창의 인성 개발을 위한 학생 주도의 실험 수업

창의 인성 개발을 위한 학생 주도의 실험 수업

방어진고등학교 교사 박형식

Ⅰ. 과학중점학교 교육과정 상의 실험 수업

과학중점학교의 교육과정 편성 및 운영 방안의 특징을 정리하면 다음과 같다.

◦ 2009 개정 교육과정에 따라 교육과정 편성

◦ 과학중점학교 교육과정 요건(과학 8과목, 수학 4과목, 특별교과/전문교과 이수 등) 준수

◦ 과학, 수학교과의 비율이 총 교과 이수단위의 45% 이상이 되도록 편성

◦ 수학 +1 수준별 수업실시

◦ 특별교과의 편성 및 운영

- 특별교과Ⅰ: 과학교양 (고등학교 1학년으로서 갖추어야 할 과학적 교양)

- 특별교과Ⅱ: 과학융합 (과학중점과정 학생을 대상으로 인문학, 예술, 사회과학 등 다 양한 영역과 과학이 융합됨)

- 한 학기 편성 제한 과목 수에 포함되지 않으며, 이수(Pass), 미이수(Fail)로 평가

◦ 전문교과의 편성 및 운영

- 과학전문 교과로 지정된 20개 과목 중 2과목을 선택하여 각 2단위(총 4단위) 운영 하되 2개 영역 1개 과목(예: 물리실험ㆍ고급물리) 4단위로 이수 가능

- 전문교과Ⅰ, Ⅱ는 한 학기 편성제한 과목 수에 포함되며 반드시 성적 산출

본교에서는 전문교과 영역으로 고급수학 2단위와 과학 실험(물, 화, 생, 지 중 택1) 수업 4 단위를 운영하였다.

Ⅱ. 학생 주도 실험 수업의 배경

실험 수업은 학생들에게 과학 학습에 대한 흥미와 동기를 유발시키며 과학적 사고력과 문제 해결 능력, 그리고 과학적 개념을 더 쉽게 이해할 수 있도록 도움을 준다. 그러나 학교 현 장에서는 시간과 실험 기자재 부족 등의 이유로 거의 실험 수업이 진행되지 못하고 있는 실 정이다. 실험 수업을 하더라도 대부분의 경우 교사 주도의 실험 수업으로 진행되어 학생들 은 단순히 실험 결과를 확인하는 정도에서 그치고 있다. 기존의 이와 같은 단순 확인 실험 수업을 반복하지 않기 위해서는 먼저 실험 수업의 유형에 대해 분류하고 어떤 유형의 실험 수업이 학생들에게 더 유익한지를 고려해 보는 것이 필요하다.

양일호 외(2006)에 따르면 실험 수업의 유형은 절차 제공의 유무와 접근 방식에 따라 확인 실험, 발견실험, 탐색실험, 연구실험 4가지로 분류할 수 있으며 그 특징을 정리하면 그림 1 과 같이 나타낼 수 있다.

귀납적 연역적

절차 주어짐

절차 학생 생성 확인실험 발견실험

연구실험 탐색실험 개념 확인

내용 중심

개념 발견 내용 중심

경험/흥미 유발 과정 중심 사고능력 개발

과정 중심

그림 1. 수업 유형 분류

우주(2011)의 연구결과에 따르면 학생들이 가지는 실험 수업 유형에 대한 선호도는 표1과 같았다.

표1. 실험수업 유형 별 선호도 (우주, 2011)

단위: 명(%)

재미있는 실험 재미없는 실험 어려운 실험

확인실험 발견실험 탐색실험 연구실험 없음

2(10.5) 0( 0.0) 5(26.3) 12(63.2) 0( 0.0)

6(31.6) 7(36.8) 4(21.1) 0( 0.0) 2(10.5)

1( 5.3) 2(10.5) 7(36.8) 9(47.4) 0( 0.0)

학생들이 선호하지 않는 실험은 발견실험과 확인실험으로 그 주된 이유는 실험이 색다르지 않고 원하는 결과대로 잘 진행되지 않아서였다. 반면 가장 재미있는(선호하는) 실험 유형은 연구실험이었으며 그렇게 응답한 이유는 연구실험이 어렵기는 하지만 성취감을 느낄 수 있 으며 또한 자신의 의견을 반영시켜 직접 실험할 수 있어서라고 하였다.

본교에서는 전문교과 영역의 과학 실험 수업을 학생들이 주도하는 연구실험 형태의 수업을 구상하고 적용하였다. 학생 주도의 실험 수업을 진행하는 목적은 스스로 실험을 준비하고 실험 방법을 개선하는 과정에서 과학적 사고능력과 창의성을 함양하며 서로 협력하고 맡은 역할을 수행하는 과정에서 책임감, 나눔, 배려 등의 인성을 함양하는 것이다.

Ⅲ. 수업의 적용

학생들이 주도하는 실험 수업은 다음과 같은 절차적 흐름에 따라 진행되었다.

그림 2. 학생 주도 실험 수업의 흐름도

 수업 안내

먼저 학생들에게 수업이 진행되는 방식에 대해 안내를 하고 모둠 조를 나눈 후 조별 실험 주제를 선정하도록 하였다. 실험 주제는 실험 서적을 참고하여 36가지 주제를 기본 제공하 였으며 제공된 주제 중에서 선택하거나 사전에 허가를 받으면 기본 주제에 없는 내용이라도 자유롭게 선택할 수 있도록 하여 학생들의 자유 탐구를 권장하였다. 선정된 주제와 발표 일 자를 표로 정리하고 학교 홈페이지에 탑재하여 언제든 자기 조 발표 일자를 확인할 수 있도 록 하였다.

그림 3. 학교 홈페이지를 활용한 조별 선정 주제 및 발표 일자 안내

다음과 같은 이유로 실험 수업의 1~2차시는 교사 주도의 실험 안내 수업을 진행하였다.

첫째, 실험 수업에 대한 안내 과정이 필요하다.

둘째, 안전한 실험의 진행을 위해 실험실 안전 유의 사항 등이 실험 수업 시작 전에 반드시 교육되어야 한다.

셋째, 현미경 사용법이나 실험 기구 사용법 등 생명과학 실험의 기본적인 도구의 사용법을 먼저 학습하여야 한다.

넷째, 처음 발표하는 1조와 2조 실험 준비조가 실험을 준비할 수 있는 충분한 시간이 주어 져야 한다.

 실험 준비

실험 준비조는 실험 발표일 2주일 전부터 선정된 실험 주제에 관한 자료를 조사하였다. 기 본 제공된 주제 중에서 실험 주제를 선정한 조는 안내 자료에 제시된 참고 문헌을 도서관에 서 대출하거나 복사하여 실험 목표와 실험 과정 설계를 하였다. 대부분의 학생들은 도서관 에서 참고 문헌을 찾으려 하기보다는 인터넷 자료 검색을 통해 블로그나 카페 자료를 이용 하여 보고서를 작성하는 경향이 강하였다. 이것은 아마도 자료 검색의 용이성과 copy &

paste 라는 자료 제작의 편리성이 주된 이유일 것이다. 대략적인 실험 설계가 끝나면 발표 일주일 전부터 예비 실험을 통해 설계된 실험 과정을 점검하고 수정 보완하여 실험보고서를 작성하였다.

그림 4. 수질 검사 예비 실험. 저수지 물 수집(좌)과 MBL을 이용한 DO 측정(우).

 사전 검사

참고 문헌이나 교과서를 참조하였다 하더라도 학생들이 문헌 자료를 해독하고 해석하는 과 정에서 오개념이 발생할 수 있다. 더욱이 검증받지 않은 인터넷 자료를 무분별하게 사용함 에 따라 학생들이 제작하는 실험보고서에는 오류가 포함될 가능성이 높다. 비록 오류가 없 다고 하더라도 실험 과정을 통해 도출되는 결과가 처음 계획시 세웠던 실험 주제 혹은 실험 의 목표와 일치 하지 않는 경우가 많아 실험 준비조가 만든 실험보고서는 반드시 사전 점검 을 통해 보완해주는 단계가 필요하다. 이를 위하여 사전 실험을 거친 후 작성된 실험보고서 는 발표 3일 전까지 교사에게 제출하여 점검을 받도록 하였으며 준비조 학생들은 교사의 지적 사항들을 수정 보완하여 보고서를 완성하고 발표자료 PPT를 제작하였다.

그림 5. 이메일을 통한 보고서의 사전 점검과 수정.

 실험 수업의 진행

실험 준비조는 실험 수업의 준비물 세팅부터 실험의 진행, 그리고 실험 기구의 최종 정리 및 정돈을 하였다. 교사는 준비조의 수업 준비 과정과 원활한 수업 진행을 도와주고 수업 후반부에 실험 과정상의 특이사항에 대해 점검해주고 관련 이론과 같은 학습 내용에 대해 보완 설명을 하여 수업을 정리하였다.

⑴ 실험 준비와 실험 과정 설명

실험 수업이 진행되기 전에 준비조는 각조의 실험 테이블 마다 실험 준비물을 바구니에 담 아 세팅을 해둔다. 공동으로 사용하는 기자재는 실험 준비조의 테이블이나 공용 앞 테이블 에 정리해 둔다. 실험실에 수업을 들어온 학생들은 실험 테이블로 바로 가지 않고 이론 책 상에 앉아 준비조의 설명을 듣는다. 준비조는 실험이 본격적으로 진행되기에 앞서 실험보고 서를 학생들에게 나누어주고 PPT자료를 이용하여 실험의 주제와 목적, 그리고 실험이 진행 되는 과정을 설명해준다.

⑵ 실험 수업의 진행

실험에 관한 설명을 들은 후 학생들은 자기 조 테이블로 돌아가 본격적으로 실험에 임한다.

준비조는 실험 과정에 관한 보완 설명을 해주거나 테이블을 돌며 조별 실험 과정을 도와준 다. 실험은 블록타임으로 두 시간 동안 진행된다.

⑶ 실험 후 결과와 이론 정리

실험이 마무리가 되면 학생들은 자기 조 테이블 위의 실험 기구를 처음 실험실에 들어왔을 때와 같은 상태로 정리하여 바구니에 담아 둔다. 실험이 끝나면 준비조의 지시에 따라 학생 들은 이론 책상으로 자리를 옮긴다. 준비조는 조별 실험 결과를 확인하고 실험보고서의 생 각해보기 문제를 함께 풀며 관련된 이론을 설명해 준다.

⑷ 교사의 실험 수업 정리

준비조의 실험 결과와 이론 설명이 끝나면 교사는 전체적인 실험 과정에 대한 질문을 받고 답변을 해준다. 그리고 실험 과정 중 있었던 특이 사항들을 정리하여 함께 생각해보는 시간 을 갖는다. 실험 수업이 종료되면 실험기구들을 모두 제자리에 정리 정돈하기에는 시간이 부족하므로 준비조는 점심이나 저녁 급식 후 다시 모여 실험 기구들을 제자리에 정리 정돈 해 준다. 준비조의 최종 정리 정돈 상태는 준비조의 평가 대상에 포함한다.

그림 6. 실험 수업의 진행 장면.

Ⅳ. 실험 수업의 평가

 평가 계획

실험 수업 평가는 실험 (과정) 평가와 서술형 수행평가로 구분하여 시행하였다. 실험 수업 인 만큼 과정을 평가하는 실험 평가에 학기말 평가 반영 비율을 더 크게 하였다.

표2. 실험 수업 평가 영역과 학기말 반영 비율

평가종류 실험 평가 서술형 수행평가 합계

중간 기말

배점 100점 100점 100점 200

학기말 반영비율 60% 20% 20% 80

 실험 평가 세부 계획

실험 평가는 발표(50점)와 실험 과정(50)으로 세분화하였다. 발표 평가는 준비조의 역할 평 가로 실험 보고서 작성과 발표, 그리고 정리 정돈 상태를 평가하였으며, 실험 과정 평가는 준비조 이외 학생의 평가로 실험에 임하는 태도와 실험 결과보고서를 평가하였다.

표3. 실험 평가 세부 내용과 배점

평가종류 항목 내용 비고

실험 평가 (60%)

학기말 반영 비율 60%

평가 방법 발표, 실험 과정 평가 평가 도구 관찰법 및 보고서 검사

평가 시기 수시

평가 내용 실험에 대한 이해도와 발표력, 창의·인성 함양을 위한 태도, 보고서 평가

세부 배점

발표(50점): 준비조 평가

보고서(25점), 발표 및 정리 (25점) 실험 과정(50점): 실험 학생 평가 실험 과제 및 결과 보고서 (30점), 태도 (20점) (기본 10점을 부여하고 수

업 태도에 따라 가점 2점 및 감점 2점, 상한 20점, 하한 0점)

배점 100점

그림 8 . 실험과정 평가표 사례.

Ⅴ. 제언

1학기 실험 수업 후 학생들을 상대로 조사한 실험 수업 설문 결과는 다음과 같다.

1.실험 수업은 과학에 대한 흥미와 호기심 충족에 도움을 주는가?

매우 그렇다 24%

그렇다 65%

보통 9% 아니다 1% 매우 아니다 1% ⇒ 89%가 긍정적 응답을 보임 2.처음으로 실험을 준비하는 과정은 어땠나요? 매우 힘들었다 5%

힘들었다 46%

보통 39% 쉬웠다 8% 매우 쉬웠다 2% ⇒ 51%가 힘들었다는 응답을 보임 3.실험 준비 시 가장 힘들었던 점은? 발표자료 준비와 진행 막막 35%

실험 준비 시간 부족 24%

예상과 다른 실험 결과 20%

조원들의 역할 분담 14%

실험기구 사용법 7%

⇒ 실험 수업 설계와 진행, 준비 시간 부족이 애로사항 4.가장 좋았던 점은 무엇인가요? 내 손으로 직접 해서 34%

과정에서 더 많이 배움 28%

실험을 더 많이 해서 17%

적극적 참여 16%

친구들과 논의 5%

⇒ 직접 설계하고 준비하는 과정에서 많이 배운 점이 긍정적

5.새로운 실험에 대한 자신감은?

매우 자신있다 11%

자신있다 49%

보통 32%

힘들다 4%

매우 힘들다 4%

⇒ 60%가 새로운 실험에 대한 자신감 을 보임

6.준비조가 실험을 준비하고 수업한 방식은?

매우 만족 9%

만족 62%

보톤 24%

불만 1%

매우 불만 4%

⇒ 71%가 긍정적 응답을 보임

7.2학기 실험의 진행은?

지금처럼 학생 중심 76%

선생님 중심 24%

8.이번 학기 실험 수업의 만족도는?

매우 만족 13%

만족 68%

보통 12%

불만 4%

매우 불만 3%

⇒ 81%가 만족하는 응답을 보임

설문 결과에서 볼 수 있듯이 학생들은 직접 실험을 준비하고 진행하는데 어려움을 느꼈으나 오히려 만족도는 매우 높았다. 또한 실험을 준비하는 과정에서 더 많은 것을 배운다는 점에 서 이와 같은 방식의 실험 수업은 학생들의 과학적 사고력과 문제해결 능력 향상에 도움을 줄 수 있음을 알 수 있었으며 친구들과 논의하고 의견을 조율하며 자신의 역할을 찾는 과정 에서 인성 함양 교육이 이루어짐을 알 수 있었다.

설문 결과 중에서 눈여겨 볼 것 중 하나는 학생들이 실험 결과가 예상과 다를 때 많은 어려 움을 느낀다는 것이었다. 이는 지금까지 학생들의 학습 태도가 어떤 문제에 대한 답이 정해 진 상태에서 그 정답만을 찾아나갔던 교육 방식에 길들여져 있었기 때문이 아닐까 추정된 다. 무엇이 잘못되었는지, 잘못이 아니라면 왜 이런 결과가 나오게 되었는지, 이런 결과가 나올 수 있는 다른 조건은 없는지, 변인 통제는 잘되었는지 등 여러 변수들을 생각하는 열 린 사고 교육의 필요성을 다시 한 번 느끼게 되는 계기가 되었다. 이러한 측면에서 학생 주 도의 실험 수업은 여러 가지 과정과 조건을 고려하여 정답이 아닌 해답을 찾아나가는 열린 사고력 향상에 도움을 줄 수 있으리라 생각한다.

실험 수업을 진행하면서 인문계 고등학교의 특성상 자율학습 시간을 무한정 할애하기가 쉽 지 않았다. 보통 일주일 정도의 준비기간이 걸렸으며 이 기간 동안은 야자 시간에 실험실에 서 실험 준비를 하였다. 학년부와의 긴밀한 협조 관계가 무엇보다 중요한 수업 방식이라 생 각된다.

이번 실험 수업에서 특이 사항 중 하나는 학업성취도가 떨어지는 학생들도 최선을 다해 준 비하는 모습을 보여주었다는 점이다. 조 편성시 특정 조의 경우 학업성취도가 떨어지는 학 생 집단으로만 구성이 되었다. 처음에는 실험 수업 진행이 어려울 것이라 예상하였다. 그러 나 오히려 이 학생들은 무모 하리 만큼 반복적이 연습으로 실험 수업을 준비하여 본 실험에 서는 다른 조 못지않은 원활한 수업을 진행하였다. 여기서 학생들에 대한 동기부여, 관심과 흥미, 그리고 자신이 느끼는 책임감이 학생을 변화시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 그러 나 점수에는 관심이 없어 보고서 정리라든지 실험보고서 작성에는 여전히 소홀하여 이 부분 을 어떻게 변화시킬 것인가에 대한 새로운 과제가 생기게 되었다.

한 학기 동안 실험 수업을 진행하며 실험 수업을 즐기는 학생들을 보며 교사로서 만족감도 느꼈지만 힘든 점도 많았다. 특히 힘들었던 점은 실험 수업이 교사에게 굉장한 체력적 부담 감을 준다는 것이었다. 실험 준비조가 실험 주제를 선택하고 자료를 찾는 과정, 실험을 준 비하는 과정, 예비 실험을 하는 과정, 보고서를 작성하는 과정, 실험을 진행하고 정리하는 과정 등 매 과정이 사실 교사의 관심을 필요로 하였다. 때문에 교사는 매일 늦은 시간까지 실험 수업에 매달려야 해 학기말로 갈수록 체력적인 부담감이 커질 수밖에 없었다. 더욱이

보고서는 실험을 할 때 마다 검사를 해야 하므로 업무 부담감 역시 만만치 않았다. 이를 보 완하기 위해서는 수업 시수 산정시 실험 수업에 대한 배려가 필요하다. 즉 일반 교과 수업 의 1.5~2배 정도로 실험 수업 시수를 계산하면 어떨까 생각해본다. 이를 해결하기 위해서 는 일반 교과와 실험 교과의 수업 시수 비율에 대한 전문적인 연구가 필요할 것으로 사료된 다.

References

1. 한국과학창의재단, 과학중점학교 운영가이드북(2010)

2. 양일호, 정진우, 허명, 김석민 (2006). 실험수업 유형 분류틀 개발. 한국과학교육학회지, 26(3), 342-355.

3. 우주 (2011). 고등학생이 선호하는 과학실험 유형과 학습양식의 관계. 이화여자대학교 교육대학원 석사학위 논문.

[참고자료 1] 2012학년도 생명과학 실험 1학기 주제

2012학년도 생명과학 실험 1학기 주제

교과 목적 생명과학 실험 과정을 통한 과학적 원리 탐구

박형식

차시 참고 도서 탐 구 주 제 비고

1 서울시교육청 실험실 안전 수칙 2 서울시교육청 현미경의 구조와 사용법 3 서울시교육청 현미경용 마이크로미터 사용법 4 서울시교육청 동식물 세포의 관찰 5 서울시교육청 식물 조직의 관찰

6 서울시교육청 삼투 현상에 영향을 미치는 요인 7 서울시교육청 식물세포의 원형질 분리 8 서울시교육청 삼투압의 측정 9 서울시교육청 효소의 촉매 작용

10 서울시교육청 효소의 활성에 영향을 주는 요인

11 서울시교육청 빛의 세기에 따른 광합성률 측정 MBL

12 서울시교육청 온도에 따른 호흡률 측정 MBL

13 서울시교육청 효모의 발효실험 14 서울시교육청 혈구 관찰과 혈액형 판정 15 서울시교육청 혈압의 측정과 맥박의 측정 16 서울시교육청 체세포 분열의 관찰 17 서울시교육청 꽃의 구조와 꽃가루관의 발아 18 서울시교육청 멘델의 유전법칙과 확률 19 서울시교육청 올빼미 펠릿

20 서울시교육청 초파리 유충의 침샘염색체 관찰 21 서울시교육청 사람의 염색체 관찰 및 핵형 분석 22 서울시교육청 사람의 유전형질 조사

23 서울시교육청 식물의 채집과 분류

24 서울시교육청 수질 검사 및 오염도 측정 MBL

25 서울시교육청 대장균의 배양

26 서울시교육청 토양 속 미생물의 순수 분리 27 서울시교육청 세균의 관찰

28 서울시교육청 전기영동의 원리

29 서울시교육청 제한 효소에 의한 DNA 절단과 크기 분석 30 서울시교육청 체세포분열의 관찰

31 서울시교육청 컴퓨터 프로그램을 이용한 계통수 그리기 32 월드사이언스 유산균의 관찰과 요구르트 제조실험 33 창의재단 효소의 반응 속도에 영향을 주는 요인

34 정문각 영양소의 검출

35 정문각 크로마토그래피

36 정문각 균류의 형태 관찰

비 고 [주제 선정의 참고 문헌]

1. 문태주 외 3인(서울시교육청), 생명과학 실험, (주)현대아트컴, 2010.

2. 김관선 외 10인, 생명과학실험서, 정문각, 2002.

3. 한국과학창의재단, 생명 과학 실험, (주)미래엔컬처그룹, 2010.

- 12 -

[참고자료 2] 2012학년도 생명과학 실험 1학기 선정 주제 사례

2012학년도 1학기 생명과학 실험 차시별 계획 2-00

교과 목적 생명과학 실험 과정을 통한 과학적 원리 탐구

박형식

차시 날짜 탐 구 주 제 준비조

1 3월 8일 실험실 안전 수칙

2 3월 15일 현미경 사용법과 배지 만들기

3 3월 22일 유산균의 관찰과 요구르트 제조 1조. 김00,이00,김00 4 3월 29일 혈구관찰과 혈액형 판정 2조. 류00,한00,윤00,김00 5 4월 5일 영양소의 검출 3조. 민00,남00,강00,황00 6 4월 12일 혈압의 측정과 맥박의 측정 4조. 김00,전00,함00

7 4월 19일 과학의날 행사

8 4월 26일 실험 이론 정리

9 5월 3일 중간고사

10 5월 10일 대장균의 배양 5조. 최00,최00,이00

11 5월 17일 예비수학능력시험

12 5월 24일 식물 조직의 관찰 6조. 이00,김00,김00 13 5월 31일 과일의 DNA 추출 7조. 황00,이00,정00,박00

14 6월 7일 연합학력평가

15 6월 14일 수학여행

16 6월 21일 체세포 분열의 관찰 8조. 김00,김00,최00 17 6월 28일 효모의 발효 실험 9조. 김00,김00,이00,최00

18 7월 5일 실험 이론 정리

19 7월 12일 기말고사

20 7월 19일 2학기 조편성

비 고 대표: 이00 , 부대표: 정00

1. 실험 준비조 할 일:

① 예비 실험, ② 실험보고서와 수업 PPT 작성, ③ 실험 준비 및 실험 진행, ④ 실험 태도 점수 부여, ⑤ 실험 뒷정리, ⑥ 실험보고서 보완

※ 실험 수업일 전 일요일까지 선생님께 실험보고서를 메일(000000@daum.net)로 보내 점 검 받기

2. 대표 할 일:

① 실험 준비조 실험일 2주일 전 해당 실험 준비조에게 알림, ② 보고서 수거 및 배부

3. 부대표 할 일: 출석부 및 실험실 열쇠 관리