과학 실험 수업 알아보기

 실험은 과학의 고유한 탐구 방법으로, 과학 수업에서도 필수적인 방법이다. 대부분의 과학 교수학습 주제는 실례나 주제와 관련된 현상을 구체적으로 다루지 않고는 이해하기가 어렵다. 더욱 초등학생의 경우 구체적 현상을 접하고 이를 다루어보면서 과학 지식과 탐구 기능을 습득할 수 있기 때문에 실험은 과학 학습에 매우 유용한 교수학습 전략으로 활용할 수 있다.

 실험은 새로운 사실을 발견하거나 이미 알려진 지식을 증명하는 활동이며, 가설을 검증하는 과정이다. 실험은 크게 실험하기 전에는 잘 알지 못했던 문제의 해답이나 정보를 찾거나, 이미 알려진 과학적 사실, 개념, 일반화 등을 확증하거나 예증하는 증거를 찾는 기능이 있다. 전자는 탐구적 실험, 후자는 예시적 실험이라고 한다.

 다른 과목과 달리 과학 수업에서 실험이 필요한 까닭과 근거는 실험의 본성, 과학에서 실험의 역할 및 기능, 목적, 실험으로 얻을 수 있는 결과 등에서 찾아볼 수 있다. 실험이 필요한 대표적인 까닭은 다음과 같다.

 첫째, 과학은 구체적 대상을 다루지 않고서는 학생들이 이해하기 어려운 복잡하고 추상적인 내용을 많이 포함하고 있다.

 둘째, 실험 활동은 학생들이 과학적 방법과 과학의 정신을 인식하는 데 도움이 된다.

 셋째, 학생들은 대체로 실험활동을 즐거워하기 때문에 실험 활동으로 과학 학습 동기가 유발되고 과학에 흥미를 갖는다.

 넷쨰, 실험은 실생활의 문제 상황에 전이할 수 있는 일반화되고 체계적인 사고방식을 학습할 기회를 제공한다.

 

 실험의 목적, 수업의 형식과 의도하는 수업의 결과에 따라 서로 다른 형태의 실험 수업을 진행할 수 있다. 실험의 방법과 유형은 학습할 내용과 주제, 달성하고자 하는 목표에 따라 달라진다. 학생들이 거쳐야 할 과정 및 수행해야 하는 활동을 개방하고 허용하는 수준에 따라 실험은 다음과 같이 세 가지 형태로 분류할 수 있다.

 첫째, 학생들에게 실험할 문제를 제시하고, 그것을 해결할 방법과 수단을 가능한 한 상세히 서술해 주는 가장 낮은 수준의 실험 형태.

 둘째, 실험할 문제는 교과서나 실험 관찰, 교사용 지도서에 제시하지만, 그 문제의 정답과 방법은 개방된 실험 형태.

 셋째, 어떤 현상만 주고 실험할 문제, 해답, 방법은 완전히 개방된 형태.

 

 실험 수업의 형태는 실험의 목적, 실험 수업으로 얻어지는 결과, 그리고 이를 위한 수업 방법과 교사의 역할에 따라서도 구분할 수 있다. 실험 수업의 형태는 실험으로 기대되는 실험 목적에 따라 다음과 같이 여섯 가지로 구분할 수 있다.

 확인 실험은 강의, 토의, 독서 등으로 학습한과학 개념, 법칙, 이론 등을 증명하거나 확인하는 데 목적이 있다. 탐색 실험은 학생들에게 새로운 개념이나 자료를 경험할 수 있는 기회를 제공하여 흥미와 관심을 고취하는 데 목적이 있다. 탐색 실험은 엄격하고 체계적인 절차와 과정이 요구되지 않으며, 학생들 스스로 새로운 개념을 탐색하고 검증하도록 하면 된다. 귀납적 실험은 학생들이 구체적인 사실로부터 주요한 과학적 사실, 개념, 법칙, 이론 등을 발견하게 하는 실험 형태로서, 구체적인 사실을 유의미한 개념으로 조직하여 일반화하는 방법을 학습하는데 목적이 있다. 초등학생 수준에서는 이론까지 발견하기는 어렵고 법칙과 같은 일반화 수준까지는 발견할 수 있다. 연역적 실험은 과학적 법칙이나 이론등의 일반화된 명제로부터 구체적인 사실을 연역적으로 추론하거나 예측하는 실험 형태이다. 이 실험 형태는 주요 개념을 제시하여 이해한 다음 그 개념의 실례를 들고 확인하는 절차로 이루어진다. 기능 개발 실험은 학생들의 문제 해결 능력을 기르고자 탐구 과정을 학습할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

 

 초등학교의 경우 학생들이 실제로 수행할 수 있는 실험이 교과서에 제시되어 있는 경우가 대부분이지만, 실험상의 안전이 문제가 되거나 학생들이 직접 실험하기에는 가격 등의 문제가 있을 때 또는 실험이 너무 복잡한 경우 등에는 교사가 대표로 시범 실험을 실시할 수도 있다.

 시범 실험은 과학적 현상과 주제에 관한 구체적인 예시를 보여 주거나 학생들에게 인지적 갈등이나 동기를 유발하려고 사용한다. 시범 실험에서는 주로 교사가 대표로 실험도구를 다루며, 일련의 절차에 따라 직접 실험을 수행한다. 그 과정에서 교사는 실험 과정과 그 까닭을 설명하고, 질의응답이나 직접 설명으로 실험 과정에서 일어나는 현상을 학생들에게 설명할 수 있다.

 시범 실험은 일반 실험과 마찬가지로 학생들에게 실제로 사물이나 현상을 보여 줄 수 있으면서도 시간이나 비용 면에서 경제적인 방법이다. 또한 안전사고의 위험도 많이 줄일 수 있다. 시범 실험은 이러한 필요에 의해서 직접적인 실험의 대안으로 이용되지만, 학생들이 직접 실험을 수행하는 것과 동일한 효과를 나타내지는 못한다. 시범 실험은 교수학습 결과에서도 학생들이 직접 수행하는 실험과는 차이가 있다. 시범 실험 수업에서 학생들은 실험을 직접 수행하는 것이 아니라 교사의 시범을 관찰하기만 하기 때문에 수업에 수동적으로 참여하며, 과학의 과정을 깊이 있게 경험하지 못한다는 단점이 있다. 시범 실험은 이러한 장단점을 인식하여 이루어져야한다.

 

 시범 실험이 제대로 역할을 수행하려면 교사는 다음과 같은 점을 유의 해야한다.

 첫째, 시범 실험으로 달성하고자 하는 목표를 명확하게 해야 한다.

 둘째, 시범 실험은 교실 안에 있는 모든 학생들이 쉽게 볼 수 있어야 한다.

 셋째, 시범 실험 도구는 가능한 한 간단해야 한다. 복잡한 도구는 시범 실험으로서의 의미를 달성하지 못할 가능성이 높다.

 넷째, 시범 실험은 가능한 한 실물을 이용하여 실제로 현상이 일어나게 해야 하며, 시범 실험이니만큼 실수나 실패가 없어야 한다. 따라서 교사가 사전 실험을 반드시 실시해 보아야 한다.

 다섯째, 시범 실험은 수업의 한 부분이기 때문에 적절한 시간을 배당해야 한다.