과학의 실천전통에 기반한 탐구실험 동아리에 관한 질적 사례 연구 : 초대, 참여 그리고 진정한 이해를 중심으로 = A Qualitative Case Study on an Inquiry-Based Science Club Grounded in ‘Practices in Science’:Focusing on Invitation, Participation, and Authentic Understanding

국문 초록 (Abstract)

최근 과학교육에서는 ‘과학적 실행(Scientific Practices)’이 핵심 개념으로 부상하며, 학생이 과학 개념을 실제 맥락에 적용하고 전이할 수 있는 역량을 기르는 것이 주요 목표로 강조되고 있다. 그러나 기존의 실행 중심 접근은 기능 수행 여부에 집중하는 경향이 강해, 학생이 개념을 어떻게 탐색하고 의미화하는지, 그 과정에서 사유 흐름, 정서 반응, 공동체적 상호작용이 어떻게 작동하는지를 해석적으로 조명하는 데에는 한계가 존재했다.
이에 본 연구는 과학 개념의 형성과 내면화 과정을 단순한 기능 수행이 아닌, 역사적·철학적 맥락과 인간적 의미를 아우르는 ‘과학의 실천전통(Practices in Science)’의 관점에서 분석할 필요가 있다고 보았다. 구체적으로 본 연구는 과학의 실천전통에 기반한 수업 맥락에서, 고등학생들이 과학 탐구에 어떻게 초대(Invitation)되고, 어떤 방식으로 참여(Participation)하며, 그 과정에서 과학에 대한 진정한 이해(Authentic Understanding)를 어떻게 형성하게 되는지를 심층적으로 탐색하는 데 그 목적이 있다.
특히 본 연구는 기존의 실행 중심 접근이 학습자의 기능 수행 여부에 초점을 두고 인지적 측면만을 측정·교육 가능한 대상으로 간주해온 한계를 비판적으로 인식하고, 교육이 인간의 전인적 활동이라는 관점에서 학생들의 이해 형성 과정을 실제 사례를 통해 밝혀내고자 하였다. 이러한 시도는 과학교육을 단지 정답 중심의 기능 수행이 아닌, 의미 구성과 존재의 변화를 포함하는 실천적 경험으로 확장하려는 철학적·교육적 논의에 기반한 것이다. 이를 위해 본 연구는 다음의 연구문제를 중심으로 진행되었다: “과학의 실천전통을 기반으로 한 과학 탐구 실험 동아리 활동에서 학생들은 초대와 참여를 어떠한 탐구 과정을 통해 경험하며, 이 과정에서 진정한 이해는 어떻게 형성되는가?”
연구 방법은 질적 사례연구(Qualitative Case Study)로, 일반계 고등학교 학생 4명을 연구 참여자로 선정하고, 실천전통에 기반한 3차시 탐구 수업을 설계·적용하였다. 자료는 수업 참여 관찰, 심층 면담, 설문 응답, 탐구 보고서 등 다양한 질적 방법을 통해 수집되었으며, ‘초대-참여-진정한 이해’의 분석 틀을 중심으로 중층 기술(Thick Description) 방식에 따라 개별 사례 분석과 사례 간 교차 비교 분석을 수행하였다.
연구 결과, 네 명의 학생은 각기 다른 방식으로 탐구에 초대되고, 참여하며, 진정한 이해에 도달하는 과정을 보여주었다.
S02는 실험 결과와 기존 개념 간의 불일치를 계기로 탐구에 진입하였고, 실험과 토론, 개념 재구성을 통해 공동체 내에서 능동적으로 참여하였으며, 과학 개념을 자신의 사유로 재구성하는 데에 이르렀다. S12는 과학 개념의 구조적 한계를 의심하며 내면에서 질문을 형성하였고, 자신만의 개념 틀을 구성하고 동료의 피드백을 재구성하는 참여를 통해, 개념의 조건과 적용 범위를 주도적으로 탐색하였다. S13은 과학 개념의 철학적 전제를 사유하며 탐구를 시작하였고, 토론을 주도하며 공동체적 사고에 기여하였으며, 개념의 성립 조건을 재구성하는 깊이 있는 이해를 보여주었다. S08은 현실적 맥락과 교과 개념의 불일치를 인식하고 문제의식을 형성하였고, 실험과 정량적 분석, 협업을 통해 참여하였으며, 과학 개념을 명확히 구조화하며 실천적 이해에 도달하였다.
나아가 각 사례에서 드러난 탐구 양상의 특성과 맥락을 비교함으로써, 학생들의 진정한 이해 형성 과정이 어떠한 유형적 흐름을 따라 전개되는지를 ‘초대-참여-진정한 이해’라는 세 가지 기준에 따라 사례 간 교차·비교 분석하였다.
그 결과, 네 사례 모두에서 공통적으로 나타난 흐름은 다음과 같다.
학생들은 개념적 충돌과 개념 정의의 불분명함 등을 계기로 내면의 문제의식을 형성하며 탐구에 초대되었고, 실험과 협업, 토론 등 다양한 방식의 참여를 통해 과학 개념을 스스로 구성하고 정당화하는 해석적 실천을 수행하였다. 이러한 과정을 통해 형성된 진정한 이해는 단순한 정답 수용을 넘어, 정서적·윤리적·공동체적 경험과 연결된 구성적 이해로 나타났다.
한편, 사례 간 차이점은 A형과 B형의 유형화로 드러났다.
첫째, ‘초대’ 방식은 외재적 충돌 기반(A형)과 내재적 사유 기반(B형)으로 구분되었다. A형은 실험 결과와 기존 개념 간의 불일치, 수업 중 제시된 예외적 현상 등 외부 자극에 의해 탐구가 유도된 경우이며, B형은 과학 개념의 타당성, 적용 조건, 존재 여부에 대한 내면의 질문을 계기로 탐구에 진입한 경우였다. 전자는 비교적 감각적이고 직접적인 충돌을 통해, 후자는 철학적·논리적 사유 과정을 통해 탐구가 시작되었다.
둘째, ‘참여’의 구조는 공동체 실천 중심(A형)과 자기 사유 중심(B형)으로 구분되었다. A형은 실험 설계, 협업, 토론 등에서 공동체 내 상호작용을 적극적으로 활용하며 개념을 공동 구성해 나가는 참여 양상을 보였다. 반면 B형은 상대적으로 내면적 사고의 흐름을 중심으로 탐구를 전개하면서도, 공동체로부터 받은 피드백을 비판적으로 해석하고 선택적으로 수용함으로써, 자신의 개념 틀을 정교하게 구성해 나가는 자기 주도적 참여 형태를 나타냈다. 이처럼 A형은 공동체 속 조율과 해석을 통해 이해를 심화시켰고, B형은 외적 조율보다는 내적 일관성과 사유의 자율성에 더 큰 비중을 두는 탐구의 방향성을 보여주었다.
셋째, 진정한 이해에 이르는 과정에서 드러난 개념 형성 방식은 정의와 구분의 재구성(A형)과 개념 경계 및 존재 조건의 탐색(B형)으로 구분되었다. A형은 개념의 정의와 구분 기준을 명확히 하여 개념을 정돈하고 재정립하는 데 중점을 두었으며, B형은 기존 개념이 적용되기 어려운 상황을 인식하고, 그 개념이 성립하기 위한 조건과 철학적 경계를 탐색하는 방식으로 접근하였다.
이러한 구조적 유형화는 진정한 이해의 여섯 측면과 유기적으로 연결되며, 각 학생의 탐구 흐름에서 나타나는 인지적·정서적·사회적 경험의 차이를 정교하게 드러내는 해석의 틀로 작용하였다. 이는 단순한 유형 분류를 넘어서, 학생 개개인이 탐구를 통해 어떻게 의미를 구성하고 자기화하며, 실천 속에서 개념을 살아 있는 앎으로 전환해 가는지를 설명하는 핵심 분석 축으로 기능하였다.
결론적으로, 본 연구는 진정한 이해의 형성과정이 고정된 정답을 수용하는 데 그치지 않고, 공동체적 실천을 통해 질문을 생성하고 의미를 재구성해 나가는 해석적·존재론적 과정임을 보여주었다. 이는 과학 개념의 이해를 넘어서, 학습자가 지식을 습득함과 동시에 자신의 존재 방식과 정체성을 형성해 나가는 통합적 배움의 장으로서 과학교육을 새롭게 조망할 필요성을 제안하는 것이다. 아울러 본 연구는 과학교육 연구에서 질적 사례연구만이 포착할 수 있는 학습자 내부의 의미 구성 과정과 인식의 전환, 성장의 서사를 해석적으로 조명하는 구체적 사례를 제시하고 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In recent science education discourse, scientific practices have emerged as a key concept, with increasing emphasis on cultivating students’ ability to apply and transfer scientific concepts in authentic contexts. However, existing practice-based approaches have often focused on whether students can perform specific tasks, showing limitations in interpretively exploring how students investigate and make meaning of scientific concepts-including their reasoning processes, emotional responses, and interactions within learning communities.
This study argues for the need to analyze the process of forming and internalizing scientific concepts not merely as a matter of functional execution but from the perspective of practices in science, which encompasses historical-philosophical contexts and human meaning. Specifically, this research aims to investigate how high school students are invited into, participate in, and come to authentically understand science within a learning context grounded in the tradition of scientific practices.
Critically responding to the limitations of conventional practice-based frameworks-which tend to reduce learning to observable performance and measurable cognition-this study embraces an educational perspective that recognizes learning as a holistic human activity. Through in-depth cases, it seeks to reveal the interpretive processes through which students construct understanding, thereby contributing to the philosophical and pedagogical shift in science education from skill execution to meaning-making and ontological transformation. The guiding research question is as follows:
“How do students experience Invitation and Participation in a science inquiry club grounded in Practices in Science, and how is Authentic Understanding formed through this process?”
The study employs a qualitative case study methodology, involving four regular high school students who participated in a three-session inquiry-based science program designed from the perspective of the Practices in Science. Data were collected through classroom observations, in-depth interviews, surveys, and inquiry reports. Individual case analyses and cross-case comparisons were conducted using the analytical framework of “Invitation-Participation-Authentic Understanding,” following a thick description approach.
The results revealed that each of the four students experienced the inquiry process differently across all three dimensions.
S02 initiated the inquiry process by experiencing cognitive dissonance between experimental results and their prior conceptions. This dissonance prompted active participation in community-based scientific practices, including experimentation, dialogue, and the reconstruction of conceptual understanding. S12 approached inquiry by recognizing the inherent limitations of scientific concepts in explaining certain phenomena. Through independently constructed conceptual frameworks and the selective incorporation of peer feedback, S12 engaged in a reflective process that probed the boundaries and ontological conditions of scientific understanding. S13 initiated inquiry with a philosophical orientation, questioning the epistemological foundations of scientific knowledge. This student facilitated collaborative discussions and demonstrated deep conceptual engagement by reconstructing the conditions under which scientific explanations are considered valid. S08 entered the inquiry process by identifying a dissonance between everyday experiences and textbook representations of science. Through iterative cycles of experimentation, quantitative analysis, and peer collaboration, S08 developed a problematized understanding of scientific concepts grounded in real-world contexts.
By comparing and contrasting the characteristics and contexts of these inquiry processes, the study analyzed how authentic understanding unfolds according to the three criteria: Invitation, Participation, and Authentic Understanding. Across all cases, students were initially invited into inquiry through moments of conceptual conflict or uncertainty. Through diverse forms of participation-including experimentation, discussion, and collaboration-they engaged in interpretive practices to construct and justify their own scientific understanding. The resulting authentic understanding transcended the mere acceptance of correct answers, manifesting as meaning that was emotionally, ethically, and communally grounded.
Differences between cases were categorized into two types-Type A and Type B-based on structural dimensions.
First, Invitation was classified as either externally triggered (Type A) or internally reflective (Type B). Type A students were drawn into inquiry through observable dissonance (e.g., unexpected results or anomalous phenomena), while Type B students initiated inquiry through internal questioning about the validity, applicability, or ontological status of scientific concepts.
Second, Participation structures differed between community-centered (Type A) and self-reflective (Type B) orientations. Type A students engaged in concept co-construction through interactive practices such as collaborative experimentation and discussion. In contrast, Type B students relied on internal reasoning while critically interpreting and selectively incorporating peer input, indicating a self-directed approach to participation.
Third, the mechanisms of conceptual formation in achieving Authentic Understanding were categorized as the redefinition of terms and boundaries (Type A) versus the exploration of conceptual limits and ontological conditions (Type B).
These structural typologies were organically connected to six dimensions of authentic understanding and served as interpretive lenses to illuminate the cognitive, emotional, and social nuances of students’ learning trajectories. Beyond mere categorization, this framework revealed how individual students constructed and personalized scientific meanings through inquiry, transforming abstract concepts into lived knowledge.
In conclusion, this study reveals that authentic understanding in science education is not the product of internalizing predetermined answers, but rather emerges through dynamic processes of collaborative inquiry and personal transformation. These findings call for a reconceptualization of science education as an integrative space where learners not only construct disciplinary knowledge but also develop epistemic agency, reshape their identities, and engage in reflective modes of being. Furthermore, this research demonstrates the distinctive capacity of qualitative case study methodology to illuminate the internal processes of meaning-making, epistemological shifts, and developmental trajectories that underlie student learning and growth.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구의 배경 및 필요성 1
• 제 2 절 연구 문제 7
• 제 3 절 연구의 개요 8
• 제 4 절 용어의 정의 10
• 제 2 장 선행연구 및 이론적 배경 15
• 제 1 절 과학적 실행 17
• 1. 과학탐구에서 과학적 실행의 등장 배경 17
• 2. 과학적 실행에서 생성적 지식과 과정적 지식 22
• 제 2 절 과학의 실천전통 26
• 1. 실천전통과 실천전통 교육관 26
• 2. 과학의 실천전통 33
• 제 3 절 초대와 참여 그리고 진정한 이해 36
• 1. 초대와 참여 36
• 2. 진정한 이해 39
• 제 3 장 연구 방법 47
• 제 1 절 질적사례 연구 방법 47
• 제 2 절 연구자로서 나 52
• 제 3 절 연구 참여자 및 자료 수집 55
• 제 4 절 자료 분석 절차 및 타당성 확보 60
• 제 5 절 중층 기술 67
• 제 6 절 연구의 과정
• 1.『EoP』텍스트 분석을 통한 수업 설계의 핵심 자료 도출 71
• 2. 수업 설계의 이론적 기반과 3단계 구조 77
• 3. ‘초대-참여’ 전략의 구체적 설계 구조 82
• 4. 구체적 수업 활동의 설계 및 실행 절차 83
• 제 4 장 연구 결과 92
• 제 1 절 개별 사례 중층 기술 및 분석 92
• 1. Case 1 92
• (1) Episode 1: S02 Thick description
• (2) Case Analysis of Case S02
• 2. Case 2 113
• (1) Episode 2: S12 Thick description
• (2) Case Analysis of Case S12
• 3. Case 3 135
• (1) Episode 3: S13 Thick description
• (2) Case Analysis of Case S13
• 4. Case 4 152
• (1) Episode 4: S08 Thick description
• (2) Case Analysis of Case S08
• 제 2 절 사례 간 교차·비교 분석 175
• 1. 사례 간 공통 구조의 도출
• 2. 사례 간 차이점 분석
• 제 5 장 요약·결론·논의 185
• 제 1 절 요약 185
• 제 2 절 결론 187
• 제 3 절 논의 188
• 참고문헌 193
• Abstract 246