통합과학교과교육 이해와 적용

1권

도플러 효과 실험장치
안개상자 만들기
스펀지 원자
촉매에 따른 과산화수소의 분해반응
농도에 따른 반응속도(시계반응)
다양한 은거울 반응
행성의 궤도 알아보기
1N, 1J, 1W 체험 실험
1cal 체험 실험
무게중심 찾기
천체운동 설명 장치
날짜까지 알 수 있는 해시계
지구에 생명체가 살 수 있는 이유는
주사기 속의 기체발생
포화수증기량곡선 만들기
스티로폼구 분자모형
막이야기
건습구습도계 만들기
지구내부 모형제작
중력극복 실험구, 떠오르는 타이타닉
신호등 반응 실험
탁구공의 무한도전
아름다운 DNA
식물세포에서 DNA 추출
지구에 있는 외계의 생명체
유전자 결혼식
다양한 전기분해
전자석 버저와 전신기 만들기
변온 물감으로 건전지 테스터기 만들기
자석판 위에 춤추는 개구리
나비가 애벌레로 바뀌는 마술 -
이 세상의 모든 빛
피터팬의 그림자는 무슨 색깔일까? -
눈의 원리
빛의 합성
편광이 만드는 빛의 마술
자기장으로 음성신호 전달
신용카드 속의 자석
초간단 전자오르간

2권

초간단 디지털 온도계
적외선을 보자
소리를 눈으로 보는 장치 만들기
투명 비닐 스피커
반도체 소자의 특성
옴법칙 창작회로(V1)
옴법칙 창작회로(V2)
옴법칙 창작회로(V3)
옴법칙 창작회로(V4)
건전지로 하는 전기도금
트랜지스터 증폭회로
적외선 센서와 광통신
스포이드병 검전기
광전효과
어두워져야 불이 켜지는 전구
미니 진공청소기 만들기
태양광 전원 시스템
비닐봉지의 비밀
나일론 합성실험
기가바이트와 나노미터 -
SI접두어 카드게임
플러렌(C60) 종이 모형 -
STEAM으로 배우는 암석과 광물
화성암을 만들어보자
퇴적암을 만들어보자
카멜레온 액체탑
줄기세포
개구리 해부모형
산림개발 3년 계획
위험한 벌레
비즈로 만든 박테리오파지 T4
물의 순환
해부하지 않고 인체 내부보기
인체내부 해부모형
인체골격모형
귀모형 만들기
패트리 접시 속 산성비
지구를 살리기 위한 탄소배출 세금
물전지와 활성탄전지
세계가 만일 100명의 마을이라면

‘2009년 12월 개정 고등학교 과학과 교육과정 국가교육과정정보센타(https://www.ncic.re.kr/nation.index.do)
’에서 ‘과학’은 학생들이 민주주의 사회의 구성원으로서 갖추어야 할 최소한의 과학적 소양을 함양하기 위한 과목으로 규정되고 있다.
과학과목을 통해 학생들은 우주의 탄생에서부터 태양계의 형성 및 생명체의 출현에 이르기까지 우주의 질서를 밝혀내기 위해 과학자들이 가졌던 의문과 해결방안을 탐색할 수 있고 이를 통해 과학의 본성을 이해할 수 있다. 또한 정보통신과 신소재, 인류의 건강과 과학기술, 에너지와 환경 등에 현대사회와 관련된 기초적인 과학 개념을 학습하게 된다. 현대사회를 살아가는 교양인으로서 꼭 갖추어야 할 이러한 과학적 지식들을 배움으로써 학생들은 올바른 의사소통과 판단능력을 갖춘 시민으로 성장할 수 있다. 또한 학생들은 물리, 화학, 생명 과학, 지구과학 등의 심화과목 속에서 다양한 관찰, 실험, 조사, 토론 등의 활동을 하게 되고 이를 통해 창의적 문제해결능력은 물론 시민사회에서 합리적인 의사결정을 위해 필요한 의사소통능력을 기를 수 있다. 정리하자면 과학과목은 단순히 과학지식을 습득하는 과목이 아니라 과학적 사고능력을 바탕으로 한 다양한 활동들을 통해서 합리적 의사결정과 같은 사회적 교양을 함께 형성하는데 있는 것이다.
그러나 이 교육과정 시행 두 해가 끝나가는 현재, 교육현장에서는 이처럼 과학과 기술 그리고 사회 사이의 상호 작용을 이해하고 과학 지식과 탐구 방법을 활용하여 합리적 의사 결정 능력을 기르기 위한 수업모델개발이 아직 미흡한 편이다. 이는 실험중심의 과학수업 Field Manual이 없는 것이 가장 큰 원인이다. 그러므로 실험중심 Field Manual 연구개발은 시급하며 꼭 필요하다.
이에 대표저자 겸 편집자는 공저자들의 적극적인 협조와 지원에 힘입어 2009 개정 교육과정 융합과학 교수학습을 위한 경기교육형 실험중심 Field Manual을 연구개발하고 교육현장에 적용과 확산할 방안을 제안하려는 목적으로 “2009 개정 교육과정 융합과학 교수학습을 위한, 경기교육형 실험중심 Field Manual 연구개발 및 교육현장 적용과 확산” 연구를 수행하였으며 그 성과물을 엮어 이 책으로 출판한다.
미시간공과대학에서 20년간 교수로 재직하며 창의력을 위한 혁신센터와 학습센터의 소장, 학생들의 적응력과 리더십 계발을 위한 학생성공센터의 소장을 역임한 동국대 석좌교수이신 조벽 교수는 ‘나는 대한민국의 교사다’라는 책에서 다음과 같이 피력한 바 있다. 한국의 미래, 교육자에게 달려 있다. 한국 교육 개혁의 다섯 가지 걸림돌과 다섯 가지 징검돌이 있다. 책임 회피(나 말고 다른 사람이 문제다), 타성적 무기력(전부터 그랬으니 어쩔 수 없다), 불신감(국산품은 못 믿겠다), 맹목적 신봉(외제면 무조건 좋은 것이다), 그리고 절망(‘왜 그럴까? 무엇이 문제일까?’를 생각하지 않기 때문에 핵심을 못 보는 본질에 대한 이해 부족과 ‘어떤 답이 있을 수 있을까?’라는 가능성에 대한 창의력 부족이 가져다주는 절망)이 다섯 가지 걸림돌이다. 그 걸림돌을 제거하는 전략(징검돌) 역시 다섯 가지이다. 첫째는 시대의 흐름을 읽어야 한다. 절망을 극복하기 위해서는 비전이 필요하고, 올바른 비전이 있을 때 비로소 희망을 느낄 수 있다. 비전은 시대의 흐름을 명백히 읽는 데에서 비롯한다. 둘째, 우리 스스로 리더가 되어야 한다. 모두가 회피하는 책임을 스스로 지겠노라고 선뜻 나서는 사람을 일컬어 리더라 한다. 서로 “네가 잘못했다. 네가 혁신해야 한다”라고 할 때 “아니다. 나부터 바꾸겠다”라고 하는 용기 있는 사람이 새 시대의 리더이다. 세 번째 전략은 지금부터 시작하는 것이다. 타성적 무기력을 극복하는 방법은 이것 단 한 가지이다. 해야 할 일을 미뤄서는 되는 일이 별로 없다. 내일도 아니고 당장 지금부터 시작해야 한다. 넷째, 불신의 반대는 믿음이다. 그 믿음은 우리(교육자, 학생, 사회 등)의 장점을 찾는 습관에서 창조된다. 마지막으로 맹목적 신봉에서 벗어나기 위해서는 지혜가 필요하다. 지혜는 아는 것에서 비롯되고, 교육자의 지혜는 새로운 시대와 사회가 요구하는 교수법을 배움에서 시작된다.
STEAM 교육(융합인재교육)이란 무엇일까? 2011년부터 초ㆍ중등교육정책으로 도입된 ‘STEAM 교육’은 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 내용을 통합하여 가르치고 융합적인 사고를 할 수 있는 창의적 인재를 양성하겠다는 것이다. 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 수학(Mathematics)에서 STEM이 처음 탄생한 것은 1990년대 미국에서였고, 2006년에는 STEM에 예술(Art)을 포함시킨 STEAM(융합인재교육)이 화두가 되었다. 그렇다면 STEAM 교육(융합인재교육)의 지향점, 좀 더 흥미로운 탐구와 학습토론, 소통과 협력의 수업을 지향하며 문제해결능력을 갖출 수 있도록 도와주는 새로운 수업방식 시스템의 롤 모델은 무엇이며 그 시스템을 위한 교재는 어떤 것이어야 할까?
이 책은 위의 화두에 대한 정답을 줄 수 있을 것이라고 생각한다. 즉, 2009 개정 교육과정 융합과학 교수학습을 위한 경기교육형 실험중심 Field Manual은 STEAM 교육을 위한 융합과학 실험 69종 Field Manual로 승화되었으며, 이는 한국의 미래를 짊어진 교육자(특히 과학교사)에게 바람직한 한국 교육 개혁의 훌륭한 징검돌이 될 것으로 믿어 의심치 않는다.

과학을 전공하신 선생님들의 소중한 지식과 경험을 흔쾌히 나누려 모아놓은 “STEAM 교육을 위한 융합과학실험 Field Manual”을 읽고 소감을 쓰도록 제안해 주신 김인수 선생님께 감사를 드립니다. 과학 기술의 발전 정도가 겨레와 국가의 성쇠의 척도를 나타내는 것은 명확한 사실입니다. 개인적으로도, 공부가 짧지만, 물리학 교육과 연구를 업으로 삼을 수 있게 한 근본적인 시발점은 초중고 학생시절에 과학 선생님들께서 당신들의 고귀한 지식과 정보를 제공해 주었기 때문입니다. 저의 초중고 시절에 호기심을 가지고 수업에 임하던 저의 사기를 북돋아 주시던 과학 선생님들의 모습들이 아직도 기억 속에서 생생합니다. 현재 과학기술계의 위상이 조금씩 나아지고 있는 것은, 대다수의 과학 기술 및 예술계 종사자 들이 특히 초중고 선생님들께서 어려운 환경에서도 꿋꿋하게 연구와 교육 그리고 홍보에 매진해주신 덕분입니다. 이분들의 헌신과 열정이 겨레와 국가 나아가서는 인류번영의 초석이 됨은 자명합니다. 이 책에 담겨져 있는 선생님들의 연구와 과학에 대한 열정에 견주어서, 이런저런 핑계로 연구와 교육에 소홀하였던 저의 생활 태도를 반성하는 계기를 주셔서 또다시 감사드립니다.

이 책에 쓰여 있는 과학현상에 대한 설명이나 접근방법은 과학의 원리를 잘 설명하고 있어서 학생들이나 일반들이 쉽게 과학의 원리를 이해하고 흥미를 갖도록 잘 꾸며져 있습니다. 소개된 실험 가운데 여러 편은 현재의 첨단 연구 기법에 비교해도 뒤지지 않는 훌륭한 과학의 접근법을 보여주고 있습니다. 게다가, 짧은 지면에 각 실험들의 개념과 원리, 방법, 그리고 그 응용까지 함축적으로 보여주는 것은 거의 예술의 경지입니다. 이제 과학기술은 매우 복잡해져서 과학의 어느 한 분야만을 잘해서는 큰 진보를 이루기 어렵게 되었습니다. 일예로 스마트폰을 생각해보면, 스마트폰은 수학, 물리, 화학 생물 지구과학, 통신공학, 전산공학, 기계, 재료, 음악, 디자인 등등의 어는 한 분야도 빼놓지 않고 응용해서 만들어집니다. 과학, 기술, 공학, 예술, 수학을 아우르는 통합과학교육을 표방하는 STEAM 프로그램은 현재의 과학기술계의 경향을 매우 잘 반영한 프로그램입니다. 또, 이 책에서 소개한 융합과학실험 방법은 STEAM 교육의 본질을 매우 잘 이해하고 응용하게 하는 매우 좋은 지침서가 될 것입니다.

저도 초중고교생들의 과학실험 전시회를 여러 군데 다녀보았고, 학생들을 참여하도록 독려하고 조언도 여러 차례 했었습니다. 전시회를 참관하다가 전시작품들의 발상이 매우 기발하여서 소장하면 좋은 영감을 얻을까 하여서 실험소개 책자들을 사기도 하였는데, 이렇게 그런 책자의 발문을 쓰게 되어서 개인적으로도 무한한 영광으로 생각합니다. 통합과학교육에 대한 여러 선생님들의 열정이 씨앗이 되고 밑거름이 되어서 우리의 학문이 우리나라는 물론 세계의 번영과 복리증진의 바탕이 되기를 기원하면서 이만 글을 줄입니다.

2012년 10월 어느날 한라산 기슭에서
제주대학교 물리학과 교수 우종관