어느 늦은 밤, 문자가 도착했음을 알리는 알림음이 띠링띠링 울렸습니다. 

이 시간에 누굴까..? 의아해하며 문자를 확인해 보니 어느 학부형님으로부터 소개를 받았다면서 너무 급한 상황이라 늦은밤이지만 문자를 보내니 확인하면 전화 좀 달라는, 다소 염려스러운 내용이 스크린에 떠 올랐습니다.

저야 워낙에 사는 것이 올빼미라서 늦은시간 이른시간 개의치 않았지만 자정이 다 된 시간에 전화를 한다는 것이 조금은 저어되어 조심스런 마음으로 Call 버튼을 눌렀습니다. 

기다리셨다는 듯한 급한 목소리. 학생의 어머니로 여겨지는 목소리는 아이에 대한 염려와 앞날에 대한 근심으로 한껏 주눅들어 있는듯 했습니다. 

불안한 목소리의 어머니와 대화를 나누다보니 내용이 점점 학습에 관련된 쪽으로 흘러갔고 결국엔 아이와 대화를 해야하는 상황이 되었지요. 사실 어머님의 주된 용건은 ‘큰일났다’ 뿐이어서 도무지 그 큰일이 무엇인지 종잡을 수 조차 없었거든요. 의외로 아이의 목소리는 침착하고 덤덤했습니다. 그리고 약간은 웃음기서린 목소리로 어머니가 말씀하시는 ‘큰일’의 자초지종을 설명해 주었습니다.

아이는 오클랜드 남부의 사립학교에서 IB과정을 공부하고 있었습니다. 이제 막 13학년의 첫번째 term을 마무리했고 스케줄에 맞추어 IA (Internal Assessment)의 정리국면에 들어가 있었습니다. 그 학교의 IB 제출 기한이 Y13 term 2의 Week3 정도이니 당시 아이에게 남아있던 시간은 2주 남짓했던듯 합니다. 그동안 아이는 시험공부와 IA준비를 병행하며 노력한 끝에 다른 과목의 IA는 어느정도 정리가 된 상태였습니다. 

그런데 문제는 항상 고득점을 받아오던 화학과목에서 벌어졌습니다. Due date가 바로 코 앞에 닥친 상황에서 아이의 손에 들린 결과물은 달랑 실험의 제목 두 줄 뿐이었던 것입니다. 이해가 되지 않았던 저는 다음날 바로 아이를 만났고 조용히 마주앉아 IA를 작성하는 과정에 대해 잘 인지하고 있는지 차근차근 물어보았습니다. 맨 처음 IA의 아이디어 몇 가지를 선생님께 제안하고 가장 유효적절한 아이디어를 선별하던 과정으로 시작해 이론적인 배경을 조사하고, 개인의 관심을 유발한 사연을 소개하고, 자신의 가설을 설립한 뒤 그것을 증명하기 위한 실험을 디자인하기에 이르기까지.. 하나하나 짚어보니 어느것 하나 아이가 알지 못하는 부분이 없었습니다. 오히려 채점 기준을 중심으로 어느 부분에 더 큰 중점을 두어야 하고 어느 부분을 가볍게 지나가도 되는지 까지 숙지하고 있었으니 IA 고득점을 위한 배경지식에는 전혀 문제될 것이 없어 보였습니다. 그런데 왜 아직까지 손을 못대고 있었을까요? 궁금해 하며 아이의 손에 들려있던 실험 제목을 보았을 때 마음속 깊은 곳으로 부터 솟아나오는‘아차!’를 금할길이 없었습니다. 

도대체 아이는 무슨 마음으로 그런 실험을 제안했는지.. 선생님은 아이의 실험계획을 제대로 들어나 보고 허락을 했는지.. 도저히 알 수가 없었습니다. 한글로 번역해 보자면 실험의 제목은 이랬습니다. 

‘에폭시 레진의 경화속도에 미치는 자외선의 영향 : 자외선 노출시간과 에폭시 레진의 표면경도 사이의 관계를 통해 상관관계를 조사함’

혹시 이 제목이 무엇을 의미하고 어떠한 실험설비와 과정을 필요로 하는지 바로 눈치채는 분이 계시다면 화학공학이나 순수화학을 전공하셨음이 분명하겠습니다. 그렇지 못한 분들을 위해 이 실험을 진행하기 위한 배경지식을 간략히 설명드리자면, 우선 에폭시의 분자구조와 그것이 경화제와 만났을 때의 화학반응을 정확히 이해해야 하고 둘째로 다양한 에폭시 그룹 분자들과 경화제들의 공통된 반응특성을 이해해야 하며 셋째로 자외선의 에너지와 그것이 반응경로에 미치는 영향을 인지하고 있어야 합니다. 

그런데 성공적인 IA작성을 위해서는 이것만 알아서는 부족합니다. 바로 실험을 통한 입증이 필요하기 때문인데요. 시중의 어떤 제품을 이용해 실험할 것인지, 그 실험을 공정하게 진행하기 위해 일정하게 유지해야 하는 요소들은 무엇인지, 그리고 무엇보다도 어떠한 장비를 이용해 어떠한 방법으로 실험을 진행할 것인지가 선결되어야 합니다. 가장 간단한 방법으로 시중에 판매되고 있는 경도계를 구입하여 실험하는 방법이 있습니다. 가장 많이 알려져 있는 락웰 경도기부터 브리넬, 비커스 등이 있고 주로 연필심등 무른 재질의 경도를 측정하는 휴대용 경도계도 있습니다. 

하지만 전문장비는 수백만원을 호가할뿐더러 접하기도 쉽지않아 영 가능성이 없고 휴대용 경도계를 구한다 하더라도 그 작동방식이 평평한 에폭시 레진의 경도를 특정하는데는 적합하지가 않습니다. 쉽게 말하면 고등학생의 실력과 능력으로 감당할 수 있는 실험이 아니라는 것이고 이는, 다시말해 학교 선생님 선에서 걸러졌어야만 하는 실험주제였다는 말이 되겠습니다. 

저는 궁금하지 않을 수 없었습니다. 도대체 어떤 생각으로 이 주제를 선정했고 어떤 근거로 이 실험이 실현 가능하다고 생각했는지 말입니다. 아이의 대답은 의외로 단순했습니다. 

‘그냥.. 개인적으로 관심있는 분야를 준비하라고 하시길래 찾다보니 재미있어 보여서...’

그렇습니다. ‘재미 우선, IA 폭망’의 늪에 빠진 희생자가 또 한명 등장한 것입니다.  2016년 현재 형식의 IA가 IB과정에 도입된 이후로 수없이 많은 학생들이 ‘재미있어 보이는’ 혹은 ‘흥미를 유발하는’ 주제를 선정했다가 ‘폭망’하는 수순을 밟아왔습니다. 

이 많고도 많은 실패 사례들이 거쳐온 그 과정을 아이도 똑 같이 경험해 가는 중이었던 것입니다. 마음 굳게 먹고 관련지식을 검색해보니 찾아지는 것이라곤 온통 대학수준 이상의 논문들 뿐이고 좀 쉽게 설명해주는 사이트가 없는지 인터넷을 두리번거리니 개인들이 운영하는 블로그에서나 신빙성 없는 정보를 공개하고 있고.. 그래서 아예 새로운 실험을 디자인해서 IA 역사의 한 획을 긋는 역작을 써 보리라 다짐해 보지만 이론적 배경이 없는 백지상태로는 독립변수와 의존변수가 무엇인지조차 분간해 낼 수가 없습니다. 그렇게 하루하루 시간이 지나가다보면 의욕은 점점 시들어지고 주변의 친구들이 한명 두명 정리국면에 들어갈때가 되어서야 지푸라기라도 붙잡는 심정으로 여기저기 전화를 돌리게되는 겁니다. 그리고 그 중에 한 통을 제가 받은것이구요. 

준비된 것은 없고 시간은 촉박한데 어머니과 아이의 눈빛에는 기대감만 충만하니 도대체 어찌하면 좋을까요.. 아무리 전문적인 지도요령을 알고있다손 쳐도 뭔가 말이되는 주제를 골라 놨어야지 뭐가 되도 될텐데 말입니다. 

그날 이후 저와 아이는 가족보다 더 자주 만나가며 IA를 준비했습니다. 워낙에 복잡한 주제여서 가장 간략하게 소개된 자료를 활용해 배경지식을 정리하고 실험도구는 구할래야 구할 방법이 없으니 아이와 저의 머리를 짜내어 간단하면서도 효과적인 계측장비를 제작하기에 이르렀습니다. 나무젓가락과 바늘로 이루어진 장비를 계측장비라 부르기는 좀 남사스럽지만 말입니다. 

실험 결과를 가시화 하는 그래프가 예상했던 형태에 다다를 때까지 실험에 실험을 거듭하고 그 결과를 통해 알아낸 자외선 노출시간과 경도와의 관계를 공식으로 유도하고.. 그래서 결국 선생님께서 제시하신 Due date를 하루 넘겨서 최종본을 제출할 수 있었습니다. 짧다면 짧은 2주의 시간을 정신없이 보내며 아이나 저나 맥이 다 풀릴 정도로 고생하기는 했지만 그렇다고 좋은 점수를 기대할 수는 없었습니다. 

왜냐하면 처음부터 실험주제가 너무 무리한 수준으로 설정되었기 때문이었습니다. 결국 고생은 고생대로 하고 결과는 결과대로 좋지 않은 시간낭비 노력낭비를 한 셈이지요. 잘못된 IA주제 선정으로 말미암은 어려움은 거기에서 그치지 않았습니다. 전체 과목 점수의 20%를 차지하는 IA에서 고득점을 기대할 수 없는 상황이 되었으니 학년말에 있을 시험에서 예정보다 훨씬 높은 점수를 받아내야만 한다는 부담감이 생긴것입니다. 제가 생각하기로 그 정도의 IA라면 24점 중 잘 받아야 10점 정도에서 왔다갔다 할 것 같았고 이를 전체 과목점수 100%에 맞추어 환산해 본다면 시험도 치르기 전에 12% 정도의 감점을 받은 상태가 된 것입니다. 

IB  화학 최고 점수인 7을 받기 위한 %점수가 72 ~ 75% 정도에서 형성되었던 당시를 생각해본다면 어마어마한 핸디캡을 안고 만 것입니다. 다행히도 이 후 아이는 공부에 더 박차를 가했고 최종적으로 목표했던 점수를 받기는 했습니다만 작은 판단의 실수로 반년이 넘도록 고생을 했던 경험은 절대로 잊지 못하지 않을까 싶습니다.  

IB 과정의 IA는 NCEA의 인터널시험과 같은 학교 내 평가가 이루어지는 시험입니다. 우선 학교의 선생님께서 모든 학생들의 점수를 채점하신 후에 몇 학생의 IA를 무작위로 선별해 국제 IB 평가기관인 IBO로 송부하고, IBO에서 다시 한 번 채점을 해서 해당학교 학생들의 성적을 보정해주는 평가시스템을 가지고 있습니다. 과목에 따라 조금씩 차이가 있을수는 있지만 제가 가르치는 과학과목의 경우에는 전체 과목점수의 20%에 해당하는 비중을 차지하고 있고 총 24점 만점에서 대개의 학생들이 15점 정도를 취득하는 매우 어려운 시험이라 볼 수 있습니다. 

20점을 넘기는 학생들이 그리 많지 않지만 만약 고득점을 하게되면 연말시험의 부담감이 확연히 줄어드는 장점이 있고 반대로, 위의 에피소드와 같이, 낮은 점수를 받는다면 1점의 비중이 매우 큰 IA결과에 큰 타격을 받을수 있어서 절대로 대충대충 넘어갈 수가 없는 것이 바로 이 IA 입니다.

그런데 학생들이 이런 IA의 중요성을 간과하는 경우가 꽤 많습니다. 때로는 20%라는 수치 자체를 가볍게 여기기도 하고 때로는 자신의 실력을 과대평가하기도 합니다. 사실 그러한 ‘철부지 오만함’도 무리가 아닌것이... 인터넷을 뒤져가며 고득점을 받았던 IA들을 찾아 주욱 훑어보면 뭐 그리 특별할 것도 없고 특출난 재능이 엿보이지도 않습니다. 

그러니 ‘이 정도쯤이야~’ 하는 자신감을 가지게 되기 십상입니다. 하지만 아이들은 모르고 있습니다. 그 평범해보이는 2000자 에세이의 뒤에 숨겨진 3개월간의 노력과 한숨이 어느만큼인지를 말이지요. 이는 마치 콜럼부스의 달걀 이야기와도 같아서 남이 해 놓은 것은 별것 아닌것처럼 보이지만 정작 자신이 해보려면 도무지 손을 댈수가 없는 지경에 이르기가 다반사인 것입니다.    

실험보고서 형식의 IA를 제출하던 시절을 지나 현행 자기주도 프로젝트 형태의 IA에 이르기까지 근 20년간 아이들을 지도하다보니 학생들이 주제를 선정할 때 주의해야 할 점이나 실험을 계획하고 프로젝트를 진행하는 과정에서 간과해서는 안되는 소소한 부분들에 이르기까지.. 어느 정도의 노하우를 보유하게 되었습니다. 그래서 이번 지면을 통해 그 노하우들을 함께 나누어 올해, 혹은 내년도에 IA를 진행 할 학생들에게 도움을 줄 수 있었으며 좋겠습니다. 지금부터 말씀드리는 실질적인 IA 작성 요령은 과학과목들에만 해당되는 내용임을 먼저 말씀드립니다. 

우선 IA의 주제를 선정함에 있어서 학생들이 먼저 고려해야 할 부분에 대해 먼저 말씀드리겠습니다. 

첫째로 실험을 통해 실현 가능해야 합니다. 

위에서 말씀드렸던 에피소드 속의 학생처럼 그저 재미있을 것 같아서, 혹은 구미가 당겨서 IA의 주제를 정한다면 실험도 못 해보고 파국으로 치닫을 수 있음을 명심해야 합니다. 실험의 기본적인 배경이론이 무엇인지, 자신의 실험에서 찾아야 할 변수가 무엇인지를 명확히 설정해야 하고 그 변수를 측정하는 방법과 장비까지 미리 고려해 보아야 합니다.  

둘째로 학과 내용과 관련이 있어야 합니다. 

IA는 자유 프로젝트가 아니라 또 다른 종류의 시험입니다. 주어진 문제를 읽고 정답을 고르거나 답을 쓰지는 않지만 IA의 전 과정 자체가 하나의 시험이라는 사실을 잊어서는 안됩니다. 따라서 자신이 준비하는 실험의 주제가, 그리고 배경지식이 IB과목의 어느 챕터와 연관되는지 정확히 인지하고 있어야 합니다.  

셋째로 ‘자료기반’ 이건 ‘실험기반’ 이건 그라프를 그릴수 있어야 합니다. 

과학과목 IA에는 두가지의 형식적인 종류가 있습니다. 하나는 질문과 가설을 확인할 수 있는 실험을 계획하고 실행하여 그 결과를 토대로 이론적 관계를 도출하는 실험기반 IA이고, 둘째는 공신력있는 자료들을 취합하고 비교 분석하여 질문에 대한 가설의 합당성을 제시하는 자료기반 IA입니다. 

어느 방향으로 IA를 진행하던 과학과목 IA는 그라프를 중심으로 결과를 분석하게 되어 있습니다. 여기서 한 가지 중요한 것은 그라프라는 것이 한 변수의 변화에 따른 다른 변수의 변화를 가시화 한 것이지 결코 몇 가지의 샘플을 비교하는 ‘히스토그램’이 아니라는 사실입니다. 

예를들어 시중에 판매하고 있는 5가지 소화제를 분석하여 어느 소화제가 가장 효과적인지 분별한다’는 주제를 선정했다면 이에 대한 결론은 그저 5가지 제품의 성능을 비교한 막대그라프일 뿐입니다. 여기에서는 제품의 성능을 가름하는 요소가 드러나지 않아 그라프로 표현되는 두 변수간의 관계성을 전혀 찾아볼수 없습니다. 따라서 그라프를 그릴수 없는 실험주제인 것이고 결과적으로 좋은 IA 주제가 될 수 없습니다.  

다음은 IA를 진행하기 전에 숙달해야 할 지식과 기술입니다. 

첫째로 Uncertainty (오차범위) 계산에 능통해야 합니다.

실험을 해서 데이터를 얻든 아니면 다른 누군가가 제공해 준 데이터를 활용하든 모든 과학관련 측정치들은 오차범위라는 것을 가지고 있습니다. 이는 계측장비의 불완전함에서 야기되는 것인데요. 

예를들어 우리가 1mm 단위의 눈금을 가지고 있는 자를 가지고 물건의 길이를 측정한다면 1.2mm나 5.74mm를 읽어낼 수 없다는 당연한 한계에서 비롯되는 것이 오차범위입니다. IA를 진행하다보면 매우 긴 계산과정을 거치는 경우가 다반사이고 이 계산과정 동안 오차는 정형화 된 공식에 의거해 커지게 됩니다. 따라서 데이터의 종류와 계산 방식에 따른 오차계산법을 숙지하고 있어야만 실수없이 IA를 작성할수 있습니다.  

둘째로 화학과목의 경우 stoichiometry(정량분석) 에 능통해야 합니다.

화학을 공부하는 학생들에게 화학학습의 전반적인 흐름을 설명할 때 이런 이야기를 합니다 

‘화학은 화학양론 이전과 이후로 구분된다’라고 말이지요. 맞습니다. 화학을 공부하는 학생이면 누구나 알고 있겠지만 stoichiometry는 ‘성질’로 대변되는 물질세계에 ‘분량’을 부여하는 매우 중요한 개념입니다. 

화학 IA를  진행하다보면 어떠한 물질의 양을 계산하고 측정하고 분석하는 경우가 많습니다. 이 때 정량분석적인 능력이 모자라 실수를 한다면 큰 낭패를 볼 수 있음이 당연합니다. 그러니 IA에 들어가기 전에 자신의 Stoichiometry 지식을 확고히 다져놓는 것이 좋습니다.  

셋째로 Excel 등의 spread sheet, 특히 graph 그리는 기술을 적절히 사용할 줄 알아야 합니다.

IA를 마무리할 즈음 가장 긴 시간을 할애하는 요소가 있습니다. 바로 그라프입니다. 그 내용과 함수와 분석은 이미 끝났건만 정작 그라프를 그리는 자체가 어려워 밤을 새우기도 합니다. 원래 IB과학과목을 수강할 때는 DATA logger라는 그라프 전용 프로그램을 사용하게 되어 있지만 학교에 따라 다른 프로그램을 사용하기도 합니다. 

대부분 Excel을 사용하는데요.. 표를 만들기도 쉽고 정리, 분석하기도 용이하지만 그라프를 그리기에는 별로 적합하지 않은 프로그램입니다. Error bar를 그리거나 추세선을 그리는 요령도 매우 복잡하게 되어있어 학생들의 오랜 노력을 제대로 표현하지 못하는 경우가 허다합니다. 따라서 가능하다면 IA를 시작하기 전부터 Data logger나 Excel 사용법을 익혀 두는 것이 학생들에게 많이 유리할 수 있습니다. 

지금까지 IA의 주제를 선정할 때 고려해야 할 점과 미리 준비해야 할 기술에 대해 이야기 해 보았습니다. 지면과 시간 관계로 더 자세한 설명을 드리지 못해 아쉽지만 이 정도의 요령만 미리 알고 IA를 준비한다면 예상하지 못했던 난관에 부딪혀 울상짓는 일을 없으리라고 생각됩니다. 

아무쪼록 모든 IB학생들이 갈수록 비중이 커지고 있는 IA에서 만족할 만한 성과를 올릴수 있기를 기원합니다.