연구문제 단순화, 통합 과정 통해 통찰적 안목 길러
맞춤형 질문과 어드바이스로 교사는 멘토 역할 수행

■ 들어가면서
“아이에게 고기를 잡아주는 대신, 고기 잡는 방법을 가르쳐라”라는 탈무드의 가르침은 배워야할 과목도 많고 그 지식의 양도 너무나 방대한 오늘날의 우리나라 교육현실에 큰 시사점을 가져다주고 있다. 범위를 좁혀서 자연현상을 탐구하고 연구하는 방법을 학생들이 체득하도록 돕는 것이야 말로 과학교육이 추구하는 진정한 목표의 중심에 있다고 할 수 있겠다.

1. 모델링수업의 특징
자연현상을 탐구하고 해석하는 연구 방법의 하나로 모델링(Mdeling)은 연구문제를 단순화, 통합하는 과정을 통해 통찰(Prospective)적인 안목을 길러주는 과학적 연구 방법으로서의 장점을 갖고 있다. 우리나라에서도 과학교육의 패러다임 변화와 함께 다양한 교수․학습 방법들이 제시되었으며 이론중심의 강의식수업, 문제풀이 중심 수업, 실험 중심의 과학탐구 수업 등 다양한 교실수업들이 실천되었고 그 제한점들이 분석되었다.

모델링 수업은 구성주의 구조를 바탕으로 전통적 강의식 수업에 비해 학생 중심적이며 탐구활동, 그룹토의 활동을 강조하고 있기 때문에 강의나 데모위주의 전통적 수업과 비교해 현대적인 과학수업 모형으로서 많은 장점들을 갖고 있다.

모델링 티칭을 통해 학생들은 그룹 탐구활동과 화이트보드 토의 과정을 거치면서 협력하고 문제를 해결할 수 있을 뿐 아니라 개인적으로도 창의성, 계획․분석하는 능력 등 상위 수준의 과학적 능력 개발을 기대할 수 있다.

단편화된(Fragmented) 지식과 문제풀이에 중점을 두고 있는 전형적인 교수-학습과 달리 모델링 티칭은 학습자 중심의 능동적 탐구-학습과정을 중심으로 통합적인 문제해결 능력과 과학자적인 연구태도를 강조하기 때문에 창의성과 과학적 소양을 함양할 수 있는 교수-학습 방안으로 제안될 수 있다.




2. 본시 수업의 준비
교실을 만물상회 스튜디오처럼 꾸민다=모델링 교수․학습도구는 모델의 종류와 모델링 과정에 따라 다양할 수 있지만 탐구과제 중심의 모델링 티칭-학습과 탐구활동에 적합한 스튜디오(강의실+실험실) 교실환경을 조성한다. 2인(pair)1팀 기본형은 문제풀이 및 간단한 토의를 할 때, 화이트보드(White-Board)를 사용해 발표하는 기본활동에 적합하며 두 테이블을 서로 결합해 테이블의 공간을 넓게 사용하는 그룹형 배치는 탐구활동 및 그룹토의에 사용된다.

참고로 모델링 수업을 위한 과학교실에서 토의, 탐구활동에 필요한 품목을 소개하면 다음과 같다. 
하드웨어(H/W): Studio type classroom(강의실+실험실), White-board(화이트보드), 설계 및 기본공작도구(망치, 롱노우즈, 드라이버, 줄자), 공구함 또는 바구니, 일상생활 소품(농구공, 실, 쫄때, 구슬) 
소프트웨어(S/W): 활동 데이터 처리 및 그래프표현 Excel 프로그램, 발표(presentation) 파워포인트 프로그램, 활동자료공유 및 피드백을 위한 홈페이지 또는 웹(web)자료실

초등학교나 일반 교과 수업에서도 화이트보드는 수업활동 설계, 조별발표, 퀴즈문제 등등 범용적으로 수업활동에 유용하게 활용될 수 있으며, 기타 교구와 소품은 학습 주제나 활동에 맞게 준비해 계속 쌓아놓고 필요시 수업시간에 바로 바로 활용하면 좋다.

3. 모델링 수업 실제
모델링 수업에서는 학생이 주인공, 교사는 무대 연출가=자연현상을 분석하고 이해하기위해 과학자들은 하나의 모델(가설)을 설정하고 탐구실험을 통한 분석을 통해 모델의 수정과 제한점을 찾고 보완된 일반화된 모델을 개발한다. 따라서 모델링티칭 수업은 단순히 과학지식을 전수하는 것을 넘어서 문제해결과 탐구하는 과정을 강조함으로써 과학적 능력을 함양 할 수 있는 기능을 갖추고 있다.

본 수업의 구체적 사례인 ‘(역학적)에너지 보존’ 학습 주제에 대해 학생활동 중심의 모델링 수업의 과정을 소개 한다.




학생들이 놀이동산에서 흥미 있게 경험한 롤러코스터 운동에 숨겨져 있는 역학적 보존과 운동법칙을 탐구하기위해서 미니롤러코스터 제작과 구슬의 운동을 탐구하는 것을 탐구과제(문제)로 제시함으로써 모델링 수업은 시작하게 된다. 필요시 탐구주제와 연관해 에버랜드와 같은 회사에서 놀이기구를 제작하는 엔지니어 직업을 함께 소개하면 장래에 학생들이 갖게 될 직업과도 연결, 발전시킬 수 있다.

미니롤러코스터 문제해결을 위한 전략과 탐구활동에 필요한 과정을 각 팀별로 화이트보드에 고 탐구실험을 설계한다. 선생님은 모델링교실에서 준비가 가능한 교구와 소품을 소개하고 각 팀별로 순회하며 학생들의 활동에 대해 맞춤형 질문과 어드바이스를 통하여 멘토 역할을 수행한다. 




화이트보드에 설계된 실험구조도를 중심으로 플라스틱 트랙(쫄대)과 합판을 이용해 미니롤러코스터를 제작한다. 구슬의 초기위치와 회전 반지름, 낙하거리와를 측정하고 각 지점에서의 구슬의 위치에너지와 운동에너지를 조사해 역학적 에너지 보존 모델을 탐구한다. 탐구결과가 예측한 결과와 큰 차이점을 보이면 오차원인을 분석하고 탐구 모델을 수정하는 작업을 병행한다. 

모델링 수업에 대한 학생들의 설문조사에 따르면 학기 초에는 하나에서 열까지 모든 것을 선생님 지도에 따라하는 수업활동에 익숙해져 있어서 학생들 스스로 주체가 되어 그룹별로 탐구활동을 계획하고 수행하는 새로운 모델링 수업진행에 당황했다고 한다. 하지만 일련의 계속되는 학생중심의 모델링 수업을 통하여 탐구모델의 개발과 문제해결 과정, 그룹토의와 모델의 개발과 수정활동을 중심으로 (예비)과학자로서의 탐구과정을 체험함으로써 과학적 소질과 능력을 배양할 수 있는 계기가 되었다고 답하였다.

■ 맺으면서
모델링 수업에 힘을 실어주는 교과 교실제와 입학사정관제=비록 본 수업은 과학수업의 사례를 중심으로 하였으나 최근 학교현장에 시도되고 있는 ‘교과 교실제’를 활용하면 일반 교과에서도 충분히 모델링수업이 가능한 교실환경을 준비할 수 있으며 각 교과의 교수․학습 활동의 특징을 고려한 다양한 주제에 대해 모델링 수업을 개발 적용할 수 있겠다.

모델링 티칭 교수․학습은 모델의 설계에서 탐구활동의 수행전반에서 학생중심 탐구활동을 통해 탐구과제를 분석․설계하며 탐구 모델을 개발하고 다시 수정하는 과학적 절차를 강조함으로써 많은 지식습득이 중심이 되는 전통적 강의식 수업에서는 달성하기 어려운 자기 주도적, 과학적 탐구 능력을 향상 할 수 있다.

이제 대학에서는 본격적으로 학생들의 창의적인 활동과 잠재능력을 강조하는 ‘입학사정관제’를 확대 실시하고 있다. 이는 장래에 대학이나 사회에서 필요로 하는 스스로 연구하는 태도와 과학적 소양을 갖춘 인재들을 요구하고 있기 때문이라 판단하며 그 눈높이를 맞추어 줄 수 있는 학교 교실수업을 함께 완성해야 하겠다.