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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.41 No.5 pp.504-519
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2020.41.5.504

Analysis of Misconceptions on Oceanic Front and Fishing Ground in Secondary-School Science and Earth Science Textbooks

Kyung-Ae Park1,2*, Jae Yon Lee3, Chang-Keun Kang4, Chang-Sin Kim5
1Department of Earth Science Education, Seoul National University, Seoul 08826, Korea
2Research Institute of Oceanography, Seoul National University, Seoul 08826, Korea
3Chungdam Middle School, Seoul 06010, Korea
4School of Earth Sciences & Environmental Engineering, Gwangju Institute of Science and Technology, Gwangju 123, Korea
5Fisheries Resource Management Division, National Institute of Fisheries Science, Busan 46083, Korea
*Corresponding author: kapark@snu.ac.kr Tel: +82-2-880-7780
October 16, 2020 October 25, 2020 October 26, 2020

Abstract


Oceanic fronts, which are areas where sea water with different properties meet in the ocean, play an important role in controlling weather and climate change through air–sea interactions and marine dynamics such as heat and momentum exchange and processes by which properties of sea water are mixed. Such oceanic fronts have long been described in secondary school textbooks with the term ‘Jokyung water zone (JWC hereafter) or oceanic front’, meaning areas where the different currents met, and were related to fishing grounds in the East Sea. However, higher education materials and marine scientists have not used this term for the past few decades; therefore, the appropriateness of the term needs to be analyzed to remove any misconceptions presented. This study analyzed 11 secondary school textbooks (5 middle school textbooks and 6 high school textbooks) based on the revised 2015 curriculum. A survey of 30 secondary school science teachers was also conducted to analyze their awareness of the problems. An analysis of the textbook contents related to the JWC and fishing grounds found several errors and misconceptions that did not correspond with scientific facts. Although the textbooks mainly uses the concept of the JWC to represent the meeting of cold and warm currents, it would be reasonable to replace it with the more comprehensive term ‘oceanic front’, which would indicate an area where different properties of sea water–such as its temperature, salinity, density, and velocity-interact. In the textbooks, seasonal changes in the fishing grounds are linked to seasonal changes in the North Korean Cold Current (NKCC), which moves southwards in winter and northwards in summer; this is the complete opposite of previous scientific knowledge, which describes it strengthening in summer. Fishing grounds are not limited to narrow coastal zones; they are widespread throughout the East Sea. The results of the survey of teachers demonstrated that this misconception has persisted for decades. This study emphasized the importance of using scientific knowledge to correct misconceptions related to the JWC, fishing grounds, and the NKCC and addressed the importance of transferring procedures to the curriculum. It is expected that the conclusions of this study will have an important role on textbook revision and teacher education in the future.



중등학교 과학 및 지구과학 교과서 조경 수역 및 어장에 관한 오개념 분석

박 경애1,2*, 이 재연3, 강 창근4, 김 창신5
1서울대학교 지구과학교육과, 08826, 서울특별시 관악구 관악로 1
2서울대학교 해양연구소, 08826, 서울특별시 관악구 관악로 1
3청담중학교, 06010, 서울특별시 강남구 압구정로 61길 36
4광주과학기술원, 61005, 광주광역시 북구 오룡동 첨단과기로 123
5국립수산과학원, 46083, 부산광역시 기장군 기장읍 기장해안로 216

초록


해수의 서로 다른 물성이 만나는 해양 전선은 해수의 열교환 및 운동량 교환, 물성의 혼합과정과 같은 해양 역 학적 과정과 해양-대기 상호작용으로 기상변화와 기후 변화를 조절하는 중요한 역할을 한다. 이러한 해양 전선이 중등 학교 교과서에는 해류가 만난다는 의미를 가지는 ‘조경 수역’이라는 용어로 사용되고 있으며 동해 어장과의 관련성을 제시하고 있다. 그러나 고등교육과 해양과학자들은 지난 수십 년 동안 이 이 용어를 사용하지 않고 있어서 용어의 적 절성이 조사되어야 하며 오개념을 제거할 필요성이 있다. 본 연구에서는 2015 개정교육과정에 기반한 중등학교 교과서 11종(중학교 5종, 고등학교 6종)을 활용하여 이와 관련된 교과 내용을 분석하였다. 또한 중등학교 과학교사 30인을 대 상으로 설문 조사를 실시하여 이 문제에 대한 교사들의 인지 정도를 분석하였다. 조경 수역과 어장에 관한 교과서의 내용을 분석한 결과, 과학적 사실과 부합하지 않는 상당히 많은 오류와 오개념이 발견되었다. 교과서에서 조경 수역이 라는 개념이 한류와 난류가 만나는 의미로 주로 활용되고 있으나, 수온, 염분, 밀도, 유속 등 해양의 서로 다른 물성이 접하는 ‘해양 전선’이라는 포괄적인 용어로 대체하는 것이 바람직하다. 교과서에서는 어장의 계절변동을 겨울에 남하하 고 여름에 북상하고 북한한류의 계절변동과 연결하고 설명하고 있지만 이는 북한한류의 여름철 강화에 관한 그동안의 과학적 사실에 위배되는 내용이다. 동해의 어장은 동해안 좁은 영역에 국한된 것이 아니라 훨씬 더 넓은 해역에 광범 위하게 분포하고 있다. 교사들의 설문 결과는 이러한 오개념이 지난 수십 년 동안 지속되어 왔음을 입증하였다. 본 연 구는 조경 수역, 어장, 북한한류와 관련된 오개념을 수정하기 위한 과학적 지식의 중요성과 교육과정으로의 전달 과정 의 중요성을 강조하였다. 향후 이 연구가 교과서 수정과 교사교육에 중요한 역할을 할 수 있기를 기대한다.



    Ministry of Oceans and Fisheries

    서 론

    동해는 작은 대양으로 불린다. 대양과 같이 수심도 깊으며, 해빙, 난류, 한류, 전선 등 대양에 있는 현상 과 매우 유사한 요소들을 많이 가지고 있다(Kim et al., 2001). 특히 동해에는 대마난류와 동한난류와 같 은 난류가 잘 발달되어 있으며 북한한류와 연해주한 류와 같은 한류 시스템도 잘 발달되어 있다(Martin and Kawase, 1998;Park et al., 2013). 또한 동해 남 부에는 고온의 해수와 북부에는 저온의 해수가 존재 하여 중앙에 극전선(subpolar front)이 넓게 발달되어 있으며 크고 작은 소용돌이들이 광범위하게 분포하고 있는 매우 역동적인 바다이다(Park et al., 2004;Park et al., 2007). 동해에는 해양-대기 상호 작용으로 인 하여 해양 표층의 식물성 플랑크톤을 포함한 해양 생태계의 변동이 태평양에 비하여 매우 크게 나타난 다(Park et al., 2020).

    대부분의 중등학교 교과서에는 동해 중부에 북한한 류와 동한난류가 만나서 조경 수역이 만들어지고, 이 곳에 어장이 잘 발달되어 있다고 제시하고 있다. 그 런데 이러한 조경 수역과 어장이 매우 국지적인 영 역을 제시하거나 과학적 지식에 부합하지 않은 내용 을 제시하고 있어서 오개념 유발 가능성을 조사할 필요가 있다. 교과서는 교사와 학생들이 획득할 수 있는 지식의 통로이기 때문에 정확한 정보를 제공하 여야 한다. 최근 2015 개정교육과정을 기반으로 집필 된 지구과학 교과서에서도 여전히 문제를 포함하고 있다. 교과서는 과학적 개념이나 사실에 대한 오류가 없도록 관리하여야 하고 오류가 발견되었을 경우 개 정할 필요성이 제기된다. 조경 수역과 어장 및 수산 자원에 대한 과학 교과서 내용은 구체적이며 학생들 이 다양한 특성을 획득할 수 있도록 신뢰도가 높은 과학적 결과를 활용하여 적확하게 설계되어야 한다. 과학 교과서는 학생들이 지식을 습득할 수 있는 가 장 큰 통로이기 때문에 과학적 사고력, 과학적 탐구 능력, 과학적 문제 해결력, 과학적 의사소통 능력, 과 학적 참여와 평생 학습능력 등의 과학과 핵심역량을 함양하도록 해야 한다(Song and Na, 2015). 교사들 도 교과서를 기반으로 대부분의 교수-학습활동을 구 성하므로 교과서는 오개념이 없도록 각별히 관리하여 야 한다(Choi and Cho, 1987;Kook, 2003).

    따라서 본 연구에서는 1) 2015 개정 교육과정에 따라 집필된 지구과학 교과서에서 조경 수역, 전선 및 어장에 관한 내용을 분석하고, 2) 교과서 내용이 오개념을 유발할 가능성이 있는지를 조사하고, 3) 조 경 수역과 전선이 어장과 어떤 관련성을 가지는지 기존의 연구 결과를 분석하여 제시하고, 4) 교사들이 가지는 조경 수역과 어장에 관한 오개념을 분석하고, 5) 교과서 오개념을 수정할 수 있는 방안에 대해 제 안한다.

    연구 자료 및 방법

    2015 개정 교육과정 교과서

    2015 개정교육과정을 기반으로 2019년에 출판된 중등학교 과학 및 지구과학 교과서에서 조경 수역, 어장, 한류와 난류에 관한 내용과 동해를 포함한 한 반도 주변 해류도를 연구 자료로 활용하였다. 본 연 구에서는 중학교 과학2 교과서 5종과 고등학교 지구 과학 I 6종 교과서를 사용하였다. 각 교과서는 기호 를 정하여 구분하였고, 중등학교 구분, 교과서명, 저 자, 발행 연도, 출판사, 게재된 쪽 등 교과서 관련 정 보들을 Table 1에 제시하였다(Park et al., 2020). 중 학교 과정과 고등학교 과정의 교과서들은 각각 M1 에서 M5, H1에서 H6까지 기호로 표시하였다. Fig. 1은 각 교과서에 수록된 해류도를 나타낸 것이다. 교 과서 해류도의 근간이 된 한반도 주변해의 해류도는 국립해양조사원 홈페이지에서 해류도 그림, 한류와 난류의 위치정보를 사용자들에게 배포하고 있다 (http://sms.khoa.go.kr).

    조경 수역에 관한 설문 조사

    교과서에 표현된 조경 수역과 어장에 관한 내용과 개념을 분석하기 위하여 중학교 과학 담당 교사 및 고등학교 지구과학 교사 30명을 대상으로 설문 조사 를 실시하였다. Table 2는 설문에 참여한 교사들의 중학교 및 고등학교 소속 기관의 백분율을 나타낸 것 이다(중학교 과학 66.7%, 고등학교 지구과학 33.3%). 교육 경력에 대한 설문 결과에 의하면 교사들의 근 무 경력은 5년 미만(36.7%), 5-10년(13.3%), 10-15년 (20.0%,) 15-20년(13.3%), 20년 이상(16.7%)으로 구 성되어 있었다. 교사들의 전공 분야는 지구과학(50.0%), 물리(20.0%), 화학(13.3%), 생명과학(13.3%), 통합과 학(3.3%) 분야로 다양하게 분포하였다(Table 2).

    조경 수역과 관련한 교과서 내용을 분석하기 위하 여 중학교 5종, 고등학교 6종의 교과서에 대하여 ‘조 경 수역의 정의는 무엇인가?’, ‘조경 수역의 계절 변 동에 대한 의견은?’, 그리고 ‘왜 그렇게 생각했는가?’ 의 문항을 만들었다. 또한 조경 수역에 대한 지식의 출처를 조사하였다.

    연구 결과

    교과서 조경 수역 및 어장

    중등학교 교과서에서 조경 수역과 어장에 관한 내 용을 조사하여 Table 3에 제시하였다. 본문의 내용으 로 언급한 교과서도 있었고, Table 3의 기타 사항에 제시한 바와 같이 ‘스스로 확인하기’, 주석, 그림 설 명, 질문 등에 제시한 부분도 분석 대상에 포함하였 다. 또한 교과서에 어장 관련한 설명이 있는지 확인 하여 그 유무를 Table 3에 ‘○’과 ‘X’로 표시하였다.

    M1 교과서부터 H6 교과서에 이르기까지 모든 교 과서에서 조경 수역을 언급하고 있었다. 발생 과정으 로는 북한한류와 동한난류가 만나서 형성되며 풍부한 영양 염류와 플랑크톤으로 인하여 좋은 어장을 형성 한다고 되어 있었다. 조경 수역에 대한 정의를 ‘난류 와 한류가 만나는 곳’이라고 언급한 교과서는 M1, M3, M5, H5, H6가 있었으며, ‘동한난류와 북한한류 가 만나서 형성된다’라고 제시한 교과서는 M2, M4, H1, H2, H4가 있었다. 조경 수역의 위치에 대해서도 통일된 기준이 없이 모호하게 표현되어 있다. 5종 (M1, M2, M4, M5, H2)의 교과서에서는 ‘동해에서’ 라고만 기술하였고, H1에서는 ‘위도 40° 부근’이라고 위도를 구체적으로 명시하였다. H3 교과서는 ‘동해의 중부 연안 해역’, M3는 전체 교과서 중에서 유일하 게 해류모식도에 동해안 중부 연안에 조경 수역을 표시하였다. H6 교과서에서는 ‘겨울에는 울릉도와 주 문진 먼 바다에, 여름에는 함경남도 먼 바다에 형성 된다’고 기술하여 조경 수역의 위치에 대해 교과서별 로 통일된 기준이 없음을 알 수 있다.

    또한 조경 수역이 여름에는 북상하고 겨울철에는 남하한다고 M2, M4, H3, H4, H5의 5종 교과서에서 언급하고 있었고, 특히 H6 교과서는 남쪽과 북쪽 외 에 겨울에는 울릉도와 주문진 먼 바다에, 여름에는 함경남도 먼 바다에 형성된다고 해역을 제시한 교과 서도 있었다. 거의 모든 교과서가 조경 수역은 한류 와 난류가 만나는 곳이고, 어장과 연결하여 공통적으 로 설명하고 있었다. 4종의 교과서(M2, M3, H3, H5)는 계절변동의 원인을 설명하면서 겨울철에는 북 한한류가 강하게 흐른다는 오개념을 제시하고 있어서 문제의 소지가 큰 것으로 분석이 되었다. 실제로 기 존의 과학 연구 결과들은 북한한류의 세기는 겨울철 이 아닌 여름철에 강하다고 이미 수십 년 전에 연구 결과로 학계에 보고되었다(e.g., Kim and Kim, 1983; Cho and Kim, 1994).

    조경 수역의 어원

    중등학교 모든 교과서에는 ‘조경 수역’이라는 용어 를 분명히 명시하여 활용하고 있으나, 실제로 고등교 육에 활용되는 교과서에는 그러한 용어를 사용하고 있지 않으며, 해양학자들의 연구 활동의 보고인 해양 관련 학회들과 한국해양과학회지에서도 이러한 ‘조경 수역’이라는 용어를 지난 수십 년 동안 사용하고 있 지 않다. 해양학자들의 용어와 중등학교 교과서의 용 어 사이에는 왜 이러한 차이가 생겨난 것일까? ‘조경 수역’이라는 용어는 언제 생겨났고 어떻게 사용하게 된 것인가? 이러한 질문에 대한 해답을 구하기 위하 여 본 연구에서는 ‘조경 수역’에 대한 정의와 어원을 조사하였다.

    국립국어원 표준대사전(https://stdict.korean.go.kr)에 의하면 조경(潮境)이란 ‘성질이 다른 해류가 만나서 불연속선을 이루는 수렴선. 그 경계에는 소용돌이가 생겨 해류의 교환과 혼합이 심해서 영양 염류가 풍 부하고, 부유 생물이 모임에 따라 고기 떼가 몰려 큰 어장이 된다.’라고 정의하고 있다. 그러나 조경이라는 용어는 학계에서 일반적으로 사용하지 않고 있다. 동 해의 특성과 어장과 관련된 논문에서도 전혀 검색되 지 않는 용어이다. 조경(潮境)이라는 단어는 일본어 사전(https://ja.dict.naver.com)에서 ‘しおざかい(潮境)’ 에서 유래하였고 ‘성질이 다른 두 해류의 접경(接境)’ 을 의미한다고 제시되어 있다. 주로 일본에서 경계 혹은 고비를 나타낼 때 사용하는 단어라고 한다. 일 반적으로 국외에서 유래한 용어가 국내에서 널리 사 용될 경우에는 외래어로 교과서에 활용되는 것이 타 당하지만 ‘조경’이라는 용어는 중등학교 교과서 외에 는 빈번하게 활용되지 않고 국내 서적이나 학술지에 서도 그 근간을 찾아보기 어려운 것으로 판단된다.

    동해 조경 수역의 정의

    동해에서 한류와 난류 혹은 난수와 냉수가 만나는 곳은 동해 중앙부를 비롯하여 전체 해역에 산재해 있다(Park et al., 2004). 그 해역 중 하나인 동해 연 안을 따라서 한류와 난류가 만나는 영역에 대하여 기존의 연구들을 조사한 결과, 북한한류는 일반적으 로 북한 해역에서 발원하여 북한 동해안을 따라 남 하하다가 북상하는 동한난류와 동해안에서 서로 접하 여 대표적인 냉수와 난수의 경계를 형성한다고 명시 되어 있다(e.g., Kim and Min, 2008;Park et al., 2013). 북한한류는 북한 해역에서는 북한 연안을 따 라 표층에서 발견될 수 있으나, 동해 남부 해역에서 는 표층 아래로 침강하여 남하하기 때문에 동해안의 표층에서는 북한한류계수가 간헐적으로 발견된다(Park et al., 2011). 북한한류의 남하는 늦은 겨울 또는 이 른 봄에 시작되며 여름철에 빠른 속도로 남하하여 36 °N까지 남쪽으로 확장한다(Kim and Min, 2008). 북한한류계수는 수온이 상대적으로 낮고(<5 °C), 염분 도 상대적으로 낮아(<34.05 psu) 북상하는 고온 고염 의 동한난류수와 뚜렷한 대비를 보인다(Cho and Kim, 1994; Kim and Min, 2008).

    동해에서 한류수와 난류수가 만나는 곳을 조경 수 역이라고 정의를 한다면 조경 수역은 한국 동해안 연안뿐만 아니라 동해 전역에 분포하고 있는 것으로 보는 것이 타당하다. 조경의 개념은 서로 다른 해류 가 만나는 개념을 가지고 있으나 실제로 한류와 난 류는 냉수와 난수와 같이 해수 수괴의 수온으로 보 는 것이 적합하다. 따라서 동해에 존재하는 해양 전 선(oceanic front) 혹은 수온 전선(temperature front) 의 개념으로 조경 수역의 개념을 대체하면 동해 중 앙부에 잘 발달된 극전선의 분포와 시간적 변화를 통하여 교과서에서 언급하고 있는 조경 수역을 용이 하게 이해할 수 있다. 동해 중앙부를 동서로 가로지 르는 넓은 영역에서 한류수와 난류수가 접하고 있고 이 극전선대에서 해양 생물학적 활동도 매우 활발하 다(Park et al., 2020). 인공위성 해수면온도 영상을 통해서 본 동해의 수온 전선은 중앙부와 동해안에 국한되어 있지 않고 동해 전역에 분포하고 있음을 알 수 있다. 특히 동해는 태평양에 비해 수온의 연진 폭(annual amplitude)도 클 뿐만 아니라 중규모 소용 돌이 구조들도 많이 가지고 있어서 공간적으로도 탁 월한 변동성을 가지는 바다이다(Park et al., 2005; Park et al., 2020;Yashayaev, 2001). 따라서 조경 수 역의 개념은 수온 전선 혹은 해양 전선과 같이 포괄 적인 개념으로 확장하여 기존 용어를 대체하는 것이 바람직하다고 사료된다.

    동해 수온 전선의 위치

    동해의 공간적인 수온 구배(gradient)가 주변에 비 해 큰 곳을 수온 전선 혹은 열전선(thermal front)이 라고 부른다. 동해에는 타타르 해협(Tatar Strait)의 해 빙(sea ice)에 기인하여 남쪽으로 흐르는 저온의 연해 주한류(Martin and Kawase, 1998)가 존재하며, 일본 분지(Japan Basin) 전체에도 중층이하 심층까지 1 °C 이하의 차가운 저온수로 가득 차 있다. 동해 남부에 는 대마난류로 인해 대한해협을 통해 유입되는 따뜻 한 해수가 동해 표층에 존재한다. 울릉 분지와 야마 토분지의 심층에는 일본분지에서 남하하는 차가운 냉 수로 가득 차 있다(e.g., Senju, 1999). 동해의 표층에 는 동해의 중앙부에서 북쪽의 냉수과 남쪽의 난류수 가 만나 수온 구배가 큰 해양 표층의 열적 경계를 이루는데(Moriyasu, 1972), 이를 극전선이라 부른다. 이 경계에서는 높은 수온의 구배가 나타나고, 해류가 이 경계를 따라 빠르게 흐르는 특징이 있다.

    Fig. 2는 인공위성 해수면온도 자료를 활용하여 산 출한 수온 전선의 크기를 나타낸다(Park et al., 2004). 동해에 존재하는 수온 전선은 크게 9가지로 나눌 수 있으며(Fig. 2a) 동해 중앙의 40 °N 부근을 따라 0.1 °C km−1 정도의 상대적으로 큰 수온 구배가 동서 로 발달되어 있고, 수온 전선의 크기가 가장 큰 곳은 쓰가루 해협을 향한 동쪽 해역에 위치하고 있다(Fig. 2b). 한반도 동해안에는 난수성 소용돌이가 잘 발달 되어 있는데 38 °N 부근에 원형 소용돌이의 북측 경 계에 수온구배가 큰 영역이 있고, 이 전선 영역은 중 앙의 극전선과 연결되어 동서로 분포하고 있다. 늦가 을에서 초겨울이 되면서 시베리아고기압의 강화로 인 하여 강한 북서풍이 불면서 블라디보스톡과 북한 해 역에서 시작하여 중앙의 극전선을 향하여 북서-남동 방향으로 수온전선이 존재한다. 또한 쓰가루 해협 부 근에서는 대마난류수가 일부 북상하고 일부 쓰가루 해협을 통과하여 태평양으로 흘러가기 때문에 두 가 지 지류의 경계면에 수온전선이 발달되어 있다(Park et al., 2007). 또한 북상하는 대마난류수가 방향을 전 환하여 일본분지를 따라 반시계방향으로 회전하는 곳 에도 수온구배가 큰 전선이 존재하고 있다. 더 북쪽 으로는 러시아 연해주 연안과 사할린 서쪽에 수온 전선이 발달되어 있다. 여름철 동해 남부의 연안 용 승으로 인하여 북상하는 동한난류와 접하는 곳에 수 온구배가 크게 나타나서 Fig. 1에서 볼 수 있듯이 36 °N을 중심으로 연안에 전선이 분포하고 있다.

    동해 수온전선의 계절변동

    Fig. 3은 인공위성 해수면온도를 활용하여 산출한 동해 수온전선 크기의 월별 분포를 나타낸다(Park et al., 2007). 동해 중앙부의 극전선의 크기는 11월에 강 화되기 시작하여 12월과 1월에 걸쳐 0.1 °Ckm−1 정도 로 강화되었다가 3월과 4월이 되면서 점차 약화되고 있음을 볼 수 있다. 5월이 되면서 동한난류가 동해안 을 따라 북상하여 전선의 세기가 증가하였으나 여전 히 겨울과 유사한 위치에 극전선이 분포하고 있다. 이후 여름으로 진행되면서 극전선 전체가 약화되어 나타났고, 6월의 극전선은 5월에 비해 북상한 것으로 보이지만 그 세기는 매우 약한 것으로 나타난다.

    동해 중앙부의 극전선은 계절변동이 뚜렷하지만 경 년변동도 큰 것으로 보고되었다(Park et al., 2007). 또한 앞서 언급한 연안 전선의 계절변화도 강하게 나타난다. 러시아 연안을 따른 전선은 연중 존재하는 것으로 나타나지만 전선의 크기와 최대 전선의 위치 는 월별 변동이 강한 것으로 나타난다. Fig. 3에서 볼 수 있듯이 동해의 수온전선은 동해 전체 영역에 산재해 있으며 크기의 정도는 달라도 상당한 시간적 공간적 변동성을 보여주고 있다. 따라서 수온 전선의 개념으로 본 조경 수역은 동해안의 좁은 영역에 국 한된 것이 아님을 이러한 수온전선의 시공간변동성을 통하여 확인할 수 있다.

    위성관측 식물플랑크톤 클로로필-a 분포

    식물플랑크톤의 엽록소인 클로로필-a농도는 용승에 의한 염양 염류의 공급과 계절에 따른 태양복사에너 지와 같은 직접적인 요인에 따라 변동하고, 또 지형, 해류 등 주변 물리적 환경의 변화에 따라서도 변화 한다. 따라서 한류와 난류가 만나는 경계역에서만 식 물플랑크톤이 크게 번성하는 것은 아니다. 한류수와 난류수가 만나는 수온 전선이 존재하는 곳에는 혼합 과정이 유도되어 영양염의 연직 공급이 활발하게 되 고 식물플랑크톤이 번성하는 여건이 조성된다. 식물 플랑크톤의 분포는 인공위성 자료를 분석하여 클로로 필-a 색소 농도를 산출하면 공간적으로 번성이 활발 히 일어나는 곳을 유추할 수 있다.

    Fig. 4a는 NOAA/AVHRR (National Oceanic and Atmospheric Administration/Advanced Very High Resolution Radiometer)가 봄철에 관측한 한반도 동해 안의 해수면온도의 예시 영상으로 동해에 존재하는 중 규모 소용돌이 구조들을 포함하고 있다(Park et al., 2020). Fig. 4b는 정지궤도 해색위성 천리안의 GOCI가 관측한 클로로필-a 농도 영상으로 해수면온도와 동일 한 날짜(2011년 4월 5일)에 관측된 것이다. 타원으로 표시한 부분은 4개의 중규모 소용돌이의 가장자리를 나타내고 각 소용돌이의 중앙이나 가장자리에 클로로 필-a 농도가 상대적으로 높음을 확인할 수 있다. 이러 한 식물플랑크톤의 번성 양상은 동해안뿐만 아니라 러 시아 연해주 연안, 블라디보스톡 남쪽 영역, 중앙의 극 전선 영역, 포항 부근 동해안 부분 등 동해 전체 영역 에 산재해 있음을 확인할 수 있다(Fig. 4c). 이 영상에 서 일본분지 동쪽 해역과 러시아 연안에서 클로로필-a 농도가 상대적으로 낮게 산출되어 있으나 이 영역에서 도 다른 시기에는 높은 클로로필-a 농도를 가진다.

    중등학교 교과서에서 조경 수역은 북한한류와 동한 난류가 만나는 좁은 경계 영역으로 좋은 어장이 형 성된다고 제시하고 있지만, 인공위성 해색 영상에서 식물성 플랑크톤이 풍부한 해역을 분석하면 동해안의 국지적인 해역이 아니라 동해 전체에 산재해 있음을 보여준다(Fig. 4c). 장기 인공위성 클로로필-a 자료를 분석한 결과에 의하면 월별 변동과 계절변동뿐만 아 니라 경년변동도 탁월하여 식물플랑크톤으로 본 동해 는 해양 생태계 측면에서 볼 때 다른 바다에 비해 매우 역동적인 바다의 범주에 속한다. 따라서 교과서 에서 조경 수역과 어장을 동해안의 좁은 영역으로 제한하여 제시하는 것이 타당해 보이지 않으며 과학 적 사실에 입각하여 수정하여 제시하는 것이 바람직 할 것으로 사료된다.

    동해 어장 분포

    동해에서 극전선이 형성되는 해역은 한류성, 난류 성 및 온대성 어종들과 생활사에 따라 연안 정착성, 심해성 및 회유성 어종들이 함께 출현하고 있어, 생 물 다양성의 측면에서도 매우 중요한 곳으로 알려져 왔다(Gong and Son, 1982;Kim and Nam, 2003). 이러한 수온전선의 형성 양상과 어황은 밀접한 관계 가 있다고 보고되었고, 수온전선의 위치 및 수괴 분 포 특성이 어장 위치를 찾는 하나의 지표로 활용될 수 있음이 제시되었다(Cho et al., 2004). 동해에서 어장의 공간적 변동과 수온 분포와의 관계는 대체로 계절에 따른 대마난류역의 북쪽 확장과 관련되어 있 음이 보고되었다(Cho et al., 2004). 극전선 이남의 난수역과 북쪽 냉수역의 강화와 약화에 따라 극전선 의 위치는 남북으로 변동하여, 극전선은 동해 연안을 포함하면 37-41 °N의 범위에 위치한다(Talley et al., 2006;Park et al., 2007;Choi et al., 2009). 인공위 성 해수면온도 자료를 분석한 결과 극전선의 위치는 위도 37 °N에서 42 °N까지 계절에 따라 남북으로 움직 이는 계절 변동이 탁월한 것으로 나타났다(Park et al., 2004;Park et al., 2007). 따라서 교과서에서 언 급하고 있는 조경 수역은 서로 상반된 해류가 만난 다는 개념이지만 급격한 수온차를 보이는 수온 전선 이 조경 수역과 더 적합한 개념으로 사료된다. 이러 한 수온전선은 어장의 발달과 깊은 관련이 있어서 어황과의 연관성을 조사할 필요가 있다.

    동해에는 수온전선이 잘 발달하고 식물성 플랑크톤 과 같은 해양생태계의 저차 영양단계가 탁월하게 발 달되어 있어서 식물 플랑크톤이 증식할 경우 어장과 직접적으로 관련될 가능성이 높다. 그러나 동해를 접 하고 있는 러시아, 북한, 일본의 배타적 경제수역 때 문에 어획 활동이 원천적으로 차단된 영역이 많다. Fig. 5는 국립수산과학원이 배포하고 있는 월별어황 도로 2019년 1월부터 12월까지 한반도 주변 바다에 서 어획되는 주요한 어류들의 위치를 나타낸다 (https://www.nifs.go.kr/). Fig. 4의 인공위성 클로로필- a 농도 영상에서 볼 수 있듯이 북한 해역에는 식물플 랑크톤이 풍부하여 좋은 어장이 형성되었을 것으로 예상되지만 각 나라의 어로 활동에 대한 정보가 차 단되어 Fig. 5에는 표시되어 있지 않다. 대한해협의 동수도를 비롯하여 일본측 경제수역에도 우리나라 어 업활동이 불가능하여 어장 정보가 누락되어 있다. 따 라서 Fig. 5에서 북한 및 일본 해역에 표기가 없는 것은 어장 형성이 되지 않은 것이 아니라 정보가 없 음을 감안하여 어장을 해석해야 한다.

    Fig. 5에서 어업 활동이 가능한 영역을 보면 1월에 거의 모든 영역에 어장이 잘 발달되어 있는 것을 볼 수 있다. 동해 연안에 보라색으로 표시한 부분은 청 어, 기름가자미, 도루묵, 살오징어의 어장을 나타내며 이 어종들은 36 °N에서 38.5 °N 부근까지 동해안을 따 라 넓은 해역에서 어획되고 있다. Fig. 5에서 동해안 에서 울릉도를 지나 133 °E까지 넓게 노란색으로 표시 되어 있는 부분은 오징어 어장을 나타낸다. 제주도부 터 남해안과 동해 남부까지 확장되어 있는 부분은 고 등어, 망치고등어, 방어, 정어리 어종의 어장을 표시 하고 있다. 따라서 1월에도 한반도 남해와 동해 전체 영역에 어장이 잘 발달되어 있으며 활발한 어로 활동 이 이루어지고 있음을 확인할 수 있다. 2월의 어황도 를 보면 노란색으로 표시된 오징어에 해당하는 영역 이 더욱 더 확장되어 울릉분지 전체와 132.5 °E까지 동쪽으로 넓게 분포하고 있다. 오징어 어장은 3월에 는 34 °N을 중심으로 동해 남부로 축소되어 있으며 4 월에 서서히 북상하여 5월과 6월에는 북쪽과 북동쪽 으로 넓은 어장을 이루고 있다. 여름철이 되면서 7월 부터는 40 °N, 135 °E까지 광범위하게 분포되어 있고, 이러한 경향은 10월까지 지속된다. 11월이 되면서 어 장이 서서히 줄어들면서 동해안 가까운 영역이 넓게 분포하고, 12월에는 극전선을 따라 북동진하던 어장 영역이 다소 축소되고 있다. Fig. 5의 오른쪽 아래 그 림은 살오징어 어획 저수준기인 2013년에서 2017년 까지 채낚기 어업의 어장 분포를 나타낸 것이다(Jo et al., 2019). 동그라미의 면적은 5년 평균 어획량을 나 타낸 것으로 어장이 한반도 동해안뿐만 아니라 동해 북동부 러시아 해역까지 넓게 분포하고 있음을 암시 하고 있다. 자료가 없는 북한과 일본 연안을 제외하 면 동해의 거의 모든 해역에 어장이 발달해 있다.

    중등학교 교과서에서는 조경 수역과 어장이 동해안 근접한 곳에 표시되어 있으나 동해의 어장은 좁은 영역에 국한된 것이 아니라 Fig. 5와 같이 동해 전체 영역에 광범위하게 분포하고 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서 교과서에서 언급하고 있는 조경 수역은 수온 전선을 비롯한 해양 전선으로 수정할 필요가 있으며, 어장도 동해에서의 식물플랑크톤의 광범위한 분포를 고려하여 공간적 범위를 확장할 필요가 있을 것으로 사료된다.

    교사 설문 결과

    조경 수역의 위치

    교과서에 제시된 조경 수역에 대한 교사들의 인지 정도를 조사하기 위하여 조경 수역의 정의에 관한 설 문을 실시하였다. Table 4에 제시한 바와 같이 93.3% 에 달하는 대다수의 교사들은 교과서에서 정의한 바와 같이 한류와 난류가 만나는 곳이라 답하였다. 한류성 어종과 난류성 어종이 만나는 곳으로 어종에 집중하여 답한 교사들도 3.3%가 있었다. 또한 성질이 다른 수괴 가 만나는 수역이라고 답한 교사들도 3.3%가 있었다. 이와 같이 대부분의 교사들은 한류와 난류와 같이 해 류가 서로 만나는 영역으로 인지하고 있었다.

    교사들의 조경 수역의 위치에 대한 인지를 조사하 기 위하여 Table 5에 있는 동해의 해류도에 A에서 E 까지 표시하고 조경 수역이라고 생각되는 영역을 선 택하도록 하였다. 설문 결과 93.3%에 달하는 대부분 의 교사들은 A 해역을 선택하였다(Table 5). 이 영역 은 Fig. 1의 교과서 M4에서 제시한 영역과 일치하는 곳이다. B 해역은 동한난류가 북상하여 동해안에서 이안하여 울릉분지의 북동쪽에 해당하는 영역이다. 이 해역을 조경 수역이라고 선택한 교사들은 3.3%가 있었다. 또한 복수 선택이 가능하도록 하였는데 A와 E 해역을 선택한 교사도 3.3%가 있었으며, A, B, C, D, E 해역을 모두 선택한 경우도 3.3%가 있었다.

    동해안에서 북한한류와 동한난류가 표층에서 직접 적으로 만나는 곳은 A 해역이고, B 해역에서는 북한 한류계수가 표층 아래로 중층으로 내려가면서 동한난 류와 접하게 되는 해역에 해당한다(Senjyu, 1999). 동 한난류가 D와 E 해역으로 진행하며 북쪽 일본분지의 냉수와 접하게 되며 Table 5의 해류도에 표시한 바와 같이 일본분지내의 반시계방향의 순환계를 이루는 해 류와 만나게 된다(Senjyu et al., 2005). 이 순환은 겨 울철에 표층부터 심층까지 확장되어 나타난다. C 해 역은 대마난류 외해분지류 부근 영역이며 이 해역에 는 해류를 비롯한 해수면온도의 계절변동과 경년변동 이 매우 강한 특성을 가지고 있다(Park et al., 2013;Yoon and Kawamura, 2002). 이러한 강한 변동성은 난수와 냉수의 조우가 빈번하게 발생할 수 있는 환 경을 만든다. 이와 같이 동해 전역에는 한류와 난류, 냉수와 난수가 접하는 곳이 산재되어 있으며 좋은 어장을 형성할 수 있는 환경을 갖추고 있다.

    조경 수역의 계절변동

    Fig. 1과 Table 3에서 볼 수 있듯이 중등학교 교과 서에는 조경 수역은 겨울에 남하하고 여름에 북상한 다고 제시되어 있다. 이에 대해 교사들의 인지 정도 를 조사하기 위하여 ‘조경 수역의 계절 변동은 어떠 하다고 생각하십니까?’라는 주관식 문항으로 만들고 그와 같이 답한 이유를 조사하였다. Fig. 6은 그 결 과를 나타낸 것으로 전체의 96.7%에 달하는 교사들 이 조경 수역은 여름에는 북상하고 겨울에는 남하한 다고 응답하였고, 3.3%만이 조경 수역의 위치는 계 절에 따른 변동이 없다고 응답하였다.

    또한 조경 수역의 계절변동에 대하여 왜 그렇게 판 단했는지를 질의한 결과, 23명의 교사들이 계절에 따 른 해류의 세기의 변화에 기인한다고 응답하였다(Fig. 7). 다음으로는 30명 중 4명의 교사들이 기온이나 수 온의 영향으로 조경 수역이 북상과 남하를 반복한다 고 답하였다. 그리고 나머지 2명의 교사들은 별다른 의견이 없이 오래 전부터 그렇게 알고 있었다고 답변 하였다. 30명 중 1명의 교사는 조경 수역은 계절에 따른 변동이 없다고 응답하여 교과서에서 제시하고 있는 내용과 다른 의견을 보였다. 그리고 대부분의 교사들은 이러한 조경 수역의 계절변화는 북한한류가 겨울철에 강하게 남하하여 발생한다는 오개념을 가지 고 있었다. 이는 북한한류의 세기는 겨울보다 여름에 훨씬 더 강하게 나타난다는 과학적 사실에 인지하지 못한 결과로 분석된다(Kim and Min, 2008).

    조경 수역에 대한 지식의 출처

    과학 교사들을 대상으로 조경 수역에 대한 지식을 어디서 획득하였는지 출처를 묻는 설문에 복수 선택 을 가능하게 하여 실시한 결과, 전체의 65.5%가 본 인이 중고등학교 받은 수업에서 학습하였다고 답하였 고, 62.1%가 사용하고 있는 교과서 및 지도서에서 습득하였다고 응답하였다. 대학 수업에서 습득하였다 는 답변은 17.2%에 불과하였다. 이러한 설문 결과는 교사들의 교수-학습에 필요한 지식을 획득하는 주요 한 통로가 교과서와 과거의 개인적 학습 경험 등으 로 한정적임을 확인할 수 있다. 이는 교수-학습에 있 어서의 교과서 의존도를 묻는 기존의 연구 설문의 결과와 일치한다. 그 연구에 의하면 교사들의 89.9% 가, 학생들의 85.4%가 대부분의 과학적 지식을 교과 서에 의존한다고 응답하여 교과서가 학교 교육에서 차지하는 비율이 거의 절대적이라고 보고하였다(Choi and Kim, 1996;Choi and Cho, 1987). 따라서 이러 한 교과서에 대한 강한 의존성은 교과서에 오류가 있는 경우 교사와 학생에게 오개념을 그대로 전달하 여 오개념이 장기간 잔존하여 보편적 과학 지식으로 오인할 가능성이 높음을 시사한다.

    토의 및 결론

    2015 개정 교육과정을 비롯한 그 이전의 모든 중 등학교 과학 및 지구과학 교과서에서 동해에서 한류 와 난류가 만나서 조경 수역이 발생하고 이 곳에서 좋은 어장이 형성된다고 제시하고 있다. 조경 수역의 어원을 조사한 결과 해류가 만나는 경계라는 의미를 내포하고 있고 일본어에서 유래하였다. 외국어에서 유래하였더라도 용어가 과거부터 오랫동안 사용되고 현재도 활발하게 사용된다면 그대로 사용하여도 무방 하며 특별한 문제를 야기하지 않을 수도 있다. 그러 나 조경 수역이라는 용어는 중등교육에서는 언급되고 있으나 고등교육과정과 해양과학자들은 이 용어를 오 래 전부터 사용하고 있지 않아 용어나 개념의 불연 속성이 존재하고 있음이 밝혀졌다. 따라서 현 시점에 서 교과서에 제시된 조경 수역에 대한 정의를 다시 고찰하여 용어의 적절성 여부를 판단하고 부적합하거 나 오개념을 유발할 가능성이 있는 경우에는 새로운 개념을 가진 좀 더 포괄적인 용어로 대체하는 것이 바람직할 것이다. 해양에서 수온, 염분 등 해양의 물 성은 전기전도계 CTD (Conductivity, Temperature, Depth) 기기를 이용하여 용이하게 관측될 수 있다. 이에 반 해 해류 관측은 Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP)와 같은 해류계를 활용하는데 수온과 염분에 비하여 상대적으로 관측 빈도가 낮다. 인공위성을 이 용한 표층 뜰개를 활용하더라도 해류의 시공간적인 변동성을 제대로 파악하기는 부족한 실정이다. 인공 위성 고도계를 활용하더라도 위성자료가 가지는 시간 적 공간적 해상도로 인한 내재된 부정확성과 육지 부근 연안 관측의 부재로 해류장을 고해상도로 관측 하여 활용하기에는 상당한 문제점들이 산적해 있다. 연속된 인공위성 해수면온도 영상들을 활용하면 표층 해류를 부분적으로 산출할 수 있으나, 구름으로 인한 해수면온도 결측 문제가 발생하여 ‘조경’이라는 의미 에 적합한 해류의 공간적 차이를 제대로 탐지하기는 용이하지 않다.

    그러면 해류가 만나는 것은 어떻게 알 수 있을까? 일반적으로 한류와 난류를 구성하는 수괴의 특성의 급격한 공간적 구배로 그 차이를 유추할 수 있다. 해 수 수괴의 물성은 수온, 염분, 밀도 등으로 파악할 수 있는데 이 중에서 수괴의 공간적 구배를 탐지할 수 있는 최적의 해양 변수가 수온이다. 정지궤도 및 극궤도 위성의 해수표면온도장으로 부터 수온구배를 산출하면 해수 물성이 급격히 변화하는 영역을 탐지 할 수 있다. 중등학교 교과서에서는 조경 수역이라는 용어를 어장과 직접적으로 연결지어 설명하고 있다. 그러나 서로 다른 흐름이 만난다고 해서 반드시 좋 은 어장이 형성되는 것은 아니다. 어장이 형성되려면 식물성 및 동물성 플랑크톤이 풍부하게 번성할 수 있는 환경이 조성되어야 한다. 식물 플랑크톤은 해양 생태계의 하위 영양단계를 구성하고 있고 인공위성 자료를 활용하면 엽록소 클로로필-a 농도를 실시간으 로 산출할 수 있다. 위성 클로로필-a의 번성은 햇빛, 이산화탄소 외에 질산염, 인산염과 같은 영양염이 필 수적으로 공급되어 광합성 활동이 활발해져야 가능하 다. 한류와 난류가 만나는 곳에는 활발한 혼합과정이 일어나고 그로 인해 표층 아래의 영양염이 표층으로 유입되어 식물플랑크톤의 광합성이 촉진될 수 있는 것이다. 따라서 교과서에서 ‘조경 수역’이라는 용어보 다는 전선이라는 개념으로 방향을 전환하고 ‘수온 전 선’혹은 더 넓은 의미를 지니는‘해양 전선’이라는 용 어로 대체되는 것이 더 적확하다고 판단된다. 과학에 있어서 과학적 개념과 과학 용어는 매우 중요하다. 과학에 입문하는 초기 단계에서 고급단계까지 용어는 그 의미와 개념이 단절되지 않도록 관리해야 할 것 이다. 현재의 중등학교 교과서의 조경 수역이라는 용 어는 해양과학자들의 용어와 거리가 상당히 크며 시 급히 개선되어야 할 것으로 사료된다.

    또한 조경 수역도 동해안의 매우 좁은 해역에 국 한된 개념으로 제시하고 있으나 실제로는 동해 연안 해역과 용승 해역을 비롯하여 동해 중앙부에 있는 극전선에 이르기까지 동해 전역에 광범위하게 분포하 고 있다. 이와 관련하여 어장도 동해 연안에만 국한 된 것이 아니라 오징어와 같은 어종의 월별 공간분 포에서 볼 수 있듯이 동해 전체 영역에 산재되어 있 다. 또한 조경 수역은 여름에는 북상하고 겨울에는 남하한다고 되어 있으나 겨울에도 어장이 북쪽으로 넓게 확장되어 있어서 교과서는 오개념을 내포하고 있다. 특히 교과서에는 북한한류에 대한 오개념까지 포함하고 있었다. 북한한류와 동한난류가 만나서 조 경 수역을 형성하는데 겨울철에 북한한류의 세기가 강함에 따라 조경 수역이 남하한다고 교과서에 제시 되어 있다. 그러나 이러한 내용은 과학적 사실에 완 전히 위배되는 내용이다. 북한한류를 겨울이 아니라 여름에 강한 해류이다(Park et al., 2020). 동한난류는 여름철에 확장되어 좀 더 높은 북한 해역으로 북상 한다. 따라서 교과서 내용에서 북한한류의 겨울철 강 화를 제기하면서 조경 수역과 어장과의 관련성을 연 결한 것은 명백한 오류이고 교사를 비롯하여 학생들 에게 오개념을 심어주는 대표적 사례이다. 이러한 오 개념은 교사들의 설문 결과 교사 자신이 중등학교 학생인 시기부터 학습되어 확고한 보편적 지식으로 받아들이고 있었다. 이는 교과서의 집필과정에서 해 양학적 지식이 제대로 전달되고 있지 않음을 의미한 다. 우리나라 중등학교 교과서의 교육적 중요성을 고 려하여 조경 수역, 북한한류, 어장과 관련된 오류들 이 시급히 수정되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구 의 결과들이 중등학교 교과서에 산재되어 있는 해양 분야의 오개념을 단계적으로 수정하기 위한 하나의 밑거름으로 널리 활용되기를 기대한다.

    사 사

    본 연구는 2020년 해양수산부 장기해양생태계연구 (III) 사업의 일부 지원을 받아 수행되었습니다.

    Figure

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    Oceanic current maps in the secondary-school science textbooks, where the letters of the boxes represent the index key of each text book, ‘M’ and ‘H’ stand for middle school and high school, respectively (Park et al., 2020).

    JKESS-41-5-504_F2.gif

    Spatial distribution of sea surface temperature fronts and 9 classified frontal zones in the East Sea (Park et al., 2004).

    JKESS-41-5-504_F3.gif

    Monthly variations of sea surface temperature fronts (°C/km) in the East Sea (Park et al., 2007).

    JKESS-41-5-504_F4.gif

    Examples of spatial distribution of (a) NOAA/AVHRR sea surface temperature, (b) GOCI chlorophyll-a concentration including mesoscale eddies, marked in ellipses, in the offshore regions of the eastern coast of Korea (Park et al, 2020), and (c) another representative example of chlorophyll-a concentration distribution in the entire region of the East Sea in spring (from Korea Institute of Ocean Science Technology (KIOST)).

    JKESS-41-5-504_F5.gif

    Monthly distribution of fishing grounds in the seas around Korean peninsula (from National Institute of Fisheries Science, https://www.nifs.go.kr/) and an example of spatial distribution of Todarodes pacificus catch in the East Sea for a period of 2013-2017 (Jo et al., 2019).

    JKESS-41-5-504_F6.gif

    Percentage of teachers’ answers on the seasonal variation of the ‘Jokyung water zone (oceanic frontal zone)’ in the secondary- school textbooks

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    Teachers’ answers for the reason to the question on the seasonal variation of the ‘Jokyung water zone (oceanic frontal zone)’ in the secondary-school textbooks

    Table

    Information of the secondary-school textbooks used in this study (Park et al., 2020)

    Percentages of teachers’ (a) affiliation, (b) education career, and (c) specialization used for questionnaire surveys on the oceanic front and fishing grounds in the middleschool and high-school textbooks

    Contents of the secondary-school textbooks with oceanic currents (Park et al., 2020)

    Percentage of teachers’ answers on the definition of ‘Jokyung water zone (oceanic frontal zone)’ in the secondaryschool textbooks

    Percentage of teachers’ answers on the locations of the ‘Jokyung water zone (oceanic frontal zone)’ in the secondaryschool textbooks, where the figure represents the schematic map of oceanic currents in the East Sea and the alphabets from A to E represent the regions related to the potential regions of ‘Jokyung water zone’

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