나뭇잎 교과서

연구 보고서 작성

연구는 다른 사람이 읽고, 따져 보고, 다시 해 볼 수 있을 때 끝납니다. 과학 보고서의 형식은 읽는 사람이 원하는 정보를 빨리 찾고 내 주장을 검증할 수 있도록 오랫동안 다듬어진 약속입니다. 초록 한 문단과 그림 한 장에서도 연구의 신뢰도가 드러납니다.

본문

연구 보고서 작성

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진자의 주기를 재어 중력 가속도를 구한 학생이 보고서에 'g = 9.80665 m/s²'라고 썼다. 계산기에 나온 숫자를 그대로 옮긴 것이다. 그런데 이 학생은 초시계로 진동 10번의 시간을 재었고, 손으로 누르는 초시계의 오차는 0.2초쯤이다. 소수점 아래 다섯째 자리까지 쓴 값은 이 실험이 정말 그만큼 정확했다고 말하는 셈이다. 보고서의 숫자는 몇 자리까지 써야 정직할까? 그리고 보고서의 다른 부분에는 무엇을 담아야 할까?

그림 1. 길이 1.000 ± 0.002 m인 진자로 g = 4π²L/T²를 구할 때 각 측정의 상대 오차와 g의 상대 오차. 주기의 오차는 제곱 때문에 두 배로 번진다.
먼저 알아야 할 것단진자와 주기(물리학), 측정과 오차, 결론 도출(토론과 결론 도출).

3.3.1오차의 전파

측정값은 언제나 오차를 가진다. 그 측정값으로 다른 양을 계산하면, 처음 측정의 오차가 계산 결과로 옮겨 간다. 곱과 나눗셈으로 계산한 양은 상대 오차가 더해지고, 거듭제곱이 있으면 그 지수만큼 곱해진다. 진자의 g는 길이를 주기의 제곱으로 나누므로, g의 상대 오차는 길이의 상대 오차에 주기의 상대 오차의 두 배를 더한 정도이다. 그래서 오차를 줄이려면 오차에 가장 크게 기여하는 측정을 찾아 개선해야 한다.

정리 3.3.1 곱과 거듭제곱의 오차

\(g = \dfrac{4\pi^2 L}{T^2}\)에서 상대 오차는 대략 \[\frac{\Delta g}{g} \approx \frac{\Delta L}{L} + 2\frac{\Delta T}{T}\]이다. 진동 \(N\)번의 시간을 오차 \(\Delta t\)로 재면 주기의 오차는 \(\Delta T = \Delta t/N\)로 줄어든다. 결과는 오차의 첫 유효 숫자가 나타나는 자리까지만 쓴다.

그림 1에서 두 값을 바꾸어 보자. 진동 10번을 ±0.2 s로 재면 주기의 상대 오차가 약 1%이고, 그 두 배인 2%가 g의 오차를 거의 다 차지한다. 그래서 g = 9.8 ± 0.2 m/s²로 써야 하며, 그 아래 자리의 숫자는 의미가 없다. 진동 50번을 재면 주기의 오차가 5분의 1로 줄어, g = 9.81 ± 0.06 m/s²까지 쓸 수 있다. 길이를 아무리 정밀하게 재도 시간 측정이 거칠면 결과가 좋아지지 않는다.1

3.3.2연구 보고서의 구성

연구 보고서는 다른 사람이 읽고, 따져 보고, 다시 해 볼 수 있도록 쓴다. 제목은 연구의 핵심을 구체적으로 담는다. 초록은 한 문단으로 목적, 방법, 주요 결과(숫자와 오차), 결론을 요약한다. 서론에는 연구 문제가 왜 중요한지와 선행 연구, 가설을 쓴다. 방법에는 재료, 기기, 실험 절차, 반복 수, 분석 방법을 다른 사람이 그대로 따라 할 수 있을 만큼 자세히 쓴다. 결과에는 표와 그래프를 해석 없이 제시하고, 토의에는 결과의 해석, 다른 설명, 한계, 후속 과제를 쓴다. 마지막으로 참고 문헌을 빠짐없이 밝힌다.

부분담는 내용 초록목적, 방법, 주요 결과(숫자와 오차), 결론 방법다른 사람이 되풀이할 수 있을 만큼 자세한 절차 결과표와 그래프, 단위와 오차, 해석은 넣지 않음 토의해석, 다른 설명, 한계, 후속 과제
그림 2. 보고서의 형식은 읽는 사람이 필요한 정보를 빨리 찾고 주장을 검증하도록 다듬어진 약속이다.

3.3.3예제 풀이

예제 3.3.2

길이 1.000 ± 0.002 m인 진자의 진동 20번 시간을 40.12 ± 0.20 s로 쟀다. g와 그 오차를 구하고, 보고서에 쓸 값을 정하여라.

주기는 \(T = 40.12 \div 20 = 2.006\) s, 오차는 \(0.20 \div 20 = 0.010\) s이다. \(g = 4\pi^2 \times 1.000 \div 2.006^2 \approx 39.48 \div 4.024 \approx 9.81\) m/s²이다.

상대 오차는 \(0.002 \div 1.000 + 2 \times 0.010 \div 2.006 \approx 0.002 + 0.010 = 0.012\), 곧 1.2%이므로 \(\Delta g \approx 9.81 \times 0.012 \approx 0.12\) m/s²이다. 오차의 첫 자리가 소수 첫째 자리이므로 보고서에는 \(g = 9.8 \pm 0.1\) m/s²로 쓴다. 9.80665처럼 쓰면 실제보다 1000배 정확한 척하는 셈이다. 즉 숫자의 자릿수는 그 측정이 얼마나 믿을 만한지를 알리는 약속이다. 그래서 정직한 보고서는 값과 오차를 함께, 오차가 허락하는 자리까지만 쓴다.

아래 탐구 카드에서 초록과 그림의 빠진 점과 지나친 점을 찾아 고치고, 연구 보고서의 각 부분을 써 보자.

  1. 서로 독립인 오차는 단순히 더하기보다 제곱의 합의 제곱근으로 합치는 것이 더 정확하다. 그러면 위 예제의 상대 오차는 약 1.0%가 된다. 고등학교 보고서에서는 더하는 어림으로 충분하다.
마무리

측정값의 오차는 계산 결과로 번지며, 곱과 나눗셈에서는 상대 오차가 더해지고 거듭제곱에서는 지수만큼 곱해진다. 그래서 오차에 가장 크게 기여하는 측정을 개선하고, 결과는 오차의 첫 자리까지만 값과 오차를 함께 쓴다. 보고서는 초록, 서론, 방법, 결과, 토의, 참고 문헌으로 다른 사람이 검증하고 되풀이할 수 있게 쓴다. 처음 질문의 9.80665는 측정이 뒷받침하지 않는 자리까지 써서, 실험의 정밀도를 부풀려 알린 잘못이다.

탐구 1

이 초록과 그림, 무엇이 빠지고 무엇이 지나칠까?

보고서 작성 · 초록 진단 · 그림 진단 · IMRaD

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    가상의 학생 보고서이다. 숫자는 설명을 위해 만든 값이며 실제 연구 결과가 아니다. 위첨자는 문장이 속한 부분(서론·방법·결과·결론)으로, 확인한 뒤에 보인다.

    1. 질문보고서를 다 쓴 학생이 초록과 대표 그림을 보여 주며 의견을 묻는다. 읽는 사람이 이 초록만 보고 "무엇을, 어떻게 해서, 무엇을 얻었고, 그래서 무엇이라고 결론 내렸는지" 알 수 있을까?
    2. 복원과학 보고서는 흔히 서론(연구 동기와 배경, 필요성과 목적, 연구 문제 또는 가설) → 연구 방법(재료와 방법) → 결과 → 고찰 → 결론 → 참고 문헌 순서로 쓴다. 영어 논문의 서론·방법·결과·논의 구조를 머리글자를 따 IMRaD라고 부른다.
    3. 설명초록은 보고서 전체를 한 문단으로 줄인 것으로, 각 부분에서 한두 문장씩 온다. 방법에는 대조군, 표본 수, 기간처럼 결과를 믿을 근거가 되는 정보가, 결과에는 "훨씬"이 아니라 숫자와 불확실성이, 결론에는 성립 범위가 들어가야 한다. 그림은 축 이름과 단위, 0에서 시작하는 막대, 오차 막대와 그 뜻, 반복 수, 그림 아래의 번호와 설명을 갖춰야 혼자서도 읽힌다.
    4. 연결보고서는 설계(대조군·무작위 배정), 자료 처리(표·그래프), 해석(구간·p값), 결론(범위·한계)에서 한 일을 그대로 옮기는 자리이다. 앞 단계에서 기록을 남기지 않았다면 보고서에서 채울 수 없다.
    5. 적용초록에서 문제 문장을 모두 고르고 확인해 보자. 빠뜨린 문제와 잘못 고른 문장이 몇 개인가? 그림에서도 고칠 곳을 찾은 뒤 "고친 판 보기"와 비교해 보자. 고친 초록의 각 문장은 어느 부분에 속하는가?
    6. 판단이상값을 뺀 일은 방법에 기준과 함께 밝혀야 하며, 기준 없이 "실수로 보고" 뺀 것은 결과를 고르는 일이 될 수 있다. "증명되었다"는 과학 보고서에서 피하는 표현이다. 남의 문장, 그림, 자료를 가져오면 출처를 밝히고, 생성형 인공지능을 글쓰기나 분석에 썼다면 어디에 어떻게 썼는지 적는다.

    확인조건이 달라지면

    보고서 결과 부분에 "온도가 높을수록 반응이 빨라지는데, 이는 분자의 충돌이 잦아지기 때문이다. 선행 연구와도 일치한다."라고 썼다. 고칠 점으로 가장 알맞은 것은?

    읽기 2

    연구 보고서의 각 부분에는 무엇을 쓰고, 출처는 어떻게 밝힐까?

    읽기 · 보고서 형식 · 참고 문헌 표기 · 글쓰기 윤리

    보고서를 읽는 사람은 처음부터 끝까지 차례로 읽지 않는다. 제목과 초록을 보고, 그림을 훑고, 궁금하면 방법을 찾아본다. 각 내용이 정해진 자리에 있어야 원하는 것을 찾을 수 있다.

    1부분마다 쓸 내용

    부분쓸 내용자주 하는 실수
    제목·초록무엇을 어떻게 연구해 무엇을 얻었는지. 초록은 한 문단에 서론~결론을 한두 문장씩"~에 관한 연구"처럼 내용이 없는 제목, 숫자 없는 초록
    서론연구 동기, 배경 지식과 선행 연구, 연구의 필요성과 목적, 연구 문제 또는 가설교과서 내용을 길게 옮겨 적기, 연구 문제가 마지막까지 안 나옴
    연구 방법재료와 기기(모델, 분해능), 대상과 표본 수, 배정 방법, 절차, 측정 방법, 분석 방법다른 사람이 따라 할 수 없을 만큼 짧게 씀
    결과표와 그래프, 그것이 보여 주는 사실을 숫자로. 해석은 하지 않음같은 자료를 표와 그래프로 중복, 원인 설명을 섞음
    고찰결과의 해석, 선행 연구와 비교, 다른 설명의 검토, 한계와 오차 원인"오차가 있었다"로만 끝냄, 결과를 다시 나열
    결론연구 문제에 대한 답, 성립 범위, 후속 연구결과보다 넓은 주장, "증명되었다"
    참고 문헌본문에서 인용한 자료 전부를 정해진 형식으로본문 인용과 목록이 서로 맞지 않음, 검색 사이트 주소만 적음

    연구 방법과 결과는 이미 한 일이므로 과거형으로 쓴다("측정하였다"). 그림과 표에는 번호를 붙이고 본문에서 "그림 2에서처럼"으로 가리킨다. 그림 설명은 그림 아래, 표 제목은 표 위에 둔다.

    2인용과 참고 문헌 표기

    남의 생각, 자료, 그림, 문장을 쓰면 본문의 그 자리에 출처를 표시하고, 끝의 참고 문헌 목록에 자세한 정보를 적는다. 형식은 여러 가지가 있으니 학교나 학회가 정한 것을 따르되 한 보고서 안에서는 하나로 통일한다. 아래는 자연과학과 사회과학에서 많이 쓰는 APA 형식의 예이다.

    종류참고 문헌 목록본문
    학술지 논문Bickel, P. J., Hammel, E. A., & O'Connell, J. W. (1975). Sex bias in graduate admissions: Data from Berkeley. Science, 187(4175), 398–404.(Bickel et al., 1975)
    학술지 논문 (필명)Student. (1908). The probable error of a mean. Biometrika, 6(1), 1–25.(Student, 1908)
    책저자. (발행 연도). 책 제목 (판). 출판사.(저자, 연도, 쪽)
    웹 자료기관 또는 저자. (작성 연도). 문서 제목. 사이트 이름. 주소(기관, 연도)

    논문에 DOI(디지털 객체 식별자)가 있으면 목록 끝에 붙인다. 웹 자료는 누가 언제 쓴 것인지 확인할 수 있는 것을 고르고, 바뀔 수 있는 자료라면 접속한 날짜를 함께 적는다.

    3글쓰기 윤리

    표절

    출처를 밝히지 않고 남의 문장이나 생각을 쓰는 것. 문장을 조금 바꿔도 출처는 밝혀야 한다.

    위조·변조

    하지 않은 실험의 자료를 만들거나, 자료나 그림을 고쳐 결과를 바꾸는 것. 그림의 밝기·대비를 조정했다면 그림 전체에 똑같이 적용하고 밝힌다.

    저자 표시

    연구에 실제로 기여한 사람만 저자로 올리고, 도움을 준 사람은 감사의 글에 적는다.

    생성형 인공지능

    글을 다듬거나, 코드를 짜거나, 자료를 요약하는 데 썼다면 어떤 도구를 어디에 썼는지 밝힌다. 인공지능이 알려 준 문헌은 실제로 있는지 직접 찾아 확인한다. 없는 논문을 그럴듯하게 만들어 내는 경우가 있다.

    판단보고서의 형식은 칸 채우기가 아니다. 서론의 연구 문제, 방법의 설계, 결과의 그림, 고찰의 해석, 결론의 답이 한 줄로 이어져야 한다. 서론에서 던진 질문에 결론이 답하지 않거나, 방법에 없던 측정이 결과에 나오면 형식을 갖추었어도 좋은 보고서가 아니다.

    확인조건이 달라지면

    인터넷 블로그의 그래프가 마음에 들어 내 자료로 똑같은 모양의 그래프를 다시 그렸고, 설명 문장 두 개는 그대로 옮겼다. 출처 표시로 알맞은 것은?

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