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STEM, 미래 창의융합교육의 첫걸음!
아침부터 저녁까지 생활 속 공학을 찾아다니는 STEM 수업
〈전국과학교사모임〉 추천 도서

지금 전 세계 교육계의 화두는 AI이다. 세계 주요국과 기업 들은 AI 주도권을 확보하기 위한 치열한 경쟁을 펼치고 있는가 하면, 개인의 삶의 방식은 생활 곳곳에 AI가 파고들면서 대변환의 시기를 맞이하고 있다. 그 과정 속에서 지금 각광받고 있는 수많은 직업들은 사라질 위기에 처해 있다. 이러한 격변기를 맞아 아이들에게 무엇을 가르쳐야 할지에 대한 부모들의 고민은 깊어지고 있다. 단순히 학교 성적 올리기를 위한 것이 아닌, 미래 사회를 살아가는 데 꼭 필요한 능력을 키워주고 싶은 것이 부모들의 공통된 마음일 것이다.
이에 대한 해답으로 STEM 교육이 떠오르고 있다. STEM이란, 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 수학(Mathematics)을 의미하는 것으로, 미래인재의 핵심 능력이라 할 수 있는 과학기술 기반의 융합적 사고력을 길러주고, 더불어 실생활에 바로 적용할 수 있는 문제해결력을 키워주는 차세대 교육 방식이다. 이번에 출간된 더숲의 〈하루 동안 되어 보기〉 시리즈는 STEM 교육에 입각한 책으로, 단순하게 지식을 전달하는 데 머물지 않고, 하루 동안 과학자 · 기술자 · 공학자 · 수학자의 눈으로 세상을 바라보며 그 속에 담긴 원리를 깨우치게 함으로써 아이들이 스스로 생각하며 창의적 사고력을 갖출 수 있도록 돕는다. 또한 따라 읽고 외우는 공부에서 벗어나 탐구력과 논리력을 기를 수 있다. 그리고 습득한 지식이 많고 적음이 아닌, 얼마나 창의적인 생각을 해낼 수 있느냐에 따라 아이의 인생이 달라지는 미래 시대를 준비하는 최적의 책이다. 우리 아이들이 제2의 빌 게이츠, 일론 머스크, 제프 베이조스로 성장할 수 있도록 사고의 토양을 탄탄하게 해줄 것이다. 〈하루 동안 되어 보기〉 시리즈는 《하루 동안 공학자 되어 보기》《하루 동안 과학자 되어 보기》《하루 동안 기술자 되어 보기》《하루 동안 수학자 되어 보기》총 4권으로 구성되어 있다.

하루 일과를 따라 펼쳐지는 신나는 공학 교실, 지루할 틈이 없다!
“공학은 어디에나 있어요!”

「아침에 일어나 수도꼭지를 틀고 세수를 해요(중력과 밸브의 이해). 평평하게 포장된 길을 걸으며(마찰과 바퀴의 이해) 건널목에 있는 신호등을 만나요(프로그래밍의 개념). 학교로 가는 길에는 다리가 있을지도 몰라요(압축력과 장력의 이해). 튼튼하게 지어진 학교 건물로 들어가요(구조공학의 이해). 학교가 끝나면 체육공원에서 시소를 타요(지렛대와 도르래의 원리). 집에 돌아와 냉장고에 있는 간식을 꺼내 먹어요(냉매의 역할). 엄마를 도와 세정제를 가지고 식탁을 닦아요(산성, 염기성, 중성의 이해). 방으로 들어가 플라스틱 장난감을 가지고 놀아요(분자의 구조). 저녁을 준비하기 위해 냄비나 프라이팬을 사용해요(원자의 운동). 자기 전에 독서용 전등을 키고 책을 읽다가 잠들어요(회로의 원리).」
특별할 것 없는 평범한 일상처럼 보이지만, 이 속에는 엄청난 공학 원리들이 숨어 있다. 이 책은 이러한 공학 원리들을 지식의 형태로 가르치는 것이 아니라, 아이들이 발견하고 스스로 배우고 체험하는 일과를 따라 쉽고 재미있게 설명하고 있다. 이로서 아이들은 공학이 자신과 멀리 떨어져 있는 어려운 이야기가 아니며, 자신의 생활 속에 깊게 활용되고 있는 친근한 것임을 깨닫는다. 더불어 공학 원리를 잘 이해했는지를 확인하는 문제들이 함께 수록되어 있어 스스로 자신이 잘 이해했는지를 체크할 수 있다. 이렇게 얻은 과학적 사고력은 새로운 것에 대한 탐구력을 길러주어 눈앞에 펼쳐진 다양한 물건을 만날 때도 그 속에 담긴 공학의 원리를 유추해보는 자기 주도적 학습을 할 수 있도록 이끈다.

우리는 모두 집콕 공학자!
어머! 공학이 여기 있었네
아하! 원리가 이렇게 되는구나
이얏! 내가 직접 만들어 볼 테야

정규 교육이 정상적으로 이루어지지 않아 학습 공백을 우려하는 부모들에게《하루 동안 되어 보기》시리즈는 고민을 덜어주는 알찬 책이다. 아이들이 꼭 알아야 할 과학과 공학의 원리가 담겨 있을 뿐만 아니라, 집에서 쉽게 할 수 있는 흥미진진한 실험들이 많이 소개되어 있기 때문이다. 머리로만 이해하고 외우는 지식은 금방 잊어버릴 수 있지만, 자신의 손으로 직접 실험해 확인해보는 과정을 겪고 얻은 지식은 절대 잊어버리지 않는다. 또한 여기에 등장하는 실험 기구들은 집에서 쉽게 구할 수 있는 간단한 물건들이기 때문에 안전하고 편리하게 그 원리를 체험할 수 있다.
아이들은 간식거리로 아스팔트 모형 만들기(도로 포장의 과정), 화분과 행주로 냉장고 만들기 (증발의 원리), 우유와 식초로 플라스틱 모형 만들기(플라스틱의 제조 과정), 레몬으로 건전지 만들기(전기와 회로의 원리) 등을 직접 해보면서 앞서 배운 공학의 원리를 머릿속에 깊이 저장한다. 이렇게 스스로 공학자가 되어 자신이 발견한 공학의 원리가 맞는지 틀리는지를 확인하는 과정은 응용력과 모험심을 길러준다. 아이들에게 새로운 형식의 과학책으로 공학의 원리를 실험 과정을 통해 알려준다면, AI 시대를 살아나가야 할 아이들에게 가장 중요한 능력인 창의적 문제해결력을 선물해줄 수 있을 것이다.

임병욱(전국과학교사모임 회장)
“우리 주변에 보이는 사물을 과학의 눈으로 보면 신비로움과 비밀로 가득 차 있습니다. 이 책은 신비로움과 비밀을 해결할 수 있도록 안내합니다. 과학 개념을 쉽게 이해할 수 있으며, 간단한 재료를 이용하여 부모님과 함께 재미있게 실험할 수도 있습니다.
4차 혁명 시대는 과학 기술을 바탕으로 융합적 사고력을 가진 인재를 요구하고 있습니다. STEM으로 구성되어 있는 이 책과 함께 4차 혁명 시대에 한 걸음 다가갈 수 있는 디딤돌을 마련해 보시기 바랍니다.”

STEM이 궁금해요 ......................... 6
따뜻한 물이 나오는 이유 .............. 8
태양열로 물 데우기 ...................... 10
수도꼭지에 숨겨진 비밀 ............... 12
중력과 물의 압력은 어떤 사이? .. 14
길을 평평하게 해요 ...................... 16
나만의 길 만들기 .......................... 18

멈춰, 이제 출발! ........................... 20
신호등 프로그램 만들기 ................ 22
여러 가지 모양의 다리들 .............. 24
나만의 다리 놓기 ........................... 26
튼튼하고 안전한 건물 ................... 28
삼각형 지지대를 이용해요! ........... 30

자전거는 멋져! ............................... 32
페달과 기어와 체인 ........................ 34
지렛대와 도르래의 원리 ................. 36
나만의 짚 와이어 만들기 ............... 38
즐거운 간식 시간! .......................... 40
음식을 시원하게! ........................... 42
청소를 쉽고 깨끗하게 .................... 44
헌 동전을 반짝반짝하게 ................. 46

플라스틱으로 놀기 ......................... 48
플라스틱 공학자 되기 .................... 50
저녁을 준비해요 ............................ 52
열을 전달하는 물질 찾기 ............... 54
편안한 독서 시간 ........................... 56
과일로 만든 건전지 ....................... 58
공학은 어디에나 있어요! ............... 60
퀴즈 시간! ...................................... 61
정답 ................................................ 62

잠자리에서 일어나 씻어야 할 시간이에요. 우리는 수도꼭지를 틀면 당연히 뜨거운 물이 나온다고 생각하지요. 그런데 그 원리는 무엇일까요?

집에는 대부분 물을 데우는 보일러가 있어요. 물은 관을 통해 라디에이터로 보내져 방을 따뜻하게 해 주지요. 뜨거운 물도 여기서 공급되고요. 이런 보일러 가운데 다수는 가스를 연료로 해서 작동해요. 가스가 타면서 보일러 안에 든 물을 데우지요. 가스의 열에너지가 물로 전달되는 거예요. …… 태양열 시스템은 집열기라는 판을 이용하는데 이 판은 보통 지붕에 설치해요. 검은색 표면과 유리판이 태양열을 가두는 데 도움을 주어요. 이 열이 집열기(열을 모으는 기계) 안에 있는 관을 통과하는 물을 데우고요. 데워진 물은 관을 타고 온수 탱크로 들어가요.

- ‘따뜻한 물이 나오는 이유’ 중에서

등굣길에 신호등을 만나면 멈춰야 해요. 이 전자 신호는 보통 프로그램 된 명령에 따라 자동으로 작동한답니다. ……

가장 단순한 신호등 시스템은 타이머를 이용해요. 신호등은 일정 시간 초록불이 켜지도록 프로그램 되어 있고, 그동안 다른 신호등은 빨간불이 켜지지요. 시간이 되면 초록불은 노란불이 되었다가 빨간불로 바뀌어요. 다른 방향의 신호등은 초록불로 바뀌고요. 이 순환이 끝나면 다시 처음부터 반복하게 된답니다. …… 많은 신호등이 레이저, 카메라 또는 다른 센서를 이용해 얼마나 많은 차량이 기다리는지 알아내요. 그 신호등은 어디에 교통량이 많냐에 따라 신호 시간을 조절할 수 있어요. 이러한 ‘스마트’ 신호등 네트워크 덕분에 도시 전체의 교통 흐름이 원활할 수 있답니다.
- ‘멈춰, 이제 출발!’ 중에서

간식을 먹고 나서 식탁을 닦아 본 적이 있을 거예요. 비누와 세정제 스프레이가 있으면 일을 더 쉽게 할 수 있답니다. ……

세정제에 들어 있는 화학 물질은 여러 종류로 나뉘어요. 용매는 어떤 물질을 녹이는 물질이에요. 세제는 기름때와 먼지를 분해해 없애지요. 계면 활성제는 세정제가 잘 퍼지고 잘 스며들도록 해 주고요. 빌더라는 화학 물질은 계면 활성제가 자기 일을 잘하도록 돕는답니다. 물에 녹는 물질에는 pH라는 값이 주어져요. pH의 범위는 0부터 14까지예요. 그냥 물은 pH가 7로 한가운데에 오지요. 7보다 값이 낮은 물질을 산성이라 하고, 높은 물질을 염기성이라고 해요. 강한 산성 물질이나 강한 염기성 물질(매우 높거나 낮은 수)은 피부에 화상을 입힐 수 있답니다.

- ‘청소를 쉽고 깨끗하게!’ 중에서

자기 전에 책을 읽는 시간이 있어요. 이불 속으로 파고들어 독서용 전등의 스위치를 켜면 짠! 즉석 조명이 환하게 빛을 내요.

전등은 전류가 흐를 때 켜져요. 전류는 전선을 통해 흐르고요. 전등은 물질 속 원자들 사이에서 움직이는 전자라는 작은 입자들 수조 개가 운동하면서 켜져요. 열과 마찬가지로 전류도 재료에 따라 흐르는 전기의 양이 달라요. 구리 선은 특히 전류를 잘 흐르게 해요. 스마트폰에서 전기 주전자까지 전기를 사용하는 기기가 아주 많답니다.
- ‘편안한 독서 시간’ 중에서