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모든 사람을 위한 과학교육의 실제
MBL을 이용하는 과학탐방
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1. 과학 탐방의 의의
초중등 학생들은 주 5일제 수업의 확장과 체험활동의 확대, 전일제 계발활동의 다양화 등으로 탐방의 기회가 확대되고 있다. 역사적인 문화재가 있는 유적지를 방문하여 우리 민족의 찬란한 역사에 대하여 배우기도 하고, 현대 과학기술이 집약된 연구소, 산업체, 건축물, 공원, 놀이시설 등을 방문하여 현대 과학기술의 발달된 모습을 만끽하기도 한다.
하지만 역사 탐방에서는 주마간산 식으로 구경할 뿐 우리 문화에 대한 이해를 충분히 하지 못하는 경우가 많다. 뿐만 아니라 전문적인 안내를 받는 탐방이나, 교육적인 목표를 달성하기 위해 준비된 학교 단체 여행에서도 문화유산의 역사적 가치에만 관심을 가지고 그 과학적 가치에 대해서는 깊이 생각하지 못하는 경향이 있다.
또한 현대 과학기술에 대한 탐방의 경우에도 시설을 둘러보며 겉모습만 살펴보기에 그치거나 홍보영상 시청을 할 뿐 교육적인 효과를 제대로 얻지 못하는 경우가 많다.
과학기술에 대한 부정적 태도와 흥미 저하를 극복하여 전 국민의 과학문화소양을 증진하기 위해 여러 가지 방법이 취해져야 하겠지만 우리 민족의 과학문화와 산업기술에 대한 긍지를 탐방을 통하여 높이는 것이 한 가지 방법이 될 것이다.
잘 구성된 과학문화탐방을 통해 학교 현장에서 역사학습 위주로 이루어지고 있는 문화유산 탐방을 역사뿐만 아니라 과학문화에 대한 이해의 폭을 넓힐 수 있는 기회로 발전시킬 수 있을 것이 기대된다.
2. 탐방과 MBL
이러한 역사 속 과학탐방에서 주된 소재는 우리의 오랜 역사 속에 발달되어온 오래된 과학문화재이다. 소재가 오래된 것이라고 하여 접근 방법까지 오래된 탐방 기법을 유지할 필요는 없다. 오히려 소재가 문화유산일 경우 접근 방법은 보다 현대적인 것이 더욱 효과적일 수도 있다.
따라서 컴퓨터를 이용한 실험(MBL : Microcomputer based Laboratory) 을 역사 속 과학 탐방에 도입하는 것은 효과적인 방법이라고 하겠다. 물론 MBL은 현대과학기술 탐방에서도 효과적인 방법이다.
MBL은 온도, 습도, 조도, 압력, 힘, 수질, 위치, 속도, 가속도, 전압, 전류 등을 측정할 수 있는 센서를 컴퓨터와 연결(MBL 인터페이스 이용)하여 과학에 대한 탐구를 수행할 수 있다. 디지털 카메라나 비디오카메라로 촬영한 동영상을 컴퓨터로 분석하면 움직임이 있는 문화재나 현대과학기술의 원리를 명확히 알 수 있다.
또한 전통 악기나 범종의 소리를 컴퓨터를 이용하여 가시화하여 분석하는 것도 가능하다.
상원사종 모형(신라역사과학관)을 타종하며 컴퓨터로 소리를 분석
컴퓨터에는 기본적으로 사운드카드가 내장 되어 있기 때문에 소리를 분석하는 것은 많은 비용을 들이지 않고도 쉽게 컴퓨터를 이용할 수 있는 방법이다. 이는 학생들의 가정에 있는 컴퓨터로도 쉽게 할 수 있는 장점이 있다.
3. 탐방(경주)에서의 MBL 이용의 예
탐방 현장에서 접할 수 있는 중요한 과학 원리를 MBL을 이용한 실험으로 학생들에게 제시하는 것은 안내 위주의 탐방에서 색다른 흥미를 유발할 수 있다.
탐방지에서 직접 실험하기 위해서는 위해서 노트북 컴퓨터와 인터페이스를 연결하거나, 인터페이스 자체의 화면이 있는 경우에는 노트북 없이 인터페이스만으로 실험을 수행할 수 있다.
하지만 탐방 인원이 많아지면 노트북 화면이나 인터페이스 화면을 통해 결과를 확인하면 흥미와 이해를 높이기는 어려워진다. 따라서 탐방 인원이 많을 경우 휴대용 프로젝터를 밝은 벽에 비추어 많은 인원이 함께 볼 수 있게 하거나, 탐방 전후에 준비된 장소(교실, 박물관 회의실)등에서 실험을 할 수 있다. 더욱 큰 효과가 기대되는 것은 탐방 전후에 학생들과 관련된 내용의 실험활동을 수행하는 것이다.
탐방지에서의 MBL실험의 구체적인 예를 경주를 중심으로 아래에 제시하였다.
(1) 석굴암 주변의 안개 형성
동해에서 불어오는 바람이 토함산 쪽으로 상승하면서 팽창하면서 온도가 하강하여 안개(구름)가 형성하게 된다. 공기가 팽창하여 안개(구름)가 생기는 원리를 직접 확인하는 실험을 수행할 수 있다.
압력계와 온도계가 연결된 Pet병 압력그래프와 온도그래프
Pet병에 공기펌프로 공기를 압축하면 압력의 증가에 따라 온도가 상승하는 것을 볼 수 있다. 잠시 기다렸다가 공기를 팽창시키면 온도가 하강하여 안개가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이때 온도와 압력의 변화를 측정(관찰)하지 않아도 안개형성을 확인할 수 있지만, 위와 같이 그래프로 변화를 관찰하면 더욱 의미 있는 관찰이 될 수 있다.
이때 압력의 변화는 실시간으로 측정되지만 온도의 변화는 온도계 측정 부분을 둘러싼 금속의 열용량이 주변 기체의 열용량 보다 크기 때문에 그 온도 변화가 다소 지연되어 나타나게 된다. 이 때 전체 열용량이 다소 커 제대로 관찰하지 못하게 됨을 유의해야 한다.
(2) 석굴암 내부의 습도조절
습한 토함산 동쪽에 위치한 석굴암은 습기가 차서 내부 조각상이나 석굴 표면이 손상될 가능성이 많다. 현재는 일제강점기에 행해진 잘못된 복원으로 인해 원래의 모습을 찾아 볼 수 없지만, 통일신라시대에 만들진 석굴암 원형에서는 바닥 아래에로 차가운 샘물이 흘러 습기를 제거하고 있었다. 바깥기온이 25도 이상올라가도 15도 이하의 차가운 샘물이 고여 있는 석굴암 앞쪽의 감로수는 이러한 가능성을 뒷받침 한다.
이를 확인하기 위한 실험으로 수조안에 얼음을 집어넣고 습도가 변화하는 것을 확인할 수 있다. 이 경우 따뜻한 물을 함께 넣어 사전에 습하게 해주는 것도 실험 결과를 명확하게 보일 수 있는 한 가지 방법이 된다.
(3) 아치형태의 안정성 확인
석굴암의 궁륭(돔)형태의 지붕과 불국사 청운교 백운교를 연결하는 부분의 아치 형태를 설명하는 것과 연관하여 구조의 안정성을 확인하는 실험을 할 수 있다.
스티로폼을 같은 두께, 같은 폭의 직선형 다리와 아치형 다리로 잘라서 비교하는 실험을 할 수 있다. 다리에 올려놓는 물체의 무게를 변화시켜 가며 버틸 수 있는 한계를 확인하는 실험을 수행할 수 있지만, 정확한 예측이 어려워 다소 지루한 실험이 될 수도 있다. 이 때 힘을 측정하는 장치를 이용하면 부러지기 직전까지의 힘이 기록되어 다리가 버틸 수 있는 한계를 확인할 수 있다.
(4) 석빙고의 보온 원리 관련 실험
석빙고는 흙으로 덮인 두터운 석벽으로 얼음을 보관한다. 경주에는 신라시대의 석빙고는 남아있지 않지만, 조선시대의 것이 남아있다. 석빙고의 보온 원리를 설명하면서 실제 얼음이 녹을 때 조건(배수여부, 환풍구의 위치, 출입문의 방향, 보온 정도)에 따른 온도 변화를 실시간으로 측정하며 비교할 수 있다. 상태 변화 중에 온도가 유지되는 것을 확인하는 것도 유익한 관찰결과이다.
온도 변화를 컴퓨터를 이용하여 측정하였을 때의 장점은 많은 데이터를 실시간으로 그래프로 바꾸어 측정과 동시에 의미 있는 관찰이 가능하고 또 일반 온도계의 한계(측정범위, 상황에 따른 파손)를 극복할 수 있다는 장점이 있다.
(5) 종소리 관찰
국립경주박물관에 전시중인 성덕대왕신종은 직접 타종하며 실험하기 어렵지만, 신라역사과학관에 있는 상원사종 모형은 특정시간이나 사전 협의에 따라 타종 실험을 수행할 수 있다. 관찰자의 위치에 따른 맥놀이의 차이나 시간에 따른 감쇠현상, 가청 범위를 벗어나는 여운의 관찰 등의 실험을 컴퓨터와 마이크만 있으면 수행할 수 있다. 윈도우의 기본 소프트웨어(녹음기)나, 음향실험용 소프트웨어를 이용하여 간단한 실험을 한다면 소리에 대한 관찰을 할 수 있다.
첨부
MBL을 이용하는 과학탐방(2007).hwp
김형석
구암중학교
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