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창의력과 상상력에 날개를 달다
흥미, 참여 북돋우는 실험 중심 과학교육

우리나라 교육계는 오래 전부터 입시경쟁과 사교육으로 몸살을 앓으며 단편 지식을 갖춘 인재 양성에 주력해왔다. 하지만 미래 시대를 이끌 인재는 창조력과 상상력을 갖춘 창의융합형 인재다. 딱딱하고 천편일률적인 이론 중심의 교육은 자칫 아이들의 상상력을 망가뜨리고 사고를 편향되게 할 수 있다. 반면 생생하고 다양한 커리큘럼으로 구성된 실험 위주의 과학수업은 아이들이 스스로 원인을 분석하고 결과에 대해 토론하며 자신의 생각을 정리하도록 도와준다. 아이들이 직접 참여하고 흥미를 느끼며 문제를 해결하도록 이끄는 실험 중심의 과학교육에 대한 관심이 커지는 이유다.

글 | 편집부

학생들의 과학에 대한 관심도가 갈수록 낮아지는 추세다. 과학을 싫어하는 경우도 적지 않다. 이는 과학 자체가 재미 없다기 보다 과학 교육이 딱딱하고 복잡하고 지루하게 이루어지기 때문이다. 과학을 신나고 재미있게 공부할 수 있다면 과학에 대한 관심과 흥미는 올라갈 게 당연하다. 과학을 즐겁게 마주하게 하려면 어떻게 해야 할까? 시흥중학교 이은정 교사와 문정고등학교 임혁 교사는 실험 중심의 과학교육을 그 해답으로 제시한다. 재미있는 실험을 통해 학생들이 스스로 원리를 깨우치고 사고력에 깊이를 더하며 창의성을 키울 수 있다는 것이다.

흥미와 지식 동시에 잡는 실험중심 과학수업

“오늘 물리 시간에는 소리의 높이와 세기에 따라 진동이 각각 어떻게 달라지는지에 대해 알아볼 거예요.”

3~4명씩 모둠별로 앉아있는 과학실에서 ‘소리의 특성’을 주제로 한 과학수업이 한창 진행 중이다. 실험에 앞서 교사는 오늘 배울 내용이 적힌 유인물을 학생들에게 나눠주고 잠시 읽을 시간을 준다. “오늘은 어떤 활동을 통해 무엇을 배워갈 수 있을까?” 학생들이 호기심 가득한 눈빛으로 내용을 재빠르게 훑는다.

“실험은 2가지를 진행할거예요. 나무막대 기타를 이용해 소리의 높이에 따른 진동의 변화를 알아보고 소리굽쇠를 통해 소리의 세기에 따른 진동의 변화를 알아볼 겁니다. 각 조에서 한명씩 나와 실험기구를 받아가세요.”

선생님의 설명이 끝나자 학생들이 일사불란하게 움직인다. 교사로부터 실험기구를 받아가는 학생, 실험에 필요한 전선줄을 챙기는 학생, 실험기구를 놓을 공간을 마련하는 학생 등 저마다 역할을 나누어 실험준비에 열심이다.

“나무막대 양쪽에 매단 줄을 손으로 튕겨서 소리를 들어보세요. 줄의 길이를 짧게 하거나 길게 하면서 줄의 길이에 따라 진동수가 어떻게 달라지는지 확인한 뒤 평가지에 기록하면 되요.”

학생들이 나무 막대의 줄을 튕기자 휴대용 스피커를 통해 이곳저곳에서 다양한 소리들이 쏟아져 나온다. 신이 나서 마치 기타 줄을 튕기듯 연주하기도 한다. 잠시 후 교사는 미리 스마트폰에 저장해둔 진동수 앱을 작동시켜 줄의 길이에 따라 진동수가 어떻게 달라지는지 보여준다. 여기저기서 아이들의 감탄사가 이어진다. “와, 줄의 길이가 달라지니 소리의 높낮이도 달라져요.” “길이가 짧을수록 진동수가 더 커지네요.”

실험에 흥미를 느낀 학생들은 주눅 들거나 딴청피우는 법이 없다. 혹여 잘못된 결과를 얻을까 몇 번이고 실험을 반복하며 정확한 결과를 얻어내려 노력한다. 실험을 마친 학생들은 모둠별로 실험 결과에 대해 토론에 들어간다. 평가지에 기록한 실험 결과는 칠판 앞에 붙여지고 교사는 각 조의 실험 결과를 비교하며 무엇이 잘됐고 잘못됐는지를 알려준다. 직접 실험하고 의견을 교환하고 실험 결과를 확인하는 사이 학생들은 소리의 특성에 대해 자연스럽게 배우며 과학의 재미에 흠뻑 빠져든다.

교사의 마음가짐과 역량이 수업의 질 좌우

시흥중학교 이은정 과학교사의 과학수업은 늘 실험과 함께 한다. 단원의 특성에 따라 한번에 2개의 실험을 할 때도 있고 동영상과 실험을 결합하기도 한다. 과학수업에는 간단한 실험이라도 반드시 포함시켜야 한다는 것이 이 교사의 교육철학이다. 그 이유에 대해 이 교사는 “학생들이 과학을 신나고 재미있게 공부할 수 있도록 하기 위해서”라고 말한다.

“보통은 수업시간 내내 실험해야만 실험수업이라고 생각해요. 그러다보니 부담을 느껴 평소에는 이론 중심의 수업을 하고 실험수업은 한 달에 한두 번 몰아서 하는 경우가 많죠.” 하지만 이러한 방식은 좋은 효과를 얻지 못한다고 이 교사는 단언한다. “저도 예전에는 하루 날을 정해놓고 수업시간동안 계속 실험만 했어요. 그런데 아이들 머릿속엔 남는 게 아무것도 없더라고요. 실험하느라 저도 아이들도 모두 녹초가 되었는데 말이죠.”

실험수업의 변화를 절감한 이 교사는 실험을 쪼개서 하는 방법을 택했다. 수업시간마다 조금씩 시험을 곁들이고 실험이 끝나면 아이들이 수업 내용을 스스로 정리하여 확실히 이해하도록 한 것이다. 이 교사는 “실험 중심의 노작교육을 하면서 아이들이 좀 더 수업에 집중하는 모습을 보였다”고 말했다.

중학교 2학년을 가르치는 이 교사는 특히 중학교 시기는 실험 중심의 과학교육이 반드시 뒷받침되어야한다고 말한다. “중학교는 구체적 조작기인 초등학교를 지나 논리적 사고를 갖추는 고등학교로 넘어가는 중간단계기 때문에 다양한 실험을 많이 하면서 점차 논리력을 증가시킬 필요가 있다”는 것이다. 아울러 “실험은 과학만이 누릴 수 있는 특권”이라며 “아이들이 실험을 충분히 경험할 수 있게끔 준비해줄 필요가 있다”고 말했다.

학생들의 창의 탐구 능력을 신장시키는 실험수업이 활성화되려면 어떤 전제조건이 필요할까? 이 교사는 크게 2가지 요건을 강조한다. 첫째 과학교사의 마음가짐이다. 이 교사는 “실험수업을 하다보면 실험을 준비하고 정리하는 과정이 반복되고 반별로 서로 다른 실험을 해야 할 경우가 발생하기 때문에 매시간 실험하는 것이 굉장히 부담스러울 수 있다”며 “아이들이 실험이라는 구체적인 조작을 통해 과학의 논리적 세계로 나아갈 수 있도록 선생님들이 징검다리를 놓아주는 역할을 한다는 사명감과 의무감을 가지지 않는다면 실험수업은 힘들 수밖에 없다”고 말했다.
이러한 문제를 해결하기 위해 이 교사는 과학실험조교를 두 번째 요건으로 제시한다. 시흥중학교에는 과학교사를 도와 실험준비와 정리 등의 업무를 하는 조교가 있다. 덕분에 이 교사는 질 높은 과학수업을 진행하는데 큰 어려움을 겪지 않는다. 이 교사는 “재정 등의 문제로 과학조교가 아예 없는 학교가 적지 않은 게 현실”이라며 “과학교사 혼자서 수업 때마다 실험 준비하고 정리하기는 벅차기 때문에 반드시 조교선생님이 곁에서 도와주어야 실험수업을 원활히 진행할 수 있다”고 말했다.

실험수업의 질을 높이기 위해 교사들은 저마다 다양한 노력을 기울인다. 이 교사에게 최고의 정보 창고는 인터넷이다. “교과서에 나와 있지 않은 색다른 실험을 하고 싶을 때면 인터넷을 찾아봐요. 많은 선생님들이 블로그나 카페에 각종 실험자료를 올려놓기 때문에 그 중 적합한 자료를 찾아 수업에 맞게 변형을 줍니다.” 과학연수에도 부지런히 참여한다. 최근에는 스마트폰 앱 활용에 관한 연수를 받아 실험수업에 효과적으로 사용하고 있다. 2주에 한번은 주변학교 과학교사들과 모임을 갖고 정보를 공유하기도 한다.

교사와 제자의 상호작용 통해 수업 효율성 극대화

실험수업의 효과를 극대화하기 위해 가장 신경 쓰는 부분은 교사와 학생간 상호작용이다. 이 교사는 실험을 마치면 반드시 학생들의 반응을 확인한다. “예전에는 실험을 다하고 마지막에 수행평가지를 풀었는데 반 이상이 틀리더라고요. 한시간 내내 그렇게 열심히 실험했지만 결국 원하는 학습목표에 도달하지 못한거잖아요. 아이들이 이해하지 못한 것도 모르고 그냥 실험하기에만 급급했던 거죠. 그래서 생각해낸 것이 수업 중간중간 아이들이 실험 결과에 대해 어떤 생각을 하는지, 이해를 완벽하게 했는지 서로 확인하는 작업을 하자는 거였어요.”

혹여 실험결과가 틀리더라도 혼내거나 무안을 주지 않는다. 꾸짖음을 받기 싫어 거짓으로 실험결과를 작성할 수 있기 때문이다. 대신 정직하다거나 인간성이 좋다는 말로 칭찬을 해주어 아이들이 정직하게 답을 쓸 수 있도록 환경을 조성하고 답이 왜 틀렸는지 함께 확인한다. 이 교사는 “실험 후에는 반드시 아이들이 어떤 상태에 도달했는지를 스스로 표현하도록 하는 것이 중요하다”고 말했다.

실험에 실패를 하는 경우도 있지만 큰 문제가 되지 않는다고 이 교사는 말한다. 실험을 통해 자신의 생각을 수정해나가는 것이 과학실험의 목표이기 때문이다. “다른 조들과 다른 실험 결과가 나오면 ‘왜 그럴까?’ 고민하면서 ‘아, 우리 조가 실험을 잘못했구나’하는 것을 스스로 깨닫죠. 과학자들이 과학적 지식을 알게 되기까지 무수히 많은 실패를 반복하고 다른 과학자들과 교류한 것처럼 아이들도 그런 경험을 하는 거예요.”

실험수업이 중하위권을 주축으로 진행되다보니 때로는 상위권 학생들이 불만을 토해내기도 한다. 그럴 때면 이 교사는 해당 학생에게 “작은 교사가 돼라”고 주문한다. “네가 이해한 내용을 다른 아이들에게 설명해하고 이해시키는 역할을 수업시간에 하면 좋겠다고 얘기해요. 그러면 대부분의 아이들이 수긍하죠. 아이들끼리 서로 자연스럽게 이야기할 수 있는 환경을 만들어주는 거예요. 처음엔 서로 어색해하지만 차츰 활발하게 실험결과에 대해 토론하고 의견을 주고받으며 수업내용을 이해하더라고요. 어떤 아이들은 가르치면서 더욱 흥미를 느껴 성적이 오르기도 해요.” 실험 중심의 수업을 통해 중하위권 학생들은 수업에 적극 참여하는 기회를 얻고 상위권 학생들은 자신의 지식을 공유하고 나누는 즐거움을 배운다.

이 교사는 중학교에서의 교육은 지식 전달에 치우치기보다 아이들에게 공부하는 방법을 알려주는데 우선해야 한다고 강조한다. “예전에는 지식을 전달하는 매개체가 선생님밖에 없었지만 지금은 인터넷에 수많은 지식 공급자들이 있어요. 지식을 전달하는데 급급해하기 보다 아이들이 스스로 생각하고 스스로 공부하는 방법을 알려주는 것이 학교 교육이 해야 할 일이라고 생각합니다. 미래사회에는 스스로 생각할 수 있는 인간이 필요한데 그런 면에서 실험수업은 매우 효율적인 수업형태입니다.”

실험은 학교현장에 가장 적합한 탐구활동

생명현상의 특성을 주제로 한 생명과학 수업시간. 학생들의 눈길이 책상 위에 놓인 유정란을 향해있다. 3일 동안 부란된 수정란을 해부하여 태아 단계가 되기 이전 상태인 배를 관찰할 예정이다. 유정란에서 배를 따로 떼어 내 관찰하니 배의 심장이 계속해서 뛴다. 생명의 신비로움에 학생들의 탄성이 여기저기서 터져 나온다. “학습의욕이 없는 학생들도 실험만 하면 금세 눈을 반짝거리며 호기심을 갖습니다. 유정란을 이용한 실험수업을 통해 아이들은 생명현상에 신비감을 느끼며 더욱 관심을 갖고 수업에 적극적으로 참여하죠.”

문정고등학교 임혁 과학교사는 실험 중심 과학수업의 효과를 높이 평가한다. 임 교사는 “실험은 여러 여건을 고려했을 때 학교현장에서 할 수 있는 가장 적합한 형태의 탐구활동”이라며 “실험을 하는 동안 아이들은 쉴 새 없이 활동하기 때문에 실험에 집중할 수밖에 없고 특히 드라마틱한 변화가 있는 실험을 하면 학생들의 흥미는 훨씬 높아진다”고 말했다.

임 교사가 실험수업을 진행하기 시작한 때는 26년 전 과학교사로서의 첫 발걸음을 내디디면서부터다. 그 후 전문성을 쌓기 위해 서울중등과학실험놀이교육연구회와 신나는 과학을 만드는 사람들 등의 교사모임에서 활동하면서 실험수업의 필요성을 더욱 절실히 느꼈다. “고등학교는 중학교와 달리 입시와 직결되어 있기 때문에 수업활동이나 수업방법이 상당히 제약을 받을 수밖에 없습니다. 그래서 강의식 수업, 문제풀이식 수업, 개념 위주의 수업 등이 강조되는 환경에 놓여 있죠. 그나마 실험 중심의 수업을 하면 강의식 수업에서 담아내지 못하지만 과학에서 필요로 하는 핵심역량을 접하고 키울 수 있습니다.”

임 교사의 실험수업 방식은 실험의 특성에 따라 조금씩 달라지지만 대체로 비슷한 과정으로 진행된다. 먼저 어떤 실험을 할 것인지 실험개요와 실험방법을 설명하고 주의사항에 대해 안전교육도 빼놓지 않는다. 또한 예상결과를 발표하도록 하여 학생들이 단순히 실험만하도록 하는 게 아니라 생각하는 기회를 갖도록 한다. 임 교사는 “예상결과는 실험결과와 일치하기도 하고 틀리기도 한다. 만약 틀리면 ‘왜 틀렸을까’ 아이들 스스로 생각하게 된다”고 말했다. 실험이 끝나면 실험에 대한 느낌, 소감 등 자신의 감정적인 부분도 표현할 수 있도록 한다.

생각하고 탐구하며 과학적 사고능력 겸비

임 교사는 실험수업을 진행하면서 크게 두 부분에 초점을 둔다. 첫째 가능한 한 고등학교 수준에 맞는 재미있는 소재를 선택한다. 둘째 교과과정 내용과 일치하는 내용을 발굴한다. 임 교사는 “초중등학교의 실험수업이 관심과 재미, 흥미를 이끄는데 초점을 둔다면 고등학교는 사고능력, 탐구과정에 좀 더 집중하는 것이 필요하다”고 말했다. 이어 “고등학교에서는 탐구방법을 익혀서 현실에서 문제를 발견하고 해결하려는 자세를 갖도록 해야 한다”며 “실험 자체에 초점을 맞추기보다 생각하고 탐구하는 자세를 갖게 하는 것이 중요하기 때문에 논리적으로 생각하고 표현하는 능력을 키워주려 한다”고 덧붙였다.

이러한 특성을 고려해 임 교사는 사고실험도 곁들인다. 실험기구를 가지고 하는 것이 아니라 생각하고 토론하는 수업이다. 때문에 협동사고, 협업작업의 효과를 기대할 수 있다.

20년 동안 중학교에 몸담다가 7년 전 지금의 고등학교로 자리를 옮긴 임 교사는 중학교 때와 마찬가지로 여전히 실험수업을 진행하고 있다. 다만 교육과정이 대학 입시에 맞춰진 까닭에 실험수업의 빈도수는 중학교 때만큼 높지 않다. “강의식 수업에 비해 실험수업은 준비할 것이 많아 쉽지 않지만 할 수 있는 한 기회를 많이 만들려고 노력합니다.”

노력이 많이 드는 실험수업을 고집하는 이유는 실험수업을 할 때 가장 큰 만족감을 얻기 때문이다. “제일 중요한 것은 수업 후 교사가 만족해야한다는 거예요. 아이들과 소통이 잘되고 내가 이야기하는 것을 아이들이 잘 받아들인다고 느끼면 굉장히 짜릿하죠. 실험수업을 하면 누구 하나 졸지 않고 열심히 참여하고 끝나고 나서도 쉴 새 없이 질문을 많이 해요. 학생들과 더 많은 교류와 교감을 나눌 수 있죠. 저 자신도 행복하고 학생들도 즐거워한다는 걸 알기 때문에 힘들어도 모두가 행복한 수업을 만들기 위해 노력합니다.”

실험수업 역량 강화위한 지원 절실

임 교사는 실험수업의 긍정적인 면을 모두가 알고 있지만 실제 실험수업이 활발히 이루어지지 않고 있음을 지적하며 2가지 방안을 제시했다. 첫째 교사의 열정과 의지다. “선생님들이 미래를 조망할 수 있는 능력을 가져야합니다. 학생들에게 ‘너희들이 갖춰야할 것은 무엇이고 앞으로 이런 변화가 있을 테니 이렇게 준비를 해야 한다’는 이야기를 해줄 수 있어야합니다. 개인적으로 하기는 쉽지 않기 때문에 교사모임 등을 통해 도움을 받는 것도 좋은 방법입니다.”

둘째 실험환경 조성을 위한 적극적인 지원이다. 이 교사는 “고등학교에서 다루는 과학 과목의 수준이 높다보니 첨단 실험기구들을 사용해야할 경우가 있지만 학교의 재정이나 실험실 환경 상 실험을 하기 어려워 어쩔 수없이 이론수업을 하는 경우가 적지 않다”며 “교사가 수업에 집중할 수 있도록 지원이 충분히 이루어지면 좋겠다”고 당부했다.

실험수업의 효과를 높이기 위해 임 교사는 연구와 공부를 통한 자기계발에 열심이다. 수업을 하다가 개선하고 싶은 부분이 생기면 전공서적이나 논문을 찾아본다. 특히 요즘은 융합, 인문학적 소양, 창의성 등을 과학에서도 강조하기 때문에 책에 나와 있는 좋은 문구나 떠오르는 생각을 수업시간에 들려주기도 한다. 또한 첨단 기자재를 필요로 하는 실험은 학교에서 하기 어렵기 때문에 좋은 동영상자료를 찾아 보여주기도 한다.

임 교사는 대학 입시라는 벽에 부딪혀 고등학교에서 실험수업을 많이 하기 어려울 수밖에 없다는 점을 인정하면서도 교사의 일방적 주입식 교육의 한계를 지적하며 실험수업이 활성화되었으면 좋겠다는 바람을 전했다. “50분 수업시간동안 10개의 개념을 학생들에게 전달한다고 했을 때 10개의 개념을 모두 수용할 수 있는 학생은 단 한명도 없습니다. 교육과정상 다루어야할 내용들이 많기 때문에 어쩔 수 없이 제한된 시간 내에 많은 내용을 설명해주는 것뿐이죠. 천천히 가더라도 아이들이 핵심 개념을 확실히 가져가고 오랫동안 기억할 수 있도록 해야 합니다. 손으로 한 것이 눈으로 본 것보다 오래가듯이 실험수업, 활동수업은 핵심 개념을 확실히 전달하는데 매우 효과적입니다.”