2014학년도 과학영재학교 입시 문항 분석 입시 2단계 전형 - 과학 기출 문항 분석

여섯 개의 영재학교가 실시한 2단계 전형에서 과학 분야는 다양한 방식의 창의적 문제 해결력을 평가하는 문제들이 출제되었다. 지금부터 몇 가지 경향성을 중심으로 어떠한 문제들이 출제되었고, 어떻게 대비하면 좋을지에 대해 각각 살펴보기로 하자.

몇 년 전부터 선행 위주의 평가에 대한 비판이 계속되어 온 관계로 현재 2단계 전형의 문제는 중등 과학의 교과 개념만으로도 답할 수 있는 문제들로 출제가 이뤄지고 있다. 다만 올해의 경우에는 제시문이나 해설 자료를 통해 중학과학을 넘어서는 개념을 충분히 설명하고 그 자료를 해석하는 방식으로 출제된 문항은 있었다. 하지만 이 경우에도 일반저긍로 고등학교 과학 과목에서 다루는 형태와는 문제의 내용이나 방식이 다른 경우가 대부분이었기 때문에 꼭 고등지식을 미리 알고 있다고 해서 유리하다고 보기는 어려웠다.

다만 중등 개념을 가지고 단순히 해결되는 문제 보다는 중학교 과학에서 배우는 여러 개념을 이용하여 실생활이나 문제에 주어진 조건 등에 응용해야 하는 수준 높은 심화 문제가 많이 출제되었다. 따라서 평소의 공부를 통해서 중등 개념을 명확하게 자기 것으로 만들고 이를 바탕으로 다양한 자연 현상을 설명하려는 노력이 필요하다. 또한 서술형 문제의 비중이 매우 높기 때문에 정확한 과학 개념을 가지고 자신의 생각을 논리적으로 설명하는 서술형 답안 작성 연습 또한 필수적이다.

경기과학고 복원문항 30˚C인 어항에 온도를 낮추려고 10˚C로 냉각된 돌을 넣는다. (단, 물의 질량은 100g, 물의 비열은 1cal/g·˚C, 검은 돌의 질량은 흰 돌의 3배이다.) ⑴ (가)에서 흰 돌 대신 검은 돌 한 개를 넣었을 때 물의 온도를 구하시오. ⑵ (다)에서 산소 용해도를 12ppm으로 만들려고 할 때, 필요한 10˚C 검은 돌의 개수를 구하시오.

중등 과학에서 배우는 비열과 용해도 개념을 이용하면 쉽게 해결할 수 있는 문항이다. 하지만 학교에서 흔히 푸는 문제와는 다른 형태로 나왔기 때문에 새로운 방식으로 접근해야 한다. 따라서 알고 있는 개념을 주어진 상황에 얼마나 잘 적응해서 문제를 해결할 수 있는지를 알아보는 문제이다.

한국과학영재학교 복원문항 ⑴ 식물은 설탕으로, 인간은 포도당으로 양분을 각각 이동시킨다. 그 이유를 설명하시오. ⑵ 설탕, 밥, 채소를 먹었을 때 혈당량 그래프(점선)와 인슐린 그래프(실선)을 그리고 설명하시오. ⑶ 녹말을 먹었을 때 혈중 녹말 농도 그래프를 그리고 설명하시오.

주어진 자료의 내용은 중등 과학에서 다루는 개념을 넘는 내용이다. 하지만 문제를 해결하기 위해서 필요한 내용을 이미 지문을 통해서 충분히 제시하였고, 고등 과학에서 흔히 다루는 형태의 문제도 아니기 때문에 사전 지식이 없는 학생의 경우에도 자신이 알고 있는 화학이나 생명 과학 지식을 바탕으로 자료를 해석하여 판단을 하면 합리적으로 설명할 수 있는 문항이다.

현재 과학 교육에서는 융합형 인재를 양성하는데 많은 관심을 기울이고 있다. 영재학교 학생들을 선발하는 데에도 이러한 추세를 반영하여 융합형 문제를 많이 출제하고 있는 경향이 보인다. 융합형 문제의 경우 아래와 같은 세 가지 유형으로 나눠 생각해 볼 수 있다.

가. 과학 분야들끼리의 융합

이는 기존의 단원별 출제에서 벗어나서 중학교 과학에서 다루는 다양한 단원들을 융합하여 여러 단원에서 배우는 지식을 복합적으로 이용해 해결 과정을 도출하도록 하는 문제이다. 이 경우 기존의 단원별 학습에 익숙한 학생들은 한 단원에서 배운 지식을 다른 단원의 문제에 적용하는 것에 당황할 수 있다. 특히 힘과 운동, 에너지 단원이나 원소, 분자결합, 화학 반응에 대해 배우는 단원 등의 경우 다른 단원과 연계성이 높기 때문에 평소부터 기본 개념을 잘 숙지하고 다른 단원을 공부할 때 이 개념을 이용하여 설명하는 연습이 필요하다. 학교 교육과정에서 3학년 때 배우는 단원의 지식을 이용하여 1학년 때 배운 현상을 설명하는 경우도 있기 때문에, 영재학교 준비를 할 때는 단원을 통합하여 사고하는 연습이 필요하다.

한국과학영재학교 복원문제 독도 근처 바다에는 해수 1kg당 32g의 염류가 녹아있다. 다음 물음에 답하시오. <중략> ⑷ 다음과 같은 실험을 하고자 할 때 각각 실험 방법을 두 가지 이상 서술하시오. ① 해수의 염분 구하기(염분량 측정) ② 해수의 담수화(해수를 담수로 변환) ③ 염화나트륨(NaCI)과 질산칼륨(KNO3)의 분리 ④ 소금물과 순수한 물 구분 ⑸ 동해의 평균 수심은 2,000m이다. 수심에 따른 CO2의 용해도 변화를 가능한 모든 과학적 정보를 이용해 서술하시오.

독도 인근의 해양에 관한 문제는 지구 과학 중에서 해수 단원에 해당되는 분야이다. 하지만 해수의 화학적 성분을 이용하여 화학 결합, 이온과 전해질에 관한 내용을 같이 물어보는 단원 융합형 문항이다.

나. 과학과 다른 분야와의 융합

예술, 사회, 기술, 실생활 등 다양한 상황을 주고 이를 자신이 알고 있는 과학적인 지식을 통하여 설명하는 문제는 현재 꾸준히 출제되고 있는 방식이다. 예전과 같이 자룔르 충분히 제시하고 문제를 제시하는 경우도 많았지만, 올해의 경우 중학교 교육과정을 정상적으로 공부하였다면 상식적으로 알고 있을 수준의 내용은 별다른 설명 없이 문제를 내는 경우도 보였다. 사실 이렇게 출제되는 문제의 경우 과학적인 사고력의 깊이를 측정하기 보다는 다양한 자료를 이해하고 이를 과학적으로 해석하는 능력을 가지고 있는지를 측정하려는 의도를 가지고 있기 때문에 문제의 수준이 그렇게 높지는 않다.

따라서 평소부터 열심히 과학 공부를 하는 한편 다른 과목의 공부 또한 상식 수준에서 충실하게 공부하는 것이 필요하다. 특히 소리, 빛이나 인체의 생리현상 등 예술, 체육과 과학이 만나는 분야, 사회과의 자연지리학 분야, 과학기술사에 관련된 분야는 문제로 자주 다루고 있기 때문에 시간이 나면 이쪽 분야의 경우 교양 수준에서 자세하게 알아 놓는 것도 도움이 될 수 있다.

서울과학고 복원문제 발트해는 스칸디나비아와 북유럽 사이에 위치하며, 북해와 연결되어 있다. 다음 물음에 답하시오. ⑴ 북해와 발트해는 만난 지점에 경계선이 뚜렷하게 나타나는데 그 이유를 설명하시오. ⑵ 북해와 발트해 지방이 추워졌을 때 해수의 수직 운동이 어떻게 변화할지 설명하시오.

북해와 발트해의 지리적인 특성을 파악하고 이를 유추하여 해결하는 문제이다. 북해와 발트해의 차이는 사회 시간에 직접적으로 다루지 않지만 우리나라 서해와 동해의 차이점에 대해서는 사회 시간에도 다루기 때문에 그때 배운 지식을 활용하여 유추하면 해결할 수 있다.

경기과학고 복원 문제 ＊어떤 음과 한 옥타브 높은 음의 진동수 비율은 1:2이다. '도'와 '솔'처럼 5도 차이 나는 음은 진동수 비율이 2:3이다. 다음 A음 진동수가 B음 진동수의배일 때, 값은 얼마인지 구하시오. ＊지질 탐사를 떠났다. 이동한 경로를 지도에 표시한 것과 각 이동 지점 간의 거리는 다음과 같다. (단, 사용한 지도는 축척이 1:1,000이다.) 구간 A~B B~C C~D 지도상의 거리(cm) 0.3 1.2 4.8 ⑴ B~D까지 실제 등산한 거리는?

소리 단원의 경우 음악과 밀접한 관련이 있다. 이 문제의 경우 미-파는 반음 차이이기 때문에 미-솔 사이는 1.5음 차이가 난다는 것을 음악 시간을 통해 알고 있어야 정확하게 문제를 해결할 수 있다. 또한 두 번째 문제의 경우 ⑵번 이후에는 지각 변동에 해당되는 문항이 이어지고 있는데, 그에 앞서 ⑴에서는 사회 시간에 간단히 배우는 독도법을 활용하여 올라간 높이를 이해하여야 피타고라스 정리를 이용하여 정확하게 해결할 수 있는 문제이다.

다. 수학과 연관된 문제

수학 문제라고 분류하기에는 풀이가 비교적 간단한 편이지만, 계산을 통해 답을 수치적으로 나타내는 문제도 자주 출제되는 유형 중 하나이다. 이는 특히 서울과학고에서 많이 내는 유형이다. 이러한 문제들은 과학적인 상황을 잘 모델링하여 수학으로 해결하는 식을 만들어내는 과정까지가 어렵기 때문에 평소부터 난이도 있는 계산 문제를 많이 해결하는 연습을 해 놓는 것이 중요하다.

이 때 학생들은 수학적인 해결에만 집중하다 논리적으로 어떻게 접근해서 식을 세우게 되는지, 계산이 끝난 다음 수학적인 결과를 과학적으로 어떻게 해석할 것인지에 대한 것을 놓치는 경우가 많은데 이에 대해서 풀이를 작성할 때 논리적으로 설명을 쓰는 연습을 평소부터 잘 해 놓는 것이 꼭 필요하다.

한국과학영재학교 복원 문항 씨앗이 자라 1ton 무게의 나무로 자랐다. 이 나무를 건조 시켜서 72% 질량이 남았다. 이 건조된 나무를 분석해보니 50%가 탄소로 이루어져있었다. 그렇다면 이 나무가 평생 흡수한 CO2의 최소 질량은 얼마인지, 계산 과정과 함께 적으시오. (단, C의 원자량 : 12, O의 원자량 : 16)

주어진 자료를 바탕으로 몇 가지의 가정을 하여 답을 유추해 내는 문항이다. 설명문에 나오는 내용대로 따라가면 약간의 가정으로 해결할 수 있는 문제이다. 다만 아보가드로 수에 관한 지식이나 몇 가지 가정을 세워서 유추해야 하기 때문에 수학 문제와는 약간의 차이가 있다.

서울과학고 복원 문항 운석이 지표면과 20˚ 각도로 떨어지다가 공중에서 폭발하였다. 운석이 폭발한 후 A는 150초, B는 120초, C는 80초 후에 폭발음을 들었다. 운석이 폭발한 지점의 연직 지점을 표시하고, 높이를 구하시오.

이 문제는 지진에서 진앙을 찾는 방법과 비슷하게 세 개의 원이 만나는 지점을 찾는 방법을 작도하면 해결할 수 있다. 따라서 문항 자체는 운석에 관한 것이지만 실제로는 기하학으로 해결된다.

경기과학고 복원 문항 기린의 심장 부근의 혈압은 260mmHg이다. 심장이 땅으로부터 2m 떨어진 위치에 있고, 기린 머리로부터 1.5m 아래에 위치하고 있다면, 이때 기린 머리와 발의 혈압 차이는 얼마인지 적으시오.

이 문제는 단순히 주어진 자료만 가지고는 해결되기 어렵다. 압력과 중력 등 여러 지식을 종합해야 해결할 수 있는 문항이다. 이렇듯 수학과 연계된 문제의 경우 과학적인 지식을 바탕으로 문제에 주어지지 않은 조건을 추가하고, 이를 바탕으로 해결하는 형태의 문항들이 주로 출제된다.

전통적으로 자료 제시형 문제를 출제해 왔던 한국과학 영재학교 뿐 아니라 다른 학교들의 문제 중에서도 읽기 자료나 실험, 관측 데이터를 주고 이를 해석하여 문제를 해결하는 방식의 문항들이 많이 출제되었다. 이 경우 과학 지식과 창의력 뿐 아니라 일정 수준 이상의 읽기 능력까지 필요하기 때문에 언어적인 능력도 필요하다. 또한 자료의 수준은 중등 과학 지식만 가지고도 충분히 이해할 수 있지만, 그 자료에서 설명하는 개념 자체는 고급 과학 개념에 해당되는 경우도 많기 때문에 글을 읽고 과학적 의미를 얼마나 잘 파악할 수 있는지가 특히 중요한 변수라고 할 수 있다. 사실 이는 최근 대학 수학능력시험의 경향과도 연계된다. 최근 수년간 언어(국어) 영역에서는 비문학 분야의 지문으로 과학, 기술 지문이 필수적으로 출제되고 있으며, 특히 그 중에서도 지문을 읽은 뒤 이를 바탕으로 그래프를 해석한다거나, 주어진 자료를 해석해서 답을 고를 문제가 최고 난이도 문제로 자주 출제되고 있다.

이를 해결하기 위해서는 평소부터 과학에 관한 약간 전문적인 도서를 풍부하게 읽고 자신이 알고 있는 지식을 바탕으로 그 의미를 생각하고 활용하는 연습이 필요하다. 또한 평소에 공부하는 과정에서도 단순하게 선생님이 가르쳐 주는 내용만 수동적으로 받아들이지 않고, 교재를 읽어가면서 내용을 스스로 이해하는 연습을 충분히 기르면 낯선 지문이 나와도 좀 더 쉽게 해결할 수 있다.

서울과학고 복원 문항 '신라·고려·조선시대에도 조상들은 한여름에 시원한 얼음을 맛볼 수 있었다.' 이는 겨울철 하천에서 12cm 이상의 두께로 채취한 얼음을 여름까지 녹지 않게 보관하는 현대판 냉장고를 연상시키는 얼음 저장창고 '석빙고(石氷庫)'가 있었기 때문에 가능했다. 석빙고 가운데 가장 유명한 것은 경주 석빙고이다. 길이 19m, 폭 6m, 높이 5.4m 규모로, 온도와 습도를 조절하는 환기 구멍 3개와 얼음 녹은 물이 밖으로 흘러 갈 수 있도록 한 배수로가 각각 설치돼 있다. 다음 물음에 답하시오. ⑴ 25˚C 상대습도 90%의 공기 1m³가 석빙고 안으로 들어왔다. 이 공기가 5˚C 상대습도 80%로 바뀔 때 응결되는 수증기의 양을, 아래 그래프를 이용해 구하시오. ⑵ 외부의 더운 공기가 석빙고로 들어올 때 내부 공기의 기온, 상대 습도, 상태 변화를 서술하시오.

석빙고의 구조와 특징을 제시하고 그 자료를 바탕으로 알 고 있는 대기에 관한 지식을 응용하여 문제를 해결하도록 출제된 문항이다. 자료 해석형 문제에서 많이 사용하는 방법 중 하나가 이런 식으로 새로운 내용에 대한 설명을 주고 기존에 배운 지식을 통해 그 곳에서 벌어지는 현상을 설명하는 방식이다.

이론 개념 뿐 아니라 실험, 탐구에 관련된 문항 또한 꾸준히 출제되고 있다. 특히 이는 한국과학영재학교에서 두드러지는데, 이 경우 하나의 답이 정해져 있지 않고 다양한 탐구 방법이 가능한 문제들도 출제가 가능하다. 그 외에 주어진 자료를 바탕으로 이를 해석하여 그래프를 예측한다거나, 실험을 했을 때 나오게 된 결과를 예측해 본다거나 하는 문항 역시 출제가 되었다. 이러한 문제를 위해서는 우선 다양한 실험을 접하는 경험이 필요하다. 그래서 실험을 했을 때 어떠한 결과가 나오는지에 대해 경험적으로 알고 있고, 실험 데이터를 처리하는 연습 또한 해보는 것이 좋다.

대전과학고 복원 문제 1. 아래 그림과 같이 높이 20cm인 투명한 통에 액체를 채우고 막대를 넣었다. ⑴ 물을 높이 15cm가 되도록 채웠을 때 굴절 모양을 그리시오. ⑵ 기름을 높이 15cm가 되도록 채웠을 때 굴절 모양을 그리고, 물과 다른 이유를 설명하시오. ⑶ 물을 10cm, 기름을 5cm 채웠을 때, 굴절 모양을 그리시오.

실험을 통해 나올 수 있는 상황을 예측하여 그려 보는 문제이다.

⑵, ⑶의 경우에는 단순히 이론만 익힌 학생 보다는 실제 관찰한 경험이 있는 학생이 좀 더 잘 설명할 수 있다는 점에서 넓은 의미의 실험, 탐구형 문항이라고 할 수 있다.

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