국내외 과학과 교육과정과 발명은 어떤 연관이 있는지 알아보자.

3D프린터의 개발 등으로 제조업도 변하고 있다. 이제는 스타트업에서 사물인터넷, 인공지능 등의 디지털 도구를 빼놓을 수 없게 되었다. 첨단 과학기술을 기반으로 혁신적인 융합 영역이 창출되고 있다.

2015 개정 교육과정에서는 '과학적 참여와 평생학습능력'이 처음으로 대두되었다. 과학기술의 사회적 문제에 대해서도 지속적인 관심을 가지고, 새로운 과학 기술 환경에 적응하기 위해, 학생들이 '평생학습능력'을 갖추어야 하기 때문이다.

오늘은 이중에서도 발명과 과학교육과정에 대해 정리해 보겠다.

 

1. 한국 외 나라들의 과학과 교육과정과 발명

• 과학 교육과정에서 성격에서 발명과 관련된 내용을 제시한 나라는 미국, 영국, 일본을 제외한 7개국이었음.
• 외국 교육과정에는 교육과정의 배경에 대한 다양한 방식의 서술 속에 과학 교육과정과 발명과 관련된 내용을 제시하고 있었음.
• 미국
  • 2013년에 발표한 차세대과학표준(NGSS, Next Generation Science Standards)을 통해 과학과 공학을 과학교육으로 통합하여 공학적 설계를 강조
  • 핵심기능으로 ‘과학과 기술공학의 실행’을 제시(NGSS, 2013).
  • 혁신과 창의성을 위한 공학적 활동으로 STEM 교육에서의 발명 역량을 강조
  • ‘과학, 수학, 기술 가르치기’ 영역에서 “과학 수업은 학문적인 우수성과는 다른 질적인 면에서 창의성과 발명이 인정받고 장려되는 곳이어야 한다.”와 같이 제시하면서 과학, 수학, 기술을 가르치는 방법적인 관점에서 과학교육은 과학적인 가치를 반영할 수 있어야 하고, 창의성과 발명이 과학 수업에서 강조되어 학습되어야 함을 지적
  • 차세대 과학교육과정에서는 통합적인 접근을 시도
  •  ‘과학과 기술공학의 실행’을 통하여 방법적인 측면을 제시
  • 과학과 사회, 언어, 수학 등 다른 교과와의 연관성을 제시하는 과정에서 공학적인 활동에 대한 사례로 발명대회(invention competition)를 제시
• 영국
  • 2013년에 졸업 이후의 학생들 의 삶에 대한 준비도를 향상하기 위하여 학력제고, 직업교육강화, 교육과정 운영 자율성 강화 등의 내용으로 교육과정을 개정
  • 과학교과에서 과학적 개념과 함께 방법적 측면을 강조(Department of Education, UK, 2013).
• 호주
  • 과학과 교육 과정에서 과학의 이용과 영향에 대한 설명에서 과학적 이해와 발견, 발명은 사람들의 삶에 직접적인 영향을 미치는 문제를 해결하는 데 유용하다고 정의(ACARA, 2016).
  • 과학의 이해(Science Understanding), 인간의 노력으로써의 과학(Science as a Human Endeavour), 과학 탐구 기능(Science Inquiry Skills) 등의 세 가지 영역으로 과학교육과정이 구성되어 있음.
  • 이중 ‘인간의 노력으로써의 과학’에 “과학의 이해, 발견, 발명이 인간의 삶에 직접적으로 영향을 주는 문제들을 해결하는 데 사용된다.”와 같이 인간의 삶에 발명이 과학과 함께 큰 역할을 함을 제시
  • 비판적, 창의적 사고력 학습’의 ‘아이디어, 가능성, 행동 생성(Generating ideas, possibilities and actions)’에서 학생들이 형상화, 비유, 상징 등을 사용하여 복잡한 아이디어를 생성하고 연관 지을 수 있게 하도록 지도할 것을 요구
• 캐나다 퀘벡주
  • “오랜 과학 기술의 역사 속에서 어떤 것을 발명하는 것은 과학적인 이론에 바탕을 두어 왔기 때문에 기술은 단순히 과학적인 발견을 적 용하는 것만이 아니라 그 이상에 가치를 두어야 한다.”
  • 발명과 과학의 관계(발명이 과학적인 이론에 바탕을 두고 이루어진다)를 제시
  • “과학과 기술은 서로 다른 다양한 영역들과 상호 작용을 통해서 이루어져 왔고, 과학적인 발견이나 기술적인 발명은 항상 여러 사람들의 협업을 통해서 완성되었다는 것을 제시하고 있다.”라고 하면서 과학과 발명의 과정에서 협업의 중요성을 제시캐나다의 ｢applied S&T｣ 교과에서는 “학생들은 관련된 개념을 바탕에 두고 발견, 발명, 혁신 등의 맥락을 연구함으로써 이론과 실천을 통합하는 것을 배워야 한다.”라고 제시
  • 특히 물리 교과의 성격에서는 물리학과 관련된 발명과 혁신이 사회의 발전에서 중요한 역할을 한다는 내용을 포함
  • 브리티시 콜롬비아주에서는 평가 계획에 대한 예시로 발명의 필요성과 이유를 제시
• 뉴질랜드
  • ‘물리는 발명의 과학’이라고 제시하면서 물리를 통해 새로운 기술의 창조를 강조
  • 과학과 기술의 관계를 제시하면서 발명의 여러 사례를 교육과정에 제시
  •  평가에 대한 지침을 제시하면서 발명과 관련된 내용을 포함
  • “전화를 발명한 사람에 대한 이야기를 듣고 개발 과정에서 사람의 역할을 이해해야 한다.”
  • “테슬라의 교류 전동기와 변압기의 발명이 전기의 전송에 교류가 최상의 선택이라는 것을 결정하는데 결정적인 역할을 한 이유를 토의한다.”
• 프랑스 
  • “발명과 혁신,∼등은 인간의 필요를 위해 사용되며, 새로운 발명품과 기술적 절차는∼과학에 의한, 과학을 위해 축적되어 온 지식을 활용하여∼”와 같이 기술하면서 과학을 통해 얻어진 발명, 발명품 등의 중요성과 가치를 제시
• 싱가포르
  • 21세기를 위한 주요 역량 중 하나로 발명적 사고(inventive thinking)를 제시
  • “벤자민 플랭클린이 어떻게 피뢰침을 발명했는지에 대한 이야기를 토대로 사람들이 세상을 어떻게 이해하고 번개에 어떻게 대항했는지를 인식할 수 있다”
• 중국
  • 과학⋅기술과 사회⋅환경의 관계를 다루는 과정에서 “과학기술사는 과학적 발견과 기술 발명의 역사적 배경 및 그 역정 및 본보기를 탐색하는 사례로, 다음과 같은데 도움이 된다.
  • 학생들로 하여 금 과학적 창신이 종종 당시 보편적으로 통용되던 개념을 타파하고자 하였으나 전통관념과 습관세력 등 다방면의 저지를 받고 개인적 행복 과 심지어 생명까지 희생한 과학자가 있었음을 깨닫도록 하고, (후략)”과 같이 과학기술사의 교육 필요성을 제시하면서 발명과 창의성 (창신)을 강조하고 있음

2. 한국의 과학교육과정에서 발명

• 우리나라의 교육과정에서는 과학과 교육과정의 성격을 교과의 대상, 목적, 범위, 교육과정의 특징, 교수학습, 핵심역량 등의 내용으로 1∼2쪽 정도로 제시하는데 그침
• 목표는 과학적 개념 이해, 탐구 능력 신장, 과학적 태도 함양, STS 인식 등의 4가지 측면에서 간략히 제시
• 우리나라는 2012년부터 창의적 설계과정을 강조하는 STEAM교육을 본격적으로 추진
• 융합형 주제에 기반하여 과학기술을 사회문제나 발전방향 과도 연결시킬 수 있는 다차원적 과학적 소양(Hurd, 1997) 증진 교육을 실시
• 그러나 과학교육에 발명을 연계시키기 위한 연구나 노력은 그리 많지 않았음
• Lim & Yeo(2001): 학생들이 과학자를 일종의 발명가로 인식하는 경향이 강해서 과학자가 하는 일로 발명이 47.3%를 차지한다고 조사하여 과학교육에서 발명이 과학의 실천적 역할로 인식되고 있음을 밝힘.
• Trilling & Fadel(2009): 과학과 공학 및 기술을 비교하면서 과학의 탐구 및 발견 방법에서 공학과 기술 의 디자인 및 발명 전략이 결합될 수 있음을 제안
• Lee(2013): 2007 개정 교육과정에 따른 초등학교 교과서에 제시된 발명 관련 내용을 분석하여 과학교과서에 많은 양이 포함되어 있으나 체계성이 부족함을 밝힘
• Lee, Lee & Park(2013): 발명교육은 독립적인 학문체계가 형성되지 않아 과학, 기술, 공학 등 유사 학문들과 유기적으로 융합 및 통합되어야 함을 강조
• Moon(2014): STEAM교육에 발명교육을 결합시키기 위해 발명기반 STEAM 융 합 교육 프로그램 모형을 개발
• Park & Park(2015): 일반 과학 수업보다 발명교육을 연계 한 과학 수업이 과학 개념 형성에 더 효과적임을 밝힘
• Park & Kang(2016): 영재교육에서 과학영재와 발명영재를 서로 비교하는 연구들이 있었는데, 창의적 성향 중 인내심은 과학영 재가 높았지만 동기, 호기심, 모험심, 자신감 등에서는 발명영재가 높다고 함
• Lee, Shim & Kim(2017): 국내의 과학교육 연구자와 과학교사들 비롯한 과학교육자들은 과학교육에 발명교육을 포함하는 것에 대해 상당히 긍정적으로 인식하고 있으며, 과학교육과 발명교육은 매우 관련성이 높다고 인식

 

3. 과학과 교육과정과 발명교육의 관련성을 낮게 평가한 이유

• 첫째, 발명교육에 대한 체계성 부족
  • 성취기준해설에 제시된 발명교육 관련 내용들은 발명교육이라기보다 과학개념을 활용한 발명활동으로 보는 경향이 강함.
  • 특히 성격, 교수-학습 및 평가 방향에 발명이란 용어를 명확하게 언급하지 않아, 기존 과학교육에서 진행되던 내용과 큰 차이가 없음.
  • 과학적 참여와 평생학습 능력이 강조되었지만, 발명과 직접적 연관을 지을 수 있는 부분이 없으므로, 발명교육 전문가들의 의견과 사례, 방향 등이 포함된 좀 더 세부적인 지침서가 필요함.
  • 발명에 대한 흥미나 욕구 등의 발명에 대한 의지를 강화시키거나 유발하도록 하는 진술이 부족하며, 발명교육이 추구하는 문제점 착안 발명 기법과 관련된 것이 각 과학교과에서 추구하는 목적과 성격 면에서 상이하므로 발명교육과의 관련성이 다소 부족
• 둘째, 발명교육과 공학교육을 구분할 필요가 있음.
  • 다양한 기능을 가진 장치를 창의적으로 설계한다는 것은 공학교육에서의 공학적 설계에 가까움.
  • 기존 지식을 활용하여 새로운 아이디어나 고안품을 창출하는 과정은 발명과정이라고 볼 수 있으나 발명은 실제 물건을 만들어야 하는 기술적 요소가 강한 반면, 설계나 고안은 공학에 가까움.
  • 따라서 발명교육이 명확하게 드러나기 위해서는 발명기법을 도입하고, 디자인 및 설계가 발명교육의 목적에 맞게 재진술되어야 함.
  • 특히 ‘방법’적인 측면에서 발명이 갖는 혁신성, 새로운 것을 고안하는 창의성 측면에서 과학과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 과학적 탐구 방법과 연계하여 발명을 언급할 필요가 있음.
• 셋째, 발명교육에 대한 교수-학습 및 평가 방법의 부족
  • 비록 창의적 고안, 창의적 방법으로 제품 만들기 등에서 발명교육이 연계될 가능성이 충분히 있지만, 구체적으로 어떻게 교수-학습과 평가를 진행하는지 알 수가 없음.
  • 발명교육이 단순한 조작활동에 그쳐 과학교육의 한 가지 활동으로 판단될 수 있으며, 발명교육에 어울리는 참신한 소재가 부족함.
  • 특히 과학교사들은 발명교육에 대한 지식이 부족하므로, 이와 관련된 내용이 있어도 구체적으로 실천에 옮기지 못한다는 의견을 제시함.

 

이처럼 과학교육에서 다루는 내용들은 발명과 비슷한 측면이 있지만, 주로 설계 및 장치 고안 등에 국한되어 과학 산출물과 발명이 구별되지 않는다고 한다. 발명교육에서 강조하는 문제점 발견, 문제 해결 방안 구안, 창의적 설계 등에 대한 과정이나 단계가 과학교육과정에서는 구체적으로 제시되지 않는다. 발명기법이나 지식재산권 등과 같은 발명교육에서 중요하게 생각하는 내용들이 과학교육에서 다루어지지 않는다는 것은 정말 큰 문제라고 생각한다. 앞으로 이런 부분에 대한 연구도 해보고 싶어졌다. 

 

참고문헌: 손정우 외(2017). 국내외 과학과 교육과정과 발명의 관련성 분석: 한국과학교육학회. 37(4).