동국대 2007학년도 수시1학기 논술고사 (자연)

[김동석]

동국대 2007학년도 수시1학기 논술고사 (자연)

※ 답안 작성시 유의 사항

① 문제지는 총 4개의 문제로 구성되어 있습니다. 답안은 정해진 답안지에 다음과 같이 문제 번호를 적은 후 작성하시기 바랍니다.
※ 답안 작성 예시
[문제１] ○○○ ○○○○
[문제２] ○○○ ○○○○
② 답안의 글자 수는 띄어쓰기를 포함한 분량으로, 배부된 OMR 답안지 서식을 기준으로 하며, 요구하는 분량에 미달하거나 초과하면 감점 요인이 됩니다.
③ 답안지의 수험번호는 반드시 컴퓨터용 수성 사인펜으로 표기하시오.
④ 답안은 반드시 검정색 볼펜 또는 만년필로 작성하시오(연필이나 수정액 사용 금지).
⑤ 답안지 여백에는 성명, 수험번호 등 개인 신상과 관련된 어떤 내용도 쓰지 마시오.

※ 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.

지구상에 존재하는 모든 물체에 작용하는 중력은 지구가 물체를 끌어당기는 힘으로 만유인력의 한 예이다. 뉴턴이 발견한 만유인력은 우주의 모든 물체 사이에 작용하는 힘으로 두 물체의 질량에 비례하며 거리의 제곱에 반비례한다. 구체적으로 만유인력 F는 GMm/R²으로 표현된다. 여기서 M과 m은 두 물체의 질량, R은 두 물체 간의 거리, 그리고 G는 만유인력 상수를 의미한다. 참고로 중력인 경우에 M은 지구의 질량이며 m은 지구 표면 가까이에 있는 물체의 질량이다. 이 식에서 보듯이 만유인력 크기는 두 물체의 질량과 두 물체 사이의 거리에 의해서만 결정되고, 물체의 모양, 재질, 그리고 두 물체 사이에 존재하는 물질과는 상관없다. 즉 만유인력은 진공과 대기 중에서 모두 동일하다.

만유인력의 한 경우인 중력으로 인하여 물체는 대기에 떠있지 못하고 지구로 당겨지는 자유 낙하 운동을 한다. 이때 물체는 뉴턴의 운동 제2법칙에 의해서 중력 가속도 g로 불리는 가속도를 가지고 낙하하게 된다. 참고로 뉴턴의 운동 제2법칙은 F=ma로 표현되는데, 여기서 m은 물체의 질량 그리고 a는 가속도를 의미한다. 중력 가속도 g는 자유 낙하하는 지점에 따라 약간의 차이가 있지만 물체의 질량, 모양, 크기 등에 관계없이 평균 9.8 m/s²의 값을 갖는다. 즉 만유인력 F와 뉴턴의 운동 제2법칙에서의 F는 같으므로 GMm/R²=mg이 되고 따라서 g=GM/R²이 된다. 여기서 M이 매우 크므로 R의 변화가 작을 경우에는 중력 가속도 g는 일정하다. 따라서 물체가 등가속도로 자유 낙하하면 물체의 속도는 매초 9.8 m/s씩 증가한다.

만일 대기 상의 높은 곳에서 생성된 빗방울이 등가속도로 자유 낙하하면 지면에 도착할 때는 매우 빠른 속도로 낙하하므로, 이 빗방울을 맞으면 그 충격으로 큰 부상을 당할 수도 있다. 그러나 대기 상의 높은 곳에 위치한 구름에서 생성되어 초기 정지 상태에서 낙하하는 빗방울의 속도를 시간에 따라 측정하면, 초기에는 증가하다가 일정 시간 이후에는 속도가 더 이상 증가하지 않고 등속도로 낙하하게 된다. 이처럼 빗방울의 속도가 초기에는 증가하다가 이후 등속도로 낙하하는 이유는 물체의 움직임을 방해하는 공기의 저항력 때문이다. 물체의 낙하 속도가 증가할수록 낙하하는 물체에 작용하는 공기의 저항력은 증가하며, 물체의 크기, 모양, 표면 재질 등의 영향을 받는다.

[문제 1] 제시문에서 언급한 시간에 따른 빗방울의 낙하 속도 변화를 속도가 증가하는 가속 단계와 등속도 단계로 각각 구분하여 공기 저항력의 변화로 설명하시오. 단 공기의 밀도는 고도에 관계없이 일정하며 빗방울에 작용하는 부력은 무시할 수 있다고 가정하시오. <8∼10줄(176∼250자), 20점>

[문제 2] 동일한 크기와 모양을 갖는 빗방울과 쇠구슬을 진공 하에서 초기 정지 상태로부터 동시에 낙하시켰을 경우, 두 물체가 지면에 도착했을 때의 낙하 속도와 지면에 가하는 힘을 각각 비교, 설명하시오. <7∼8줄(151∼200자), 10점>

※ 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.

[가] 낙농업에서는 젖소의 우유생산량을 늘리기 위해 우유를 가장 많이 생산하는 젖소를 선별 교배하여 새끼를 얻음으로써 젖소를 유전적으로 바꾸는 방법을 사용하여 왔다. 유전율은 우유생산과 같은 개체의 정성적 형질 변이를 결정하는데 있어서 유전자의 상대적 중요성을 나타내는 지표이다. 젖소의 우유생산량이 유전자에 의해 큰 영향을 받는다면, 즉 이에 대한 유전율이 높다면, 우유를 많이 생산하는 젖소를 선별하여 이로부터 새끼를 얻는 인공선택 기법이 우유생산량을 늘리는데 효과적일 것이다. 그러나 유전율은 이를 측정한 집단과 그 집단이 처한 환경에 한정된다. 따라서 어떤 형질 발달에 유전자가 미치는 영향을 측정하는데 있어 유전율의 적용에 주의하여야 한다.
인간 지능에 대한 유전율의 적용 예로 1994년 찰스 헌스타인과 리차드 머레이에 의한 보고가 있다. 그들은 미국인 중 흑인들이 백인들에 비해 평균 지능지수가 15% 정도 낮은 것으로 보고하고, 이러한 차이는 백인들의 보다 좋은 교육 환경보다는 두 집단 간의 지능에 관련된 유전적 차이에 기인한 것으로 주장하였다. 이 주장은 그들이 산출한 백인 집단의 지능에 대한 높은 유전율에 근거한 것이었다. 1883년 프란시스 갈턴이 주창한 우생학이라는 개념에서도 백인은 흑인보다, 부자는 가난한 자보다 선천적으로 지능이 높으며, 따라서 이들 우수한 집단에서의 출산을 장려하고 열등한 집단의 출산을 억제해 인류의 진보를 도모해야 한다고 주장하였다.

[나] 우유생산량을 늘이기 위해 젖소에게 사용하는 유전적 방법을 이용하여 미로탈출에 대해 영리한 쥐(이하 영리한 쥐)와 미로탈출에 대해 우둔한 쥐(이하 우둔한 쥐)를 만들어, 이 쥐들의 미로탈출 능력에 미치는 영향 요소를 평가하는 실험이 수행되었다. 미로가 설치된 정상적인 실험실 환경에서 우둔한 쥐는 미로탈출을 하는 데 매회 평균 165번의 실수를 저질렀으나, 영리한 쥐는 115번의 실수를 했다. 그러나 이들 두 집단의 쥐를 제한적인 환경(다른 쥐가 없고 자극을 주는 시설이 없으며, 실험실의 다른 활동을 볼 수 없는 환경)에서 길렀을 때, 영리한 쥐와 우둔한 쥐 모두 동일하게 매회 평균 170번의 실수를 보였다. 반면, 두 종류의 쥐들을 자극적이고 미로탈출에 대해 잘 훈련할 수 있는 환경(통로가 있고 숨을 곳이 있는 환경)에서 키운 후 미로탈출 실험에 적용하였을 때, 매회 평균 114번 실수한 우둔한 쥐는 112번 실수한 영리한 쥐에 비해 단지 2번의 실수를 더 할 뿐이었다. 즉 두 종류의 쥐 모두 유전적 요인의 차이에 관계없이 잘 갖추어진 환경에서는 나아진 미로탈출 능력을 보였고, 특히 우둔한 쥐가 영리한 쥐보다 더 큰 폭의 향상을 보였다.

[문제 3] [나]에 제시된 실험의 결과를 지지하는 과학자의 입장에서 [가]에 제시된 인간 지능에 미치는 유전적 중요성에 대한 기존의 주장을 논리적으로 반박하시오. <10～12줄(226～300자), 25점>

[문제 4] 일란성쌍생아를 통해 지능에 대한 유전적 또는 환경적 영향을 연구할 수 있다. 이때 학자들은 서로 분리되어 다른 환경에서 양육된 일란성쌍생아들에 특히 관심을 가진다. 제시문 내용에 대한 이해를 통해 그 이유가 무엇인지 설명하시오. 참고로 일란성쌍생아는 이란성쌍생아와는 달리 하나의 수정란에서 발생되기 때문에 동일한 성과 동일한 유전자를 가지고 있다. <8～10줄(176～250자), 15점>

※ 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.

생태계는 일정한 공간에 존재하는 생물체와 물, 공기, 흙, 영양소, 기후 등의 비생물적 환경으로 구성된다. 생태계를 구성하는 요소들은 물질의 순환과 에너지의 흐름이라는 두 과정을 통해 상호 작용한다.

생태계에서 에너지 흐름은 태양에너지에서 시작하여 광합성 생물에 의해 화학에너지로 전환된다. 광합성 생물은 식물을 비롯하여 녹조류와 광합성 세균 등을 포함한다. 진화를 통해 광합성 과정이 생기기 전까지 생명체는 주변 환경으로부터 유기화합물을 흡수하고, 이로부터 다른 형태의 유기화합물로 전환하여 사용하는 종속영양생물이었다. 이와 달리 광합성 생물은 이산화탄소와 물과 같은 무기화합물로부터 에너지가 풍부한 유기화합물을 만드는 독립영양생물이며, 이러한 능력으로 다른 형태의 생명체를 부양할 수 있게 되었다.

광합성 생물에 저장된 에너지는 생태계 먹이사슬(먹이연쇄)을 통해 먹히는 생물로부터 먹는 생물로 전달된다. 먹이사슬에서 생물이 차지하는 위치를 영양단계라고 한다. 생물의 영양단계에서 생산자에 해당하는 식물은 광합성 과정을 통해 태양의 빛 에너지를 이용하여 대기 중의 이산화탄소를 탄수화물로 전환시킨다. 탄소 외에 생명체에 필수적인 질소와 인 등의 물질들은 토양으로부터 식물의 뿌리를 통해 흡수되어 단백질, 핵산, 지질 등의 주요 세포 구성물질을 형성한다. 먹이사슬의 다음 영양단계인 1차 소비자는 생산자가 만들어낸 유기화합물을 섭취하여 에너지를 얻는다. 다음 영양단계는 1차 소비자 초식동물을 먹는 2차 소비자와 육식동물을 먹는 3차 소비자로 구성된다.

모든 생물은 호흡을 통해 탄수화물과 같은 영양분에 저장되어 있는 화학에너지로부터 세포가 에너지원으로 사용할 수 있는 ATP를 생산하고, 이 과정에서 만들어지는 이산화탄소는 대기로 방출되어 광합성 생물이 그 일부를 사용한다. 생물은 ATP에 함유된 에너지를 이용하여 생명 유지에 필수적인 대사를 수행한다. 이와 같은 대사 활동을 통해 이용된 에너지는 결국 열에너지로 전환되어 손실된다. 먹이사슬을 통해 저장된 에너지의 많은 부분은 열에너지로 손실되므로, 일부 에너지만이 한 영양단계에서 다음 상위 영양단계로 전달된다. 열에너지는 생물체가 다시 사용할 수 없으므로 생태계의 기능이 유지되기 위해서는 지속적으로 태양로부터의 에너지 유입이 필요하다.

생물의 사체나 배변을 통해 토양이나 물로 배출되는 유기화합물은 세균과 곰팡이 등과 같은 분해자에 의해 단순한 탄소화합물 등으로 전환되어 대기, 토양, 물로 내보내진다. 지질학적 탄소 퇴적물인 석탄과 석유와 같은 화석 연료는 연소과정을 거쳐 이산화탄소 형태로 대기 중으로 돌아간다. 질소와 인과 같은 물질도 생태계 내에서 순환되어 다시 이용된다. 유기화합물의 각종 구성 성분들은 생산자, 소비자, 분해자로 이동하면서 생물체들의 삶을 지탱해주고, 결국 생태계의 비생물적 환경으로 되돌아가 순환 하게 된다.

[문제 5] 제시문의 내용을 토대로 생태계에서의 에너지 흐름과 탄소의 순환을 각각 설명하고 이 두 과정의 차이점 한 가지를 기술하시오. <18～20줄(426～500자), 30점>

동국대학교 2007학년도 신입생 모집 수시1학기 논술고사 문제 해설

Ⅰ. 출제의도

자연계 논술 문제는 다음의 사항들을 고려하여 출제하였다.

이번 자연계 논술고사에서는 자연계열 수험생들의 과학적 분석과 논리적 사고, 그리고 종합 분석 능력을 알아보고자 하였다. 특히, 본 문제에서는 자연계열 교과목의 지식을 직접적으로 물어보는 암기위주의 지식평가를 지양하고, 수험생의 이해력, 창의력, 판단력을 평가하는 논술시험의 기본 틀을 유지하였다.
제시문에서 고전에 해당하는 물리와 비교적 최근 이론인 생명과학에 관련된 주제의 내용을 설명하고 수험생들의 이해정도를 측정하고자 하였다. 첫 번째 제시문은 고등학교 교과서에 소개되어 수험생들에게 익숙한 중력과 만유인력 그리고 저항력의 상호 관계를 평이한 용어로 예를 들어 상세하게 설명하고, 그 내용에 대한 이해정도를 측정하고자 하였다. 두 번째 제시문은 수험생들에게 형질발달에 대한 상반된 두 개의 이론을 설명하고 한 쪽 편에서 다른 편을 논리적으로 비판하게 함으로써 제시문에 대한 이해정도를 측정하고자 하였다. 세 번째 제시문은 고등학교 교과과정에서 배운 생태계에서의 물질과 에너지의 흐름 과정을 종합적으로 설명하고 제시문에서 기술한 지식을 분석적으로 파악할 수 있는 능력을 측정하고자 하였다. 이 제시문들의 주요내용은 고등학교 교과서에 나와 있는 내용을 종합, 확장한 것으로 자연계열 대학에 진학하고자 하는 학생들의 수학 능력을 평가하는 데 주안점을 두었다.

Ⅱ. 문제 해설

[문제 1]
본 문제에서는 대기 중에서 중력과 공기의 저항력의 상호 작용으로 인한 물체의 낙하 속도 변화를 정확하게 이해하고 있는 지를 평가하고자 하였다. 이를 위해서 제시문에서는 먼저 중력 가속도는 물체의 대기 중 위치와 물체의 질량에 상관없이 일정한 값을 갖는다는 것을 만유인력 식을 통해 설명하였다. 또한 빗방울이 낙하하여 지면 가까이 도달할 때에는 등속 운동한다는 현상을 알려줌으로써 저항력의 특성을 인식하도록 하였다. 마지막으로는 두 힘의 상호 작용을 알려주기 위해 빗방울 속도 변화 예제를 서술하였다. 즉 빗방울 낙하 초기에는 중력이 저항력에 비해 커서 빗방울은 가속 운동을 하며, 빗방울의 낙하 속도가 증가함에 따라 저항력이 점차 커지게 되어 일정 시간 이후에는 빗방울이 등속 운동하는 일련의 과정을 기술하였다.

[문제 2]
본 문제는 문제 1과 같은 제시문의 이해를 바탕으로 진공 하에서의 질량이 서로 다른 두 물체의 낙하 운동에 대하여 힘의 상호 작용 관계와 뉴턴의 제2법칙을 적용할 수 있는지를 평가하고자 하였다. 대기에서 물체가 낙하하는 경우와는 달리 공기 저항력이 없고 중력만이 존재하는 진공 하에서, 질량이 다른 두 물체가 지면에 도달할 때의 낙하 속도와 지면에 미치는 힘을 각각 비교․설명하도록 하였다.

[문제 3]
‘유전적 또는 환경적 요인 중 어느 것이 지능 발달에 미치는 영향이 큰가?’라는 모두에게 익숙한 질문에 관한 서로 다른 입장을 두 제시문에서 소개하였다. 첫 번째 제시문에서는 형질 발달에 유전적 요인을 적용하는 일례를 설명하고, 실제로 지능수준의 결정에 유전적 요인이 절대적임을 주장했던 보고들을 제시하였다. 두 번째 제시문에서는 지능발달에 미치는 요인을 측정하기 위해 수행된 간단한 실험과정을 설명한 후, 실험 결과와 이에 대한 간략한 결론을 제시하여 환경적 요인이 지능발달에 미치는 영향을 알 수 있도록 하였다. 문제에서는 수험생이 이와 같이 뚜렷이 대비되는 두 가지 입장 가운데 두 번째 실험결과를 지지하는 입장에서, 첫 번째에 제시된 주장을 논리적으로 반박할 수 있는지에 대해 평가하고자 하였다. 일반적인 자연과학 분야의 글을 읽고 이해할 수 있는 수준의 수험생이라면 제시문에서 구체적으로 설명된 내용을 토대로 지능발달에 대한 유전적 요인의 절대성을 강조한 첫 번째 주장을 비판할 수 있을 것이다.

[문제4]
지능발달에 영향을 미칠 수 있는 요소로 유전적인 것과 환경적인 것이 있음을 제시문에서 설명하였다. 문제에서는 유전적인 요소가 동일한 일란성쌍생아의 경우, 서로 다른 환경에서 양육되었을 때 같은 환경에서 양육되는 일란성쌍생아의 경우에서 생기는 편향적 취급을 배제할 수 있으므로, 지능지수 차이에 미치는 요인에 대한 보다 명확히 해석 할 수 있는 지를 물어 보았다. 제시문의 내용에 대한 이해를 바탕으로 실제적으로 적용되고 있는 과학적 실험방법의 의의를 찾아 낼 수 있는 지를 평가하는 문제이다.

[문제5]
제시문을 통해 에너지와 물질이 생태계에서 어떻게 상호 작용하며 이동하는지에 대해 고등학교 교과과정에 수록되어 있는 수준의 내용을 토대로 설명하였다. 제시문에서 생태계의 에너지 흐름과 물질(문제에서는 탄소로 설정) 순환에 대해 통합적으로 설명된 내용으로부터 각각을 찾아내어 이해할 수 있는 지와, 두 과정의 차이점을 설명할 수 있는 지를 알아보고자 하였다. 자연과학 분야에서 일반적으로 접할 수 있는 제시문과 같은 글에서 특정 주제에 대한 현상을 체계적으로 이해하고 정리할 수 있는지, 그리고 서로 관련된 과학적 현상을 구분하여 제시할 수 있는 지에 대한 수험생의 능력을 평가하는 문제이다.

Ⅲ. 평가의 주안점

다음의 사항들을 참고하여 채점하여 주시기 바랍니다.

1. 문제 및 주제의 정확한 이해:
1) 답안 작성자가 문제의 핵심을 올바르고 명확하게 파악하였는가?
2) 주제에 관련된 핵심 용어 혹은 문장들이 사용되었는가?

2. 형식의 타당성:
1) 논증의 형식이 논리적으로 타당한가?
2) 답안이 논리적 일관성을 잃지 않았는가?
3) 전제로 사용된 명제들이 참인가?
4) 결론이 명확하게 제시되었는가?
5) 문장과 문장, 문단과 문단이 논리적으로 연결되었는가?

3. 내용의 풍부함:
1) 주제에 관련된 내용이 풍부하게 제시되었는가?
2) 문제의 해답에 본질적인 혹은 필수적인 사항이 빠져 있지 않은가?
3) 논점 밖의 불필요한 사항이 답안에 포함되어 있지 않은가?

4. 사고의 객관성과 정밀성:
1) 문제의 이해 및 답안 작성에 있어서 객관적 태도를 견지하였는가?
2) 답안의 작성에 있어서 개념적 혹은 수량적 정밀성을 견지하였는가?
3) 문제 해결의 방안과 설명이 구체적인가?

5. 언어 사용의 적확성:
1) 표현 의도에 적합한 어휘를 선택하여 올바르게 사용하였는가?
2) 철자법 혹은 문법의 오류는 없는가?
3) 답안 분량이 지나치게 많거나 적지 않은가?

동국대학교 2007학년도 신입생 모집 수시 1학기 논술고사 문제 모범 답안(자연)

[문제 1] (공백 포함 220자)
가속 단계에서는 빗방울에 작용하는 중력이 공기의 저항력보다 커서 가속도는 0보다 크게 되어 속도는 증가한다. 그러나 낙하 속도가 증가함에 따라 공기의 저항력도 증가하여 가속도는 점차 감소한다. 이후 공기 저항력이 중력과 같아지게 되며 가속도는 0이 되어 더 이상 속도는 증가하지 않는다.
중력과 공기의 저항력이 평형을 이루는 등속도 단계에서는 가속도는 0이 되어 더 이상 속도는 증가하지 않는다.

[문제 2] (공백 포함 196자)
공기의 저항력이 없는 진공 하에서 물체에는 중력만이 작용하게 된다. 따라서 물체의 질량, 모양, 크기 등에 관계없이 가속도 g인 등가속도 자유 낙하 운동을 하므로 빗방울과 쇠구슬은 지면에 도달할 때 동일한 낙하 속도를 갖는다. 또한 힘은 질량과 가속도의 곱으로 주어지므로 가속도가 동일한 조건에서는 질량이 큰 쇠구슬이 지면에 더 큰 힘을 가하게 된다.

[문제 3] (공백 포함 279자)
(나)의 결과는 쥐의 미로탈출 능력이 유전적 요인보다는 환경적 요인에 크게 영향 받는다는 것을 보여 준다. 이 결과를 인간 지능에 적용하면, 지능에 대한 높은 유전율을 가지더라도 교육여건이 열악한 환경에서 양육되면 낮은 지능지수를 보이고, 반대로 지능에 대한 낮은 유전적 요인을 가져도 잘 갖추어진 교육 환경에서는 높은 지능지수를 나타낼 수 있는 것을 의미한다. 따라서 (가)에서 제시된 미국 내 백인과 흑인 간의 또는 빈부에 따른 지능지수의 차이를 전적으로 유전적 요인에만 기인한다고 볼 수 없다.

[문제4] (공백 포함 247자)
일란성쌍생아는 서로 동일한 유전자를 가지므로 선천적으로 유전적 요건이 동일하다. 만일 일란성쌍생아가 같은 가정에서 양육되면 비슷한 경험을 하게 되고 비슷한 교육을 받는다. 그러나 서로 분리되어 다른 환경에서 양육되는 경우에는 같은 가정에서 양육되는 것에 따른 편향적 취급을 배제할 수 있다. 따라서 이들 사이에 나타나는 지능의 차이는 환경적 요인에 의한 영향으로 받아들여 질 수 있어 지능지수에 미치는 요인에 대한 분명한 해석을 할 수 있다.

[문제5] (공백 포함 499자)
생태계의 에너지 흐름은 일방적인 방향으로 진행된다. 태양의 빛 에너지는 생산자의 광합성으로 화학에너지로 바뀌어 유기화합물로 저장된다. 유기물에 저장된 화학에너지는 먹이사슬의 영양단계에 따라 생산자에서 소비자로 이동한다. 받아들인 에너지는 호흡을 통하여 ATP로 전환되어 대사에 이용되고, 일부는 열에너지로 방출되며, 나머지 에너지는 다음 영양단계로 이동한다. 궁극적으로 에너지는 열에너지로 소실되어 생물체가 다시 사용할 수 없다.
탄소 순환에서 광합성 생물은 대기 중의 이산화탄소를 유기화합물로 합성하고, 유기화합물은 영양단계에 따라 이동한다. 호흡을 통해 생물체에서 배출되는 이산화탄소는 다시 광합성에 이용된다. 분해자에 의한 동식물의 유기물 분해와 화석연료 연소로 배출된 이산화탄소는 다시 환경으로 돌아가 광합성에 이용된다.
차이점은 탄소는 지구 생태계에서 순환하여 생물체들이 다시 이용할 수 있는 반면, 에너지의 흐름은 일방적이고 결국 생태계에서 다시 쓰일 수 없는 열로 소실된다는 점이다.