는 눈 세정 용도로 사용 되는 분수 (Water Fountain)이 있어. 

Thermal Mitts or tongs (열장갑 또는 집게) : 뜨거운 비이커나 장비를 핸들링 할때 사용해 

FIre Extinguisher (소화기) : 전기, 화학물질 또는 가스 화재발생시 사용해 

Fire Blanket (방화 담요) : 사람이나 표면에 붙은 작은 불에 사용해. 사람에게 불이 붙었다면, 담요로 그 불을 감싸고 바닥에 굴려야 해. 

Shower (샤워) : 화학물질을 흘렸거나, 옷에 혹은 피부에 직접 닿았다면 바로 샤워해야 해. 화학물질이 닿은 오염된 옷을 바로 벗고 15분간 물로 샤워해야해. 

Accidents happen (사고의 발생) 

이런! 모든 안전에 대한 주의에도 불구하고, 사고는 일어날수 있어. 이런 경우엔 실험실 감독관이나 선생님께 바로 이야기 해야해. 

Minor burn (작은 화상) : 차가운 흐르는 물에 화상 부위를 5분 이상 넣어줘.

Lab Fire (실험실 화재) : 어른의 도움이 즉각적으로 필요해. 큰 화재는 생일 초같지 않아. 불어서 꺼지지 않고 오히려 더욱 커지지. 물 또한 전기 화재엔 도움이 되지 않아. 

Person on Fire (사람에 불이 붙었을 경우) : 화재 담요를 싸서 사람을 땅에 굴려야 해. 어른의 도움이 즉각 필요해. 

Water spills (물의 유출) : 흘린 물을 바로 닦아서 아무도 넘어지지 않도록 해야 해 

Chemical Spills and broken glass (화확물질을 흘리거나 유리가 깨졌을 경우) : 사고 주변에 아무도 가지 못하게 하고 선생님이나 어른의 도움을 요청해야 해. 

Waste Disposal (폐기물의 폐기) 

거의 모든 실험실에는 쓰레기폐기용 컨테이너가 있고, 그 쓰레기의 종류에 따라 레이블이 붙어 있어. 어떻게 버려야 할 지 모르겠다면, 실험실 감독관에게 물어봐야 해. 

Hazardous waste (유해 폐기물) 

다음은 실험실에서 볼 수 있는 6개의 유해한 폐기물의 종류야. 

	1. Biological Waste (생물학적 폐기물) : 피, 곰팡이, 죽은 동물들, 동물 배설물 혹은 이러한 것들로 오염된 것들
	2. Toxic Waste (유독성 폐기물) : 화학물질, 용액 혹은 특정 청소용품과 같은 독성 물질
	3. Radioactive waste (방사성 폐기물) : 실험실이나 X-레이 장비로부터 나오는 방사능 (파동이나 입자를 통해 방출되는 에너지) 에 오염된 것들. 학교 실험실에서 이러한 종류의 폐기물을 자주 볼 수 있을거야.
	4. Flammable waste (가연성 폐기물) : 개솔린, 솔벤트, 알코올 같은 불이 붙기 쉬운 것들
	5. Corrosive Chemical Waste (부식성 화학 폐기물) : 산, 염기, 그리고 오래된 배터리와 같은 높은 부식성을 가진 화학물질들.
	6. Sharp objects and Glassware (날카로운 물질들 혹은 유리 물질) : 깨진 유리나, 칼날이나 주사같은 날카로운 것들

폐기물

When working with ...

Heat!

1. Heat source (열원)을 방치하지 말것.

2. 잠겨있는 컨테이너에 열을 가하지 말것 - 폭발의 위험이 있다.

3. 뜨거운 컨테이너를 핸들링할때는 장갑이나 집게를 사용해야 한다. 

Chemicals 

1. 화학용품은 절대 맛보지 말고 향을 직접 맡지 않도록 해. 

2. 안경이나 앞치마 / 실험실 가운을 입도록 해야해. 피부에 직접 화학물질이 닿지 않도록 주의할것. (피부에 직접 닿으면 화학적 화상을 입을 수도 있어.) 

3. 컨테이너에 들어있는 화학물에 대해 레이블을 해야 해. 그리고 레이블이 없는 컨테이너의 화학물을 사용하면 절대 안돼. 

Biological Materials (생물학적 재료)

1. 장갑과 보호복을 착용하도록 해. 주의하지 않으면 생물학적 재료는 박테리아와 질병을 옮길 수 있어. 

2. 장갑을 끼었었다 하더라도, 장갑을 벗으면 바로 손을 씻도록 해. 

3. 살아있는 표본들에 대해서는 그들의 거주지처럼 환경을 만들어 주고 음식을 공급해 줘야 해. 윤리적으로 살아있는 표본을 대우하는 것은 매우 중요해. 

Electricity (전기) 

1. 손상되지 않은 코드를 사용하도록 해야 해. (손상된 코드는 전기 화재의 원인이 될 수 있어.)

2. 전기 콘센트가 접지되어 있는지 (일반적으로 콘센트 중앙에 작은 빨간색 버튼이 있음을 의미 해) 또는 싱크대와 같은 수원에서 6 피트 이상 떨어져 있는지 확인해야 해. 

3. 전기 장비들은 항상 건조되어있어야 해. 플러그, 콘센트 혹은 장비에 물이 묻으면 감전될 수 있어.  

4. 코드에 걸려 넘어 지거나 다른 장비에 걸리지 않도록 코드를 안전하게 치워 둬야 해. 

Lab Instruments and Tools (실험실 기구들과 장비들) 

	1. 핫 플레이트는 스토브 탑 같은 건데, 거기에 열을 제어할 수 있는 다이얼이 있어. 대개, 테스트할 액체가 들어있는 tubes는 hot-water bath를 사용해서 가열해
	2. Bunsen Burner도 가열 제품으로 사용돼. 핫 플레이트랑은 좀 달라, Bunsen burner는 가스에 의해 타오르는 화염 (불꽃)이 있어. 점화는 어른이나 선생님이 반드시 해야 해.
	3. Ring Stand 는 비이커와 테스트 튜브를 잡는데 사용돼. 가열할때, 섞을때, 혹은 화학물질을 측정할 때 사용돼.
	4. Beaker 는 유리잔 처럼 생겼고, 주둥이가 있어서 액체를 잘 부을수 있게 해줘. 비이커의 측면에는 대략적인 양을 측정할 수 있는 선이 그어져 있어. (하지만 정확한 것은 아니야)
	5. Flask 는 비이커 같이 생겼는데 그 입구가 많이 작아 그래서 Stopper를 사용해 쉽게 닫을 수 있어. 비이커처럼 측정할 수 있도록 Flask 측면에 라인이 그려져 있어서 대략적인 측정이 가능해
	6. Test Tube는 길다란 유리 튜브처럼 생겼고, 끝이 둥글어. 마치 길쭉한 유리 손가락 같이 말야.
	7. Stopper는 고무 마개인데, Test Tube나 Flask의 입구를 막을수 있어. 어떤 스토퍼는 위에 구멍이 있어서 플라스크나 테스트 튜브를 다른 기구에 연결 할 수 있어.
	8. Test Tube Brush 는 테스트 튜브의 내부를 청소할 때 사용돼.
	9. Stirring Rod 는 유리 막대로 액체를 저을때 사용돼.
	10. Funnel (깔대기)는 액체들을 컨테이너에서 다른 기구로 옮길때 깔끔하게 옮길 수 있도록 도와주지. 깔대기의 위쪽은넓고, 아랫쪽은 좁아 그래서 액체들을 잡아서 밀어낼 수 있어.
	11. Microscope (현미경) 는 아주 작은 것들을 가까이에서 볼 수 있도록 도와줘. 현미경은 엄청난 성능의 확대경이라고 볼 수 있어. 현미경을 사용할때 일반적으로 우린 슬라이드를 사용해. 슬라이드는 평평한 유리조각 혹은 표본을 넣을 수 있는 작게 파인 부분이 있는 평평한 유리조각을 말해.    실험실에서 우리는 주로 Compound Microscope를 사용해 복합 현미경이란 두개의 광학 렌즈를 가진 현미경을 말해. 슬라이드에 더 가까운 다른 렌즈로 회전하여 배율을 변경할 수 있어. 고출력에 집중할 때 슬라이드가 부서지지 않도록 주의해야해.

<출처: Everything you need to ace Science in one big fat notebook, slideplayer.com, thoughtco.com, google.com>

국제 규격 단위 (SI units)와 측정에 대한 이야기

SI 시스템은 모든 측정의 기본 단위 혹은 표준 단위를 말한다. 

SI는 System Internationale의 줄임말로 "국제 시스템"을 마말한다. 

SI base units :

※ What is substrate? In Chemistry, it is the major compound that reacts with the reagent under a specified set of reaction parameters.  In biology, the earthy material where an organism lives. 

SI 단위를 사용하여 누군가의 이두근 주위의 거리와 같이 짧은 거리와, 지구 주위의 어마어마한 먼 거리를 모두 설명할 수 있기 위해서 우린 단위의 크기를 측정에 맞게 변경할 수 있어야 해. 과학자들은 Prefixs (접두사)를 고안했어. 이 방법은 기본 단위에 10을 곱하는 시스템을 말해. 이 Prefix를 바꾸는 것만으로, SI 단위는 크고 작은 측정에 사용할 수 있단다. 

세상의 95퍼센트는 SI 단위를 사용해서 측정할 수 있다. 

SI prefixes를 기억하는 방법 : Great Mighty King Henry Died By Drinking Chunky Milk Monday Night. 

SI 단위 변환 

SI Prefix 시스템은 10단위를 기본으로 하고 있기 때문에, 단위별로 변환이 매우 쉬어.측정 단위보다 작은 단위로 변환을 원하면 소숫점을 오른쪽으로 옮겨주면 되지. 측정의 큰 단위로 변환을 원하면, 소숫점을 왼쪽으로 옮겨주면 되고. 

예 ) 0.001 kilometers = 1 meter = 100 centimeters 

      (키로미터(큰단위)에서 미터(작은단위)로 단위를 바꾸려면, 소숫점을 오른쪽으로 세번 움직인다. 미터(큰단위)를 센티미터(작은 단위)로 변환하려면 소숫점을 오른쪽으로 두번 옮기면 된다. (오른쪽엔 더이상 숫자가 없으므로, 0을 추가해주면 된다.) 

     330 centimeters = 3.3 meters = 0.0033 kilometers

      (센티미터(작은단위)를 미터(큰 단위)로 변환하려면 소수점을 왼쪽으로 두번 움직이면 된다. 미터(작은단위)를 키로미터(큰 단위)로 변환하려면 소숫점을 왼쪽으로 세번 움직이면 된다. ) 

일반적인 상식 : 가장 알맞는 단위를 사용하자. 해양의 부피를 즉정하는데 우유 한잔의 측정단위와 같은 단위를 사용한다고 생각해봐. 숫자를 표현하기가 너무 힘들꺼야. 해양의 부피 측정은 당연히 큰 단위를 사용해야겠지?

Types of Measurement

Length (길이) : 두 점 사이의 거리

Volume (부피) : 어떤 것이 차지하는 공간의 크기 

Mass (질량) : 액체, 고체 혹은 가스가 차지하는 크기 

Weight (무게) : 질량에 의해 발휘되는 힘 

Mass and Weight are not the same!! (질량과 무게는 같지 않다!) 

질량은 어떤 물체의 질량은 물체에있는 물질의 양이고 무게는 질량에 의해 가해지는 힘을 말해. 무게는 중력 (힘)에 의존하지만 질량은 그렇지 않지. 예를 들어 달은 지구보다 중력이 적기 때문에 물체의 무게가 지구보다 낮아. 하지만 질량은 항상 동일하게 유지된단다. 무게는 변하지만. 

Density (밀도) : 부피가 차지하는 물체의 양

Temperature (온도) : 얼마나 뜨거운지, 차가운지를 나타내는 수치. SI 단위는 Kelvin (k) 를 사용하지만, 대부분의 과학자들은 온도를 측정할때 SI의 파생단위인 Celsius (섭씨) 를 사용한단다. 

Celsius 는 Kelvin으로 변환할 수 있는데, 다음의 공식에 따라 변환이 가능해 

미국에서는 Celsius(섭씨) 를 변환해서 Fahrenheit (화씨) 를 많이 사용해. 

섭씨를 화씨로 바꾸는 공식은 다음과 같지; 

Time (시간) : 사건 사이의 기간을 말해 혹은 얼마나 오랫동안 지속되었는지의 기간을 말하기도 하지. SI 단위는 Second (초) 야. 다른 시간을 나타내는 단위에은 hours (시간), days (날), month (달), 그리고 years (년) 이 있어. 

Measurement tools (측정 도구들)

Distance (거리)

Meterstic : 길이가 1 미터인 Ruler(자)라고 생각하면 돼. 야드 스틱보다는 좀 길어. 

Trundle wheel (트런들 휠) : 긴 거리를 측정하기 위해서 트런들 휠을 사용해. 이 기구는 1미터를 지날때마다 클릭 소리를 내지 - 클릭 소리의 수를 기억하면 된단다. 

Tape Measure (테잎 측정) : 둥근모양의 거리를 측정할 미터 스틱이나 트런들 휠을 가지고 측정하기는 쉽지 않아. 이럴때 사용되는게 Tape Measure 이지. 

Volume (부피)

Graduated Cyliner : 얼마나 많은 액체가 들어있는지 측정할 수 있는 기구로, 실린더 바깥에 수치가 적혀 있어. Meniscus (커브가 있는 액체의 표면을 말해) 의 바닥에서 읽은 부피를 읽어주면 되고, 이 수치를 읽을때 눈 높이는 액체 높이에 맞추는게 중요해 

Volume of Solids : 직사각형의 고체의 부피를 알아내기 위해서는 거리를 측정하는 도구를 사용해서 간단히 높이(Height), 길이(Lengh), 폭(Width)을 알면 돼. 이 세개의 수치를 곱해주면 부피를 구할 수 있지 

  Volume = Lenght x width x height

Volume of irregular solids ; (일정한 모양을 갖지 않은 고체의 부피) 

일정한 모양을 갖지 않은 고체의 부피를 측정하는 가장 좋은 방법은 이 물체를 물안에 넣은 후 물의 변화된 양을 측정하는 거야. 처음 부피와 변화된 부피의 차이는 물체의 부피랑 같으니까. (네 자신의 부피를 구하고 싶다면, 다음에 목욕탕에 들어가서 측정해 보렴 ^^) 

Mass (질량) 

Electronic Balance (전자저울) : 물체를 저울 위에 올린 후 나타나는 숫자를 읽으면 돼

Double pan balance (더블 팬 저울) : 양쪽의 팬에 물건을 올려 무게를 비교할 때 사용해. 질량을 찾기 위해선 알고있는 질량의 물건을 한 쪽에 올리고, 다른 쪽에 알고자 하는 물건을 올리는 거야. 양쪽이 수평이 될때, 두 질량은 똑같아 지지. 

컨테이너에 들어있는 물건의 무게를 재고 싶다면, 빈 컨테이너의 무게를 먼저 잰 후, 물건이 들어간 컨테이너를 재고, 그 차이를 재면 그 물건의 무게를 잴 수 있어. 

Triple Beam Balance (트리플 빔 저울) : 트리플 빔 저울은 더블 팬 저울처럼 작동하지만, 저울의 양쪽에 팬이있는 대신 한쪽에는 팬이 있고 다른쪽에는 라이더라고 불리는 슬라이딩 웨이트가있는 3개의 빔이 있어. 

Density (밀도) 

밀도는 단순히 특정 부피에있는 물질의 양이기 때문에 물체의 부피와 질량을 측정하고 다음의 공식처럼 나누어 밀도를 계산할 수 있습니다. : 

Density = Mass / Volume 

TIme (시간) 

시간을 측정하기위해서, 시계 혹은 스탑워치를 사용할 수 있어. 만약 일반적인 시계라면, 시작하는 시간과 끝난 시간과의 차이를 계산하면 되겠지.

Temperature (온도)  

THermoneter (온도계)는 온도를 재기 위해 사용되지. 온도계는 디지털이거나 온도에 따라 부피가 변하는 액체를 포함하는 액체 온도계 가 있어. 온도를 측정 할 때 온도계 끝에있는 전구가 측정중인 액체의 중앙에 있고 용기의 측면이나 바닥에 닿지 않도록 해야해. 

<출처: Everything you need to ace Science in one big fat notebook>

실험 보고서와 실험 결과에 대한 이야기 

 다른 과학자들과 너의 실험 결과를 나누는 일은 중요해, 그래야 그 사람들이 네 연구를 배우고 비평할 수 있지. 이것이 과학이 성장하는 방법이야. 네 실험과 발견할 것들을 알리는 방법에는 여러 가지가 있어. 가장 일반적인 방법이 바로 랩 리포트를 쓰는거야. 

Lab Report (실험 보고서)를 쓰는 방법 

Lab Report는 다음 내용을 포함해야 해. 

Title (타이틀) :  독자들이 무엇에 대한 조사인지 알수 있도록 제목을 단다. 

Purpose (목적) : 질문에 대한 답을 얻기 위한 짧은 설명. "이 실험의 목적은 뭐지?" 혹은 "내가 답을 하려는 질문은 무엇인가?" 정도 

Background Information (배경지식) : 키워드의 정의와 핵심 개념의 설명

Hypothesis (가설) : 네 실험의 예측 

Materials and equipment (준비물) : 준비물의 리스트와 실험을 하기위해 필요한 장비들. 셋업의 설명이나 스케치를 더하면 더욱 좋지. 

Procedure (절차) :  실험의 단계적 설명 

Data (실험 값) : 실험중 만들어지는 모든 관찰과 측정값들. 테이블, 그래프, 혹은 드로잉들과 같은 데이타들은 현재의 데이타를 기록해야 한다. 가장 좋은 측정값들은 정확하고 정밀해야 한다. (타이틀 차트, 그래프, 테이블은 모든 축과 그래프에 레이블을 달아줘야 한다.) 

Conclusion (결론) : 결과값이 가설을 서포트 하는지 아닌지, 어떤 에러가 있는지, 또한 실험을 위한 질문들과 같은 실험으로 배운 것들에 대한 요약. 

Precision (정밀) : 측정값들의 정확하고 일관된 정도 

Accuracy (정확) : 실험 결과값이 실제 값과 가까운 정도 

때로 정확한 측정값이 불가능하거나, 일부만 가능할 수 있다 - 알맞은 기구와 장비가 없을때 혹은 소숫점 이하가 떨어지니 않고 계속되는 숫자 같은거 말야. 만약 이런 상황이라면, 과학자들은 Estimation (추정) 또는 Rounding numbers (반올림 숫자) 를 사용해. 

Estimation (추정) : 이유와 관찰을 사용해서 대략적으로 측정하는것 

Rounding numbers (반올림수) : 가치의 가장 근사한 값을 주는 것. 예를 들어 소숫점 둘째자리에서 반올림을 하면, 둘쨰자리의 숫자가 5 이상이면 첫째자리의 숫자를 1만큼 올려준다. 둘째자리가 4이하면 그 숫자는 내려준다. 

과학적 결과의 평가 

다른 과학자들의 발견을 읽을때, 그 실험에 대해서 비평적으로 생각해야해. 너 자신에게 물어봐: 관찰들은 실험중에 이루어졌나 아님 실험후에 이루어졌나? 결론은 의마가 있나? 데이타는 결론적으로 가설을 증명했나 아님 데이타를 해석할 다른 방법이 있나? 결과는 반복적으로 나왔나? 정보의 출처는 믿을만 한가? 

과학자 혹은 그룹이 실험을 함에 있어 편견이 있었는지에 대해서 꼭 확인해야 돼. 편견이 없다는 의미는 실험 결과에 대해 특별한 관심을 가지지 않는다는 거야. 예를 들어, 제약회사에서 새로운 약에 대한 실험을 하는데 비용을 지불하고 있다면, 이것은 특별한 관심이 들어간거라고 봐야해. 이 제약회사는 약품이 효과적일때 이익을 보니까. 이 실험은 중립적일 수 없어. 결과가 긍정적이고 제약회사의 이익을 줄 것으로 보여질 가능성이 높겠지. 그래서, 네가 어떤 실험에 대한 결과를 이끌어낼때, 이 실험에 어떠한 편견이 있는지에 대해 꼭 생각해야 해. 

<출처: Everything you need to ace Science in one big fat notebook>

과학 실험에 대한 이야기 (Scientific experiments)

Designing a Scientific Experiment 

실험을 디자인 하기위한 시작을 알아볼까?

1. 네가 궁금한것에 대해 관찰해보자. (Observe)

2. 네 자신의 실험 계획을 세우기 위해 기존의 실험을 바꿔보자. (Alter)

3. 네가 같은 결과를 갖는다면 과거의 실험들을 반복하자. (Repeat)

실험은 단계별로 상세한 절차(Procedure) 와 실험을 시행하기 위해 필요한 재료의 목록이 필요해. 어떤 과학자는 그가 어디에 있던 네 절차에 기본해 실험을 되풀이 할 수 있어야 해. 이것은 다른 과학자들에게 네 결과를 평가할 수 있게 해준다.  넌 한번이상의 실험을 실행함으로써 통제된 실험을 할 수 있어 : 처음엔 어떠한 요소도 바꾸지 않고 시행하고, 두번째는 네가 관찰하고 싶은 요소만을 바꿔서 통제된 실험을 하는거야. 통제 된 실험에서 일치하는 요인을 상수라고하며 실험 결과에 영향을주지 않아. 변수(Variable)는 실험결과를 변경하는 요인을 말해. - 통제된 실험을 통해 변수의 영향을 테스트 할수 있어. 하나의 요인만을 테스트하기 위해 실험의 다른 모든 요인은 일정하게 유지돼. 이렇게 하면 관찰한 변경 사항이 변경한 하나의 변수에 의해 발생하거든. 

Procedure (절차): 실험을 시행할수 있는 방법의 단계별 리스트 

Control (제어): 모든 변수가 일정하게 유지되는 시행을 제어한다. 제어는 실험 비교 기준으로 사용된다.

Constants (상수) : 동일하게 유지되는 실험의 모든 변수는 상수이다. 

변수마다 역할이 달라.

Independent variable (독립변수) : 독립변수는 실험에서 의도적으로 변경하는 변수이다.

Dependent variable (종속변수) : 종속변수는 실험결과인 독립변수의 영향을 받는 변수이다. 

예) Goldfish Experiment (금붕어 실험) 

매 2주마다 선생님은 금붕어를 사야했어. 그 전 금붕어가 죽었거든. 그 교실에서는 금붕어는 알맞은 음식을 먹지 않는다는 가설을 세웠었어. 이 요소를 실험하기 위해 모든 다른 변수들 (물고기의 종류, 물탱크 사이즈, 수질, 물의 온도, 먹이의 종류 그리고 위치)을 상수로써 모두 똑같이 하고 실험을 했지. 

상수 (Constants) : 물고기의 종류, 물탱크 크기, 수질, 수온, 먹이, 위치

이 실험에서 독립변수는 얼마나 자주 물고기에게 먹이를 주는지였고, 종속변수는 2주후의 물고기의 건강이었다. 

Collecting data (자료수집) 

좋은 데이타는 상세하고 특별하다. 양적 묘사나 측정에 대한 데이타는 매우 도움이 된다. 좋은 데이타는 또한 정확하다. 관찰과 측정은 주의깊게 해야한다. 정확성을 유지하기위해 실험 후가 아닌 실험을 하는 동안 관찰을 하고 기록하는 것이 필요하다. 이러한 신뢰할 수 있는 데이타 없이는 결과값은 의미가 없다. 

Analyzing and Presenting data (데이타 분석 및 제시) 

다음은 데이터를 구성하고 표시하는 몇 가지 일반적인 방법이야 . 

테이블은 행과 열로 데이터를 표시해. 숫자가 나란히 있기 때문에 표를 빠르게 읽을 수 있고 숫자를 쉽게 비교할 수 있지. 그래서, 실험 중 데이터를 기록하는 가장 좋은 방법은 표라고 할 수 있어. 테이블에서 데이타를 수집했을 때, 이 자료들을 그래프로 만들어 더욱 보기 좋게 만들 수 있어. 

Line graph(선 그래프)는 두 변수사이의 관계를 보여줘 - 하나는 X 축 (수평선)에, 다른 하나는 Y 축 (수직선)에 그려져. 각 축의 눈금은 측정의 역수를 보여줘. 스케일은 2, 4, 6, 8 .. 또는 5, 10, 15, 20 ... - 하지만, 2,5,7,15는 아니야. 

선 그래프는 한 변수가 다른 변수에 어떻게 영향을 미치는지, 즉 독립 변수로 인해 종속 변수가 어떻게 변하는 지 보여줘. 독립 변수는 X 축에 있고 종속 변수는 Y 축에 있어. 선 그래프는 식물의 성장 또는 경주 용 자동차의 가속과 같이 시간에 따른 지속적인 변화를 보여주는 실험에 가장 적합해. Scatter plot(산포도)는 두 데이터 세트 간의 관계를 보여주는 선 그래프 유형이야. 산포도는 데이터를 Ordered pairs (정렬 된 쌍)으로 그래프로 표시돼. (단순히 숫자 쌍이지만 함께 나타나는 순서가 중요하지).

예) 수학 평가 후, 선생님은 학생들에게 몇시간씩 공부했는지를 물었고, 그녀는 그 답을 성적과 함께 기록했어.

타미의 데이타를 보여주기 위해 우리는 x 축의 값은 4.5, y축의 값은 90인 지점에 점을 찍었어.

산포도에 데이터를 그래프로 표시함으로써 선생님과 그녀의 학생들은 공부 한 시간과 시험 점수 사이에 관계가 있는지 확인할 수 있지. 공부하는 시간이 늘어날수록 점수도 올라가는게 보이지? 이건 시험 점수와 공부 사이에 관계가 있음을 보여주는거야. 

우린 공부한 시간의 숫자와 시험점수사이의 관계를 대충 묘사하는 그래프의 라인을 그릴 수 있어. 이 선을 가장 알맞은 선이라고 불러 왜냐면 두 변수간의 관계를 가장 잘 설명하기 때문이야. 가장 잘 맞는 선에 놓여진 점들은 없어, 하지만 괜찮아. 이 그래프의 모든 점들의 관계를 가장 잘 설명하는 선이 이 선이니까. 

Bar graphs (바 그래프)는 다른 높이의 직사각형으로 데이타를 표현하는 거야. 각각의 직사각형은 다른 변수를 대표해. 좋아하는 아이스크림 맛 이나 좋아하는 애완동물의 종류같은 것들 말야. 직사가형의 높이가 높을수록 그 숫자가 크다는 걸 의미하지. 

Circle graphs (원그래프)는 Pie charts(파이 챠트)라고도 불리는데, 이 그래프는 마치 파이를 잘라놓은것 처럼 생겼다고 생각하면 돼. 

그래프는 독자가 데이터를 해석 할 수 있도록 눈금 및 단위와 같은 제목과 레이블을 지정해야 해. 

Drawing Conclusions (결과의 도출)

너의 가설을 지지해줄 결과를 얻었니? 만약 아니라면, 너의 가설을 어떻게 바꿔야 할까? 때로 결과들은 직접적으로 나타나지 않아 그래서 넌 네가 직접적으로 밝혀내지 못한 것에 대한 결과를 도출하기 위해 관찰이나 사실들을 사용하거나, 아니면 결과도출을 추론해야 할 꺼야. 

예를 들어, 만약 네가 티라노 사우루스 렉스는 무엇을 먹었는지를 알고 싶다면, 너는 티렉스 화석 근처에서 발견된 화석화된 배설물의 종류를 관찰해야 할거야. 만약 잘게 부숴진 뼈들을 본다면, 넌 티렉스는 작은 동물이나 작은 공룡들을 먹었다고 추론할 수 있지. 추론이 필요할때, 배경자료를 보고 추가 조사를 하는 것은 도움이 될거야. 

결과는 실험과 발견의 비평적인 장소가 된다. 측정이나 다른 어떤 것에 오류가 있었을까? 절차는 제대로 따라 했을까? 장비는 얼마나 완벽했을까? 실험의 오류가 없다고 하더라도, 결과는 항상 같지 않다. 상수는 완변하게 잡고 있기 어렵다. 원하지 않는 변수들이 너의 결과에 작용할거야. 발견이 정확하다는 걸 확실히 하기 위해, 여러번의 실험을 실행하는 것이 좋다. 

예 ) Plant Fertilizer Expermient (식물의 비료 실험) 

Bob은 식물 비료의 효과를 조사하고 싶었어. 밥은 세개의 식물을 샀고, 1번 식물에는 매일 아침 비료를 주었고, 2번 식물에는 일주일에 한번 비료를 주었어. 식물 3에는 비료를 주지 않았지. 

밥은 매일 아침 세개의 식물에 물을 주었고 같은 창문가에 두었어. 그래서 식물들은 같은 햇볕을 쐴수 있었지. (상수 - 햇볕과 물) 밥은 각 식물의 높이를 일주일에 한번씩 쟀어 그리고 그 데이타 를 테이블에 적었어. 데이타를 분석하기 위해 밥은 각 식물의 높이와 시간에 대한 결과를 그래프로 그랬어. 

데이타와 그래프의 자료를 통해 밥은 식물의 비료는 식물의 성장속도에 관계가 있다는 결과를 도출해 낼 수 있었어. 매일 비료를 준 식물 1이 한번도 비료를 주지 않은 식물 3에 비해 4배 빠른 속도로 자랐음을 알 수 있었어. 또한 일주일에 한번 비료를 준 식물 2보다 식물 1이 더 빨리 자랐고, 이 결과는 매일 비료를 주는 것이 더욱 빠르게 자란다는 결과를 도출해 냈지. 

The Engineering Design process 

Engineering : 실제 문제를 해결하기 위해 기계 및 구조의 설계, 구축 및 사용을 연구하는 과학 분야

공학은 문제를 해결하는 새로운 제품을 발명하기 위해 기계 및 구조의 설계, 구축 및 사용을 연구하는 과학 분야란다. 과학자로서 질문을 조사하기 위한 과학적 문의를 사용하는것 처럼, 엔지니어들은 발견, 디자인 그리고 혁신을 통해 문제를 해결하기 위해 엔지니어링 디자인 프로세스를 사용한다. 예를 들어, 엔지니어들은 현재 태양 에너지를 수집하여 도로를 비추는 데 사용할 수있는 포장 도로를 개발하고 있어. 이 혁신은 잠재적으로 여러 문제를 해결할 수 있지. 더 안전한 야간 운전을 위해 도로를 비추는 데 도움이 될 수 있고, 재생 가능 에너지를 사용하여 이를 수행해 도로 조명 비용을 절감해. 그러나 이와 같은 솔루션을 얻기 위해 엔지니어는 일반적으로 특정 경로를 따라. 

The major branches of engineering are;

Mechanical (기계): 기계 동력 및 기계 시스템, 기계 및 도구 설계를 다룸; 힘과 운동 연구

Chemical (화학): 원료 및 화학 물질과 함께 작동; 새로운 재료 및 프로세스 발견

Civil (토목): 건물, 도로, 교량, 댐 등의 설계 및 건설이 포함

Electrical (전기): 전기는 전기와 컴퓨터 칩과 같은 전기 시스템의 설계를 연구한다.

그리고 더 많은 유형의 엔지니어링이 있다. 컴퓨터, 항공 우주, 생물 의학, 자동차, 제조, 지질학 등

과학적 탐구가 질문에 신중하게 답하는 특정 단계가있는 것처럼, 엔지니어링 설계 프로세스에는 엔지니어링 프로젝트를 안내하는 데 도움이되는 시스템이 있어. 예를 들어 해양 학자들은 심해저를 탐험하고 배우기를 원할 수 있지만, 다이버들은 깊고 빠르게 움직이는 해류에서 이동하는 데 어려움을 겪지. 엔지니어는 문제에 대한 배경 조사를 수행하고 설계를 시작하는 데 필요한 모든 설계 사양(요구 사항)을 결정하고 자신의 설계에 영향을 미칠 수있는 제약 사항 (제한 사항)을 식별해. 예를 들어, 엔지니어는 해양학자가 해저에서 어떤 종류의 정보를 찾고 있는지 조사 할 수 있어. 일부 Design specs (디자인 사양)에는 다이버가 얼마나 깊은 곳으로 가야하고 해류가 얼마나 빨리 움직이는지가 포함될 수 있어. 엔지니어는 또한 솔루션에 사용할 수있는 비용과 수중에서 사용할 수있는 재료와 같은 제약 조건에 대해서도 알아보지.

Design specs(디자인 사양) : 엔지니어가 반드시 그의 디자인에 넣어야 하는 요구조건들 

Constraints (제약) : 제한 혹은 제약 (물리적, 사회적 혹은 재정적)

문제가 식별되고 필요한 모든 정보가 수집 된 후 다음 단계는 가능한 솔루션을 제안하는 거야. 과학적 탐구에서는 가설을 공식화하지만 공학에서는 설계 진술을 설정해. 이것은 특정 문제를 해결하는 것이 의미하는 바를 정의하지. 엔지니어는 최상의 옵션을 선택하기 위해 많은 아이디어를 브레인 스토밍하고 각 솔루션을 평가하거든. 예를 들어, 심해저 탐사 문제를 해결하고자 하는 엔지니어는 다이버가 착용 할 수있는 모터나 빠르게 움직이는 해류에 대항하여 정보를 전송하는 수중 로봇을 생각 해낼 수 있어. 그들은 어떤 접근 방식이 가장 효과적일지 묻지. 왜?

넌 어떻게 최고의 해결책을 선택하니? 디자이너는 어떤 것이 가장 좋은 선택인지를 결정할때 이러한 보편적인 디자인 기준에 대해 자주 생각하곤 한다. : Robustness (견고함) (Strenth(힘)), Cost (비용) , Aesthetics (미학) (Looks(외모)), Resources (자원), Time skill required (필요한 시간 기술), safety (안전) , elegance (우아함)

그런 다음 엔지니어는 종이의 첫 번째 초안 (Prototype) 과 같은 솔루션의 프로토 타입을 설계하고 만들어. 이는 결국 솔루션이 무엇인지에 대한 대략적인 아이디어야. 엔지니어는 기술 도면과 크런치 번호를 만들어 성능에 따라 쉽게 조정할 수있는 간단한 프로토 타입을 만들어. 엔지니어는 게처럼 보이고 행동하는 수중 로봇이 다이버의 문제에 대한 최선의 해결책이 될 수 있다고 결정할 수 있어. 6개의 다리로 스스로를 안정시키고 카메라와 수중음파 탐지기 장비를 휴대하여 정보를 수면으로 되돌릴 수 있어. 

Prototype (초안) : 쉽게 조정할 수있는 예비 모델

설계가 완료되면 엔지니어는 도면을 청사진으로 사용하여 간단한 프로토 타입을 구성해.

넌 많은 다른 방식으로 디자인을 할 수 있어 - 드로잉, 컴퓨터 모델, 스토리 보드 등등. 넌 많은 다른 재료들을 가지고 프로토 타입을 만들수도 있어 - 스크랩 우드, 토이 블럭, 포스터 보드 또는 메탈, 플라스틱 또는 3D 프린터로 프린트한 것들 같은것들 말야. 

다음으로 프로토 타입이 실제 세계에서 어떻게 유지되는지 테스트 할 시간이지. 엔지니어는 제품을 여러 번 테스트하여 다양한 조건에서 어떻게 작동하는지 확인해. 제품이 문제를 얼마나 잘 해결하는지에 대한 데이터를 수집하고, 제대로 작동하지 않으면 새로운 솔루션을 브레인 스토밍하거나 프로토 타입을 재설계해. 종종 그들은 디자인이 요구 사항이나 기대를 충족하지 못하는 방식을 해결하지. 실제 세계에서 프로토 타입을 테스트 한 결과 디자인을 개선하고 프로토 타입을 조정하거나 새 프로토 타입을 만드는 방법을 찾아. 단계를 여러 번 반복하고 매번 개선 한 후 작동하는 솔루션을 찾지. 

예상했던 대로 진행되지 않는다고 실험이 실패가 아닌것 처럼, 실제세상에서 제대로 작동하지 않는 프로토 타입은 새로운 발견과 생각을 리드할 수 있어. 작동하지 않는다는 것을 아는 것은 작동하는 것을 알아내는 가장 중요한 부분이야. 

마지막으로 엔지니어는 최종 제품을 만들어. 논문의 최종 초안과 마찬가지로 엔지니어는 설계가 완벽해질 때까지 수정해. 그런 다음 최종 디자인 재료를 사용하여 최종 제품을 만들어 대중에게 공개해. (그리고 자신의 발명품을 판매 할 수도 있지.)

Engineering Design Process (엔지니어링 설계 프로세스)

1. Define the problem (문제를 정의한다.)

2. Do background research (배경조사를 수행한다.)

3. Determine design specs and constraints. (설계 사양 및 제약사항을 결정한다.)

4. Create a design statement : Brainstorm ideas, evaluate possible solutions, and choose what will, hopefully be the best option. (4. 디자인 성명서 작성 : 아이디어를 브레인 스토밍하고 가능한 솔루션을 평가하고 최선의 선택이 될 것을 선택한다.)

5. Design a prototype. (5. 프로토 타입을 디자인한다.)

6. Construct a prototype. (6. 프로토 타입을 만든다.)

7. Test the prototype. (7. 프로토 타입을 테스트한다. )

8. Evaluate it: Does it solve the problem well? (8. 평가 : 문제를 잘 해결하나?)

9A. Yes? Construct a final product and present to the public. (9A. 예? 최종 제품을 만들어 대중에게 선보임)

9B. No? Go back to No. 4. (9B. 아니? 4번으로 돌아감.)

<출처: Everything you need to ace Science in one big fat notebook>

과학적 사고에 대한 이야기  (Thinking like a Scientist)

The Branches of Science and How they fit together 

Life science or Biology (라이프 사이언스 또는 생물) 는 모든 생물에 대한 공부야. 나무, 동물, 단세포 유기체 같은 것들이지. 

Eearth Science (지구과학) 는 지구와 우주에 관한 학문이란다. 행성, 별, 암석같은 것들이지. 지구과학은 무생물과 그 역사를 공부하는 학문이야. 

Physical Science (물리 과학) 는 에너지와 물질에 관한 학문이란다. 우주의 가장 기본이 되는 단위라고 할 수 있는 에너지와 물질에 관한 학문이야. 여기엔 Physics (물리 - 물질과 상호작용하는 에너지) 와 Chemistry(화학 - 물질과 그것이의 변화) 가 있지. 

이러한 과학은 우주를 레고세계처럼 생각해 볼 수 있어. 

1. Physics (물리학) 는 하나의 레고와 그것이 움직이는 방식과 그것의 에너지와 같은 모든 속성을 연구해.

2. Chemistry(화학) 는 어떻게 레고가 모여서 더 큰 형태를 만드는지에 대해 공부하지. 

3. Life Science (생명 과학) 는 레고로 만든 가능한 모든 생물을 연구해.

4. Earth Sciece (지구과학) 는 레고세계에 있는 모든 무생물에 대해 공부한단다. 

Physics	Chemistry	Life Science	Earth Science

Scientific Inquiry 

과학은 우리 주변 세계에 대한 질문에 답을 찾는 한 방식이야. 과학자들은 탐정처럼 복잡한 퍼즐을 풀기위해 증거를 이용해. 과학자들은 실험과 관찰을 통해 증거를 찾아낸단다. 질문에 대한 연구를 하기 위해 과학자들에 의해 사용되어지는 진행방식을 Scientific Inquiry (과학적 탐구) 라고 해. 질문에 대한 답을 찾기위한 노력을 우린 또다른 말로 Scientific Method(과학적 방법) 이라고도 말한단다. 

과학적 탐구는 우리 주변의 세계와 그것이 어떻게 작동하는지에 대한 질문으로 시작돼. 질문이 확인되면 다음 단계는 모든 가능한 자료를 모으는 거야. 이러한 자료는 실험을 하고, 관찰을 하고 배경 조사를 통한 조사와 관련된 것들을 말해. 

Background Research (배경 조사) 는 어떤 일이 일어날 것인지를 예측하기 위해 과거 과학자들의 발견을 보는 거야. 그러한 예측을 Hypothesis (가설) 이라고 불러. 과학자들은 그들의 관찰을 하고, 그들의 예측과의 비교하여 가설을 시험해. 관찰은 그 관찰에 대한 설명을 위해 우리의 감각 - 촉각, 청각, 시각, 후각 같은 것들 - 을 필요로 하지. 어떤 관찰은 Quantitative(양적)이며 Measurements (측정) 형태로 이루어집니다. 일부는 Qualitative (질적)이며 무언가의 qualities(질)에 기반합니다. 과학적 탐구의 결과를 Conclusions (결론)이라고 해. 

Model (모델) 은 너무 작거나, 너무 큰 혹은 관찰하기에 너무 비싼 것들을 대신하는 것을 말해. 모델은 사물을 더 쉽게 관찰하고 생각할 수 있도록 단순화하기 때문에 과학자들에게 매우 유용한 도구란다. 모델에는 몇 가지 유형이 있어. 

1. Physical Models (물리적 모델) : 지구본이나 디오라마 (박물관의 입체 모형 같은것) 같은 것들 

2. Computer models (컴퓨터 모델) : 날씨변화 패턴에 대한 시뮬레이션, 혹은 사람이나 장소에 대한 3D 시뮬레이션 과 같은 것들 

3. Mathematical models (수학 모델) : 과거의 비용을 이용해 미래 비용을 예측하는 사업 혹은 방정식과 같은 것들

☞ 실험은 예측되로 진행이 되지 않았다고 해서 거짓은 아니야. 거짓을 아는 것 진실을 찾기위한 중요한 한 부분이니까. 

Scientific ideas, Theories, and Laws 

많은 관찰을 한 후 과학자들은 어떻게 그리고 왜 그러한 현상들이 발생하는지를 설명하기위해 방법들을 발전시켜. 과학적 사고는 예측과 증거들이 이를 뒷받침 할 수도 하지 않을수도 있기에 시작된다. 

가설이 많은 테스트와 실험으로 확정이 된 후에, 과학자들은 이것을 Theory(이론)으로 발전시켜. 이 이론은 많은 관찰을 기본으로 많은 테스트를 거쳐 제안된 설명이야. 

Theory (이론)와 같이 과학적 Law (법칙)은 많은 관찰을 바탕으로 만들어져. 법칙은 어떤 자연현상을 설명하는 규칙이야, 하지만 이 법칙은 왜 그러한 현상이 일어나는지를 설명하지는 않아. 예를 들어, Sir Isaac Newton (뉴턴) 은 물체가 자연적으로 땅에 떨어진다는 것을 관찰했어. 이러한 패턴을 설명하기 위해 그는 만유 인력 (Universal Gravitation)의 법칙을 제시했지. 이 법칙은 중력의 힘으로 인한 물체의 움직임을 예상하지만, 왜 물체가 그렇게 움직이는지는 설명하지 않아. 

LAW (법칙) 은 특정 상황하에 무슨 일이 일어나는지를 설명한다.

Theory (이론) 은 수많은 시간동안의 테스트와 관찰을 바탕으로 왜 어떠한 일이 생기는지를 설명한다. 

<출처 :  Everything you need to ace Science in one big fat notebook>