[논문]삼차원 분석에 기초한 2015 개정 중학교 『과학』 교과서 과학사 자료의 특성

김형미; 강경희

doi:10.21796/jse.2020.44.2.145

삼차원 분석에 기초한 2015 개정 중학교 『과학』 교과서 과학사 자료의 특성
The Characteristics of Science History Materials for the 2015 Revised Middle School 'Science' Textbooks Based on Three-Dimensional Analysis 원문보기

과학교육연구지 : 경북대학교 과학교육연구소 = Journal of science education, v.44 no.2, 2020년, pp.145 - 156

초록
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이 연구는 2015 개정 교육과정 중학교 과학 교과서에 제시된 과학사 자료들을 분석하는 것이다. 이 연구에서는 총 14종의 교과서를 분석하였다. 분석틀은 과학사 자료 삼차원 분석틀을 활용하였다. 과학사 자료를 분석한 결과 학년이 올라갈수록 교과서에 제시된 과학사 자료의 수가 증가하는 경향을 보였다. 또한 각 학년별로 과학사 자료들이 특정 단원에 편중되어 제시된 것으로 나타났다. 과학사 자료에 대한 삼차원 분석 결과 모든 학년에서 공통적으로 개념적-기본적-발견/고안 유형이 가장 많이 제시되었다. 수업 맥락 차원에서는 개념적 맥락이 가장 많았고, 역할 차원에서는 기본적 역할이 주를 이루었다. 제시 유형으로는 발견/고안 유형이 가장 많았다. 이 연구의 결과는 과학 교과서에 제시된 과학사 자료들이 일부 영역에 편중되어 있고, 수업 맥락과 역할이 측면에서도 일부 요소들에 집중되어 있음을 보여주었다. 이는 앞으로 다양한 과학사 자료의 개발이 필요함을 시사하고 있다. 또한 교과서에 제시되는 과학사 자료들이 다른 맥락들에서 다양한 역할로 활용될 수 있도록 하기 위한 구체적인 방안들을 탐색할 필요가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to analyze the science history materials presented in middle school 'Science' textbook according to the 2015 revised curriculum. The subjects of this study were 14 middle school 'Science' textbooks. The analysis used the three-dimensional framework. The results of analysis show that the number of science history materials presented in textbooks tends to increase as the grade goes up. It was also found that science history materials were presented in a specific unit for each grade. The three-dimensional analysis of science history materials showed that conceptual-fundamental-discovery/device types were most commonly presented in all grades. At the instruction context level, the conceptual context was the most common, and the basic role was the main at the role level. The discovery/device type was the most common type of presentation. The results of the study show that the science history materials presented in science textbooks were concentrated in some areas. Also, the instruction context and role were concentrated in some factors in terms. This suggests that various science history materials need to be developed in the future. It is also necessary to explore concrete methods to ensure that science history materials presented in textbooks can be used in various roles in different contexts.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구는 2015 개정 교육과정 중학교 『과학』 교과서에 제시된 과학사 자료를 삼차원 분석틀을 토대로 분석하는 것이다. 각 학년별 교과서에 제시된 과학사 자료의 빈도를 분석한 결과 중학교 1학년 교과서의 경우 평균 6.
이 연구에서는 2015 개정 교육과정 중학교 『과학』 교과서에 제시된 과학사 자료의 특성을 알아보기 위해 각 교과서 단원별로 제시된 과학사 자료의 빈도를 조사하였다. 2명의 연구자가 교과서에서 과학사 자료로 판단되는 내용을 추출하였고, 이 빈도 분석을 통해 추출된 과학사 자료들을 대상으로 삼차원 분석을 실시하였다.
S-F-D 유형은 중학교 3학년 「과학기술과 인류문명」단원 중 와트의 증기기관 발명과 그에 따른 사회적 변화를 다룬 내용이다. 이 자료는 증기기관이 당시 사회에서 어떻게 쓰였고, 그에 따라 산업혁명의 원동력이 되었는지를 나타내고 있으므로 사회문화적 맥락으로 분석하였다. 특히 과학기술의 발달이 인류문명의 발달에 미치는 영향을 설명하는 것은 교육과정 성취기준으로 제시되어 있으므로 기본적 유형으로 분석하였고, 제시 유형 차원에서는 발견/고안 유형으로 분석하였다.
예시 중 C-F-D 유형은 중학교 1학년 「지권의 변화」 단원 중 베게너와 관련된 내용이다. 이 자료에서는 대륙 이동설에 관한 베게너의 아이디어를 제시하면서 수업 맥락 차원에서 개념적 차원을 나타내고 있다. 또한 교육과정에서 제시하고 있는 개념인 대륙이동설에 대한 기본적인 내용을 다루므로 역할 측면에서는 기본적 유형으로 볼 수 있고, 제시 유형은 과학자가 제시한 이론을 나타내고 있으므로 발견/고안으로 분석하였다.
특히 교과서에 제시된 과학사 자료의 제시 유형만을 중심으로 분석하는 것이 아니라 수업의 맥락에서 과학사를 어떻게 활용할 수 있는지 검토하고, 실제 수업에서 과학사 자료가 어떤 기능을 할 수 있는지 살펴보는 것은 중요하다. 이에 이 연구에서는 2015 개정 교육과정 중학교 교과서에 제시된 과학사 자료들을 수업 맥락, 역할, 제시 유형의 삼차원으로 분석하고, 이를 토대로 중학교 과학 교과서의 과학사 자료 제시에 대한 기초 자료를 제공하고자 한다.
Figure 1에 제시된 자료는 연구자 간 분석 결과가 일치하지 않은 사례로 수업 맥락 차원에서는 개념적 유형, 역할 차원에서는 탐구적 유형으로 일치하였으나 제시 유형 차원에서 발견/고안 유형과 역사적 실험 유형으로 나타났다. 이에 이 자료의 성격에 대해 연구자 간 논의를 진행하였다. 논의 결과 이 자료에서는 라부와지에의 실험이 갖는 역사적 의의를 제시하기 보다는 물질을 이루는 기본 성분인 원소에 대한 개념을 제시하기 위한 것이므로 발견/고안 유형이 적합한 것으로 결론 내렸다.

제안 방법

이 자료에서는 대륙 이동설에 관한 베게너의 아이디어를 제시하면서 수업 맥락 차원에서 개념적 차원을 나타내고 있다. 또한 교육과정에서 제시하고 있는 개념인 대륙이동설에 대한 기본적인 내용을 다루므로 역할 측면에서는 기본적 유형으로 볼 수 있고, 제시 유형은 과학자가 제시한 이론을 나타내고 있으므로 발견/고안으로 분석하였다. 또한 C-I-D 유형은 중학교 3학년「생식과 유전」단원 중 멘델의 완두교배실험과 관련한 내용으로, 멘델의 우열의 원리에 대한 내용을 개념적 맥락으로 제시하였고, 학생들의 탐구활동을 통해 내용을 파악하도록 하는 탐구적 역할을 나타내고 있다.
또한 C-I-D 유형은 중학교 3학년「생식과 유전」단원 중 멘델의 완두교배실험과 관련한 내용으로, 멘델의 우열의 원리에 대한 내용을 개념적 맥락으로 제시하였고, 학생들의 탐구활동을 통해 내용을 파악하도록 하는 탐구적 역할을 나타내고 있다. 또한 멘델의 실험 장치와 절차를 보여주는 유형이 아니라 실험 결과에 대한 해석을 토의하도록 전개되었으므로 발견/고안 유형으로 분석하였다. S-F-D 유형은 중학교 3학년 「과학기술과 인류문명」단원 중 와트의 증기기관 발명과 그에 따른 사회적 변화를 다룬 내용이다.
분석 결과 비교를 통해 불일치하는 부분은 논의를 거쳐 합의점을 도출하였다. 예비 분석을 통해 분석틀에 대한 이해를 높인 후 본 분석을 수행하였다. 본 분석에서는 중학교 1〜2학년 과학 교과서 각 5종과 중학교 3학년 교과서 4종에 대한 분석을 실시하였고, 두 분석자의 분석 결과 간 일치도는 Cohen's Kappa계수가 .
이 연구에서는 2015 개정 교육과정 중학교 1〜3학년 『과학』 교과서에 제시된 과학사 자료를 추출하여 삼차원 분석틀에 따라 분석하였다. 이를 위해 중학교 1학년 『과학』 교과서 5종(A1, B1, C1, D1, E1)과 2학년 『과학』 교과서 5종(A2, B2, C2, D2, E2), 중학교 3학년 『과학』 교과서 4종(A3, B3, C3, E3)을 분석 대상으로 선정하였다.
이 자료는 증기기관이 당시 사회에서 어떻게 쓰였고, 그에 따라 산업혁명의 원동력이 되었는지를 나타내고 있으므로 사회문화적 맥락으로 분석하였다. 특히 과학기술의 발달이 인류문명의 발달에 미치는 영향을 설명하는 것은 교육과정 성취기준으로 제시되어 있으므로 기본적 유형으로 분석하였고, 제시 유형 차원에서는 발견/고안 유형으로 분석하였다.

대상 데이터

중학교 교과서 중 단원 마지막 부분의 평가문항을 제외한 전 범위를 대상으로 과학사 자료들을 추출하였다. 본 분석에 앞서 중학교 2학년 과학 교과서 중 2종을 대상으로 예비분석을 실시하였다. 분석 결과 비교를 통해 불일치하는 부분은 논의를 거쳐 합의점을 도출하였다.
이 연구에서는 2015 개정 교육과정 중학교 1〜3학년 『과학』 교과서에 제시된 과학사 자료를 추출하여 삼차원 분석틀에 따라 분석하였다. 이를 위해 중학교 1학년 『과학』 교과서 5종(A1, B1, C1, D1, E1)과 2학년 『과학』 교과서 5종(A2, B2, C2, D2, E2), 중학교 3학년 『과학』 교과서 4종(A3, B3, C3, E3)을 분석 대상으로 선정하였다. 분석 대상 교과서에 대한 상세한 내용은 Table 1에 제시하였다.
교과서에 제시된 과학사 자료에 대한 분석은 과학교육학 박사 1인과 과학교육학 박사과정생 1인이 수행하였다. 중학교 교과서 중 단원 마지막 부분의 평가문항을 제외한 전 범위를 대상으로 과학사 자료들을 추출하였다. 본 분석에 앞서 중학교 2학년 과학 교과서 중 2종을 대상으로 예비분석을 실시하였다.

데이터처리

이 연구에서는 2015 개정 교육과정 중학교 『과학』 교과서에 제시된 과학사 자료의 특성을 알아보기 위해 각 교과서 단원별로 제시된 과학사 자료의 빈도를 조사하였다. 2명의 연구자가 교과서에서 과학사 자료로 판단되는 내용을 추출하였고, 이 빈도 분석을 통해 추출된 과학사 자료들을 대상으로 삼차원 분석을 실시하였다. 특히 삼차원 분석을 위해 선행 연구 (Park, Lee, & Lee, 2011)에서 개발한 삼차원 과학사 자료 분석틀을 활용하였다.
본 분석에 앞서 중학교 2학년 과학 교과서 중 2종을 대상으로 예비분석을 실시하였다. 분석 결과 비교를 통해 불일치하는 부분은 논의를 거쳐 합의점을 도출하였다. 예비 분석을 통해 분석틀에 대한 이해를 높인 후 본 분석을 수행하였다.

이론/모형

이 분석틀은 과학사 자료의 역할, 제시 유형, 수업 맥락의 측면에서 교과서에 제시된 과학사를 삼원 분석하기 위한 것이다. 이 분석틀에서 역할과 제시 유형은 Leite (2002)의 연구를 토대로 설정되었고, 수업 맥락 차원은 Seker (2007)와 Wang (1998)의 연구를 기초로 하여 도입된 것이다. 각 차원의 구체적인 유형별 설명은 Table 2에 제시하였다.
특히 삼차원 분석을 위해 선행 연구 (Park, Lee, & Lee, 2011)에서 개발한 삼차원 과학사 자료 분석틀을 활용하였다.

성능/효과

각 학년별 교과서에 제시된 과학사 자료의 빈도를 분석한 결과 중학교 1학년 교과서의 경우 평균 6.6개, 2학년 교과서 평균 7.8개, 3학년 교과서 평균 11.5개의 자료가 제시된 것으로 나타나 학년이 올라감에 따라 교과서 과학사 자료의 수가 증가하는 경향을 보였다.
각 학년별로 과학사 자료가 제시된 단원들을 분석한 결과 과학사 활용이 일부 단원에 편중되어 있는 것으로 나타났다. 1학년의 경우 「지권의 변화」 단원은 모든 교과서에서 베게너의 대륙이동설 관련 과학사 자료가 제시되었다.
5개의 자료가 제시된 것으로 나타났다. 과학사 자료 빈도 분석 결과는 학년이 올라감에 따라 교과서에 제시된 과학사자료의 수가 증가하는 것으로 나타났다.
이에 이 자료의 성격에 대해 연구자 간 논의를 진행하였다. 논의 결과 이 자료에서는 라부와지에의 실험이 갖는 역사적 의의를 제시하기 보다는 물질을 이루는 기본 성분인 원소에 대한 개념을 제시하기 위한 것이므로 발견/고안 유형이 적합한 것으로 결론 내렸다. 이와 같이 연구자 간 의견이 일치하지 않는 자료에 대해서는 논의 과정을 거쳐 자료의 유형들을 결정하였다.
둘째, 과학사 자료들에 대한 삼차원 분석 결과 교과서에 제시되고 있는 대부분의 과학사 자료들이 개념적 맥락에서 기본적 역할을 가장 강조하는 양상을 보였다. 교과서의 과학사 자료가 탐구 활동 등의 다양한 학습에 활용되도록 제시되지 않고 있다는 점은 선행 연구들(Dong, 2004; Park, Chung, & Park.
둘째, 특히 삼차원 조합에 기초해 수업 맥락-역할-제시 유형의 측면을 고려하여 과학사 자료들을 개발하는 것은 다양한 수업 목표들에 따른 효과적인 교수-학습 자료로 활용될 수 있는 가능성을 높인다고 볼 수 있다. 과학사 자료에는 과학 개념, 이론, 법칙 등의 지식 요소와 과학자들의 탐구 과정, 과학과 사회의 상호 관련성 등이 내포되어 있기 때문에 지식, 탐구, 태도, STS 측면에서의 과학 학습 목표와 긴밀하게 연계되어 있다.
0 %로 나타났다. 또한 에피소드/일화 유형과 역사적 실험 유형은 각각 12.7 %로 분석되었다. 이와 같은 결과는 선행 연구(Shin & Shin, 2012)에서 나타난 바와 같이 교과서에서 많이 제시되고 있는 과학사 사건이 기술과 기기의 발명과 관련되거나 개념을 중심으로 한 과학자의 업적에 초점을 맞추고 있기 때문인 것으로 분석된다.
교과서에 제시된 과학사 자료를 분석하기 위한 삼차원 분석틀에 따른 48가지 유형 중 실제 2015 개정 교육과정 중학교 과학 교과서에서 활용되고 있는 유형은 26가지 유형에 그쳤다. 모든 학년에서 공통적으로 개념적-기본적-발견/고안(C-F-D) 유형이 가장 많이 제시된 것으로 나타났는데, 이는 교과서 과학사 자료의 유형을 다양화할 필요가 있다는 점을 시사하고 있다. 수업 맥락 차원에서의 분석 결과 개념적 맥락이 가장 많았고, 다음으로는 사회-문화적 차원, 흥미 맥락 순으로 나타났다.
본 분석에서는 중학교 1〜2학년 과학 교과서 각 5종과 중학교 3학년 교과서 4종에 대한 분석을 실시하였고, 두 분석자의 분석 결과 간 일치도는 Cohen's Kappa계수가 .92로 높게 나타났다.
분석의 각 차원별로 살펴보면 수업 맥락 차원에서는 개념적 맥락이 전체의 62.7 %로 가장 많았고, 다음으로는 사회-문화적 차원이 20.3 %로 나타났다. 이에 비해 흥미 맥락은 10.
셋째, 교과서에 제시된 과학사 자료를 분석한 결과 한국의 과학사와 관련된 부분이 극히 적었을 뿐만 아니라 실제 제시된 과학사 자료도 흥미 맥락으로 한정되어 있어 학습 내용과 연계되어 제시되기 보다는 보충적 역할에 그치는 것으로 나타났다. 선행연구(Park et al .
역할 차원에 따른 분석 결과 기본적 역할이 62.7 %로 가장 많은 비중을 차지하였고, 다음으로는 보충적 역할 27.1 %, 탐구적 역할 10.2 %의 순으로 나타났다. 이와 같은 결과는 선행 연구(Park, Lee, & Lee, 2011)의 결과와 매우 유사한 경향을 나타내는 것이다.
기본적 역할을 과학사 자료를 주된 학습 내용으로 다루는 측면이 있으므로 과학적 개념, 법칙, 이론 등의 발견과 관련된 발견/고안 유형의 특징과 연계될 가능성이 높은 것으로 볼 수 있다. 제시 유형 차원에서 선형적 발견 유형은 과학 지식의 가변성 등 과학의 본성을 담고 있는 데 비해 상대적으로 적은 비율을 나타내었다. 특히 선형적 발견 유형은 주로 사회-문화적 맥락에서 활용된 경우가 가장 많았는데, 인식론적 또는 개념적 맥락에서의 제시 빈도를 확대할 필요가 있다.
제시 유형 차원에서는 발견/고안 유형이 52.5 %로 가장 많이 제시되었고, 다음으로는 선형적 발견 유형이 22.0 %로 나타났다. 또한 에피소드/일화 유형과 역사적 실험 유형은 각각 12.
역할 차원에서는 기본적 역할이 가장 많은 비중을 차지하였고, 다음으로 보충적 역할, 탐구적 역할의 순으로 나타났다. 제시 유형 차원에서는 발견/고안 유형이 가장 많이 제시되었고, 다음으로는 선형적 발견 유형인 것으로 나타났다. 이 연구의 결과를 바탕으로 내린 결론은 다음과 같다.
중학교 1〜3학년 『과학』 교과서에 제시된 과학사 자료를 삼차원 분석한 결과 전체적으로 가장 많은 비중을 차지한 유형은 개념적-기본적-발견/고안(C-F-D) 유형인 것으로 나타났다. 특히 C-F-D 유형은 모든 학년 교과서에서 공통적으로 가장 많이 제시되었다.
첫째, 2015 개정 교육과정 중학교 『과학』 교과서에 제시된 과학사 자료들은 단원별 편중 현상을 보였다. 과학사 자료가 단원 내용에 따라 제시 빈도가 매우 다르게 나타난다는 문제는 선행 연구들(Park, Chung, & Park.

후속연구

첫째, 교과서에 제시된 과학사 자료들이 특정 영역에 지나치게 편중되어 있다는 점과 개념적 맥락에서 주로 활용되도록 제시되고 있다는 점 등의 문제점을 해결하기 위해서는 과학 교육과정 개발 과정에서 과학사 자료 제시와 활용에 대한 논의가 이루어져야 할 것이다. 교육과정과 그에 따른 교과서 개발 단계에서 과학사 자료 도입 맥락과 역할, 제시 유형에 대한 검토가 충분히 이루어진다면 실제 과학 수업에서 이 자료들을 효과적으로 활용하는 데에 많은 도움을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
2009 개정 교육과정 초등 과학 교과서를 대상으로 한 선행 연구(Park, Chung, & Park, 2015)에서도 생물학 영역의 과학사 자료가 상대적으로 적은 것으로 나타났다. 그러므로 중학교 생물 영역에 활용할 수 있는 다양한 과학사 자료의 개발을 위한 연구를 지속적으로 수행할 필요가 있다고 판단된다.
이는 2009 개정 교육과정 중학교 교과서를 대상으로 한 연구(Park, Lee, & Lee, 2011)에서 25가지 유형이 활용된 것으로 나타난 것과 매우 유사한 경향성을 보이는 것이다. 본 연구의 분석 결과는 중학교 과학 교과서에 제시되고 있는 과학사 자료 유형을 더욱 다양화하기 위한 고려가 필요함을 시사하고 있다.
셋째, 학교급별 교과서에 나타난 과학사 자료들을 삼차원 분석틀에 의해 살펴보는 연구가 이루어질 필요가 있다. 초중고 교과서별로 제시된 과학사 자료들을 분석함으로써 동일한 주제 영역에서 과학사가 어떻게 활용되고 있는지 분석할 수 있고, 이를 토대로 같은 개념을 다루더라도 수업맥락과 역할 및 제시 유형 등을 달리하는 여러 유형의 과학사 자료들을 개발할 수 있을 것이다.
초중고 교과서별로 제시된 과학사 자료들을 분석함으로써 동일한 주제 영역에서 과학사가 어떻게 활용되고 있는지 분석할 수 있고, 이를 토대로 같은 개념을 다루더라도 수업맥락과 역할 및 제시 유형 등을 달리하는 여러 유형의 과학사 자료들을 개발할 수 있을 것이다. 이와 같은 시도는 다양한 유형의 과학사 자료들을 교과서에 제시하는 데에 있어서 기초적인 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
첫째, 교과서에 제시된 과학사 자료들이 특정 영역에 지나치게 편중되어 있다는 점과 개념적 맥락에서 주로 활용되도록 제시되고 있다는 점 등의 문제점을 해결하기 위해서는 과학 교육과정 개발 과정에서 과학사 자료 제시와 활용에 대한 논의가 이루어져야 할 것이다. 교육과정과 그에 따른 교과서 개발 단계에서 과학사 자료 도입 맥락과 역할, 제시 유형에 대한 검토가 충분히 이루어진다면 실제 과학 수업에서 이 자료들을 효과적으로 활용하는 데에 많은 도움을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
셋째, 학교급별 교과서에 나타난 과학사 자료들을 삼차원 분석틀에 의해 살펴보는 연구가 이루어질 필요가 있다. 초중고 교과서별로 제시된 과학사 자료들을 분석함으로써 동일한 주제 영역에서 과학사가 어떻게 활용되고 있는지 분석할 수 있고, 이를 토대로 같은 개념을 다루더라도 수업맥락과 역할 및 제시 유형 등을 달리하는 여러 유형의 과학사 자료들을 개발할 수 있을 것이다. 이와 같은 시도는 다양한 유형의 과학사 자료들을 교과서에 제시하는 데에 있어서 기초적인 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	역량 중심 교육과정으로의 전환은 무엇을 위한 것 인가?	우리나라에서도 2015 개정 교육과정을 통해 핵심역량 중심 교육과정을 제시하였다(MOE, 2015). 역량 중심 교육과정으로의 전환은 학교교육을 통해 학습자의 다면적 역량을 신장시키고 더 나아가 국가 경쟁력의 제고를 위한 것이다(Ha et al., 2018).
	인공지능 등 첨단 정보통신기술을 기반으로 사회 전반에 혁신적인 변화가 나타나게 되면서 OECD에서는 미래 사회의 구성원들에게 요구되는 역량에 대한 논의를 이끌었는데 이는 무엇으로 이어졌는가?	인공지능 등 첨단 정보통신기술을 기반으로 사회 전반에 혁신적인 변화가 나타나게 되면서 OECD에서는 미래 사회의 구성원들에게 요구되는 역량에 대한 논의를 이끌었다. 이러한 논의는 여러 나라들이 핵심역량을 중심으로 한 교육과정 설계를 검토하는 등 세계적인 추세로 이어졌다(Kim & Park, 2017).
	2015 개정 과학과 교육과정에서 제시하는 핵심역량은?	, 2018). 이에 따라 2015 개정 과학과 교육과정에서는 과학적 사고력, 과학적 탐구능력, 과학적 문제해결력, 과학적 의사소통능력, 과학적 참여와 평생학습능력을 핵심역량으로 제시하고 있다. 설정된 핵심역량에 나타난 바와 같이 미래사회에 대비한 학교 과학교육에서는 더 이상 전통적인 지식과 탐구 중심의 교수-학습만을 강조하지 않음을 알 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

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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