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| 2015 개정 교육과정 고등학교 과학과 과목 ('18~'24 高1) | ||||||
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1. 개요
2015 개정 교육과정 과학과 고등학교 일반선택과목 물리학Ⅰ에 관한 문서.2. 단원
2.1. 역학과 에너지
- 학습 요소: 가속도, 뉴턴 운동 법칙, 운동량 보존, 충격량, 역학적 에너지 보존, 내부 에너지, 열효율, 시간 지연, 길이 수축, 동시성, 질량-에너지 등가성
- 여러 가지 물체의 운동 사례를 찾아 속력의 변화와 운동 방향의 변화에 따라 분류할 수 있다.
- 뉴턴 운동 법칙을 이용하여 직선 상에서 물체의 운동을 정량적으로 예측할 수 있다.
- 뉴턴의 제3법칙의 적용 사례를 찾아 힘이 상호 작용임을 설명할 수 있다.
- 물체의 1차원 충돌에서 충돌 전후의 운동량 보존을 이용하여 속력의 변화를 정량적으로 예측할 수 있다.
- 충격량과 운동량의 관계를 이해하고, 일상생활에서 충격을 감소시키는 예를 찾아 설명할 수 있다.
- 직선 상에서 운동하는 물체의 역학적 에너지가 보존되는 경우와 열에너지가 발생하여 역학적 에너지가 보존되지 않는 경우를 구별하여 설명할 수 있다.
- 열기관이 외부와 열과 일을 주고받아 열기관의 내부 에너지가 변화됨을 사례를 들어 설명할 수 있다.
- 열이 모두 일로 전환되지 않는다는 것을 사례를 들어 설명할 수 있다.
- 모든 관성계에서 빛의 속도가 동일함을 알고 시간 지연, 길이 수축, 동시성과 관련된 현상을 설명할 수 있다.
- 질량이 에너지로 변환됨을 사례를 들어 설명할 수 있다.
2.2. 물질과 전자기장
- 학습 요소: 원자와 전기력, 에너지 준위, 고체의 에너지띠, 전기 전도성, 다이오드, 전류에 의한 자기장, 물질의 자성, 전자기 유도
- 전자가 원자에 속박되어 있음을 전기력을 이용하여 정성적으로 설명할 수 있다.
- 원자 내의 전자는 불연속적 에너지 준위를 가지고 있음을 스펙트럼 관찰을 통하여 설명할 수 있다.
- 고체의 에너지띠 이론으로 도체, 반도체, 절연체 등의 차이를 구분하고, 여러 가지 고체의 전기 전도성을 비교하는 탐구를 수행할 수 있다.
- 종류가 다른 원소를 이용하여 반도체 소자를 만들 수 있음을 다이오드를 이용하여 설명할 수 있다.
- 전류에 의한 자기 작용이 일상생활에서 적용되는 다양한 예를 찾아 그 원리를 설명할 수 있다.
- 자성체의 종류를 알고 자성체가 활용되는 예를 찾을 수 있다.
- 일상생활에서 전자기 유도 현상이 적용되는 다양한 예를 찾아 그 원리를 설명할 수 있다.
2.3. 파동과 정보통신
- 학습 요소: 파동의 요소, 굴절, 전반사, 광통신, 전자기파 스펙트럼, 파동의 간섭, 빛의 이중성, 물질의 이중성, 전하 결합 소자(CCD), 전자 현미경
- 파동의 진동수, 파장, 속력 사이의 관계를 알고 매질에 따라 파동의 속력이 다른 것을 활용한 예를 설명할 수 있다.
- 파동의 전반사 원리를 이용한 광통신 과정을 설명할 수 있다.
- 다양한 전자기파를 스펙트럼의 종류에 따라 구분하고, 그 사용 예를 찾아 설명할 수 있다.
- 파동의 간섭이 활용되는 예를 찾아 설명할 수 있다.
- 빛의 이중성을 알고, 영상정보가 기록되는 원리를 설명할 수 있다.
- 물질의 이중성을 알고, 전자 현미경의 원리를 설명할 수 있다.
3. 여담
- 2021학년도 대학수학능력시험의 선택 과목으로 지정되었다.
- 여담으로, 이름이 바뀌면서 과학탐구 8과목이 모두 '학'으로 끝나게 되었다. 기존에 '물리'라고 부르던 사람들에게는 '물리학'이라는 이름이 어색할 지 몰라도, 개정 전 '물리'와 개정 후 '물리학'을 구분하기는 훨씬 쉬워졌다.
- 교과서는 2017년 검정에 합격한 금성출판사, 동아출판, 미래엔, 비상교육[1], 와이비엠, 천재교육과 2018년 재검정에 합격한 교학사와 지학사까지 총 8종이다. 천재교육과 교학사 2종이었던 이전 교육과정에 비해 교과서 선택권이 매우 넓어졌다.
3.1. 변화
- 2009 개정 교육과정과 단원 이동 비교
- 전체적으로 지난 교육과정 때보다 분량이 20~30%p 감소하였다.
- {{{#!wiki style="display: inline; padding: 2px 3px; border-radius: 3px; background: #6495ED; font-size: 0.9em"
물리학Ⅱ
: '물체의 평형과 돌림힘', '일반 상대성 이론(등가 원리, 블랙홀 등)', '만유인력', '행성의 운동과 케플러 법칙', '전기장', '전기력선', '정전기 유도', '트랜지스터', '공명', '회절'(지난 물리Ⅰ에서 '소리의 회절'만 언급), '전자기파의 발생과 송수신(안테나, AM, FM, 변조, 복조)', 'RLC 회로', '소비 전력과 전력량', '변압기'- {{{#!wiki style="display: inline; padding: 2px 3px; border-radius: 3px; background: #00BFFF; font-size: 0.9em"
물리학Ⅰ
: '운동량 보존', '탄성력에 의한 역학적 에너지 보존', '역학적 에너지가 보존이 되지 않는 경우', '열역학 법칙 (기체가 한 일, 열역학 과정, 열기관, 내부에너지 등) '파동의 진행과 중첩', '파동의 반사와 굴절', '광전효과와 일함수', '드 브로이 물질파 이론'- {{{#!wiki style="display: inline; padding: 2px 3px; border-radius: 3px; background: #6495ED; font-size: 0.9em"
통합과학
: 변압기와 송전, 수력 발전과 화력 발전, 전기 에너지, 재생 에너지, 태양 에너지, 풍력 발전- {{{#!wiki style="display: inline; padding: 2px 3px; border-radius: 3px; background: #6495ED; font-size: 0.9em"
고급물리학 및 삭제
: '시간의 측정', '길이의 측정 및 표준', '우주론', '기본 입자와 상호 작용', '핵 반응식 작성(알파붕괴, 베타붕괴 등 전하량 보존 및 질량수 보존)', '신소재(초전도체, 강유전체, LCD)'[2], '색채 인식과 액정 디스플레이', '정보의 저장'[3], '정상파', '화음', '전자기파의 차폐', '전자기파의 센서의 이용(RFID)', '전력의 수송 및 전력[4], 전기 에너지, 전기 에너지의 이용(전동기, 조명기구, 전열기)'[5], '핵에너지의 이용(원자로, 방사선 등)', '태양전지'[6], '연료전지', '신재생 에너지', '부력(파스칼 법칙, 압력, 아르키메데스 법칙)', '유체에 작용하는 힘(파스칼 법칙, 아르키메데스 법칙)', '베르누이 법칙', '열의 이동(비열, 열용량, 전도, 복사, 대류, 잠열, 상변화)'- [상세]
- 기술·가정(기술) 소재를 다룬 듯한 내용은 통합과학으로 많이 차출되었다. 이것이 기존의 Ⅳ. 에너지 단원인데, 단편적인 암기 개념만을 다뤄 다른 내용과 연계성이 떨어진다는 지적을 받았었다. 순수 자연과학적인 부분들만 각각 Ⅰ~Ⅲ(역학, 전자기, 파동) 단원 파트로 분배하였다.[7] 하지만 순수 자연과학의 내용인 것들까지 물리Ⅰ에서 빠지게 되었다. 대표적으로 정전기 유도, 돌림힘(토크)는 물리학Ⅱ로 올라갔고, '유체의 운동' 파트가 아예 고교과정에서 삭제되었다.
- 핵에너지 파트 중 '핵반응과 에너지' 파트는 1단원의 특수 상대성 이론 뒤로 통합되었다. 그런데 기본 입자와 상호 작용이 빠지면서 양전자의 개념을 다루지 못하는 바람에 다소 약화 서술된 감이 있다. 질량-에너지 동등성이라는 용어가 일부 교과서에서 '질량-에너지 등가원리'로 개칭되었다.
- '부력'은 중1 과정에서 살짝 언급되긴 하나 단지 '힘의 종류'의 일종으로만 다루는 것이므로 일반 과정에서 빠졌다고 보는 게 맞다.
- 열역학 법칙은 아예 1단원으로 통합했다. 고전역학 뒤에 바로 열역학을 구성하는 건 본래 전통적인 물리학 교육의 구성이다. (이전 물리Ⅱ가 이렇게 하였다.) 간혹 참고서에 열역학 제 2법칙이나 엔트로피 관련이 교과서에서 가볍게 다루고 있으나, 일부 교과서가 열효율까지만 다루고 있다. 다만 제 2의 교과서라 봐도 무방한 수능특강이 엔트로피 내용을 다루므로 일단 다루는 게 원칙인 것으로 보인다.
- 색채 인식과 액정 디스플레이는 '미술 시간 같다', '생명과학 시간 같다'라는 이유로 빠졌다. 빛의 삼원색을 합성하는 내용이나 망막 세포와 원뿔 세포 같은 내용은 물리학과 사실 큰 관련이 없기 때문.
- 측정(시간, 길이, 경/위도, GPS) 파트는 아예 삭제되었다.
- 특수 상대성 이론 파트에서 로런츠 인자가 빠졌다. 입자의 속도가 광속에 계수가 붙어 상세하게 주어졌던 이전 교육과정과 달리 이젠 [math( \Delta t_{\text{고유}} < \Delta t )], [math( L_{\text{고유}} > L )]처럼 부등식으로만 표기하도록 바뀌었다. 한 마디로 정량적인 계산이 빠지게 된 것이다. (참고서에서는 간혹 등장하지만 이는 교육과정 지침을 어긴 것이다.[8])
- 역학적 에너지가 보존되지 않는 경우가 쌩뚱맞게 열에너지의 하위 파트로 들어가는 시도를 보였다. 마찰력과 탄성력 등을 정식적으로 다루지만 예전 7차 교육과정 시절처럼 최대정지마찰력, 운동마찰력, 마찰계수는 다루지 않고 그저 '마찰력 때문에 역학적 에너지가 보존되지 않는다'는 식으로 소개만 해주므로 부담은 없다.
- 이전에 뉴턴 역학 뒤에 다루던 케플러 법칙과 일반 상대성 이론은 물리학Ⅱ 과정으로 올라갔다. 본래 케플러 법칙은 원운동과 함께 다루어야 한다는 교육계 비판 여론이 있었는데 이를 반영한 듯 하다.[9]
- 빅뱅 우주론, 우주 배경 복사 등의 파트가 삭제되었다. 빅뱅 우주론은 앞으로 지구과학Ⅰ에서만 배울 수 있다.
- 기본 입자와 기본 상호작용은 통합과학, 물리학Ⅰ, 물리학Ⅱ에서도 다루지 않으며 고급 물리학도 아닌 대학 과정으로 쫓겨나게 됐다.
- 전자기학 파트에서 '전류에 의한 자기장' 파트과 '에너지띠' 파트가 도치되었다. 이제는 양자물리 기초 내용을 먼저 배운 뒤에 전류와 자기장을 배운다. 대신에 전기장, 전하, 회로 이론 등은 아예 물리학Ⅱ에서만 다루게 되었다. 특히 전압, 저항 및 회로이론을 물리학Ⅰ이나 통합과학이 아닌 물리학Ⅱ에서 다루는 것에 대해 교육 현장 반응이 별로 좋지 않다.
- '전자기 유도'는 2단원으로 적절히 통폐합됐다.
- 직전에 Ⅱ과정으로 올라갔던 물질의 이중성 파트가 되돌아왔으나 부담스럽게 다루진 않는다. 공식도 굉장히 간단한 것만 다룬다.
3.2. 전반적인 평가
- [평가] 구성적인 면에서는 대체로 호평[10]하였으나, 내용 분량적인 면에서는 아쉽다는 평가를 받는다.
- '구성'을 따졌을 때는 열역학이 1단원으로 이동되고, 기존의 돌림힘 파트도 물리학Ⅱ의 역학 단원으로 이동되면서 일반물리학의 단원 배치나 순서가 유사해졌다. 특히 이전의 'Ⅳ. 에너지' 단원을 적절하게 자연과학적 3대 분류에 흡수했다는 평이다.
- '내용'을 따졌을 때는 이전보다 훨씬 부실해졌다. 기존에 있던 '유체의 운동'이 엄청 어렵다는 이유로 빠졌다는 이야기는 사실무근이며[11], 이는 단순 내용 감축 지침에 의하여 올려 보냈을 뿐이다. 특히 해당 내용은 유체역학을 다루는 게 아니라 거의 기본 수준이었다. 베르누이 법칙과 압력 공식은 마이스터고교 전용 교과서에서도 배우는 매우 단순한 원리이다. 공간 벡터나 그래디언트를 활용한 일반적인 유체 역학 내용이 아니라는 것이다.
- 또 구성 면에서 꼭 호평만 할 수 있는가에 의문점도 있다. 역학적 에너지 손실과 열 에너지를 병합 서술하는 방식은 필연적이지 않을 뿐더러 고급 과정의 물리학에서는 열 손실 외에 다른 역학적 에너지의 비보존이 있다는 점에서 자칫 혼란을 야기할 수 있다.
- 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론을 Ⅰ, Ⅱ로 분리시킨 것에 대해서도 이견이 있다. 기존의 물리Ⅰ은 시공간의 운동이라는 큰 주제에서 상대성 원리를 다루는 게 목표였는데, 개편자들이 내용 감축에 연연하다보니 일반상대성이론이라는 주제를 매듭지을 물리학Ⅱ의 '관성력' 내용과 결부시켜 단순히 분리·차출시킨 결과물이다. 그리고 사실 난이도 측면에서 볼 때는 학습자 입장에서 일반상대성이론보다 특수 상대성 이론 학습을 훨씬 더 어려워 했다. [12]
- 직류 회로를 물리학Ⅱ에서만 다루고 이 교과에서는 회로이론을 사실상 배우지 않는다는 점에서 문제를 제기하는 의견도 있다. 차라리 이번 교육과정에서 삭제되었던 RLC 회로를 물리II로 복구하고 직류를 물리I에 넣는 게 좋았을 거라는 의견.[13]
- 해당 교과에는 물질파 에너지 단위 eV를 물리학Ⅱ에서 선행된다는 점 등 오류가 남아있다.
- 2019년 5월에 새롭게 발효되는 SI 단위 때문에 삭제되었다는 말이 있었지만, '시간'과 '길이'는 기존과 동일하게 가기 때문에 이유가 될 수 없다.[14] 즉 헛짓거리였다는 것. 덧붙여 과학 교사들은 SI 단위를 부록에서만 다룰 게 아니라 정규 편성이 시급하다고 강조한다. 학생들이 물리학을 접하는 과정에서 '단위'랑 '변수' 간의 표기 혼란을 확실히 줄일 수 있기 때문이다.
- 기본 입자와 기본 상호작용 삭제와 관련
- 긍정론: 심각하게 결과지향적이며, 단편적인 암기에 지나지 않았다.
- 비판론: 단편적인 암기라고 하기엔 전하량의 개념을 담고 있다. 특히 양전자는 입자의 전하와 전자, 양성자 등과의 개념 사이에서 생기는 혼란을 피할 수 있는 도구 격이나 다름 없었다. 결과적으로 핵분열에 관한 반응식이 애매하게 되어버렸고, Ⅱ 과정에서는 로런츠 힘을 삭제, 화학Ⅰ에서 원소의 기원 도입부마저 날아가는 영향을 주었다. 그리고 강력을 상세히 이해하기 위한 기본 도구가 SU(3)나 삼원행렬을 포함한 군론이어서 다루지 못한다는 반박은 '고전역학에 미적분과 벡터를 왜 과감히 도입하지 않느냐', '왜 함수의 극한은 엡실론-델타 논법으로 설명하지 않느냐'보다 더 과한 유비논증이다. 흔한 교과와 학문의 차이를 몰라서 일으키는 발언이다.
- 열역학을 1단원으로 통폐합하면서 불어난 1단원 성취 단위 수 때문에 불균형 문제를 제기하였다. 일부 기초적인 내용을 통합과학으로 내려보내어 이 문제를 해결할 것을 주장 중이다. 게다가 과목 자체를 하향평준화 시키는 방향으로 가더라도 그것은 필수화가 동반되었을 때 유의미한데, 그 마저도 아닌데다가 자꾸 양만 갖고 딜을 보니 통합과학에 넣어야 될 것을 못 넣고 해괴한 구성을 이루어 냈다는 악평이 있다. 차라리 통합과학을 폐지한 뒤 기존 Ⅰ 과목을 소위 '순한 맛' 버전으로 바꾼 뒤 30% 씩 고1 과정에 할애하고, 남은 70%의 Ⅰ 과정과 기존 Ⅱ 과정을 합병시켜 한 교과서를 만들다보면, 기존 개념도 그대로 포함시키면서 중복되는 부분만 줄일 수 있다.[15]그런데 굳이 과학과를 Ⅰ, Ⅱ로 나누려는 전통 때문에 효율적인 분량 절감은 못하고 Ⅱ 과정만 절름발이로 만들어 놓는 현상이 지속되어 온 것이다.
[1] 채택률 1위[2] 통합과학으로 약화된 채 내려갔다.[3] 하드 디스크만 자성체의 활용으로 통합된 채 나머진 전부 날아갔다. CD와 플래시 메모리는 삭제되었다.[4] 통합과학으로 내려갔다.[5] 통합과학으로 약화된 채 내려갔다.[6] 다만 일부 교과서는 광전 효과를 설명하면서 태양전지를 설명한다. 또 2021 수능 물리학 II 1번 문항에서 직접적으로 태양전지라는 용어를 간단하게 언급하고 있는 것으로 보아 물리학 II에서 간접적으로 다룬다고 할 수 있겠다.[7] 과거 Ⅳ. 에너지 단원 같은 구성이 된 데에는 다 이유가 있었는데, 이는 2009 개정 교육과정부터 중고등학교 기술·가정에서 자연과학 관련 내용을 몽땅 빼버렸기 때문이다. 추가로 빼기 애매한 것들을 죄다 과학과로 옮기면서 발생하면서 촌극이 벌어진 것이다. 특히 물리학I이 기술 관련 내용을 전부 흡수하여 물리인지 기술인지 모를 정도로 학문 정체성에 훼손을 당했다고 볼 수 있다. 덕분에 생명과학Ⅱ에도 악랄한 PCR이 들어가버렸는데 2015 개정 교육과정부터는 또 빠졌다.[8] 다만 2021 EBS 수능완성에서는 로런츠 인자라는 표현 없이 이 식을 유도하는 과정이 나와 있다.[9] EBSi 장인수 강사 인용.[10] 개정 물리학Ⅱ에 대해서 매우 비판적으로 보고있는 배기범 강사 또한 물리학Ⅰ 만큼은 좋아졌다고 종종 언급한다.[11] 교과를 토대로 출제하는 시험(특히 대수능·학력평가 등)에서는 상당히 어렵게 꼬아낼 수 있는 건 맞지만, 애초에 교육부가 개정하는 교육과정의 교과 자체는 지식적인 부분만 고려하므로, 문제 난이도 자체와는 독립시행이다.[12] 어디까지나 고등학교 교육과정상에서의 이야기이다. 특수 상대성 이론은 시간 지연문서에 서술되어있는 광속 불변 원리를 이용해 빛 시계로 시간 지연을 설명하는 등 비교적 광범위하게 서술되어있는데 비해 일반상대성 이론은 말 그대로 그런 게 있다 수준에 그치기 때문. GR이 특상보다 더 쉽다는 말은 절대 아니다! 미분기하학이랑 편미분방정식 맛 좀 봐야 정신 차리려나[13] 다만 이렇게 할 경우 축전기 개념을 물리I에서 다루기엔 무리가 있기 때문에 내용이 다소 순화되어야 할 것이었고, 실제로 2022 개정 교육과정에서 그렇게 되었다.[14] 바뀌는 건 '물질의 양(몰)', '온도(켈빈)', '전류(암페어)', '질량(킬로그램)'이다. 차라리 화학Ⅰ에서 다루는 '몰' 파트가 바뀌어야 한다는 것.[15] 특히 파동 파트는 이런 식으로 통폐합하면 거의 절반 가까이나 되는 양을 (중복 제거로) 줄일 수 있으며 전자기학 파트도 거의 30% 정도 가까이 감축할 수 있다.