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┏ 알리는 글 ┓
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[동아일보]
중고교 자연계 과목 시험도 통합논술형으로 바뀐다
중간, 기말고사에 서술형 평가를 도입한 서울 부산 등의 중고교는 자연계 과목 시험에도 단답형 위주의 문제 대신 심층적인 원리를 묻는 문제를 많이 출제하고 있다. 자연계열 학생은 대부분 자신의 생각을 논리적인 글로 설명하는 데 익숙하지 않다. 따라서 이 같은 서술형 평가 문제는 자연계열 학생들의 논술 능력을 향상시키는 데 큰 도움이 된다는 분석이다.
○ 강남지역 고교 중간고사, 과학원리 이해도-서술 능력 평가
얼마전 중간고사를 치른 서울 강남 지역의 몇몇 고교는 과학 과목 서술형 평가에 과학 원리의 이해도와 서술 능력을 평가하는 문제를 출제했다. 구체적으로 자기장이 만들어지는 원리(물리Ⅰ), 체세포 분열의 목적(생물Ⅰ), 액체의 끓는 점과 기압과의 관계(화학Ⅱ), 하와이의 생성과정(지구과학Ⅰ) 등을 설명하라는 문제가 나왔다. 이 같은 문제에서 좋은 점수를 받기 위해서는 해당 과학 원리를 충분히 이해하는 것은 물론이고 다른 사람이 잘 이해할 수 있도록 논리적으로 서술해야 한다.
실제로 자연계열의 통합교과형 논술 문제는 자연 현상을 다른 사람에게 설명하는 형식이 많으며, 답안에 수식이나 그래프를 요구하는 경우도 적지 않다.
하지만 고교에서 중간, 기말고사 때 출제하는 자연계열의 서술형 문제는 주요 대학이 제시한 통합교과형 논술 유형과의 연관성이 인문계에 비해 낮아 보인다. 이는 고교 교육과정의 한계 때문인 것으로 분석된다. 교육 과정상 자연 과학은 물리 화학 생물 지구과학으로 구분되지만 실제 자연현상은 종합적이고 복합적인 현상으로 나타난다.
○ 대학 논술은 고교 2, 3학년 심화과정 연결하는 문제 나와
자연계 통합교과형 논술은 여러 과학 과목에서 배우는 개별 원리를 유기적으로 연관지어 이러한 자연현상을 이해하는 능력을 측정하고자 하는 것이다.
하지만 과목별로 수업을 진행하는 현실에 비추어 볼 때 학교시험에 다른 과목의 내용을 통합한 문제를 출제하는 데는 한계가 있을 수밖에 없다.
각 대학의 자연계 논술 예시 문제는 고교 2, 3학년 때 학습하는 심화과정의 내용을 유기적으로 연결해야만 해결할 수 있다. 그런데 현행 고교 교육과정은 학생들이 개별 과목을 공부하고 또 평가받도록 돼 있다. 엄밀한 의미의 자연계 통합교과 교육이 학교에서 이뤄지기 어려운 것이다. 이 같은 교육과정상의 한계를 극복하려는 노력이 다름아닌 서술형 평가 문제라고 볼 수 있다. 학교 시험의 서술형 평가 문제와 ‘이지논술’ 등이 제공하는 예시문항을 잘 활용하면 자연계 학생들도 통합교과형 논술에서 좋은 결과를 얻을 수 있을 것이다.
서울대 자연계 논술고사 예시 문항
<제시문> 지구는 태양계의 다른 행성들과 함께 약 46억 년 전 먼지와 가스의 집합체인 태양계 성운에서 탄생하였다. 태양계 성운은 중력에 의해 수축하면서 회전력에 의해 납작한 원반 모양으로 바뀌었고 상대적으로 밀도가 높은 원반면에서는 먼지가 모여 점차 커다란 암석 덩어리로, 이들은 다시 미행성(微行星)으로 성장하였으며, 미행성들은 반복된 충돌에 의해 행성으로 성장하였다. 초기의 원시 지구는 충돌에 의한 열과 방사성 동위원소의 붕괴에 의한 열에 의해 높은 온도로 가열되어 거의 전체가 녹아 있는 상태였으며, 철질 마그마와 석질 마그마가 분리되면서 핵과 맨틀이 형성되었다. 식어가는 지구의 표면에서는 원시 지각이 만들어지고 끊임없는 화산활동에 의해 방출된 가스에 의해 이산화탄소와 질소가 풍부한 두터운 대기층이 형성되었다. 대기 중에 포함되어 있던 수증기는 지구 대기의 온도가 내려감에 따라 비가 되어 표면에 내려 최초의 바다를 형성하였다.
바다의 생성은 지구 표면의 진화에 대단히 중요한 전환점이 되었다. 표면의 2/3가 바다이며, 산소가 풍부한 대기가 존재하고, 수많은 생명체들이 살고 있는 현재의 지구는 태양으로부터의 거리, 지구의 크기와 화학조성, 바다 및 대기의 존재와 조성, 수많은 소행성과 혜성의 충돌 등 매우 다양한 요인들의 상호 작용의 결과이다. 지구가 탄생할 당시에 그리고 그 이후 지금까지 이들 조건들이 조금만 달랐다면 전혀 다른 모습의 지구가 탄생하고 전혀 다른 지구로 진화했을 것이다.
지금과 같은 지구의 모습을 결정한 이들 조건은 서로 밀접한 관련이 있다. 예를 들어 지구가 현재보다 태양에서 매우 멀리 떨어져 목성이나 그보다 먼 곳에서 생성되었다면, 얼음까지 끌어들여 지금보다 훨씬 거대한 행성으로 성장하였을 가능성이 매우 높다. 이 경우 아마도 주로 수소와 헬륨 등 가스 성분이 풍부한 목성형 행성으로 진화했을 것이다. 태양으로부터의 거리, 지구의 크기와 화학 조성, 대기의 조성, 바다 등은 지구의 표면의 온도를 결정하게 되는데, 만약 표면의 온도가 액체 상태의 물이 존재하기에 너무 높거나 낮았다면 바다가 생성되지 않았을 것이며, 이 경우 지금과는 표면의 모습이 전혀 다른 지구로 진화했을 것이다.
아래 ㉮, ㉯와 같이 조건이 달라지는 경우, 지구는 어떠한 모습을 하고 있을지 지질, 대기, 환경 및 생명체의 탄생과 진화의 관점에서 논하시오.
㉮ 지구가 반경이 약 3400km 정도에서 성장이 멈춰버린 경우 (단 지구의 평균 화학조성, 태양으로부터의 거리는 지금과 같다고 가정하자.)
㉯ 지구가 지금의 태양-지구 거리의 약 70% 거리에서 태양 주위를 돌고 있는 경우 (단 지구의 평균 화학조성, 크기는 지금과 같다고 가정하자.)
고교서 출제된 문제를 기초로 만들어 본 답안
서울대가 지난해 발표한 1차 논술 예시 문항 4번 ㉮는 지구가 반경이 약 3400km 정도에서 성장이 멈춰버린 경우 지구가 어떤 모습을 하고 있을지 추정하라는 문제다. 각 학교에서 출제된 서술형 평가 문제를 기초로 답안을 구성해 본다.
<답안> 체세포 분열은 표면적과 체적과의 관계와 연관이 있다. 체적이 작아질수록 체적에 대한 상대적인 물질교환의 양이 증가하므로 세포가 너무 생장하면 분열하여 적정한 물질교환의 통로를 확보하게 된다. 이 원리를 적용하면, 지구가 현재 크기의 절반 정도라면 체적에 대한 표면적의 비가 현재보다 증가하게 된다. 이 경우 지구 내부의 방사성동위원소의 붕괴에 의한 열에너지가 표면적을 통해 더 빨리 우주공간으로 발산되어 지구는 현재보다 더 많이 식어버린다. 판구조론에서 판이 이동하는 원동력은 지구 내부의 열에 의한 맨틀의 대류인데, 지구가 식어버리므로 더 이상 맨틀이 대류하지 않아 지구 표면의 지각변동이 정지될 것이다. 하와이는 열점이라는 지구 내부의 마그마의 근원에서 마그마가 분출하여 생성된 섬으로 하와이 자체는 해양지각위에 얹혀 맨틀 대류에 의해 이동하고 있다. 하지만 맨틀대류가 정지되면 하와이는 한 지점에 고정되어 열점의 마그마가 계속 분출될 것이므로 거대한 규모의 화산섬을 형성하게 된다.
또한 지구의 내부가 식으면 지구 자기장을 생성시키는 액체 금속 상태의 외핵이 식어 고체로 바뀌게 되고 더 이상 지구의 자기장을 유지하지 못하게 된다. 지구의 자기장은 태양에서 날아오는 고에너지 하전입자를 포획하여 지구로의 접근을 막아주고 있는데, 지구 자기장이 사라지면 이 입자들이 대기권내로 진입하여 대기를 구성하는 입자와 충돌하게 된다. 이러한 충돌은 운동량보존법칙을 통해 해석이 가능하며, 그 결과 지구의 대기는 바람에 모래가 날리듯 우주공간으로 서서히 날려 나가게 된다. 대기가 희박해지면 기압이 낮아지고 낮은 기압하에서 물의 끓는점은 낮아져 바닷물이 쉽게 끓어오르게 된다. 그 결과 지구의 대기와 바다는 사라져 생물의 생존이 불가능하게 된다. 즉, 거대한 화산과 사막, 희박한 대기를 가진 생명체가 없는 행성으로 변하게 된다.
조현 최강학원 과학탐구 대표강사
