"과학문화교육"

2004-12-25 (Vol 1, No 1)

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국제적 과학교육학술논문 요약과 외국 과학교육 및 국제화

JRST Vol 41, No 6, August 2004

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논문 I

중학교 과학교과서가 학생들의 중요한 과학 개념학습에 도움이 되고 있는가? - 프로젝트 2061 교육과정 평가 연구 결과 (생물과학) 를 중심으로 -

Luli Stern (Technology and Science, Technion-IIT, Israel) and Jo Ellen Roseman (AAAS)

이 논문은 미국의 현행 중학교 교과서가 과연 학생들의 중요한 개념 (예, 생물학의 기본 개념인 에너와 물질의 이동)이해에 얼마나 도움이 되고 있는지를 분석한 것이다. 결론적으로, 이 논문에서 분석된 9개의 중학교 과학 교육과정은 그리 도움이 못되고 있다는 것이다.

다음은 논문 주요 내용 요약이다.
중학교(grades 6-8) 생물개념중 한 생물과 다른 생물간에 이뤄지는 에너지와 물질의 이동개념과 생물과 물리적 환경사이의 에너지와 물질의 이동개념은 생물학의 기본개념이다. 따라서 이 개념은 미과학진흥협의회가 만든 “Benchmarks for Science Literacy” (AAAS, 1993) 뿐만아니라 국가 과학교육표준 (NRC, 1996)에 공히 사용된 개념이며, 각 주정부의 과학표준의 근간을 이루고, 각종 중학교 과학교육과정 자료에 자주 등장하는 개념이다. 그럼에도 광합성 작용 개념이나 세포호흡과 같은 주제들은 수년동안 가르쳐 왔지만 실제로 학생들이 이런 개념들을 배우는데 어떤 어려움이 있는지에 대한 연구가 미미한 실정이다. 따라서 본 연구는 가장 널리 사용되고 있고 최근에 새롭게 개발된 9개의 중학교 교육과정 자료를 분석하여 국가과학교육표준에 제시되어있는 생태계의 물질과 에너지 이동을 학생들이 얼마나 잘 이해할수 있도록 잘 준비되어 있는지는 알아 내고자 하였다. 이 연구의 절차는 AAAS의 “프로젝트 2061”가 개발한것을 사용하였다. 결론적으로, 이 연구의 결과는 실망적이다. 즉, 현재 사용되고 있는 교육과정자료들은 본 연구에서 알아보고자 한 개념학습에 별 도움을 주지 못하고 있다. 일반적으로, 이러한 자료들은 학생들의 선행지식을 고려하지 않고 있으며, 추상적인 개념을 좀더 분명하게 해주지 못하고 있고, 중요개념을 가지고 설명할수 있고 그리하여 그 개념들을 납득이 가도록 만들어 주는 현상제시가 부족하다. 이 논문은 이렇게 부족한 현행교육과정을 중심으로 진행되고 있는 교육과정 개발, 가르치는 일, 그리고 과학교육 연구 에 대한 몇가지 고려사항들을 제시하며 결론짓고 있다.

분석된 교과서와 결과:
1. Glencoe: Life Science …………………………. 0.62
2. Macmillan McGraw-Hill Science Series ………. 0.79
3. Prentice Hall: Exploring Life Science …………. 0.34
4. PRIME Science ………………………………… 0.61
5. Science 2000 ……………………………………. 1.09
6. Science Insights …………………………………. 0.33
7. Science Interactions ……………………………… 0.63
8. Science Plus: Technology and Society …………… 1.09
9. Middle-School Science and Technology …………. No match

0.1 = poor 1.5 = fair 2 = satisfactory
2.5 = very good 3 = excellent

연구 결과 정리
1. 어느 교과서도 학생들의 선개념을 고려하지 않고 있다.
2. 어느 교과서도 충분한 적용예를 제공하지 않음으로써 학생들이 생물의 에너지와 물질의 이동에 대한 핵심 개념을 “아, 그렇구나 !” 하고 이해하는데 어려움을 겪고 있다.
3. 어느 교과서도 핵심개념을 알기쉽게 설명하는데 적절한 표현 (그림, 도표, 시뮬레이션, 비유)를 사용하지 못하고 있다.

좋은 교과서가 학생들의 학습을 좌우하는 절대기준은 아니지만 교사는 그 교과서를 사용하는 장본인으로서 교과서 사용에서 절대적 역할을 한다고 볼수 있다. 따라서 교사는 적어도 좋은 교과서를 선택할수 있는 기술과 지식을 겸비하여 자신의 학생들의 수준에 맞게 재구성할 필요가 있다.

이 논문부록에는 이 연구에 사용된 AAAS의 교과서 분석 기준들이 제시되어 있고 실제로 사용된 기준들의 사용 예를 실어 놓았다. 교사로서 좋은 교과서 선별할때 직접 사용할 수 있는 몇가지 기준들이 제시되어 있는 셈이다.
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논문 II

이상적인 상황과 현실 상황에서 낙하하는 물체에 대한 대학생들의 이해

M. Veronica Cahyadi, Philip H. Butler (University of Canterbury, New Zealand)

이 논문은 18 세된 대학생들의 낙하물체에 대한 이해도를 조사한것이다. 과학개념을 이해하는데 현실상황과 이상적인 상황을 이용하여 그들의 이해도의 차이를 밝힘으로써 개념의 더나은 이해를 도모할수 있다는 것이 이 연구의 결론이다. 우리가 흔히 과학개념을 가르칠때 이상적인 상황과 현실상황에서 “오적용” “오개념” “선개념”등으로 혼란을 겪을때가 있다. 이것을 저자는 “misapplication” “misconception” “preconception” 등으로 분류한다음 두 가지 다른 상황 즉, 이상적인 상황과 현실상황을 제시함으로써 학생들이 더 나은 이해에 이르도록 한다는 것이다. 이에 대한 증거로 낙하 물체의 예를 실험하였고 이에 대한 학생들의 인터뷰결과를 제시하여 본 논문의 주장을 뒷받침하고 있다. 선개념의 예 ; 무거운 물체가 빠르게 낙하한다 (공기저항 없을때). 가벼운 공이 더 높이 오른다 (물체를 움직임 힘이 중력보다 크다).

이 연구는 18세의 대학생들이 가지고 있는 낙하하는 물체에 대한 이해도를 조사한것이다. 낙하물체는 공이며, 이상적인 상황 (공기 마찰이 없는 상태) 와 현실 상황 (공기존재) 에서 공을 떨어뜨렸다. 타연구에 의하면, 학생들이 자신들의 모델의 오점을 발견할때 이해의 폭을 넓힌다고 한다. 이 연구에 참여한 학생들은 현실상황에서 보다 이상적인 상황의 경우에 문제의 해답을 정확하게 잘 한것으로 나타났다. 현실상황에 대해서, 학생들은 같은 크기라도 다른 무게에 따른 물체의 공기저항에 대한 이해보다는 단순히 물체의 크기에 따른 공기저항을 잘 이해하였다. 이에따른 인터뷰에서도, 학생들은 같은 실험에서 두개의 다른 상황을 이용하여 설명하는 것이 실제로 학생들의 생각을 자극하고 심도있게 생각하게 해주었음을 알수 있었다. 공기저항을 고려해야한다는 필요성을 깨닫게 함으로써 그 두상황을 이해하는데 학생들에게 머리를 쓰게 만든것이다. 이 논문은 이 두 상황이용 (현실과 이상) 방법이 과학수업에 유용한 도구라는 사실을 강조하며 결론을 맺고 있다.

저자들은 4가지 질문을 통해 얻은 결과를 도표로 정리하여 제시하고 있다. 질문과 그들의 대답을 일목요연하게 정리한 도표는 현재 대학생들이 가지고 있는 낙하물체에 대한 개념을 알고자 하는 독자들에게 아주 유용할것으로 생각된다 (576 -7쪽). 예를 들면, 질문 - 두개의 공 A와 B를 건물옥상에서 동시에 떨어뜨렸다. 무게가 똑같고 B가 A보다 부피가 크다. 어느 공이 먼저 바닥에 떨어지겠는가?
1) 공기저항을 무시한다면? (A or B or Both) 그리고 설명하시요.
2) 공기저항을 고려한다면? (A or B or Both) 그리고 설명하시요.

결과는 공기저항 무시의 경우 정답율 78-100%, 공기저항 고려할때 오답율 6-11%로 나타났다. 그리고 그 이유를 일목하게 정리하여 제시하고 있다.
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논문 III

탐구를 통한 물리 교수-학습: 어느 한 대학원생 조교의 생명력있는 경험

Mark J. Volkmann, Marta Zgagacz (U of Missouri-Columbia)

이 논문은 미 중서부의 한 대학에서 가르치고 있는 한 대학원생 조교의 실제 경험담을 토대로 “탐구를 통한 초등물리교수법”을 가르치는데 그가 겪는 여러 어려움들을 조사 연구한 것이다. 이 대학원생은 기초입자물리학전공의 박사과정에 있는 학생으로서, 초등학교 예비교사들에게 “탐구를 통한 물리교수학습”과목을 가르치도록 하였다. 대학에서 탐구를 통해 여러가지 과학과목들을 가르치는데 대체 대학강사들이 겪는 어려움이 무엇이며 그 경험으로 무엇이 어떻게 변화하는지를 알아내는 것이 본 논문의 핵심관심사이다.

연구방법론으로 해석학적인 현상학 (Hermeneutic Phenomenology)을 도입하여 다음과 같은 연구질문으로 연구를 시작하였다. “초등학교 예비교사들에게 탐구를 통한 물리교수학습을 가르치면서 배운 어느 한 대학원생의 실제 생명력있는 경험 (lived experience)은 (역자 주: 살아있는 경험 또는 생명력있는 경험이란 대학생원생들이 과학 교수법을 많이 가르치는데, 그 가르치면서 배우는 그 경험을 통해 자신이 변하는 것이 있을때 생명력있는 경험으로 본것임) 무엇인가?” 연구결과는 두가지 관점에서 정리하였다. 과학교수의 성향 (Orientation to Science Teaching) 과 전문가의 정체성 (Professional Identity). 과학교수 성향관점은 전문성경험, 교수전략, 수업목적등에 초점이 모아지고, 정체성관점은 전문가적 행동에 영향을 미칠만한 개인의 경험에 초점이 있다. 이러한 정체성의 관점은 교사의 과학교수, 전문성 계발, 교사간의 협동을 이해하는데 도움이 된다.

대개 “성향”은 “신념”에 의해 많이 좌우 되는데, 그 신념은 가르치는 내용, 가르치는 일, 학생, 그리고 사회적인 필요에 따라 영향을 받는다. 본 연구는 이런 기본 연구틀을 가지고 어느 한 조교의 성향변화를 교수정체성의 관점에서 연구분석 한 것이다.

이 연구의 결론은 다음과 같다.
“과학의 본성에 대한 근본 신념이 과학교수의 성향을 영향을 미치고 있다. 그 신념이 변하지 않을 경우, 그 성향은 변하지 않은것 같다.”

해석학적인 현상학 (Hermeneutic Phenomenology)은 오래된 연구방법으로서 살아있는 경험에 초점을 맞추며, 삶의 이야기를 분석하고 해석함으로써 이해를 더해가는 방법이다.

한가지 재미있는 사실은 이 대학원생은 물리전공박사과정의 학생으로서 교수학습에 거의 문외한이나 마찬가지이다. 따라서 이 대학원생 조교와의 대화는
가히 짐작이 가고 남는다. 그 한예로, “질문에 대한 답을 하는 문제”에 대해 물리교수법 교수와 이 대학원생간의 대화를 다음과 같이 옮긴다.

대학원생: 질문을 계속하기 보다는 그냥 학생의 질문에 대한 답을 바로 해주면 되지 않을까요? 제생각에는 자꾸 질문을 하면 학생들이 아주 실망할 것 같은데요.

교수: 내가 질문을 하는 이유는 학생들이 증거들을 다시 살펴보고 그에따른 설명을 만들어 내도록 하기 위한것이다. 만일 내 학생들이 나중에 교사가 되어서 자기 학생들에게 증거에 근거한 설명을 하기를 원한다면 나부터 그들을 그렇게 훈련하고 가르쳐야할 것이다.

대학원생: 그렇지만, 예비교사 학생들은 과학을 배우는 중이잖습니까. 그냥 그들을 앉혀서 과학을 가르쳐야 하지 않을까요?

교수: 방금 이말은, 학생들을 그냥 앉혀서 알아야 할 내용을 말해줌으로써 과학을 배우도록 할거란 말인가?

대학원생: 그렇습니다. 대부분이 과학을 그렇게 배우고 있다고 생각합니다.

이 대학원생은 탐구물리교수학습강좌를 가르치기 전까지, 가장 효과적인 가르침은 바로 말해주는 것이다라고 생각했다. 그러나 가르치면서 겪는 어려움으로 인해 생각이 변하였다. 과학의 본성을 이해함으로써 이 대학원생은 과학교수학습을 달리 보게 된것이다.

이 논문은 현재 많은 대학원생 조교들이 과학교수법을 가르치는데 과연 탐구에 걸맞는 교수법을 가르치고 있는가를 문제로 제기하면서 실제로 대학원생 조교가 교수학습에 대한 신념이 변하여 양질의 교수법을 하게 되었다는 사실을 연구결과로 보여준 것이라 하겠다.
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논문 IV

전기회로에 대한 9학년 터키 학생들의 오개념에 있어서 성별효과를 중재하는 요인들

Selen Sencar, Ali Eryilmaz ( Middle East Technical Univ., Turkey)

이 논문은 터키의 9학년 학생들이 가지고 있는 전기회로에 대한 오개념에 대해서 성별요인을 중재하여 덜 영향을 끼치도록 하는 요인을 연구분석한것이다.
두가지 문제지를 개발하여 사용하였다 . Simple Electric Circuit Concept (현실상황과 이상적 상황으로 나누어 질문한 문제)과 Interest Experience Questionnaire about Electricity. 총 1678명의 학생들이 전기회로에 대한 한 단원의 수업을 한 후에 위의 두 설문지를 돌려서 그들의 오개념과 흥미-경험을 조사하였다. 많은 학생들이 낮은 점수를 보였으며 많은 오개념을 가지고 있었다. MANOVA와 ANOVA를 이용하여 성별차이를 확인했다. 결론적으로, 현실상황속의 질문에서는 남녀 차이가 유의하게 나타났으나 이상적인 상황을 이용한 질문은 남녀차이가 유의하지 않았다. 나이와 흥미-경험 두가지 변인을 통제하고 분석한결과, 현실상황의 문제에서도 남녀차이가 유의하지 않은것으로 나타났다.
이와 같은 결과는 결국 문제의 상황내지는 문맥이 남녀차이의 가장 중요한 요인으로 드러난것을 의미한다.

따라서, 교사가 전기회로 개념을 가르칠 때 좀 더 많은 실험과 실생활 주변의 예들을 많이 찾아 적용하는 기회를 많이 제공해야 할 것이라는 시사점을 제시해주고 있다.

이 논문의 또하나의 가치라면, 과학학습에서 나타나는 성별 차이에 대한 문헌연구가 광범위하게 장 이루어져 있다는 점이다. 여러각도에서 성별차이를 연구한 논문들을 조명하고 그 결과들을 광범위하게 망라하고 있다.

그러나 이 논문에서 사용한 설문 도구는 게재되지 않고 있으나 몇가지 예문은 볼 수 있다.
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논문 V

과학자 처럼 논문쓰는 법 배우기: 문화동화 작업으로서 공동저술하기

Marilyn K. Florence, Larry D. Yore (Writing and Editing, U of Victoria)

본 논문에는 여러 사례가 실려있는데 그것들은 여러 대학의 과학연구 실험실에서 이뤄지고 있는 연구논문 공동집필과정을 담고 있다. 특히 그중에서도 두개의 사례를 뽑아서 다섯개의 집필팀을 비교분석하였다 (하나는 생화학과 미생물분야이고, 나머지 4개는 지구과학과 해양학분야이다). 여러가지 연구방법론과 자료를 이용하여 본논문의 자료를 수집하였는데 다음과 같은 것들이다: 연구자 책임자의 역할, 대학원생과 연구원들의 역할, 연구책임자와 학생들간의 상호교류, 공동집필과정에 내재되어 있는 활동과 과정, 학생들의 신념, 전문지식, 과학적 집필, 학문사회에서의 심도있는 대화에 참여, 몇가지 활동과 계획단계, 초고, 교정 같은 과정들은 공동 집필팀가운데 공통적으로 들어있음을 발견하였다.
과학적인 마인드과 집필능력, 과학적인 연구과 대화의 장, 학문적인 삶, 그리고 역동적 협동학습이 확실하게 드러나 있었다.

과학을 이해하는 과정에서 적절한 긴장과 연구그룹간의 상호존중이 있었으며, 연구결과들을 분명하게 그리고 설득력있게 보고하고 있고 또한, 전문가적 책임을 서로 공유하고 있다. 초년 과학자들은 읽고 쓰고 교정하는 과정이 과학 논문쓰기와 논문의 질에 영향을 준다는 사실을 이해하게 되었다.
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"연구논문 요약(2)"
JRST 논문을 국문으로 요약해 주실 분을 기다립니다. 박도영 박사와 협의하여 공헌해 주십시요. 요약 내용에 대한 건설적인 토론의 글도 투고 해 주시기 바랍니다.

박도영 dpark@ilstu.edu
Illinois State University

과학문화교육연구소