과학적 지식과 관찰에 대한 수업 (미스테리 튜브)

과학 첫째 시간에 사용하기 좋은 내용입니다.

미스테리 튜브 관련 학습지는 바로 아래에서 다운 받으시면 됩니다.

미스테리튜브(과학관찰).hwp

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과학이란 무엇인지 학생들에게 설명하기 위해서 만들어 보았습니다.

(맨 아래 최근에 추가로 올려 논 설명을 참고하시면 좋습니다.)

신곡중학교 수석교사로 계신 장미순 수석선생님의 자료를 가지고 재구성해 보았습니다.

미스테리 튜브 제작방법을 보고 직접 만드셔서 하시면 좋습니다.

아니면 제가 만들어 놓은 동영상을 보여 주셔도 됩니다.

<학생들에게 보여 주는 미스테리 튜브 동영상>

1. 미스테리 튜브

미스테리 튜브 실험은 과학적 탐구와 과학의 본성을 잘 소개하는 실험이다. 학생들의 목표는 미스테리 튜브의 내부구조가 어떻게 구성되어 있는지를 확인하는 것이다. 여기서 주의해야 할 사항은 학생들은 튜브 안을 절대 볼 수 없게 하는 것이다. 학생들은 각자 자신만의 가설을 세우고 그것을 실험을 통해 검증하는 단계를 계속적으로 반복하여 최종 결과를 얻게 된다.

이 실험을 통해서 학생들은 과학적 지식이라는 것이 증명되지 않고 유추나 추리에 의해 만들어질 수 있으며, 따라서 과학적 지식은 절대적인 것이 아니라는 과학의 본성과 과학자들이 하는 일을 경험적으로 체험할 수 있는 기회를 갖게 된다.

2. 활용방법

- 미스테리 튜브를 미리 만들어 1, 2 ,3, 4 번 위치의 끈을 잡아당겨 가며 보여주고 이안에 선들이 어떻게 연결되어 있는지를 생각해 보게 한다. (동영상을 보여주고 생각해 보게 해도 된다.)

(최근에는 모둠별로 내부를 볼 수 없게 하나씩 만들어 나눠 준 다음, 활동을 하게 합니다.)

- 미스테리 튜브 안은 보아서는 안된다.

- 각자 생각한 것을 모둠별로 토론하고 내부구조를 직접 그려보게 한다.

- 모둠별로 그린것을 발표하고 본인들이 그린 것이 모순점이 없는지 생각해 보게 한다.

- 시간이 된다면 휴지심과 뜨개질실을 이용하여 그린것을 직접 만들어서 확인해 보게 한다.

수업시간에 활동지 나눠주고 동영상과 앞에서 만들어 간 미스테리튜브를 이용해서 시연해 주고 수업을 진행했습니다.

충분히 보여준 다음

1) 각자 미스테리 튜브 구조를 그려보게 했고,

2) 짝꿍과 서로 자신이 그린 그림을 보여 주면서 상대방을 설득하게 했고,(물론 모순점을 찾아 반박도 가능합니다.)

3) 마지막으로 모둠별로 서로 토의를 해서 내부구조를 다시 그려보게 했습니다.

4) 그리고 정답이라고 생각하는 모둠이 나와서 내부구조를 그리고 발표하게 하고 반박하게도 하였습니다.(주로 제가 반박)

~~5) 자신들이 제시한 내부구조가 반박당하고, 무지 무지 궁금해 할때 끝나기 5분전에 내부구조를 알려 주었습니다.~~

(하지만 끝까지 정답을 알려주지 않는 것이 더 좋습니다. 평생소원이니 내부를 한번만 꼭 보게 해달라는 아이들에게 다음과 같이 말합니다. '과학자들도 지구내부구조 직접 들어가 보고 싶기도 하고, 원자 내부구조도 직접 쪼개서 보고 싶고, 우주로 나가서 우리 은하 생김새도 보고 싶지만, 직접 볼 수 있는 방법은 없단다. 그저 관찰한 결과와 현상을 가지고 계속해서 예측만 할 뿐이지. 우리도 미스테리 튜브의 내부구조를 볼 수는 없다. 우리가 예측한 모형이 맞는다면 새로운 이론이 나오기 전 까지 그렇게 되어 있을거라 믿는 것 뿐이지.)

첫시간이라 서로 낮설어서 생각했던 것처럼 논의가 활발하게 진행되지는 않네요. ^^

<수업하면서 추가한 점>

직접 만들어보게 하고 싶었으나 재료준비하기도 힘들고 시간도 없고 해서 시연만 해 주었는데

(수업을 해 보니 만들어 보는 것보다, 논의 과정이 더 의미가 있습니다.)

아주간단하게 직접 만들어 볼 수 있게 할 수 있는 방법이 생각났다.

아래 처럼 활동지와 실, 그리고 스카치테이프, 칼, 송곳(볼펜을 써도 된다.) 을 나누어 주고 모둠별로 활동지에 구멍을 뚫어 실을 통과시켜 그린것을 직접 만들어보게 할 수 있었다.(재료를 추가로 이것 저것 더 주어도 좋다. 고무줄을 몇개 놓아 주면 재미있는 것들이 훨씬 더 많이 나온다.)

모둠별로 1개씩만 만들어 보게 하면 그림으로 그리는 것보다 더 많은 논의가 이루어 질 수 있다.(물론 처음에는 그림을 먼저 그려야 한다. 그리고 이상이 없다고 판단되었을때 실을 잘라 만들어야 한다.) 실 끝은 매듭을 짓거나 스카치테이프를 살짝 붙여서 표시하게 하면 된다.

<수업시간 활용팁> 수업시간에 학생들이 과학자처럼 탐구하게 하기

우리가 하는 실험은 과학자들이 과학적 사실을 발견하기까지의 과정을 재연하는 것이다.

결국 과학자들은 겉에서 발생하는 현상만을 보고 내부의 구조를 논리적으로 밝혀 내는 것이다.

절대 내부구조는 직접 볼수가 없다. 지금 알고 있는 사실도 현재까지 알아낸 사실일 뿐 정답이라고 말할수는 없다.

1. 대부분 학생들은 X자 형태의 연결을 가장 먼저 생각한다. 그밖에 다양한 의견을 제시하지만 연결을 하게 되면 연결한 곳으로 부터 4개의 선이 모두 같은 길이가 된다.

이때 1개의 선을 끝까지 잡아 당겼을 때의 모습을 다시 그려보게 하면 4개의 선 길이가 같지 않다는 것을 알 수 있다. 학생들이 만든 작품에 모순점이 발견되는 순간이다.

2. 4개의 선이 일치해야 한다는 점이 발목을 잡는다. 그러다가 안쪽은 고무줄로 연결해서 길이가 달라진다는 의견도 나온다.

- 이는 과학에서 봤을때 굉장한 진보가 시작되는 시점이다. 안쪽을 볼 수 없으니 안쪽에서는 길이가 달라질수도 있다는 의견

이 의견이 한 학생으로 부터 나오면 모든 학생들은 안쪽을 고무줄로 연결한 상태에서 설명을 하려고 노력하기 시작한다.

그리고 이 의견은 처음 의견보다 그럴싸 하게 들린다.

- 하지만 어느순간에 선 하나를 한쪽 끝까지 당겼을때 탄성력 때문에 약간 안으로 끌려 들어갈 것이라는 문제점이 생긴다. 그런데 우리가 만든 것은 탄성력이 있다는 증거를 찾을수가 없다.

- 그럴싸 하지만 과학적 사실로 100% 받아들이기에는 뭔가 조금 부족하다. 억지로 고무줄 길이를 적당히 조절하면 가능하다고 우기는 학생들도 등장한다. 또다른 반증이 없다면 이것을 현재까지의 사실로 받아들이면 된다.

3. 어느순간 누군가가 선을 묶지 않고 서로 걸쳐지게 한다는 생각을 해 낸다.

- 기존의 학생들이 아무도 생각해 내지 않았던 방법이다. 정답은 모른다.

- 또한번 과학에 새로운 이론이 등장하면서 과학계가 발칵 뒤집어 지는 순간이다.

(정답이 나와도, 절대 정답이라고 이야기 하지 않습니다. 그 방법으로 설명이 잘 되네, 혹시 다른 생각을 가진 사람은 없니?. 그래 그게 답이야 라고 말하는 순간, 흥미가 없어집니다. 그리고 우리가 알고 있는 사실이 정답이 아닐 수도 있습니다. 더 획기적인 방법이 나올 수도 있습니다.)

과학도 이처럼 보이는 현상에 대해 가설을 세우고 그 가설을 증명하기 위해 실험을 하고 그럴싸 하게 설명되다가 완벽하게 설명하지 못해 약간의 모순점이 발견되고 그런 모순점때문에 완벽하지 않은채로 무리한 설정을 한채로 현재까지의 진실로 받아들여지게 된다. (마치 천동설이 모순점이 있는데도 무시하고 수천년간을 진실로 받아들여졌던 것처럼...)

- 그러나 누군가가 획기적인 아이디어를 내고 그 아이디어를 바탕으로 검증한 결과 기존에 설명보다 더 뛰어난 설명이 가능해지고 그럼 그 아이디어가 수많은 과학자들의 검증을 통해 새로운 과학적 사실로 받아 들여지게 된다.

4. 이 탐구과정을 통해 결론은 정답을 밝혀 내는 것이 아니라 과학자들의 어떤 사실을 알아내기 까지의 과정을 학생들이 직접 재연해 보게 하는 것이다.

모둠이 발표를 하면 그 발표에 대해 논쟁을 벌이고 모순점을 발견하게 하는 것이 중요하다.

그리고 아무도 반박이 없다면 또 더 좋은 방법을 제시하지 못한다면 현재까지의 사실을 일단 우리반의 과학적 사실로 받아들이게 하고, 새로운 방법이 없는지 탐구해 보게 하면서 조금씩 조금씩 정답을 찾아가도록 하는게 중요하다.

5. ~~마지막에 정답을 공개하더라도~~ 이것이 반드시 맞는 정답이 아닐수도 있다는 이것보다 더 간단하고 더 획기적인 방법이 있을 수도 있다는 사실을 이해하게 하는 것이 중요하다. (지금의 사실은 우리가 인정한 현재까지의 사실일 뿐이라는 것을....)

6.추가 : 학생들에게 다음시간에 정답을 공개하겠다고 선언을 한다.

그 다음 시간이 되면 몇 몇 학생들이 정답을 알아내어 실이 서로 엇갈려 있다고 자랑스럽게 이야기 한다. 이때 약속대로 정답을 공개하겠다고 말하며 이 게시물 맨 아래에 있는 중간이 끊어진 미스테리튜브 동영상을 직접 재연해 준다. 그리고 선생님은 약속대로 내부를 보여 주었다고 이야기 한다. 그리고 마지막 한마디 '우리가 알아낸 사실이 100% 진실이라고 아무도 확신할 수 없다. 과학은 계속해서 진실을 찾아가는 과정일 뿐이다. 끝.'

* 수업시간에 발표시키고 논쟁을 시키면서 진행을 하면서 정말 재미있는 수업이 될 수 있었습니다. 천동설과 지동설을 예를 들어주고, 과학적 원리는 생각보다 단순하다는 것을 설명해주고, 아인슈타인의 상대성이론도 살짝 설명해 주면서 우리가 알고 있는 사실은 언제든지 다른 이론에 의해 깨질 수 있다는 이야기도 합니다. 지구내부구조도 아무도 들어가본 사람이 없지만 밖에서 보이는 현상을 가지고 지금은 내핵,외핵,맨틀,지각으로 되어 있다고 믿는다는 것도 설명해 주었습니다.