알파 세대를 위한 공학 하는 교실

새뮤얼 코드 스티어 지음 | 윤소영 옮김

열린책들 2025년 01월 15일 출간 국내도서 : 2024년 12월 30일 출간

작품소개

책소개

세계 각국의 교육 단체와 최정상 이공계 대학교에서 찾는 교육 컨설팅 전문가 새뮤얼 코드 스티어가 미래의 주류 교육이 될 새로운 이공계 수업 가이드를 한 권의 책으로 완성했다. 그는 현재 시행되고 개발하는 수많은 교육과 교수법 중에서도 〈자연에서 영감을 받은 공학〉이 단연 필수적이라고 말한다. 이 교육법은 자연 속에 숨은 물리 법칙을 이해하고 이를 아이디어로 삼아 주변 세계를 혁신할 수 있는 능력을 길러 줌으로써, 급변하는 미래를 이끌어 갈 인재를 양성해 준다. 스티어는 이론 외에도 학생들의 반응이 좋았던 실기 활동 또한 수록해서, 이 책 한 권만으로도 모든 부분에서 부족함 없는 수업을 할 수 있도록 했다. 초·중·고교 교사는 물론, 미래 교육에 관심 있는 이라면 반드시 탐독해야 할 교육법이다.

목차

머리말: 상어 밥이 되지 않는 슬기로운 방법

1장 왜 자연에서 영감을 얻는가?
2장 시작
3장 모양과 힘: 교정의 나무에서 구조 공학 배우기
4장 뼈에서 얻는 깨달음
5장 유체가 주는 즐거움
6장 공학으로 배우는 지속 가능성
7장 군집의 선택: 자연에서 영감을 받은 컴퓨터 과학
8장 학생들, 발명하다!

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책 속으로

첫 문장
투박하게 표현하면, 상어는 가끔 서핑하는 사람을 먹는다.

애플, 페이스북, 구글, 뉴욕 증권 거래소, 미국 항공 우주국 같은 유수의 기업과 기관들이 자연에서 영감을 받은 공학을 활용하고 있다. 이에 따라 여러 대학이 이런 추세를 따르는 것은 물론 이런 흐름을 형성하는 데 한몫 거들고 있다. 지난 몇십 년 동안, 수많은 명문 고등 교육 기관이 자연에서 영감을 받은 접근법에 따라 공학, 건축학, 디자인 전공 대학생과 대학원생 들을 교육하기 시작했다. 예를 들면 하버드 대학교의 비스 생물학 영감 공학 연구소, 조지아 공과 대학교의 생물학 영감 설계 연구소, 임페리얼 칼리지 런던의 생물학 영감 공학 센터 같은 곳이다. 현재 미국 모든 주에는 자연에서 영감을 받은 혁신 기술을 교육이나 연구 과정에 포함한 대학이 한 곳 이상 있다. 오늘날 미국 전역, 그리고 전 세계의 국공립 대학교와 사립 대학교에서 대학생과 미래의 전문가 들이 자연에서 영감을 얻는 공학 교육을 받고 있다. - 23면

자연에서 영감을 받은 공학은 또 다른 방법으로 학생들을 변화시킨다. 우리 주위의 생물계와 유대를 강화하는 것이다. 오늘날 많은 청소년이 이런 유대 관계를 형성하지 못한다. 최근 연구에 따르면, 요즘 청소년보다는 감옥에 갇힌 사람들이 밖에서 보내는 시간이 더 많다. 농담이 아니다. 자연을 빼앗긴 존재로 살면서 우리 아이들이 어떻게 살아 있다는 것의 의미를 제대로 체감할 수 있겠는가? 이런 접점이 없으면 청소년들은 생명 현상을 충분히 체험할 수 없을 뿐만 아니라, 사는 동안 선택권을 심각하게 제한받는다. 어떤 상품을 살지 말지, 어떤 정치 지도자를 뽑을지, 살면서 어떤 활동을 할지 같은 것들이다. - 28면

우리는 모든 학생이 수학자가 되어야 한다고 생각해서 학생들에게 수학을 가르치는 것도, 모든 학생이 예술가가 되어야 한다고 생각해서 예술을 가르치는 것도 아니다. 우리가 청소년에게 이런 교과를 가르치는 것은 학생들이 어떤 진로를 택하든 상관없이 그것이 소중하다고 생각하기 때문이다. 문제를 정의하고, 이에 대한 해법을 마련하고, 그 해법을 시험하는 것은 엔지니어의 일에서만 중요한 의미를 갖는 것은 아니다. 이는 모든 사람에게 중요한 능력이다. 그리고 이런 능력을 얻는 과정은 온갖 주제를 탐구하고 학습하는 소중한 교육 기회이다. - 34면

나는 초등학생 같은 저연령 학생들과 이야기를 나눌 때는 지속 가능성과 환경 문제를 멀찍이 밀어 둔다. 어린아이들은 자연에 대해 걱정하기 전에 자연과 사랑에 빠져야 한다. 그 대신 나는 주로 자연의 멋진 특성에서 영감을 받은 공학의 사례를 선택한다. 도마뱀붙이에서 영감을 받은 접착제 같은 것들이다. 그리고 지속 가능성이라는 주제는 학생들이 먼저 이야기를 꺼내는 경우에만 언급한다. 하지만, 고연령 학생들은 공학과 더 건강하고 지속 가능한 세계를 만드는 일의 연관성을 반드시 탐구해야 한다. 다행히, 자연에서 영감을 받은 공학은 저연령과 고연령 학생 모두를 위한 훌륭한 접근법이다. - 72~73면

똑같이 중요한 또 다른 이유는, 자연에서 영감을 받은 공학에는 학생뿐만 아니라 교사까지 사로잡는 매력이 있다는 것이다. 내가 만나 본 많은 선생님은 전형적인 〈학습자〉, 즉 흥미롭고 새로운 것을 배우는 데서 삶의 보람을 찾는 사람들이었다. 자연에서 영감을 받은 혁신을 거의 15년 동안 연구하고 있지만, 나는 지금도 끊임없이 매혹적인 것들을 새로 배우고 있다. 자연과 과학 기술의 창조적 결합보다 큰 게 뭐가 있으랴? 공학에 대한 접근법은 절대 여러분을 지치게 하지도, 구식이 되지도 않을 것이다. 그것은 여러분을 계속 의욕과 열정으로 충만하게 할 것이다. 여러분의 삶의 질은 물론, 여러분 학생의 성공에도 지극히 중요한 부분이다. - 368~369면

출판사 서평

세계는 〈자연에서 영감을 받은 공학〉을 가르친다
〈21세기의 가장 큰 혁신은 생물학과 기술이 교차하는 곳에서 이루어질 것이다.〉 스티브 잡스가 남긴 이 말처럼, 생체 모방, 자연 모사 등 다양한 이름으로 불리는 〈자연에서 영감을 받은 공학〉은 현재 전문적인 실무 영역의 최전선에서 상당수의 기술 발전은 물론 현대 세계를 정의하는 수많은 기술을 책임지고 있다. 그 이름에서 알 수 있듯이 자연 속에서 발견할 수 있는 여러 능력을 기반으로 하여 기술을 발전, 개선하는 이 특별한 공학은 건축(부르즈 할리파)부터 디자인(탄환 열차), 자원 생산(태양 발전)과 효율화(I자 빔) 등 특정 분야에 국한되지 않고 모든 산업계에 적용되어 기술을 발전시키고 있다. 그리고 최근 들어 교육계에서도 이 공학을 적극적으로 받아들여 이공계 학생을 위한 수업에 적용하는 방안이 마련되고 있다. 이 뛰어난 공학이 이공계 인재 육성 교육에서도 활용되는 이유는 단순히 미래를 선도하는 점 때문만은 아니다. 미국 정부가 새로 채택한 차세대 인재를 위한 과학 교육 기준(NGSS)에서 요구하는, 미래의 인재가 가져야 할 기대 역량을 달성하는 데 매우 탁월하기 때문이다.

STEM 교육자를 위한 상세한 가이드북
이 책은 초등학생에게는 촉감만으로 물체 파악하기, 자연물을 본떠 만들기 등 간단한 활동을 통해 자연을 탐구의 대상으로 인식하게 한다. 그리고 이를 바탕으로 명확한 성공 기준, 재료, 시간, 비용 등의 제약 조건을 둔 설계 문제를 간단히 정의하며 해결 가능한 해법을 산출하거나 비교할 수 있게 한다. 종이 글라이더 날리기와 같은 흥미를 끄는 활동을 활용하기 때문에 학생들에게 학습 동기를 강하게 가지게 하므로 창조적인 공학 사고 단계의 기초를 만들어 주는 데 매우 효과적이다.
중학생에게는 본격적으로 자연을 통해서 과학 원리를 이해하게 한다. 그리고 자연과 사람 사이의 관계성을 생각해 볼 수 있게 해서 보다 문제를 깊이 있게 다룬다. 일련의 활동을 통해서 학생들은 다양한 문제의 해법을 도출하고 이를 비교해 공통점과 차이점을 나누며, 성공 기준에 더 잘 맞는 최상의 특징을 찾는 법을 배운다. 그리고 모형을 개발하거나 실험을 하는 등 자신이 만든 설계를 직접 검증하는 과정을 거치면서 현실적인 해결책을 위한 비판적 시선을 가질 수 있게 된다.
고등학생에게는 기후 위기나 플라스틱 문제 등 해결하기 어려운 현실 속의 문제를 알아보는 등 쉽게 해답을 찾을 수 없는 문제를 탐구한다. 학생들은 비용, 안전, 신뢰성, 심미 요소는 물론 사회, 문화 등과 같은 다양한 요소의 관계를 고려하며 거시적인 시선으로 해결책을 찾는 법을 배우게 된다. 고등학생들은 중학생과 마찬가지로 실험 활동을 하지만 자동차 배기가스를 통해 시멘트 원료를 만들어 지구 이산화탄소를 줄이는 실험이나, 직접 키운 균사체로 만든 달걀 포장재로 스티로폼 포장재를 대체할 수 있는지 알아보는 낙하 실험 등 현실 문제를 반영한 교육 활동을 한다. 이를 통해서 학생들은 사회에 영향을 끼치는 해결책을 만들어낼 수 있게 된다.

알파 세대를 위한 미래 교실
한차례 세상을 떠들썩하게 했던 MZ 세대는 이제 교실을 나왔다. 우리가 앞으로 교육해야 할 대상은 그다음인 알파 세대다. 이 세대는 MZ 세대보다 훨씬 더 급변하는 기술 변화 속에서 자랐다. 이들은 1980년대 NASA 과학자가 쓰던 것보다 더 뛰어난 컴퓨터 기기를 가지고 식탁에 앉아 온라인 데이터베이스에 접속해 수천 년에 달하는 인류에 대한 정보를 순식간에 검색하거나 전에 없던 새로운 것을 발명할 것이다. 알파 세대가 만들어 낸 정보나 발명품은 위성을 통해서 지구 반대편에 전달되어 3D 프린터를 통해 대량 생산된 다음 전 세계에 판매돼 공장을 차리지 않아도, 취직하지 않아도 돈을 벌 수 있다. 과학 기술 작가 파간 케네디의 말처럼 〈우리는 장벽이 전에 없이 무너지는 역사적 시점에 와 있다〉.
알파 세대가 가진 잠재력과 가능성은 무궁무진하다. 이들로 인해서 우리는 전에는 보지 못한 새로운 세계, 퀀텀 점프를 하는 사회를 보게 될 것이다. 그렇기에 우리에겐 알파 세대를 위한 새로운 교육이 필요하다. 이들이 교육받을 미래의 교실에는 단순히 컴퓨터 기능 교육이나 등급만을 위한 수학 공부가 아닌, 급변하는 환경 속에서도 자연을 잊지 않고 계속해서 생겨나는 문제를 슬기롭게 해결하며 혁신을 이어갈 수 있는 수업이 있어야 한다. 알파 세대가 무한한 상상력을 가지고 비판적인 시선으로 문제를 파악해 해결할 수 있도록, 우리는 이 모든 것이 가능한 〈자연에서 영감을 받은 공학〉을 통해 그들의 미래 교실을 열어 줘야 한다.

작가정보

저자(글) 새뮤얼 코드 스티어

Samuel Cord Stier
자연의 원리를 통해 공학을 가르치는 교육 연구자이자 기술 혁신 컨설턴트. STEM 커리큘럼과 교사 교육을 제공하는 비영리 단체 〈자연과 함께하는 학습 센터(www.LearningWithNature.org)〉의 설립자이다. 그는 세계 여러 나라의 초·중·고교 교사 교육과 디자인 전문가 워크숍을 이끌고 있으며, 미국 오티스 예술 디자인 대학의 교수로 재직하면서 과학과 지속 가능한 디자인을 가르치고 있다.

번역 윤소영

산동네에서 태어나 나무줄기, 꽃잎, 풀잎, 산, 별을 좋아하는 어린 시절을 보내고, 서울대학교에서 생물교육학을 전공했다. 과학 도서 여러 권을 기획하고 쓰고 옮겼다. 지은 책으로 『생명에게 배운다: 살아있다는 것』, 『여보세요, 생태계 씨! 안녕하신가요?』, 『잠이 안 오니?』들이 있으며, 옮긴 책으로 『시턴 동물 이야기』, 『나무는 두 번 살아요』, 『갈라파고스』, 『판스워스 교수의 생물학 강의』들이 있다. 2005년 〈제6회 대한민국 과학 문화상〉을 수상했다.