1. -피카소와 같이 아름답고 창의적인 미래의 물리 교육-
2013-2 미래사회와 교육
강명희 교수님
Future Hands Up조
교육공학과 1346005 김호수
교육공학과 1346006 김희영
교육공학과 1346007 나보라
교육공학과 1346008 박다솔
교육공학과 1346037 허유정

2. 목 차
Ⅰ. 서론.................................................................................................1
1. 문제제기...........................................................................,.............1
2. 현황 분석.......................................................................................4
3. 프로그램 목표................................................................................12
Ⅱ. 미래 학습 환경 설계........................................................................13
1. 하드웨어(Hardware).......................................................................13
2. 소프트웨어(Software).....................................................................18
3. 휴먼웨어(Humanware)...................................................................19
Ⅲ. 미래 학습 프로그램 설계..................................................................20
1. 전제.............................................................................................20
2. 프로그램 구성................................................................................20
3. 프로그램 진행................................................................................22
Ⅳ. 결론...............................................................................................44
참고문헌...............................................................................................45

3. Ⅰ. 서론
1. 문제제기
정보·통신 기술의 발달로 시대가 빠르게 변하고 있다. 이 변화를 이끌어 가는 중심에는 과
학이라는 학문이 자리 잡고 있다. 인간을 물리적 거리에 대한 제약으로부터 벗어나게 해준 교
통수단, 전 세계의 컴퓨터를 이어 국경을 초월한 커뮤니케이션을 가능하게 하는 인터넷, 통신
망을 이어주는 인공위성, 현재 우리가 일상적으로 쓰고 있는 가전기기, 스마트 기기들도 모두
과학과 떼어 놓고는 언급할 수 없다. 또한 과학이 이루어낸 결실들은 국가의 경제 기반이 되
기도 하며, 국가 경쟁력을 높일 수 있는 수단이 된다. 이렇게 시대가 변화할수록 과학이 더
중요해지고 있기 때문에 많은 국가들이 과학을 미래 국가발전의 핵심으로 꼽으며 과학에 대한
투자를 아끼지 않고 있다.
선진국들은 단순한 과학 산업에 대한 투자뿐만이 아니라 과학 인재 육성에 대해서도 많은
투자를 하고 있다. 사실 시대의 변화를 이룩한 주역은 과학 자체가 아니라 과학 속에서 시대
의 변화 요소를 이끌어낸 인재들이다. 그리고 그들을 과학 인재로 만들어 준 것은 교육일 것
이다. 또한 미래를 이끌어갈 과학 인재를 키울 수 있는 것도 교육일 것이다. 결국 이렇게 내
려가다 보면 첨단시대로의 변화, 국가발전의 가장 근본적인 핵심은 과학 교육인 것이다.
이렇게 중요한 과학교육의 발전을 위해 선진국들이 노력하는 동안, 우리나라는 입시교육에
만 집중하다가 과학 교육에 대한 중요성을 깨닫고 해결방안을 모색한 지는 몇 년 되지 않는
다. 현재 우리나라는 고등학교 2학년부터 인문학적 공부를 하는 문과와 이공학적 공부를 하는
이과로 나눠 학생들이 선택할 수 있게 하고 있다. 각 분야를 깊게 공부 할 수 있다는 장점이
있을지 모르지만 문·이과 분리 제도가 시행된 후의 우리나라 상황을 보면 그렇지가 않다. 고
등학교 문과 반의 수는 이과 반의 수보다 훨씬 많다
현재 수능에서는 문과생은 사회탐구영역, 이과생은 과학탐구영역을 선택하여 시험을 치고
있는데, 과학탐구영역의 응시생을 보면 문·이과를 구분할 수 있다. 교육과정평과원의 통계자료
에 따르면 2014년도 수능의 과학탐구영역 응시생은 전체 탐구영역 응시생의 38.6%이다. 즉,
문과생과 이과생의 비율이 약 6:4보다도 차이가 많이 난다는 것이다.
몇몇 전문가들은 이렇게 문과생과 이과생의 차이가 많이 나는 이유는 이과 관련 직업에 대
한 메리트가 없기 때문이라고 말한다. 하지만 2004년 한국과학문화재단(이사장 최영환)이 과
학문화 포털사이트 ‘사이언스올’을 통해 전국의 초중고교 학생 170만 여명을 대상으로 한 ‘이
공계 진로에 대한 학생 인지도 조사’를 실시한 결과, 이공계 진학을 꺼리는 이유로 절반이 넘
는 53%가 ‘어려운 전공공부 때문’이라고 응답해, 일반적인 기피 이유로 지적돼 온 취업·장래
전망(29.9%)이 어렵기 때문이라는 응답보다 압도적으로 많았다. 2004년 말의 조사 결과이긴
하지만 그 이후 학교의 과학교육에는 큰 변화가 없었으므로 우리나라 과학교육의 문제점이 절
실히 드러나는 결과라 할 수 있다.
물론 이공계 관련 직업이 그 노력에 비해 괄시 당하고 있다는 사실을 부정하려는 것은 아니
다. 하지만 교육을 받고 있는 아이들이 학교의 과학 교육에 대해 부담을 느끼고 있다는 것을
강조하고 싶다. 이 조사 이후 교육 당국은 학생들의 과학에 대한 관심과 흥미를 높이기 위해
과학 교육 개선을 여러 차례 시도해 왔지만 입시위주의 교육에는 변함이 없었고 눈에 띠는 효
1

4. 과 없이 학생들의 이공계 기피현상은 심화될 뿐이었다.
특히 물리, 화학, 생물, 지구과학으로 나뉘어져 있는 현행 과학 과목들 중 가장 기피현상이
심한 과목은 물리이다. 수능에서 과학탐구영역 과목들 중 선택하여 시험에 응시하는데 선택하
는 과목의 수가 4개에서 3개로, 3개에서 2개로 점점 줄어듦에 따라 그 중 물리를 선택하는
비중이 큰 폭으로 줄어들고 있다.
<표 1> 과학탐구영역 선택자 대비 물리I, 물리II 선택 비율
출처 : 이투스 청솔
<표 1>을 보면 2005년부터 2014년 간 10년 사이에 물리 선택자 비율이 반으로 줄었다는
것을 알 수 있다. 물리Ⅰ보다 더 심화된 물리Ⅱ의 선택자 비율을 더 급격하게 줄었다. 현행
과학 교육이 물리, 화학, 생물, 지구과학으로 나뉘어 진행되고 있지만, 사실 과학이라는 학문
이 이렇게 4개로 정확히 나누어지는 학문은 아니다. 교육의 편의상 나누어 진행하고는 있지만
다른 과목에서도 물리 지식이 필요하고 물리에서도 다른 과목의 지식이 필요하다. 단순하게
어떤 과목만 선택하여 배운다는 것이 학생들의 과학에 대한 이해도와 과학적 창의성에 한계를
가져다준다.
물론 이런 문·이과 선택과 과학 교과 분리에 따른 폐해는 항상 제기되고 있고 교육당국도
이에 대한 대안을 계속 고심해 왔다. 그리하여 정부가 최근 내놓은 대안은 바로 융합교육이
다. 융합교육은 미국에서 1990년대에 이공계 인재 육성을 위해 STEM이라는 명칭으로 등장하
여 현재까지 교육현장에서 활용되고 있다. STEM교육에 관해서는 아래의 현황분석에서 자세
하게다룰 것이다. 미국의 이런 교육을 바탕으로 태어난 인물이 바로 스티브 잡스라고 할 수
있다.
아이폰이라는 스마트 기기를 개발하여 전 세계 IT산업의 판도를 바꾼 인물인 스티브 잡스는
대학에서 동양철학을 공부하다가 중퇴하여 비디오회사에 취직한 후 그곳에서 배운 기술로 컴
퓨터 회사를 설립하였다. 그는 대학에서 배운 인문학적 감성과 비디오 회사에서 배운 컴퓨터
및 관련 기술을 통합적으로 사고하여 “컴퓨터는 결국 계산의 도구가 아니라 커뮤니케이션의
도구로 변모할 것”이라는 결론을 내렸다. 그 후 그는 전에 없던 아이폰을 개발하여 전 세계
산업과 경제에 가공할 파장을 일으켰다. 이렇게 아이폰은 인문학적 지식과 이공학적 지식의
결합의 산물인 것이다. 스티브 잡스가 세계의 판도를 바꾼 후, 우리나라는 미국의 STEM교육
에 ART(예술)을 더한 STEAM교육을 활용하여 ‘한국형 스티브 잡스’를 만들기 위해 노력하고
있다.
하지만 정부의 점차적인 융합교육(STEAM) 시행에도 불구하고 입시위주의 교육환경 때문에
2

5. 융합교육은 정규 교육과정 내에 완전하게 들어오지 못하고 영재교육, 방과 후 활동이나 특별
활동 시간에만 겨우 이루어지고 있는 실정이다.
<표 2>1) 2007년 과학 교육과정
<표 3>2) 2009년 과학 교육과정
<표 2>의 2007 교육과정과 <표 3>의 2009 개정교육과정의 차이는 다음과 같다. 전자는 국
민 기본공통과정을 초등학교부터 고등학교 1학년으로 규정한 반면, 후자는 초등학교부터 중학
교 3학년까지 규정하고 있다. 또한 교육과정의 목표 측면에서 전자는 과학이 “슬기로운 생활,
물리 I, 화학 I, 생명과학 I, 지구과학 I, 물리 II, 화학 II, 생명과학 II, 지구과학 II 과목이며,
개념과 탐구 측면에서 긴밀한 연계를 가지도록 구성한다.”로 되어있다. 반면, 후자는 과학을
“기술, 공학, 예술, 수학 등 다른 교과와 연관 지어 통합적이고 창의적으로 사고할 수 있는 능
1)
, 2013, 미래사회 준비를 위한 중학교의 STEAM교육, 『물리학과 첨단기술』, p.4
2) 김석중, 2013, 미래사회 준비를 위한 중학교의 STEAM교육, 『물리학과 첨단기술』, p.4
3

6. 력을 신장시키도록 한다.”라고 규정하였다. 그러나 <표 2>와 <표 3>의 교육과정 내용 체계를
비교해 보면 두 교육과정 사이의 큰 변화가 없는 것으로 나타난다. 필요에 의해 영역을 크게
두 가지로 구분하였으므로 일부 내용이 다른 학년으로 이동 또는 추가 삭제되었을 뿐, 융합인
재 육성을 위한 변화된 내용은 보이지 않는다.3)
정부의 창조인재 육성 방안에 힘입어 교육부가 미래를 위한 교육이라 불리는 STEAM교육을
교육과정에 반영한 것이 잘못된 것은 아니다. 하지만 아직 우리나라의 교육이 입시에서 벗어
나지 못하고 있기 때문에 STEAM교육이 완벽하게 교육과정에 녹아들지 못한 것 같다. 학문의
경계를 뛰어넘으며 통합적인 사고를 가능하게 하는 STEAM교육은 지금보다 더 다양해지고 복
합적일 미래에 분명 더 각광받을 교육 방법임에는 틀림없다. 그렇기에 우리는 현 과학 교육과
정에 비판만 할 것이 아니라 앞으로 미래의 교육을 위해 STEAM교육의 반영 방법 중 무엇을
어떻게 바꿔 나가야할지 고민해봐야 한다.
과학이 미래를 이끌어 갈 핵심 학문이라는 것에는 누구도 반박하지 못한다. 그리고 과학 학
문 안에서도 여러 분야로 나누어지지만 여러 분야가 합쳐지면 더 큰 시너지 효과를 낼 수 있
다는 것도 명백하다. 그럼에도 불구하고 우리나라의 현 과학교육이 오히려 미래를 이끌어갈
아이들과 과학을 더 멀어지게 하고, 과학을 선택한 아이들에게 마저도 나뉜 과학 과목을 가르
치며 선택하라고 하는 교육 현황은 특정 과목을 공부하는 학생 수를 급격히 감소시키고 있다
는 것은 우리나라 과학의 미래, 국가의 미래가 밝지 않음을 말해주는 것이라고 생각한다. 하
지만 우리나라는 최근 과학 교육과정에 STEAM을 반영하며 과학 교육에 새로운 시도를 꾀하
고 있다. STEAM교육이 전 세계적으로도 우선적으로 과학교육을 위해 사용되고 있고 지속적
으로 개발되고 있다는 사실은 미래에 우리나라의 STEAM교육은 정규 과학교육 과정 속에 안
착할 것이라고 생각한다. 그리하여 우리는 줄어들고 있는 물리에 대한 학생들의 관심과 흥미
를 높이기 위해 미래의 교육이라 불리며 각광받고 있는 우리나라만의 STEAM교육, 즉 융합교
육을 제대로 활용하여 물리교육에 최적화된 미래 교육 프로그램과 환경을 개발하려 한다.
2. 현황 분석
미래의 학생들의 물리에 대한 관심과 흥미를 STEAM교육을 통해 높이는 것을 기본 목표로
하는 본 프로그램 개발을 위해 현황분석을 해 보았다. 현황 분석을 통해 우리는 구체적인 대
상을 정할 수 있었고, 프로그램의 주제가 되는 물리와 STEAM교육의 현황에 대해서도 자세히
알게 되어 미래의 물리 교육을 누구를 대상으로 어떻게 가르쳐야 하는지에 대한 지침을 얻을
수 있었다.
우리가 조사한 현재 학습자의 특성과 물리 교육의 변화의 특징, STEAM교육의 현황은 다음
과 같다.
3)
, 2013, 미래사회 준비를 위한 중학교의 STEAM교육, 『물리학과 첨단기술』, p.4
4

7. 1) 학습자 분석 : 중학교 1학년
<표 4> 진로 결정 시기와 흥미
<표 4>4)를 보면 중학교 때 진로를 결정하는 비율이 가장 큰 것을 알 수 있다. 또한 진로를
결정하는 데 ‘흥미가 미치는 영향이 매우 크다’에 응답한 비율은 45.8%로 거의 절반에 가까운
것으로 나타났다. 학생들의 진로결정 시기와 흥미의 영향에 관한 분석표를 가져온 것은 우리
의 물리 교육 프로그램을 통해 학생들을 무조건 이공계 분야로 진로를 결정하게 만들려는 의
도가 아니다. 학생들이 대부분 진로를 결정하는 중학생 시기에 다양한 진로의 가능성이 있음
에도 어려운 물리에 지쳐서 물리를 배제하고 생각하지 않기를 바라는 마음에서 중학생을 대상
으로 정했다.
또한 학생들의 과학 학습에 대한 인식의 변화가 뚜렷하게 나타나는 시기도, 과학 교육에 대
한 흥미와 만족도의 하락이 시작되는 시기도 중학생 시기이다.
4)
, 2011, 체계적인 진로지도를 통한 이공계 차별(선입견) 해결방안 모색, 학위논문(석사), 고려대학교 교
육대학원 : 화학교육전공
5

8. <표 5> 과학을 공부하는 이유
<표 5>5)를 보면 초등학생의 과학 학습의 이유 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 과학에 대
한 흥미와 관심이다. 하지만 중·고등학생의 경우에는 ‘시험에 나오니까’, ‘진학을 위하여’라는
이유가 1, 2위로 조사되어 있다. 과학 학습의 동기가 초등학교와 중·고등학교로 나뉘어 확연
한 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 이는 중·고등학생들이 과학을 내재적 동기로 학습하는 것
보다는 시험성적 등과 같은 단기적으로 진학을 위한 수단으로 생각하고 공부한다는 것으로 볼
수 있다. 이러한 학습의 문제점은 목적이 달성이 되었을 때는 과학학습에 대한 동기가 전혀
발생되지 않을 것 이라는 점이다.6) 중학교 과학 교육에 대한 개선이 필요하다는 것을 보여준
다.
<표 6> 과학에 대한 흥미와 관심 정도와 과학수업에 대한 만족도
출처 : 한국과학문화재단 2003년
5)
외 3인, “초, 중등 학생들의 과학 흥미도 조사”,『한국지구과학회지』v.27 no.3, 2006, p.261
6) 박지영, 2010, 중등 교육과정에서 이공계 기피현상과 가능한 개선방향, 학위논문(석사), 고려대학교 교육대학
원 : 화학교육전공
6

9. 또한 <표 6>을 봐도 중학교 과학 교육에 대한 개선의 필요성을 알 수 있다. 한국과학문화
재단은 2003년 11~12월의 2개월 동안 전국 초·중·고 학생을 대상으로 이공계 진로 지도를 위
한 학생 인지도 조사를 실시했는데, 설문에 초등학생13.6%(총417만5천625명 가운데 90만6천
48명), 중학생24.3%(총185만4천641명 가운데 44만7천666명), 고등학생13.6%(과학고 및 실업
고 포함, 총176만6천529명 가운데 24만4천97명)이 참가한 대규모 설문 조사였다. 그 결과가
<표 6>이다. <표 6>을 보면 과학에 대한 흥미와 관심의 정도가 중학생 때 감소하고, 과학수
업에 대한 만족도가 중학생 때 이후로 계속 감소함을 알 수 있다. 물론 과학에 대한 흥미와
관심의 정도가 고등학교 때 증가하는 것으로 나왔지만, 앞서 문제제기에서 다뤘듯이 과학에
대한 흥미와 관심 정도는 학문의 배움으로 까지 이어지지 못했다.
종합해 보면 중학생 때의 과학 교육이 학생들의 과학 학습에 있어 가장 큰 전환점이 되고
있다고 할 수 있다. 초등학교와는 달리 중학교의 과학 교육은 과학을 좀 더 체계적이고 심도
있게 배우게 되는 첫 단계이다. 기초과학에 접근하는 첫 단계에서 거부감을 갖지 않고 흥미를
가지고 출발하는 것이 중요하다. 첫 단추를 잘못 꿰면 다른 단추들도 다 틀어지듯이, 교육도
마찬가지이다. 어떤 과목을 처음 배울 때 너무 어렵거나 흥미를 느끼지 못하면 나중에 가서도
그 과목이 더 어렵게만 느껴지고 흥미를 갖지 못하며 결국에는 그 학습을 포기하기까지 이른
다. 앞서 언급한 이과생들의 감소가 이러한 원인도 갖고 있을 것이다. 이것이 우리가 중학생
의 시작인 중학교 1학년을 대상으로 설정한 이유이다.
2) 교과목 분석 : 물리
앞서 <표 1>으로 제시했듯이 시간이 지날수록 물리를 공부하는 학생들의 수가 감소하고 있
다. 제22대 한국물리학협회 회장인 김정구 교수는 학생들의 물리기피현상의 원인을 물리 교과
서가 너무 논리위주로 저술되어 있어 학생들에게 물리가 딱딱한 학문이라는 인식을 주고 있기
때문이라고 지적했다.
물리는 다른 과학 과목들과 달리 수학과 연관되는 부분이 많다. 물리의 많은 공식들은 수학
에서 기인하기도 하고, 물리가 수학에 기여한 바도 크다. 이렇게 수학과의 연관성 때문에 학
생들은 물리를 더 어렵게 생각하고 기피하고 있다.
다음은 중학교 학생들의 과학 단원별 체감 난이도에 대한 설문 결과이다. 제7차 교육과정이
시행되고 있을 당시의 결과지만 교육과정에 크게 변한 것이 없기 때문에 참고하려 한다. 제7
차 교육과정 시행 당시 중학교 2학년 때 배우던 단원이 제8차 교육과정이 시행되고 있는 현
재 중학교 1학년 학생들이 배우고 있는 관계로 중학교 1학년과 중학교 2학년을 대상으로 한
설문결과를 참고하겠다.
7

10. <표 7> 중학교 1학년을 대상으로 한 과학 단원별 체감 난이도
<표 8> 중학교 2학년을 대상으로 한 과학 단원별 체감 난이도
<표 7>7)을 보면 여러 단원 중 ‘분자운동’에 대한 체감 난이도가 가장 높은 것으로 나타났
다. 그 다음은 빛 단원이 차지했는데, ‘빛’ 단원은 물리 분야에 해당한다. <표 8>8)에서는 ‘여
러 가지 운동’ 단원이 학생들이 가장 어렵게 느끼는 단원이라는 결과가 나왔다. 이 단원은 현
재 중학교 1학년 학생들이 배우고 있다. 이 또한 물리 분야에 해당하는 단원이다.
종합해 보면 학생들은 다른 어떤 과학 분야보다 물리 분야에 대해 학생들의 어려움을 느끼
고 있다는 사실을 알 수 있다. 이는 주입식 교육으로 많은 양을 한꺼번에 전달하려고 하는 우
리나라 교육의 문제점을 단적으로 보여주는 예가 된다. 중학교 1학년 수준에서의 화학, 생물,
지구과학은 단순 암기 정도로 끝나기 때문에 단순 주입식 교육만으로도 어느 정도는 학생들의
학습 효과가 있다. 하지만 물리는 단순하게 암기하는 것이 아니라 공식의 기초를 이해하고 현
상을 잘 파악해야지만 학습내용 전체의 흐름을 파악할 수 있기 때문에 주입식 교육만으로는
7)
, 2010, 중등 교육과정에서 이공계 기피현상과 가능한 개선방향, 학위논문(석사), 고려대학교 교육대학
원 : 화학교육전공
8) 박지영, 2010, 중등 교육과정에서 이공계 기피현상과 가능한 개선방향, 학위논문(석사), 고려대학교 교육대학
원 : 화학교육전공
8

11. 학습 효과를 볼 수 없다. 그러므로 물리는 현 교육과정처럼 단순하게 가르치는 것이 아니라
통합적으로 깊은 사고를 할 수 있도록 교육과정이 변화되고 있다. 우리는 이 교육과정의 변화
추세에 맞춰 물리를 융합교육으로 가르치는 교육 프로그램을 개발하려 한다.
3) STEAM교육 분석
(1) STEAM교육 유래
STEAM은 1990년대 미국의 STEM교육에서 유래되었다. 미국은 2차 세계대전 직후 과학
기술 인력이 부족해 질 것으로 예상해 새로운 교육모델인 STEM을 만들어 엄청난 투자와 지
원을 시작했다. STEM이란 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 수학
(Mathematics)의 융합을 통해 단순한 하나의 학문만을 배우는 것이 아니라 여러 학문이 융합
되어 통합적 사고가 가능하게 하는 교육모델이다. 미국을 시작으로 유럽 등 선진국에서는
1990년대에 STEM이 등장한 이후로 STEM교육을 통해 이공계 인재 감소를 해결하고 통합적
사고를 하는 인재를 육성해 왔다.
이에 우리나라도 현재는 교육부로 개편된 교육과학기술부에서 우리 교육에 맞게 STEAM교
육 모형을 발표하고 학교교육에서의 점차적인 시행 방안을 발표하였다. 미국의 과학교육 모델
인 STEM에서 예술과 인문·사회분야를 통합하는 과학기술공학인재 양성을 위하여 Arts(예술·
인문)을 포함한 교육 개념으로 확장된 것이 바로 STEAM교육이다.
(2) 우리나라 STEAM교육의 현황
융합인재 육성과 융합과학(STEAM교육)에 관한 논의는 2010년부터 시작되었고 실제로
2009 개정교육과정부터 적용 되었다. 교육과학기술부는 2011년 8월 초중고 16곳을 STEAM
연구시범학교로 지정했고, 2012년에는 연구학교의 명칭을 ‘STEAM 리더 스쿨’ 로 변경하고,
리더 스쿨과 교사연구회의 수를 확대 운영하고 있다. 2012년 경기도교육청은 50개 초․중학교
에서 STEAM 교육을 시범운영한 바 있다. 시범운영을 신청한 학교 중 10개 학교는 예비지정
교로 하여, 개발된 교수-학습 자료를 보급하고, 예산이 허락되는 범위에서 시연기기와 체험실
험기기 또한 지원받을 수 있었다.
<표 9>9) 우리나라 리더스쿨 수
9)
, 2013, 미래사회 준비를 위한 중학교의 STEAM 교육, 『물리학과 첨단기술』, p.4
9

12. 정부는 STEAM교육을 통해 과학기술과 관련된 다양한 분야의 융합적 지식, 과정, 본성에
대한 흥미와 이해를 높여 창의적이고 종합적으로 문제를 해결하는 융합적 소양을 갖춘 인재를
양성하기 위해 과학-기술-공학-수학의 학습내용을 핵심역량 위주로 재구조화하여, 과목 간 연
계와 예술적 기법을 접목하는 것을 시도하였다.
한국과학창의재단과 교육부는 융합인재양성을 중점으로 추진하며 학생들에게 과학에 대한
관심과 흥미를 높이고 창의적이고 미래지향적인 사고를 심어주기 위한 프로그램 및 교육을 확
대해 나가고 있다.
(3) 과학교육에서의 STEAM교육
<표 10>10) 공통 교육과정 ‘과학’의 융합인재교육(STEAM) 반영 요소
<표 10>에서의 교육목표는 인지체계 사고에 해당하는 ‘인출’, ‘이해’, ‘분석’, ‘활용’ 수준을
중심으로 분포되어 있었다. 이 가운데 특히, 분석과 활용 수준의 교육목표를 포함하는 자료가
10)
, 김훈, 허준영, 2012, 현장 적용 사례를 통한 융합인재교육(STEAM)의 이해, 한국창의인재재단
10

13. 40.2%를 차지한다는 점은 주목할 만하다. 기존의 한국의 교육방식이 주입식으로 지식을 일방
적으로 전달하고 암기하는 단편적 수준에 머물렀던 점에
비추어볼 때 지식을 단순 암기가 아
니라 이들 프로그램을 통해 분석하고 실제 활용하는 과정을 통해 습득하는 활동이 상당한 비
중을 차지한다는 점은 고무적이다.
STEAM교육이 과학기술공학 인재 양성을 위해 개발된 만큼 STEAM교육은 2009년 과학 교
육과정이 개정된 후로 학교의 과학교육에서 활용되고 있다. 하지만 앞서 문제제기에서 언급했
듯이 교육과정 내에서 제대로 시행되지 않고 있기 때문에 과학교육에서의 STEAM교육 활용의
결과는 연구를 위한 시험 결과를 통해 알아보려 한다.
<표 11>11) 과학·예술 융합프로그램에 대한 학생들의 인식
단위 : 명(%)
<표 11>은 초등학생을 대상으로 과학과 예술의 융합을 통한 수업을 진행 한 후, 수업을 들
은 초등학생들이 설문에 응답한 결과이다. <표 11>에 의하면 과학·예술의 융합 수업은 학생들
의 수업에 대한 집중도와 흥미도, 이해력을 향상시키는 데 많은 도움을 준 것으로 나타나있
다. 이는 STEAM교육이 학생들의 학습 능력 신장에도 크게 기여하며 미래의 과학 교육방법으
로서의 역할을 증명한 것이라 볼 수 있다.
11)
, 2013, 과학과 예술을 기반으로 한 융합인재교육(STEAM)프로그램 개발 및 적용, 학위논문(석사), 경
인교육대학교 교육대학원 : 초등과학교육전공
11

14. 현황 분석을 종합해 보면, 과학 학습에 대한 인식이 변하는 시기는 중학교 때로 이 시기의
과학 교육이 매우 중요함을 알 수 있다. 또한 중학교 학생들이 과학 과목 중 가장 어려워하는
부분이 물리 과목인데, 단순한 암기가 아니라 공식의 기본원리를 깊이 이해하고 내면화 해야
지만 적용할 수 있기 때문에 교육 방법의 변화가 가장 필요하다는 것도 알 수 있었다. 마지막
으로 물리 교육의 문제점에 대한 대안으로 STEAM교육이 최선의 방법이란 것도 마지막 분석
을 통해 알 수 있었다. 우리는 이를 바탕으로 구체적 목표를 세우고, 미래의 중학교 1학년 학
생들을 위해 STEAM을 활용한 물리 교육 프로그램을 개발할 것이다.
3. 프로그램 목표
현재 우리나라의 과학교육을 받고 있는 학생 대부분은 과학을 따분하고 재미없는 어려운 과
목으로 인식하고 있다. 시험에 나오기 때문에 마지못해 공부하거나 아예 포기하기도 한다. 본
질적 의미를 상실한 학습은 공부를 하는 학습자에게도 가르치는 교사에게도, 결국에는 의미없
는 학습을 한 학습자들이 진출할 사회에 까지도 악영향을 줄 수밖에 없다. 과학교육에 변화가
필요하다.
미래의 과학교육은 바뀌어야 한다. 우리는 앞으로 과학이 더욱 더 중요해지고 생활 속에 더
긴밀하게 들어 올 미래를 대비하여 학생들의 과학에 대한 인식을 바꿔주고 과학에 대한 흥미
와 관심을 높여줄 수 있는 프로그램이 필요하다고 생각한다.
과학 과목 중 물리는 우리의 생활과 가장 밀접하게 연결되어 있다. 겨울에 자주 일어나는
정전기, 버스가 갑자기 멈추면 앞으로 쏠리는 현상, 우리가 매일 듣는 소리 등 평소에 몸소
느끼는 것들이 모두 물리와 관련되어 있기 때문에 어떤 과학 과목들보다도 친숙할 것이다. 그
럼에도 불구하고 앞선 현황 분석에서 언급했듯이, 학생들은 수학적 공식이 많다는 이유로 물
리를 가장 멀리한다.
그리하여 우리는 실험 위주의 과학 수업이 이루어지는 초등학교와 이론 위주의 과학 수업이
이루어지는 고등학교 사이의 중학교 학생을 대상으로 한 물리 교육 프로그램을 개발하려 한
다. 중학교 시기가 초등학교와 고등학교 사이의 과학 교육을 받는 시기이기 때문에 과학에 대
한 가장 큰 전환점이 된다. 그러므로 중학교에서 처음으로 수업을 듣는 중학교 1학년학생들을
대상으로 하는 것이 물리에 대한 인식을 바꿀 수 있는 가장 큰 기회라고 생각한다.
재미있고 유익하게 물리 수업을 진행할 수 있는 교육방법으로는 STEAM을 활용하고 싶다.
STEAM교육은 현재의 교육처럼 단일한 하나의 과목을 가르치는 것이 아니라 과학(science),
기술(technology), 공학(engineering), 예술(art), 수학(mathematics)을 융합하여 학생들이
수업에 더 흥미를 느끼게 하고, 변화하는 사회 속에서의 다양한 관점의 문제에 대해 학생들이
더 창의적으로 생각할 수 있도록 도와주기 때문에 과학에 대한 학생들의 흥미와 관심도 높일
수 있을 뿐만 아니라 복합적이고 변화무쌍할 미래에 적합한 인재로서 학생들을 교육시키기에
는 최적의 방법이라고 생각한다.
이리하여 개발한 우리의 미래지향적 물리 교육 프로그램의 이름은 “Physicasso”이다.
“Physicasso”란 Physics(물리)와 Picasso(피카소)의 합성어로서, STEAM 중에서도 특히 과학
과 예술을 융합한 교육을 활용함으로써 학생들이 피카소의 그림처럼 창의적이고 혁신적인 사
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15. 고가 가능하게 하고 물리에 대한 흥미와 관심도 높아지고 과학과 예술을 넘나들며 비판적이고
깊은 생각을 할 수 있도록 하는 우리의 목표가 담긴 이름이다. 우리는 본 프로그램을 통해 과
학이, 특히 물리가 현재보다 더 중요해질 미래의 중학생들에게 어렵게만 느껴지던 물리를 흥
미롭고 생각보다는 쉬운 과목이라는 인식을 가지게 해주고, 발전할 미래의 기술과 기기를 활
용하여 제시하는 문제 상황을 수업 시간에 배운 것을 토대로 학생들이 해결할 수 있는 시간을
가지게 함으로써 과학적 소양을 높이고 격동적인 미래사회를 대비할 창의성도 함양하길 바란
다. 또한 멀리 나아가 과학이 더욱 더 중요해질 미래를 위해서 미래를 이끌어갈 꿈나무들의
교육을 통해 과학의 대중화를 넘어 일상의 과학적 사고가 가능한 대중의 과학화까지 이루어지
길 바란다.
Ⅱ. 미래 학습 환경 설계
미래의 중학교 1학년 학생을 대상으로 하는 우리의 물리 교육 프로그램인 “Pysicasso”의
진행을 위한 하드웨어, 소프트웨어, 휴먼웨어의 구체적 요소들은 다음과 같다.
1. 하드웨어(Hardware)
1) 교실 환경
우리는 학생들에게서 물리가 실생활과 관련이 없고 단순히 시험을 보기 위한 과목이라는 인
식을 줄이고, 학생들이 물리 과목을 좀 더 친숙하게 느끼며 재미있게 배울 수 있도록 교실환
경을 설계할 것이다. 그렇기 때문에 따로 물리 실험실에서 물리 수업을 진행하는 것이 아니라
평소 수업이 이루어지는 교실에서 물리 수업과 실습이 이루어질 수 있도록 교실 환경을 조성
할 것이다.
<그림 1> 물리 교육을 위한 전체적인 교실의 조감도
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16. <그림1>은 “Physicasso” 프로그램을 실현할 교실의 조감도이다. 이 교실은 크게 이론수업,
토론수업, 실습을 하는 책상, 칠판 등이 구비된 교실과, 실습한 바를 바탕으로 실제 환경에서
적용시켜 볼 수 있는 물리 실험실로 나뉜다.
(1) 일반 교실
먼저, 일반 수업을 하는 교실은 기존 교실과 달리 육면체의 형태를 띠는데, 이는 일차적으
로 각 면에 팀별로 나뉘어서 모일 공간을 확보하기에 적합하기 때문이다. 또한, 육면체형 교
실은 다 같이 앞에 있는 칠판만 보는 일방향적이고 수동적인 수업 형태에서 벗어나 쌍방향적
이고 상호적인 수업 분위기 조성하는 데 도움을 준다. 여기서 학생들은 앞 칠판만 보는 것이
아니라 육면체의 중앙에서 교사가 제공하는 가이드나 시뮬레이션을 관찰할 수 있다. 또한 육
면체의 각 면은 스크린 형식으로 되어있어 그 면에 모인 팀별로 배경을 디자인 할 수 있도록
한다. 각 팀의 배경 벽면을 학습 주제가 바뀔 때마다 그 학습 주제에 맞도록 스크린을 통해
디자인함으로써 미적 영역의 발달을 돕고 학습 전 흥미를 일으키는데 이용한다. 그 스스로 교
실 내부는 교수자의 책상과 16명의 학생들이 소규모로 학습할 수 있도록 디자인되었다. 각 책
상은 약 4명의 학생으로 팀을 이루어 수업을 하는 책상으로 이루어져있다.
<그림 2> 교실의 정면 모습
<그림 3> 위에서 바라본 교실의 모습
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17. (2) 물리 실험 교실
<그림 4> 물리 실험을 위한 실험실
일반 교실에 연결된 또 다른 건물은 물리 실험실이다. 미래의 기기들은 대부분 친환경적
설계를 따를 것이므로, 이를 반영하여 물리 실험실은 옥상에 설치된 태양열에 의해서 유지되
도록 설계하였다. 물리 실험실에서는 친환경적일뿐 아니라 실제적인 외부 환경을 가상으로 제
공한다. 실험실을 이루는 벽면 또한 스크린 형식으로 구성되는데, 이는 일반 교실에서 벽면을
테마별로 디자인하듯이 학생들이 배우는 주제별로 맞는 테마로 적용되도록 구상하였다. 예를
들어, 미니 세탁기 실험을 하는 수업에서는 학생들이 직접 실험을 통해 미니 세탁기 제작을
완성한 후에 실제로 태양 전지판으로 작동하는지 이곳에서 확인해 볼 수 있다. 이 때, 그 배
경 또한 세탁기가 외부의 태양 아래에서도 작동할 수 있다는 것을 체험할 수 있도록 디자인된
다. 이뿐 아니라 스크린을 통해 이에 대해 배웠던 원리나 내부 구조 등을 보여주어 다시 한
번 학습 내용을 확인할 수 있도록 한다.
2) 기기
(1) 책상 : 화이트보드 + 태블릿 PC
<그림 5> 학생들의 책상
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18. 학생들의 책상은 버튼으로 이동할 수 있게 하여 팀 활동 시 자신이 원하는 위치로 자유롭게
이동하여 수업에 참여할 수도 있게 하였다. 이 책상 외부에 위치한 화이트보드(white board)
는 자유롭게 토론 내용을 정리할 수 있는 용도로 활용되며, 필요시 분리하여 다른 책상으로도
이동, 삽입하여 스크린 형태로 볼 수 있도록 디자인되었다. 또 화이트보드(white board)를 제
거하면 책상에 내재 되어있는 태블릿 PC를 볼 수 있다. 이 태블릿PC 또한 책상과 분리가 가
능하며, 이를 통해 전자교과서를 보거나 수업 후 간단한 평가시험을 볼 수도 있다. 또한 물리
와 관련하여 실제로 해보기 어려운 실험 같은 것들을 모의 실험해 보는 것도 가능하다. 학생
들의 수업 전반에 가장 많이 사용되는 것이 책상과 이에 부속된 기기들이므로 가장 안전하고
내구성 있게 설계될 것이다.
(2) 모둠별 PC
<그림 6> 모둠별 PC
육각형의 교실 각 벽면에 부착되어 있는 PC이다. 모둠별 활동을 할 때 교사가 제시하는 문
제나 정보를 각 팀에게 좀 더 용이하게 보여줄 수 있다는 장점이 있다. 또한 각 팀원 개인 태
블릿PC의 내용을 바로 PC로 전송하여 팀원 모두가 손쉽게 공유할 수도 있다. 물론 터치가 가
능하여 학생들이 어렵지 않게 다룰 수 있다. 팀 활동이 많은 “Physicasso" 프로그램에 없어서
는 안 될 기기이다.
(3) 전자칠판 & 교사 PC
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19. <그림 7> 교사 자리의 모습
교사의 자리가 위치한 교실 앞쪽에는 전자칠판이 있다. 전자 펜으로 필기도 가능하며 학생
들에게 제공할 정보나 영상 자료 등을 빔 프로젝터 없이도 보여줄 수 있다. 터치가 가능하여
물리 개념을 설명할 때 화면에 띄워진 물체를 드래그 하여 좀 더 실감나는 장면을 연출하는
것도 가능하다. 또한 교사의 PC는 앞서 말한 모둠별 PC와 연결되어 있어 모둠별PC에 정보를
보낼 수 있다. 물론 학생들이 보내는 토론 자료 등도 바로 받아서 볼 수 있다.
(4) 시뮬레이션 빔
<그림 8> 시뮬레이션 빔의 모습
물리 수업을 진행하다 보면 현실에서는 체험하기 힘든 활동을 해야 할 때가 있다. 하지만
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20. 직접 그것을 구현해보기도 힘들고 위험성도 높기 때문에 빔 프로젝터를 이용하여 안전하게 구
현하는 방법을 고안해 보았다. 빔 프로젝터로 발사된 빔은 직접 체험해 볼 수 있는 시뮬레이
션으로 구현된다. 학생들은 시뮬레이션 빔을 통해 자신이 제작한 물건이나 제작할 물건을 4D
로 구현하여 볼 수 있다. 또한 시뮬레이션 빔은 물리에 관련된 물체를 단지 표면만 볼 수 있
는 것이 아니라 내부까지 살펴 볼 수 있게 되므로 그 물체에 대한 이해도를 높일 수 있다는
장점을 가지고 있다. 학생들은 이를 통해 4D게임도 해 볼 수 있다.
2. 소프트웨어(Software)
1) 문제기반학습(Problem Based Learning)
수업은 대부분 학생들이 실생활에서 어떤 물건을 보고 그 물건에 적용된 물리적 원리를 문
제 삼아 그 원리를 기반으로 연구하고 적용해보는 문제기반학습(Problem Based Learning)으
로 진행된다. 문제에 대한 탐구 학습을 진행할 때, 일방적으로 문제를 던져주고 교사가 해결
과정을 보여주는 데 그치는 기존의 수업방식에서 벗어나, 문제 또는 원리에 대한 설명을 해주
지 않고 먼저 학생들 스스로 만져보며 탐구하게 한다. 어떤 원리가 사용되었을지 생각해보며
자기만의 방식으로 해석하고 적용함으로써 창의성을 길러주기를 목표로 한다. 이로써 문제해
결 능력을 키울 수 있고, 학생들이 흥미를 갖기 어려운 과학에 흥미를 불러일으켜, 학교 내에
서 진행 될 “Physicasso“ 수업 이후에도 혼자 흥미로운 문제를 발견하고 다양한 탐구를 할
수 있도록 한다.
2) 협력학습(Cooperative Learning)
개인별로 진행되는 실습이 아닌, 모둠별로 모여서 실습을 하는 협력적 수업이 진행된다. 어
떤 물리적 원리를 적용해 보는 과정을 동료들과 협력하며 진행함으로써 스스로 부족한 부분을
함께 채워나가고 구체적이고 심화적인 사고할 수 있도록 돕는다. 학생이 이해도가 부족할 때
교사가 보완해 주는 것도 중요하지만 동료가 같은 시각에서 도와주는 것도 이해도를 높이는데
도움을 줄 수 있기 때문이다.
<그림 9> 협력학습을 위한 환경
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21. 3) 게임
Scratch 프로그램을 통해 만든 게임으로 확인 학습을 진행한다. 배운 주제에 관해 잘 이해
하였는지 확인하는 과정으로, <그림 10>의 게임 예시에서는 과학(Science)과 미술(Art)의 융
합교육을 위해, 단순히 물리 문제를 물어보고 답하는 것이 아니라 art적 요소를 삽입하였다.
미술 작품을 감상하며 그 속에서 나타난 과학적 내용(중력, 회전 관성, 탄력성 등)을 공부하고
확인해보는 프로그램으로 제작되었다. 학생들은 이로써 과학(Science)과 더불어 미술(Art)도
놀이처럼 배울 수 있다. 결론적으로 이는 학습 내용에 관한 확인 학습과 흥미 유발에 도움을
주는 것을 목표로 한다.
<그림 10> Scratch 프로그램으로 만든 융합학습을 위한 게임 캡처
3. 휴먼웨어(Humanware)
교사는 “Physicasso” 프로그램에서 학생들의 아이디어와 창의력을 이끌어내는 ‘촉진자
(Facilitator)’로서 의 역할을 한다. 교사는 학생들과 상호작용하여 일방적인 강의식 정보전달
보다는 학생들이 스스로 생각하고 원리를 찾으며 지식을 익혀나갈 수 있는 환경을 조성하도록
힘쓴다. 또한 “Physicasso” 프로그램의 특성상 과학(Science)과 예술(Art)가 융합되어 학생들
이 효율적 기능에 맞고 미적으로 아름다운 디자인을 배우는 동시에 과학적 원리들을 실험을
통해 배워나가는 것이기 때문에, 교사는 미술적 전문성과 과학적 전문성을 모두 갖출 것을 필
요로 한다. 이는 미래에는 지금의 교육공학과와 같이 융합적 특성을 가진 학과가 많이 생겨날
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22. 것으로 예상하여 구상한 바이다.
Ⅲ. 미래 학습 프로그램 설계
1. 전제
현재의 중학교 1학년 과학 교육 과정이 미래에도 같을 것이라는 보장은 없다. 하지만 과학
교육이 시작된 제1차 교육과정부터의 교육 내용을 살펴보면 과학 교육의 목표나 교육 방법에
만 변화가 있을 뿐, 학년별 과학 교육 내용에는 커다란 변화가 없었기에 현재 시행되고 있는
제8차 교육과정을 토대로 중학교 1학년을 대상으로 하는 미래 물리 교육 프로그램을 개발하
였다.
현재 시행되고 있는 제8차 교육과정에서 중학교 1학년 때 배우는 단원 중 물리에 관한 단
원은 빛, 힘, 파동 단원이다. 빛 단원에서는 빛의 반사와 굴절, 분산과 합성을 배운다. 힘 단
원에서는 탄성력, 마찰력, 자기력, 전기력, 중력, 힘의 측정과 합성을 배운다. 파동 단원에서는
파동과 소리, 파동의 성질을 배운다.
모든 차시는 과학(Science)과 예술(Art)의 융합 교육을 토대로 이루어질 것이다. 또한 그
융합교육과정의 구체적 학습활동은 교사가 정보를 일방적으로 학생에게 주입하는 것이 아니라
다양한 문제를 제시하여 학생들 스스로가 정보를 수집하고 그것을 구조화하면서 깊은 사고가
가능하게 하는 문제기반학습(Problem Based Learning)과 팀원들 간에 정보를 교환하고 자신
의 지식을 한 발 더 나아가게 할 수 있는 팀 활동과 같은 동료학습(Peer Learning), 협동학
습(Cooperative Learning)에 기초하여 이루어질 것이다.
2. 프로그램 구성
다음은 중학교 1학년 때 배우는 물리 단원들이다. STEAM교육이 반영된 "Physicasso" 프로
그램의 각 단원별 활동 내용이다.
단원
활동내용
-빛의 반사와 굴절
개념 정리
1단원 :
빛
생활 속 원리 찾기 (팀 활동, 마지막에 교사에게 논의 한 내용 전송하기)
빛의 반사각도와 굴절각도 맞추기 게임 (책상 밑에 내재된 기기 활용)
빛의 반사와 굴절을 이용한 예쁜 화분 만들기
-빛의 분산과 합성
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23. 개념정리
생활 속 원리 찾기 (팀 활동, 마지막에 교사에게 논의 한 내용 전송하기)
책상에 내재되어 있는 태블릿을 통해 빛의 색변화 직접 체험해 보기
(서로 떨어져 있는 빛의 삼원색을 손으로 직접 드래그 하여 색의 변화
알아보기)
-‘빛을 통한 예쁜 화분 만들기’
빛의 분산과 합성 + 반사와 굴절을 같이 적용시킨 체험활동
여러 가지 힘 1 (탄성력, 마찰력)
개념 정리
생활 속 원리 찾기 (팀 활동, 마지막에 교사에게 논의 한 내용 전송하기)
‘모모에게 지금 필요한 힘은 무엇일까?’ 게임
여러 가지 힘 2 (자기력과 전기력과 중력)
개념 정리
생활 속 원리 찾기 (팀 활동, 마지막에 교사에게 논의 한 내용 전송하기)
2단원 :
여러 가지
힘
무중력 체험
여러 가지 힘 2 (자기력과 전기력과 중력)
개념 정리
생활 속 원리 찾기 (팀 활동, 마지막에 교사에게 논의 한 내용 전송하기)
무중력 체험
힘의 측정과 합성
힘의 효과와 표시, 크기 측정에 대해 배운다.
힘 수업시간에 배운 내용을 토대로 ‘미니 세탁기 만들기’
(자세한 내용은 뒤의 프로그램 구성 참고)
힘 수업시간에 배운 내용을 토대로 ‘미니 세탁기 만들기’ 발표
파동과 소리
개념 정리
생활 속 원리 찾기 (팀 활동, 마지막에 교사에게 논의 한 내용 전송하기)
‘나만의 간이 스피커 설계하고 만들기’
3단원 :
파동
전자석과 스피커
(힘에서 배웠던 전자기력과 소리의 개념을 잘 고려하여 만들기)
파동의 성질
개념 정리
생활 속 원리 찾기 (팀 활동, 마지막에 교사에게 논의 한 내용 전송하기)
‘나만의 소리 만들기’
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