"과학문화교육"

2005-05-25 (Vol 2, No 5)

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국제적 과학교육학술논문 요약과 외국 과학교육 및 국제화

Journal of Research in Science Teaching, 42(5), May 2005

논문 I

학생들의 에너지 개념의 발달적 성장: TIMSS (국제 과학수학 학력 비교연구) 자료에 나타난 에너지 관련 문제 분석
(Developmental Growth in Students’ Concept of Energy: Analysis of Selected Items from the TIMSS Database)

Xiufeng Liu (SUNY at Buffalo), Anne McKeough (U of Calgary)

이 연구의 목적은 학생들의 에너지 개념발달 모델을 개발하고자 함이다. 저자들은 각기 나이차가 나는 세그룹의 학생들 (9세, 13세, 18세)이 가지고 있는 에너지 개념을 피아제의 인지구조적 관점에서 분석하고 있다. 본 연구자들은 Case (1985, 1992) 의 인지발달의 구조적 이론을 적용하여 가설을 세웠다: ‘즉, 학생들의 에너지 개념은 일련의 변화를 겪으며, 일시적 (작업) 기억능력 (working memory capacity)의 체계적 증가를 가져온다.’ 이와같은 가설을 증명하기 위해 TIMSS 자료중 미국의 자료를 사용하였다. 조사결과 모두 세개 집단 (9세, 13세, 18세)의 에너지관련 문제를 발견하여 사용하였다. 레쉬 (Rasch) 모델링결과 나타난 각 문제의 난이도를 이용하여 가설로 세운 발달순서 (developmental sequence) 를 검증하였고, 학생들의 정답 백분율을 이용하여 학생들의 나이/학년수준과 에너지 개념수준사이의 관계를 검증하였다. 이러한 분석은 본 연구에서 가설로 세운 에너지 개념발달순서 (sequence of energy concept development) 를 지지하였고 또한 성숙 (maturation) 으로 인한 여러가지 혼합 효과를 비롯하여 에너지 개념의 발달에 대한 학교교육의 필요성을 제시하기도 하였다. 더 나아가, 본 연구의 결과가 시사하는 바, 교육과정과 교수학습디자인은 학생들의 에너지 개념 발달의 향상을 고려해야 할것이다.

이 연구의 가치는 각기 다른 연령의 학생들이 이해하는 에너지 개념을 인지구조적관점에서 각각 다른 연령의 차이와 발달 과정을 가시적으로 다루었다는 점이다. 대개 에너지라는 개념은 눈에 보이지 않는 점으로 인해 학생들에게 이해의 어려움을 주곤 했다. 특히, 에너지 “전도” “소멸” “보존”이란 개념들은 학생들이 이해하는데 어려운 난제들이었다. 그러나 본 연구는 인지구조적 모델 (Case 이론 – 아래 참고문헌을 참조)를 통해 학생들의 이해의 발달과정을 가시적으로 설명을 시도하였다는 점에서 의미가 있다. 여기에서 사용된 학생들의 발달과정은 피아제의 인지발달과정을 바탕으로 하고 있음은 물론이다.
연구결과는 예상하듯이, 학년이 높아갈수록 문제의 정답율은 높아지고 따라서 작업 기억 (working memory) 능력과 인지능력의 증가를 의미한다. 연구자들은 이것을 단순한 다른 차원 (Dimensional Stage) 의 인식능력증가로 보기 보다는 각개념이해의 벡터단계 (Vectorial Stage)로 설명하고 있다는 점에서 흥미로운 연구결과이다. 즉, 학년증가에 따른 이해의 폭 (크기)와 방향이 커지고 다양해진다는 의미이다. 따라서 가르칠때나 교육과정 구성시 이 점을 고려해야한다는 연구자들의 제안이다.

Case, R. (1992). The mind’s staircase: Exploring the conceptual understandings of children’s thought and knowledge. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum.
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논문 II

지구과학 교육에서 시스템사고기술의 개발
(Development of System Thinking Skills in the Context of Earth System Education)

Orit Ben-Zvi Assaraf, Nir Orion (Weizmann Institute of Science, Israel)

본 연구는 중학교에서 가르치는 지구과학내용중 시스템사고기술의 개발을 다루고 있다. 대도시에 위치한 8학년 두 개 학급에서 50명 학생들이 이 연구에 참여하여 물의 순환과 관련한 지구의 시스템교육과정을 공부하였다. 연구질문은 다음과 같다: a) 학생들이 복잡한 시스템들을 이해할 수 있을까? b) 어떤 요소들이 시스템인식에 대한 학생들의 능력에 영향을 주는가? c) 시스템 사고에 대한 인지구성 요소들간의 관계는 무엇인가? 이 연구는 질적 양적연구를 병행하여 여러가지 연구방법들을 동원하고 있다. 이는 사전, 현재, 사후 학습과정에서 나타나는 학생들의 지식과 이해에 관한 자료를 수집하기 위함이다. 연구의 결과는 다음과 같다. 지구의 시스템과 관련한 시스템 사고 개발은 몇가지 연속적인 단계를 거치며 그 단계들은 위계적이다. 각 단계에서 발달한 인지기술을 다음 단계의 더 높은 사고 기술개발의 바탕이 된다. 본 연구 결과, 학생들이 최소의 초기 시스템사고 능력을 가지고 있다 하더라도 그들 대부분이 시스템 사고기술에 있어서 의미있는 향상을 보였고 그 가운데 세번째 단계는 물의 순환학습에서 가장 높은 시스템 사고수준을 보여주었다. 학생들의 인식향상에 차별의 원인이 되는두가지 주요 요인이 발견되었다: a) 학생개인의 인지능력 b) 실내와 실외의 탐구학습에서 지식통합활동 (Knowledge integration activities) 에 참여하는 학생들의 참여수준이 그것이다.

역자주: Nir Orion 은 이스라엘의 대표적 지구과학 교육학자로서 지구과학교육에 관한 연구를 수행하고 있다. 현재 NARST와 JRST 와 Science Education 등의 국제 저널들이 물리 화학 생물분야의 연구들이 연구의 주류를 이루고 있는 현실을 감안할때 그의 연구는 “지구과학교육”연구에 있어서 격려되어야 하고 또한 귀한 연구들이다. 이 논문의 가치는 “지구시스템 (Earth Systems)”에 관한 논문이라는 점이다. 지구 시스템 교육에 관한 문헌연구가 돋보인다. 그리고 현재 세계의 지구과학교육은 지구시스템을 주제로하여 교육과정이 개편되고 그에따른 지구과학 교사의 지도방법과 지식교육이 뒤따르고 있다. 그 한예로, 미국의 고등학교 지구과학교육과정은 1996년에 시작한 “EarthComm (Earth Science Systems in the Community)”라는 새로운 맘모스급 새로운 교육과정 프로젝트가 2000년에 완성되어 미국의 새로운 교육과정으로 탄생하였다. 이에 뒤따라 중학교 수준의 지구과학 교육과정도 함께 개발 탄생하였다. 즉, “Investigating Earth Systems.” 이 모두는 NSF와 AGI (미국 지질학회)가 지원하여 탄생된것으로서, 1957 스프트닉사건이후 미국의 혁명적 교육개혁의 산물인 ESCP이후 미국최대의 교육과정 개편이라 할 수 있다.이러한 세계의 지구과학 교육방향은 우리 한국의 지구과학 교육에 어떤 시사점을 주며 어떤 토착화내용을 구성할 것인가 하는 것은 우리 한국 지구교육자들이 찾자내야할 몫이다.
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논문 III


과학교육과 세계화: 과학교육 개혁 재고

Lyn Carter (Australian Catholic University, AU)

렘케 (Lemke) (JRST, 38:296-316, 2001)와 마찬가지로 본 연구자는 과학교육은 변화하는 이론과 세계의 정세의 영향을 충분히 고려하지 못했다고 믿는다. 렘케는 과학교육을 위한 제안을 하기를 교학교육에 있어서 문화연구와 정치등 자체 대화 (discourses) 를 넘어서야한다고 주장하였는데 본 연구자는 세계화 이론과 적절한 교육적 연구를 첨가하였다. 그러므로, 본 연구에서 세계화에 대한 광범위한 조사를 통해 비록 세계화가 여전히 덜 인식되고 덜 이론화된것이 사실이지만 과학교육에 주는 시사점이 크다는 사실을 밝히고자 하였다. 이러한 관계를 형성하는 것은 중요하다. 왜냐하면 이러한 관계는 현재 학교교실에 직접적인 양향을 미치고 있는 새로운 힘들을 포함한 많은 과학교육의 관심들을 조사하는데 중요한 준거가 되지 때문이다. 예를 들면, 한가지 연구조사 질문은 현재 과학교육향상 대화 (discourses)가 어느정도 과학교수학습에 대한 질높은 연구결과인가 아니면 세계의 경제적 재편과 과학교육의 통제를 벗어난 초국가적 연구기관의 필연에 대한 국내 국제적 대응의 결과인가?
세계화를 이론적 토대 개발하여 이러한 질문을 검증하고 새로운 질문을 만들도록 돕는 일은 과학교육에서 현재뿐 아니라 미래의 학문활동의 많은 부분에서 그 개념의 이론적, 분석적 틀을 확장하는 데 많은 역할을 할 것이다.
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논문 IV

중학교 학생들의 물질에 대한 신념

Mary Nakhleh, Ala Samarapungavan, Yilmaz Saglam.
(Purdue University, West Lafayette, IN)

본 연구의 목적은 물질의 속성에 대한 중학교 학생들의 이해를 발달을 검증하고 중학교 학생들의 아이디어들을 초등학교 학생들의 것과 비교하기 위한 것이다. 이러한 연구는 Nakhleh & Samarapungavan (JRST, 36(7);777-805, 1999) 에서 시행된 바 있다. 9개 중학교 학생들이 인터뷰에 응했고 인터뷰내용은 모두 활자화 되었고 반 기획된 인터뷰였다. 인터뷰 내용은 다양한 물질의 구성과 입자 (원자/분자)구조에 대한 학생들의 이해를 알아보고자 함이었다. 즉, 단계전이와 용해와 같은 과정에 대한 이해뿐 만 아니라, 입자구조와 큰 물질성질 (macroscopic properties) (가변성 –fluidity과 가단성 – malleability) 사이의 관계등등. 연구결과가 밝히듯이 인터뷰한 대부분의 중학생들이 물질은 원자와 분자로 구성되어 있다는 사실을 알고 있었으며 그가운데 몇몇은 물의 상태 변화같은 과정을 설명하는데 이와같은 지식을 이용하기도 했다. 그러나 이와 반대로 거의 모든 초등학생들은 물질이 원자와 분자로 구성되어 있다는 사실을 알고 있지 못했다. 그러나 중학교 학생들은 물질의 구성에 대한 지식을 일관되게 사용하여 물질의 성질이나 과정에 대해 설명하지는 못했다. 초등학교 학생들은 자기가 알고 있는 지식 (과학적인 지식이 아니지만) 을 비교적 일관되게 사용한 반면, 중학교 학생들은 일관 지식의 틀을 가지고 있는지 구분할 수 가 없었다. 왜냐하면 그들의 지식은 따로따로 떨어져 있었고 연결되어 있지 않았다. 이러한 중학생들의 물질에 대한 비상관 개별적 지식들은 아마도 미시적인 과학지식의 동화과정의 어려움을 반증하는것일 수도 있다.

첨부
9a.JARST_MAY_2005.doc

박도영 (dpark@ilstu.edu)
Assistant Professor at Illinois State University

과학문화교육연구소