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, 학생 ...
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.