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.