4학년 ‘무게’ 단원 지도와 교재 연구

박종호․차현수(진주교육대학교)

Ⅰ. 머리말

자연의 정보는 오직 시각적인 정보에만 의존하는 것이 아니기 때문에 시각장애학생들이 가진 모든 감각을 이용한다면 충분히 관찰과 실험을 즐길 수 있다. 오히려 시각장애학생들은 사물과 현상을 일상생활에서 접촉하는 양이 적기 때문에 의도적으로 관찰과 실험을 통하여 사물과 현상에 접촉하는 기회를 확대시켜 나갈 필요가 있다. 과학지도는 일반적으로 시각을 통해 습득되는 내용이 많다고 할지라도 시각장애 학생이 과학 교육과정을 효율적으로 이수하기 위해서는 손상된 시각적 감각 투입을 어느 정도 보상할 수 있는 다감각적 방법에 기초해야 한다(이해균, 1996; 김종철, 1993).

따라서 현 초등학교 과학 교과서에 소개되어있는 무게의 개념 중 수평잡기를 이용한 물체의 무게 비교하기에 시각장애 초등학생들이 사용할 수 있는 청각과 촉각을 이용한 수평잡기 저울을 개발하여 시각장애 초등학생들의 과학 실험에 적용한다.

Ⅱ. 이론적 배경

1. 초등학교 과학 교과서의 내용 체계

과학교과의 목표는 과학 학습 후 도달하여야 할 행동으로 인지 발달적 측면  을 고려하여 과학의 본질적 측면, 과학의 호기심과 과학 학습동기 유발, 표현력 신장, 탐구 능력 신장, 과학기술사회와의 관계, 학생의 진로 등 전인적 학습이 가능하도록 설정하였다. 따라서 과학교과의 목표는 ‘자연현상과 사물에  대하여 흥미와 호기심을 가지고 과학의 지식 체계를 이해하며 탐구방법을 습득하여 올바른 자연관을 가진다.’ 이며 이에 대한 하위 목표는 다음과 같다

첫째, 자연을 탐구하여 과학의 기본 개념을 이해하고, 실생활에 이를 적용한다. 이는 과학에서 탐구 활동의 산물인 지식에 관한 것으로 탐구활동을 통하여 과학개념, 원리, 법칙을 이해함은 물론 학습한 과학 지식을 실생활에 적용할 수 있게 하는 것을 목표로 하고 있다. 이는 장애학생에게 매우 중요한 목표로 습득한 지식을 실생활에 직접 활용해보고 문제해결력을 기르게 하는데 있어서 강조되는 영역이라고 볼 수 있다. 또한 유의미하며 효과적인 학습이 되기 위해서는 사실, 개념, 원리를 상호 관련지어 학습할 수 있도록 통합학급에서 이러한 기회를 제공하여야 하며, 나아가 학습한 지식들을 문제 해결 과정에 적용할 수 있도록 학습경험을 제공한다.

둘째, 자연을 과학적으로 탐구하는 능력을 기르고, 실생활에 이를 활용한다. 과학의 개념이나 법칙은 자연을 탐구하는 활동을 통하여 얻어지기 때문에 과학을 학습하는 방법을 가르치고 과학을 바르게 이해시키려면 자연을 탐구하는 방법을 실제 활동을 통하여 습득하게 하여야 한다. 그러므로 통합학급에서 장애학생들에게 적합한 기능적 과학교육활동을 통하여 초보적인 탐구 방법을 습득하게 하여 이것을 실생활에 활용하는 것을 목표로 설정할 필요가 있다.

셋째, 자연 현상과 과학 학습에 흥미와 호기심을 가지고 실생활의 문제를 과학적으로 해결하려는 태도를 기른다. 이는 정의적 영역에 속하는 목표로서 자연현상과 과학과 학습에 대한 흥미와 호기심을 계속 증진시킴으로써 과학학습에 자신감을 가지게 하고 궁극적으로 문제를 과학적으로 해결하려는 태도를 함양하는 것을 목표로 한다. 장애학생들에게 있어 과학교육은 흥미와 호기심을 유발시키기에 아주 적절한 교과목이라 할 수 있다. 눈으로 직접 보고 조작하는 활동 중심의 교수-학습활동이 이루어지므로 장애학생들이 흥미를 갖고 과학적 태도를 형성할 수 있도록 교육과정의 조정이 필요한 것이다.

넷째, 과학이 기술의 발달과 사회의 발전에 미치는 영향을 바르게 인식한다. 이는 과학의 본성 및 과학․기술․사회 간의 관계에 관련된 목표로서, 학생들이 살아갈 시대인 미래 사회의 특징을 고려하여 미래 사회에서의 대처 능력을길러 주기 위한 것으로서 과학과 기술의 한계, 과학․기술․사회의 상호작용, 과학과 진로 등을 바르게 이해하고 인식할 것을 목표로 한 것이다. 과학과 기술은 우리 생활의 모든 영역에 영향을 끼치고 있으며, 개인의 행복은 물론 국가와 사회의 발전과도 밀접히 관련되어 있으므로 과학․기술․사회에 대한 바른 이해는 매우 중요한 교육 목표가 된다(교육인적자원부 1998). 위에 언급한 과학교육의 목표아래 초등학교 과학교과서는 아래 표 1과 같은 내용으로 기술되어 있다.

표 1 초등학교 과학과의 내용 체계

분야	초등학교 3학년	초등학교 4학년	초등학교 5학년	초등학교 6학년
에너지	․자석놀이 ․소리내기 ․그림자놀이 ․온도재기	․ 수평잡기 ․ 용수철 늘이기 ․ 열의 이동 ․ 전구에 불켜기	․물체의 속력 ․거울과 렌즈 ․전기회로꾸미기 ․에너지	․물 속 에서의 무게의 압력 ․편리한 도구 ․전자석
물질	․주변의 물질 알아보기 ․여러 가지 고체의성질 알아보기 ․물에 가루 물질 녹이기 ․고체 혼합물 분리하기	․여러 가지 액체의 성질 알아보기 ․혼합물 분리하기 ․열에 의한 물체의 온도와 부피변화 ․모습을 바꾸는 물	․용액 만들기 ․결정 만들기 ․용액의 성질 알아보기 ․ 용액의 변화	․기체의 성질 ․여러 가지 기체 ․촛불 관찰
생명	․초파리의 한살이 ․어항에 생물 기르기 ․여러 가지 잎 조사하기 ․식물의줄기 관찰하기	․강낭콩 기르기 ․식물의 뿌리 ․여러가지 동물의 생김새 ․동물의 생활 관찰하기	․꽃과 열매식물의 잎이 하는 일 ․작은 생물 관찰하기 ․환경과 생물	․우리 몸의 생김새 ․주변의 생물 ․쾌적한 환경
지구	․여러 가지 돌과 흙 ․운반되는 흙 ․둥근 지구 , 둥근달 ․맑은 날, 흐린 날	․별자리 찾기 ․강과 바다 ․지층을 찾아서 ․화석을 찾아서	․날씨의 변화 ․물의 여행 ․화산과 암석 ․태양의 가족	․계절의 변화 ․일기 예보 ․흔들리는 땅

초등과학영재의 에너지 영역의 학습에 있어서 물리영역의 초등학교의 내용을 개념도를 가지고 파악할 필요가 있다. 왜냐하면 물리는 사물의 관계성에 관한 것이므로 그 연결고리가 독립된 것이 아니고 서로 상호관계성을 가지고 있기에 그에 타당한 개념도가 가장 우선시 되는 것 중에 하나이다. 따라서 다음의 개념도를 통하여 초등학교의 에너지 영역의 흐름을 이해해보도록하자. 초등학교의 에너지 영역은 크게 4가지 영역으로 분류되어진다. ① 힘 ② 빛 ③ 전열 ④ 전기와 자기 그에 따른 학습내용은 표 2과 같이 정리되어진다.

표  초등학교 과학교과의 에너지영역에 제시한 학습내용

영역	3학년	4학년	5학년	6학년
전자기	자석놀이	전구에 불켜기	전기회로 꾸미기	전자석
열	온도재기	열의 이동과 우리생활	에너지
소리	소리내기
빛	빛의 나아감		거울과 렌즈
힘과 운동		수평잡기, 용수철 늘이기	물체의 속력	물속에서의 무게 와 압력 편리한 도구

위의 표 2를 다시 세분화하여 그 영역별로 개념도를 만들면 아래의 내용과 같이 만들 수 있다.

초등학교 과학과에서 무게 개념은 슬기로운 생활 2학년 2학기 주렁주렁 가을동산이란 단원에서 무게 재어보기로 시작한다. 수평잡기는 4학년 1학기 1단원에서 다루고 있다. 4학년 2학기 용수철 늘이기 단원에서 용수철을 이용하여 무게 재어 보기를 한다. 6학년 2학기에는 물속에서의 무게와 압력으로 무게 개념에 대하여 학습한다. 이중 초등학교 교육과정에서 수평잡기와 관련된 개념을 정리하면 다음과 같다.

가. 여러 가지 물체의 수평잡기, 나. 나무 도막이나 추를 이용하여 수평잡기

다. 수평잡기를 이용하여 물체의 무게 비교하기, 라. 양팔 저울 만들기,  마. 양팔 저울을 이용하여 물체의 무게 비교하기,  바. 분동을 이용하여 물체의 무게 비교하기,  사. 물체의 크기와 모양에 따른 무게 알아보기

2. 수업 모형-발견 학습

교사의 설명을 최소한도로 줄이고 교사의 지시 없이도 학생들이 독립적으로 학습목표를 달성할 수 있도록 하는 수업의 형태를 발견학습(discovery learning)이라고 한다. 여기에서 강조되는 것은 문제해결의 기술과 학습방법의 학습이다. 교사의 역할은 학생들이 스스로 학습할 수 있도록 여건을 형성해 주는 것이다. 1970년대 이후 학문중심 교육과정의 보급과 함께 발견법이 강조되었는데, 최근의 개념학습에서 보면 개념을 교사가 설명해 주지 않고, 학생들이 어떤 개념의 특징을 스스로 찾아내고 그 공통성을 발견함으로써 개념을 이해하도록 하고 있다. 발견법은 적극적인 학생이 성공의 즐거움을 맛볼 수 있어 자아실현을 촉진하고, 자주적 학습능력 ·창의적 사고력 ·귀납적 사고력 등을 자극하여 최근에 주장되고 있는 고급사고력을 함양하는 장점을 가지고 있다. 그러나 시행착오 때문에 시간이 많이 걸리고, 체계적으로 학습하지 못할 경우도 있는 단점이 있다. 교사가 주로 강의로 수업을 하는 설명적 수업 및 설명적 수업과 발견적 수업의 절충형태라고 할 수 있는 교도학습(敎導學習)과 구분된다. 교사의 적절한 역할과 학생의 자주적 활동을 모두 존중하는 교도학습이 바람직하다는 견해도 있으나, 현대적인 산업사회에서의 학생들의 능동적인 능력의 중요성을 고려할 때 발견학습의 장점은 단점을 능가하는 것으로 평가되고 있다.

Ⅲ. 단원지도를 위한 과학탐구상자

1. 차시별 과학탐구상자 개요

차시	활동 주제	탐구활동
1	여러 가지 물체의 수평잡기	-가운데를 받쳤을 때 수평이 되는 물체와 그렇지 않은 물체의 특징을 알아보기
		-널빤지가 수평이 되게 하기 -같은 수, 다른 수의 나무 도막으로 수평 잡기
2	수평 잡기를 이용하여 물체의 무게 비교하기	-수평 잡기를 이용하여 무게를 비교하는 방법을 알아보기 ·받침대 위에서 수평을 이룬 널빤지에 올려놓으면, 무거운 쪽이 내 려간다. ·실에 매달아서 수평을 이룬 막대에 매달면 무거운 쪽이 내려 간다.
		-수평 잡기를 이용하여 무게를 비교할 때 주의할 점은 무엇일까요 ·모양이 일정한 받침대나 막대를 이용하여 정 중앙에 받치도 록한다. ·무게를 비교하는 두 물체를 같은 거리에 놓도록 한다.
3	양팔 저울을 이용하여 물체의 무게 비교하기	-양팔 저울로 물체의 무게 비교하면 어떤 점이 좋을까 ·양팔 저울을 사용하면 물체의 무게가 아주 비슷해도 어느쪽 이 무거운지 확실하게 비교된다
		-기준 물체로 물체의 무게 나타내기 위해선 어떻게 해야 할까요 ·기준 물체로 사용하려면 무게가 일정해야 한다. ·동전, 클립, 바둑돌, 나무도막 등 무게가 일정한 물체를 사용해야 한다
4	분동을 이용하여 물체의 무게 비교하기	- 분동의 종류를 알아보기.
		- 분동을 사용하면 편리한 점은 무엇일까 ·세계 어느곳에 가도 같은 분동을 사용하므로 정확한 정보전 달이 가능하다. ·이미 만들어져 있는 크고 작은 분동을 필요에 따라 선택해서 사용할 수 있으므로 편리하다.
5	물체의 크기와 모양에 따른 무게 알아보기	-크기가 큰 포카칩과 크기가 작은 초코파이의 무게는 어떤 것이 더 무거울까 ·크기는 포카칩이 크지만 무게는 초코파이가 더 무겁다. ·물체의 모양은 무게를 판단하는데 적절한 기준이 아니다.

2. 교구

연번	교구명	세부사항	부품 모형도
1	널빤지	시각장애 학생들이 나무 도막을 고정할 수 있게 칸막이를 두었고, 각 칸의 중앙에는 숫자를 나타내는 스티커를 붙여 한번에 알 수 있게 하였고, 좀 더 정교한 실험을 위해 수평 조절 나사를 부착하였다.(수평조절 나사는 교사 가 조작한다)
2	삼각대	삼각대 부분이 너무 뽀족할 경우 널빤지와 고정이 되지 않고, 너무 면이 클 경우 실험에서 오차가 너무 크다. 따라서 삼각대 부분을 베어링으로 만들어 널빤지와 본체를 연결하였다.
3	본체 내부 구성	본체의 내부는 2개의 자외선 센스와 스피커 그리고 교류 전환기, 스위치를 두어 자외선 센스에 널빤지가 닿을 때 스피커에서 각각 다른 소리가 나게 하였고, 스위치를 두어 끄코 켜고를 가능하게 하였다. 또한 스위치를 켤 때 작은 전등을 같이 연결해 스위치가 켜져 있음을 알게 해 저시력 학생의 경우 본체의 전원이 들어와 있는지 확인할 수 있게 하였다.
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Ⅳ. 적용

1. 지도안 예시

주제		나무 도막을 이용하여 수평잡기			차시	2/5
학습 목표		수평이 된 널빤지의 양쪽에 같은 수의 나무 도막을 올려놓아 수평이 되게 할 수 있다. 수평이 된 널빤지의 양쪽에 다른 수의 나무 도막을 올려놓아 수평이 되게 할 수 있다.
학습관련요소		수업모형		학습자료
		발견학습		널빤지 저울, 나무도막, 시소모형(확대사진), 타워크레인모형(확대사진)
학습단계	학습요항		교수 활동		학생	지도시 유의점
탐색 및 문제 파악	전시학습 상기 및 동기유발		- 수평을 어떻게 맞추었나요? - 그러면 여러 개의 나무 도막은 어떻게 수평을 맞출 수 있을까요?		- 기울어 지지 않는 점을 찾았습니다. - 같은 개수의 나무도막을 올려 놓습니다.
	학습문제 확인		- 널빤지의 양쪽에 나무 도막을 올려 놓아 수평을 만들어 봅시다.		- 네.
자료 제시 및 탐색	실험도구를 이용해 실험하기		◎ 실험 도구 설명하기 - 실험도구의 위쪽을 만져 보면 널빤지가 있고, 널빤지에 각 각 칸을 나누는 칸막이가 있습니다. -각 칸의 중간에 스티커가 있고, 중심으로부터 가장 가까운 쪽이 1이고 가장 먼 쪽이 4입니다. - 전원을 켜고 오른쪽과 왼쪽으로 기울여 보겠습니다. ◎ 실험 과정 소개하기 - 실험 관찰 책을 살펴보게 한다. ◎실험 -그럼 이제 나무도막 2개를 드릴테니 양쪽에 각각 1개씩 올려서 균형을 맞춰 보겠습니다. - 왼쪽에 1개, 오른쪽에 2개를 놓을 때 수평이 되게 하려면 어떻게 해야 할까요?		◎ 실험 도구 만져보기 - 네! 널빤지가 있고, 널빤지에는 칸막이가 있습니다. - 네! 만져보니 칸이 있고, 칸마다 스티커가 붙여져 있습니다. [전원을 켜고] - (전맹학생일 경우)각자 다른 소리가 나요 - (저시력학생일 경우) 가운데 불도 같이 들어오는것 같습니다. ◎ 실험 과정 알아하기 - 실험 관찰 책을 보며 오늘 공부할 내용을 안다. ◎실험하기 - 같은 거리에 올려놓으니 양쪽이 수평이 되는 것 같습니다. - 왼쪽은 1의 자리에 오른쪽은 2의 자리에 놓으면 되요(왼쪽2, 오른쪽4)	※ 실험 도구를 충분히 만져 보게 하여 실험을 하기 전 실험에 대한 이해를 높이게 한다. ※ 저시력 학생에게는 확대된 실험 관찰설명서를 주고 전맹 학생에게는 촉각을 이용할 수 확인 할 수 있는 실험 관찰 설명서를 제시한다. ※ 자칫하면 노작활동처럼 실험이 변할 수 있기 때문에 실험 시 실험의 목적에 간해서 설명하고, 나무도막도 꼭 필요한 수만큰만 제공한다.
자료 추가 제시 및 탐색	여러 개의 나무도막을 이용하여 관찰하기		◎ 여러 개의 나무 도막을 이용하기 - 어떻게 하면 수평을 이룰지 예상을 해 봅시다. - 예상과 맞는지 실험을 통해 확인해 보세요.		◎ 여러 개의 나무 도막을 이용해 실험하기 - 수평을 이룰 조건을 예상합니다. - 수평을 이루는 조건과 맞는지 알아보기	※충분히 예상을 하게 하여 과학적 사고력을 향상시키며 또한 목표 달성의도를 달성할 수 있게 한다.
규칙성 발견 및 개념 정리	결과토의하기		◎ 규칙성 찾기 - 나무도막이 수평을 이루기 위해서는 어떤 규칙이 있나요? - 나무 도막을 놓을 때 생긴 규칙을 말해 보세요.		◎ 규칙성 알기 - 나무도막이 중심에 가까울수록 무거운 것 같아요. - 거리가 2배 멀어지니 무게가 반으로 줄어드는것 같습니다.	※ 일반화 할 수 있는 규칙을 찾을 수 있게 충분히 말해 보도록 하고, 교사의 말보다는 스스로 규칙을 찾을 수 있게 한다.
적용 및 응용	결과적용하기		◎ 실생활에 적용하기 - 실생활에서 수평을 이루는 예를 말하게 한다. - 모형 및 확대 사진을 보여준다.		◎ 실생활에서 알아보기 - 시소 등 - 모형 및 확대 사진을 보며 수평이 이루는 예를 안다.	※ 생활에서 사용되고 있는 모형을 제시하여 적용 및 일반화 하게 한다. ※ 저시력 학생의 경우에도 모형이 도움이 될 수 있어 같이 활용하도록 한다.

토론/연구과제

1. 위의 실험기구로 가지고 시각장애 학생들에게 무게 중심잡기를 가르친다면 어떻게 지도해야할까요 ?

2. 위의 실험기구를 개선한다면 어떤것이 있을까요 ?

참고문헌

이해균(1996). 시각장애학생의 과학지도. 특수교육연구, 3(4). 118-129.

김종철(1993). 다감각적 실험 학습 모형을 통한 맹학생의 과학 실험 지도 연구.  특수교육총연합, 1-39.

교육인적자원부(1998). 제 7차 과학과 교육과정. 서울: 대한 교과서 주식회사.