"과학문화교육"

2005-01-25 (Vol 2, No 1)

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국제적 과학교육학술논문 요약과 외국 과학교육 및 국제화

International Journal of Science Education 26(14) 2004

IJSE 26(14):1787-1811, 2004
2004 Taylor & Francis Ltd
ISSN: 0950-0693 Print/1464-5289 On-line
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논문 1

학생들의 유체에 대한 개념
(Students' conceptions of fluids)

우고 베송
(Ugo Besson)

본 논문은 학생들의 정적인 상황에서 유체와 압력에 대한 학생들의 개념과 사고에 관한 연구를 다루고 있다.

선행연구에서 피아제(Piaget, 1971, 1955)와 그의 동료들은 어린 학생들이 공기는 영구 물질이 아니라 움직임이 있을 때만 존재한다고 응답함을 조사하였다. 다음 단계로 공기는 움직임이 없어도 존재할 수 있지만 다른 사물에게만 작용한다는 생각을 학생들이 갖고 있었다. 세레(Serea, 1982, 1986)는 피아제의 연구 결과에 동의하고 공기는 호흡이나 바람과 같이 움직임과 연관된 생각을 학생들이 갖고 있음을 밝혔다. 그녀는 또한 바람의 개념은 공기의 개념보다 하위의 개념이며 기체의 분출은 움직임으로 인해 발생한다고 확인하였다. 또한, 볼기 등(Borghi et al.1998)의 6-8세 대상의 연구에서도 동일한 결과를 얻었다.

로지어(Rozier, 1998)의 연구에서 대학생들은 압력을 기체 분자의 밀도로 설명하지만 속도나 충격량에 대한 개념을 사용하지는 못했음을 확인하였다. 크러프와 드라이버(Clough & Driver)의 연구에 따르면 수심에 따른 수압의 변화를 묻는 질문에서 40%의 학생들은 물의 전체 부피에 의해 수압이 결정된다는 개념을 갖고 있었다.

이러한 선행 연구를 통해 정리한 본 연구의 목적은 다음과 같다.

학생들이 유체의 압력에 대한 생각은 무엇이며 교육 단계 별로 어떻게 변화하는가?
학생들은 액체와 기체의 역학적 움직임을 어떻게 표상하며 그 이유를 어떻게 생각하는가?
학생들은 어떻게 정 유체의 개념과 상황을 조직하는가?
일반적인 과학적 모형들과 학생들의 생각은 어떻게 차이가 나는가?

면담과 학급 관찰을 통한 초기 연구를 통해 학생들의 유체와 압력에 대한 개념은 다음 4가지로 요약할 수 있다.

첫째, 중력의 영향은 물리적 상황의 표상에 큰 영향을 준다. 이를 통해 일상의 상황에서 아래 방향의 운동에 중력의 개념을 많이 사용하였다.

둘째, “유체 기둥의 무게”라는 용어로 설명되는 유체 정역학의 공식은 액체의 무게와 관련된 압력의 개념으로 학생들이 혼동하고 있다.

셋째, 학생들은 유체와 관련된 공식들을 다룬 전형적인 유체 개념과 작은 입자들의 상호작용의 관점을 갖는 국소적인 유체 개념들 사이의 관계에 대한 설명이 부족하다.

넷째, 액체가 압축할 수 없다는 주장은 교과서에서 자주 등장하지만 액체에서 발생하는 변화에 대한 이해에 어려움을 준다.

이러한 초기 연구의 결과를 바탕으로 10문항의 질문지를 개발하여 다양한 집단의 학생들에게 배포되었다. 상급 중등학교 (upper secondary school) 428 명의 이탈리아. 프랑스 학생들과 458 명의 1학년 벨기에 대학생들, 58명의 예비 교사들을 대상으로 하였다.

연구의 결과로 정수압(hydrostatic pressure)은 질량과 그 밖의 다양한 모호한 생각들과 연결되어 있다. 게다가 극소의 작용(local action)과, 평형 상태에 대한 역학체계를 이루는 총체적인 사고에 필요한 전지구적 영역의 효과(global effect)에 연결 지음에 어려움을 느끼고 있는 것으로 확인되었다. (김민기)
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논문 2

추론도: 가설검증 행동의 특성을 나타내는 일반적으로 적용할만한 방법
(Reasoning maps: a generally applicable method for characterizing hypothesis-testing behaviour)

부라이언 화이트
(Brian White, University of Massachusetts Boston)

이 논문은 이전 연구에 대한 확장하고 종합하여 학생들의 가설 검증 행동을 특성 짓는데 일반적으로 적용 가능한 방법을 보여주고 있다. 학생들의 말을 전사하고 그들의 행동들을 비디오 촬영하여 추론도를 만들었다. 추론도는 학생들의 가설, 검증, 예상, 결과 그리고 결론까지의 흐름을 나타낸다. 추론도 작성 방법들을 기술한 다음, 세 집단의 생물학과 대학생들의 탐구 실험에서 가설을 검증하는 활동에 적용하였다. 추론도를 통해 이전 연구들에서 분석된 특징들의 대부분을 일관된 맥락으로 볼 수 있었다. 또한 추론도는 가설검증에서 기존의 방법으로는 가능하지 않았던 고차원적 패턴들을 분석할 수 있게 하였다. 우리는 이러한 방법을 설계함으로서 가설검증을 이해하고 분석하는데 필요한 공통언어를 제공할 수 있었고, 포괄적인 비교를 가능하게 해 주었다. (박종원)
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논문 3

타이완 고등학생들의 과학 학습에 대한 개념: 현상학적 분석
(Conceptions of learning science among high school students in Taiwan: a phenomenographic analysis)

친청 챠이
(Chin-Chung Tsai)

교육학자와 심리학자들이 지식의 본성에 대한 학생의 개념과 인식론적 믿음에 대해서 관심을 가졌다. 그들의 연구를 통해서 학습에 대한 학생들의 개념은 학습 과정에 많은 영향을 받고 또한 학습을 접근하는 방법 자체와 많은 관련이 있음을 확인하였다. 많은 연구자들이 다른 집단의 학생들을 대상으로 학습 개념을 조사하였다.

본 연구의 이론적 근거로는 다음의 5가지를 기초로 한다.

첫째, 학습 개념은 학습 접근법이나 수업 전략에 영향을 받는다. 퍼디 등 (1996)은 일본과 호주의 학생들이 자기 조절 학습 전략의 성향을 통해 학습을 이해하는 것이라는 개념을 갖고 있음을 확인하였다.

둘째, 학습 개념은 문화에 영향을 받는다. 교육학자들의 주장에 따르면 현상학적 방법(phenomenographic method)을 통해 문화의 영향을 받는 개념을 탐색할 수 있다(Dahlin and Regmi 1997: 473).

셋째, 학습 개념은 교육 상황과 관련이 있다. 이러한 연구는 Eklund-Myrskong(1997, 1998)이나 Marshal et al. (1999)등이 수행하였다. 그들은 다른 교육 상황이나 전공의 학생들이 서로 다른 학습 개념을 형성하고 있음을 확인하였다.

넷째, 학습 개념은 어느 정도 영역에 의존적이다. Buehl과 Alexander(2001), Lonka et al. (1996), Prosser et al. (1996)등이 이와 동일한 주장을 하였다. Buehl과 Alexander(2001)은 이러한 학습 개념의 성향을 영역 특이적인 인식론적 신념이라고 정의하였다.

다섯째, 본 연구는 일반적인 학습 개념이 아닌 학생의 특수한 학습 개념을 찾아내려는 연구 문제를 갖고 있다. 또한 다른 연구들이 대학생들을 대상으로 수행한 것에 반해 본 연구는 고등학생들을 대상으로 하였다.
연구 방법으로 11-12학년 학년, 120 명의 학생들을 타이완의 전역에서 선발하였다. 이중 60명의 학생들은 이공계에, 60 명의 학생들은 예술 분야의 전공을 희망한 학생들이다. 자료의 수집은 훈련된 면담자의 면담을 통해서 이루어 졌다. 면담은 반구조화된 방법으로 실시되었으며 면담 질문들은 Marshall et al. (1999) 와 Tsai(1998b) 등이 제작했던 문항을 활용하여 아래와 같이 제작하였다.

과학을 배운다는 것이 무엇을 어떻게 이해하였나요?
과학에 대해 배울 때 어떻게 알게 되나요?
과학을 어떻게 배우나요?

면담의 내용은 전사되어 Eklund-Myrskong(1998)의 방법을 사용하여 분석하였는데 연구자들이 중요 문장에서 주요어를 찾아내어 분류하는 방법이다. 이를 통해 서로 다른 학생의 대화 내용의 차이점과 유사점을 확인하면서 자료를 요약한다.

자료의 분석결과 학생들의 학습의 개념은 크게 7가지로 분류할 수 있었는데 암기, 시험 대비, 연습 문제 풀기, 지식의 향상, 적용하기, 이해하기. 새로운 시각으로 바라보기 등이다. 7가지 유형을 2가지 전공(예술, 이공계)로 분석하면 예술 전공 학생들의 최빈 응답은 연습 문제 풀기(26.7%)임에 반해 이공계 전공 학생들은 적용과 이해가 각각 20%, 26.7%의 높은 응답을 얻었다. 이를 통해 학생의 학습 개념은 전공이나 교육 상황과 관련성이 높다는 기존의 연구 결과 (Eklund-Myrskog 1997, 1998; Marshall et al. 1999)를 다시 확인하였다.

본 연구를 통해서 타이완의 학생들은 동양의 전형적인 암기 위주의 학습자인 것으로 조사되었다. 또한 시험대비, 연습 문제 풀기 형의 2가지 유형은 기존의 연구에서 밝혀지지 못한 것으로 이는 상급학교 진학을 위해 선별 시험을 실시하는 타이완의 교육 환경을 반영하고 있다. 이러한 7가지 요소들은 다음의 구인들과 함께 발전한다.

지식 획득의 형태: 재생산, 앎, 확장과 발전
동기 성향: 외적, 내적 성향
학습 성과를 평가하는 기준: 지식의 양, 지식의 질
이렇게 7요소를 분류해 보았을 때 학생들의 학습 개념 변수에 대한 기술의 틀을 제시할 수 있다.

지식 획득의 형태 구인으로 보았을 때 재생산(수준은 암기, 지식의 향상)과 확장과 발전(새로운 시각으로 바라보기)로 유형을 분류할 수 있다. 그리고 동기 성향의 구인에서는 외적(암기, 시험대비, 연습 문제 풀기)와 내적(지식의 향상, 적용하기, 이해하기, 새로운 시각으로 바라보기)로 7개의 항목들이 분류된다. 마지막으로 학습 성과를 평가하는 기준의 구인에서는 지식의 양(암기, 시험대비, 연습 문제 풀이, 지식 향상)과 지식의 질(적용하기, 이해하기, 다른 시각으로 보기)등으로 7개의 학습 개념 요소로 분류한다.(김민기)
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논문 4

과학과 시민교육
(Science and citizenship education)

이안 다비스
(Ian Davies*, U of York, UK. Email:id5@york.ac.uk.)

과학 교육자와 시민 교육자는 협동 연구의 가능성을 가지고 있다. 과학 교육자가 왜 시민 교육의 문제에 관심을 가져야 하는지는 다음과 같은 이유로 설명할 수 있다. 첫째, 시민들이 직면한 사회적 문제들 중 많은 수가 유전자 변형 음식, 미래의 에너지원, 유전자 공학 등 과학적 지식과 관련되어 있다. 둘째, 과학 지식은 그 자체를 아는 것이 중요할 뿐만 아니라 민주주의 사회 내에서 과학 지식이 인류의 삶에 공헌할 수 있는 방법을 아는 것 역시 중요하다. 셋째, 일부는 과학과 기술에 대한 지식을 알고 이해하지만, 어떤 사람은 이러한 지식으로부터 소외되면서 고통 받게 되므로 이러한 집단간의 차별을 줄이기 위해 시민교육과 과학교육은 서로 연결되어야 한다. 그러므로 과학 학습 과정에는 시민 교육에 필요한 주요 쟁점 사항이 밀접하게 연결되어야 한다.

그러나 이러한 협동 연구에는 몇 가지 난제가 있다. 첫째, 과학에 대한 공적인 인식에 대한 부분이다. 조지 오웰의 소설이나 헉슬리의 소설 속에서 과학 기술의 발달로 인한 인류의 미래를 디스토피아로 묘사한다. 많은 사람들은 현재의 사회 문제가 과학기술의 발달로 인한 것이라고 생각하고 있는 것이다. 둘째, 과학 교육은 오랫동안 시민 교육에 전혀 관심을 두지 않았다. 따라서 과학 교육자들이 시민 교육과의 연결에 대한 학술적인 부분은 매우 미약한 셈이다. 셋째, 시민교육과 관련된 과학 주제들을 유기적으로 연결시키는 것이 매우 어렵다. 따라서 이것은 과학 교육과 시민 교육의 연결을 과학 교육의 형태를 미심쩍게 바꾸려는 시도로 보이게 할 수도 있다.

또한 과학 교육자들의 시민 교육에 대한 인식은 시민 교육자들과 다른 부분이 많다. 예를 들어 학생들의 생활 속 주제를 차용하여 과학을 더 잘 이해하게 만드는 도구로서만 사용한 후 이것을 시민 교육을 했다라고 말하는 경우도 있는 것이다. 과학의 본성에 대한 교육, 과학과 사회와의 관계에 대한 교육이 시민 교육일 수는 없는 것이다.

이 논문을 통해 과학 교육과 시민 교육의 연결에 대한 올바른 해답을 제시할 수는 없다. 그러나 과학 교육과 시민 교육을 연결하여 과학 교육 내에서 시민 교육을 시도할 때 다루어지는 주제와 활동들이 갖추어야 할 요건을 제시하면 다음과 같다.

- 학생들의 관점과 이해, 주장에 대해 설명하도록 하자.
- 자신과 의견이 다른 사람들의 의견에 대해 인내하고, 적용해보고, 포함시키거나, 다시 한번 생각하기
- 교실 안에서의 아이디어에 대해 논쟁하거나 생각해보고, 이러한 경험을 사용하여서 학교밖의 그들의 일상에서 같은 상황에 대해 이해하기 (이주영)
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논문 5

유전자 조작 식품에 대한 바른 이해: 중학교 학생들에게 균형적 이해를 돕기 위한 탐구에 기초한 교육과정
(Genetically modified food in perspective: an inquiry-based curriculum to help middle school students make sense of tradeoffs)

Sherry Seethaler & Marcia Linn (University of California)

과학적 논쟁에 관해 학생들이 어떻게 학습하는지를 이해하기 위해, 이 연구는 유전자 조작 식품에 관해 기술-강조형 교육과정의 맥락 안에서 균형적 이해에 대한 학생들의 추론을 검사하였다. 그 교육과정은 학생들의 처음 생각들과 교육과정 안에서 소개되는 내용들을 열거하고 통합하는데 도움이 되는 비계지식 통합틀(Scaffolded Knowledge Integration Framework)에 기초하여 설계되고 정교화되었다. 190명의 학생들로부터 나온 사전 검사와 사후검사 결과, 유전자 조작 식품의 논쟁을 이해하는데 유의미한 이득이 나타났다(p<0.0001). 학생들이 자신의 지역에서 어떤 유형의 농업방법이 사용되어야 하는지에 대해 입장을 취하고 방어하는 것을 나타낸 학생들의 마지막 시험내용 분석결과, 학생들은 자신의 입장을 지지하는 증거와 반대하는 증거를 제공할 수 있었으나, 그러한 균형을 위해 어떻게 가중점을 주어야 하는지에 대해서는 분명하지 못했다. 이러한 결과는 학생들의 사고를 이해하는데 중요한 통찰을 제공해 주고, 교육과정 설계에 시사점을 주었다.(박종원)
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연구 보고 요약

2년간의 현직연수를 통한 초등학교 교사의 태도와 인지 변화 및 학생들에게 미치는 영향
(Primary teachers’ changing attitudes and cognition during a two-year science in-service programme and their effect on pupils)

Tina Jarvisa,* and Anthony Pellb

이 보고서는 70명의 교사들에게 현직연수를 실시한 후, 자신감, 자아 효능감, 태도와 인지에 대한 사전 사후 검사를 실시하였다. 또한 교사들의 자신감, 태도, 인지 사이의 상관관계를 알아보았고, 교사들의 변화가 학생들의 태도와 인지에 영향을 주었는지의 여부를 조사하였다.

참가하는 학교는 무료 배식을 받는 학생이 많고, 과학 학력 평가에서 낮은 점수를 받은 학교로 선정했으며, 16개 학교에서 온 39명의 교사는 1999년 1월부터 6월까지 6개월간 1차적으로 참여하였고, 2000년 1월부터 시작된 6개월간의 연수에는 15개 학교가 추가적으로 연수에 참여했다. 2차 연수에는 31명의 교사가 참가하였다. 결과적으로 총 70명의 교사가 참여하였고, 6개월에 걸쳐 총 10일간의 연수가 실시되었다. 연수는 제한된 몇 가지의 주제 에 대해 관련된 지식과 탐구과정의 관련성을 알 수 있도록 하는 개방형 탐구로 구성되었다.

태도 검사는 49문항을 리커트 척도로서 검사하였으며, 같은 검사지를 12개월 간격으로 사용하였다. 자신감에 대한 검사지는 내용, 탐구, 교육관과 관련하여 질문하였다. 인식 검사는 전기, 용해; 융해; 증발, 힘, 탐구 등 네 개의 내용 영역으로 구성되었다. 이 때 학생들의 태도와 인식에 대한 검사 자료도 함께 모았다.

현직 연수 후에, 과학 교수에 대한 교사들의 자신감, 자아 효능감, 과학적 태도와 이해도 등에 있어서 긍정적인 결과를 나타내었다. 현직연수 전 영어나 수학에 비해 과학을 가르치는 것을 불확실하게 생각했던 교사들이 연수 후 영어, 수학, 과학에 대해 차이를 보여주지 않았다. 교사 개개인 사이에 나타나는 차이점은 자아 효능감과 태도에서 두드러지게 나타났다. 예를 들어 현직연수 전에 여자 교사들은 탐구를 가르치고, 학생 중심적인 수업에 더 긍정적인 태도를 가지고 있었으며, 학위가 없는 교사들은 자아 효능감을 낮게 책정했다. 그러나 이러한 차이점은 연수 후에 사라지게 되었으며, 연수 후에 학력이 낮은 교사들이 연수 자체와 구성주의 이론에 바탕을 둔 교수의 가치에 대해 더 긍정적인 반응을 보였다. 그러나 교사의 한 가지 개인적인 요소가 교사들의 차이점을 설명할 수 없다는 것은 명백하다.

일부 교사들의 경우는 현직연수 과정을 어렵게 느꼈지만, 진전이 있었다. 현직 연수 프로그램 자체에 반감을 가지고 있는 교사들은 인지, 자아효능감, 자신감 등에서 약간의 점수가 상승하였지만 과학을 탐구하는 태도, 교육학 이론에 대한 점수는 오히려 하강했다. 인지적인 부분에서만 변화가 있었던 교사는 매우 낮은 수준의 인지 수준을 보유하고 있었고 이들은 인지에서는 매우 큰 개선이 있었다. 그러나 그들의 태도 점수는 거의 변화가 없었다. 자신감과 자아 효능감도 명백하게 증가하긴 했지만 전체적인 수준에서 보았을 때는 평균적인 수준에 머물렀다. 현직연수에 열정적으로 참여한 교사집단은 모든 면에서 점수의 상승이 있었는데 오히려 학생들의 점수는 그다지 많이 상승하지 않았다. 이것은 연수 이전에도 교사들이 높은 인지 수준을 보유하기 있었기 때문인 것 같다. 연수에 영향을 받지 않은 교사들은 연수 이전에 높은 인지 수준을 보유하고 있었다. 그런데 동료교사들은 이들의 자신감과 자아 효능감이 높아졌다고 하였으며 주목할 만한 것은 학생들의 태도 점수 변화가 매우 작았던 반면 인지 수준의 변화는 크게 나타났다는 점이다. 이렇게 각기 다른 유형의 교사집단은 학생들의 인지와 태도 변화 측면에서 차이를 유발하였다. (이주영)


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