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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10016802&local_id=10023024
과학사에 나타난 지구과학자들의 과학적 논증과정을 통한 과학적 논증과정 중심의 교수 전략 및 교육프로그램 개발
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number B00597
Year(selected) 2007 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2010년 05월 26일
Year type 결과보고
Year(final report) 2010년
Research Summary
  • Korean
  • 이 연구의 주요 목적은 지구과학과 관련된 과학자들의 논증과정의 패턴을 찾아 과학교육에 접목시킬 교수 전략과 프로그램을 개발하는 것이다. 이를 위해 1차년도에서는 크게 3가지 소연구가 진행되었다. 첫째, 지구과학과 관련된 과학자들의 논증과정을 분석하였고, 학생들의 과학적 논증과정 교육을 위한 시사점을 도출하였다[과제1]. 둘째, 학생들의 논증과정에 대한 이해 수준과 실제 논증과정을 분석하여 실태를 분석하였다[과제2]. 과제 2의 목적을 효과적으로 달성하기 위해 추가적으로 논증 평가를 위한 루브릭(rubric)을 개발하였다. 셋째, 학생들에게 효과적인 교육으로 전개되기 위해서는 교사의 지도 방법 핵심적인 변인으로 작용되기 때문에 논증활동을 교육하게 될 교사들의 논증과정 지도 실태를 분석하였다[과제3]. 1차년도의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
    과제 1: 과제 1의 연구를 위해, 동일한 관측 대상과 자료 처리 방법에도 불구하고 서로 다르게 해석한 두 논문을 선정하고 두 천문학자 집단 간의 논증과정을 분석하였다. 이 두 논문의 쟁점은 결과의 해석과 설명, 그리고 관측된 자료의 신빙성에 관련되어 있다. 이 결과로부터, 과학적 설명의 정당화 과정과 실험 결과에 대한 신빙성 평가활동이 수반되는 과학적 논증활동이 전개될 필요가 있음을 제안하였다.
    과제 2: 과제 2의 연구에서는 우선 학생들의 과학적 논증과정 평가를 위한 루브릭을 개발하였다. 루브릭 개발의 일반적인 절차를 따라서 논증과정 평가의 기준을 형식, 내용, 태도의 세 가지 범주를 문헌을 통해 도출하였다. 형식의 범주에는 전체의 구성, 주장, 근거, 결론의 하위 기능으로 세분화하였고, 내용의 범주에는 이해, 신빙성, 추론으로 하위 기능을 세분하였으며, 태도의 범주에는 참여도와 개방성을 하위 기능으로 정하였다.
    다음으로 초등과학 영재학생들의 논증활동에서 활용되는 증거들의 전개 양상과 수준을 Perella's Hierarchy of Evidence를 바탕으로 분석하였다. 초등 과학영재들은 전체적으로 주장-반론-재반론의 순서가 반복되는 논증활동을 하며 사용된 50%이상의 증거가 Level 1과 Level 2였으며 Level 4 이상의 높은 수준의 증거는 20% 내외인 것을 알 수 있었다. 초등 과학영재들은 논증과제에 대한 찬성, 반대 입장에 관계없이 통계 자료나 연구결과와 같이 신뢰할 수 있는 객관적 증거들을 사용하기 보다는 개인의 생각이나 경험, 타인의 경험, 개인의 추측 등 출처와 진위 여부를 확인 할 수 없는 낮은 수준의 증거를 사용하여 약한 논증을 하고 있었다.
    과제 3: 초등학교 교사 762명, 중학교 과학교사 127명, 고등학교 과학교사 126명, 총 1,015명에게 논증 활용에 대한 설문 조사를 실시하였다. 결과를 살펴 보면 교사들은 생활 속 주제를 통해 토론 활동을 제공하거나 토론이 수반되는 실험을 제공하고 있었고, 논증활동에 대한 필요성은 절대적으로 인식하고 있는 것으로 나타났다.
    1차년도에서는 위의 세 과제를 수행하였고 지구과학자, 학생과 교사들을 대상으로 연구하여 2차년도의 지도 전략 및 프로그램 개발을 위한 기초자료를 얻었다.
    2차년도에서는 과학자 논증과정과 교사, 학생의 기초 자료를 바탕으로 교수 전략과 교육 프로그램을 개발하였다. 개발된 교수 전략은 전상길(2008)의 연구를 기본틀로 하였으며 운영매뉴얼과 평가틀로 구성하였다. 제안된 교수 전략은 교육과정상에 제시된 실험을 한 후, 실험 과정과 결과에 대해 서로 발표하고 논의하도록 구성되어 있으며, 발표 및 논의에 대한 사항을 학생들이 스스로 평가하도록 구성하였다.
    제안된 교수 전략의 효과를 분석하기 위해, 부산 지역 중학교 1개교, 강원 지역 중학교 1개교에 시범 운영하였으며 현장 적용을 통해 가능성을 검증하였다. 학생들의 설문 경우, 논증활용 수업 이후 본인의 실험목표, 실험과정과 결과에 대한 인식에 긍정적인 변화(t=-5.81, p=0.00)가 생겨, 교육에 효과적인 것으로 확인되었다.
  • English
  • The major purposes of this study were to analyze a scientific argumentation between Earth scientists to find out the pattern and characteristics of the argumentation and to develop the teaching strategies and educational program. Three sub-projects were conducted in the period of the first year. Firstly, two earth science research papers which have been interpreted in different were selected and analyzed in spite of observing same area in Titan and using same data process method[project 1]. Secondly, the level of evidence used in elementary gifted students' argumentation were analyzed and the rubric was developed to assess students' scientific argumentation[project 2]. Thirdly, the teachers' view on using about argumentation in school science was investigated. The results of the period of the first year were described as follows:
    Project 1: the major purpose of the project 1 was to analyze an argumentation between an astronomers group and a counter astronomers group that have concluded different results by using same methods. Two earth science research papers which have been interpreted in different were selected and analyzed in spite of observing same area in Titan and using same data process method. The key issues of them is involved in an interpretation and an explanation, and the credibility of observed data. From this result, scientific argumentation accompanied with the credibility evaluation about the justification process of scientific explanation and experiment results needs to be developed.
    Project 2: The rubric for assessing students' scientific argumentation were firstly developed for this research. According to the general procedure in developing rubric, the standard for evaluating the argumentation was derived three categories such as a form, contents, and attitude. The category for a form was segmented into the sub-functions such as composition, claim, ground, and conclusion in the whole. The category for contents was segmented into the sub-functions such as understanding, credibility, and inference. In addition, the category for attitude was set to the sub-functions such as participatory level and openness.
    Next, the level of evidence used in elementary gifted students' argumentation was analyzed on the basis of the Perella's Hierarchy of Evidence. Students used Level 1- Level 2 evidence above 50% without for or against task. They had weak argumentation making use of low level evidence such as individual experience, opinion and another person's experience rather than objective evidences.
    Project 3: 762 elementary school teachers, 127 middle school science teachers, and 126 high school science teachers participated in this survey. The results indicated that the teachers gave some opportunities their students through the theme within their living around or lab-activities involved argumentation, and most of the teachers recognized the absolute necessity about argumentation.
    After three sub-projects were completed during the first year of the research, the fundamental data were collected to develop the teaching strategies and educational programs. In the second year, the teaching strategy and educational program for scientific argumentation were developed on the basis of the results from the three sub-projects. The teaching strategy was modified from the framework of Chun(2008) and composed of the manual and assessment sections. The elements of the developed strategy includes lab experiment provided in the science textbook, presentations, argumentations, and self-assessment. Two middle schools from Busan and Kangwon were selected for the study and applied in order to investigate the effects of the teaching strategy on students' argumentation. There was significant difference in the use of argumentation components, including students' goals of the lab experiment and recognition of procedure and results of the experiments(t=-5.81, p=0.00).
Research result report
  • Abstract
  • 이 연구의 주요 목적은 지구과학과 관련된 과학자들의 논증과정의 패턴을 찾아 과학교육에 접목시킬 교수 전략과 프로그램을 개발하는 것이다. 이를 위해 1차년도에서는 크게 3가지 소연구가 진행되었다. 첫째, 지구과학과 관련된 과학자들의 논증과정을 분석하였고, 학생들의 과학적 논증과정 교육을 위한 시사점을 도출하였다[과제1]. 둘째, 학생들의 논증과정에 대한 이해 수준과 실제 논증과정을 분석하여 실태를 분석하였다[과제2]. 과제 2의 목적을 효과적으로 달성하기 위해 추가적으로 논증 평가를 위한 루브릭(rubric)을 개발하였다. 셋째, 학생들에게 효과적인 교육으로 전개되기 위해서는 교사의 지도 방법 핵심적인 변인으로 작용되기 때문에 논증활동을 교육하게 될 교사들의 논증과정 지도 실태를 분석하였다[과제3]. 1차년도의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
    과제 1: 과제 1의 연구를 위해, 동일한 관측 대상과 자료 처리 방법에도 불구하고 서로 다르게 해석한 두 논문을 선정하고 두 천문학자 집단 간의 논증과정을 분석하였다. 이 두 논문의 쟁점은 결과의 해석과 설명, 그리고 관측된 자료의 신빙성에 관련되어 있다. 이 결과로부터, 과학적 설명의 정당화 과정과 실험 결과에 대한 신빙성 평가활동이 수반되는 과학적 논증활동이 전개될 필요가 있음을 제안하였다.
    과제 2: 과제 2의 연구에서는 우선 학생들의 과학적 논증과정 평가를 위한 루브릭을 개발하였다. 루브릭 개발의 일반적인 절차를 따라서 논증과정 평가의 기준을 형식, 내용, 태도의 세 가지 범주를 문헌을 통해 도출하였다. 형식의 범주에는 전체의 구성, 주장, 근거, 결론의 하위 기능으로 세분화하였고, 내용의 범주에는 이해, 신빙성, 추론으로 하위 기능을 세분하였으며, 태도의 범주에는 참여도와 개방성을 하위 기능으로 정하였다.
    다음으로 초등과학 영재학생들의 논증활동에서 활용되는 증거들의 전개 양상과 수준을 Perella's Hierarchy of Evidence를 바탕으로 분석하였다. 초등 과학영재들은 전체적으로 주장-반론-재반론의 순서가 반복되는 논증활동을 하며 사용된 50%이상의 증거가 Level 1과 Level 2였으며 Level 4 이상의 높은 수준의 증거는 20% 내외인 것을 알 수 있었다. 초등 과학영재들은 논증과제에 대한 찬성, 반대 입장에 관계없이 통계 자료나 연구결과와 같이 신뢰할 수 있는 객관적 증거들을 사용하기 보다는 개인의 생각이나 경험, 타인의 경험, 개인의 추측 등 출처와 진위 여부를 확인 할 수 없는 낮은 수준의 증거를 사용하여 약한 논증을 하고 있었다.
    과제 3: 초등학교 교사 762명, 중학교 과학교사 127명, 고등학교 과학교사 126명, 총 1,015명에게 논증 활용에 대한 설문 조사를 실시하였다. 결과를 살펴 보면 교사들은 생활 속 주제를 통해 토론 활동을 제공하거나 토론이 수반되는 실험을 제공하고 있었고, 논증활동에 대한 필요성은 절대적으로 인식하고 있는 것으로 나타났다.
    1차년도에서는 위의 세 과제를 수행하였고 지구과학자, 학생과 교사들을 대상으로 연구하여 2차년도의 지도 전략 및 프로그램 개발을 위한 기초자료를 얻었다.
    2차년도에서는 과학자 논증과정과 교사, 학생의 기초 자료를 바탕으로 교수 전략과 교육 프로그램을 개발하였다. 개발된 교수 전략은 전상길(2008)의 연구를 기본틀로 하였으며 운영매뉴얼과 평가틀로 구성하였다. 제안된 교수 전략은 교육과정상에 제시된 실험을 한 후, 실험 과정과 결과에 대해 서로 발표하고 논의하도록 구성되어 있으며, 발표 및 논의에 대한 사항을 학생들이 스스로 평가하도록 구성하였다.
    제안된 교수 전략의 효과를 분석하기 위해, 부산 지역 중학교 1개교, 강원 지역 중학교 1개교에 시범 운영하였으며 현장 적용을 통해 가능성을 검증하였다. 학생들의 설문 경우, 논증활용 수업 이후 본인의 실험목표, 실험과정과 결과에 대한 인식에 긍정적인 변화(t=-5.81, p=0.00)가 생겨, 교육에 효과적인 것으로 확인되었다.
  • Research result and Utilization method
  • 이 연구 결과의 파급 효과는 과학교육학 분야는 물론 미래 사회의 사회과학적 이슈(socio-scientific issue; 예, 지구환경 오염, 이상기후변화, 질병 치료를 위한 복제 등은 미래 사회에 핵심적 문제로서 부각되고 있으며 기본적인 과학적 소양이 필수적으로 요구되는 것이다)에 관하여 자신의 의견을 논리적으로 전개시킬 시민적 소양 양성 전 분야에 널리 전파될 수 있을 것으로 사료된다. 즉 사회과학적 이슈에 대하여 자신의 의견과 증거에 대한 비판적 시각을 키움으로서 사회문제에 능동적으로 참여하게 됨은 물론, 문제에 대한 원만한 결론을 도출할 수 있는 합리적인 의사결정자로서 사회에 참여할 인재를 양성할 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 국제사회 전반에 걸쳐 과학적 논증과정에 대한 교육적 기회가 거의 전무한 현실 속에서 본 연구 결과는 선진 국제사회에서 한층 앞선 교육 프로그램으로서의 가치를 가질 수 있을 것이며, 과학적 증거를 중심으로 하여 비판적 사고를 할 수 있는 시민 양성의 초석이 될 것이다.

    아울러 아래와 같은 과학교육학적 연구 성과 및 활용을 기대할 수 있다.

    가. 과학 교육 연구 방법론적 측면
    이 연구는 역사적 저술(Historical account)에 근거하여 진행되는 Historical Approach를 취하고 있다. 이러한 접근은 국내는 물론 외국의 과학교육계에서도 연구 사례를 찾기 힘들며, 이러한 접근을 실행한 과학교육학자들도 찾기 힘들다. 따라서 이 연구 결과로 제시되는 방법론은 과학교육학계에 시사점을 줄 수 있는 독창적인 연구 방법론이라 하겠다. 지금까지 과학 교수-학습을 위한 전략 및 프로그램 개발 과정에서 과학자의 내용과 학생의 내용을 대비시킨 연구는 매우 드물다. 과학자처럼 교육하기 위해서는 과학자들에 대한 정보가 필수적이나 지금까지의 교육은 과학자의 활동내용을 배제시킨 프로그램이 다수를 차지하고 있었기 때문에 과학 교수-학습 위한 전략 및 프로그램 개발을 위한 접근에 과학자의 특성을 접목시킬 수 있는 계기를 제공한다.

    나. 효율적인 학습 과정의 정착을 위한 교사-학생의 병행 접근 측면
    과학 교육에서 과학적 탐구력/사고력 향상은 가장 중요한 교육 목표로서, 이러한 향상시키기 위한 지금까지 대부분의 교수-학습 프로그램의 개발 연구들은 학생 활동에 중점을 두고 진행되어 왔으나, 정작 그 프로그램을 적용․지도할 교사들의 전략을 위한 연구가 병행된 경우는 드물다. 교수-학습 과정은 학생 스스로의 활동이 아니라 교사와 끊임없는 상호작용의 결과이며, 교수-학습의 성공에 가장 핵심적인 요인이 교사임에도 교사를 위한 교수 전략 개발에 관심을 두지 않았다는 것은 곧 그 프로그램의 성공적으로 운영되기 어려움을 의미하는 것이다. 따라서 이 연구의 결과는 학생을 위한 교육 프로그램과 교사를 위한 교수 전략을 병행한 것이기에 교육프로그램의 성과를 한층 더 향상시킬 수 있는 모델이 될 것이다.
    이 연구 결과를 바탕으로 개발된 중등학생들의 과학적 논증과정을 위한 교수 전략 및 교육 프로그램은 학생들에게 과학적 증거를 통한 논증 능력 향상, 논리적/과학적 사고 기능 향상 및 과학적 태도와 책임감 증대에 기여할 것이다. 아울러, 교사들에게는 과학자 논증과정을 기반으로 하는 효과적인 과학적 논증 교육의 교수-학습적인 전략, 방법 및 프로그램을 제공할 수 있을 것이다.
  • Index terms
  • 과학자 논증과정, 지구과학사, 논증, 과학적 논증, 교수전략, 교육 프로그램, 역사적 접근, 증거, 증거의 위계, 증거의 수준, 루브릭 scientists' argumentation, history of earth science, argumentation, scientific argumentation, teaching strategy, teaching program, historical approach, evidence, hierarchy of evidence, level of evidence, rubric
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