[학교 깊이보기] 세종과학예술영재학교, 과학자·피아니스트가 함께 가르치는 융합 특강…방학 땐 대학서 연구

중앙일보

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세종과학예술영재학교는 수업 중 실험·연구가 많다. 학생들이 마이크로소프트베이스랩(MBL)이라는 물리 실험 장비를 이용해 자유 낙하 실험을 하고 있다.

교사 90% 석·박사 출신…입학 경쟁률 27대 1 영재학교 1위
대학·연구기관 오가며 2학년부터 자율연구, 논문 의무화
연구 주제 제출하면 수업 신설…2~3주마다 전문가 특강

지금 세계 과학계의 흐름은 융합으로 집약된다. 인공지능·로봇 기술은 4차 산업혁명을 견인하고 IT·나노·바이오·유전공학 등 융·복합 학문이 세계 경제를 이끈다. 수학·과학뿐 아니라 인문·사회·예술 영역까지 두루두루 소양을 갖춘 융합형 인재가 뜬다.

세종과학예술영재학교는 이런 변화에 부응하기 위해 2015년 3월에 개교한 국내 최초의 과학예술영재학교다. 김헌수 교장은 “이공계 영재로서 필요한 실험·연구 능력을 개발하면서 인문·예술적 소양을 함께 기르는 학교”라고 설명했다.

융합형 이공계 영재교육을 표방하는 이 학교에 대한 학부모들의 관심은 뜨겁다. 두 번째 신입생 선발인 2016학년도 입학 전형에서 일반전형의 경쟁률은 27대 1을 기록하며 전국 8개 영재학교 중 가장 높은 경쟁률을 기록했다.

4단계 연구…교내 실험 장비만 10억원 규모

세종과학예술영재학교(이하 세종영재학교)는 다른 영재학교에 비해 출발은 늦었지만 프로그램의 질과 깊이는 탄탄하다. 김헌수 교장은 “기존의 과학고·영재학교들의 장점들을 벤치마킹해 학교를 빠르게 안착시켰다”며 “특히 학년별로 체계적으로 이뤄지는 스팀(STEAM) 교육은 학교의 가장 큰 강점”이라고 소개했다. 스팀 교육은 과학(Science)·기술(Technology)·공학(Engineering)·예술(Art)·수학(Mathematics)의 앞글자 다섯 글자를 딴 교육 방식으로 융합형 이공계 인재를 양성하는 교육과정이다.

세종영재학교의 스팀 교육은 4단계에 걸쳐 학년별로 체계적으로 운영된다. 1단계는 1학년 때 전교생이 참여하는 ‘창의탐구’다. 3~5명이 한 팀을 이뤄 1년 동안 지도 교사에게 코칭을 받으면서 관심 분야를 깊이 있게 탐구하고 소논문을 작성하는 프로젝트 연구다. 이희권 국제협력부장은 “재학 3년 동안 발전시켜 갈 연구의 기초 방향을 잡는 단계”라며 “기초적인 실험·연구방법과 논문작성법 등을 익히고 관심 분야 연구의 뼈대를 잡는 과정”이라고 말했다.

팀 프로젝트 과제를 하고 있는 학생들.

학교는 우수한 교사진과 대학 실험실 수준의 실험 장비로 학생들을 지원한다. 김 교장은 “교장·교감을 제외한 교사 36명 중 34명(94%)이 석·박사 학위 소지자”라며 “교사 채용 과정에서 전공 능력과 과학고·영재학교 등 이공계 영재 교육 경력을 가장 중요하게 평가했다”고 말했다. 각종 실험실은 일반 학교에서 접하기 힘든 고가의 실험 장비들로 채워져 있다. 분광광도계·3D프린터 등 각종 실험 장비 구축에만 이미 10억원가량을 투입했다. 이 부장은 “앞으로 40억원가량을 더 투자해 주사형 전자형미경, 원자간력 현미경, 중금속 농도 측정 장비 등 대당 1억~2억원 상당의 고가 실험 장비가 갖춰진 첨단기기실을 올해 안에 오픈할 예정”이라고 설명했다. ‘폐기되는 동물 혈액을 이용한 중금속 흡착 효과’에 대해 1학년 때 연구한 이진우(2학년)군은 “실험·연구에 필요한 장비가 교내에 대부분 갖춰져 있어 굳이 외부 기관으로 나갈 필요가 없을 정도”라며 “교내에 실험 장비가 없거나 안전 문제 때문에 학생이 직접 하기 힘든 실험은 학교가 외부 연구 기관에 의뢰해 실험 데이터를 받는다”고 말했다.

1단계 ‘창의탐구’로 연구의 뼈대를 만들었다면 2단계부터는 뼈에 살을 붙여간다. 2단계는 과학자로서 필요한 연구 태도와 열린 시야를 배우는 인턴십이다. 학생들은 1학년 겨울방학과 2학년 여름방학 시기를 이용해 대학·연구소에서 1~2주 동안 인턴십을 진행한다. 곽승민(2학년)군은 1학년 겨울방학 때 서울대 재료공학부 실험실에서 ‘초고온 내삭마’와 관련된 실험 인턴십을 5일 동안 진행했다. 곽군은 석·박사 조교에게 실험 지도를 받고 매일 1시간씩 교수와 질의·응답 시간을 가졌다. 곽군은 “조교 형들이 1990년대부터 서울대 재료공학부에서 나온 논문들을 다 보여주면서 하나하나 상세하게 리뷰를 해줬다”며 “분초 단위까지 실험 기록을 꼼꼼하게 기록하는 연구노트를 보면서 과학자로서 끈기·꼼꼼함·열정이 얼마나 중요한 것인지를 느낄 수 있었다”고 떠올렸다.

학생들은 2학년에 올라가면 ‘창의탐구’의 연장선으로 ‘자율연구’를 수행한다. 1학년 연구 결과를 더 깊이 있게 파고드는 심화 연구다. 학생들은 국내외 학회에 연구 논문을 게재하는 학회 활동, 각종 탐구대회와 논문 발표대회, 발명대회 등에 필수적으로 참여해야 한다. 마무리 네 번째 단계는 졸업논문이다. 김 교장은 “창의탐구·인턴십·자율연구·졸업논문을 합해 총 12학점을 취득해야 졸업할 수 있다”며 “이렇게 3년 동안 ‘기초→발전→숙성→완성’의 과정을 밟는다”고 말했다.

교사당 학생 수 5명, 함께 만들어가는 수업

세종영재학교는 무학년·졸업 학점제로 운영된다. 대학처럼 필수이수·필수선택·선택과목 등으로 교과목이 구분돼 있다. 학생들은 본인의 관심 분야를 중심으로 자유롭게 수업을 골라 듣는다. 1학년은 공통교과과정으로 필수이수 과목을 중심으로 고교 3년 과정을 속진으로 마무리하고 2학년부터 대학 수준의 선택 과목 폭이 넓어진다. 3년 동안 스팀 교육 12학점과 필수·선택 과목 164학점을 합해 총 176학점을 이수해야 졸업할 수 있다. 교사 1인당 학생 수는 5명에 불과하다. 수업당 학생 수는 6~18명 수준이다.

세종과학예술영재학교는 미술 활동이 활발하다.

학생들은 선택 과목의 폭이 넓다는 점을 학교의 강점으로 꼽는다. 2학년 권도혁군은 “영재학교 중 선택 과목의 폭이 가장 넓다”며 “수학·과학 분야뿐 아니라 인문·예술 영역까지 다채롭게 수업을 들을 수 있다”고 말했다. 재학 3년 동안 학교에서 개설되는 국어·영어·수학·과학·사회·정보·예체능·창의융합 분야의 필수·선택 과목 수는 무려 130여 개에 이른다. 한희경 교육연구부장은 “한 학기로 따지면 약 40여 개의 필수·선택 과목 중에서 본인의 관심 분야에 따라 자유롭게 선택해 들을 수 있다”고 설명했다. 선형대수학·일반물리학·일반화학 등 AP(대학 선 이수제) 과목도 다채롭다.

학생들은 특히 과학문명사·인터랙션 디자인·소리예술·법과학 등 24개에 달하는 창의융합 과목에 대해 만족도가 높았다. 2학년 조형근군은 ‘도시환경과 설계’라는 과목을 예로 들었다. 조군은 “기후·지리적 특성에 따른 도시 발달과 도시공학의 주요 이론을 배운다”며 “효율적인 대중교통망 구축을 주제로 한 학기 동안 진행할 프로젝트 과제를 시작했다”고 말했다.

선택의 폭은 ‘프로젝트기반연구’라는 수업을 통해 더 확대된다. 학생과 교사가 함께 수업을 설계하는 자율 설계 수업이다. 학생들은 개설 과목 외의 분야를 공부하고 싶을 때 최소 6명 단위에서 팀을 짜 연구 주제를 학교 측에 제출하면 학교는 지도 교사를 배정해 정규 수업으로 편성해준다. 한 부장은 “다소 엉뚱한 발상이라도 아이디어를 연구로 이어가야 창의력을 기를 수 있다“며 “학생들의 참신하고 독특한 연구 분야를 발전시키기 위한 수업”이라고 설명했다. 2학년 명소정양은 ‘동식물의 다양한 패턴의 응용 가능성’이라는 주제로 ‘프로젝트기반연구’를 진행 중이다. 명양은 “예를 들면 ‘꿀벌 집은 왜 육각형일까’라는 질문에 대해 진화론적 관점과 물리학적 해석 등 다양하게 탐구해보는 연구”라며 “이렇게 스스로 만들어가고 새로운 탐구 분야를 개척할 수 있다는 점이 세종영재학교의 가장 큰 장점 같다”고 말했다.

수학·과학 바탕으로 인문·예술 융합토론

필터를 낀 천체망원경으로 태양 흑점을 관찰하고 있는 학생.

영재학교는 이공계 분야로 전국에서 가장 우수한 학생들이 모이는 학교다. 수업 방식은 실험·연구와 팀별 프로젝트가 대부분이다. 대학 수준의 수업이 진행되니 시험 문제도 상당한 수준을 자랑한다. 올림피아드 수준의 수학·과학 문제라도 푸는 걸까. 가장 인상 깊은 시험 문제를 물어보니 학생들은 의외로 ‘국어’라고 답했다. 이원진(2학년)군은 “과학 관련 자유 주제로 문학 한 편과 비문학 글을 쓰고 두 글을 비교·대조하라는 문제가 나왔는데, A3 크기의 텅 빈 답안지를 채울 생각을 하니 정말 당황스러웠었다”고 기억했다. 예를 들면, ‘달’을 주제로 잡았다면 보름달·반달 등의 소재로 시 한 편을 적고 바로 이어 달의 공전 궤도와 우주비행선의 비행 원리와 같은 과학적인 글을 쓰는 식이다.

학생들은 “이처럼 인문·예술학적 소양을 강조하는 학풍이 수업 곳곳에 녹아 있다”고 입을 모은다. 조형근(2학년)군은 생명과학 수업을 예로 들었다. 생명과학 수업은 1학년 필수이수 과목이다. 수업에선 ‘우리가 세상을 어떻게 가치 있게 변화시킬 수 있는가’라는 주제로 전교생이 UCC를 제작했다. 조군은 “테슬라모터스의 CEO 일론 머스크가 전기자동차 특허를 공개한 사례와 프로그래머들의 오픈소스 운동을 소재로 해서 공유 가치에 대해 UCC를 만들었었다”며 “과학기술을 어떻게 활용해야 사회를 이롭게 할 수 있는지에 대해 고민할 수 있는 계기였다”고 기억했다. 이진우(2학년)군은 “특히 생명과학 분야는 철학적인 논쟁점이 많은 학문”이라며 “한 학기 동안 복제인간·유전자 조작 등 과학 윤리 토론이 계속 이어진다”고 말했다.

5월 중엔 일주일 동안 창의·융합 주간이 열린다. 학교 곳곳에서 ‘화학으로 미술을 만나다’ ‘로봇디자인의 이해’ 등 인문·예술과 과학을 넘나드는 특강이 이어진다. 카메라와 사진, 건축과 과학예술, 실크스크린, 설치미술 등 예술아카데미도 다채롭게 강좌를 연다.

학교에선 연중 내내 인문·예술·과학 융합 특강인 스팀 콜로키움이 열린다. 김 교장은 “2~3주에 한 번꼴로 전문가를 초빙해 특강을 연다”며 “학생 신청을 받아 관심 있는 분야의 전문가를 만나게 한다”고 말했다. 시동국(2학년)군은 “뇌과학 교수와 재즈피아니스트가 함께 나와 토크쇼 형식으로 진행했던 융합 특강이 인상 깊었다”고 떠올렸다. 시군은 “과학의 입장에서 예술을 말하고, 예술의 눈으로 과학을 논하는 토크쇼였다”며 “과학과 인문·예술 분야 모두 결국 인간을 향한 학문이라는 접점을 찾아가는 과정이 흥미롭고 재미있었다”고 말했다.

1인 3기(음악·미술·체육) 교육도 인상적이다. 세종영재학교 학생들은 1학년 때 ‘창의적 디자인’(미술)과 ‘아티언스’(음악) 수업을 필수로 듣는다. 모두 예체능과 수학·과학을 접목한 융합 수업이다. ‘아티언스’ 수업에선 학생 모두 클래식기타·클라리넷·첼로 등 한 가지 악기를 선정해 배우고 연주회를 연다. ‘오케스트라 속 과학적 원리’ ‘바이올린의 연주 기법에 따른 소리의 파동 연구’ 등 음악과 과학을 융합한 과제 연구도 진행한다. ‘창의적 디자인’ 수업은 1인 1작품 교육이다. 우뇌드로잉·도자기공예·조소 등 다양한 미술 활동을 하고 작품 전시회를 수시로 연다. 학생들은 2학년부터는 건축·제품 디자인, 인터랙션 디자인, 소리예술 등 선택 과목을 들으면서 인문·예술학적 소양을 함께 기른다. 김 교장은 “음악실·미술실을 항상 개방해 학생들이 언제든 편하게 예체능 활동을 할 수 있도록 돕는다”며 “융합형 과학 인재로서 인문·예술학적 소양은 필수 덕목”이라고 강조했다.

대표 비교과 활동- 글로벌 프론티어 프로그램

1학년 전교생 연수…하버드대 강의 듣고 브로드웨이 뮤지컬 연습

지난해 10월 세종과학예술영재학교 1학년 전교생은 10박11일 동안 미국 동부와 유럽팀으로 나눠 해외교육 문화체험학습인 ‘글로벌 프런티어’ 프로그램을 다녀왔다. ‘글로벌 프런티어’는 현지 문화체험과 함께 대학·국제연구기관 등을 방문해 특강을 듣고 팀별 과제를 수행하면서 세계 과학계의 최신 흐름을 습득하는 프로그램이다. 34명은 미국 동부를, 56명은 유럽을 방문했다. 김헌수 교장은 “문화체험으로 인문·예술적 감각을 일깨우고 대학·연구소 특강과 팀별 과제로 탐구·연구능력을 함께 함양하는 등 교육적 효과에 중점을 뒀다”고 설명했다.

미국 동부를 찾은 학생들은 캐나다 토론토대를 시작으로 하버드·예일·MIT 등 유명 대학을 방문하고 교수 특강을 들었다. 특강은 과학 분야뿐 아니라 인문·정치·철학 등 다양하게 구성했다. 김수현(2학년)군은 “하버드가 왜 세계 최고 대학인지 생생하게 느낄 수 있었다”고 말했다. 김군은 “나이 지긋하신 교수님들도 특강 교수에게 질문하기 위해 쉬는 시간에 줄을 서서 대기하고, 서 있는 동안에도 삼삼오오 토론을 계속 이어가던 모습이 정말 인상적이었다”고 말했다.

인문·예술적 소양을 강조하는 학교의 학풍은 ‘글로벌 프런티어’ 프로그램에도 녹아든다. 미국 동부팀은 다시 두 개 팀으로 쪼개진다. 이공계특화팀과 예술체험에 중점을 둔 팀이다. 이공계특화팀은 뉴저지의 드류대에서 과학캠프에 참여해 현지 교수의 지도를 받으며 상대성이론과 DNA 이중나선 구조 등 인류의 역사를 바꾼 획기적인 과학 논문을 검토하고 토론을 이어갔다. 예술체험팀은 뉴욕 브로드웨이의 한 극단에서 현지 디렉터에게 4일 동안 직접 지도를 받으면서 뮤지컬을 연습했다. 박찬민(2학년)군은 “처음에는 엉망진창이었던 군무가 연습을 거듭하면서 조금씩 모습을 갖춰가고 호흡이 착착 맞아 들어갔다”며 “20명의 스텝이 정확하게 맞을 때의 짜릿함이 지금도 생생하다”고 기억했다.

유럽을 방문한 학생들은 독일·스위스·이탈리아를 돌며 유럽 문화를 체험했다. 바티칸박물관·콜로세움·하이델베르크성과 성베드로대성당 등 유럽의 다양한 건축 양식을 탐방하면서 유럽 문화를 피부로 느끼고 눈에 새겼다. 박세준(2학년)군은 “공연자와 관객 사이 벽을 허문 길거리 공연들을 보면서 예술을 더 가치 있게 만드는 것은 대중과의 소통이라는 생각을 많이 하게 됐다”고 말했다.

학생들은 스위스 연방공대, 독일의 하이델베르크·드레스덴 공대 등을 방문해 교수 특강을 들으면서 유럽 과학계의 최신 동향도 살폈다. 특히 학생들은 “세계 최대 규모의 입자가속기가 있는 유럽원자핵공동연구소(CERN) 방문이 인상 깊었다”고 입을 모았다. CERN은 전 세계 20여 개국, 6000여 명의 과학자가 모여 원자핵 분야 공동 연구를 진행하는 세계 최고 수준의 연구소 중 한 곳이다. 이희권 국제협력부장은 “문화체험과 과학토론·연구를 함께하면서 다방면의 소양을 기를 수 있어 학생들의 반응이 좋았다”며 “올해는 여름방학을 이용해 이공계 연구 쪽에 더 무게를 둬 프로그램을 계획하고 있다”고 말했다.

진학하려면

3단계 서류·시험·캠프 전형
인문·예술적인 관심까지 봐

세종과학예술영재학교(이하 세종영재학교)의 올해 입학 전형은 다음 달 9일(토) 원서 접수를 시작으로 7월까지 진행한다. 전국 단위로 모집하는 일반전형 84명과 정원 외 전형인 지역우수자전형(8명·세종시 거주)과 사회통합전형(2명)을 합해 총 94명 이내에서 선발한다. 중학교 3학년뿐 아니라 1·2학년도 지원할 수 있다. 일반전형 경쟁률은 상당히 높다. 2015학년도는 19대 1을, 2016학년도는 27대 1을 기록했다.

세종영재학교는 3단계 전형을 거친다. 다른 영재학교와 다른 점은 3단계 전체에 걸쳐 수학·과학 탐구능력뿐 아니라 인문·사회·예술적 소양을 함께 평가한다는 것이다. 신현정 입학관리부장은 “예술적 소양이 미술·음악 대회 수상 기록을 의미하는 것은 아니다”고 강조했다. 그는 “중학교 재학 동안 수학·과학뿐 아니라 인문·사회·예술 영역도 얼마나 관심을 갖고 경험했는지 관심 영역의 폭과 깊이를 보겠다는 것이지 드로잉·연주 등 예체능 관련 실기 능력을 평가하는 것이 아니다”고 설명했다.

1단계는 학생부·자기소개서·교사추천서를 종합적으로 평가하는 학생기록물 평가다. 교과 성적뿐 아니라 독서·동아리·창의적체험활동·연구활동 등 비교과를 종합적으로 검토한다. 교과 성적은 전 교과를 모두 살핀다. 신 부장은 “수학·과학 성적에서 모두 A를 받았다고 해도 다른 교과 성적이 들쑥날쑥하면 과목 편애가 심하고 학교생활에 충실하지 못했다는 인상을 줄 수 있다”고 주의를 줬다. 평가 과정에서 이공계 능력뿐 아니라 인문·사회·예술적 소양까지 검토하기 때문에 전 교과에 관심을 갖고 두루두루 좋은 성적을 거두는 것이 좋다. 신 부장은 “지난해는 1단계 통과자를 1200명 내외로 제한했는데 올해는 제한을 없앴다”며 “1단계 서류평가에서 기본적인 영재성이 입증되면 제한 없이 2단계 전형에 응시할 수 있도록 할 계획”이라고 말했다.

2단계는 지필고사 형태로 치러지는 영재성 검사다. 수학·과학 역량, 창의·융합적 문제해결력, 인문·예술적 소양까지 크게 세 가지 측면을 평가한다. 수학·과학 역량 평가는 중학교 교육과정 내에서 수학·과학 문제해결능력을 살핀다. 창의·융합 평가는 이공계 과목과 인문·예술 과목의 개념을 넘나드는 융합 문제다. 신 부장은 “수학·과학 교사뿐 아니라 국어·사회·음악·미술 교사가 한 팀을 이뤄 문제를 만든다”며 “다양한 문제 해결 상황에 대해 수학·과학적 접근은 물론 발상의 전환 등 융합적 사고력을 평가한다”고 설명했다. 인문·예술 소양 평가는 논리적인 글쓰기다. 주어진 제시문에 바탕해 본인의 의견과 주장을 논증해야 한다. 이렇게 세 가지 측면을 평가해 2단계에서 150명 내외를 가려낸다.

3단계는 1박2일 동안 진행하는 융합캠프다. 개별·팀별 프로젝트를 통해 실험설계 등 탐구·연구능력을 평가한다. 3단계에서는 팀원들의 의견에 귀를 기울이고 토의·토론을 통해 프로젝트를 이끌어가는 등 열린 태도와 협업·의사소통능력도 중요하게 본다.

세종시=정현진 기자 Jeong.hyeonjin@joongang.co.kr
사진=김경록 기자 kimkr8486@joongang.co.kr