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토토는 호기심 많은 말괄량이 소녀이다. 유난히 높은 호기심 때문인지 토토는 보통학교에는 적응하지 못하고 도모에 학원으로 전학을 오게 된다. 도모에 학원의 교장 선생님인 고바야시 소사쿠 선생님은 학원을 세우기 전에 외국에서는 어린이 교육을 어떤 식으로 하고 있는지 알아보기 위해 유럽으로 가서 여러 어린이 학교를 견학하고 많은 교육자들과 대화를 나누기로 했다. 이런 과정을 통해 탄생한 도모에 학원은 보통 학교와 수업방식이 달랐다. 학생들은 국어든 수학이든 자기가 좋아하는 것부터 시작해도 아무 상관이 없다. 그래서 글짓기를 좋아하는 아이는 글짓기를 하고 또 교실 뒤쪽에서는 자연을 좋아하는 아이가 알코올 램프에 불을 붙여 플라스크를 부글부글 끓이기고 한다.
이 수업방식은 학년이 올라갈수록 학생 한 명 한 명이 관심을 갖고 있는 분야나 관심의 정도, 사고방식 그리고 개성 같은 것을 점점 확실하게 드러내주기 때문에 선생님이 학생 개인을 파악하기에 더 없이 좋은 방법이다. 학생들 역시 자기가 좋아하는 과목부터 해도 된다는 것은 기쁜 일이었고, 설사 싫어하는 과목이라도 수업이 전부 끝날 때까지만 어떻게든 해내면 되니까 그리 힘들게 여기지 않았다. 따라서 자습 형식이 많았고, 그래도 모르겠으면 선생님께 물으러 가든지 자기 자리로 선생님을 불러 이해가 될 때까지 가르침을 받는다. 이런 쌍방향 교육은 주입식 교육 과정에서 절대 배울 수 없는 것을 아이들은 자연스레 배우게 되는 것이다. 도모에 학원에서는 정규수업이 끝나면 산책을 하게 된다. 아이들은 꽃에서 꽃을 날아다는 나비를 보며 선생님의 자연스러운 암술과 수술에 대한 설명을 통해 쉽게 꽃이 피는 과정을 이해하게 되는 것이다.