[논문]물질의 입자적 관점 도입에 대한 초등과학 교육과정 및 교과서 국제 비교

심병주; 윤희숙

doi:10.15267/keses.2018.37.2.147

물질의 입자적 관점 도입에 대한 초등과학 교육과정 및 교과서 국제 비교
International Comparison of National Elementary Science Curriculum and Science Textbook on Introduction of Particulate Concept 원문보기

초등과학교육 = Journal of Korean elementary science education, v.37 no.2, 2018년, pp.147 - 160

심병주 (서울동교초등학교) , 윤희숙 (강원대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to compare the elementary science curriculum and textbooks of Korea, the United States, Japan, and Singapore to know how the contents on particulate concept of matter is introduced and expressed. In Korea, particulate concept of matter was adopted as a term for 'molecules' in the 3rd through 6th curriculum, and the term for 'particles' was adopted in the 2009 revised curriculum. In the United States, NGSS adopted the term 'particle' in fifth grade. Japan presented the concept of 'particle' as a core concept of matter in the commentary, and the expressions 'particles' were being introduced in the textbooks. But it did not cover particulate nature of matter at the elementary school level in Singapore. An analysis of elementary textbooks in Korea, the United States and Japan except Singapore showed particulate expressions in 'dissolution', 'state change of water', 'gas pressure and volume', 'combustion and extinguishment' units. Korean textbook was only being introduced in 'dissolution' and 'gas pressure and volume', but in the textbooks of Japan and the United States, water was expressed as particles in 'state change of water' unit. Discussion and implication on the introduction of particulate concept to elementary science curriculum and textbooks were suggested based on the results.

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문제 정의

둘째, 다른 나라의 현행 초등학교 과학과 교육과정에서 물질의 입자적 관점을 어떻게 도입하고 있는가?
본 연구에서는 우리나라 초등학교 과학교육과정에서 물질의 입자적 관점의 도입이 이루어지는 시기와 수준을 교육과정의 변천 시기에 따라 살펴보았으며, 이를 미국, 일본, 싱가포르 세 나라와 비교하여 살펴보았다. 또한 국가별 현행 교육과정에 따라 개발된 교과서를 중심으로 물질의 입자적 관점의 도입이 구체적으로 어떻게 표현되고 있고, 나라간 어떤 차이가 있는지 살펴보았다. 이를 통해 알게 된 점을 정리하면 다음과 같다.
다만 이러한 의사결정은 여러 측면에서 이론적 혹은 경험적 근거를 바탕으로 진행될 필요가 있을 것이다. 본 연구는 물질의 입자적 관점을 초등에 도입하는 것의 적절성의 여부를 재고하기 위해 필요한 여러 지 점검 사항 중 우리나라와 다른 나라의 국제적인 비교를 통해 입자적 관점의 도입 시기와 형태에 대한 정보를 제공하기 위한 목적으로 수행되었다. 우리나라 교육과정의 전체적인 변천에서 초등학교에서 입자 개념의 도입 역사가 어떻게 되었으며, 다른 나라와 비교하여 어떠한 상황인지를 알아보고자 한다.
지금까지 초등학교 수준에서 물질의 입자적 관점과 관련된 국제 비교 연구는 한국, 영국, 미국, 일본, 핀란드 국가수준 교육과정의 비교 연구(Kim &Kim, 2005; Kim & Kim, 2012)가 있었으나, 교육과정만을 비교하였기 때문에 구체적으로 어떻게 물질의 입자적 관점이 기술되고 표현되었는지에 대한 정보는 부족하였다. 본 연구에서는 물질의 입자적 표현 관점에서 여러 나라의 국가 수준 교육과정과 이를 바탕으로 제작된 교과서를 연계하여 비교한다는 점에서 선행연구를 보완하고, 우리나라 교육과정 개발과 교과서의 집필에 있어 정보를 제공하고자 한다. 특히 입자적 개념을 어느 시기에, 어떠한 과학적 내용을 설명할 때 도입하고 있으며, 어떻게 기술하고 표현하고 있는지를 우리나라의 교육과정과의 비교를 통해 분석하고자 한다.
본 연구에서는 우리나라 초등학교 과학교육과정에서 물질의 입자적 관점의 도입이 이루어지는 시기와 수준을 교육과정의 변천 시기에 따라 살펴보았으며, 이를 미국, 일본, 싱가포르 세 나라와 비교하여 살펴보았다. 또한 국가별 현행 교육과정에 따라 개발된 교과서를 중심으로 물질의 입자적 관점의 도입이 구체적으로 어떻게 표현되고 있고, 나라간 어떤 차이가 있는지 살펴보았다.
셋째, 우리나라와 다른 나라에서 현재 사용 중인 초등학교 과학과 교과서에 물질의 입자적 관점을 어떻게 표현하고 있는가?
본 연구는 물질의 입자적 관점을 초등에 도입하는 것의 적절성의 여부를 재고하기 위해 필요한 여러 지 점검 사항 중 우리나라와 다른 나라의 국제적인 비교를 통해 입자적 관점의 도입 시기와 형태에 대한 정보를 제공하기 위한 목적으로 수행되었다. 우리나라 교육과정의 전체적인 변천에서 초등학교에서 입자 개념의 도입 역사가 어떻게 되었으며, 다른 나라와 비교하여 어떠한 상황인지를 알아보고자 한다.
첫째, 우리나라 초등학교 과학과 교육과정에서 개정 시기별로 물질의 입자적 관점을 어떻게 도입하고 있는가?
본 연구에서는 물질의 입자적 표현 관점에서 여러 나라의 국가 수준 교육과정과 이를 바탕으로 제작된 교과서를 연계하여 비교한다는 점에서 선행연구를 보완하고, 우리나라 교육과정 개발과 교과서의 집필에 있어 정보를 제공하고자 한다. 특히 입자적 개념을 어느 시기에, 어떠한 과학적 내용을 설명할 때 도입하고 있으며, 어떻게 기술하고 표현하고 있는지를 우리나라의 교육과정과의 비교를 통해 분석하고자 한다. 구체적인 연구 내용은 다음과 같다.

제안 방법

현재 사용되고 있는교과서에서 입자적 관점으로 설명된 맥락은 크게 용해, 물의 상태변화, 기체의 압력과 부피, 연소와소화 등이었으며, 이러한 개념의 설명에서 입자 관점으로 어떻게 현상이 진술되고 삽화가 제시되는지 더욱 구체적으로 분석하였다. 각 맥락에서 사용되는 입자 관련 용어를 분석하고, 사용된 예시 물질을 정리하여 비교하였다. 모든 분석은 과학교육연구자 1인과 과학교육 박사과정인 초등교사 1인이 교차분석을 실시하였다.
교육과정의 분석은 초등학교 과학과 교육과정문서에서 입자 관련 표현이 나타나는 진술문을 찾고, 입자적 관점이 처음 제시된 학년, 그리고, 입자적 관점을 위해 사용된 용어(예를 들어 분자, 입자, 원자 등), 입자와 관련된 개념, 그리고 입자적 관점이 사용된 현상 또는 맥락(확산, 기체의 부피 등)등을 분석하였다. 교과서의 분석은 우선 입자적 관점이 제시된 단원명을 분석하고, 입자개념이 제시된 부분에 대하여 입자적 관점으로 설명이 도입된 현상 또는 맥락을 분석하였다. 현재 사용되고 있는교과서에서 입자적 관점으로 설명된 맥락은 크게 용해, 물의 상태변화, 기체의 압력과 부피, 연소와소화 등이었으며, 이러한 개념의 설명에서 입자 관점으로 어떻게 현상이 진술되고 삽화가 제시되는지 더욱 구체적으로 분석하였다.
교육과정의 분석은 초등학교 과학과 교육과정문서에서 입자 관련 표현이 나타나는 진술문을 찾고, 입자적 관점이 처음 제시된 학년, 그리고, 입자적 관점을 위해 사용된 용어(예를 들어 분자, 입자, 원자 등), 입자와 관련된 개념, 그리고 입자적 관점이 사용된 현상 또는 맥락(확산, 기체의 부피 등)등을 분석하였다. 교과서의 분석은 우선 입자적 관점이 제시된 단원명을 분석하고, 입자개념이 제시된 부분에 대하여 입자적 관점으로 설명이 도입된 현상 또는 맥락을 분석하였다.
이는 Bench- marks가 1996년 판과 이를 수정한 2006년판으로 제시되어 있기 때문에 이를 비교해 볼 필요성이 있었다. 또한 이를 바탕으로 제작된 국가과학교육기준(National Science Education Standards, 이하 NSES)과 2013년 5월 미국연구평의회(NRC)에서 발표한 차세대 과학교육표준(Next Generation Science Standards,이하 NGSS) 단행본을 수집하여 분석하였다.
일본 A 교과서의 경우, 용해 현상을 설명할 때 소금을 표현하는 것과 비슷한 패턴으로 물 입자를표현하고 있다. 물속에서 기화된 모습을 공기 방울의 모습과 수증기가 되었을 때의 물 입자를 동일하게 흰색 점선 원으로, 눈에 보이는 흰색 물방울(김)은 하늘색 실선 원으로 표현하여 비가시적인 수증기와 가시적인 김을 구분하였다. A 교과서의 경우, 증발과 응결을 설명하는 활동에서도 입자적 표현인 삽화가 제시되어 있다.
물질의 입자적 관점의 도입에 대한 국제 교육과정 비교를 위해서 미국, 일본, 싱가포르의 현행 교육과정과 교과서를 분석하였다. 미국은 국제 사회에서 큰 영향력을 행사하고 있다는 점에서, 일본은 가장 가깝고 역사적인 연관이 많은 나라라는 점에서, 싱가포르는 최근 TIMSS(the Trends in International Mathematics and Science)와 PISA(Programmefor International Student Assessment)에서 높은 순위를 나타내고 있다는 점에서 분석대상으로 삼았다.
교과서의 분석은 우선 입자적 관점이 제시된 단원명을 분석하고, 입자개념이 제시된 부분에 대하여 입자적 관점으로 설명이 도입된 현상 또는 맥락을 분석하였다. 현재 사용되고 있는교과서에서 입자적 관점으로 설명된 맥락은 크게 용해, 물의 상태변화, 기체의 압력과 부피, 연소와소화 등이었으며, 이러한 개념의 설명에서 입자 관점으로 어떻게 현상이 진술되고 삽화가 제시되는지 더욱 구체적으로 분석하였다. 각 맥락에서 사용되는 입자 관련 용어를 분석하고, 사용된 예시 물질을 정리하여 비교하였다.

대상 데이터

미국 교과서는 Harcourt 출판사의 과학교과서 6권을 선정하였다. 일본 교과서의 경우는 검인정 교과서로 일반적으로 많이 사용되고 있는 동경서적의 新しい理科(새로운 이과, 이하 A 교과서) 4권과 대일본도서주식회사의 たのしい理科(즐거운 이과, 이하 B 교과서) 7권을 분석하였다.
미국은 국제 사회에서 큰 영향력을 행사하고 있다는 점에서, 일본은 가장 가깝고 역사적인 연관이 많은 나라라는 점에서, 싱가포르는 최근 TIMSS(the Trends in International Mathematics and Science)와 PISA(Programmefor International Student Assessment)에서 높은 순위를 나타내고 있다는 점에서 분석대상으로 삼았다. 미국, 일본, 싱가포르 교육과정의 경우 각국의 홈페이지 및 국가교육과정 정보센터(http://ncic.kice.re.kr/), 한국 교과서연구재단(http://www.textbook.ac)을 통하여 수집하였고, 최신 자료를 대상으로 하였다. 미국 교육과정은 과학적 소양을 위한 표준(Bench- marks for science literacy, 이하 Benchmarks)의 경우 단행본과 웹자료를 함께 활용하였다.
물질의 입자적 관점의 도입에 대한 국제 교육과정 비교를 위해서 미국, 일본, 싱가포르의 현행 교육과정과 교과서를 분석하였다. 미국은 국제 사회에서 큰 영향력을 행사하고 있다는 점에서, 일본은 가장 가깝고 역사적인 연관이 많은 나라라는 점에서, 싱가포르는 최근 TIMSS(the Trends in International Mathematics and Science)와 PISA(Programmefor International Student Assessment)에서 높은 순위를 나타내고 있다는 점에서 분석대상으로 삼았다. 미국, 일본, 싱가포르 교육과정의 경우 각국의 홈페이지 및 국가교육과정 정보센터(http://ncic.
일본 교과서의 경우는 검인정 교과서로 일반적으로 많이 사용되고 있는 동경서적의 新しい理科(새로운 이과, 이하 A 교과서) 4권과 대일본도서주식회사의 たのしい理科(즐거운 이과, 이하 B 교과서) 7권을 분석하였다. 싱가포르 교과서는 Marchall Cavendish Educator 출판사에서 발간하였으며, 빅 아이디어를 중심으로 내용이 구성된 과학교과서 I-science 9권을 선정하였다. 한국의 교과서는 입자적 관점이 도입되어 현재 사용되고 있는 2009 개정 교과서를 비교하였다.
물질의 입자적 관점에 대한 교육과정과 교과서분석 대상은 Table 1과 같다. 우리나라 교육과정의 분석은 2차 교육과정에서부터 최근에 발표한 2015개정 교육과정 문건을 대상으로 하였다. 초등과학 교과서의 분석은 현재 운영되고 있는 2009 개정 교육과정 시기에 제작된 교과서를 대상으로 하였다.
미국 교과서는 Harcourt 출판사의 과학교과서 6권을 선정하였다. 일본 교과서의 경우는 검인정 교과서로 일반적으로 많이 사용되고 있는 동경서적의 新しい理科(새로운 이과, 이하 A 교과서) 4권과 대일본도서주식회사의 たのしい理科(즐거운 이과, 이하 B 교과서) 7권을 분석하였다. 싱가포르 교과서는 Marchall Cavendish Educator 출판사에서 발간하였으며, 빅 아이디어를 중심으로 내용이 구성된 과학교과서 I-science 9권을 선정하였다.
우리나라 교육과정의 분석은 2차 교육과정에서부터 최근에 발표한 2015개정 교육과정 문건을 대상으로 하였다. 초등과학 교과서의 분석은 현재 운영되고 있는 2009 개정 교육과정 시기에 제작된 교과서를 대상으로 하였다.
싱가포르 교과서는 Marchall Cavendish Educator 출판사에서 발간하였으며, 빅 아이디어를 중심으로 내용이 구성된 과학교과서 I-science 9권을 선정하였다. 한국의 교과서는 입자적 관점이 도입되어 현재 사용되고 있는 2009 개정 교과서를 비교하였다. 국정교과서인 한국과 달리 미국, 일본, 싱가포르 교과서는 검인정교과서로, 연구에 사용된 교과서가 각 나라에서 많이 사용되는 교과서이기는 하지만, 그 나라 과학수업 내용과 방법을 대표할 수는 없다는 한계점이있다.

데이터처리

각 맥락에서 사용되는 입자 관련 용어를 분석하고, 사용된 예시 물질을 정리하여 비교하였다. 모든 분석은 과학교육연구자 1인과 과학교육 박사과정인 초등교사 1인이 교차분석을 실시하였다.

이론/모형

삽화에서는 설탕을 노란색 입자로, 물을 설탕 입자보다 작은 흰색 입자로 표시하여 색깔과 크기로 설탕 입자와 물 입자의 차이를설명하고 있다. 또한, 실험 결과를 기록하는 실험관찰 책에는 각 설탕이 용해되는 과정을 그림으로 나타내어 보도록 제시되어 있어 Van Meter(2001)가 제시한 물질의 입자성에 대한 이해를 향상시키기 위한 방법으로 그림 그리기 활동을 활용하고 있다.

성능/효과

Sung and Noh(2017)에 의하면, 2009 개정 초등학교 과학과 교육과정에서 제시된 입자적 관점의 도입 효과는 매우 긍정적이었다. 대부분의 5학년과 6학년의 초등학생들이 입자적 관점이 포함된 단원의 학습 후, 물질에 대한 입자적 관점을 가지게 되었으며, 수개월이 지난 후에도 학습 효과가 지속되었고, 학습하지 않은 다른 상태의 물질에도 입자적 관점이 전이됨을 확인하였다. 이러한 결과는 구체적 조작기의 초등학교 학생들이 용해 현상과 기체가 입자로 이루어졌음을 이해하기에 어렵다는 이유로 2015 개정 교육과정 내용에서 물질의 입자성의 도입을 삭제한 의사결정이 적절한 것인지에 대한 의문을 제기한다.
둘째, 초등학교 교육과정 수준에서 물질의 입자적 관점의 도입은 나라마다 다소 차이가 있었다. 미국의 경우 최근에 발표된 NGSS에서 5학년 수준에서 particle 용어를 도입하여 물질의 크기와 운동측면에서 물질의 입자적 관점을 다루고 있었다.
성취기준 도입부에 ‘순물질과 화합물의 특성을 설명하기 위해 원자와 분자 개념을 도입하고, 이에 대한 학생들의 이해를 증진시킬 수 있다’고 진술되어 있는 점은 눈여겨 볼만하다(NSES, 1996). 물질의 구성 입자를 직접적으로 이해시키려는 의도가아니라, 밀도, 끓는점, 용해도 등 순물질의 특성을 알아보고, 순물질들의 섞음으로 만들어지는 혼합물, 화학적으로 새로운 특성을 가진 물질로서의 화합물, 일반 실험실에서 더 이상 쪼개어지지 않는화학적 원소를 다루는 과정에서 물질의 입자 개념을 도입할 수 있다는 것이다.
셋째, 한국, 미국, 일본에서 현재 사용 중인 초등학교 과학 교과서는 공통적으로 ‘용해’ 단원에서 물질을 입자로써 표현하고 있고, 다른 단원에서는나라마다 다소 차이가 있었다.
첫째, 물질의 입자적 관점과 관련된 내용은 3차, 4차 교육과정에서는 5학년에, 5차, 6차 교육과정에서는 6학년에 ‘분자’ 개념으로 도입되었다.

후속연구

또한 2009 개정 교육과정을 이수한 학생과 앞으로 이수하지 않은 학생들을 대상으로 물질의 입자적 관점의 도입이 학생들의 물질 개념에 어떠한 이해를 주는지를 조사해볼 필요가 있다. 현재 학교 현장에서 실제적으로 이루어지고 있는 입자 교수학습 방법에서 나타나는 문제점과 해결방법에 대한 현장의 의견 수렴이 효과적으로 이루어지고, 이러한 추후 연구를 통해 물질의 입자적 관점의 도입에 있어 적절한 수준이 무엇인가에 대한 실제적인 논의가 가능할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	교육과정이란?	교육과정은 교육 기관에서 모든 교육을 마칠 때까지 요구되는 교육의 목적, 내용, 그리고 그 내용의 학습 지도에 필요한 연한과 학습 시간 배당 등에 대한 계획으로(Educational Research Institute inSeoul National University, 1994), 특별히 국가교육과정은 한 국가의 초․중등학교 교육의 방향을 제시하는 청사진이자 학교 교육을 실천하는 근간을 이룬다. 국가교육과정은 학생과 사회의 변화하는 요구를 지속적으로 충족시키기 위해 정기적으로 검토를 거쳐 개정되어 왔다(Park et al.
	학생들이 입자 개념을 이해하기 어려운 이유는?	대부분의 화학 개념이 물질의 입자성에 대한 개념 없이는 이해할 수 없다는 점에서 물질의 입자개념은 후속 학습을 위해 매우 중요한 개념이다. 그러나 입자 개념은 학생들이 직접적으로 감각할 수 없는 원자나 분자 같은 이론적 모델을 기반으로하고 있기 때문에, 직관적이고 경험적인 사고를 하는 많은 학생들은 입자 개념을 이해하는 것을 어려워하거나(Adbo & Taber, 2009), 관찰 현상을 입자개념으로 설명하는 과정에서 오개념을 갖기 쉽다(Herron, 1996; Park et al., 2010).
	우리나라 국가교육과정의 문제점은?	, 2012). 그러나 최근 우리나라에서는 2007 개정 교육과정이 공표된 지 채 2년이 지나지 않아 2009 개정 교육과정이 발표되었고, 또다시 6년이 지난 후 2015 개정 교육과정이 발표되는 등 과거와 달리 급격하게 교육과정의 개편이 이루어지고 있다. 이는 과거와 달리 급변하는 시대적 상황과 요구에 따른 불가피한 개편인 측면도 있겠지만 이전의 교육과정에 대한 반성과 검토가 부족한 상태의 개편이라는 점에서 비판의 여지가 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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