물리학과 첨단기술 OCTOBER 201 338

과학 동아리 활동내용

루트엠 수학 문제 창의적 해결

G7 수학ㆍ과학 융합문제 탐구

EDTA 화학 실험 동아리

NEXT 사람 닮은 로봇을 꿈꾸는 로봇 동아리

SADA 스마트폰 어플리케이션 개발

TIPs 물리 독서토론 및 실험 탐구

NEO 창의적 발명 및 탐구

안다미로 KYPT 준비 동아리

CHEX 교과서 실험분석 및 응용 개발

DNA 생물 실험 및 세미나

RNA Tie Club 생물 관련 UCC 제작

Pulcherrima 천체관측 및 천체사진 촬영

GLOBE 환경보전과 생태탐사

파인만의 무지개 자연현상 관찰 탐구

인성 동아리 활동내용

신세 교내 신문 <송련소식> 제작

GBS 교내 방송 동아리

GBS Times 영어 신문 발간 및 홈페이지 기획

서리 인문 독서 동아리

VERITAS 우리사회 진리 구현을 위한 시사토론 동아리

스포트라이트 연극 준비 및 공연

칸타빌레 교내 오케스트라 동아리

ROD 댄스 동아리

Horizon 밴드 동아리

Black Soul 랩과 힙합 동아리

SoundScape 노래를 통한 감성 향상

나누리 종교 친목행사 및 봉사활동 참여

창자 다양한 창작 작품 활동 및 전시

Third Eye 과학과 예술의 만남, 자연 사진 촬영

CAB 큐브, 보드게임 연구

Line-Up 야구 동아리

FC Supereme 축구 동아리

Clutch 농구 동아리

표 1. 경기북과학고 동아리 현황.

경기북과학고등학교 물리과김 기 혁

저자약력

김기혁 교사는 서울대 물리교육과(학사), 물리학과(석사)를 졸업하고 현재

경기북과학고등학교 물리교사로 재직 중이다. (eolssu@nate.com)

절문근사(切問近思), 적절한 질문으로 파고들고 실천가능토

록 생각을 구체화하라. 논어 자장(子張)편에 나오는 말이다. 지

금에는 ‘창의적 문제발견 및 문제해결’로도 해석될 수 있겠다.

본교는 ‘절문ㆍ근사’를 교훈으로 2005년 경기도 의정부에서 개

교하 다. 처음 교명은 의정부과학고등학교 지만 모집단위가

경기도인 점을 감안하여 2008년 지금의 경기북과학고등학교로

개명하 다. 경기과학고가 재학교로 전환됨에 따라 경기북과

학고는 경기도 유일의 과학고로 자리하게 되었다.

경기북과학고 소개

개교한 지 올해로 9년, 비록 길지 않은 역사지만 인구 천만

경기도의 우수한 인적 자원과 교사들의 헌신적 노력을 바탕으

로 1기 졸업생을 배출하자마자 수도권의 손꼽히는 명문 과학

고로 우뚝 설 수 있었다. 지금까지 694명의 졸업생을 배출하

고 현재 1학년 100명, 2학년 104명, 3학년 7명 총 211명

이 재학하고 있다. 아직은 젊은 나무라, 박사 1명도 나오지 않

았지만 9월의 뜨거운 햇볕을 받는 사과나무처럼 곧 풍성하고

근사한 열매를 맺으리라 기대되고 있다.

본교의 교육목표는 ‘조화로운 인격과 지도자적 품성을 갖춘

미래 과학인재 육성’이다. 본교에서 지향하는 인재상은 ‘창조인,

도덕인, 애국인, 건강인’으로 이를 학교교육활동에 구현하기 위

한 다양한 특색활동을 실시하고 있다. 전교생 R&E 활동 및

개인과제연구활동, 다양한 과학동아리와 인성동아리 활동(표

1), 해외이공계체험프로그램, 지역사회 교육나눔을 위한 나누미

활동, 매일 아침 전교생 1인1종목 스포츠활동 등을 실시하고

있다. 기타 본교의 교직원 및 시설 현황, 교내외활동 등은 생

략하고 본교 물리과의 현황과 교과교육활동 위주로 기술하고자

한다.

물리과 현황

물리과 교사는 5명이며 남다른 교과전문성과 교육경력, 그리

고 과학 재교육에 대한 열정을 가진 선생님들로 구성되었다.

대개 공립교의 1학교 근무연한이 5년인데 과학고는 과학 재

교육의 전문성과 안정성 등을 고려하여 10년까지 연장 가능하

다. 일반 고등학교에서 학생들의 물리 기피 현상으로 물리교사

가 1~2명에 불과한 것에 비하면 5명의 물리교사가 모여 언제

든 ‘물리적 대화’를 나눌 수 있다는 것은 과학고만의 즐거움일

물리학과 첨단기술 OCTOBER 201 3 39

구분 과목

학기별 단위 수

10학년 11학년 12학년

1학기 2학기 1학기 2학기 1학기 2학기

보통 교과

물리 I 4

전문 교과

심화물리 5 4

고급물리 4

일반물리학 1 4

표 2. 경기북과학고 물리교과 교육과정 (2013년 입학생 기준).

그림 1. 경기북과학고 옥상의 뮤온검출기. 2006년부터 이화여대, 연세대와 함

께 우주선검출R&E를 수행하고 있다.

참고문헌

[1] 오원근, 새 물리교육과정의 주요 쟁점, 물리학과 첨단기술 3월호,

(2012).

것이다. 물리과 선생님들은 낮에는 수업과 업무를 하고 밤에는

학생지도와 교과연구 등으로 ‘주경야독’하느라 과학고 선생님들

중에서도 특히 바쁜 일과를 보내고 있다.

물리과 시설은 본교 과학동 4층에 위치하는데 대형실험실과

실험준비실 각 2실, CBL(Computer Based Lab)실, 발명공작

실 그리고 교과연구실로 이루어진다. 대형실험실에서는 강의와

실험이 병행될 수 있도록 컴퓨터, 빔 프로젝트 등과 함께 이동

식 실험대로 꾸며졌으며 강의 수업도 현장성을 강조하여 실험

실에서 하는 것을 원칙으로 하고 있다. CBL실은 X선 발생장

치, 분광계, 초고속카메라 등이 갖추어져 있으며 물리상수측정

실험 등 현대물리 조별실험을 하거나 동아리활동실로 활용된

다. 발명공작실은 선반, 밀링, 회전톱 등의 공작기계들이 갖춰

져 있어 학생들이 탐구활동 과정에서 필요한 실험장비나 과학

작품을 직접 제작할 수 있도록 하고 있다. 2005년 개교 당시

에는 선진화된 시설로 각급 학교에서 다투어 견학을 올 정도

지만 지금에 와서는 기자재실, 동아리실험실 등 공간 확충이

더 필요한 상황이다.

물리교과 교육과정

학생들이 본교 3년 동안 배우게 되는 물리과목은 [표 2]와

같다.

보통교과로는 물리 I 4단위가 있고 전문교과로는 심화물리,

고급물리, 일반물리학 I 3과목 17단위가 편성되어 있다. 물리 I

과목을 1학년 1학기에 배치한 목적은 중학교 과학과 고등학교

물리과 교육과정을 연계하면서 2009개정교육과정에 따른 융합

및 현대물리 내용을 적극 반 하기 위함이다. 고1에서 고3까

지 이어지는 전문교과 과목은 명칭은 다양하지만 일반물리 수

준의 내용을 11학년(고2) 2학기까지 집중적으로 배우게 되는

데, 이는 현재 80% 이상의 학생들이 2학년 때 조기졸업 및

진학을 하게 되는 과학고의 현실적 요구와 무관하지 않다. 앞

으로 과학고 조기졸업 축소에 따른 변화된 현실을 반 하면서

도 과학 재의 조기발굴ㆍ속진심화교육이라는 과학고의 설립취

지가 조화된 바람직한 교육과정의 마련은 과학고의 큰 고민거

리 중 하나이다.

2009개정교육과정과 과학고의 물리 수업

2009개정교육과정 도입으로 고등학교 과학, 물리 I, 물리 II

과목에서 가장 크게 변화된 내용은 융합적 관점의 도입과 현

대물리 관련 내용이다.[1] 많은 논란이 있었지만 어쨌든 대부분

의 일반 고등학교에서는 2011년에 융합과학이, 2012년에는

물리 I 과목이 교육과정에 적용되고 시행되었다. 이에 비해 과

학고에서는 기존의 정형화된 내용체계에서 크게 벗어나지 않았

던 것 같다. 대개 물리 II, 심화물리(또는 물리실험), 고급물리,

일반물리학 등으로 이어지는 과학고 교육과정 속에서는 개정교

육과정에 따른 내용요소의 변화가 거의 반 되어 있지 않고

있다. 상대론, 양자론, 우주론 등 현대물리의 내용이 고급물리

또는 일반물리학에 일부 소개되어 있기는 하나 내용이 제한적

이고 기존의 내용 체계로 배우면 맨 뒤로 밀려 소홀하게 다뤄

지기 십상인 것이다.

본교에서는 과학 선생님들이 모여 융합과학적 관점을 과학고

교육과정에 어떻게 도입해야 할지 고민하 고 논의 결과 당장

교육과정에 반 하는 것은 어렵지만 각 교과 학습지도계획의

공유, 다교과 협동수업, STEAM수업 활성화 등으로 모색해보

자는 의견이 나왔다. 또한 현대물리 내용의 적극적 도입을 위

해서 기왕에 1학년에 편성되어 있는 물리 I 시공간과 우주 단

물리학과 첨단기술 OCTOBER 201 340

차시 수 업 내 용

1 물리상수 측정실험의 의의와 이론적 배경

2 만유인력상수(G) 측정실험

3 밀리컨 기름방울(e) 실험

4 쿨롱상수(k) 측정실험

5 비전하상수(e/m) 측정실험

6 플랑크상수(h) 측정실험

7 광속(c) 측정실험

8 발표 및 토의

표 3. 물리상수 측정실험 차시별 수업내용.

그림 2. 물리교과연구회에서 물리상수측정실험을 소개하고 있다.

참고문헌

[2] http://www.iypt.org/.

원의 내용을 선행과정 없이 곧바로 다뤄보기로 하 다. 시공간

과 우주 단원에서 새롭게 도입된 6개의 소단원 즉, 시간의 측

정과 표준, 길이의 측정과 표준, 특수상대론, 일반상대론, 대폭

발우주론, 기본입자와 상호작용 단원을 학생주도적인 발표ㆍ토

의 수업으로 단원별로 2차시씩 진행하 다. 학생들은 선행학습

이 없이도 해당 주제들을 나름 소화하여 심도 있는 발표와 토

의를 진행하 고 교사의 강의식 수업시간보다 오히려 높은 관

심을 보 다. 그리고 더 자세하고 깊은 공부를 원하는 학생들

은 방과후 테마수업 등을 개설하여 보다 체계적이고 심화된

학습의 기회를 가질 수 있도록 하 다.

방과후 테마수업

본교에서는 평일 또는 주말 방과후 시간을 이용하여 교과학

습내용에 구애받지 않고 학생들이 관심을 가지는 특정 주제의

방과후 수업을 운 하고 있다. 올해 진행되고 있는 물리과 테

마수업들은 다음과 같다.

- 물리상수 측정실험

- 상대론 및 우주론 테마수업

- 유체ㆍ탄성체 물리세미나

이들 수업들은 100분 기준 10차시 정도로 진행되며 수강

인원은 10명 내외이다. 물리 테마수업을 신청하는 학생들은

과학고 학생들 중에서도 물리에 특히 관심과 열정이 있는 학

생들이다. 물리상수 측정실험은 원래 본교에서 첨단기자재인증

제 일환으로 시도되었던 것으로, 학생들이 교내 각종 첨단기자

재의 사용법을 익히고 관련 실험을 수행하여 보고서를 제출하

면 이에 대하여 교사가 평가하고 해당분야의 인증서를 발급하

는 제도이다. 예를 들어, 생물과에서는 원자힘현미경(AFM), 주

사전자현미경(SEM)에 관한 인증제가 운 되고 있다. 물리상수

측정실험은 여러 현대물리 실험들을 물리상수라는 하나의 테마

를 중심으로 8차시 방과후 프로그램으로 기획한 것이다. 차시

별 수업내용은 표 3과 같다.

올해는 물리상수 측정실험을 본교 재학생뿐 아니라 인근 지

역의 물리교사 및 고교생으로 확대하여 운 하는 것을 추진하

고 있다. 그리고 차후 실험 아이템을 노벨상 수상 실험으로 점

차로 확장해 나갈 계획이다. 물리학에서 물리상수가 갖는 의의

는 물리 I 교과서에 새로 도입된 시간의 측정과 표준, 공간의

측정과 표준과 더불어 더욱 중요해졌으며, 이제 막 물리의 매

력에 눈을 뜨는 학생들이 고전적인 물리상수 측정실험을 직접

수행해 보는 것은 매우 의미 있는 것이라 생각한다.

상대론 및 우주론 테마수업은 물리I에서 정성적 수준으로 배

우기는 했으나 이론적으로 자세하게 공부하지 못했던 특수상대

론과 일반상대론, 현대우주론의 내용을 수식을 곁들여 공부하

는 과정이다. 특수상대론에서는 광속 불변으로부터 유도된 시

간팽창과 길이수축을 확장하여 로렌츠변환을 유도하고 속도덧

셈 공식과 상대론적 도플러효과를 공부한다. 일반상대론에서는

수학적 전개는 곤란하지만 등가원리에 바탕하여 관성의 법칙이

일반화될 수 있음을 개념적으로 이해하게 하며, 아인슈타인 우

주방정식을 소개하고 이로부터 현대우주론이 시작되었음을 깨

닫게 한다. 우주론에서는 최근의 관측천문학의 성과와 의미들

을 노벨상 수상 업적을 중심으로 소개하고 프리드만 방정식의

뉴턴역학적 유도, 허블 법칙의 의미와 우주론적 도플러효과를

공부한다. 특히, 우주팽창에 대해서는 팽창인자 R(t)를 주고 시

간에 따른 은하들의 위치 변화를 계산하여 모눈종이에 그래프

로 나타내는 과정을 실습하면서 우주팽창과 허블 법칙의 의미

를 명확하게 이해할 수 있도록 한다.

유체ㆍ탄성체 물리세미나는 또 다른 방과후 수업 형식으로

국제청소년물리토너먼트(IYPT)[2] 문제를 소재로 이에 대한 이론

적 배경을 소개하고 문제해결 및 실험방안을 학생들과 같이

물리학과 첨단기술 OCTOBER 201 3 41

그림 3. 강원도 양양 지하 700 m 갱도 내의 암흑물질탐색 실험실. 설명 중인

서울대 강운구 박사 그리고 왼쪽 두 번째부터 본교 교사 김형준, 강유석, 채규

선, 박철영 선생님. 필자는 카메라 뒤에 있다.

토의하는 형태로 진행되는 수업이다. 대개 문제들이 정확한 해

를 구할 수 없는 열린 문제이기 때문에 학생들은 풍부한 물리

학적 지식과 가정을 도입하여 다양한 방법으로 접근하여야 하

며 이 과정에서 상호토론이 이루어지게 된다. 유체 물리, 탄성

체 물리는 고등학생들에게는 매우 생소한 분야이고 그렇다고

교과서식으로 처음부터 공부하기도 어렵다. 학생들은 이러한

수업을 통해 교과서와 수업시간에 배우는 지식이 매우 제한적

임을 깨닫게 되고 충분한 사전 지식 없이 문제 해결에 맞닥뜨

려야 하는 값진 경험을 하게 된다.

교사연수활동

과학고의 선생님들은 수업과 업무, 그리고 퇴근시간 후에도

각종 방과후 학생지도로 과중하지만 또한 교과전문성 향상을

위한 교사연수활동을 등한시할 수 없다. 본교의 물리과 교사연

수활동을 몇 가지 소개한다.

첫째, 교사현장연구(AR). AR은 교육현장에서 제기되는 문제

를 교육활동의 과정에서 실행ㆍ적용을 통하여 문제해결을 꾀하

는 연구활동이다. 본교 물리과에서 최근 수행한 AR에는 ‘물리

심화기자재를 이용한 실험수업자료 개발’(2010), ‘과학고 신입

생을 위한 STEAM 브릿지 프로그램 개발 및 적용’(2012), ‘과

학 재학생들을 위한 스포츠과학 학습자료의 개발과 적용’

(2012) 등이 있고 올해에는 ‘물리상수측정실험 학습자료 개발’

을 수행 중이다.

둘째, 최신 연구동향을 접하기 위한 전문연구시설 견학을 연

1회 이상 실시하고 있다. 2012년에는 한국표준연구원을 견학

하 고, 올해 7월에는 강원도 양양의 암흑물질연구단을 방문하

여 우주의 미스터리인 암흑물질 탐색의 현장을 직접 엿볼 기

회가 있었다.

셋째, 지역단위 물리교과연구회 활동이다. 과학고 교사들이

구심점이 되어 인근 지역 중고등학교 교사들과 정기적 모임을

통해 물리교육의 고민과 성과를 공유하고 확산하는 자리로서,

2012년에는 ‘교과서에 나온 실험, 제대로 돌아가나?’라는 주제

로 진행하 고, 2013년에는 ‘2009개정교육과정에 따른 중학교

과학 및 물리 I 학습지도안 개발’을 주제로 활동하고 있다. 그

리고 이러한 교사연수활동이 일회성에 그치지 않고 그 결과물

들이 시도 단위 교과연구회나 교육청 주관 연수프로그램들을

통해 보다 널리 확산될 수 있도록 노력하고 있다.

맺음말

늦은 밤, 환하게 불 켜진 학습실을 순회하는데 유독 물리책

을 놓지 않고 있는 학생이 눈에 뜨인다. 내일은 화학시험인

데...? 걱정되기도 하고 한편 대견하기도 하다. 과학고는 기존

조기졸업 위주의 2년제 중심에서 재고와 마찬가지의 3년제

체제로 옮겨가고 있는 중이다. 눈앞의 경쟁은 더욱 치열해져

가지만 그 해답은 눈앞의 경쟁을 넘어 더 먼 곳을 쳐다보는

데에 있는지도 모른다. 어떤 환경에서도 과학탐구의 본연의 자

세를 잃지 않고 묵묵히 자신의 길을 갈 줄 아는, 그 길을 가는

즐거움을 아는 미래 과학의 동량을 키워내고 싶은 것은 과학

교육에 몸담고 있는 이들의 공통된 꿈일 것이다. 논어 자장편

의 원문을 인용하면서 글을 맺고자 한다.

博學而篤志，切問而近思，仁在其中矣.

“배우기를 널리 하고 뜻을 독실하게 하며, 절실하게 묻고 가

까이 생각하면 仁이 그 안에 있다.”