과학교육정책과 신설기념

과학실험실 현대화 세미나

2003. 9. 22(월)∼22(화)

과학실험실 현대화의 방향

주최 : 사단법인 한국과학교육단체총연합회

후원 : 교육인적자원부, 한국과학기기공업협동조합

인 사 말 씀

사단법인 한국과학교육단체총연합회

회 장   김   영   수

서울의 명소인 남산에서 탐구·실험 중심의 초·중등 과학교육 활성화의 기틀을 마련하는 □과학실험실 현대화 추진□에 관한 세미나를 갖게 된 것을 여러분과 함께 기쁘게 생각합니다. 또한 바쁘신 가운데도 과학교육에 남다른 관심을 가지시고 자리를 함께 해 주신 서범석 차관 님을 비롯한 내빈 여러분께 감사의 말씀을 드립니다.

과학기술은 인간 생활의 곳곳에 편리함을 가져다주고, 폭넓은 응용으로 삶의 질을 향상시키며, 아울러 사회발전을 가속화하는 원동력이 되고 있습니다. 오늘날 과학은 보다 기술화 되어가고 기술은 보다 과학화되어, 나노과학 및 유전공학을 주축으로 하는 첨단 과학기술 시대로 21세기를 열어가고 있습니다. 오늘날 21세기를 흔히 지식기반 사회라고 말합니다. 이 지식기반 사회의 중심에는 첨단 과학기술이 자리잡고 있음은 그 누구도 부인 할 수 없는 시대적 상황입니다. 그러므로 참여정부가 출범하면서 국정지표의 하나로 □과학기술 중심 사회□ 라는 슬로건을 내건 것도 이러한 시대흐름에 초점을 맞춘 것임을 알 수 있습니다. 따라서 부존자원이 없는 우리 나라가 세계 무대에서 경쟁력의 우위를 차지하려면 우선, 국가차원에서 과학인적자원 확보를 위한 정책수립으로 기초과학교육 육성에 많은 투자와 노력을 아끼지 말아야 할 것입니다.

1957년 소련의 스프트닉 쇼크로 미국의 케네디 대통령은 미국의 과학·수학 교육을 총체적으로 재점검하고, 과학교육 개혁을 위한 국가 정책 연설에서 □100명의 박사보다 한 사람의 페르미가 필요하다.□ 고 외친 적이 있습니다. 이는 국가 경쟁력 확보에 있어서 자연자원보다 우수한 인적자원의 확보가 우선 한다는 것을 시사하고 있습니다. 그래서 선진국들은 국가경쟁력의 핵심요소인 인적자원 확보를 위해서 수 십 년 전부터 국가차원에서 기초과학 교육에 많은 투자와 노력을 해오고 있습니다. 더구나 인구는 많고 국토는 좁고 자연자원이 절대 부족한 우리들로서는 최우선 과제가 체계적인 과학교육으로 우수한 인적자원을 육성하는 길 뿐이라 생각할 때 다급함을 새삼 느끼게 합니다. 이를 위해서 정부는 다양한 과학교육정책을 제시하고 과학교육 담당자들을 격려하는 사회적 지지기반을 넓혀 가는 일에 총력을 기울여야 할 것입니다. 다행히도 교육인적자원부에 과학교육 정책과가 창설됨으로써 앞으로는 과학교육이 더욱 활성화될 것이고, 아울러 과학적 소양을 갖춘 인적자원을 확보할 수 있는 계기가 마련되었다고 생각합니다. 그러나 우리에게 주어진 모처럼의 이러한 계기가 성공을 거두기 위해서는 정부는 물론 오늘 이 자리에 모인 우리들이 맡은바 그 역할을 다해야 할 것입니다.

오늘 세미나의 주제인 '과학실험실 현대화'는 교육인적자원부의 정책과제입니다만, 교육인적자원부만의 몫이 아니라 과학교육을 담당하고 있는 우리 모두의 몫입니다. 지금의 낙후된 과학실험실이 오늘을 출발점으로 해서, 말 그대로 현대화 된 과학실험실로 변모될 수 있도록 다양한 아이디어를 창출해 주시고, 지속적인 노력과 관심으로 훌륭한 결실을 맺을 수 있도록 여러분께서 앞장서 주시기를 간곡히 부탁드립니다. 과교총도 교육인적자원부와 연계하여 과학실험실의 현대화에 대한 연구개발에 계속적으로 노력할 것입니다.

끝으로 오늘 세미나를 성공적으로 개최할 수 있도록 수개월 동안 애써주신 연구교수 여러분과 세미나 장소를 허가해 주신 서울특별시교육과학연구원 원장님, 그리고 행사를 후원해 주신 교육인적자원부와 한국과학기기공업협동조합 관계자 여러분께 감사를 드리며 인사에 가름합니다.  감사합니다.

2003.   9.   22

격   려  사

교육인적자원부

차 관  서 범 석

학교현장에서 과학교육을 담당하고 계시는 교원 여러분, 그리고 한국과학교육단체총연합회 김영수 회장님을 비롯하여 본 세미나 개최를 위해 수고하신 관계자 여러분 안녕하십니까? 먼저 초·중등 과학교육에 깊은 애정을 가지고 수고하고 계시는 여러분의 노고에 깊은 감사를 드리며, 지난 해 12월 우리 부에서 발표한 「탐구·실험중심의 초·중등 과학교육 활성화 계획」의 중점 과제의 하나로 추진 중인 과학실험실 현대화 사업을 내실 있게 추진하기 위하여 세미나를 개최하게 된 것은 매우 의미 있고 시의 적절한 일이라고 생각합니다.

올해 출범한 참여정부에서는 '제2의 과학기술입국'을 주요 국정과제의 하나로 설정하고 과학기술 중심국가 건설을 위해 정책역량을 집중할 계획이며, 이에 부응하여 우리 부도 지난 7월 25일 조직개편을 통해 과학교육정책과를 학교정책실 산하에 신설하여 과학교육 진흥에 진력하고 있습니다. 초·중등 과학교육 내실화는 청소년들의 이공계 진출을 촉진하고 우수 과학기술 인력을 양성하는 데 있어 매우 큰 의미가 있다고 할 수 있습니다. 초□중등학교에서 과학교육을 충실히 받은 학생들이 과학적 기본소양과 탐구정신을 갖고 이 분야로 자신의 진로를 정하게 되면, 결국은 과학기술 발전을 이끄는 핵심인력으로 성장해 나가기 때문입니다. 그러나 초·중등 과학교육 내실화는 그것이 국가발전의 원동력이 된다는 점에 국한되는 것만은 아닙니다. 과학교육의 목표와 가치는 창의성과 합리적 정신을 배양하여 궁극적으로 개인적 삶의 질을 높일 수 있다는 데에도 있습니다.

최근에 학업성취도 국제비교나 국제올림피아드 등에서 나타난 우리나라 학생들의 과학 실력은 세계 최상위의 수준입니다. 2000년 OECD가 실시한 PISA 조사에서 과학과목 성취도는 참가국 32개국 중 1위를 차지하였고, 금년 국제올림피아드에서 물리는 54개국 중 1위, 화학은 59개국 중 4위, 생물은 47개국 중 5위, 정보는 75개국 중 1위를 차지한 바 있습니다. 따라서 학교교육 일반을 포함하여 과학교육의 성과를 근거 없이 지나치게 부정적인 시각으로 바라보는 것은 잘못된 것이며, 이러한 성취는 그간 열악한 교육여건에도 불구하고 교육현장에서 교육에 전념하신 오늘 이 자리에 계신 과학교육 담당교원과 관계자 여러분의 노고에서 비롯된 것이라고 저는 확신합니다. 그러나 이러한 세계적 수준의 성취에도 불구하고 학생들의 과학과목에 대한 선호도와 자신감이 미흡하여 이공계 진출로 연결되지 못하는 문제점을 저희들은 안고 있습니다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 정부는 초·중등 과학교육을 내실화 하는 한편 학교 밖에서도 다양한 과학체험 활동을 접할 수 있도록 프로그램을 개발하고, 특히, 탐구□실험 중심의 과학교육 활동이 활발히 이루어지도록 하기 위해 과학실험실 현대화, 과학교구 확충, 실험 매뉴얼 및 보조교재 개발, 지역사회와의 과학교육 협력체제 구축 등을 추진하고 있습니다.

금년은 과학교육 활성화 5개년 사업의 첫해로 교육현장의 최일선에서 과학교육 업무를 맡고 계시는 여러분의 역할이 어느 때 보다 중요한 한 해입니다. 또한 정부는 물론 교사, 학계, 과학교육단체 등의 공동의 노력이 필요한 시점이기도 합니다.

이러한 의미에서 이번에 개최되는 '과학실험실 현대화의 방향에 관한 세미나'에서 논의되고 교환될 다양한 의견과 정보는 초·중등 과학교육의 내실화에 많은 도움이 될 것이라고 저는 확신합니다.

다시 한 번 바쁘신 일정과 최근의 자연재해에도 불구하고 전국에서 세미나에 참석해 주신 여러분께 감사 드리며, 앞으로도 우리나라 초·중등 과학교육 발전을 위해 적극적으로 노력해 주시기를 부탁드립니다.

끝으로 어려움에도 불구하고 심층적인 연구와 치밀한 사전계획으로 본 세미나를 준비해 주신 한국과학교육단체총연합회 관계자 여러분께도 다시 한 번 감사 드립니다.   감사합니다.

2003. 09. 22.

목     차

·인사말씀 ………………………………………………………………………………  ⅱ

·추진위원 및 연구진용 ………………………………………………………………  ⅵ

·일 정  …………………………………………………………………………………  □

·주제 1 : 과학교육과 과학실험실 현대화  ………………………………………   1

1. 과학실험교육의 중요성과 그 특징  …………………………………   2

2. 학교 과학실험실의 역사 ………………………………………………   6

3. 학교 과학실험실의 역할 ………………………………………………  10

4. 과학실험실의 설비  ……………………………………………………  17

5. 탐구·실험중심의 초·중등 과학교육 활성화 사업 ………………  20

6. 과학실험실 현대화의 방향 ……………………………………………  22

7. 과학실험실 현대화 사업의 전개  ……………………………………  34

·주제 2 : 과학실험실의 설계와 운영  ……………………………………………  45

가. 초등 과학실험실의 설계와 운영 ………………………………………  46

1. 초등 과학실험실의 특징과 역할  …………………………………  46

2. 초등 과학실험실의 설계 ……………………………………………  47

1) 초등 저학년 과학실험실의 설계 ………………………………  47

2) 초등 고학년 과학실험실의 설계 ………………………………  50

3. 초등 과학실험실의 운영 ……………………………………………  53

1) 초등 저학년 과학실험실의 운영 ………………………………  53

2) 초등 고학년 과학실험실의 운영 ………………………………  56

4. 초등 과학실험 준비실의 설계와 운영 ……………………………  59

나. 중등 과학실험실의 설계와 운영 ………………………………………  64

1. 중등 과학실험실의 특징과 역할  …………………………………  64

2. 중등 과학실험실의 설계와 운영  …………………………………  64

1) 중학교 제1실험실의 설계와 운영  ……………………………  64

2) 중학교 제2실험실의 설계와 운영  ……………………………  72

3) 고등학교 물리실험실의 설계와 운영 …………………………  78

4) 고등학교 화학실험실의 설계와 운영 …………………………  81

5) 고등학교 생물실험실의 설계와 운영 …………………………  83

6) 고등학교 지구과학실험실의 설계와 운영 ……………………  87

3. 중등 과학실험 준비실의 설계와 운영 ……………………………  89

·주제 3 : 과학실험실의 설비  …………………………………………………… 100

1. 과학실험실 설비의 특징과 역할  ………………………………… 101

2. 초등 과학실험실의 설비 …………………………………………… 108

1) 저학년 교사용 실험대  ………………………………………… 109

2) 고학년 교사용 실험대  ………………………………………… 111

3) 저학년 학생용 실험대  ………………………………………… 113

4) 고학년 학생용 실험대  ………………………………………… 115

3. 중등 과학실험실의 설비 …………………………………………… 118

1) 중등학교 교사용 실험대  ……………………………………… 119

2) 중등학교 학생용 실험대  ……………………………………… 125

3) 벽 실험대 ………………………………………………………… 129

4) 특수실험대  ……………………………………………………… 134

5) 각종 기구장 ……………………………………………………… 140

4. 기타 과학실험실 설비 ……………………………………………… 146

1) 전기 설비 ………………………………………………………… 146

2) 수도 가스 설비  ………………………………………………… 147

3) 냉난방 및 환기 설비 …………………………………………… 147

4) 안전 및 폐수처리 설비 ………………………………………… 149

5) 시청각 교구 ……………………………………………………… 153

·참고문헌 ………………………………………………………………………… 155

·부 록  1) 세미나 참석자 명단 ……………………………………………… 157

2) 세미나 협찬 회사 명단  ………………………………………… 171

추진위원 및 연구진용

1. 추진위원회

-위 원 장 : 김 영 수(한국과학교육단체총연합회 회장, 생물교육전공)

-부위원장 : 이 문 원(과교총 상임부회장, 강원대학교 교수, 지구과학전공)

-위    원 : 김 창 식(과교총 고문, 국민대학교 명예교수, 과학교육전공)

이 규 석(서울교육과학연구원 원장, 지구과학전공)

목 창 수(서울성북교육청 학무국장, 생물교육전공)

이 윤 환(서울숭덕초등학교 교장, 초등과학교육전공)

- 역   할 : 세미나 기획 및 추진

2. 연구위원회

-위 원 장 : 김 창 식(과교총 고문, 국민대학교 명예교수, 과학교육)

-위    원 :

유 인 석 ∼ 서울대학교 자연과학대학 물리학과 교수, 물리학

권 혁 순 ∼ 청주교육대학교 과학교육과 교수, 화학교육

성 민 웅 ∼ 경상대학교 사범대학 과학교육과 교수, 생물교육

권 치 순 ∼ 서울교육대학교 과학교육과 교수, 지구과학교육

이 석 용 ∼ 경민대학교 건축토털디자인학과 교수

김 종 국 ∼ 경민대학교 건축토털디자인학과 교수

김 종 환 ∼ 경민대학교 건축토털디자인학과 교수

이 종 열 ∼ 경민대학교 건축토털디자인학과 교수

- 역   할 : 원고 집필, 시설 및 설비 연구, 그래픽디자인

일    정

09:00 ∼ 09:30 등  록

09:30 ∼ 10:00 개회식 : 사회 이 문 원(강원대학교)

10:00 ∼ 10:50 발표 1. 과학교육과 과학실험실 현대화 ∼ 김 창 식(국민대학교)

11:00 ∼ 11:50 발표 2. 과학실험실의 설계와 운영

22일(월) : 초등과학실험실의 설계와 운영 ∼ 권 치 순(서울교육대학교)

23일(화) : 중등과학실험실의 설계와 운영 ∼ 유 인 석(서울대학교)

12:00 ∼ 14:30 전시장 관람 및 중식

조/인원	12:00∼ 12:30	12:30∼ 13:00	13:00∼ 13:30	13:30∼ 14:00	14:00∼ 14:30
제1조 60명	중 식	제1전시 군	제2전시 군	제3전시 군	제4전시 군
제2조 60명	제1 전시 군	중 식	제3 전시군	제4전시 군	제2전시 군
제3조 60명	제4 전시군	제3전시군	중 식	제2 전시군	제1 전시군
제4조 60명	제2 전시군	제4 전시군	제1 전시군	중 식	제3 전시군
제5조 60명	제3 전시군	제2 전시군	제4 전시군	제1 전시군	중 식

14:30 ∼ 15:30 발표 3. 과학실험실의 설비

22일(월) : 초등 과학실험실의 설비 ∼ 권 혁 순(청주교육대학교)

23일(화) : 중등 과학실험실의 설비 ∼ 성 민 웅(경상대학교)

15:30 ∼ 16:00 휴식

16:00 ∼ 17:00 종합토론 : 이 문 원(강원대학교)

17:00 ∼       폐 회

[ 주제 1 ]  과학교육과 과학실험실 현대화

발표 : 국민대학교 자연과학대학 물리학과

명예교수  김 창 식

1. 과학실험교육의 중요성과 특징  ……………………  집필 권 치 순

2. 학교 과학실험실의 역사 ……………………………… 집필 성 민 웅

3. 학교 과학실험실의 역할 ……………………………… 집필 권 혁 순

4. 과학실험실의 시설과 설비 …………………………… 집필 유 인 석

5. 탐구·실험중심의 초·중등 과학교육의 활성화 …  집필 김 창 식

6. 과학실험실 현대화 사업의 방향 ……………………  집필 김 창 식

가. 과학실험실 현대화의 전제

나. 과학실험실과 준비실 시설의 현대화

다. 과학실험실 설비의 현대화

7. 과학실험실 현대화 사업의 전개  ……………………  집필 김 창 식

주제 1. 과학교육과 과학실험실 현대화

1. 과학 실험교육의 중요성과 특징

가. 과학 실험교육의 중요성

오늘날 한 나라의 과학 기술의 발전은 곧 그 나라의 국력의 척도가 되고 있으며, 이러한 과학 기술의 발달은 초·중등과학교육이 기초를 담당하고 있음은 재론의 여지가 없다. 또한 과학교육에서 탐구·실험활동은 그 핵심이며, 탐구실험을 하지 않는 과학교육은 껍질뿐인 과학교육이 될 것이고 결코 훌륭한 과학자를 배출할 수 없으며, 나아가 국가발전에 큰 지장을 주게된다.

어느 연구보고서에 의하면 과학 공부를 할 때 실험을 하면서 공부하면 잘된다는 초등학생이 66%이고, 한 학기에 실험을 한 두 번  하거나 전혀 해보지 않았다는 중학생이 45%, 고등학생이 81%나 되었다. 그리고 실험을 할 때 결과를 탐구하여 발견 실험을 해본 적이 있다는 중학생이 22%, 고등학생이 15%, 또 집에서 할 수 있는 간단한 실험을 한 두 번 이상 해보았다는 중학생이 26%, 고등학생이 12% 이었다. 이러한 조사는 우리의 과학교육, 그 중에서 과학 실험교육이 얼마나 부진한가를 말해주고 있다. 뿐만 아니라 최근에 국제교육성취도평가협회(IEA)에서 세계 38개국 학생을 대상으로 조사한 학업 성취도를 보면, 우리나라 학생들은 기억에 의존하는 문항의 정답률이 높은 반면에 기본 지식을 적용한 복합문제와 실험도구를 활용한 문항의 정답률이 낮은 것으로 나타났다. 특히 과학을 좋아하는 긍정적인 태도는 전체 38개국 중 22위로써 학생들의 과학에 대한 흥미도가 매우 낮은 것으로 나타났다. 한편 최근에 보고된 여러 연구 결과를 보면 우리나라 초·중등학생들이 학년이 올라감에 따라 과학은 재미가 없고 어려운 과목이라고 여기고 있다. 그 결과 이공계 기피 현상이 점차 심화되어 사회 문제로까지 등장하게 되었다.

이와 같이 많은 학생들이 과학 과목이 어렵고, 딱딱하고, 재미없는 과목이라고 생각하는 것은 무엇 때문일까? 과학은 정말로 어렵고 무미건조한 과목인가? 그것은 지금까지 과학교육 내용이 제공한 학습경험에서 비롯된 것이라 할 수 있다. 실제로 과학 교과서 속에 담긴 내용을 보면 교과서는 많은 과학 지식의 집합체로 구성되어 있음을 알 수 있다. 이 지식의 집합체는 추상적인 언어 체계로 이루어져 있다. 그러므로 추상적인 사고를 할 수 없는 학생들은 과학은 어렵고, 딱딱하고, 재미없는 과목이라고 생각하게 될 것이다.

학생들이 배우는 이러한 교육 프로그램(과학 교과서 내용)은 과학에 관해서 기술해 놓은 일종의 정보집이라고 말하는 것이 적절한 표현일 것 같다. 정작 학생들이 어렵고 싫증내는 것은 과학 그 자체라기보다 과학교육 프로그램이라고 볼 수 있다.

이런 면에서 과학 실험은 초·중등학교에서 중요한 역할을 하는 것이다. 과학 수업에서 말과 글로만 하는 것보다 시청각 매체나 시범 실험을 하는 것이 바람직하겠지만 무엇보다도 학생들이 직접 자연을 관찰하고 탐구하는 실험 활동이 보다 소망스러운 일이라 할 수 있다. 과학실험이라 하여 무조건 실험실에서 기구만 다루면 끝이라고 생각해서는 안 된다. 실험결과를 미리 알고 확인만 하는 실험은 탐구의욕과 탐구능력 향상에 큰 도움이 되지 않는다. 어떤 문제를 인식하고 그 문제를 해결하는 방법을 찾아 실제로 실험을 통하여 검증하는 일련의 탐구 과정에서 학생들은 실험 기구를 조작하고, 시약을 다루고, 시험관을 가열하는 등의 탐구 활동을 하게 된다. 이러한 과학 실험은 학생들에게 과학적 탐구방법과 과학의 정신을 심어줄 수 있으며, 실험 과정에 필요한 과학 기술 개발을 촉진하고, 즐거운 탐구활동을 통하여 과학에 대한 관심과 흥미를 가지게 한다. 과학실험 과정에서 흔히 여러 가지 실험기구와 도구를 사용한다. 이러한 실험기구의 조작 활동은 단순히 수공적 기능(psychomotor skill)에 그치는 것이 아니라 탐구문제를 해결하는 과정의 일부분으로 필수적인 것이며, 그 활동의 숙련 정도에 따라 실험 결과에 큰 영향을 미친다.

따라서 과학실험 활동은 어떤 문제 해결을 위한 실험설계, 가설설정, 검증, 자료 해석, 일반화 및 결론 도출의 전 과정에서 그 핵심 역할을 한다고 볼 수 있다.

그리고 과학실험을 통하여 어떤 문제에 흥미와 호기심을 가지고 자신감, 협동심, 개방성, 책임감, 인내심, 창의적 사고를 할 수 있는 과학적 태도를 기를 수 있다.

이와 같이 과학실험 활동은 자연을 이해하고 탐구하는 기쁨을 줄뿐만 아니라 지력의 향상과 더불어 증거를 존중할 줄 아는 과학의 정신을 심어주고 올바른 과학적 태도를 기르는 데 밑바탕이 되는 과학교육의 핵심 역할을 한다.

나. 과학실험 교육의 특징

학교교육에서 과학수업이 다른 교과목의 수업과 크게 다른 점이 있다면 그것은 □실험을 통해서□ 과학을 가르친다는 것을 들 수 있다. 그러면 과학은 왜 실험을 통해서 가르치는 것이 바람직한가?

첫째, 과학 탐구실험은 주변의 미지 세계에 대한 탐구의 마음을 심어 주기 때문이다. 아름다운 무지개는 어떻게 해서 생기는가? 하늘 높이 떠있는 저 달은 왜 땅에 떨어지지 않는가? 천둥과 벼락은 어떻게 해서 치는 것일까? 고양이는 왜 강아지를 낳을 수 없는가? 이 우주는 끝이 있을까? 등과 같은 문제들은 우리의 호기심을 끌기에 충분한 것들이다. 이러한 문제들에 대해 잘 안내된 과학 탐구실험은 지적 흥미와 함께 문제를 해결하는 탐구의 장으로 학생들을 자연스럽게 이끌 수 있다.

둘째, 과학 탐구실험은 증거를 존중할 줄 아는 합리적인 사고를 촉진시켜 줄뿐만 아니라 지적 능력을 향상시켜 주기 때문이다. 우리는 자기가 잘 모르는 문제에 부딪치면 그 문제를 해결하는 방법을 곰곰이 생각하고 실험을 통하여 그 증거를 찾고 자료를 분석하는 탐구활동을 하게 된다. 과학 탐구실험은 어느 다른 활동 분야보다도 실증적 자료 제공과 함께 합리적 사고력을 크게 신장시키는 요소로 작용한다.

셋째, 과학 탐구실험은 과학에 대한 흥미와 함께 과학적 탐구방법과 과학적 태도를 길러줄 수 있기 때문이다. 누구도 거들떠보지 않는 자연 현상에 대한 무한한 관심과 호기심으로부터 뜻하지 않은 위대한 발견과 발명이 이루어지기도 한다. 그런가하면 실험실에서 밤새도록 연구활동을 통하여 연구의 결실을 이루기도 한다.

이와 같은 과학 탐구실험은 과학자만의 전유물이 아니다. 과학 탐구실험을 통하여 누구나 이러한 과학적 탐구방법과 태도를 익힐 수 있는 것이다. 과학 탐구실험은 학생들에게 구체적인 경험과 체험을 통해서 그 탐구방법과 과학적 태도를 체득할 수 있게 한다. 이러한 과학 실험교육은 다음과 같은 특징이 있다.

먼저 실험교육을 통해서 진정한 과학자의 탐구 정신 즉 과학자의 과학 정신을 불어넣어 줄 수 있다. 과학자는 누가 시켜서가 아니라 자기가 알고 싶은 것(문제)을 해결하기 위해서 때로는 밤을 새워가면서 연구에 몰두한다. 이러한 과학자의 태도와 정신은 오로지 땀을 흘려 실험을 해보지 않은 사람은 잘 이해하지 못한다. 그러면 과학자가 왜 그처럼 연구에 몰두하는 것일까? 그것은 오직 미지의 세계에 대한 호기심, 즉 탐구정신 때문이다. 이는 직접 실험을 통해서만 맛볼 수 잇는 탐구의 기쁨인 것이다.

그리고, 과학실험은 관찰과 실험에서 얻어진 사실과 증거를 존중할 줄 아는 인간을 기른다. 과학실험에서 얻은 데이터는 객관적인 증거로 사용된다. 이러한 증거를 바탕으로 가설을 검증하는 것이 과학의 방법이며 본성이다. 따라서 실험교육을 통해서 증거를 존중하는 합리적인 사고를 지닌 인간을 기를 수 있는 것이다.

또한 과학실험은 누구나 언제든지 할 수 있다. 과학실험은 흰 가운을 입고, 실험실에서 시험관을 가열하고 연구하는 과학자만이 할 수 있는 것이 아니다. 유치원의 놀이터에서 시소 놀이를 통해서 큰 아이와 작은아이가 자리를 옮기면서 평형을 익히는 것도 탐구실험 활동의 한 단면이다.

이 밖에도 과학 실험교육을 통해서 체계적 과학 탐구방법을 습득시킬 수 있다. 자연의 세계에서 해결해야 할 과제는 무수히 많이 있다. 어떤 문제를 해결하는 과학적 방법을 체계적으로 익히면 주변에서 생긴 문제를 해결하는데 도움이 된다. 따라서 초·중등학교에서 필요한 탐구 과정과 방법을 체계적으로 지도함으로써 문제 해결을 위한 지혜를 제공할 수 있다는 것이다. 아울러, 과학 실험교육을 통해서 실험 기자재를 잘 다룰 줄 아는 능력을 기를 수 있다. 과학의 문제는 가설 연역적 사고를 통해서 해결할 수 있는 것도 있지만 실제로 실험을 해보지 않고는 해결할 수 없는 것들이 많다. 이때 직접 실험 기구를 능숙하게 다루지 못하면 원하는 실험 결과를 얻을 수가 없다. 실험교육은 이렇게 필요한 탐구방법을 익힐 수 있게 할 뿐 만 아니라 실험기구를 다룰 수 있는 기능을 습득시킬 수 있다.

2. 학교 과학실험실의 역사

과학실험실의 역사는 과학적 연구가 필요하다는 점을 인식한 때부터 시작된다. 산업, 의학 및 교육에서 연구실험실 없이는 과학 분야가 발전할 수 없고 인류문명의 혜택을 기대할 수 없다. 아리스토틀(384 ∼ 322 B.C)이 실험실 과학을 주창한 이후 실험실은 기독교의 교리에 어긋난다 하여 수많은 고난을 겪었으며, 급기야 실험실은 지하로 숨어 들어가 많은 진통을 격은 후 오늘날 과학 실험실이 국가 우수 과학 기술자 양성의 산실로 확고히 자리를 잡게 된 것이다.

가. 초기 연금술 학자의 실험실

실험과학을 가장 강조한 최초의 학자는 아리스토틀(384 ∼ 322 B.C)이다. 최초 실천 과학자인 연금술 학자들이 비금속으로부터 금속을 만들어내려는 시도가 실험실을 만드는 계기가 되었으며 이 시기는 A.D 1세기경이었다. 이때의 실험실에서 사용한 기구는 19세기까지 사용되었으며, 대부분 화학실험을 위한 기구들이었다. 이들 중 가장 오래된 것은 A.D 300년경 이집트 북부 나일강의 삼각주에 있는 항구도시 알렉산드리아에서 연구한 파노폴리스의 조시모스(Zosimos)에 의한 실험실이라는 기록이 남아있다. 그 외 초기 연금술학자인 유대인 매리(Mary)여사는 그가 실험에 사용한 장치를 수채화에 새겨 오늘날까지 전해오고 있는데 이 수채화는 연금술학자들이 실험실 활동을 한 명확한 증거로 인정받고 있다.

연금술학자들이 사용한 이 수채화 속의 실험실 설비에는 전기로, 풀무, 증류주조장치, 증류장치, 물탱크, 캠퍼스, 막자사발, 항아리와 냄비 등을 볼 수 있다. 천칭은 AD 700년 경 무어민족의 조폐공사에서 사용한 ⅓□까지 읽을 수 있는 것이 그 당시 가장 정밀한 무게 측정용이었는데 이와 같이 초기에는 실험실이라기보다 무엇을 만들어 내는 헛간 또는 공방의 수준이었다.

나. 지하에 숨은 실험실

로마제국 멸망시기인 중세에 화학약품과 의약품을 혼합하기 위해 비밀리에 제약사와 의사들이 지하에서 실험실을 만들어 연구하였으며, 귀족들은 큰 저택 안에 작은 지하실 실험실을 만들고 연금술 학자들을 고용하여 비석이나 연금 유약을 만들게 함으로써 연금술학자들의 피신처가 되기도 하였다.

1595년 독일화학자인 리바비우는「연금술」이라는 책을 발행하여 이상적인 실험실을 제시하였다. 이상적인 실험실이란 화학실험을 목적으로 특별하게 설계한 건물이었다. 그 안에는 1개의 주 실험실과 여러 개의 보조실험실을 갖추어 모래, 욕조, 물이 있는 욕조용 1개, 준비실 1개, 보관실 1개, 실험 조수 실 1개, 술 제조실 1개를 두었다. 주 실험실에는 실험기구가 벽 주변에 배열되고, 일상용 용광로, 증류주조장치, 승화장치, 하강식 증류기들을 갖추고 있었다. 천평실은 없었으나 그의 화학건물은 전통적인 염금술 실험실의 개선에 결정적 전환점이 되어 오늘날 연구 실험실 형태의 시발점이 되었다. 그는 엄청난 돈을 들여 새로운 건축실험실 설계까지 만들었으나 건축하지는 못했다. 오늘날 준비실과 보관장은 이때 생겨난 이름이다.

17세기에는 갈릴레오(1564 ∼ 1642)의 진정한 실험연구방법을 시작으로 코페르니쿠스, 길버트, 레오나르도 다빈치에 의하여 조사연구방법이 완성되었다. 이 시기의 연금술사들은 연구수행을 위한 자금 확보를 위해 왕족의 후원을 얻어려고 비상한 노력을 하기 시작했다.

다. 17세기 근대 실험실의 시작

1670년경 보일은 고벤트 정원(Govent garden) 근처에 자신이 사용할 실험실을 설치하였는데 이것이 연금술 실험실에서 화학실험실로 전환하는 계기가 되었다. 그가 자랑하는 전기로는 오늘날에도 기본실험기구로 자리잡고 있고, 탄산암모늄 제조용 분별 증류, 염화암모늄의 제조, 휘발성 염의 추출을 할 수 있는 장치가 있었으며, 지금 전해지는 보일의 실험실 설계도는 그가 사망 후 만들어진 것으로 보인다.

라. 18세기 대학교 실험실의 탄생

최초의 학생 교수용 연구 실험실은 1659년 영국 옥스퍼드대학의 최초 화학교수인 페터스텔(Peter Sthael)이 로버트 보일을 초청함으로 몇 가지 기구를 설치한 실험실용 방을 확보한 것이다. 실험실을 얻은 첫해 스텔은 학생 3명이었으나 3년 후 12명 이상 증가하여 새로운 대학의 화학실험실로 출발하였다.

마. 19세기 현대 실험실의 기초

독일 화학자인 리비히(Justus von Liebig, 1803 ∼ 1873)는 실험실 기구 혁신론자로서 실험실 개발에 원동력이 되었다. 그는 학생 때부터 지칠 줄 모르는 실험가로 연구에도 정열을 쏟았다. 화학연구센터를 설립하려는 그의 야심이 결국 기센(Giessin)에 유명한 실험실을 설치하게 되었다. 그 결과 이 실험실은 세계 각지에서 온 젊은 화학자들의 산실이 되었다. 이 실험실은 오늘날 실험실에 수도관을 설치하게된 물파이프 설치와 싱크, 서랍, 벽장, 시약 선반이 있는 실험대를 갖추고 이때 주로 사용한 독일제품 기구들은 연구실험실의 현대적 모습이었다.

주로 대학 실험실이 되겠지만 과학실험실의 역사를 일목요연하게 작성된 것은 없다. 1800년대 초 시민전쟁은 군대와 산업에 과학을 이용하려고 학교에 화학교과목을 도입하였고, 화학실험실 활동이 처음으로 이루어졌다. 미국은 하버드 대학에 물리학 교과목이 등장하면서 1886년 표준실험실 목록이 홍보되어 고등학교에서 하버드 진학을 위한 물리 실험지침서가 기초가 되어 물리실험실이 시작이 되었다. 그 이후 1905년 대학에 생물학 교육과정이 도입되면서 1913년 고등학교에 생물실험실도 갖추게 되었다. 그러므로 올바른 모습의 학교 과학실험실은 19세기 초 대학에 과학교과목 강좌가 개설되면서부터라 볼 수 있다.

바. 초·중등 과학실험실의 출현

초·중등과학교육에서 실험실이 등장한 것은 탐구학습이 주창되면서부터라 할 수 있다. 초·중등 과학교육에서 탐구라는 의미는 코메니우스(J.A Comenius)의 직관적 방법, 헤르발트(J.F Herbart)의 5단계 교수법, 암스트롱(H.E Armstrong)의 발견학습법, 듀이(J. Dewy)의 문제해결학습에 이어 슈웝(J.J Schwab)의 탐구학습으로 발전하였다고 볼 수 있다. 르네상스를 계기로 실증주의, 합리주의가 태동했고, 이에 따라 보일, 뉴턴, 갈릴레이, 케플러 등과 같은 위대한 자연과학자가 속출하여 17세기 근대 과학의 기초가 확립되었으나 종교적 자연관과의 충돌로 자연과학이 쉽게 서민교육으로 받아들여지지는 못하다가 1632년 코메니우스의「大敎授學」이후로 학교 교육에 도입되기 시작하였다. 코메니우스의 직관적 방법은 귀납법에 근거한 실물학습을 제창한 것으로 실물을 직접 보이기 힘들다면 모형이나 궤도라도 보여주어야 한다고 주장하였으며, 이 이론은 19세기 초 페스탈로치(J.H  Pestalozzi)의 서물지교(庶物知敎 : Object lesson) 즉 직관은 모든 인식의 절대적 기초가  된다는 실물학습에 의하여 크게 발전되었고, 과학교육 발전의 출발점이 된 것이다.

한편 19세기 중반까지 산업혁명의 중심국가인 영국에서는 라틴어를 중심으로 하는 설교식 학습방법이 주종을 이루고 있었는데, 암스트롱이 이런 설교식 학습방법을 배제하고 학생으로 하여금 가능한 한 발견자의 입장에 서서 과학적 인식능력, 과학적 태도를 형성하여야한다는 발견학습을 제창하였으며, 이를 구체화하기 위하여 실험실 교수법을 처음으로 제창하였다. 그가 제시한 실험실은 고가의 연구장비가 구비된 Laboratory가 아니라 간단한 학습장비가 있는 Workroom, Workshop이라고 정부당국을 설득하여 교실에서 설교식 수업이 아닌 실험실에서 실험중심의 발견학습을 하여야한다고 강조하였다. 그 후 19세기 중반 영국의 City of london 중학교가 강의실을 통하는 통로에 보통책상의 실험대를 놓고 설치한 비록 조잡한 실험실이었으나 이것이 최초의 중학교 과학실험실이었다.

3. 학교 과학실험실의 역할

과학 실험실은 과학과목을 대부분의 다른 과목들과 구별 짓게 하는 주요한 특징이라 할 수 있다. 과학 실험실은 과학적 방법에 대한 이해와 과학적 방법과 관련된 기능을 전달한다. 실험실이 없다면 학생들은 과학자들이 하는 일을 이해하기 어려울 것이다.

가. 21세기 과학 교육에서 실험실의 역할

학교 과학 실험실은 미래지향적인 교수학습 방법을 실천하여 창의력과 문제해결력을 신장시키고, 자기 주도적 학습 능력을 길러 미래 사회를 살아가는데 필요한 기본 능력을 기를 수 있는 학습의 장이다. 이런 의미에서 과학 실험실이 갖는 역할은 다음과 같이 몇 가지로 구분하여 설명할 수 있다.

1) 다양한 활동의 전개를 통한 미래 지향적인 교수 학습 방법이 이루어지게 한        다.

언어에 의존한 전통적 의사소통 방법만 가지고 학습을 진행하는 것은 효율성이 떨어진다. 다양한 활동을 전개할 수 있는 공간을 과학 실험실이 제공할 수 있다.

2) 학생들이 일상생활에서 부딪히는 문제를 해결하고 탐구를 수행할 수 있는 수

단과 방법을 제공한다.

지식의 양이 폭발적으로 증가하면서 지식 자체를 학생들에게 가르치는 것보다 학생들로 하여금 의미 있는 탐구 과정을 체험하게 함으로써 문제를 해결하는 과정과 방법을 익히게 하는 것을 중요시하고 있다. 일부 탐구 과정은 일반 교실에서도 제공할 수 있으나, 과학 실험실은 교실에서 경험하기 어려운 직접적인 탐구 과정과 문제 해결력을 기를 수 있는 공간을 더 잘 제공한다.

3) 과학 실험실은 정보를 수집하고 정리하며 확인할 수 있는 능력을 기르는 장        을 제공한다.

현대는 정보화 사회라고 한다. 얼마나 많은 정보를 빨리 처리할 수 있느냐에 따라 성패가 좌우된다. 정보화 사회에서 살아갈 학생들은 의미 있는 중요한 정보를 수집하고, 수집한 정보를 체계적으로 정리하여, 적재적소에 활용할 수 있는 능력을 기르도록 하는 것이 필요하다. 과학 실험실에서 이루어지는 자료 수집과 처리 활동들은 이러한 능력을 함양시킬 기회를 제공한다.

4) 과학실험실은 학생들에게 과학적 태도와 습관을 기를 수 있는 기회를 제공한        다.

과학 실험실에서 제공하는 탐구 경험을 통하여 학생들은 과학적 사고력과 과학적 소양을 기를 수 있으며, 과학에 대하여 감사하는 마음과 과학을 유지하고 발전시켜야겠다는 마음을 가질 수 있다.

나. 수업 관련 활동 공간으로서 과학 실험실의 역할

기존의 과학수업은 대부분 교실에서 이루어졌으며, 일부 실험 및 실습을 위해 실험실이 사용되었다. 이런 상황에서 학교 과학실험실의 역할은 학생들의 실험 실습을 위한 장소를 제공하는 것에 그치고 말았다. 대학 및 연구소의 실험실과 달리 초·중등학교의 과학 실험실의 역할은 단순한 실험 실습의 장소를 제공한다는 관점이 아니라 과학 수업과 관련하여 이루어질 수 있는 다양한 활동의 공간을 제공한다는 관점에서 파악될 필요가 있다. 이를 크게 과학 수업의 준비 공간, 과학 수업 공간, 과학 관련 활동 공간이라는 세 영역으로 구분하여 다음과 같은 역할을 기대할 수 있다.

1) 학교 과학 실험실은 과학 수업의 준비 장소로서 다음과 같은 작업을 위한 공        간으로 활용될 수 있다.

① 예비 실험

수업에서 이루어질 실험을 교사가 미리 수행해 봄으로써 실험 내용을 숙지하고, 결과를 확인하며, 학생들의 실험 실습을 지도 시 유의할 사항을 사전에 파악할 수 있다. 결과를 정확히 알 수 없는 과학 연구실의 실험과 달리, 학교 과학 실험은 이미 결과가 정해진 경우가 많다. 따라서 교사는 정해진 결과를 얻을 수 있는 최선의 방법을 익히고, 그 과정을 반복함으로써 학생들의 학습 활동을 도울 수 있도록 사전에 실험을 해 보는 것이 바람직하다.

② 시약 보관 및 제조

시약은 수업 시기에 맞춰 제때에 구매할 수 없는 경우가 많으며, 한 번 구매한 시약을 완전히 소비하지 못하고 남기는 경우도 많기 때문에 일정량의 시약을 실험실에 보관하게 된다. 시약을 실험실이나 실험 준비실에 보관하는 경우 냉장 보관을 요하는 시약, 직사광선을 피해야 할 시약, 습기나 물기를 피해야 할 시약, 가연성 시약 등 시약의 특성에 따라 적절한 보관 장치가 마련되어야 한다. 한편 학생들이 수업에서 사용할 시약이 시제품 상태로 된 것도 있지만, 적정 농도로 교사가 미리 제조하여 준비해야 할 경우도 있으므로 실험실 또는 준비실에서 미리 사용 목적에 맞게 제조하여 수업에서 사용하여야 한다.

③ 실험 기구 보관

수업에 사용할 실험 기구들을 언제든 꺼내서 즉시 사용 가능한 상태로 보관하는 장소이다. 과학 실험실에서는 유리로 된 기구들이 많이 사용되는데, 이들 유리 기구들은 깨끗하게 세척하여 잘 건조된 상태로 보관해야 한다. 특히 서랍에 넣어 보관하는 경우 서랍을 열면서 유리 기구들이 서로 부딪혀 깨지지 않도록 잘 보관해야 한다. 최근에는 전기 또는 전자 기기들도 학교 과학 실험실에서 많이 사용되고 있는데, 강력한 자기장이 발생되는 곳 주위를 피하고, 진동이 심하지 않으며 습기가 없는 곳에 보관해야 한다. 초·중등학교의 과학 실험실에서 보관되는 기구들은 단원 학습 계획 및 용도에 따라 구분하여 보관하며, 보관장에 기구의 이름을 붙여 놓으면 꺼내 쓰기 편할 뿐 아니라, 학생들이 오가며 기구의 이름을 보고 익힐 수 있어 좋다.

④ 기구 수리 및 제작

실험에서 사용 중 또는 보관 중 파손되는 각종 기구를 수리하여 사용할 수 있다. 고도로 집적된 전자 제품의 경우 쉽게 수리할 수 없지만, 간단한 전기 제품은 테스터와 전기인두 등을 이용하여 쉽게 수리할 수 있다. 갈아 맞춘 유리 기구의 경우 일반 유리 기구에 비해 그 가격이 비싼 편이므로 갈아 맞춘 부분이 파손되지 않았다면 남겨 두었다가 다른 유리 기구에 연결하여 재사용할 수 있다. 실험실에 버너를 설치하여 유리 세공과 간단한 유리 기구를 제작할 수 있어야 한다. 또한 나무, 플라스틱, 또는 아크릴 등을 이용하여 교육과정 운영상 필요한 간단한 기구와 모형 등을 제작할 수 있도록 목공이나 공작 기구가 있으면 좋다.

2) 학교 과학 실험실은 과학 수업의 공간으로서 다음과 같은 활동이 원활히 이        루어지도록 한다.

① 이론 수업

지금까지 이론 수업은 대부분 교실에서 이루어져 왔다. 특히 중등학교의 경우 과학 교사가 교실을 옮겨 다니는 불편으로 말미암아 여러 가지 보조 교재나 기자재를 수업 시간에 활용하기 어려웠다. 그러나 과학 실험실에서 수업이 이루어지는 경우, 과학 교사는 교구와 기자재를 이동시키는 부담을 줄일 수 있으므로 과학 실험실에 설치된 각종 멀티미디어 기기나 모형들을 사용하여 과학 이론의 수업을 언어에 의존한 수업보다 생생하고 효과적으로 진행할 수 있다.

② 토론 학습

모든 학생들이 칠판을 향해 앉도록 일률적으로 배치된 교실은 강의식 수업에 적합한 형태이다. 이에 비해 6-8명이 한 조를 이루어 하나의 실험대에 둘러앉도록 되어있는 과학 실험실의 실험대 배치는 조별 실험 뿐 아니라 토론 수업에 적합하다. 일부 학교의 실험대는 앞에 앉은 학생과 서로 손이 닿지 않을 정도로 크기 때문에 조원들 간에 서로 의사소통하기 어렵다. 적절한 크기의 실험대를 배치하는 것이 실험실에서 토론 수업을 위해 좋을 것이다.

③ 학생 실험

지금까지 학교 과학 수업에서 많이 이루어져 왔던 활동이다. 교사의 지도 하에 학생들의 자유로운 실험 활동을 보장하기 위해 필요한 제반 사항들을 사전에 고려하고 준비해야 한다. 연구소 실험실에서 이루어지는 실험과 같은 완전히 끝열린 과학 실험을 학교 실험실에서 이루어지기를 기대하는 것은 무리이다. 실험을 통해 학생들이 익혀야 할 기능과 지식을 제대로 배울 수 있도록 교사는 실험 활동을 잘 조직해야 한다. 그리하여 요리책을 보고 따라하는 식의 실험은 학교 실험실에서 사라져야 할 것이다.

④ 컴퓨터 보조 실험(CAL: Computer Assisted Laboratory)

현대의 과학 실험에서 컴퓨터는 자료의 수집과 처리 및 저장을 위해 많이 사용되고 있다. 이를 학교 과학 실험실에 도입하여 마찬가지 방법으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 학교 과학 실험을 위한 특별한 용도로도 사용할 수 있다. 과학자들은 각종 센서를 통해 들어오는 정보를 컴퓨터의 입력 신호로 전환한 후 기억 장치에 저장하고 이를 적절한 방법으로 가공 처리하여 인간이 이해하기 쉬운 형태로 변환하여 해석하는 데 사용한다. 학교에서도 컴퓨터 인터페이스를 이용하여 학생들의 실험 결과를 실시간으로 컴퓨터로 입력받아 그래프로 그리거나 프린터로 출력하여 받아 볼 수 있다. 또한 과학자들이 이미 경험했거나 밝혀낸 사실을 바탕으로 프로그램을 만들어서 학생들이 유사한 실험을 수행해 나갈 수 있도록 상황을 설정해 줄 수 있다. 과학의 여러 법칙이나 일반화된 규칙을 학생들이 컴퓨터에서 특정 변인을 변화시켜가며 모의 실험하도록 할 수 있으며, 가상현실 기법을 사용하여 학생들이 실제와 동일한 상황에서 체험을 할 수도 있다. 이러한 활동이 가능하기 위해서는 학교 과학 실험실에서는 일반 교실의 컴퓨터와 달리 각종 센서와 인터페이스 및 이를 위한 소프트웨어가 구비되어야 한다.

⑤ 교사 시범실험

교사는 교사용 실험대에서 전체 학생들을 대상으로 실험을 시범으로 보여 줄 수 있다. 기존의 실험실 활동에서는 많은 학생들이 바쁘게 활동하기는 하지만, 수업이 끝난 후 정작 왜 그러한 활동을 했는지 알지 못하는 경우가 많다. 학생들이 직접 손으로 만져보고 해보는 활동도 좋지만, 실험 절차의 각 단계마다 왜 그런 활동을 하는지 생각하고 지나가는 것이 중요하다. 교사의 시범 실험은 단순히 실험을 어떻게 해야 하는지를 학생에게 미리 보여주는 것만을 의미하는 것은 아니다. 교사는 실험 과정에서 학생들에게 세부 절차에 대하여 말해 주고 보여 줄 수 있을 뿐 아니라, 학생들이 주목해야할 것과 주의할 내용을 적시에 제시할 수 있는 장점이 있다. 이를 위해 학교 과학 실험실에서 교사용 실험대는 충분히 커야 하고, 모든 학생들이 다 볼 수 있도록 적절한 위치에 배치해야 하며, 가능하면 음향 시설과 조명 시설까지 갖추는 것이 좋다.

⑥ 과학 역할 놀이

역할 놀이가 과학 수업에서 그리 많이 사용되는 교수 학습 방법이 아니지만, 일반 교실에서는 적절한 분위기를 조성하기 어렵기 때문에 더욱 사용하지 않는 것이 현실이다. 학교 과학 실험실에 설치된 암막과 조명 시설을 적절히 활용한다면 과학 역할 놀이에 참여하는 주인공들에게 주의 집중할 수 있도록 하고 수업의 분위기를 고조시킬 수 있을 것이다.

3) 학교 과학 실험실은 과학 관련 활동 공간으로서 직접적 수업 활동이 아닌 다       음과 같은 과외 활동을 지원한다.

① 과학 동아리 활동

학교 과학 실험실은 과학반이나 발명반과 같은 학생 동아리 활동을 위한 장소로 제공될 수 있다. 과학에 특별히 관심이 많은 학생들이 함께 모여 자유롭게 실험을 계획하고 실행함으로써, 정규 과학 수업에서 맛볼 수 없는 새로운 경험을 하도록 하고, 이들의 흥미가 지속되어 직업적 관심으로까지 발전할 수 있도록 뒷받침 되어야 한다.

② 학생 작품 게시

학생들의 실험 결과물이나 작품 중에서 우수한 것을 벽면, 보조 실험대, 벽 실험대를 활용하여 게시할 수 있다. 과학자들의 활동은 새로운 이론의 발견을 위한 노력도 많은 비중을 차지하지만, 자신이 발견한 것을 다른 과학자들에게 발표하여 인정받기 위한 노력도 많이 하고 있다. 또한 일반 대중들이 쉽게 이해할 수 있는 형태로 만드는 일에도 시간을 할애하고 있다. 이런 의미에서 학교 과학 실험실에 학생들의 활동 결과물을 게시하는 것은 과학의 한 과정을 학생들이 경험하게 하는 것이라 할 수 있다. 학생 작품을 게시함으로써 다른 학생들의 결과물과 자신의 결과물을 비교하고 차이점을 검토하며, 서로 토론할 수 있는 계기를 마련할 것이다.

③ 과학 홍보물 게시

과학과 관련된 다양한 홍보물을 게시할 수 있다. 학교 과학 실험실에 걸린 게시물의 종류를 살펴보면 실험실 주의사항이나 과학자들의 사진이 주류를 이루고 있다. 과학이 생활과 멀리 떨어져 있지 않다는 것을 알릴 수 있도록 생활 속의 과학과 관련된 게시물이나, 학생들이 직접 만져보고 생각해 볼 수 있는 각종 모형, 작동 모형, 표본 등을 게시하는 것이 좋다. 모든 학교에 동일한 내용의 게시물이 있는 것보다는 각 학교에서 과학 교사의 관심이나 학교 환경 여건을 고려하여 특색 있는 소재를 발굴하여 게시하는 것이 필요하다.

④ 교사 자율 연구

교사는 과학 수업에서 이용되는 실험 뿐 아니라 학생들의 개념 이해를 도율 수 있는 대안 실험의 개발을 위해 노력해야 한다. 평소 과학 수업에서 학생들과의 상호작용 경험을 바탕으로 학생들의 경험에 근거하여 이해를 도울 수 있는 소재를 발굴하고, 적용하기 위해 여러 차례 실험을 해 보아야 한다. 또한 직접적으로 수업과 관련이 없지만, 교사 개인이 관심을 갖는 한 분야에 대하여 전문적으로 연구하며 실험을 해 볼 수 있다. 교사가 직접 과학하는 과정을 거쳐본 경험이 있을 때 학생들에게도 과학하는 과정을 가르칠 수 있을 것이다.

4. 과학실험실의 설비

과학실험교육의 현대화를 위해서는 실험교육내용, 교수방법의 개선과 함께 실험실의 설비의 개선이 함께 이루어져야 한다. 학교 과학실험실에 비치되어야 할 설비들은 크게는 학생들의 실험이 이루어지는 학생용 실험대와 교사의 시범실험을 수행하는데 필요한 교사용 실험대, 그리고 실험에 필요한 기구를 보관하고 정리하는데 필요한 기구장으로 이루어진다. 또한 습식 실험실을 필요로 하는 일부 실험에 물이 직접 쓰이기도 하지만, 그렇지 않은 경우에도 실험기구(시험관, 비커 등 유리제품)와 손 세척에 필요한 싱크대, 그리고 저울이나 현미경 등 진동에 예민한 공용기구를 비치할 벽 실험대도 필요하다. 실험에 컴퓨터를 직접 사용하는 경우, 또는 실험데이터를 컴퓨터로 정리하고 분석하는데 필요한 컴퓨터, 주변기기 및 이들을 비치할 컴퓨터 책상도 요구된다.

이러한 과학실험실의 설비는 과학실험이 이루어지는 현장으로서, 그 적합성 여부에 따라 과학실험교육의 성과가 결정된다고 해도 과언이 아니다. 따라서 가장 이상적인 현대화의 순서는 어떤 실험교육을 할 것인가를 먼저 정한 다음에 거기에 알 맞는 실험설비들을 장만하는 것이다. 또, 필요한 설비의 종류도 과학실험교육의 목적과 대상 학생들의 수준에 따라서 달라지게 된다. 아직 초보적인 과학실험을 하게 될 초등학생들의 경우에는 과학실험에 대한 흥미를 유발하는 것이 우선적인 요구사항이다. 따라서 초등학교 과학실험실의 설비는 이들 초등학생들의 흥미를 유발하고 친근감을 가질 수 있도록 선택되어야 한다.  항상 우리사회의 가장 나이 어린 학생층으로서 변화의 앞자락에 놓이게 되는 이들 세대의 학생들은 그들 앞에 펼쳐진 모든 것에 대해서 관심을 갖기도 하지만 기성을 부정하고 무엇인가로부터의 탈피를 꾸준히 모색하는 세대이기도 하다.  따라서 초등학생들의 과학실험에 대한 흥미를 지속적으로 끌어내기 위해서는 수시로 변화를 줄 필요가 있다.  실험실내 실험설비의 배치뿐만 아니라 색상 등에도 다양한 조합이 가능하도록 하여 필요에 따라 변화를 줄 수 있는 가능성을 갖는 것이 바람직하다.

한편 중등학교의 학생 특히 고등학생들은 대학입시를 눈앞에 두고 압박에 시달리기는 하지만 본격적인 전문과학분야의 실험교육을 필요로 하는 학생들이다. 이때의 과학실험교육의 성패는 이들 중에서 많은 학생들이 대학에 진학한 후 과학실험분야에 지속적인 관심을 가지고 전문가로서 성장할 수 있느냐 하는 것에 크게 영향을 미치는 요소가 된다. 이는 현재 우리사회에서 문제시되고 있는 이공계기피현상을 해소하여 국가발전의 기초를 다지는데도 중요하다.  따라서 고등학교 과학실험실은 안정감이 있고, 내실 있는 과학실험교육이 이루어지도록 배려할 필요가 있다. 특히 실험결과를 분석하는데 컴퓨터를 많이 사용하므로 실험실내에 충분한 컴퓨터를 비치하여 실험결과에 대한 분석이 그 자리에서 이루어지도록 유도한다. 이는 매우 중요한 사항으로서 실험을 먼저 끝낸 뒤 나중에 분석을 하는 경우에는 설혹 미흡한 측정이 남아있는 것을 알게되더라도 그것을 보충하기에는 너무 늦은 경우가 많기 때문이다.

중학교 과학실험의 경우에는 분야가 세분화되지 않고 물리·지구과학분야의 실험을 하는 제1실험실과 화학·생물분야 실험을 하는 제2실험실로 나뉘어진다. 제1실험실은 실험에 물을 직접 사용하지 않는 건식 실험실이고, 제2실험실은 많은 실험에 물을 사용하기 때문에 각 실험대마다 싱크를 가져야 하는 습식 실험실이다. 따라서 실험실 종류에 따라 비치되는 설비도 달라진다. 특히 싱크대가 많이 있는 습식 실험실에서는 바닥에 물을 흘릴 가능성이 많으므로 바닥재료도 이를 감안하여 물이 흘렀을 때 젖거나 쉽게 미끄러지지 않는 재료를 선택하는 것이 바람직하다.  각 실험대마다 상하수도 배관이 되어야 하는 습식 실험실의 경우 실험대의 배치를 마음대로 바꾸기가 거의 불가능하다. 따라서 실험대를 처음에 설치할 때 배치도 신중히 결정해야 한다.

많은 수의 학생들이 함께 실험활동을 하게 될 공간인 과학실험실은 참여한 학생들의 활동에 지장을 줄 가능성이 있는 난잡한 전기 줄의 배치나 자주 사용하지 않는 설비의 비치를 가급적 피해야 한다. 특히 실험대의 재배치를 용이하게 하기 위해서는 전기배선을 실험실 바닥이나 벽면으로 하는 것보다는 천장으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 실험실의 천장에 여러 개의 콘센트들을 설치하여 그곳으로부터 각 실험대까지 익스텐션 코드로 연결시키는 방법이다. 전기를 사용하지 않는 실험을 할 경우에는 익스텐션 코드를 거두어 둘 수 있으며, 익스텐션 코드 자체의 무게에 의해 콘센트로부터 플러그가 빠지는 것을 방지하기 위하여 잠금 장치가 되어 있는 콘센트와 플러그를 사용한다. 전원전압의 변동폭이 큰 건물의 경우 과학실험실내 전원전압의 안정화를 위하여 자동전압조정장치(AVR)를 설치한다. 실험실내에서 사용하는 전원을 모두 단속할 수 있는 브레이커 주 스위치를 설치하면 담당교사가 실험실을 관리하는데 편리하다.

등한히 하기 쉬운 것으로 실험실내의 조명과 방음 등이 있다. 실험실내의 조명은 충분한 조도와 함께 그림자가 지지 않도록 하고, 광학실험을 하게되는 경우 창문으로부터의 햇빛을 차단할 수 있는 암막을 구비한다. 쇠 공을 사용하는 충돌실험이나 빠르게 회전하는 모터를 사용한 실험의 경우 등에는 실험실내에 상당한 소음이 발생하는 경우가 있다.  가능하면 실험실 벽면과 천장을 방음효과가 있는 재료를 사용하는 것이 좋다. 점차로 빔 프로젝터 등을 사용한 멀티미디어교육이 늘어나는 추세이므로, 과학실험실에도 칠판과 함께 빔 프로젝터 등을 투사할 수가 있도록 충분한 크기의 스크린을 설치한다.

또한 대부분의 과학실험설비는 대형이면서 수요가 그리 많지 않기 때문에 각각의 요구에 부합되는 맞춤식 설비를 구하기는 쉽지가 않다. 따라서 기성 제품 중에서 가장 부합되는 것을 택할 수밖에 없으나, 본 연구에서는 공통적으로 필요한 사항들을 정리해서 설비제조회사들로 하여금 필요한 설비를 생산할 수 있도록 유도하는 역할도 하고자 한다. 그러나 여기서 제시하는 안은 어디까지 예시일 뿐으로 각 학교에서는 실제 상황에 맞추어 적합한 설비와 배치를 고르는 것이 중요하다. 더욱이 과학설비는 반 내구성의 설비이기 때문에 한번 구입하게 되면 짧게는 5년, 길게는 10년 이상 사용할 가능성을 염두에 두어야 한다.  다른 한편으로는 급속히 변화하는 과학기술의 빠른 발전속도가 과학실험교육의 질과 내용도 꾸준히 변화될 것을 요구하고 있다. 따라서 과학실험설비의 신규구입 시에는 부단히 실험교육의 내용이 바뀌어야 한다는 점도 유념하여야 한다.

또한 초등학교 또는 중학교의 과학실험설비는 색상이나 모양, 크기 등 제반사항이 신세대 학생들의 취향에 맞도록 택해져야 한다. 이를 통해서 과학실험에 대한 학생들의 호감을 살 필요가 있기 때문이다. 특히 혈기 왕성한 학생들이 여럿 모여서 사용할 설비는 안정성에도 각별히 주의해야 한다. 즉, 부주의한 학생들이 뛰어다니다가 부딪치거나 넘어지더라도 불의의 사고로 크게 상하지 않도록 실험대 또는 기구장의 모서리를 둥글게 처리하는 등의 세심한 배려가 필요하다. 이 뿐만 아니라 불의의 화재가 발생하더라도 피해를 최소로 줄이기 위하여 바닥, 천장이나 설비의 재료를 내연성의 재료로 선택할 필요가 있다.

5. 탐구·실험중심의 초·중등 과학교육의 활성화

초·중등과학교육은 대부분 시·도교육청에 위임되어 있으나 교육인적자원부에서는 인적자원정책국 조정2과에서 담당하다가 2003년 7월부터 학교정책실에 과학교육정책과를 신설하여 본격적인 업무를 담당하고 있다. 교육인적자원부는 2002년 12월 6일 청소년 이공계 진출 촉진방안의 하나로「탐구·실험 중심의 초·중등 과학교육 활성화 계획」을 수립하고 2003년부터 2007년까지 5년간 추진할 예정인데 이 계획은 다음과 같이 5개의 중요과제로 요약할 수 있다.

가. 과제 1 : 실험실 현대화 및 과학교구 확충

·1개교에 최소 한 개의 현대화된 실험실 확보

·전국 8,000개 실험실 리모델링(5년간 2,700억원 투입)

·1과학교사 1실험실제 추구(교사연구실 0.5실 확보)

·학교운영비의 3% 이상 실험기자재구입(현확보율 87% → 2007년에 100%)

·재활용불가능한 기자재 정비

나. 과제 2 : 탐구실험학습 지원자료 개발 보급

·제7차 교육과정에 적합한 실험수업 지도자료 개발보급

·실험지도 보조교재 개발보급

·여학생 친화적 실험수업보조교재 개발 보급(2003년)

·과학교육선도학교(SEFS : Science Education Frontier School)를

시·도교육청 당 3개교 지정, 1개교당 5년간 3억원 지원

·실험보조인력 2,198명 추가 배치

·중, 고등학교 과학담당교사에게 실험준비시간을 책임시간에 통산

다. 과제 3 : 과학교사의 실험수업 지도역량강화

·실험연수프로그램 개선

·초등과학전담교사, 과학부장제 유지 권장

·과학교사모임 연구활동비 지원 (2003년 1억원)

·교대, 사대 실험교육 강화

라. 과제 4 : 청소년 과학마인드 제고

·방과후 또는 방학중 과학교실 운영(지역교육청당 3개 총 500개)

·과학동아리 및 과학반 활동 육성(500개 특별지원, 발표대회개최)

·이공계진로지도 프로그램 운영

·과학문화 정보만 운영(Science All)

·재활용불가능한 기자재 정비

마. 과제 5 : 과학수업 개선 및 지원체제 정립

·과학교육연구기관 지정운영(2003년도 1억원)

·과학수업협동프로그램 운영(Partnership for the Science Class)

·교육부 과학교육정책기능강화(담당관 신설)

·과학교육자문위원회 구성

이상과 같이 방대한「탐구·실험 중심의 초·중등 과학교육 활성화 계획」을 수립하고 그 실천에 들어가 2003년에는 약 1400개 학교가 지정되어 대부분이 2000만원, 간혹 4000만원의 예산이 배정되었다. 그러나 대부분의 학교가 무엇을 어떻게 개수하여야할지 방향을 정하지 못하고있는 질정이다.

6. 과학실험실 현대화의 방향

가. 과학실험실 현대화의 전제

전술한바와 같이 현대화 된 과학실험실이란「과학학습 활동을 창의적이고, 자기 주도적으로 전개할 수 있는 설비와 교구를 갖춘 쾌적한 학습의 장」을 뜻한다. 여기서 실험실의 시설이라 함은 건축상의 의미로 실험실 건물, 건물 내부의 시설 즉, 출입문, 창호, 천장, 바닥, 수도, 전기, 배수, 냉·난방, 소방 등을 말하며,  설비란 실험대, 의자, 기구장 등과 배전, 콘센트 등과 같은 전기설비, 싱크와 같은 상하수도 설비, 빔 프로젝트, OHP등과 같은 시청각 설비 등을 말하고 교구는 실험기구를 뜻한다. 따라서 과학실험실을 현대화하는데 먼저 고려하여야할 것은 첫째로 ①과학실험실을 어떤 용도로 활용할 것인가에 대한 방향을 정하는 일이고, 두 번째는 ②학급당 학생 수를 몇 명으로 하며 모둠 짓기를 어떻게 할 것인가를 정해야한다. 이것이 정해지면 세 번째로 ③실험실의 수 실험실의 넓이 등 실험실 시설을 어떻게 하고, 실험대, 기구장, 전시대 등 실험실 설비를 어떻게 배치할 것인가를 정해야 하며, 네 번째로 ④쾌적한 학습활동을 위한 냉·난방 시설과, 환기시설 및 오염이 없는 환경을 염두에 두어야한다.

1) 과학실험실 활용

과학실험실은 전술한 실험실의 역사에서 살펴보았듯이 자연과학의 심오한 연구를 하는 과학자의 연구실을 뜻하는 랩(Laboratory)이 아니라 학생이 과학학습 활동을 하는 학습의 장(Workshop, Workroom)을 뜻한다. 그런 의미에서는 과학실험실이라는 이름보다는 과학실, 물리실험실이라 하기보다는 물리실이 더 좋은 이름일지 모른다. 따라서 과학실험실은 학생들이 과학실험실에서 어떤 학습활동을 어떻게 하느냐에 따라 실험실의 규모나 내용이 결정되어야 할 것이다.

과학학습활동에는 강의와, 실험활동으로 크게 구분할 수 있으며, 특별활동, 동아리활동과 같은 학생들의 연구활동도 과학실험실에서 이루어진다. 강의이던 실험이던 과학에 관한 모든 학습활동은 과학실험실에서 하도록 권장하고있지만, 과학실험을 할 때만 과학실험실을 이용하고 강의는 교실에서 하는 학교가 대부분이다. 그러나 미래의 과학학습은 실험뿐만 아니라 다양한 정보자료를 활용해야함으로 교실에서 이루어지기는 매우 어렵다. 따라서 시설이 허락하는 한 과학학습활동은 실험실에서 전개되는 것이 바람직하다. 만약 시설이 충분하지 못하면 실험실에서 해야할 학습활동을 별도로 계획해야할 것이다.

실험실 이용률은 70%∼80%가 적합하다. 실험실은 사전 준비 및 사후 정리 때    문에 2시간 이상 연속적으로 사용하는 것을 가급적 피해야한다. 오전 4교시, 오후 4교시로 일과가 운영되는 경우는 오전 3시간 오후 3시간을 활용하되 2시간 이상이 겹치지 않도록 시간표를 구성하면 좋을 것이다. 과학실험 학습을 하는 경우의 이용률은 70%, 강의를 할 경우는 80%를 기준으로 하고 동아리 활동 등은 방과후에 이용하도록 하면 된다. 학년초에 과학실험학습과 과학실험실에서 전개할 강의시간 수가 정해지면 필요한 실험실 수가 결정된다. 그러나 대부분은 실험실 수에 맞추어 학습활동시간을 조정한다.

2) 실험활동 인원수와 모둠 짓기

과학실험실에서의 학습활동은 특히 학생 수가 제한된다. 교육인적자원부는 초·중등학교의 학급당 학생 수를 35명으로 하도록 권장하고 있다. 대도시의 특수한 지역을 제외하면 초등학교는 30명 내외, 중·고등학교는 40명 정도로 편성되어 과거 과밀학급은 사라진 셈이다. 그러나 과학실험학습을 위해서는 한 학급학생 수가 24명이 가장 적합하다고 전문가들은 제안하고 있다. 제7차 교육과정에서는 과학학습은 수준별 학습활동을 권장하여 실험학습에서도 수준별로 전개하여야한다. 그렇게 하자면 실험 모둠은 2인 모둠을 기본으로 하고 4인 모둠, 특수한 경우는 6인 모둠도 하는 경우가 생긴다. 학급당 학생 수가 24명이면 2인 모둠, 3인 모둠, 4인 모둠, 6인 모둠, 8인 모둠, 12인 모둠 까지 가능하여 가장 다양한 모둠을 지을 수 있을 뿐만 아니라 100m□정도의 실험실에서 활동하기에 가장 적당한 인원이다. 그러나 우리나라의 실정에서는 한 학급에 24인은 당분간 기대하기 어렵워 36인을 기준으로 구성하여야할 것이다. 현대화 된 실험실에서는 2인 모둠, 4인 모둠, 6인 모둠 야외 실험인 경우는 8인 모둠 등 다양한 모둠 짓기를 하여 심화·보충형 수준별 학습활동을 전개하여야할 것이다.

3) 실험실 설비의 배치

실험실의 설비는 과학실험을 위한 ①기본 설비로 교사용 실험대, 학생용 실험대와 의자, 싱크대, 컴퓨터 대, 토의용 탁자, 전시대, 벽 실험대, 시청각 기기 대, 기구장 등이 있고, ②강의 보조 설비로 칠판, 컴퓨터, 프로젝트, 스크린, TV, 게시판 등이 있으며, ③실내 냉·난방 및 공기 정화 설비로 냉·온풍기, 후드, 환풍기 등과 같은 환경 설비가 있다. 이 중에서 강의 보조 설비와 환경설비는 고정식이고, 실험을 위한 기본 설비는 가변형 설비이다. 따라서 다양한 실험실의 모습을 연출하려면 학생용 실험대, 컴퓨터 대, 토의용 탁자, 전시대, 벽 실험대로서 레이아웃을 할 수밖에 없음으로 이런 설비는 심사숙고하여 디자인하여야한다.

4) 쾌적한 환경 설비

실험실의 기본 적인 환경설비는 냉·난방 시설이다. 대부분의 학교가 중앙 냉·난방 시설이 아니기 때문에 과학실의 냉·난방도 독립적으로 할 수밖에 없다. 가장 바람직한 냉·난방 장치는 과학실 외부에 냉·난방 원(발생장치)을 두고 교실의 천정 닥터를 통하여 냉·난방 하는 방법이 에어컨이나, 온풍기를 설치하는 것보다 소음이 적어 바람직하다. 또한 실험실은 실내 환풍이 좋아야한다. 환풍기는 과학실 면적이 100□ 정도이면 소음이 적은 환풍기 3개 정도를 바깥 창 쪽으로 설치하는 것이 좋다. 과학실험실에는 흔히 두꺼운 암막이 설치되어있는 것을 흔히 볼 수 있는데 요즘은 부라인드 커턴 정도라도 충분할 것이어서 검고 붉은 천으로 된 암막을 굳이 설치할 필요는 없다. 과학실험실의 조명은 구석구석이 같은 500Lx정도가 되도록 천정 형광등 조명이면 충분하나 특히 밝은 빛을 필요로 할 때는 별도의 이동식 조명기를 사용하는 것이 좋다.

나) 과학실험실과 준비실 시설의 현대화

이상과 같은 전재로 과학실험실과 준비실 시설을 신축할 때는 ①실험실의 수

②실험실의 위치 ③실험실의 넓이를 우선적으로 고려하지 않으면 안 된다.

1) 과학실험실 수

학교가 필요로 하는 과학실험실의 수는 학교 시설설비 기준령(1996년 2. 22개정, 대통령령 제14920호)에 규정되어 있으며, 초등학교는 24학급까지 1실, 24학급을 초과할 때마다 1실을 추가하고, 중학교는 12학급에 1실, 12학급을 초과할 때마다 마다 1실을 추가, 고등학교는 9학급에 1실, 9학급을 초과할 때마다 1실을 추가하도록 되어있으나 이 시설로는 부족하다. 과학실험실 수는 과학실험실을 어떻게 이용할 것인가에 따라 달라지는데 현대화된 과학실험실은 모든 과학학습활동을 과학실에서 전개하는 것을 전제로 하여야한다. 그러나 당장은 모든 과학학습을 과학실에서 전개하기는 어려울 것이나 적어도 50%이상은 과학실에서 전개하여야할 것이다. 일반적으로 과학실 수 N은 주당 총 과학실에서 학습해야할 시간 M을 주당 총 과학실 이용가능시간 Q로 나누면 간단하게 계산할 수 있다.

즉  N 〓  M / Q

여기서 M은 실험시간 ／ 실험실에서 할 강의시간이며, Q는 주당 학급당 총 수업시간에 실험실 활용률을 곱한 값으로 통상 실험실 활용률은 70∼80%이다. 그러나 실험실 수를 판단하는 기준은 다음과 같이 여러 연구에서 제시되었다.

① 일본 문부성 : 100 T / Uu To < N ＠ 100T / Ud To

T : 주당 사용시간 수             To : 주당 시용 가능시간 수

Uu, Ud : 실험실 이용률의 상하한선

② 정연태 :  N 〓 {(Cn × Ws) / (Cl ×Ur)} × 100

Cn : 학급 수                     Ws : 주당 과학교사 담당시간 수

Cl  : 학급당 주당 과학 시간 수    Ur : 이용률

③ 김창식 :  N 〓 T / M - (P / S - 1)

T : 주당 사용 시 수               M : 과학교사 주당 담당 시 수

P :  과학교사 수                   S : 과학교과목 수

④ 김창식 : N 〓 □(Cn·Sn·Er) / (Wn·Lr) ／ 0.9□

Cn : 학년별 학급 수    Sn : 학년별 주당 과학 수업 시간 수

Er : 총 과학 수업시간 대 실험실 수업 비률(%)

Wn : 주당 총 수업시간 수 평균      Lr : 실험실 이용률

< 표 1 > 현실적인 과학실험실 수

학급 학교	∼ 15학급	16 ∼ 30 학급	31 ∼ 45 학급	46학급 ∼
초등학교	1	2	3	4
중학교	2	4	5	6
고등학교	2	4	5	5

* 준비실은 실험실 당 1실

여러 가지 복잡한 식이 있지만 현실적으로는 < 표 1 >에 제시된 실험실을 확보한다면 큰 지장은 없을 것이다. 그러나 장차는 과학교사 1인당 실험실이 최소한 하나는 있어야하고 준비실도 따라야한다. 그러나 신설학교가 아닌 경우에는 있는 실험실 수에 맞추어 과학실을 이용할 수밖에 없는데 이때는 과학실 이용률을 최대로 하여 활용계획을 세워야하며 부족한 실험실을 조속하게 확보하여 과학학습에 지장이 없도록 노력하여한다.

2) 과학실험실의 위치

과학실험실 신축하는 경우에는 과학동을 별도로 건립하여 가급적 아래층에 배치하는 것이 좋다. 과학동을 별도로 신축할 여건이 안 된다면 일반 교실 끝 쪽에 배치하는 것이 좋을 것이다. 일반적으로 상황이 좋은 학교에서는 건물 끝 쪽 1층에 생물실, 2층에 화학실, 3층에 물리실, 4층에 지구과학실을 두는 경우가 많다.

과학실험실의 위치는 다음과 같은 환경을 고려하여야 할 것이다.

① 남향 건물의 끝 쪽으로 채광이 좋은 곳

② 건물 밖으로 나가기 편리한 곳

③ 앞이 막히지 않고 통풍이 좋으며, 습기가 없는 곳

④ 급·배수, 전기, 가스, 소방전의 연결이 쉬운 곳

⑤ 각종 설비의 반입이 쉽고, 다른 실험실과 인접한 곳

3) 과학실험실의 넓이

과학실험실의 넓이는 미국 Connecticut주의 경우 학생 1인당 3.25∼3.75□를 제시하고 있지만 학생 1인당 2∼3□가 일반적이다. 우리나라의 학급당 학생 수는 35명이기 때문에 과학실험실의 넓이는 70∼100□가 된다. 과학실험실을 신축할 때는 100□를 기준으로 하는 것이 좋으나 최소한 초등학교는 70□이상, 중등학교는 80□이상이 되어야한다. 과학실은 학급당 학생 수가 35명이라 하여 의자를 35개만 두는 공간으로 생각하면 안되고, 벽 실험대, 컴퓨터 대, 토의대, 전시대, 기구장 등을 고려하면 공간이 넓을수록 좋다. 그러나 과학실을 교실을 이용하여 설치된 경우는 공간이 한정됨으로 가능한 한 준비실을 넓게 확보하여 가급적 실험실에 기구장 등을 적게 두어 실험실공간을 확보하는 것이 좋다.

4) 과학실험실 시설의 리모델링

보통교실을 과학실험실로 설치하였을 경우에는 여러 가지 시설을 개수해야할 부분이 많다. 특히 건축한지 오래된 건물은 창문이 부실하고, 보온시설이 부실한 경우가 많아 개수하지 않으면 안 된다. 완벽하지는 못해도 사용에 큰 지장이 없으면 많은 예산을 드려 고칠 필요는 없으나 부분 개수가 큰 효과가 없을 때는 전면 리모델링하는 것도 좋을 것이다. 신·개축을 할 때의 주안점을 열거하면 다음과 같다.

① 실험실이라 하여 출입문을 지나치게 넓게 할 필요는 없고 튼튼하면서 보통문과 반쪽 문이 하나 더 붙어있는 큰문과 작은 출입문이 하나 더 있어야한다.

② 목조 창문은 알루미늄 샤시로 교체하여야하고, 부드럽게 여닫을 수 있어야하며 겹유리로 보온성이 좋아야 하나 색유리를 쓰면 안 된다.

③ 천정은 내화제로 만든 닥터구조로 실내조명, 냉·난방, 전기, 통신, 화재감지기와 같은  설비가 용이하도록 하여야하고, 전동스크린, 행거 등도 설치할 수 있어야 하며 흰색도 좋지만 연한 컬러로 분위기를 살릴 수 있으면 더욱 좋을 것이다.

④ 실험실의 바닥은 미끄럽지 않으면서 수평이 잘 맞게 시공되어야하며 밝은 색이면 좋을 것이다. 모노룸과 같은 재질은 좋지 못하며, 초등학교 저학년용 실험실에는 전부 또는 일부에 카펫을 까는 것도 고려할 만 하다.

⑤ 창틀 대는 설계할 때 보통교실의 창틀 대보다 조금 넓게(40□)하여 화분이나 어항을 올려놓을 수 있도록 하면 좋고, 그렇지 못할 때는 튼튼한 보조 대를 추가로 설치하는 방안도 고려할 만 하다.

⑥ 창틀 밑은 난방 레디에이터가 없는 부분은 벽 실험대를 설치하여 수납장을 짜 넣을 수 있도록 한다.

⑦ 생물실험실의 경우 실험실과 인접하여 사육장이나 재배포, 온실을 두는 것도 사전에 계획하면 편리할 것이다.

다. 과학실험실 설비의 현대화

과학실험실 시설이 결정되면 이에 걸 맞는 설비를 학교마다 그 특성에 맞게 구비하여야한다. 실험실에 구비해야할 주요 설비에는 실험대, 의자, 보조 실험대, 실험기구 장, 전기설비, 폐수처리 설비, 냉·난방 설비 등을 들 수 있다.

1) 실험대

실험대는 교사용과 학생용으로 구분된다. 교사용 실험대는 전통적으로 칠판 앞에 교단을 놓고 그 중앙에 놓이는 비교적 넓고 투박한 테이블로서 컴퓨터, 싱크대, 전기설비 등이 갖추어진 교사 전용이다. 그러나 현대적 교사용 실험대는 교사의 교탁을 겸하는 용도로만 사용하기보다는 다양하게 이용할 수 있어야한다. 그렇게 하려면 교사용 실험대를 실험실 중앙에 놓고, 교사의 시범실험, 시연실험, 발표회 등에도 이용할 수 있으면 더욱 좋을 것이다. 그래서 교사용 실험대를 고정할 수밖에 없는 싱크, 전원 등을 분리하고 이동이 간편하도록 다리에 바퀴를 다는 것도 고려해 볼 만 하다. 교사용 실험대를 설계하는데 고려해야 할 사항은 다음과 같다.

① 고정식이냐, 이동 가능하게 할 것인가를 먼저 정해야 한다.

② 교사용 교탁으로만 사용할 것이 아니라, 시범실험, 시연실험, 학생들의 발표,        인터넷과 시청각 기기의 연계 등이 가능하도록 한다.

③ 투박하고 지나치게 넓고, 새까만 실험대라야 할 이유는 없다.

④ 크게 이용되지 않는 서랍 및 수납장을 만들 필요는 없다.

⑤ 상판은 흠이 잘 나지 않는 소재이면 약품에도 어느 정도 강함으로 약품에 신       경을 기울일 필요는 없다.

⑥ 이동식이면 실험대에 싱크, 전기설비, 컴퓨터 등을 고정할 필요는 없다.

학생용 실험대는 학생들의 과학학습 효과에 직결되는 설비이므로 신중하게 생각하여 설계하여야한다. 전통적 학생용실험대의 문제점은 투박하고, 지나치게 크며, 채색이 우중충하고, 필요 없는 서랍이 많으며, 전기, 싱크 등의 설비로 인하여 바닥에 고정된 점이다. 학생용 실험대를 설계하는데는 다음과 같은 점에 유의하여야한다.

① 고정식이냐, 이동 가능하게 할 것인가를 먼저 정해야 한다.

② 몇 명용 실험대로 할 것인가를 정하되 다양한 2인용, 4인용을 기준으로 하고       3인용도 고려할 만 하다.

③ 투박하고 지나치게 넓고, 새까만 실험대는 피해야한다.

④ 크게 이용되지 않는 서랍 및 수납장을 만들 필요는 없다.

⑤ 상판은 흠이 잘 나지 않는 소재이면 약품에도 어느 정도 강함으로 약품에 신       경을 기울일 필요는 없다.

⑥ 이동식이면 실험대에 싱크, 전기설비, 컴퓨터 등을 고정할 필요는 없다.

2) 실험실 용 의자

전통적인 실험실 의자는 앉는 판이 둥근 목재 의자이거나 다리가 철제 파이프인 둥근 의자이다. 아마 이런 의자는 청소할 때 의자를 실험대 위에 올려놓기가 간편하다는 점과 면적을 많이 차지하지 않아서 학급당 학생 수가 많을 때는 편리한 의자였다고 판단된다. 그러나 이제는 실험대나 실험과제에 따라 의자도 다양한 것을 사용하는 것이 좋다. 예를 들면 벽 실험대에서 짧은 시간동안 실험할 때는 전통적인 둥근 의자가 좋지만 2인용 실험대에서 장시간 앉아서 실험하거나 강의를 들을 때는 팔 거리는 없어도 등받이가 있는 의자가 좋다. 실험실 용 의자는 철제 또는 압착 목재의자로서 검은 색보다는 밝은 목재 무늬가 좋다.

3) 보조실험 대

실험실에 사용하는 보조실험대는 컴퓨터 대, 토의대, 전시대, 작업대, 벽 실험대, 싱크대 등을 들 수 있다.

① 컴퓨터 대

앞으로 컴퓨터는 인터페이스를 이용한 실험, 과학실험 CAI, 동영상으로 보는 실험과정, 사이버 과학실험, 인터넷의 자료를 받아 처리하는 학습, 데이터를 처리하며 보고서를 작성하는 기능, 등 다양한 분야에 응용되기 때문에 과학실험실에 컴퓨터는 필수적으로 설치하여야한다. 컴퓨터는 전원, 인터넷 연결선 관계로 그 위치를 자유롭게 할 수는 없다. 따라서 벽 쪽이나 실험실 뒤쪽에 5∼7대 정도 설치하는 것이 좋을 것으로 사료된다. 컴퓨터 대는 3대를 설치할 수 있는 3각 컴퓨터 대, 또는 길게 5∼6대를 설치하는 긴 컴퓨터 대를 생각할 수 있다.

② 토의대

토의 대는 실험을 하기 전에 모둠별 회의나, 모둠에서 실험을 하는 도중에 자료를 정리하거나, 보고서를 작성할 때 사용하면 좋다. 토의 대는 특별한 규격은 없으나 6∼8인이 앉을 수 있는 원형 테이블이면 좋을 것이다.

③ 전시대

전시대는 직사각형의 좁고 긴 테이블로 특별한 과학관련 전시물, 다음 시간에 할 실험 기구, 우수한 학생들의 작품 등을 전시하는 용도로 쓰이는 것으로 이동이 쉽도록 무겁지 않은 것이면 좋다. 전시대는 벽 쪽 또는 복도에 두면 좋을 것이며, 설명서 넣어 세워놓는 아크릴 판이 있어야한다.

④ 작업대

작업대는 실험기구의 수리할 수 있는 곳으로 주로 준비실에 두는 튼튼한 테이블을 말한다. 작업대에는 뗌 설비, 목 가공 대, 공구 대, 공구 함, 소모품 서랍 등이 있으면 더욱 편리하다.

⑤ 벽 실험대

벽 실험대는 창가의 창틀 대 밑에 설치하는 것으로 전기설비, 싱크, 수납함 등을 둘 수 있는 편리한 실험대이며, 물리실험에서는 긴 실험대를 필요로 할 때 요긴하게 사용할 수 있고, 생물실험에서는 소형 사육·재배 상자를 둘 수 있고, 지구과학실험실에서는 지구본, 암석을 전시하는 공간으로도 활용할 수 있다.

⑥ 싱크 대

싱크는 특별한 경우를 제외하고는 모두 창가 벽 쪽에 설치하는 것이 좋고, 실험실 중앙에는 가급적 설치하지 않는 것이 좋다. 고정식 싱크라 하더라도 완전고정식 보다는 주름호스를 이용하여 다소 이동할 수 있는 조금 낮은 테이블이 좋고, 물에 강한 소재를 사용하여야 한다.

4) 실험기구 장

실험기구 장은 주로 준비실에 두는 실험기구, 약품, 소모품 등을 보관하는 장을 말한다. 실험기구 장의 기능은 실험기구를 안전하게 보관하는 장소임으로 그 크기나 넓이, 두어야할 장소는 어떤 실험기구냐에 따라 다르며, 가급적 좁은 면적에 많은 실험기구를 보관할수록 좋으나 너무 빽빽하게 넣는 것은 좋지 않으며, 식별이 쉽도록 분류하여 수납하는 것이 좋다. 실험기구 장 설계 및 활용에 유의하여야할 점을 열거하면 다음과 같다.

① 실험기구장의 위치는 고정하는 것이 좋으나 분야별로 그 위치를 잘 고려하여       정해야한다.

② 실험기구는 녹이 쓸거나 약품에 훼손되지 않도록 통풍이 잘되고, 습기가 없어       야 한다.

③ 무거운 것은 밑으로 가벼운 것은 위로 넣되, 너무 높은 단에는 자주 사용되지        않는 기구를 넣도록 하여야 한다.

④ 약품을 보관하는 장은 햇빛, 습기, 전기, 열원에서 멀리 떨어져야하고 냄새가        풍기지 않도록 하여야하며, 학생들의 손길이 닫지 않는 곳이 좋다.

⑤ 실험기구 장은 가정에 쓰는 붙박이장과 같은 모양의 장을 설치하거나 책꽂이       와 같은 모양으로 만들면 많은 실험기구를 보관할 수 있을 것이다.

⑥ 실험기구 장은 개방형과 폐쇄형으로 나눌 수 있으며, 폐쇄형에는 투명형과 불       투명형으로 나뉘어진다.

5) 전기설비

전기설비는 전원공급장치, 실험대 등에 설치하는 콘센트, 특수광원장치 등을 말한다. 때로는 전기설비로 인하여 실험대를 고정할 수밖에 없어 실험실의 유연한 이용을 방해하는 경우가 많다. 실험실에 큰 전원공급장치를 설치하여 각 실험대에 배전을 하거나 천장에 장치하여 잡아당기는 형식으로 전기를 공급하는 설비를 하는 학교를 간혹 볼 수 있는데 이렇게 할 필요는 없다. 공업학교가 아니면 교류전원을 쓰는 경우는 드물며, 주로 건전지로 해결할 수 있는 실험들이어서 전원공급 때문에 실험대가 고정되는 것은 좋지 않다. 따라서 교류전원이 필요한 경우를 생각하여 실험대에 전원을 끌어드리는 선을 진공청소기의 전선과 같이 길게 잡아당겨서 옆벽 콘센트에 이어서 사용하고 사용하지 않을 때는 간단하게 감겨 들어가는 장치를 하는 것도 바람직하고, 교류전기가 필요한 실험은 벽 실험대에서 할 수 있게 하는 것도 한 방안이 될 것이다.

6) 폐수처리 설비

과학실험실의 폐수 처리에 어려움을 겪고 있는 경우가 많은데 가급적 환경에 크게 오염이 되는 실험폐수는 당초부터 발생하지 않도록 하는 것이 좋으며,     어쩔 수 없을 경우는 발생 량을 최소화하여 별도로 수집하여 처리하는 것이        좋으며, 특별히 고가의 폐수처리기를 구입할 필요는 없다. 교육청 단위로 공동으로 수집하여 처리하는 방안도 고려할 만 하다.

7) 냉·난방 및 환풍 설비

실험실의 냉·난방 설비는 반드시 있어야할 설비이다. 여름에 더워 땀이 나거나, 겨울에 추워 손이 곱다면 실험학습을 할 수 없다. 대부분의 학교가 중앙난방 시설이 되어있지 않음으로 냉·난방은 설비로 해결해야 한다. 지역과 학교의 위치에 따라 냉방 혹은 난방 설비 만해도 되는 학교가 있겠지만 대부분 두 설비를 함께 갖추어야 한다. 냉·난방설비는 소음이 심한 기계임으로 실험실내에 에어컨이나, 온풍기를 두는 방법은 좋지 못하고, 소음이 있는 부분은 실험실밖에 설치하고 실험실 천장에 닥터를 설치하여 냉·난방을 하는 방법이 좋다.

실험실의 환풍기도 소음이 적은 것으로 3∼4개 정도 설치하면 충분할 것으로 사료된다.

7. 과학실험실 현대화 사업의 전개

가. 2003년도 사업 추진 방침

정부는 교육인적자원부 조이 81320-1(2003.01.02)에 의거「초·중등 과학교육활성화 세부시행계획 및 2003년도 사업추진방향」을 작성하여 2003.03.07. 전라북도 교육정보과학원에서 시·도교육청 과학교육담당장학관 및 담당장학사 회의를 열어 이를 시달하였는데 2003년부터 5개년간 투자계획과 2003년도 예산배부내역은 < 표 2 >, < 표 3 >과 같다.

5개년간 5개 사업에 총 2,692억원을 투자할 계획인데 이중에서 실험실 현대화 사업에 2,200억원(81.7%), 과학교실 운영에 250억원(9.3%), 과학 선도학교 운영에 144억원(5.3%), 과학 동아리 활동 지원에 50억원(1.9%), 협동프로그램 운영에 48억원(1.8%)을 투자할 계획이다.

2003년도 사업비 배분은 서울특별시가 전체의 11%인 46억9천6백만원으로 가장 많고, 제주도가 2%로 가장 적은 8억6천8백만원이 배정되어 평균 한 시·도 교육청 당 26억7천5백만원이 배정된 셈인데 예산은 특별교부금과 지방비를 1대1로 투자하도록 계획되어있다.

< 표 2 > 5개년간 투자계획 안

사업명	산출내역	연차별 투자계획 (단위 억)
실험실 현대화	전면보수 3,000개 (4,000만원) 부분보수 5,000개 (2,000만원)	구 분	'03	'04	'05	'06	'07	계
		수 량	1,200	1,600	1,600	1,800	1,800	8,000
		전면보수	400	600	600	700	700	3,000
		부분보수	800	1,000	1,000	1,100	1,100	5,000
		사업비	320	440	440	500	500	2,200
선도학교운영	5년간 총 3억원 지원	수 량	48	48	48	48	48	.
		사업비	48	24	24	24	24	144
과학 교실	500여개 지정 천만원씩 지원	수 량	500	500	500	500	500
		사업비	50	50	50	50	50	250
과학 동아리	전체학교 5% 교당 2백만원	수 량	500	500	500	500	500
		사업비	10	10	10	10	10	50
협동 과제	4개교육청 지정 4억원씩 3년지원	수 량	.	4	4	4	4
		사업비	.	16	16	16	16	48
5개 사업		특별교부금	214	278	278	308	292	1,370
		지방비	214	262	262	292	292	1,322
		계	428	540	600	600	584	2,692

< 표 3 > 2003년도 사업별 예산 배부 내역

	실험실 현대화	선도학교		과학교실		과학 동아리		계
	예산(교부1:지방1)	운영 수	예 산	운영 수	예 산	운영 수	예 산
서 울	37.0	5	5	38	3.8	58	1.16	46.96
부 산	17.6	3	3	20	2.0	27	0.54	23.14
대 구	11.8	3	3	13	1.3	18	0.36	16.46
인 천	11.8	3	3	13	1.3	18	0.36	16.46
광 주	7.6	2	2	7	0.7	13	0.26	10.56
대 전	7.6	2	2	7	0.7	13	0.26	10.56
울 산	5.6	2	2	7	0.7	9	0.18	8.48
경 기	51.2	5	5	70	7.0	80	1.6	64.80
강 원	19.8	3	3	42	4.2	31	0.62	27.62
충 북	14.0	3	3	29	2.9	22	0.44	20.34
충 남	22.6	3	3	40	4.0	35	0.70	30.30
전 북	23.4	3	3	38	3.8	36	0.72	30.92
전 남	26.8	3	3	56	5.6	42	0.84	36.24
경 북	30.4	3	3	59	5.9	47	0.94	40.24
경 남	27.2	3	3	52	5.2	42	0.84	36.24
제 주	5.6	2	2	9	0.9	9	0.18	8.68
계	320	48	48	500	50	500	10	428

나. 2003년도 사업규모

2003년도 시·도 교육청별, 학교별 과학실험실 현대화 사업규모는 < 표 4 >와 같다.

< 표 4 > 시도별 2003년도 실험실 현대화 사업비

구 분	전체 학교 수	초등학교		중학교		고등학교		기타	계	율	예 산(억)
		전면	부분	전면	부분	전면	부분				국고	지방	합계
서 울	1,181	7	75	7	53	4	12	11	169	14.3	18.5	18.5		37.0
부 산	564	14	30	6	18	.	.	.	68	12.0	8.8	8.8		17.6
대 구	372	4	30	3	15	.	.	.	52	14.0	5.9	5.9		11.8
인 천	376	12	16	4	8	2	2	1	45	12.0	5.9	5.9		11.8
광 주	245	1	15	1	10	.	9	.	36	14.7	3.8	3.8		7.6
대 전	239	.	16	.	12	.	10	.	38	15.9	3.8	3.8		7.6
울 산	171	8	.	5	.	3	.	.	16	9.4	2.8	2.8		5.6
경 기	1,635	31	35	20	15	23	10	3	137	8.4	25.6	25.6		51.2
강 원	636	.	62	.	27	.	10	.	99	15.6	9.9	9.9		19.8
충 북	435	12	22	15	13	23	.	.	85	19.5	7.0	7.0		14.0
충 남	723	.	34	.	22	.	17	.	73	10.1	11.3	11.3		22.6
전 북	745	20	26	2	18	1	9	5	81	10.9	11.7	11.7		23.4
전 남	858	12	18	8	15	6	12	.	71	8.3	13.4	13.4		26.8
경 북	966	11	53	12	53			.	129	13.4	15.2	15.2		30.4
경 남	867	20	30	16	20	4	6	.	96	11.1	13.6	13.6		27.2
제 주	175	4	4	4	4	1	2	.	19	10.9	2.8	2.8		5.6
계	10,188	156	466	103	303	67	99	20	1214	11.9	160	160		320.0

총 학교 수 10,188개교 중에서 11.9%인 1,214개교에 평균 2,700만원씩 총 320억 원의 예산이 국고와 지방비에서 반반씩 지원된다. 1,214개교 중에서 초등학교는 622개교(51.2%), 중학교는 406개교(33.5%), 고등학교는 166개교(13.7%) 기타학교가 20개교(1.6%)를 차지하고 있고, 전면 보수하는 학교가 326개교(26.9%), 부분 보수하는 학교가 888개교(73.1%)로 대부분 부분 보수하는 경향이다.

다. 2003년도 사업추진 방향

실험실 현대화 사업은 2003년을 기점으로 향후 5년 간 2,700억 원의 예산으로 추진될 예정이며, 특히 금년도 사업은 그 출발점이며, 향후 4년 간 추진될 사업의 표본이이라는 점에서 매우 중요하다. 따라서 2003년도 사업을 추진하는 1,214개교는 다음과 같은 사항에 유의하여 사업을 전개하여야 할 것이다.

1) 사업을 추진하기 전에 충분한 정보를 수집하여 적절한 계획을 세워야 한다.

실험실을 전면보수 하던, 부분보수 하던 간에 충분한 자료를 수집하여 그 학교의 특성에 맞는 계획을 세워야한다. 모범적인 선도학교가 있다하여 그 학교를 모방하는 것은 옳지 못 하다.

2) 이번 사업은 과학교사 모두가 참여하여 추진되어야한다.

비록 충분한 예산은 아니라 하더라도 해당학교의 과학교사 전원이 참여하여 충분한 협의를 거친 후에 사업을 전개하여야할 것이다. 학교장, 행정실이 사업을 주도하거나 과학주임에게만 맡겨서는 안 된다. 이번 사업을 계기로 과학교사의 실험실 설계와 운영에 관한 역량을 길러야한다. 그러나 교감, 과학교사, 행정실장 으로 구성하는 추진위원회를 설치하는 것도 바람직할 것이다.

3) 사업의 우선 순위를 잘 결정하여 추진하여야 한다.

부분개수를 하는데는 2000만원의 예산이 부족할 것이며, 특히 전면 개수를 하는 경우는 더욱 예산이 부족할 것이다. 따라서 사업의 우선 순위를 결정하는 것은 매우 중요한 일이다. 가령 수년 내에 학교가 책걸상을 전면 교체할 계획이 있다고 하면 실험대와 의자는 그 때에 교체할 계획을 세우는 것도 한 방법이며, 학교가 전면적으로 냉·난방 계획이 있다고 하면 실험실의 냉·난방도 그 때 해결하는 방법도 검토되어야할 것이며, LCD 프로젝트나 전동 스크린 등도 연차적으로 학교 예산에서 집행될 수 있다면 뒤로 미루는 것도 좋은 방법일 것이다.

4) 학교의 특성에 맞는 사업을 전개

과학실험실 현대화 사업은 그 하교의 특성에 맞게 추진되어야한다. 이 세미나 자료 및 여러 가지 정보를 수집하여 필요하고 적절한 부분만 택하여 학교의 특성을 살리는데 최선을 다해야한다. 예를 들어 실험대가 고정식으로 되어있어 과학 수업을 다양하게 할 형편이 어려우면 우선 몇 개의 실험대를 바꾸고, 벽 실험대를 활용하는 방법 등 예산의 낭비를 막고, 학교의 특성을 살릴 수 있는 방안을 찾아야한다.

5) 1개의 실험실은 완벽하게 꾸민다.

고등학교의 경우 물리, 화학, 생물, 지구과학실험실이 있다면 예산을 분산하지 말고 한 실험실에 집중적으로 투자하고 나머지는 점진적으로 개선하는 방법을 택하여야한다. 중학교나 초등학교도 여러 개의 실험실이 있으면 예산이 2,000만원 정도임으로 한 실험실에 집중 투자하여 나름대로 획기적인 개선이 이루어져야한다.

6) 수준별 과학학습활동이 되도록

실험실 현대화는 궁극적으로 과학수업을 수준별로 다양하게 전개할 수 있도록 하는 데에 주력하여야한다. 아무리 현대적인 시설과 설비를 갖추었다하더라도 교사가 하나 하나씩 실험과정을 지시하는 식의 구시대적인 매뉴얼 식 실험을 한다면 아무런 의미가 없다. 어디까지나 과학 강의든, 실험이든 간에 학생들이 자율적이고, 창의적인 활동이 되도록 하여야 하며 학생들의 능력에 맞는 수준별 활동이 되도록 하는데 궁극적이 목적이 있음을 간과해서는 안 된다.

라. 2003년도 사업의 대상

실험실 현대화 사업은 과학학습 활동을 창의적이고, 자기 주도적으로 전개할 수 있는 설비와 교구를 갖춘 쾌적한 과학실험실을 꾸미는데 있다. 따라서 이번 현대화 사업의 대상은 쾌적한 환경을 만드는 실험실의 시설, 과학학습활동을 창의적이고 자기 주도적으로 전개할 수 있는 실험실 설비와 교구를 갖추는 것이 그 대상이다. 그러나 이중에서 과학교구는 이번 실험실 현대화를 위한 특별 자금이 아닌 일반회계인 학교운영비의 3%를 과학 실험실습비로 전용할 수 있기 때문에 이를 이용하여야하고 이번 특별 예산은 시설과 설비에 주로 투자하여야하는데 그 내용은 다음과 같다.

1) 실험실의 시설

실험실의 시설은 전술한바와 같이 신축건물이 아니면 그 건물의 상태에 따라 개수하여야할 부분이 다르다. 일반적으로 점검하여야 할 부분은 다음과 같다.

① 창문과 출입문의 상태는 좋은가?

② 바닥은 고르게 되어있는가?

③ 전체의 보온 시설은 어떤가?

④ 천장과 벽의 상태는 어떠한가?

⑤ 전기, 수도시설은 어떤가?

실험실 시설 중에서 보온시설, 창문 교체, 바닥마감과 같은 건축부분은 전술한바와 같이 가능하면 별도의 예산으로 보수하는 것이 가장 좋으나 최소한 아래 사항은 우선적으로 처리되어야한다.

< 표 6 > 우선되어야하는 시설

사업 순위	사업명	내 용	예상 금액(원)
1	간단한 바닥 보수	바닥이 울퉁불퉁할 경우 평면처리	2,000,000
2	전기시설 개수	양쪽 벽면에 매립배선	1,000,000
3	수도시설 개수	한쪽 벽면에 매립배관	1,000,000
4	천장 닥터 공사	천장에 냉·난방 및 배관용 닥터	2,000,000

실험실 시설 보수의 예산은 그 상황에 따라 매우 차이가 큼으로 실정에 맞는 설계를 하여야하며 준비실의 경우는 이에 준하여 계획하여야한다.

2) 실험실의 설비

실험실 설비에는 ① 강의에 필요한 일반 설비 ② 실험에 직접 소요되는 설비 ③ 실험을 보조하는 설비 ④ 정보화 설비 ⑤ 준비실 설비 등으로 구분된다.

가) 강의에 필요한 일반 설비

강의에 필요한 일반 설비로는 칠판, 교단, 스크린 등이 있다. 과학실의 칠판은 가급적 넓어야하고, 한쪽 부분은 그래프 선이 있으면 좋다. 요즘은 분필을 사용하지 않고 매직잉크를 사용하는 화이트보드와는 구별되는 칠판이 시판되어 인기를 끌고 있다. 특히 과학실험실의 칠판은 교사용 시범실험, 시연실험을 할 때 칠판을 의지할 경우가 많음으로 칠판 테두리가 튼튼하여야 한다. 과학실험실의 교탁은 없는 곳이 많으나 학생이 발표할 때를 감안하여 설치하는 것이 좋고 영상 스크린은 리모컨 전동 스크린이 가장 좋으나 수동식도 나쁘지는 않다. 이밖에 게시판 전시대  등은 필요에 따라 추가하면 된다.

나) 실험에 직접 소요되는 설비

실험에 직접 소요되는 설비로는 교사용 실험대, 학생용 실험대, 보조실험대, 특수실험대, 홈 후드, 의자를 들 수 있으며, 이 설비에 관한 설명은 앞 절에서 상세하게 논의한바 있다. 실험실 현대화 사업에서 가장 중요하고 우선되어야할 부분이 실험대와 같은 실험에 직접 소요되는 설비다. 실험대가 가장 우선된다하여 현재 사용하고있는 튼튼한 실험대를 교체할 필요는 없다. 그러나 일부 현재 사용하고 있는 실험대와 조화를 이루어 다양하게 배치할 수 있는 방안을 찾아보는 일이 필요하다.

다) 실험을 보조하는 설비

실험을 보조하는 설비에는 시약 장, 기구 장, 싱크대, 건조기, 세척기, 전시대, 폐수집적 조 등이 있다. 이런 설비는 대부분 벽 주변이나 준비실에 두는 경우가 많으며, 공간활용을 위해 설치하는 위치를 잘 고려해야 한다.

라) 정보화 설비

과학실험실에 비치하여야할 정보화 설비는 인터넷이 가능한 컴퓨터, 프린트, 스캐너와 LCD프로젝터, 실물화상기 등이 있다. 컴퓨터와 LCD프로젝터는 이미 많은 실험실에서 구비하고있는 설비로서 컴퓨터를 활용한 인터넷 자료나, 실물화상기의 화면을 보는데 필수적인 것이다. 특히 LCD프로젝터나 실물화상기는 조달청 3자 단가 계약 품목으로 가격이 공시되어 가격협상이 필요 없는 물품이어서 구입하는 데에는 어려움이 없다.

마) 준비실 설비

준비실 설비에는 과학실험실에 필요한 기구를 보관하는 역할과, 간단한 기구의 제작 및 수리를 위한 설비와 교사용 설비가 대부분인데 이것은 각 학교마다 형편에 따라 구비해야할 설비다.

이밖에 냉·난방 설비, 환기장치, 폐수처리 등의 설비가 있는데 이상의 설비를 요약하여 그 가격을 제시하면 < 표 6 >, < 표 7 >과 같다. 이 가격은 사양에 따라 차가 많으며 학교실정에 맞게 설계한 후 이 가격을 참고로 제작회사와 협의하여 결정하되 너무 가격이 싸면 질에 문제가 있고, 실험설비회사가 아닌 가구회사의 제품은 구입을 삼가는 것이 좋을 것이다.

< 표 7 >의 LCD프로젝트의 가격은 그 밝기에 따라 5개로 분류하여 조달청과 3자 단가계약을 맺은 것임으로 가격은 정확한 것이다.

< 표 6 > 실험실 설비 가격정보

영역	순위	품 명	사 양	예상단가	비 고
실 험 에 직 접 사 용	1	학생용 실험대	2인용 서랍 없고, 철제다리	250,000
	2	교사용 실험대	컴퓨터, 싱크, 수납공간, 행거 가능	800,000
	3	벽 실험대	싱크, 콘센트, 서랍장	600,000
	4	컴퓨터 대	3대 설치용 삼각 실험대	300,000
	5	토론 대	6인용 원탁형	200,000
	6	의자	학생용 등받이, 에어블로우 S형	40,000
	7	홈 후드	벽 실험대에 고정 소형	300,000
실 험 보 조	1	기구장	붙박이식 기구장 대형	500,000
	2	싱크대	싱크가 하나있는 독립형	300,000
	3	시약장	유리문이 있는 배기식 중간장	500,000
	4	세척기	400W급 중형	1,000,000
	5	건조기	유리기구 건조 중형	500,000
정보화설비	1	LCD프로젝터	3500 Ansi	2,700,000	조달물품
	2	전동스크린	240×180 천장매립 전동	760,000	조달물품
	3	컴퓨터	펜튬 4, 4GHz, 60GB HDD 급	1,500,000
	4	프린터	레이져 흑백	500,000
	5	스캐너		200,000
	6	실물화상기	41만 화소, USB 단자	1,200,000	조달물품
준 비 실 및 기 타	1	진열대	1800×900 서랍 없음, 다리 철제	100,000
	2	교사용 책상	1600×1200 ㄱ 자형	200,000
	3	축열식 난방기	4KW급	600,000
	4	에어컨	10평형	2,000,000

< 표 7 > LCD 조달청 3자 단가 계약물품

분 류	회사이름	가 격	제조회사	비 고
1 분류 1500ANSI이상	신도리코(100)	1,793,000	HITACHI
	니츠(60)	2,150,000	SONY
	알엔 비젼(40)	2,300,000	NEC(VT660)
	동원(60)	2,220,000	FUJITSU
2 분류 2000ANSI 이상	알엔비죤(60)	1,980,000	NEC(VT660-K)
	신도리코(50)	2,046,000	HITACHI
	엡슨(40)	2,085,000	EPSON
	니츠(30)	2,225,000	SONY
	동원(60)	2,370,000	FUJITSU
3 분류 2500ANSI 이상	엡슨(80)	2,447,500	EPSON
	신도리코(60)	2,046,000	HITACHI
	암전정밀광학(60)	2,620,000	FUJITSU
4 분류 3000ANSI 이상	신도리코(240)	2,640,000	HITACHI
	알엔비죤(200)	2,640,000	NEC(MT-1056)
	암전정밀광학	2,720,000	FUJITSU
	동원	2,790,000	SONY
5 분류 3500ANSI 이상	신도리코(450)	2,747,800	HITACHI
	엡슨(375)	2,748,900	EPSON
	동원(270)	2,850,000	SONY
	알엔비죤(225)	2,860,000	FUJITSU (RF-3600G)