3.1. 과학적 소양의 함양을 위한 교육내용

과학교육자들은 과학적 소양을 함양하기 위해 학생들이 반드시 배워야 할 내용과 범위에 대해 상당한 합의를 이뤄냈다. 과학연구의 결과로 축적된 지식의 전달보다, 과학연구 활동이 진행되는 과정을 통해 과학의 특성을 전반적으로 이해하는 내용이 중심이 되어야 한다는 것이다(Osborne et al. 2003; Cofré et al., 2019). 이를 교육학자들은 과학의 본성(nature of science, NOS)이라고도 하나, 이 글에서 ‘과학에 대한 이해’ 정도로 표현하기로 한다.^4), 그 세부내용은 학자들마다 조금씩 다르지만 핵심 내용은 거의 동일하다. 널리 인용되는 연구 중에서 과학자와 과학교육자, 과학사학자, 과학기자들이 델파이 연구방법을 통해 합의한 12 항목을 <표 3>에 정리했다(Osborne et al., 2003; Bartholomew et al., 2004).

<표 3>

과학에 대한 이해를 위해 가르쳐야 할 내용

<표 3>의 ‘과학연구 과정에 대한 이해’를 보면 문제제기부터 연구결과의 해석에 이르기까지 일반적인 과학연구가 이루어지는 과정을 습득함으로써 과학적 사고를 훈련하고 과학에 대해 이해할 수 있도록 하는 것이 주된 내용임을 알 수 있다. 과학적 방법이 따로 정해진 것이 아니라 다양한 방법을 시도한다는 사실, 과학자들이 결과를 분석하고 해석하는 단계를 거친다는 사실, 과학연구가 정해진 경로로 진행되는 것이 아니라 과학자들의 창의력과 상상력에 의존하며, 논문발표와 전문가 동료평가의 과정 등을 이해하는 것이 중요하다고 강조한다. 또한 학계에서 오랜 시간 검증되고 인정받은 과학지식은 비교적 쉽게 변하지 않지만, 새롭게 학술논문에 소개되는 연구결과는 실험 조건이나 방법 등의 변화에 의해 그 결과가 쉽게 바뀔 수도 있다는 점을 이해시키고자 하고 있다.

이와 더불어 과학이 사회와 동떨어져서 별도로 일어나는 일이 아니라 역사적 사회적 맥락에 속에서 진행되는, 사람에 의해 수행되는 사회적 활동이라는 사실을 아는 것이 중요하다. 이는 과학교육 자체에서도 물론 충분히 강조되어야 할 사항이다. 그러나 이와 같은 이해를 바탕으로 최종적으로 현대 사회에서 과학기술과 관련된 여러 사회적 문제들을 근원적으로 이해하고 해결책을 모색하려면 단순히 과학 연구가 역사적 사회적 맥락을 지닌다는 점을 이해하는 데서 그쳐서는 곤란하다. 이를 위해서는 다학제적 융복합적인 접근이 필요한 것으로 보인다.(아래 4장 참조).

과학에 대한 이해를 위한 가장 대표적인 교수법은 학생들이 직접 문제를 제기하고 과학적 방법으로 해결해 가는 과정에서 과학적 사고력을 배양하도록 하는 것이다. 초중고등학교에서 탐구중심의 교육이 강조되고(교육부, 2015), 대학의 교양과학교육에서도 실험의 필요성과 유용성이 제기되는 것도 이런 맥락이다(박진희 등, 2018; Gormally et al., 2009). 물론 지시사항을 그대로 따라하는 요리강좌 방식의 실험수업을 권하는 것이 아니다. 주어진 상황에서 직접 문제를 찾고 탐구방법을 선택하는 방식으로 과학자들이 과학연구를 진행하는 것과 같은 방식이다. 대학에서 이와 같이 열린 탐구 중심의 실험수업이 과학적 소양의 함양에는 도움이 되나 학생들에게 주는 부담이 큰 편이라 만족도가 그리 높지 않다는 어려움이 있다(Gormally et al., 2009).

과학적 소양의 함양을 위한 수업으로 또한 과학연구의 역사적인 사례를 탐구하는 수업이 권장되고 있다. 이는 대학에서도 교양교육이 자리 잡기 시작한 초기부터 국내외를 막론하고 많이 활용되어온 수업 방식이다(송상용, 1978; Harvey, 1999). 엄선된 역사적 사례와 관련 논문을 통해 지금의 지식을 어떻게 알게 되었으며, 성공 사례뿐만 아니라 실패한 사례들에 대해 논의하고, 잘못 세워진 가설이나 편향된 해석 등에 대해 비판적으로 검토하는 과정에서 과학에 대한 이해를 높일 수 있다. 이와 관련해서는 우리나라 교양과학 수업에서 ‘과학에 대한 이해(과학의 본성)’를 위해 교과목을 개발하고 운영한 경험을 보고한 오준영 등(2013) 연구를 참고할만하다.

주제 중심의 과학수업에서도 해당 주제의 지식체계에만 초점을 맞추기보다 그와 같은 결과가 수용된 과정을 함께 다루는 것이 필요하다. 과학자들이 해당 주제에 관심을 가지게 된 계기에서부터 논의를 시작하여, 어떤 식으로 문제를 제기하였고, 그 문제를 해결하기 위해 어떠한 시도들이 있었으며, 어떤 방법을 통해 이와 같은 방식으로 설명하게 되었고, 지금 알려진 사실들을 뒷받침하는 증거들은 무엇이며 충분히 설명되지 않는 사실들은 또 무엇인지 등에 대한 다각적인 접근이 함께 이루어져야 할 것이다.

이를 위한 다양한 교재 및 교수법 개발 등의 작업이 요구된다. 현재의 과학 교재는 주로 과학개념을 알기 쉽게 설명하는 데 초점이 맞춰져 있는 경우가 많다. 이러한 취지로 집필된 과학 또는 과학사 교재에서는 과거의 성과를 지금의 시각으로 재구성하는 과정에 과학연구가 진행되는 과정이 왜곡되기도 한다는 사실에 주의해야 한다.

3.2. 과학적 소양을 평가하기 위한 성취기준

과학적 소양의 함양에 대해서는 초중등 학생 대상의 연구가 주로 활발하게 수행되었고, 이를 바탕으로 교육과정에 따라 구체적으로 교과목별로 단원별 또는 영역별 평가준거가 될 수 있는 상세한 성취기준이 개발될 수 있었다.⁵⁾ 그러나 여기서 대학의 교양과정에 직접 적용할 수 있는 구체적인 지침을 얻기에는 한계가 있다. 국내외를 막론하고 대학 수준에서 과학적 소양의 함양을 위해 학생들이 성취해야 하는 것은 무엇이고 또 수업에서는 무엇을 기준으로 평가할 수 있을지 등을 구체화한 연구는 찾기 쉽지 않았다. 이에 두 편의 선행연구를 통해서 대학에서 과학적 소양을 갖춘 학생의 성취 기준에 대한 단서를 찾아보려 한다.

첫 번째는 비전공자를 위한 대학의 교양생물학 수업에서 과학적 소양을 함양한 학생들이 가져야 할 능력 또는 기술의 목록이다(Gormally et al., 2014). 과학적 소양을 평가하기 위한 문항을 개발하는 과정에서 만들어낸 지표로 여기서 만든 평가문항과 지표는 여러 연구에서 과학적 소양을 평가하는데 활용되고 있다(Shaffer et al., 2019). 두 번째 연구에서는 다양한 분야를 전공한 과학자와 과학교육학자 그리고 대학원생들의 의견을 수합하여 교양교육을 통해 과학적 소양을 갖춘 대학생들의 행동 특성을 도출했다(Vandegrift et al., 2020). 이들은 과학을 전공하지 않은 대학생이 교양교육을 통해 갖추어야 할 과학적 소양의 구체적인 모습을 제시한다는 면에서 본 연구와 연관된다. 이들 두 연구에서 제시한 성취기준 목록을 범주화하여 <표 4>에서 비교하였다.

<표 4>

교양과학에서 과학적 소양 교육의 성취기준

<표 4>를 살펴보면 두 연구 모두에서 ‘과학에 대한 이해’, ‘과학정보에 대한 판단 및 이해’, 그리고 이를 바탕으로 한 ‘과학⋅기술⋅사회의 연관성’에 대한 이해를 중요하게 다루고 있음을 알 수 있다. 과학자들이 문제를 제기하는 단계부터 문제 해결을 위한 연구방법의 설계, 연구를 수행하는 과정, 연구결과를 발표하고 검증받는 과정에 이르기까지 학생들이 단계별로 이해하는 것이 필요하며, 이를 체득하는 것이 두 연구 모두에서 성취목표로 강조되고 있다(표 4, 과학연구 과정에 대한 이해). 이와 더불어 출처와 증거, 과학적 타당성 등을 바탕으로 자신이 찾아낸 정보의 신뢰도를 판단할 수 있는 능력 또한 강조되어 있다(표 4, 과학 정보에 대한 판단 및 이해). 두 연구에서 추출한 기준 항목의 수가 각각 9개 항목과 25개 항목으로 차이가 나고는 있지만 두 연구에서 평가하고자 하는 핵심 내용은 거의 동일하다고 볼 수 있다. 과학수업을 통해 학생들은 과학자들이 어떠한 증거를 바탕으로 어떻게 문제를 해결하고 또한 연구 결과가 어떻게 과학 지식으로 편입되는지를 이해해야 한다. 그리고 이를 바탕으로 일상과 사회 속에서 마주하게 될 문제를 편향이나 왜곡 없이 비판적으로 바라볼 수 있어야 한다는 것이다. 그러나 이와 같은 과학적 소양의 함양을 목표로 수업을 설계하고 운영하는 것도 쉽지 않지만 이를 평가하기란 더욱더 어려운 일이다. <표 4>에는 대학의 교양과학 수업에서 과학적 소양의 성취도를 평가할 수 있는 구체적인 기준이 제시되어 있다. 이들의 연구는 평가문항을 개발뿐만 아니라, 대학의 교양 과학 수업에서 과학적 소양의 함양이라는 광의의 목표를 구체화시킬 수 있는 단서가 될 수 있을 것이다.

4.1. 과학정보에 대한 평가와 판단 능력 함양

코로나 19 팬데믹 기간 동안 사람들은 거짓 정보가 새로운 디지털 플랫폼을 타고 빠르게 전파되는 인포데믹(infodemic), 충분히 검증되지 않은 연구결과가 마구잡이로 전파되는 현상에 페이퍼데믹(paperdemic) 현상과도 싸워야 했다(이완수, 2021; Dinis-Oliveira, 2020). 이와 같은 거짓정보와 부실한 과학논문의 홍수 속에서 적절한 정보를 찾아 과학적으로 평가하고 이에 근거하여 합리적으로 판단을 내리는 능력은 그 어느 때보다 중요해졌다.

반드시 이와 같은 위기 국면의 특별한 상황이 아니더라도 과학기술의 혁신이 급속하게 이루어지면서, 새로운 과학이나 기술의 혁신이 거의 즉각적으로 우리 삶에 직접 영향을 미치는 경우가 많아졌다. 그 결과 예전에는 학계에서 충분히 검증된 후에야 일반 사람들에게 알려졌던 새로운 이론이나 기술이 이제는 시시각각 모든 사람에게 거의 생중계되는 수준에 이르기도 한다. 그 과정에서 과학연구에 반드시 수반되는 시행착오까지 일반 사람들에게 고스란히 노출되어 사회적 혼란이 가중되기도 한다. 같은 자료를 두고도 전문가들 사이에서도 엇갈리는 해석을 하고, 새로운 과학기술이 던지는 급속한 변화에 구성원이 공감대를 형성하지 못해 사회적 갈등이 생기는 일도 드물지 않다.

적절하고 믿을 만한 과학정보를 찾는 일은 문제해결의 시작이다. 어떤 정보가 믿을 만한지 그리고 적절한지를 판단하려면 그 정보가 어디서 어떻게 제공되었는지 알아야 할 필요가 있다. 많은 사람들의 직관과는 달리 과학연구를 통해 산출된 정보라 해서 항상 적절하거나 믿을만한 것만은 아니다. 그럼에도 불구하고 과학적 방법을 적용하면 어렵지 않게 유일한 정답을 찾을 수 있을 것이라는 오해가 우리 사회에 매우 강력하고 견고하게 퍼져 있다. 과학 연구가 진행되는 모습은 이와 달라도 한참 다르다. 이 차이만큼 과학정보를 이해하고 활용하는데 어려움이 커질 수 있다.

과학자가 새로운 문제에 도전할 때는 대체로 손에 잡히는 필요한 정보는 충분치 않은 경우가 많다. 정보가 많다면 굳이 새로운 연구가 필요 하지 않을 수도 있다, 모든 문제를 해결할 수 있는 만병통치의 ‘과학적 방법’이라는 것은 존재하지 않으며 또한 존재할 수도 없다. 결국 과학자들은 이런 저런 방법을 동원하면서 무수한 시행착오를 겪는다. 겨우 그럴듯한 방법을 찾아 어떤 결과를 얻었다 해도 정말로 원하는 문제를 과학적으로 해결했는지 확인하려면 또 다른 검증이 필요하다.

새로 사용한 방법이 원하는 문제를 해결하는데 적절한 방법이라는 사실이 검증되더라도 끝이 아니다. 새로운 연구가 시작되는 초기에는 아무래도 정보가 부족한 까닭에 연구가 진행되면서 새로운 정보를 추가하면 결과가 달라지는 경우도 많다. 일관성 있는 결과가 나온다 해도 그 결과에 대한 해석이 다양할 수 있어 모두가 일치하는 결론에 도달하는 것이 아닌 경우도 많다.

어떻게 보면 이렇듯 주먹구구로 진행되는 것처럼 보이는 과학연구 결과를 신뢰하는 까닭은 과학자들의 집단 지성이 오랜 시간 의심하고 검증하여 구축한 체계가 성공적이며 믿을 만하다고 인정받았기 때문이다(Hendrix et al., 2016; Dewey, 1910). 다만 과학에 대한 신뢰는 한 사람의 과학자가 아니라 과학자 공동체가 이루어낸 합의를 신뢰한다는 점에서 특별하다(Alberts, 2022; Oreskes, 2019, Hendrix et al., 2016). 그렇다면 과학연구가 어떻게 진행되는지와 더불어 과학자 공동체에서 과학연구를 어떻게 검증하고 합의에 도달하는지도 알아야할 필요가 있다. 닥치고 믿는 것은 과학적 사고와 거리가 멀다.

직접 탐구활동을 하거나 주어진 자료를 분석하고 구조화하는 훈련 등을 통해 자료와 경험을 근거로 추론하는 과학적 사고력을 키울 수 있다. 그리고 과학적 사고력과 과학에 대한 이해를 바탕으로 과학정보를 이해할 수 있고 신뢰성과 타당성을 평가하는 능력을 가질 수 있다. 이처럼 과학정보를 평가하고 판단하는 능력은 과학적 소양의 함양이라는 과학교육의 기본목표에 충실할 때 얻을 수 있는 기본적인 역량이다. 3장에서 과학적 소양의 함양을 평가하는 성취기준에서도 자료의 출처와 자료의 질을 평가하고, 널리 활용되는 기본적인 연구방법과 자료처리 방식을 이해하고, 자료의 시각화와 시각화된 자료를 이해하는 능력을 중요한 지표로 삼고 있음을 확인할 수 있다(표 4).

그러나 과학적 소양의 함양이라는 교육목표를 향해 초⋅중⋅고등학교 시절 과학 공부를 해온 학생들에게 단기간의 대학과학교육에서 특별히 강조해야 하는 부분이 있다면 과학정보에 대한 평가와 판단 능력이라 생각한다. 지금 우리 시대에서 절실히 요구되는 능력으로 이는 과학연구가 진행되는 과정을 이해함으로써 크게 신장될 수 있다. 과학연구 과정을 통해 과학 논문의 주장에 전제된 조건이 있으며, 다른 방법을 사용하거나 조건이 달라지면 논문의 결론이 변할 수도 있으며, 다양한 해석이 가능하다는 등의 사실을 이해할 수 있다. 더불어 한 편 한 편의 논문이 그대로 신뢰할만한 과학지식으로 수용되는 것은 아니며 이후 오랫동안 학계의 검증 절차가 필요하다는 사실도 이해할 필요가 있다.

이를 통해 초기 연구의 시행착오에 그대로 노출되며 겪는 혼란이나 거짓정보와 과학논문으로 포장된 수준 낮은 연구결과에 허둥대는 일을 줄일 수 있을 것이다. 더불어 과학연구가 진행되는 과정을 이해하는 것은 과학적 소양의 함양을 위한 교육의 핵심적인 내용임을 다시 강조한다.

4.2. 과학관련 사회적 쟁점을 이해하고 적극 해결하려는 시민의식 함양

우리 앞에 놓인 새로운 기술혁명은 여러 분야가 융합된 형태로 진행되면서 인간 활동 전반에 걸쳐 그 영향을 미치고 있다. 교양과정의 미래를 논하는 경우에도 이를 반영하여 거의 예외 없이 융복합 교육의 필요성이 제기되었다(홍석민, 2022; 조헌국, 2017; 손동현 2009). 여러 대학에서도 교양교육과정에 다양한 융복합형 교과목을 개설해왔다(양윤의⋅조재룡, 2020; 안호영 2015; 이희용, 2013; 권성호⋅강경희, 2008). 그러나 교양교육과정에서 다양하게 시도되는 융복합적 교과목이 모두 성공적인 것은 아니며, 시류에 휩쓸려 성급하게 개발된 융복합 교과목의 실효성에 우려하는 목소리도 들린다(박일우, 2016; 이희용, 2012).

과학적 소양에서 강조되는 사회적 문제해결 과정에 참여하고 실천하는 태도를 키우기 위해 과학관련 사회적 쟁점(Socio-Scientific Issues, SSI)에 대한 교육이 시도되고 있다(박신희⋅김찬종, 2022; 고연주⋅이현주, 2017). 과학 관련하여 사회적 논란이 되는 쟁점은 어느 특정 영역만이 아니라 인문학, 사회과학, 자연과학, 기술의 측면을 모두 들여다봐야 전체 면모를 파악하고 최선의 해결책을 찾을 수 있는 경우가 대부분이다. 첨단 생명공학기술의 활용, 에너지 사용, 기후변화 등과 관련하여 우리 세대가 풀지 못한 채 때로 갈등만 점점 증폭되고 있는 사회적 난제 대부분이 그렇다. 따라서 과학관련 사회적 쟁점을 파악하고 해결을 탐색할 수 있으려면 전 학문 영역을 가로지르는 융복합적 접근이 요구된다.

과학관련 사회적 쟁점은 또한 공동체의 문제해결에 참여하고 실천하는 시민의식을 기를 수 있다는 점에서 과학교육의 목표를 향한 적절한 선택이라 할 수 있다. 연구에 따르면 대학의 교양과학 수업에서도 과학관련 사회적 쟁점을 다루는 수업을 적용한 결과, 학생들이 과학관련 쟁점이 윤리적, 도덕적 가치를 지니고 있음을 인식하고, 관련된 다양한 입장을 이해하고 공감하게 되었으며, 사회문제 해결에 대한 책임감과 실천 의지를 가질 수 있었다(고연주⋅이현주, 2017).

중고등학교에서도 과학 교과뿐만 아니라 사회나 윤리 교과목에서도 과학관련 사회적 쟁점이 다뤄진다. 다양한 사회적 맥락 속에서 복잡하게 얽혀 있는 과학 관련 사회적 쟁점들이 서로 다른 교과목에서 소개되면서 교과별로 강조점이 달라지기도 하고, 일부 과학 교사들은 사회적 주제를 다루는데 어려움을 토로하기도 한다(최지연 등, 2019; 유정숙 등, 2011). 같은 내용을 다루더라도 교과에 따라 강조점이 다를 수밖에는 없으며, 한 사람의 교과 전담교사가 전문 영역 밖의 내용까지 가르쳐야할 때 누구라도 어려움을 느낄 수밖에는 없을 것이다.

본 연구에서 27개 대규모 종합대학의 교양교육과정 이수체계를 검토하는 과정에서 과학과 관련된 융복합 교과목을 전교생이 공통으로 이수하도록 한 여러 대학의 사례를 찾을 수 있었다. 한양대학교의 ‘과학기술의 철학적 이해’는 이와 같은 학제적 융합 교과목의 효시로 볼 수 있다. 일부 단과대학생을 대상으로 시작된 교과목이 이제는 전교생 대상의 교양필수과목으로 자리 잡았다(이상욱, 2017). 경희대학교에서는 ‘빅뱅에서 문명까지’ 그리고 동아대학교에서는 ‘인간과 환경의 이해’라는 교과목을 모든 학생이 교양필수로 이수하고 있다. 동국대학교에서는 ‘미래위험사회와 안전’이라는 영역에서 ‘미래인간과 위험사회’, ‘시장경제와 위험사회’ ‘과학기술과 위험사회’, ‘미래환경과 위험사회’ 중의 한 과목을 반드시 선택하도록 하고 있다.

또한 인하대학교에서는 ‘인간의 탐색’은 전교생이 이수하는 반면, ‘자연의 탐색’은 인문사회계열의 학생들에게 그리고 ‘사회의 탐색’은 이공계열 학생들이 필수로 이수하여 자신의 전공과 다른 학문분야를 교차 수강함으로써 창의적 융복합적 사고를 확장하고자 하고 있다. 고려대학교의 신입생은 모두 1학기에 인문⋅사회과학을 기반으로 하는 융합 교과인 ‘자유정의진리 I’을 이수하고, 2학기에는 과학기술학 기반 융합 콘텐츠인 ‘자유정의진리 II’를 이수하도록 하고 있다.

여러 학문 영역을 아우르는 명실상부한 학제적 융복합 교육 프로그램은 대학 교양교육과정의 최대 강점이 될 수 있다. 학제적 융복합 교육 프로그램은 분야별로 각각 진행되는 중고등학교 교육과정과 대학의 전공교육을 보완하여 교양교육 고유의 특성을 발휘할 수 있기 때문이다. 그러나 여기서 교양교육 고유의 특성이라 함은 단순히 융합의 범위만을 의미하는 것이 아니다. 쉽게 풀리지 않은 채 갈등이 증폭되고 있는 여러 과학관련 사회적 쟁점의 본질을 파악하고 창의적인 해결을 모색하기 위해서는 ‘깊은’ 인문학적 성찰이 요구된다(이정철⋅임철희, 2022; 최경석, 2013; 최준호⋅박기묵, 2008). 교양교육의 본령이라 할 ‘인간과 사회와 자연에 대한 깊은 이해’를 바탕으로 과학관련 사회적 쟁점에 새로운 시각, 새로운 기준을 제시할 수 있을 때 비로소 우리 세대가 직면한 난제에 대한 창의적인 문제해결의 실마리를 찾을 수 있을 것이다. 과학과 관련된 융복합 교과목이 자칫 단순한 교양과학의 강화로 귀결되지 않고 시대 변화에 따른 새로운 인간상의 정립에 기여하기 위해서는 인문학적 균형이 맞춰질 필요가 있다는 지적에 귀 기울여야 할 것이다(박혜정, 2020).

교양과학의 목적에 과학적 소양의 함양만이 아니라 “인류가 인문사회 자연을 두루 탐구하고 난 결과물로 만들어진 인류 문명을 이해하고 통찰력”을 갖추고(김혜영 등, 2017), “인간의 존재와 내면을 과학적으로 분석할 줄 아는 자기성찰능력 강화”시키는 것을 포함하기도 한다(손향구 등, 2018). 여기에는 과학기술 관련 사회적, 윤리적 쟁점을 다룰 때, 기존의 원리를 수정하고 보완하여 세계를 새롭게 이해하고 새로운 세계관을 통해 존재의 의미를 살피고 삶에 대해 성찰하는 교육이 포함된다(손향구 등, 2018). 자유학예교육의 정신을 이어가고 있는 교양교육과정에서 이와 같은 교양과학교육의 성격은 특별히 주목할 가치가 있다고 생각한다. 인간에 대한 깊은 숙고를 바탕으로 과학기술시대의 문제를 창의적으로 해결하고 주도할 민주시민을 양성한다는 점에서 과학교육과 교양교육은 같은 목표를 지향한다.