미국 국가연구위원회에서 초중고 학생들의 과학·공학에 대한 흥미를 유발하고, 필히 학습해야 할 주요사항을 제시하는 개선안을 마련함. 주요 내용은 첫째, 생명·지구과학·공학·기술 등 핵심 학문지식 제시, 둘째, 과학·공학의 학술분야간 교차되는 개념 및 일상생활과 교차되는 요소 제시, 셋째, 과학·공학 연구활동과 일상생활과의 연계성을 제시하였음. 결과적으로 미국은 과학·공학과 실생활의 연계를 강화해 학생들의 흥미를 유발하고, 이론과 실제를 통합하는 교육을 강화하는 노력이 진행중임

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1. 개요

□ 미 국가연구위원회에서는 초중고에서 학생들이 배워야하는 과학·공학의 내용과 개념에 대한 교육과정 개선(안)을 발표

○ 과학 및 공학교육에 대한 개선된 교육과정*를 제공하여 학생들이 초·중·고 교육과정에서 필히 숙지하여야 할 주요 과학 이론과 실습을 제시

* 학생이 익히고 배워야 할 과학교육의 내용과 순서를 폭넓게 기술

○ 이 개선(안)에 대한 교육계 및 국민으로부터 광범위한 검토 및 의견을 구하고 있으며 최종안은 새로운 과학 교육 표준으로 채택될 예정

2. 교육과정 개선(안)의 구조

구성방향

○ 과학·공학 교육에 관한 광범위한 내용을 다루기보다는 핵심 내용을 강조

○ 교육과정을 지속적인 발달과정으로 인식

- 과학에 대한 흥미를 지속적으로 유발시키고 호기심을 자극해야 함을 강조

○ 과학·공학의 실제 활동 및 학생 실생활과 과학·공학 교육의 통합 강조

기본원칙

○ 학생은 타고난 과학자이지만 좀 더 합리적이고 통합적인 지도 필요

- 어린이는 이성적인 추론과정을 거쳐 세상을 이해할 수 있지만 과학적 추론을 하기 위해서는 합리적이고 통합적인 지도 필요

○ 과학의 핵심적인 아이디어에 대한 장기적이며 체계적인 교육 필요

- 체계적이며 통합적인 장기간의 연속적인 과학교육은 학생 스스로 지식을 재구성할 수 있는 고차원 능력을 길러줄 수 있음

○ 과학은 지식 집합체 이상의 의미를 지니며 지속적으로 발전하는 사회적 학문

- 이론과 실제는 과학의 두가지 기본 요소이며 이론을 실생활에 적용할 수 있어야 하고 반대로 실제에서 이론의 유추가 가능해야 함

- 과학은 혼자 하는 것이 아니라 동료들과 의견을 교환하며 이론을 발전시켜 나아가는 사회적인 학문

○ 학교의 과학교육은 학생의 관심 및 경험과 결부되어야 하며 호기심과 흥미를 과학적 질문으로 연결시켜야 함

- 학습내용에 대한 관심과 열정은 교육과정의 지속적인 참여를 이끄는 가장 중요한 요소

교육과정 개선(안)의 내용

○ 교육과정 설정의 기본원칙에 따라 3가지 측면에서 개선(안) 마련

- 핵심적 학문지식 : 교육과정에서 다루어야 할 구체적인 과학기술의 핵심 지식 및 아이디어에 관한 내용

- 교차적 요소 : 과학·공학 교육이 포함하여야 할 교차적 요소(Cross-Cutting Elements)에 관한 내용

- 과학·공학의 실제 : 과학·공학 분야의 실제활동 및 일상 실생활과 과학·공학 교육의 연계에 관한 내용

< 개선(안)에 포함시킬 상세한 내용의 선정 기준 > ◇ 단일 분야의 핵심 개념이거나 다양한 과학·공학 분야에서 중요성이 높은 개념 ◇ 주어진 문제를 해결하거나 복잡한 지식에 대한 이해를 가능하게 해주는 도구적 성격 ◇ 과학·기술적 지식이 필요한 사회적·개인적 관심사에 연결되어 있거나 학생의 개인적 경험·호기심을 자극 ◇ 학년에 따라 단계적으로 교육할 수 있을 정도로, 충분한 복잡성과 깊이가 있는 것

3. 교육과정 개선(안)의 세부 내용

핵심적 학문 지식

○ 졸업 전까지 각 분야별로 습득해야 할 학문적 지식의 핵심내용을 제시

- 생명과학, 지구·우주과학, 물성과학*, 공학·기술 네 분야로 구성

* Physical science : 생명과학(Life science)에 대비되는 개념으로 물리, 화학 등 자연의 힘과 非생명체를 연구하는 과학 분야

- 네 분야별로 서로 연관되는 커리큘럼이 짜일 수 있도록 노력해야 함을 강조



                                 < “핵심적 학문지식”의 주요 내용 >

주요 내용

생명과학(LS) - LS1: 유기체는 성장과 번식을 위한 구조와 기능을 지님 - LS2: 유기체에는 다음 세대에 형질과 형질의 변형을 전달할 수 있는 메커니즘 존재 - LS3: 유기체는 주변 환경에서 타 유기체나 물리적 요인을 포함한 필요 자원을 획득 - LS4: 생물학적 진화는 종의 단일성과 다양성을 설명

지구·우주과학(ESS) - ESS1: 인간과 지구는 거대 태양계·우주의 작은 부분 - EES2: 지구는 암석, 물, 공기 및 생명체가 복잡하게 얽혀있는 46억년 된 행성 - EES3: 지구 표면은 태양열과 중력에 의한 물과 암석의 순환으로 지속적으로 변화 - EES4: 인간 활동은 지구 표면에서 일어나는 작용에 영향을 받는 동시에 제약도 받음

물성과학(PS) - PS1: 물질의 상태와 특성은 분자·원자 수준에서의 입자의 종류, 배치 및 움직임에 의해 결정 - PS2: 물질, 구조, 변형의 기초적인 상호작용에 의한 힘 ; 모든 시스템 안에서는 힘의 평형상태 혹은 비평형상태에 의해 안정성과 변화가 결정 - PS3: 시스템간 에너지 전달은 총에너지량을 변화시키지 않으나 에너지 자체는 분산되며 가용한 에너지량에 따라 특정 과정의 발생 유무가 결정 - PS4: 파동은 적절한 장비만 있다면 유용하게 사용할 수 있으며 특히 전자기파나 음파는 인간의 감각기능이 닿지 않는 자연의 모든 면도 탐색할 수 있게 함

공학·기술(ET) - ET1: 공학·기술은 시스템, 프로세스, 물질, 제품 혹은 기술과 과학적 원리의 작용에 대한 연구 - ET2: 공학은 제한된 상황에서 문제를 확인하고 해결하기 위한 창의적 반복적 과정 - ET3: 인간은 기술시스템에 둘러싸여 있고 이로부터 도움을 받고 있음. 장기적인 생존과 번영을 위해서는 이러한 시스템을 효과적으로 사용하고 발전시키는 것이 중요 - ET4: 현대의 일상생활은 기술을 바탕으로 한 의사결정의 연속이며 모든 사람은 기술과 상호작용을 하고 있음. 기술의 사용에 수반되는 위험과 책임을 숙지할 필요

󰊲 교차적 요소(Cross-Cutting Elements)

○ 과학·공학과 관련한 2가지 교차적 요소를 제시

- (과학·공학 내부 측면) 과학·공학의 여러 분야에 걸쳐 교차적으로 관련되는 7가지 과학적 개념

- (과학·공학 외부 측면) 과학·공학 교육과 사회 및 학생의 일상생활과 관련된 교차적 요소



                                        < “교차적 요소”의 주요 내용 >

1. 과학·공학 내부에 관련된 교차적(공통된) 요소

패턴, 유사성 및 다양성 - 자연에서 관찰된 패턴은 조직과 분류를 가능케 하며 인과관계에 관한 질문을 유발시킴

원인과 결과 : 메카니즘과 예측 - 모든 일은 간단하건 복잡하건 인과관계가 바탕에 깔려있으며 그 관계를 밝혀내고 간접적인 관계의 메커니즘을 밝혀내는 일이 과학의 가장 중요한 일

척도, 비율 및 양 - 현상을 파악함에 있어 각기 다른 크기, 시간, 에너지 척도와 연관 지어 생각하는 것이 중요하며 양과 척도의 변화에 맞춘 관계를 유추해 내는 것이 중요

④ 시스템과 시스템 모델 - 연구분야의 시스템을 명확히 기술 및 정의하고 모델을 정립하는 과정은 과학과 공학을 포괄적으로 이해할 수 있는 방법을 개발하는 것과 같음

⑤ 에너지와 물질 : 순환, 사이클 및 보전 - 질량 보존의 법칙을 바탕으로 에너지와 물질의 순환과정을 이해

⑥ 형태와 기능 - 물체의 형태나 구조는 그 물질의 특성과 기능을 결정지음

⑦ 안정성과 변화 - 자연시스템 혹은 계획된 시스템 모두 안정성과 변화에 영향을 미치는 요인 존재

2. 과학·공학 이외 분야와 연결된 요소 - 과학, 공학, 기술 및 사회와 관련된 주제

․ 다양한 문화를 가진 개개인이 수학, 과학, 공학·기술에 다각도로 기여하였으며 과학과 공학 발전의 배경역사를 가르치지 않고서는 제대로 된 과학교육을 할 수 없음 ․ 과학적 발견의 득과 위험을 수업시간을 통해 논의할 수 있는 시간을 마련하여 다양한 견해를 존중할 수 있는 경험을 심어주어야 함 ․ 과학자의 연구는 개인적 신념뿐만 아니라 사회의 가치에도 영향을 받으며 시민 모두는 사회적 결정에 참여할 권리가 있으며 윤리적 딜레마에 빠질 수도 있음을 이해시켜야 함 ․ 과학·공학 분야 직업의 사회적 역할·윤리에 관한 토론을 통하여 이 분야의 직업에 대한 학생의 관심을 유발하고 도덕적·윤리적으로 도전받는 직업임을 인지시켜야 함 ․ 과학 및 공학 관련 직업에 대한 결정은 어린 시절에 이 분야에 대한 관심에서 비롯되므로 이를 충분히 충족시켜 주어야 함

 

󰊳 과학·공학의 실제

○ 과학자와 공학자의 연구·활동과 관련된 실제적인 측면을 고려하여 과학·공학 교육을 계획할 것을 강조

- 과학자와 공학자가 실제 분야에서 일하는 것을 바탕으로 과학 수업 시간에 할 수 있는 학습 방안 등을 제시

※ 질문을 통하여 실제 과학자와 공학자가 필요로 하는 비판적인 사고방식을 키워주고, 질문에 대한 가설을 바탕으로 모델을 수립할 수 있도록 함

※ 데이터 수집과 이에 대한 분석, 그리고 이를 해석하는 과정 중시

※ 이론과 데이터를 바탕으로 논리를 펼치고 연구에 대한 약점과 한계를 비판할 뿐만 아니라 이러한 모든 과정을 과학적으로 표현할 수 있도록 교육

※ 획득한 과학적 지식의 의미를 이해하고 이를 세상에 적용하는 방법을 교육

4. 정책적 시사점

□ 과학·공학관련 교육문제는 오바마 행정부에서 주목하고 있는 핵심적인 문제 중의 하나

○ 국가과학위원회의 STEM*교육개선 방안(’09.1), 경쟁력강화 재승인법안**의 STEM교육 강조 등 미국은 초·중·고 과정의 과학·공학교육 강화를 위해 노력

* Science, Technology, Engineering and Mathematics

** America COMPETES Reauthorization Act(’10.5.28 하원 통과)

□ 본 개선(안)에서는 초·중·고에서 과학·공학에 대한 흥미유발, 학제적 접근, 이론과 실제의 통합을 중요시

○ 미국은 초·중·고 교육과정에 공학교육을 포함시키고 있다는 것이 특징적이며 실생활과의 연계·적용을 중요시

※ 우리나라 공학교육은 대학에서 전문적인 수준으로 이루어지고 있으며 초·중등 과정에서는 거의 시행되고 있지 않음

○ 또한 학문적 연속성(대학과정) 측면에서도 초·중·고 학생의 과학·공학에 대한 흥미유발·유지를 매우 중요시

□ 창의적인 미래 과학기술인재의 저변을 확대하기 위해서는 장기적이며 실천적인 과학교육과정의 개발·운영 필요

○ 현재 제2차 이공계인력 육성·지원 기본계획(2011~2015)을 수립 중*에 있으며 초·중등 단계의 과학·수학 교육에 대한 분석 실시

* 최근(’10.7.13) 이공계인력 육성·지원 기본계획(안)에 대한 공청회 개최

- 우리나라는 선진국 대비 수학·과학의 학업성취도는 우수한 편이나 흥미는 매우 낮은 편

※ 수학·과학 학업성취도 (PISA, '06) : (수학) 1～4위, (과학) 7～13위

※ 과학에 대한 흥미도 (PISA, '06) : 57개국 중 55위

- 과학·수학에 대한 저조한 흥미는 이공계 기피 현상으로 이어짐

○ 청소년의 수학·과학에 대한 흥미를 제고하고 이러한 흥미가 이공계 대학의 진학 혹은 이공계 관련 직업의 선택에 긍정적인 영향을 미치도록 하는 장기적 과학·교육 정책 필요

- 진학을 위해 학업성취도를 높여야 하는 학생의 처지에서 흥미유발, 실생활 적용, 연구자의 연구활동 따라하기* 등을 일반 중등교육과정에 일률적으로 적용하기에는 현실적으로 한계

* 질문에 대한 가설설정, 모형설계, 데이터수집·분석, 보고서 쓰기 등의 직접적인 연구활동

- 그러나 장기적 관점에서, 이론중심의 주입식·암기식 수학·과학 교육을 탈피하고 창의성과 흥미를 유발·유지시킬 수 있는 연구·실험 중심의 교육과정 강화가 중요

※ 현재 교과부가 운영 중인 초·중학교 학생 대상의 ｢학교로 가는 생활 과학교실｣은 과학의 생활화 및 잠재 과학기술인재 육성에 기여하고 있음

※ 교과과정뿐만 아니라 이공계 진로에 대한 이해증진프로그램, 진로상담 등 이공계 진로교육과 인식제고 프로그램 강화 필요

 







* 도표 등과 관련된 상세 내용은 첨부파일을 참조하시길 바랍니다.

* * 본 자료는 교육과학기술부 과학기술기반과와 KISTI 정보분석본부, KISTEP 정책기획실 등에서 분석한 내용을 바탕으로 한 것입니다.