과학과 교육과정에서 자극과 반응 단원의 개념 연계성 분석

I. 서 론

현재, 우리나라의 초·중등학교에서 시행되고 있는 2015 개정 교육과정에서는 미래 사회가 요구하는 창의융합형 인재를 양성하고 학습 경험의 질 개선을 통하여 행복한 학습을 구현하는 것을 비전으로 제시하고 있다. 창의융합형 인재 양성의 비전을 구현하기 위해 인문·사회· 과학기술 기초 소양을 균형 있게 함양하기 위한 공통과목을 신설하고, 적성과 진로에 따른 선택학습을 강화하였다. 그리고 행복한 학습을 위한 학습 경험의 질 개선의 비전을 구현하기 위해 학습의 양과 결과보다 학습의 질과 과정을 중시하는 교육, 학습의 즐거움을 일깨워 주는 교육, 미래 사회가 요구하는 핵심 소양과 역량을 길러주는 교육, 자기 성장과 발전에 따른 행복감 증진 교육 등을 강조하고 있다(교육부, 2015a).

특히, 학습 경험의 질 개선을 위한 교육과정 개정은 각 교과 교육과정을 자기주도적 학습과정을 통하여 학습의 즐거움을 경험할 수 있도록 개선하는 방향으로 구체화되어 추진되었다. 이를 위한 구체적인 교과 교육과정 개정 과제로 교과별 학습내용을 핵심개념 중심으로 구조화하여 의미 있는 학습 경험을 가능하게 하고 분절적 단편 지식 중심의 교육과정에 의해 야기되는 학습량 과다의 문제를 근본적이고 실질적으로 개선하도록 하였다. 또한 학습내용 요소들의 상호 관련성을 이해할 수 있도록 학습내용 조직 방식을 개선하고, 특히 세부 학습 영역을 아우르는 큰 그림에 대한 이해가 가능하도록 교과 내·교과 간 학습내용의 연계성을 강조하였다(교육부, 2017). 이러한 핵심개념 중심의 재구조화 개정 방향은 교육과정이 개정될 때마다 문제점으로 제기되어온 학습내용의 과다와 통합성 및 연계성 부족을 보완하기 위한 하나의 방안이라고 할 수 있다(방담이 외, 2013: 이상은, 2013; 이윤하 외, 2014)). 즉, 학습 경험의 질 개선을 통한 유의미 학습이 가능하도록 교육내용의 적정화를 통해 학습자들의 학습 부담을 줄이면서 학습내용의 연계를 통해 의미 있는 학습이 이루어지도록 교과 교육과정을 개선하고자 한 것이다. 이를 위해 각 교과 내 영역별로 소수의 핵심 개념을 선정한 다음 이를 중심으로 학습내용을 재구조화하여 학습량을 적정화하고 학습 경험의 질을 높이고자 하였으며, 교과 내 영역 간, 교과 간 학습내용의 연계성을 드러내어 창의융합형 인재 양성을 위한 융합적 사고 계발을 가능하게 하였다(임유나, 장소영, 2015). 그럼으로 교육과정에 따라 제시된 초중고 학교급간에 연계된 학습내용에 대한 관련 개념 수를 알아보고 , 학습의 위계적 측면에서 이들 개념간의 연계성을 분석하는 일은 학습내용 축소를 통한 교육내용 적정화 및 효과적인 유의미 학습 가능성을 높이고자 한 교육과정의 개정 방향이 실질적으로 현장 교육에서 구현되고 있는지를 알 수 있기 때문에 매우 중요하다.

2015 개정 교육과정은 초등학교와 중학교는 공통 교육과정, 고등학교는 선택 중심 교육과정으로 편제되었다. 과학과 교육과정에서 공통 교육과정은 초등학교 3-4 및 5-6학년군과 중학교 1-3학년군이며, 초등학교 과학교과는 각 학년별 1,2로, 중학교 1-3학년군은 과학1, 과학2, 과학3으로 구성되어있다. 선택 중심 교육과정은 고등학교 1학년의 공통교과인 통합과학과 과학탐구실험이 있으며, 생명과학의 경우, 고등학교 2,3학년의 일반선택교과인 생명과학Ⅰ, 진로선택교과인 생명과학Ⅱ가 있다(교육부, 2015b).

특히, 생명과학Ⅰ과목은 인체를 중심으로 나타나는 생명 현상에 대한 이해를 통해 일상생활에서 나타나는 의문점을 해결할 수 있도록 생명과학의 기초 소양을 기르는 과목이며, 초등학교 및 중학교 과학, 통합과학에 포함된 생명과학 개념과 긴밀한 연계를 가지도록 구성되었다(교육부, 2015b). 그리고 생명과학 과목에서 다루는 학습내용은 대체로 개념사이의 위계성이 뚜렷하기 때문에 학습내용의 적절한 연계는 매우 중요하다. 이러한 학습내용의 연계는 수평적, 수직적으로 관련시키는 것을 의미하는데, 수평적 연계성은 교과 및 영역 간의 학습내용을 관련시키는 것으로 주로 동일 학년(군)에서 학습하는 다양한 교과 간의 상호 관련성을 의미하며, 수직적 연계성은 주로 동일 교과(영역)의 학습내용을 다른 학년(군)이나 학교급간에 상호 관련시키는 것을 말한다. 특히, 수직적 연계성은 학습내용을 학교급간에 반복하여 관련시키는 계속성과 위계적으로 관련시키는 계열성을 의미하는 것으로, 교육과정 개발 과정에서 중요하게 고려되는 사항이다(이효녕, 여채영, 2015).

그리고 구성주의적 측면에서 볼 때, 학습 과정은 기존의 지식을 바탕으로 환경과의 상호작용을 통하여 능동적으로 새로운 지식을 구성하게 됨으로 선수학습 내용이 새로운 후속학습에 중요한 영향을 미치게 된다(조희형, 최경희, 2002). 특히, 과학 교과는 학습내용의 위계가 강하기 때문에 교육과정에서 제시하고 있는 핵심 개념과 내용체계에 따라 초중고 학교급별로 반복되는 계속성과 함께 학습내용이 좀 더 발전적으로 심화되는 계열성을 갖도록 구성되어야 한다(이승미 외, 2018). 즉, 과학 학습내용이 효과적인 유의미 학습이 이루어지기 위해서는 상위 학년에서 새롭게 학습하는 후속학습 내용이 하위학년에서 습득한 선수학습 내용과 적절하게 수직적으로 연계되는 것이 매우 중요하다(신영준, 2004; 주형미 외, 2020).

그동안 생명과학 영역의 학습 개념을 중심으로 수직적 연계성을 분석하는 연구는 교육과정 개정에 따라 새롭게 교과서가 편찬될 때마다 지속적으로 이루어져왔다. 특히. 자극과 반응 단원은 인체를 중심으로 중요한 생리적 기작을 이해할 수 있는 학습 주제이기 때문에 많은 개념들을 학습하게 되며, 추상적인 개념들도 다수 포함되어 있어 과학과 교육과정이 개정될 때마다 초중고 모든 학교급에서 과학 및 생명과학 과목에서 주요 단원으로 연계되어 다루어지고 있다. 이에 따라 교육과정이 개정될 때마다 새롭게 출판된 교과서를 대상으로 자극과 반응 단원에 대한 학교급간의 연계성에 대한 분석 연구가 이루어졌다. 신진범(2003)과 심규철 외(2004)는 제 7차 국민공통기본교육과정 생명영역에서 자극과 반응 단원의 학습내용 및 개념의 수직적 연계성 분석을 통하여 교과서에 제시된 개념들이 초등학교에서 중학교로 올라감에 따라 그 수가 급격히 증가하였고, 중고등학교의 경우는 학생들의 인지 수준이 충분히 고려되지 않은 상태로 많은 개념들이 제시되어 이에 대한 개선이 필요함을 지적하였다. 박선혜(2013)는 2007과 2009 개정 과학과 교육과정에 따른 중고등학교 자극과 반응 단원의 수직적 연계성을 분석하여 자극의 전달에서 흥분전도와 전달 개념의 격차 비율이 높아 연계성이 부족한 부분과 생명과학Ⅰ에서 처음 제시된 골격근 구조와 근 수축에 대한 활주설 관련 개념들이 대부분 격차 개념이어서 연계성이 부족한 부분에 대한 개선의 필요성을 제언하였다. 서경희, 김영신(2020)은 언어 네트워크 분석을 활용하여 제7차, 2009 개정 및 2015 개정 교육과정 개정에 따라 편찬된 교과서의 자극과 반응 단원의 본문에 제시된 개념만을 대상으로 각각의 교육과정과 교과서(각각 2개 출판사의 2종 교과서 대상)의 연계성 변화에 초점을 맞추어 분석하여 교육과정의 성취기준과 교과서의 개념 연계가 잘 이루어지고, 초중고 학습내용의 전체적인 연계도 비교적 잘 되어있음을 제시한 바 있다. 그러나 2015 개정 과학과 교육과정에 따라 편찬된 초중고 교과서를 대상으로 자극과 반응 단원의 전체 내용에 대한 개념을 추출하여 학교급간의 연계성에 초점을 맞추어 보편적으로 많이 활용하는 수직적 연계성 분석틀(송순희 외, 1991)에 따라 초중고 학교급별로 직접 연계된 중단원별로 구체적으로 분석한 연구는 없는 상태이다.

따라서 본 연구에서는 2015 개정 과학과 교육과정의 초중고 과학 및 생명과학 교과서(중고 모두 출판한 4개 출판사의 4 종 교과서)의 자극과 반응 단원 전반에서 제시하고 있는 학습개념에 대한 수직적 연계성을 분석틀에 따라 분석하여 학교급별 교과서 내용이 교육과정에서 요구하는 학습의 계속성과 계열성을 잘 반영하고 있는지를 중단원별로 자세히 알아봄으로써 교육과정 개정 및 교과서 개발 시 바람직한 개정 방향을 제안하고자 하였다.

II. 연구 내용 및 방법

III. 결과 및 논의

IV. 결론 및 제언

본 연구에서는 과학과 교육과정에서 초등학교 과학6, 중학교 과학3 및 고등학교 생명과학Ⅰ과목에 포함된 자극과 반응 단원의 학습개념에 대한 수직적 연계성을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었고, 이를 바탕으로 보완점과 시사점을 제시하게 되었다.

초등에서 중학교로의 자극과 반응 관련 개념 수는 직접적으로 연계된 단원만을 비교해 보더라도 8배 가까이 증가하였으며, 개념의 심화 정도도 매우 높았다. 이는 초등학교에서 중학교로 학교급이 올라감에 따라 교육내용의 수준 차이가 매우 크게 되어 학생들이 학습에 어려움을 느끼는 요인이 될 것이다. 따라서 초중 학교급에 따른 개념의 적정화가 이루어지는 것이 필요하다고 사료된다. 직접적으로 연계된 단원을 중심으로 중학교에서 고등학교로의 자극과 반응 관련 공통개념 수를 비교해 보면 3배 이상 증가하였다. 특히, 자극의 전달 중단원은 6배 가까이 증가하였으며, 심화 정도도 높았다. 따라서 중고 교과의 자극과 반응 관련 개념도 개념수의 전체적인 축소를 포함한 학교급별 적정화가 필요한 것으로 사료된다. 특히, 중학교의 감각기관 관련 개념과 고등학교의 자극의 전달 관련 개념은 교육과정과 연계된 주요 개념을 중심으로 교과서에 제시하는 형태로 개념 수를 제한하면서 학교급별로 적정화하는 것이 필요하다. 2022 개정 교육과정을 통하여 개념 수를 축소시키는 하나의 방안을 제안하면, 자극과 반응 단원의 성취기준에 중요하게 다루어야 할 핵심 개념을 제시하고 해설서 등을 통해 중단원별로 다루어야 할 주요 개념을 제한적으로 제시하는 것이다.

연계성 분석 결과, 초등학교에서 중학교로는 새롭게 심화된 개념들이 다수 제시되었는데, 특히 감각기관 단원은 각 감각기관의 구조와 기능에 대해 구체적으로 다룬 심화된 개념이 급격히 증가하여 연계성이 매우 부족하였다. 자극의 전달과 신경계 단원의 경우도 심화된 새로운 개념이 다수 증가하여 연계성이 부족한 편이었다. 따라서 감각기관 단원의 경우는 초등학교에서 각 감각기관(눈, 귀, 코)의 주요한 기본적 구조와 기능(감각세포 및 감각신경을 통한 감각 과정)을 개념 수준에서 간단하게라도 학습할 수 있도록 개념들을 추가하여 2022 개정 교육과정의 성취기준을 보완하는 형태로 학교급간의 개념을 적정화하는 것이 필요하다고 생각된다. 자극의 전달과 신경계의 경우도 초등학교에서 신경세포의 기능(자극의 수용과 전달)과 관련된 간단한 구조적 특징을 다루고 중추신경계가 뇌와 척수로 이루어진 것까지 다루는 보완이 필요하다. 중학교 과학3에서 고등학교 생명과학Ⅰ과목으로의 직접적으로 연계된 자극과 반응 관련 개념은 전체적으로 학습의 계속성과 계열성 측면에서 연계성 범주들이 적절한 비율로 제시되어 있었다. 그러나 중단원별로는 자극의 전달 단원의 경우, 발전보다 격차의 비율이 높게 나타나 적절하게 연계되지 않았으며, 중고 역시 학교급간의 개념의 적정화가 이루어져야 할 것으로 사료된다. 이를 위한 하나의 방안으로 중학교에서 뉴런 내에서는 전기적 특성으로 자극이 전도되고 뉴런사이에서는 신경전달물질을 통해서 자극이 전달된다는 수준까지 다루는 것이다. 그리고 생명과학Ⅰ에서는 자극이 근육에 전달되면 근육이 수축한다는 것을 간단하게 다루고 구체적인 근수축 운동은 다루지 않는 것이다. 신경계와 항상성 유지 단원은 발전의 비율이 반복보다 높게 제시되고 내용 수준도 적절하게 심화되어 학습의 계속성과 계열성 측면에서 적절하게 연계되어 있었다.

이상의 결론을 종합해 볼 때, 자극과 반응 단원 관련 개념은 교육과정 개정 때마다 지속적으로 보완의 필요성이 제기되고 있는 학교급별로 연관된 단원의 개념들이 특정 학교급에서 집중적으로 다루어지고 있는 부분을 학교급별로 적정화하는 형태로 개선하는 것이다. 즉, 초중고 학교급별로 연관된 단원의 개념들을 학생들의 인지 수준을 고려하여 어느 정도 계속성은 유지하면서 점진적으로 심화 발전 되도록 하여 연계성 범주들이 상호 복합적으로 적절하게 배합된 연계가 이루어지도록 교육과정 개정에 반영되어야 한다.

그리고 본 연구에서는 자극과 반응 단원 관련 개념들의 학교급별 수직적 연계성만을 분석하였다. 그러나 현 교육과정부터는 교과 및 영역 간 교육내용의 관련성, 수준 및 범위 등과 같은 통합성도 강조되고 있다. 따라서 우리나라 교육과정에서 추구하는 개념의 연계성과 통합성에 대한 정확한 분석을 통한 학습내용 적정화와 재구조화를 제안하기 위해서는 과학과의 타 교과 및 생명과학의 타 영역과의 수평적인 연계성을 분석하는 후속 연구가 필요하다고 생각된다.

또한 최근에는 과학의 핵심 개념에 대한 학생들의 학습발달과정이 연구되고 있는데, 이것은 학습개념에 대한 학생들의 단계적 이해 수준을 확인하여 각 학교급별 학생들의 발달 수준에 적합한 교육과정을 개발하는데 좋은 기초 자료가 된다. 따라서 자극과 반응 단원과 관련된 개념들의 학교급별 적정화를 통한 좀 더 질 좋은 교육과정을 개발하기 위해서는 각 학교급별 학생들을 대상으로 자극과 반응 관련 개념들의 학습발달과정 연구가 필요하다고 사료된다.