"과학문화교육"

2012-11-15 (Vol 9, No 14)

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과학문화교육의 연구와 저술

(2001) 전국 초중등학교 과학 실험교육 실태분석과 혁신정책 방안 연구

(한국과학문화재단 연구과제)

목 차

제출문
요약문
상세목차

제1장 서언 1
1. 연구의 필요성 1
2. 연구의 목표와 내용 3
3. 연구의 방법과 과정 4
4. 기대 성과와 활용 방안 5

제2장 학교 실험 교육의 의미와 의의 6
1. 실험의 역사와 과학활동 속의 기능 6
2. 학교 실험교육의 변천 16
3. 학교 실험교육의 역할 22

제3장 초중등학교 실험 교육의 현황 38
1. 실험교육의 성취 수준 38
2. 실험교육의 현장 여건 39
3. 실험교육의 계획과 지도 42
4. 실험교육의 지원체제 45

제4장 초중등 실험 교육의 개선과제와 혁신 정책 50
1. 바람직한 실험교육의 가치 50
2. 탐구실험의 개개인의 내재 가치 51
3. 바람직한 실험교육의 사회문화적 공헌 52
4. 실험교육의 이념과 개선 과제 54
5. 거국적 캠페인 55

참고문헌 57
부록 1. 2000년도 교육통계 개요(교육부) 63
2. 과학교육진흥법 및 동법 시행령 69
3. 초중등 과학실험교육에 대한 설문 75
전국 초중등학교 과학 실험교육
실태분석과 혁신정책 방안 연구


(요 약 안) (10. 20)


과학 실험교육의 신념과 사회문화적 가치; 기쁘게 실천하는 지성

1. 과학 탐구는 실험과 이론이 조화롭게 어울리는 사회문화적 활동

-과학은 창의적이고 실증적인 인간이 알고 싶은 마음으로부터 손과 머리가 의미 있게 어울리는 사회문화적 과정으로
-관찰과 실험없는 이론, 이론없는 관찰과 실험은 과학답지 않음
-특히 상상력이 풍부한 청소년의 과학 실험은 자연 속의 경험과 체계적 이론을 관련 지우도록 돕기 위해 의도적으로 고안된 환경에서 물질 세계를 조작하는 활동임

2. 바람직한 실험 활동은 청소년의 실증적인 창의력 발달의 기반

-자연의 세계를 대상으로 하는 청소년의 탐구적 실험활동은 우주에는 질서가 있다는 신념을 갖게 하는 것을 바탕으로
-자연의 아름다움을 느끼고 아끼는 마음을 기르며
-실증적인 창의력을 함양하도록 함으로써 개인의 성장과 그 결과로 다음과 같이 민주 사회에 공헌

3. 노작 천시 사상과 성급한 횡재 추구의 단절

-철저한 과학 실험교육은 전통 속에 뿌리깊은 노작 천시 사상과 근래의 3D 기피 풍조를 불식하고 인력구조의 불균형을 바로 잡으며
-실제로 탐구적인 노력을 하지 않고 게으르면서 욕심으로 비롯되는 투기 등 성급한 횡재의 추구를 단절시키고
-인내와 성실을 바탕으로 하는 현대적 의미로서의 합리적으로 실천하는 덕망을 갖추게 함

4. 근거 없는 주장과 비합리적 행동의 타도

-실험과 이론을 조화롭게 관련 지우는 과학 탐구 활동은 혼란한 대중매체의 불확실한 정보와 근거 없는 주장에 현혹되지 않고 궤변과 독선을 타파하며
-무질서한 교통, 비위생적 공중 도덕, 각종 미신 행위, 무모한 모략의 근절을 도모하게 함

5. 생명의 존중과 자연 환경의 보호

-바람직한 과학 실험 활동은 인간생명의 경시 풍조와 자연 생태계의 파괴, 그리고 과학기술의 오용을 배경으로 한 인류 몰살의 전쟁을 막고
-물질과 에너지 소비를 줄이며, 오염과 엔트로피 증가를 둔화시키는데 원천적으로 공헌
-우리 모두가 쾌적한 환경 속에 적절한 물질 생활과 품위있는 정신생활을 영위하기 위해서는 무엇보다도 공중도덕심을 바탕으로 한 인간교육속에 바람직한 학교 내외의 과학활동과 연계적인 철저한 과학적 실험교육이 중요함, 바람직한 환경교육은 바람직한 과학 실험교육의 바탕에서 가능

6. 이론과 실험 실력이 출중한 잠재적 과학기술 인력의 양과 질 고양

-초중등 과학 실험 교육의 잘못은 과학의 참모습을 굴절시켜, 과학 기술계로의 진로 교육에 지장을 주어 잠재적 과학기술 인력 양성을 위한 전문 과학 교육을 어렵게 하고 비효과적으로 이끌게 하므로, 바람직한 실험교육은 절실한 시대적 과업임.
-즉, 초중등 과학 실험 교육은 고급 과학기술 인력의 양적인 확보는 물론 질적 수준을 좌우하므로 한국 과학 기술계와 산업 경제계에 큰 영향을 끼칠 것임.
-특히 고급 과학기술 인력의 양성을 목적으로 하는 과학(영재)고등학교는 참다운 실험교육을 중시해야 함.

그러므로, 모든 국민이 과학기술 문화생활 시민이자, 과학기술 응용력 있는 직장인이 되고, 또 한편 국가 사회가 필요로 하는 창의력과 인내심 있는 잠재적 과학기술인력의 확보를 위해서, 참다운 과학 실험 교육은 가치 있는 역사적 과업이며 사회문화적 활동의 중요과제로 거국적인 관심사가 되어야 함.
그런데, 바람직한 실험교육은 어떠한 것인가?


바람직한 실험교육의 지향 모형

1. 실험전 탐색과 실험목표 인식 및 실험후 적용활동 중요

-실험 전에 동기유발과 필요한 안내 등을 위해 흥미로운 탐색 활동을 도입하는 노력이 필요하며
-실험한다고 하면서 왜 무엇을 하는지 모르고 기능적으로 하지 않도록 바람직한 방안을 강구해야 하고
-실험후 여러 유용한 적용 활동이 뒤따르도록 하는 것이 중요

2. 학생의 수렴적 및 발산적 실험교육의 균형

-결과를 알고 확인하거나 하나의 정답만을 향한 학교의 전통적인 수렴적 실험활동 보다
-결과를 모르거나 여러 가지 방법으로 설명하거나 해석할 수 있는 발산적 실험 활동을 중요시 여겨 학생의 수준과 여건에 맞춰 실험교육을 시행

3. 간단하고 싼 기자재로부터 복잡하고 비싼 것을 적합하게 선택

-구태의연한 형식적이고 기능적인 요리책 답습같은 “실험활동”보다 흥미로운 완구 놀이의 탐구와 같은 활동을 어릴 적부터 장려하며
-주변의 자료를 이용하여 기본적인 도구와 측정기기를 가지고 실험하는 경험을 바탕으로
-탐구과제에 따라 점진적으로 적당한 수준의 고급기자재를 사용하는 검약의 지혜를 키워야 함.

4. 실제 실험과 영상 실험 과학활동의 연계

-실험활동이 전산이용의 인터페이스 적용 등으로 현대화되고
-전산 시늉이 실험 전후에 의미 있게 도입될 수 있겠으나,
-그것만으로 끝나서는 안 되고, 실제적인 실험활동이 중요시되면서 전산기기를 비롯한 고급기자재가 의미 있게 사용되어야 함.

5. 실내 과학 실험과 실외 과학 활동의 의미 있는 연계

-현실적으로는 학교 교실과 실험실에서의 활동이 서로 관련 지워져야 하고,
-이상적으로는 과학활동이 탐구 실험, 전산활동, 발표토론 등을 할 수 있는 학교의 “과학실”, 지역의 “과학교육관”에서 수행되어야 하며,
-이러한 실내의 과학활동이 실외의 자연답사와 과학탐방 등 실외활동으로 의미있게 확장되어야 함

6. 발전적 실험 교육을 위한 전문적인 연구개발 활동

-왜 모든 청소년에게 값비싼 실험활동을 시켜야 하는가, 무엇으로 어떻게 지도하는 것이 바람직한가 연구되고
-실험실, 기자재, 전산시늉 등을 위한 전산기기환경, 안내서 등이 연구 개발 보급되어야 하며
-실험활동이 교육과정과 평가 속에 합당하게 포함되고 시행되는 체제가 확립되어야 함

7. 효과적으로 실험을 지도할 교사 양성과 연수과정

-주로 교육대학은 초등교사 양성과 연수에서, 그리고
사범대학은 중등과학교사 양성과 연수에서
합당한 실험교육을 철저히 시켜야 함
-특히, 교수의 연구와 교육이 분리되지 않고 의미있고 현명하게 연계되도록 연구체제와 교사양성체제가 긴밀하게 상호 보완적이 되게 함

8. 합당한 실험교육 여건을 갖추게 하는 행재정 체제와 사회환경

-자질을 갖춘 과학실험 지도교사와 보조 인력의 적절한 배치
-적정수의 실험반 학생수 유지
-적절한 환경을 갖춘 실험실과 질좋은 시설 기자재 확보
-적당한 실험기자재와 소모품 구입비의 지원 등
-바람직한 행재정이 필수적이며 학부모의 이해와 언론매체 및 사회적 지원환경이 절실히 요청되는 것은, 실험활동이 값있는 활동이지만 비싼 일이기때문.

그런데, 우리나라 청소년을 위한 학교 안팎의 과학실험 활동과 그 실천 여건은 어떠한가?

실험교육의 실태와 문제점

1. 실험교육의 미흡한 성취

-학생들이 처음에는 실험을 비롯하여 과학활동을 재미있어 하나 상급 학년으로 올라갈수록 학교 실험활동까지 포함해 과학 과목 자체를 흥미 없어 하고 어려워 함. (무엇 때문에 왜 그런가?)
-실험활동의 바탕인 관찰과 추리 활동을 잘 구분하지도 못하며, 자, 시계, 천칭, 온도계 등의 눈금 읽기도 잘 못할 정도로 과학 실험 교육이 미흡함.
(초중고 기초 실험교육은 무엇을 하고 있는가?)
-일상생활에서 스스로 문제를 포착하고 탐구를 수행하는 태도가 없고 능력도 부족. (그렇게 오랫동안 부르짖은 탐구교육은 어떻게 한 것인가?)
-확인실험 활동은 일부 있으나 모르는 문제를 실제로 탐구하는 경험도 없고 과학실험을 통한 지식의 활용 기회도 거의 없음. (무엇 때문에 값비싼 실험을?)
-대학 진학자 중 30%정도만이 과학기술계로 진출하려는 것은 심각한 문제임. (앞으로 이 나라의 과학기술계가 어떻게 될 것인가?)

2. 실험교육 목조임의 현장

-과다한 교육과정의 내용, 줄어든 과학 교과에 배정된 시간 등으로 실험교육 곤란 (도구과목, 인문 과목에의 시간 배정은 합당한가?)
-실험활동이 입시에 불리한 현재의 입시제도에서는 실험교육이 고사 상태
(과학교육, 특히 실험교육을 죽이는 입시제도를 어떻게 타파해야 할 것인가?)
-중학생들은 한 학기에 2~3번, 고등학생들은 1~2회, 혹은 전혀 실험을 하지 않는 경우도 있고, 실제로 하는 실험은 지시순응, 결과확인 등 학생들에게 흥미없고 도전감 없는 활동이 대부분임 (학교는 참다운 과학교육을 하는가?)
-학교 밖 자연의 답사, 유적지의 탐방 등의 기회가 거의 없으며, 수학여행에 있어서도 탐구나 실험 활동과 연관시키지 못함
(학교내 교실이나 실험실에서만 과학교육해야 하는가? 수학여행은 왜 하는가?)
-과학교사들의 실험교육에 대한 의욕과 자신감이 결여되어 있으며 사기가 저하되어 있음 (이러한 처지의 과학교사가 어떻게 과학지도를 잘 할 수 있는가?)

3. 열악한 초중등학교 실험교육 여건과 실태

-미국은 과학반 학생수 24명, 영국은 20명 이하이어야 한다는 정책임에 비해 한국은 학급당 인원수 과다 (초 36명, 중 38명, 고 43명을 데리고 조당 6~9명으로 탐구실험 지도를 안전하게 잘 할 수 있는가?)
-실험보조원이 없는 학교가 과반수 이상이며 그나마 실험보조원이 있는 경우에도 상주하는 경우가 드물거나 실험보조원의 자질 부족 (어떻게 교사 혼자서 40여명의 학생들을 데리고 실험을 준비하며 수준별로 지도할 수 있는가?)
-과학교사는 수 백명의 학생을 위한 실험준비와 보고서 검토 및 평가를 해야 할 뿐 아니라 평균 주당 10시간 이상을 행정 업무 등에 시달림 (어떤 수퍼 과학교사가 이런 상황에서 얼마나 과학을 잘 지도할 수 있는가?)
-초등학교는 실험실이 없고 공동자료실뿐이며, 중학교는 실험실이 1~2개 있는 경우가 대부분, 고등학교는 4개 실험실 있는 경우가 절반 미만 (실험지도를 어디서 할 것을 기대하는가?)
-실험실이 있어도 전기, 수도, 가스가 없는 경우가 많으며 안전시설이 거의 안되어 있음 (도대체 실험활동을 어떻게 하라는 것인가?)
-실험 기자재가 부족할 뿐만 아니라 품질이 나쁘고, 취약한 유통구조로 인해 구입절차가 복잡하며 구입비용도 비쌈 (기자재가 없으면 무엇으로 실험을 하며, 실험을 할 수 없는 부실한 기자재를 왜 구입하는가?)
-과거에는 육성회비의 5%를 실험 실습비에 사용하게 되어 있었으나, 현재는 규정이 없어졌고 실제 2% 정도 쓰임 (그 많은 교육세 등의 돈이 다 무엇에 쓰이는가?)

4. 실험교육 연구와 교사 교육기관의 빈약

-과학교육, 특히 실험교육의 연구 개발활동이 미진하고 전문 연구기관도 없음
(전문적으로 연구하지 않고 그 비싼 과학교육을 어떻게 잘 할 수 있는가?)
-과학교사 양성 교육과정에서 실험교육 등한시 (교대, 사대 과학교육계 교수들은 실험교육을 등한시하고 이론만 강의하면 되는가?)
-과학교사 연수에 있어서도 몇 가지의 단편적인 전통적 확인 실험을 짧은 시간 내에 형식적으로 하는 경우가 많음 (과학교사 연수는 진급시켜주기 위함인가?)

5. 실험교육의 행재정 장학의 공백과 일반사회의 무관심

-“과학교육진흥법”은 자문위원회도 구성하지 않고 사문화 되어 있음
(나라에서 법까지 제정해놓고 무책임한 행정을 하면 누구의 책임인가?)
-컴퓨터 몇 대 배포하고 과학교육 잘 될 것으로 생각하는 교육행정 관계자가 있는 정도로 정보통신교육과 과학실험교육에 대한 행정 장학자의 인식 부족
(이러한 수준의 행정으로 과학교육이 바로 될 수 있는가?)
-초중등 과학교육을 위한 과학교육국(과), 과학교육원등 행정부서도 없어지고 빈약한 과학실험교육에 투자도 거의 하지 않음
(과학교육을 잘 못하고 우리의 생존과 번영을 기대할 수 있는가?)
-우리의 초.중.고.대학 졸업생들은 장학금 기탁이나 학교 시설 지원 등과 같은 모교에 대한 적극적 관심과 지원 미흡. (그 많은 동창회가 열리는데!)
-우리의 기업은 국가와 국민의 지원을 받아 성장한 것을 사회에 환원함에 있어 보다 근원적이고 장기적인 안목으로 교육을, 특히 과학교육 지원이 기대됨
(계속 좋은 과학기술인력의 배출 없이 어떻게 기업이 계속 성장할 수 있는가?)
실험교육의 혁신을 위한 국가정책과 거국적 캠페인


1. 학교 교육과정 및 입시제도의 개정과 실험교육의 강화

-교육과정을 개편하여 과목 수와 교육내용을 줄이고 과학교과는 탐구 중심으로 “관찰”, “실험”, “답사”, “탐방”을 적절하게 명시적으로 포함시켜야 함
-10학년까지 과학기술 교과의 시간을 전체의 20% 이상이 되게 하며, 고정된 주간 시간표 제도에서 벗어나 과학 탐구 실험활동을 융통성있게 운영하도록 함
-실험 활동 안내서를 포함한 교과서를 자유롭게 집필하고 선택하게 함으로 학교의 여건에 따라, 그리고 학생의 수준별에 따라 실험 교재를 택하게 해야 함
-대학 수학 능력 시험에서 “언어력”이나 “수리력” 이상으로 “과학적 탐구력”의 수준과 비중을 높여야 하며, 특히 과학기술계 대학 입시에서는 실험 시험을 실시하거나 면접 등에서 실험활동을 평가하여 반영해야 함


2. 실험교육의 연구와 과학교사 교육의 강화

-실험교육을 비롯하여 과학교육을 종합적으로 연구개발할 국가 수준 “(가칭)과학교육연구센터”를 설립하고 국제적 수준의 연구개발 활동과 국내외의 과학교육 정보전산망 중심역할을 하도록 해야 함
-교대.사대 과학교육계 교수와 선정된 학교 교사 등 과학교육계의 전문가들은 설립될 “센터”와 관련하여 학생들이 좋아하며 의미 있게 할 수 있는 실험활동을 국가 목적과제로 연구개발
-교대.사대 과학교사 양성 교육과정에 실험활동을 강화하기 위하여, 이론 강좌에 실험 활동을 의미 있게 연계시키며 종합적인 개방적 탐구 실험 강좌도 교수 연구와 관련하여 설치하고 운영하도록 함
-과학교사를 위한 “실험 교육” 책자를 “센터”에서 연구 개발하여 매 학기 배포하거나 인터넷에 올리는 체제를 강구
-과학 교사에게 단순한 실험 지도나 단체적 연수뿐 아니라 장기적으로 개인별, 집단별 실험지도 연구 기회를 제공
-정부는 “(가칭)과학교육연구센터”를 창설하되, 기존의 교대 및 사대에 있는 “과학교육연구소”중에서 선택하여 중점 투자하여 거국적 역할을 하게 함.
-정부는 모든 교대 및 사대 과학교육계 교수들의 실험교육을 위한 교육과정과 교재개발 및 교사 양성과 현직교사연수를 위해 특별지원


3. “과학교육진흥법”의 개정과 활성화 및 행재정 장학 제도의 강화

-“과학교육진흥법”을 개정하여 그 속에 실험교육을 강화하는 내용을 명시하고 철저히 시행하게 함
-국가과학기술자문회에 “청소년 과학교육진흥촉진위원회”를 설치하여 국가 정책과 각 부서의 역할을 합리적으로 조정 분담하게 하고 점검 평가함
-과학 실험교육의 진흥은 곧 과학교육 진흥의 핵심이라 할 수 있음. 대통령은 “과학기술 및 과학기술교육 담당 수석 보좌관”을 두며, 교육인적자원부는 “과학기술교육국”을 재설치하고, 과학기술부는 “과학기술문화과”를 국으로 격상하여 전국민의 과학교육과 잠재적 과학기술인력 확보를 국운의 사업으로 전개해야 함
-학생 개개인의 실험시간을 반으로 줄이더라도 실험반 학생수를 24명 이하로 감소
-모든 학교는 필요한 “과학실”을 확보하고 시군교육청에는 그 지역 규모에 적합한 “과학교육관”을 건립하여 필요한 기자재를 100% 갖추게 함. (목걸이 원리)
-“과학” 공부는 언제나 실험활동, 영상시청, 토론활동이 가능한 “과학실”이나 “과학교육관”에서 하게 할 뿐 아니라, “과학관”은 그 마을 주민의 과학활동 중심 기관의 역할을 하도록 함. 여기에는 모든 학부모의 관심과 지원이 필수적임
-실험실은 학생 1명당 3.5 m2 이상이 되게 하고 전기, 수도, 가스, 안전 시설을 의무적으로 갖추게 법제화 함
-전국 모든 초중고 “과학실”과 지역“과학교육관”에 “공익근무요원”을 배치하고 학부모를 동원해서라도 실험보조인력을 확보하도록 함
-교육부는 초중고 학교내 과학활동, 그리고 과학기술부, 정보통신부, 환경부 등은 학교밖 과학활동을 위한 예산을 법적 의무로 매년 일정액수 확보하고, 학교의 기성회비를 20% 이상 실험 실습비 운영에 사용하게 함
-모든 초중고에 “과학실” 그리고 시군의 “과학관” 건립 및 운영을 위한 재원을 교육인적자원부, 시도교육청, 학부모를 비롯한 민간단체가 각각 1/3씩 부담.


4. 거국적 캠페인

-모든 학교의 졸업생 각자와 동창회는 모교 실험시설기구 증정 캠페인을 벌임
-모든 산업체와 기업체는 각각 한 개의 “과학실” 또는 한 개의 “과학교육관” 지어주기 캠페인을 벌이며, 가전제품 포장 자재의 과학교육적 활용책 강구
-과학교육 NGO는 바람직한 실험교육 진흥을 위하여 실험시범, 강연, 투고 등으로 거국적 캠페인을 주동
-TV, 라디오, 신문 등 모든 대중매체는 학교 실험 교육의 진흥을 위한 과학적 실험시범과 기금 조성 캠페인 프로그램을 적극적으로 편성, 방영

5. 청소년 실험교육의 혁신을 위한 재정지원(5년간 1조 5천억)

-3기관 선정하여 실험교육 연구와 실험실 및 기자재 개발지원
5억×3기관×5년 = 75억
-실험교육을 위한 교사 양성 및 연수기관지원
11개 교육대학 과학교육과 2억×5년×11교 = 110억
16개 사범대학과학교육계학과 2억×4전공×5년×16교 = 640억
-시군 교육청 지역 “과학교육관”건설과 기자재확보 및 과학교육사업
30억×40관/년×5년 = 6,000억 (200관)
-중등학교 “ 과학실”과 기자재확보 및 과학탐구활동지원
과학(영재)고등학교
2억×5년×15교 = 150억
일반계 및 실업계 고등학교 물리실, 화학실, 생물실, 지구과학실
1억×400교×5년 = 2,000억
중학교 “과학실”
1억×400교×5년 = 2,000억
초등학교
1억×800교×5년 = 4,000억
-재원마련
정부 1천억×5년 = 5천억
시도 1백억×16시도×5년 = 9천억
민간 2백억×5년 = 1천억
합계 1조 5천억
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연 구 기 관 : 한국과학문화진흥회
연 구 기 간 : 2001. 5. 21 ~2001. 10. 20. (6개월간)
연 구 책 임 : 김제완 박사(과학문화진흥회, 서울대학교 명예교수)
연 구 위 원 :
박승덕 박사(과학문화진흥회 부회장)
박승재 교수(서울대학교 사범대학 물리교육과)
진정일 교수(고려대학교 자연과학대학 화학과)
홍영남 교수(서울대학교 자연과학대학 생명과학부)
상임연구원 : 임성민 박사(서울대학교 강사)
연구원 : 유준희(한국교육과정평가원 연구원)
연구원 : 황성원 교사(대치중학교 과학교사)

자 문 단 체 : 한국과학교육학회, 한국물리학회 물리교육분과,
대한화학회 화학교육분과, 생물과학협회 생물교육학회, 지구과학회 교육분과, 과학문화교육연구회 등

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