4차 산업 혁명의 시대 청소년을 위한
인포그래픽 통합 과학 교과서

★빅 히스토리와 만난 백과사전식 지식이 빛을 발한다. 과학적 통섭의 출발점에 자리하는 책!
―김홍표(아주 대학교 약학 대학 교수)

전 세계 11개국, 13만 부가 번역, 출간된
「세상의 원리」 시리즈 네 번째 책

2015년 개정 교육 과정에 따라, 2018년부터 통합과학이 고등학교 1학년 과학 필수 과목으로 지정되었다. 통합 과학은 물리, 화학, 생물, 지구과학으로 나뉘어 있던 기존 과학을 빅 히스토리적 구성을 따라 하나로 엮어 내 융합형 교육을 강조했다. 새로운 과학 교육 패러다임의 도입을 반기는 이들도 있었지만, 교육 현장에서는 당황스러운 목소리도 높았다. 통합적 사고력을 많이 요구해 학습이 어려운 데다가 시험 문제의 출제 및 평가가 어렵다는 것이 주요 비판점이었다. 그러나 김상욱 경희 대학교 물리학과 교수 같은 과학자들은 “과학을 공부하고도 세상을 제대로 이해할 수 없었다면, 그것은 전체를 보려는 노력을 안 했기 때문”이라며 통합 과학적 접근법의 중요성을 역설한다. 또 “우주를 통합적으로 이해하고 인류가 직면한 위기를 해결하기 위해”서라도 통합적 과학 교육은 필수적이다.
당초 계획과 달리 올해 고등학교 입학하는 학생들이 치르게 될 2022년 수능 과목에서 통합 과학이 제외되기는 했지만, 통합 과학이 앞으로 대학 입시와 교육 과정에서 중요한 역할을 하게 될 것이라는 것은 분명하다. 그렇다면 통합 과학을 어떻게 대비해야 할까? 통합 과학 교과 개발에 참여해 온 과학계와 교육계의 전문가들은 “자연스러운 과학 도서 독서를 통해 배경 지식을 쌓을 것”을 강조한다. 특히 “중학교 3학년 마지막 겨울 방학 때” 다양한 과학 교양서에 대한 독서를 주문하기도 한다. 이번에 DK와 ㈜사이언스북스가 펴낸 『과학 원리: 인포그래픽 과학 팩트 가이드(How Science Works: The Facts Visually Explained)』는 바로 이런 통합 과학 교육 대비 수요에 정확하게 부합하는 책이다.
이 책은 (주)사이언스북스에서 펴내고 있는「세상의 원리」 시리즈 네 번째 책으로, 세계적인 교육/교양/실용 도감 전문 출판사인 영국의 DK(Dorling Kindersley)가 펴내고 있는 인포그래픽 시리즈 중 한 권을 번역한 것이다. 의학, 해부학, 생리학, 영양학, 경제학, 철학, 공학 등 다양한 분야를 망라하며, 아름답고 직관적인 인포그래픽과 다이어그램으로 청소년은 물론, 일반 독자들이 일상 속에서 궁금해 하는 과학 정보와 지식을 ‘팩트체크’해 주는 이 「세상의 원리」 시리즈는 출간되는 책들마다 전 세계 십수 개국에 번역 출간되어 수십만 부의 판매고를 올리고 있는 월드와이드 베스트셀러 시리즈이다. 국내에는 현재 『인체 원리』, 『음식 원리』, 『돈의 원리』가 출간되어 독자들의 사랑을 받고 있다. 이번에 선보이는 『과학 원리』는 이 시리즈의 네 번째 책으로 ‘과학’을 주제 삼아 화려한 인포그래픽과 다이어그램으로 과학적 ‘팩트’의 세계로 독자들을 안내한다. “우주는 언제, 어떻게 탄생했는가?”, “생명이란 무엇인가?”, “지구 온난화는 사실일까?”, “중력파로 무엇을 할 수 있을까?”, “인공 지능은 인류를 지배할까?”, “우주의 종말은 어떤 모습일까?” 같은 과학 하면 항상 떠오르는 질문들에 대한 진짜 답들을 찾아볼 수 있다.
뿐만 아니라, 「물질」, 「에너지와 힘」, 「생명」, 「우주」와 「지구」라는 5개의 챕터로 구성되어 있어, 통합 과학의 교과 과정과 정확하게 일치하는 체재를 보여 주고 있다. 고등학교 입학을 앞두고 통합 과학을 대비하는 중학생이나, 통합 과학 교과를 막상 공부하고 있는 고등학생이나, 사전 준비나 교육 지원 없이 갑자기 도입된 통합 과학 교과의 교육 방법에 대해 고민하는 교사는 물론, 과학에 관심 많은 일반 독자들에게도 현대 과학의 성과를 개괄해 줘 도움이 된다.
이 책을 우리말로 옮긴 김홍표 아주 대학교 약학 대학 교수는 이 책의 장점을 세계를 과학으로 통합적으로 보고 사고할 수 있는 “연결점”을 제시하는 데 있다고 평가한다. 우리는 과학을 물리, 화학, 생물, 지구 과학 네 개 분야로 나눠 배우지만, 어떤 과학 분야의 어떤 질문도 그 분야만의 지식으로 답을 구할 수 없다는 현실을 과학자라면 누구나 “곧바로 깨닫게 되”기 때문이다. 생물의 에너지는 미토콘드리아가 만들지만, 그 미토콘드리아는 독립 생활을 하다가 공생 진화를 통해 우리 세포 속에 합류한 존재이며, 그 미토콘트리아의 에너지 생산 과정은 양성자 기울기라는 화학 개념을 이해하지 않고는 알 수 없으며, 양자 역학이 없으면 전자가 세포 단백질 안에서 돌아다니는 과정을 이해할 수 없다. 과학은 이렇게 다 연결되어 있다. 『과학 원리』는 물리, 화학, 생물, 지구 과학의 이 연결점을 정확하게 짚고 있는 115개의 개념을 소개하고 있다. 그리고 각 개념은 2쪽으로 이뤄진 하나의 펼침면을 가득 채운 인포그래픽 1∼2개로 정확하게, 그리고 아름답게 소개되어 있다.
이것만이 아니다. 김홍표 교수에 따르면, “책이 귀하던 시절, 도서관에서 우연히 발견한 동물 도감을 보듯 논리적 순서를 따지지 않고도 여기저기 왔다 갔다 하면서 과학적 여정에 흠뻑 취할 수 있”다는 또 다른 장점도 숨어 있다.

왜 과학이 특별할까?
세상에서 가장 간단한 과학 사전!

□ 과학은 증거와 논리에 바탕을 두고 계통적으로 사고하는 방식이다.
□ 물질은 공간을 차지하고 질량을 갖는 실체이다.
□ 화학 반응은 원자 결합을 깨고 새로운 결합을 만드는 과정이다.

이 책은 크게 다섯 개의 장으로 이루어져 있다. 우선 「무엇이 과학을 특별하게 만드는 것일까?」가 책의 문을 연다. 과학 연구의 과정을 설명하는 이 장에서는 논문을 연구하고 가설을 정립한 후, 예측을 수립하고 데이터를 수집하고 이를 발표해 동료 심사를 거치는 과정이 설명되어 있다. 이를 통해 과학이 고정되어 있는 사실의 형태로 존재하는 것이 아니라 끊임없는 수정과 변형을 거칠 수 있는 발견의 과정임을 말한다.
첫 번째 장은 「물질」이다. 물질의 여러 상태인 고체, 액체, 기체, 플라스마, 초전도체와 초유체 등과, 상태 간의 변화가 일어나는 과정이 설명된다. 이어서 원자의 단위인 원자핵과 전자를 살펴보고, 양성자와 중성자를 이루는 아원자 세계를 탐구한다. 양자, 방사능 등 원자 이하의 단위에서 일어나는 현상과 더불어 그것을 연구하는 기구인 입자 가속기에 대한 설명까지 포함되어 있어 각각의 개념을 이해하는 동시에 원자에서 일어나는 현상을 파악할 수 있다. 이어 화학 반응의 기작과 탄소, 수소, 물과 같은 주요 분자들, 이들을 재료로 하여 만드는 화학 물질들의 특성과 제조 공정을 설명한다.

물질과 에너지, 생명과 우주, 지구와 환경
한눈에 보는 생생하고 특별한 과학 이야기!

□ 1뉴턴은 질량이 1킬로그램인 물체를 초당 1미터로 가속시킨다.
□ 강한 인공 지능은 자신이 무엇을 모르는지 알고 그것을 배워 더 현명해질 수 있다.
□ 생명체의 유전 정보는 DNA 분자 안에 들어 있으며 이 DNA 전체를 유전체라고 한다.

「에너지와 힘」장에서는 일상생활에서 일어나는 다양한 종류의 물리적 움직임에 어떤 힘들이 관여하는지, 소리와 열 같은 에너지들이 어떻게 작용하는지 설명한다. 중등 교육 과정에도 중요하게 포함되어 있는 전기와 자기 현상도 들어가 있다. 전자기파, 레이저의 원리, 광학의 활용 등 열쇳말의 꼬리를 물고 이어지는 설명은 과학적 사실들이 분절된 것이 아니라 하나로 이어져 통합적인 이해가 필요한 것임을 실감하게 한다. 이외에도 중등 교육 과정에서는 쉽게 찾아볼 수 없는 상대성 이론과 중력파, 끈 이론에 이르는 최신 물리 지식과 더불어, 전자 공학의 원리, 반도체에 사용되는 마이크로칩 등 공학 분야까지 설명한다. 컴퓨터와 가상 현실, 나노 기술, 로봇, 인공 지능 등 최근 이슈가 되고 있는 분야에 대한 정보까지 담아 시대의 흐름과 발맞추고자 했다.
「생명」장에서는 생명의 정의와 생명 현상의 작용 원리를 소개하는 것으로 시작해 세포, 유전자, DNA와 같은 생명의 구성 요소를 따라, 생명 현상을 발생시키고 유지시키는 단위를 살펴본다. 이외에도 성장, 노화가 생체 현상의 어떤 부분과 관련이 있는지 탐구한 후, 현대의 유전 공학 발전으로 인해 가능해진 유전자 치료, 클로닝 등의 기술을 설명한다.

우주 탐사와 지구의 미래를 아우르는
최신 인포그래픽 가이드

□ 태양은 약 50억 년간은 안정하게 유지될 것이다.
□ 우주에 사는 동안 비행사의 키는 3퍼센트까지 자랄 수 있다.
□ 기록상 2016년이 가장 따뜻한 해였다.

태양, 은하, 블랙홀 등 우주에 존재하는 것들과 더불어 우주의 시작과 종말에 대한 설명이 「우주」 장에 담겨 있다. 우주엔 우리뿐일까? 우주에서 살면 우리 몸에 어떤 일이 벌어질까? SF 영화를 통해 상상해 보던 문제들이 실제로 일어난다면 어떤 현상이 벌어질지 재미있는 설명을 통해 알아보고 그를 통해 더 생생한 상상력을 발휘해 볼 수 있다.
「지구」장은 지구의 안쪽 구조를 소개하는 것으로 시작한다. 암석권이 판으로 이루어져 있다는 판 구조론을 소개하고, 지진, 화산의 발생 경위를 설명한다. 이어 암석, 바다, 대기 등 지구의 환경을 구성하는 요소들을 알려주고, 날씨와 기후, 물의 순환, 온실 효과의 원리를 전달해 준다.
세포와 같은 미시적인 세계에서부터 우주와 같은 거시적이고 광범위한 세계까지, 전혀 다른 모습을 하고 있는 듯 보이는 과학의 원리를 어떻게 통합적으로 이해할 수 있을까?　『과학 원리』를 통해 그 답을 함께 찾아볼 수 있을 것이다.

참여 필자
데릭 하비(Derek Harvey), 톰 잭슨(Tom Jackson), 지니 스미스(Ginny Smith), 앨리슨 스터전(Alison Sturgeon), 존 우드워드(John Woodward)

무엇이 과학을 특별하게 만드는 것일까?

물질
물질이란 무엇일까 / 고체 / 액체 / 기체 / 이상한 상태 / 물질 변환 / 원자의 안쪽 / 아원자 세계 / 파동과 입자 / 양자의 세계 / 입자 가속기 / 원소 / 방사능 / 혼합물과 화합물 / 분자와 이온 / 반응하기 / 반응과 에너지 / 금속 / 수소 / 탄소 / 공기 / 연소와 폭발 / 물 / 산과 염기 / 결정 / 용액과 용매 / 촉매 / 화학 물질 만들기 / 플라스틱 / 유리와 세라믹 / 놀라운 물질

에너지와 힘
에너지란 무엇인가? / 정전기 / 전류 / 자기장 / 전력 생산 / 대체 에너지 / 전자 공학의 원리 / 마이크로칩 / 컴퓨터의 원리 / 가상 현실 / 나노 기술 / 로봇과 자동화 / 인공 지능 / 파동 / 라디오파에서 감마선까지 / 색 / 거울과 렌즈 / 레이저의 원리 / 광학의 활용 / 소리 / 열 / 열 전달 / 힘 / 속도와 가속도 / 기계 / 마찰 / 용수철과 진자 / 압력 / 비행 / 부력의 원리 / 진공 / 중력 / 특수 상대성 이론 / 일반 상대성 이론 / 중력파 / 끈 이론

생명
살아 있다는 것은? / 생명체의 유형 / 바이러스 / 세포 / 유전자의 원리 / 생식 / 유전자 전달 / 생명은 어떻게 시작되었을까? / 어떻게 진화하는 것일까? / 식물은 어떻게 세상을 움직일까? / 식물의 호흡 / 탄소 순환 / 노화 / 유전체 / 유전 공학 / 유전자 치료 / 줄기세포 / 클로닝

우주
항성 / 태양 / 태양계 / 우주 표류자 / 블랙홀 / 은하 / 빅뱅 / 우주는 얼마나 클까? / 암흑 물질과 암흑 에너지 / 우주의 종말 / 우주 바라보기 / 우주엔 우리뿐일까? / 우주 비행 / 우주에서 살기 / 우주 여행

지구
지구의 안쪽 / 판 구조론 / 지진 / 화산 / 암석의 순환 / 바다 / 대기권 / 날씨의 원리 / 기상 이변 / 기후와 계절 / 물의 순환 / 온실 효과 / 기후 변화

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