과학교육은 미래 사회에서 요구되는 문제 해결 능력과 비판적 사고력을 기르는 데 필수적이다. 용화여자고등학교는 단순한 지식 습득을 넘어서 학생들이 다양한 탐구 활동을 경험하고 창의적인 사고력을 키울 수 있도록 교육 환경을 조성하고 있다. 과학중점 선도학교로서 개방형 실험실을 구축하고, 다양한 탐구 활동을 운영하며, 인공지능(AI) 영재학급과 STEAM 융합 프로그램 등 최신 교육프로그램을 도입했다. 학생들이 융합적 사고를 바탕으로 창의적 문제 해결자로 성장할 수 있도록 탐구 중심의 과학교육을 실천하는 용화여자고등학교를 찾았다.

제일 유명한 과학자를 한번 떠올려 보자. 초등학생이든, 중학생이든, 고등학생이든, 어느 집단의 친구들에게 질문을 하든 이 이름은 꼭 거론될 것이다. 바로, ‘알버트 아인슈타인’ 이다. ‘알버트 아인슈타인’과 더불어 게임이론의 창시자이자 양자역학의 수리적 기초를 발전시킨 ‘존 폰 노이만’은 모두 미국 뉴저지 프린스턴에 있는 미국 고등연구소(Institute for Advanced Study) 소속 교수였다. 우리나라에도 IAS와 같은 기관이 있다. 바로 오늘 소개해드릴 고등과학원(Korea Institute for Advanced Study)이다.

IB(International Baccalaureate)프로그램에서 말하는 개념기반 탐구수업은 학생들이 단순히 지식을 습득하는 것을 넘어서 개념을 통해 깊이 있는 이해와 의미 있는 학습을 추구하는 교수·학습 접근 방식이다. IB 개념기반 탐구학습에서 다루는 개념은 특정 과목에 국한되지 않고 여러 학문 분야를 아우르는 폭 넓고 추상적인 아이디어로, 학생들이 자신이 살아가는 세계를 통합적으로 이해하고 다양한 상황에 적용할 수 있게 한다.

2022 개정 교육과정의 주요 방향 중 하나는 ‘개별 맞춤형 교육과정’입니다. AI 디지털 교과서(AIDT)가 도입되면 학생 개별 데이터를 활용해 대시보드 형태로 학습 상태를 실시간으로 확인할 수 있습니다. 그러나 현재까지 나온 AIDT는 주로 객관식이나 단답형 문항 채점에 집중하고 있어, 이를 보완할 수 있는 서술형 평가의 필요성이 더욱 주목받고 있습니다. 서술형 평가는 학생들이 과학 개념을 깊이 이해하고, 비판적 사고, 창의력, 문제 해결 능력을 높여주는 중요한 도구입니다(하민수 외, 2019; 이미화, 2023). 하지만 서술형 평가의 높은 교육적 효과에도 불구하고, 시간과 인적 자원의 부족으로 교사들이 이를 도입하는 데 어려움을 겪고 있습니다(Bloom, 1984; 이미화, 2013). 필자는 이러한 어려움을 해결하기 위해 생성형 AI(GPT)를 보조 교사로 활용하여 현실적인 한계를 극복하고자 했습니다. 서술형 문항은 응답의 질과 정확성을 평가하는 구조화된 문항으로(박혜영 외, 2019), GPT에 설계된 모범 답안과 평가 준거를 입력한다면 채점과 피드백이 가능할 것으로 기대했습니다.

오금고등학교는 시대의 흐름에 따라 학생 맞춤 교육을 실시하여 미래인재에게 꼭 필요한 창의성, 인성, 잠재력과 실력을 쌓을 수 있도록 교육과정들을 개편하고 다양한 경험을 할 수 있도록 환경을 조성하여 지난 2023년 과학교육 우수학교로 선정되었다. 특히 방과후 자율적 과학탐구 프로젝트를 진행하여 1. 2학년 대상으로 매주 2회(월, 수) 실험실을 개방하고 물리, 화학, 생명과학을 주제로 실험을 하고 있으며 학생들의 다양한 과학탐구 역량 수준과 요구사항에 대해 맞춤 지원이 가능하도록 노력하고 있다. 이 외에도 학생들이 가지고 있는 가능성과 잠재력을 키워주는 다채로운 프로그램을 지속적으로 진행 중에 있으며 대한민국을 넘어 전 세계인과 경쟁하고 협업해야할 학생들에게 꿈과 재능을 키워줄 배움의 판을 지속적으로 만들어 나가고 있다.

한국지능정보사회진흥원(NIA)은 대한민국 정부와 국민이 새로운 디지털 기술을 효과적으로 사용할 수 있도록 지원하고 있다. 1987년 한국전산원으로 설립된 이후, 한국정보화진흥원을 거쳐 현재의 한국지능정보사회진흥원으로 발전했다. NIA는 대한민국의 정보화와 디지털 혁신을 이끌어 왔으며 ‘초고속국가정보통신망 개통’, ‘민원24’와 같은 전자정부 사업, ‘공공데이터 개방’ 등 다양한 프로젝트를 통해 국민의 삶의 질을 향상시켰다. 특히 코로나19 대응을 위해 ‘공적 마스크 앱’과 ‘백신사전예약시스템’을 구축하는 등 중요한 기여를 한 한국지능정보사회진흥원과 흥미로운 사업들을 소개하고자 한다.

과학교육에서 실험탐구는 이론적인 개념을 실제로 경험하고 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 실험을 통해 학생들은 추상적인 개념을 실제 상황에 적용하고 관찰하며 문제 해결 능력을 키우게 됩니다. 이를 통해 과학적 사고와 탐구 능력을 발전시키며, 자기 주도적 학습 능력을 기를 수 있습니다. 또한, 미래에 과학적인 직업이나 전공을 선택하는데 중요한 기반이 됩니다. 최근에는 과학 기자재의 발전으로 다양한 분야의 과학 실험이 가능해졌습니다. 특히 무선 센서를 활용한 데이터 수집이 쉬워져 실험 결과를 단순히 관찰하는데 그치는 것이 아니라 정량적 분석과 탐구가 용이해졌습니다. 다양한 센서 중 무선 분광광도계를 활용한 실험탐구 프로젝트를 소개하고자 합니다.

우리 선생님들 대부분은 수업 속에서 학생과 함께 호흡하고 그들의 발달을 도와 성취감을 느끼게 하고 이해와 성장을 돕는 수업을 좋은 수업이라고 생각한다. 하지만, 현실적으로 수업을 이렇게 해내기는 정말 어렵다. 특히 과학은 수업 시간에 다루어야 하는 성취 기준과 실험이 너무 많아 소위 ‘진도 나가기’ 바쁜 교과가 아닌가? 반드시 교육과정 재구성을 적절히 해야만 하는 이유가 여기에 있다.

반포고등학교는 특화된 과학중점 교육과정과 글로벌·인문융합 프로그램을 진행하여 입시와 진학에서도 강점이 되어 매년 탄탄한 입시결과를 만들고 있는 과학중점학교다. 특히 올해 수업량 유연화에 따른 학교 자율적 교육과정으로 팀 프로젝트형 탐구활동을 운영하고 있으며 콜로키움을 진행하여 학생들의 탐구능력을 신장하고 있어 학생들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 또한 심화된 이공계 진로 체험 프로그램 운영 역량을 갖춘 학교로서 개방형 실험실을 구축하여 인근 학교에서도 쉽게 찾아가 체험할 수 있도록 시설을 완비하였으며 학생들의 다양한 과학 탐구 역량 수준과 요구 사항에 대한 개별 맞춤 지원이 가능하도록 노력하고 있다.

한국과학기술정보연구원(Korea Institute of Science and Technology Information, KISTI)은 과학기술 데이터와 국가슈퍼컴퓨팅 인프라를 보유한 과학기술정보 분야의 대표 연구기관입니다. KISTI는 과학기술데이터 종합연구기관으로 국내외 과학기술정보, 데이터 처리를 위한 슈퍼컴퓨팅 자원, 데이터 유통을 위한 초고속 연구망, 데이터 안전을 책임지는 사이버보안, 데이터의 부가가치를 높이는 AI와 S/W, 데이터 기반 미래 분석, 데이터 활용·확산을 위해 연구하고 서비스하는 역할을 수행하고 있습니다.

사람들은 과학자라고 하면 하얀 실험복을 입은 사람이 시험관을 들고 있는 모습을 떠올린다. 다른 과목과 구별되는 과학과목의 가장 큰 특징이 바로 실험일 것이다. 그래서인지 많은 과학 선생님이 공개수업이나 수행평가를 할 때 실험을 한다. 하지만 꼭 실험일 필요가 있을까? 성취기준을 효과적으로 달성할 수 있는 다른 방법은 없을까? 3월 첫 수업시간에 내가 학생들에게 항상 하는 질문이 있다. 어떤 수업을 좋아하나요? 어떤 과학 수업을 원하나요? 매년 아이들의 공통된 답은 하나다. “재미있는 수업이요!” 너무나도 당연하면서 굉장히 어려운 과제이다. 과연 어떻게 하면 ‘재미’있게 가르칠 수 있을까? 고민 끝에 내가 즐겁게 했던 경험에서 답을 찾아보았다. 그것이 바로 ‘보드게임’이었다.

‘열’ 개념은 가열도구의 사용을 비롯한 일상생활뿐 아니라 기상현상이나 물질의 상태변화 등 모든 영역의 과학과 기술, 공학의 기초를 이루는 중요한 개념이다. 많은 학생들이 눈에 보이지 않는 ‘열’ 개념을 어렵게 느끼고 오개념을 형성하기도 한다. 초등학생들은 발달단계상 구체적 조작기에 해당하기 때문에 추상적인 개념을 시각화하여 제시하는 것이 학생들의 내용 이해에 도움을 줄 수 있다.

4차 산업혁명 시대, 우리 사회는 유례 없이 빠른 속도로 변화해가는 흐름에 발맞추어 대원고등학교는 기존의 것을 답습하는 교육에서 벗어나 새롭고 창의적인 교육 프로그램들을 도입하고 차세대 리더 양성을 위해 끊임없이 도전해오고 있다. 창의융합형 과학 실험실의 안정장비 및 설비를 내실화하고 ICT, AI와 연계한 지능정보기술 교육 기반을 확충하기 위해 첨단화 실험기구들을 갖추면서 과학영재학급 등 이공계 진학을 희망하는 학생들에게 다양한 교육 프로그램을 제공하고 ‘미래를 이끌어갈 융합형 인재 육성’이라는 비전을 실천하고 있는 대원고등학교를 찾았다.

과학수도 대전에 위치한 한국표준과학연구원(Korea Research Institute of Standards & Science, KRISS)은 국가표준기본법 제13조에 명시된 우리나라 국가측정표준 대표기관(National Metrology Institute, NMI)이다. 세계 각국은 국가측정표준기관 또는 지정기관(Designated Institute, DI)과 같은 국가측정표준 정점기관을 지정하여 국가측정표준을 확립하고 산업체, 시험연구기관, 정부 부처 및 사용자들에게 보급하는 체계를 갖추고 있다.

가끔 인공지능(AI)에 대해 왜 배워야 하는지에 대한 질문을 받고는 한다. 인공지능을 포함한 모든 과학기술은 인간의 문제를 해결하는 도구로 쓰일 때 가장 가치가 있다. 또한 “인공지능은 ‘따뜻한 창의성’을 현실화시켜줄 수 있는 문제해결을 위한 가장 강력한 도구 중의 하나”이다. 그렇기에 우리 학생들에게 교육과정 중 필요한 필수교과는 아니지만, 우리의 상상력을 현실로 만들 ‘방법’인 인공지능을 배워야 한다고 말로 열 번 설명하는 것보다 한번 보여주고 체험하게 하고 싶었다.