물리학과 첨단기술 May 2011 36

구분 영역 교과(군) 필수이수단위 학교자율과정

교

과(군)

기초

국어 15(10)

45(30)

학생의 적성과 진로를 고려하여 편성

수학 15(10)

영어 15(10)

탐구

사회(역사/도덕 포함)

15(10) 35

(20)과학 15

(10)

체육․예술체육 10

(5) 20(10)예술

(음악/미술)10(5)

생활․교양기술․가정/제2외국어/한문/교양

16(12)

16(12)

소 계 116(72) 64

창의적 체험활동 24

총 이수 단위 204

표 1. 2009 교육과정의 고등학교 단위 배당 기준.

고교 물리교육의 새로운 방향 오 원 근

저자약력

오원근 교수는 서울대학교 대학원 교육학박사(1998)로서 물리교육을 전공하였다. 충북대학교 사범대학 물리교육과 교수로 재직 중으로 동 대학교 과학교육연구소장을 역임하였고, 현재는 사범대 부학장을 맡고 있으며, 한국물리학회 물리교육 실무이사와 물리교육위원회 간사를 맡고 있다.(wkoh@cbnu.ac.kr)

본지 2010년 1/2월호에서 자세히 서술한 바와 같이, 2009년에 우리나라의 국가교육과정이 과학을 심으로 개정

공포되었다. 1997년에 공포되어 이후 최근까지 시행된 7차

교육과정은 고등학교 2, 3학년의 모든 과목을 면 선택제로

바꾼 것이 요한 특징이다. 이 제도를 채택한 근거는 이른바

‘선진국’에서 그 게 하고 학생들의 자율 선택권을 보장한다

는 것이다. 그러나 이런 면 선택제는 ‘홈룸’ 심의 재 고

교에서는 사실상 운 이 불가능한 제도 다.학교장 입장에서 보면 신청된 과목의 인원이 교실 정원보

다 많으면 분반이 불가피하고, 인원이 소수인 과목에 교사를

배치하는 것은 운 의 문제를 만들기 때문에 소수반을 폐강

하고 다수반에 합쳐 분반하는 일이 더 수월한 운 방법이다. 이 때문에 상 으로 어려운 과목이라는 인식하에 학생들이

기피하는 과목인 물리는 많은 일선 고교, 특히 여고에서 폐강

되고 다른 과학 과목에 흡수되어 버리는 일이 비일비재했다. 한 학생들이 어렵고 배우기 싫은 과목을 기피하는 경향이

많아지면서, 물리뿐 아니라 역사 등 다른 교과에서도 학생들

이 반드시 학습해야 할 내용들이 아 고교에서 제공되지 않

는 폐단들이 심화되었다. 이러한 문제들에 하여 한국물리학회를 비롯한 과학단체

들이 2005년 물리의 해를 기 으로 꾸 히 계당국에 이의

를 제기하 고, 그 결과가 마침내 결실로 나타난 것이 2009 교육과정이다. 2009 교육과정의 이수 구조는 <표 1>과 같다.새 교육과정에서는 ‘교과군’이라는 개념을 도입하여 모든 학

생들이 해당 교과군에 배당된 단 를 반드시 이수하도록 규

정하고 있다. 이에 따라서 ‘탐구’ 교과군에 해당되는 사회와

과학을 학생들은 각각 15단 이상 이수해야 하며 도합 35단 를 이수해야 한다. 이 규정을 따르면 인문계열은 체로

사회를 20단 이상, 과학을 15단 이상 이수해야 하며, 자연계열의 경우는 그 반 가 된다. 따라서 이 의 교육과정과

는 달리 모든 고등학생들은 최소한 15단 이상의 과학을 필

수로 이수해야 한다. (필자가 최근 남아공에서 열린 세계 여

성물리학자 회의에 참가하여 본 교육과정을 소개하 는데, 미국에서 온 교수들이 많은 심을 보 다. 이들에게 문의한 결

과, 자신들의 고교 교육과정은 7차의 면선택제가 아닌 번

2009 교육과정과 더 비슷하다고 하 다.)이 교육과정은 년인 2011년부터 모든 고등학교에서

면 시행되고 있다. 재 고등학교 학생들이 물리를 학습할 수

있는 방법은 세 가지 과목을 통해서 가능하다. 7차 교육과정

에서 고1 학생들에게 필수로 부과했던 ‘과학’을 면 개정하

여 모든 과학 지식의 융합성을 강화한 개정 ‘과학’, 그리고

물리학의 과 그 실생활의 응용을 폭 으로 수용한

물리 1, 이공계열로 진학하려는 학생들을 한 통 과정을

따른 물리 2 등이다. 융합형 ‘과학’의 내용은 <표 2>와 같다.이 ‘과학’ 과목에서 다루어지는 물리 개념은 철 하게

물리학 을 심으로 구성되어 있다. 7차 교육과정의

‘과학’ 과목은 체 분량 1/4에 해당되는 단원을 물리

역으로 배당하여, 주로 ‘힘과 운동’을 주제로 보 인 동역학

계산만을 취 하는 통 단원으로 되어 있었다. 이 단원은

학교 과정에 비하여 조 도 진일보된 내용이 없을 뿐 아니

라, 장에서 지나치게 계산 심의 내용만을 수업하기 때문

에 많은 학생들과 학부모들의 비 상이 되었다. 이에 비하면, 새로운 융합형 과학은 과학의 심 인

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영 역 내용 요소

우주와

생명

우주의 기원과 진화

우주의 기원 우주의 팽창, 허블의 법칙, 선스펙트럼, 우주의 나이

빅뱅과 기본입자 기본입자, 양성자, 중성자, 원자핵의 형성

원자의 형성 수소와 헬륨 원자, 우주배경복사

별과 은하 별의 탄생과 진화, 무거운 원소의 합성, 은하의 구조, 성간 화합물, 공유 결합, 반응속도

태양계와 지구

태양계의 형성 태양계 형성 과정, 태양 에너지, 지구형 행성, 목성형 행성

태양계의 역학 케플러의 법칙, 뉴턴의 운동법칙, 행성의 운동, 지구와 달의 운동, 자전, 공전

행성의 대기 탈출속도, 행성 대기의 차이, 분자 구조와 성질

지구 지구의 진화, 지구계, 지구의 원소 분포, 지자기

생명의 진화

생명의 탄생 원시 지구, 화학 반응과 화학적 진화, 탄소 화합물, 생명의 기본 요소, DNA, 단백질, 세포막의 구조

생명의 진화 원시 생명체의 탄생, 광합성과 대기의 산소, 화석, 지질 시대, 원핵세포, 진핵세포, 생물의 다양성

생명의 연속성 유전자와 염색체, 유전 암호, 세포 분열, 유전자의 복제와 분배, 생식을 통한 유전자 전달

과학과

문명

정보통신과 신소재

정보의 발생과 처리 정보의 발생, 센서, 디지털 정보처리

정보의 저장과 활용 저장 매체, 디스플레이, 정보 처리의 응용

반도체와 신소재 반도체 특성, 반도체 소자, 고분자 소재

광물 자원 광물의 유형, 생성과정, 탐사, 활용

인류의 건강과 과학기술

식량자원 육종, 비료, 식품 안전, 생태계와 생물 다양성

과학적 건강관리 영양, 물질대사, 질병과 면역, 물의 소독, 세제, 천연 및 합성 의약품, 건강검진

첨단 과학과 질병치료 첨단 영상 진단, 암의 발생과 진단, 치료

에너지와 환경

에너지와 문명 에너지의 종류․보존․전환, 에너지보존 법칙, 에너지 효율, 화석 연료

탄소 순환과 기후변화 지구 에너지의 균형, 온실 효과와 기후 변화, 탄소 순환, 광합성과 이산화탄소의 환원

에너지 문제와 미래 에너지 자원의 생성과 고갈, 신재생에너지, 핵에너지, 지속가능 발전과 에너지

표 2. 융합형 ‘과학’의 내용 요소.

주제인 우주의 역사, 과학 문명의 형성 등을 소개하는 내

용으로 구성되어 있다. 따라서 학생들은 불필요한 계산 심

의 물리학이 아닌 우주와 첨단과학을 이해하는데 필요한

물리학의 기 개념을 소개받을 수 있는 기회를 얻게 된다. 1부의 ‘우주의 기원과 진화’ 단원에서는 쿼크와 원자핵의 생성, 원자와 분자의 생성 등을 학습하면서 양자역학이 의 우주

을 성립하는데 어떻게 기여하 는지 이해할 수 있고, ‘태양

계와 지구’ 단원은 력이 어떻게 태양계의 성립과 지구의 형

성, 지구 내부의 순환 과정에 기여하는지 이해하게 한다. 2부의 ‘과학과 문명’은 좀 더 극 으로 물리학의 기본 개

념들이 문명의 발 에 어떻게 기여하 는지 이해할 수

있게 구성되었다. ‘정보통신과 신소재’ 단원은 자기학의 기

본 법칙들을 바탕으로 자연계의 역학 , 자기 , 학 , 열역학 변화 등 다양한 신호들이 센서들을 통하여 인식되고

변환되어 정보처리되는 과정, 장과 디스 이 등 많은 응

용이 소개되고, 이에 필요한 반도체의 원리와 응용, 각종 신

소재 등이 소개된다. ‘인류의 건강과 과학기술’에서도 물

리학이 첨단의 진료와 치료에 응용되는 과정을 소개하고, ‘에지와 환경’에서는 지구의 거시 열역학 과정을 통한 지구

온난화와 환경 변화 문제를 이해하고, 새로운 에 지 자원의

원리와 개발을 이해하게 한다.이 과목은 모든 고등학생들이 학습하는 것을 제로 하고

있기 때문에, 나 에 이공계열로 진학하지 않은 인문계열의

학생들도 물리학의 탐구가 우주와 자연을 이해하고 일

상생활에서 늘 만나는 첨단기기들을 개발하는데 기여하는 바

를 이해하도록 도울 수 있을 것이다. 새로 개정된 물리 1도 이러한 융합형 과학의 개발 정신과

기본 으로 동일한 기반에서 구성된 것이다. 기존의 교육과정

에서 수십 년간 변함없이 제공되던 낡은 물리학의 틀을 벗어

버리고, 과감하게 물리학을 바탕으로 의 문명과 첨단

과학기술을 이해하는 것을 목표로 하 다. 이러한 변화는 이

과는 달리 한국물리학회가 극 으로 교육과정 개발에 참

여하고 이를 지원하는 노력의 결과로 이루어진 것이다. 개정

된 물리 1의 내용은 <표 3>과 같다. 물리 1은 통 인 ‘힘과 운동’, ‘열과 온도’, ‘ 기와 자기’.

‘빛과 동’ 등의 내용체제를 따르지 않고, ‘시공간과 우주’라는 주제를 통하여 상 성 이론을 바탕으로 한 시간과 공간의

이해, 우주의 구조 탐구 등을 소개하는 것으로 시작한다. ‘물질과 자기장’, ‘정보와 통신’, ‘에 지’ 등은 융합형 과학의 2부와 동일한 주제들을 다루는 것으로서, 융합형 과학보다 좀

더 분명한 물리 이론체계를 따라서 해당내용을 심화 소개

하고 있다. 이 과목은 인문계열의 학생들이 융합형 과학을 배

우면서 좀 더 물리학을 자세하게 공부하고 싶어하는 학생들

에게 융합과학의 기본 개념을 더 심화시켜 설명하면서도 불

필요한 계산문제들을 다루지 않고 물리학을 바탕으로 물

리학의 기 를 이해하는 것을 목표로 한다.

물리학과 첨단기술 May 2011 38

영 역 내용 요소

운동과 에너지힘과 운동 위치벡터, 힘과 운동법칙, 포물선과 원운동, 운동량 보존, 가속좌표계와 관성력, 단진동

열에너지 절대온도, 기체운동론, 이상기체 상태방정식, 내부에너지, 열역학 과정, 엔트로피

전기와 자기전하와 전기장 전위, 전기쌍극자, 평행판 축전기, 전기용량, 유전체

전류와 자기장 전류에 의한 자기장, 자기선속과 패러데이 법칙, 로렌츠 힘, 자기쌍극자, 자성체, 상호유도, 자체유도, RLC 회로

파동과 빛파동의 발생과 전달 호이겐스 원리, 정상파와 공명, 굴절과 반사, 회절과 간섭, 도플러 효과와 충격파

빛의 이용 거울과 렌즈, 광학기기, 엑스선과 감마선, 마이크로파, 레이저, 편광

미시세계와 양자 현상물질의 이중성 플랑크의 양자설, 빛의 입자성, 드브로이 물질파와 입자의 파동성, 전자현미경

양자물리 불확정성원리, 슈뢰딩거 방정식, 파동함수, 원자모형, 에너지 준위, 양자터널 효과

표 4. 물리 2의 내용요소.

영 역 내용 요소

시공간과 우주시간, 공간, 운동 시간의 측정과 표준, 길이의 측정과 표준, 뉴턴 운동법칙, 운동량과 충격량, 역학적 에너지 보존 법칙

시공간의 새로운 이해 중력의 발견, 상대성 이론, 블랙홀과 중력렌즈, 우주 모형, 4가지 상호작용과 기본입자

물질과 전자기장전자기장 전기장과 전기력선, 정전기 유도와 유전 분극, 자기장과 자기력선, 유도전류와 패러데이 법칙

물질의 구조와 성질 에너지 준위와 빛의 방출, 에너지띠 이론, 반도체, 신소재

정보와 통신소리와 빛 음파와 초음파, 화음과 소음, 마이크와 전기신호, 광전효과와 광센서, 색채 인식과 영상장치

정보의 전달과 저장 전자기파의 스펙트럼, 안테나와 무선통신, 광케이블, 교류와 신호조절, 정보저장장치

에너지에너지의 발생 기전력, 전기 에너지, 발전기, 핵발전, 핵융합과 태양에너지, 태양전지, 여러 가지 발전

힘과 에너지의 이용힘의 전달과 돌림힘, 힘의 평형과 안정성, 유체의 법칙, 열역학 법칙과 열기관, 열전달, 상태변화와 기상현상, 전기에너지 이용

표 3. 물리 1의 내용요소.

물리 2는 이공계열로 진학하는 학생들을 한 것으로 좀

더 통 인 체제에 가깝게 구성되는 신에 분량을 이고

물리학의 내용을 강화한 형태로 구성되었다 (표 4).이 게 새로이 면모를 일신한 과학 교육과정은 2011년 1학

기 재 일선의 각 고등학교에서 사용되고 있다. 그러나 실

제로 새로 개정된 물리 련 교과들이 채택된 황을 보면 아

직까지는 그 게 고무 인 결과는 나타나지 않고 있다. 일단

융합형 과학 과목은 부분의 고등학교에서 채택하고 있으며, 물리 1, 2는 자연계열 학교들이 거의 부분 선택한 것으로

악되고 있다. 그러나 인문계열에서는 물리를 선택한 학교들

이 드물고, 융합형 과학을 뺀 나머지 이수단 를 생물이나 화

학 등 학생들이 선호하는 과목으로 집 하고 있는 경향이 나

타나고 있다. 따라서 물리 과목의 선택 확 라는 측면에서 보

면, 자연계열에서는 의미있는 변화가 나타나고 있지만 여 히

인문계 학생들의 기피는 면하지 못하고 있는 상황이다. 그러나 더 큰 문제는 융합형 과학과 물리 1 등 물리학

의 개념들이 강조된 과목의 수업 방법에서 나타나고 있다. 과학에 한 심이 높은 학생들은 새로운 과학 내용들에 하

여 크게 흥미와 호기심을 보이고 있는 것으로 나타나고 있지

만, 상 으로 과학을 기피하는 학생들은 더 쉽게 포기하는

등 양극화 상이 발생하고 있다. 이에 비하여 교사들의 불만

과 반발은 더 심하게 표출되는 이다. 새로 도입된 물리 콘

텐츠들이 지나치게 어렵고 주어진 시간에 가르치기 힘들다는

것이다. 이러한 일정 정도의 반발은 새 교육과정을 설계할 때

부터 상되었던 일이지만, 이 부분은 그 교과서 출 사나

교육청 등의 자료 지원, 연수에 책임을 돌릴 문제가 아니다. 한국 물리교육의 발 을 하여 물리학회가 앞으로 수행해야

할 가장 큰 책임이라고 지 할 수 있다. 심지어 일부 교사들

은 물리 2가 가장 쉽기 때문에 이것만 가르치겠다고 공공연

히 이야기하는 경향도 나타나고 있기 때문이다.그동안 물리학회에서는 등의 물리교육에 한 많은 고민

과 논의를 하 고, 그 결과가 실제로 교육과정 개정이라는

요한 열매로 나타난 것은 향후 한국 물리교육의 발 을 한

큰 걸음을 뗀 것으로 평가할 수 있다. 그러나 이것이 장에

서 의미있는 결과로 나타나는 것은 여 히 큰 과제로 남아있

다. 지 까지는 물리학회가 장의 교사들을 지원하기 한

체계 인 로그램을 진행한 이 없었다. 다행히 작년부터

시작된 물리인증제가 일선 교육 장의 호응을 얻어서, 많은

학생들이 이 인증 시험에 응시하고 있다. 이 상은 물리 교

육에 한 장의 필요성을 증 시키고, 장기 으로는 등

물리교육의 기반을 강화하는데 크게 기여할 것이다. 한 인

증시험에서 새로운 교육과정의 내용이 의미있게 반 되고, 바람직한 평가 문항들이 개발되면 새 교육과정이 장에 정착

되는데 큰 도움이 될 것이다. 그러나 이러한 노력들과 병행하

여, 장기 에서 교사들을 한 새로운 교육자료를 개발

지원하고 학회나 별도의 로그램 등을 통하여 교사들의 물

리교육을 지원하고 후원하는 것이 향후 학회의 물리교육 정

책개발의 주요한 방향이 되어야 할 것이다.