과학적 의사소통 능력을 기르기 위한 교실탐구모델 개발 = Development of Classroom Inquiry Model to Improve Scientific Communication Ability

국문 초록 (Abstract)

이 연구의 목적은 교실탐구에서 학생들의 과학적 의사소통 능력을 기르기 위하여 나선형의 단계 모델을 개발하고, 모델을 토대로 일련의 수업프로그램을 계획한 후 고등학교 학생을 대상으로 적용하는 것이다. 이를 통하여 학생들의 인지적, 인식론적 관점의 특징 변화와 설명과 논변의 유형 분석을 하였고, 모델의 효과를 높이기 위한 교사의 역할을 추출하였다.
교실탐구모델을 개발하기 위하여 교과서의 실험과제 분석, 실험수업에 대한 교사인식 조사, 실제의 실험수업 활동 분석이 선행되었다. 이것은 교실탐구의 필수요소 반영정도, 과학자 탐구와의 비교 방법을 통해 이루어졌다. 모델의 적용은 1학년 특별반 학생 16명을 대상으로 8차시동안 진행되었으며 수업 중 학생들의 의사소통 과정이 녹음 또는 녹화되었다. 자료의 분석은 과학적 의사소통 유형과 수준 분류틀을 이용하여 모델의 단계별로 나타나는 특징을 비교하였다.
개발한 교실탐구모델은 단계가 진행됨에 따라 교실탐구에서의 학생 선택과 결정의 폭이 점점 넓어지는 특징을 갖고 있고, 교사의 코칭이 최소화된 가장 마지막 단계에서는 학생들이 문제를 제안하고 증거수집을 위한 도구를 만들어 결과를 찾아낸다. 그리고 실험활동 결과를 통해 얻는 자료를 기반으로 그룹내에서 설명과 논변활동이 이루어지고 현상에 대한 합리적인 이유를 결정한다. 이어서 그룹간-의사소통을 통해 정당화의 과정을 거친다. 선행연구에서 주로 사용되었던 양자택일의 사회과학적 상황을 제시하는 방법이 아니라 정규교육과정에서 자연스럽게 얻을 수 있는 실험증거를 가지고 학생 상호간의 의사소통 과정을 통해 합의된 결론을 찾아볼 수 있는 기회를 제공한다는 점이 특징이다.
개발한 모델을 적용한 결과, 학생들은 단계가 진행됨에 따라 다양한 설명과 논변의 요소를 사용하는 근거주장이나 정당화된 주장을 하였다. 그룹내-의사소통에서는 다른 그룹으로부터의 반박에 대처하기 위하여 설명의 타당성을 추구하였고, 조사된 지식을 그대로 인용하지 않고 이해하려는 모습을 보여주었다. 그룹간-의사소통에서는 자신들이 해결하지 못했던 부분을 중점적으로 질문하였으며, 단순히 용어를 묻는 수준에서 실험결과를 증거로 하는 강한 반박을 하는 경향이 나타났다. 그러나 다른 그룹의 반박을 받았을 때는 결정적인 증거가 있음에도 불구하고 자신들의 주장을 끝까지 유지하는 모습도 나타났다.
탐구의 개방성이 증가함에 따라 학생들은 실험설계 과정에서 기존의 이론을 적용해보려 했으며, 스스로 다양한 변수조절과 반복실험을 수행하였다. 그리고 관찰된 현상을 설명하는 과정에서는 현재의 실험과 공통점을 보이는 경험지식을 끌어와 비교하고 검토하였으며, 그 결과 타당하지 않은 지식은 제외시켰다. 교사주도의 수업모형에서 학생들은 증거수집 과정에서 교사가 제시한 방법을 그대로 재현했고, 실험의 의미보다는 이론값만을 확인하는 모습을 보여주었다.
학생이 문제를 발견하기까지 교사의 역할은 매우 중요하였다. 교사는 셋팅된 자연현상에서 교육과정과 관련된 문제를 학생이 스스로 도출할 수 있는 상황제공과 전략이 필요하며, 학생들의 수준이 다양한 교실 상황에서 적절한 조언을 제공하기 위한 계속적인 학생 관찰이 요구된다. 그러나 학생 스스로 현상에 대한 이유를 찾는 과정에서 과학적 이론과 어긋나는 대안개념의 수준에 멈출 때, 교사가 어느 시점에서 어떻게 지원해야 할 것인가에 대한 물음은 꾸준히 논의되어야 할 과제라고 생각한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 7
• 3. 용어의 정의 8
• 4. 연구의 제한점 10
• Ⅱ. 이론적 배경 11
• 1. 교실탐구 11
• 2. 교실탐구 과제의 분석틀 16
• 3. 과학적 의사소통 19
• 4. 선행연구 고찰 29
• Ⅲ. 연구 방법 34
• 1. 연구 절차 34
• 2. 연구 대상 및 자료 분석 36
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 54
• 1. 교실탐구모델을 개발하기 위한 실태 조사 54
• 2. 과학적 의사소통 능력을 기르기 위한 교실탐구모델 개발 101
• 3. 과학적 의사소통 능력을 기르기 위한 나선형의 단계 모델 적용 129
• 4. 개발한 교실탐구모델의 타당성 논의 268
• Ⅴ. 요약, 결론 및 제언 280
• 1. 요약 280
• 2. 결론 284
• 3. 제언 288
• 참고 문헌 290
• ABSTRACT 298
• 부록 301

참고문헌 (Reference)

1. Science, Patton, Sema, , 1989

2. 질적 연구, 조용환, , 2005

3. The uses of argument, Toulmin, Stephen Edelston, At the University Press, The uses of argument, , 1969

4. 자연 과학 철학, 곽강제, , 2010

5. 중학교 과학 . 1, 정완호, 교학사, , 2002

6. (중학교)과학 . 3, 최돈형, 대일도서, , 2003

7. The skills of argument, Kuhn, Deanna, Cambridge University Press, , 1991

8. 과학과 교육과정, 교육부, , 1997

9. 과학과 수업모형, 정완호, 교육과학사, , 1997

10. 표상하기와 개입하기, 이상원, , 2005

11. Philosophy of natural science, Hempel, Carl Gustav, Prentice-Hall, Philosophy of natural science, , 1966

12. The ethnography of argumention, Krummheuer, , 1995

13. 실험하기의 철학적 이해, 이상원, 서광사, 실험하기의 철학적이해, , 2004

14. Understanding scientific reasoning, Bickle, Mauldin, 원전: Giere, , 2006

15. National Science Education Standards, National Research Council, , 2000

16. Teaching science through discovery, 6th ed, Carin, Sund, "Teaching science through discovery, , 1989

17. The link between thelaboratory and teaching, White, , 1996

18. Research on goals for the science curriculum, DeBoer, Bybee, , 1994

19. Beyond 2000: Science education for the future, Millar, Osborne, , 1998

20. Language and Literacy in inquiry-based science, Fang, , 2010

21. What happens in high school science classrooms?, Gallagher, Tobin, , 1987

22. Talking science : language, learning, and values, Lemke, J. L, Ablex Pub. Corp., "Talking science: Language, , 1990

23. Some implication of language in science education, Munby, , 1976

24. Becoming a secondary school science eacher, 4th ed, Trowbridge, Bybee, "Becoming a secondary school science eacher, , 1986

25. 외국의 과학교육과정의 탐구기준 분석, 이봉우, , 2005

26. 학생 특성에 따른 소그룹 논증과정 분석, 김선홍, 한국교원대학교 대학원, 한국교원대학교 대학원 석사학위 논문, , 2008

27. Students' discussions in practical scientific inquiries, McRobbie, Watson, Swain, Students' discussions in practical scientific inquiries, , 2004

28. Enhancing the quality of argumentation in school science, Osborne, Simon, Erduran, Enhancing the Quality of Argumentation in school science, , 2004

29. 과학적 논증과정 평가를 위한 루브릭 개발, 이효정, 한국교원대학교 대학원, 한국교원대학교 대학원 석사학위 논문, , 2009

30. The place of argumention in the pedagogy of school science, Driv er, Newton, Osborne, , 1999

31. Theoretical Framework for Narrative Explanation in Science, Guilbert, Smith, Norris, , 2004

32. Theory and evidence : the development of scientific reasoning, Koslowski, Barbara, MIT Press, , 1996

33. They're not dumb, they're different : stalking the second tier, Tobias, Sheila, Research Corp., "They're not dumb, , 1990

34. Establishing the norms of scientific argumentation in classroom, Osborne, Driv er, Newton, , 2000

35. Doing the lesson or Doing science: Argument in high school genetics, Rodriguez, Duschl, Jimenez-Aleixandre, "Doing the lesson"" or ""Doing science"" :Argument in high school genetics", , 2000

36. The nature of science in science education rationales and stratrgies, McComas, , 1998

37. Critical incidents in the science classroom and the nature of science, Nott, Wellington, , 1996

38. Practical work in school science: Exploring some directions for change, Hodson, Hodson, D., , 1996

39. 중학생들의 변인 통제 논리력과 변인 통제 유형 분석, 강순희 ( Soon Hee Kang ), 이윤하 ( Yoon Ha Lee ), 한국과학교육학회, , 2011

40. 과학적 증거와 설명에 대한 초등학교 6학년 학생의 이해, 오은아, 정혜선, 한국과학교육학회, "한국과학교육학회지, , 2003

41. Science argument: Implication for teaching and learning scientific thinking, Kuhn, , 1993

42. The laboratory in science education: foundations for the twenty-first century, Hofstein,A., Lunetta, Hofstein, , 2004

43. Inquiry and scientific explanation: Helping students use evidence and reasoning, McNeil, Krajcik, , 2008

44. 이질적으로 구성된 소집단 협동학습에서의 언어적 상호작용, 노태희, 임희준, 한국과학교육학회, 이질적으로 구성된 소집단 협동학습에서의 언어적 상호작용, , 2001

45. 학생의 논변활동을 강조한 개방적 과학탐구활동 모형의 탐색, 김희경, 송진웅, 한국과학교육학회, , 2004

46. Creative constructivism; Challenge your students with an authentic science experience, Clough, Clack, , 1994

47. Fostering students' knowledge and argumention skills through dilemmas in human genetics, Zohar, Nemet, , 2002

48. Working toward a stronger conceptualization of scientific explanation for science education, Braaten, Windschitl, , 2011

49. 이질 모둠이 수행한 과학탐구실험 과정에서 상호작용의 변화와 특성, 성숙경 ( Suk Kyoung Seong ), 최병순 ( Byung Soon Choi ), 한국과학교육학회, 이질모둠이 수행한 과학탐구실험 과정에서 상호작용의 변화와 특성, , 2007

50. Explanation driven inquiry:Integrating conceptual and epistemic scaffolds for scientificinquiry, Reiser, Sandoval, , 2004

51. 초등학교 영재 학생들의 탐구 활동에서 나타나는 논증 과정 평가 및 분석, 양일호 ( Il Ho Yang ), 송윤미 ( Yun Mi Song ), 송미선 ( Mi Sun Song ), 임재근 ( Jae Keun Lim ), 한국초등과학교육학회, , 2010

52. Talking your way out of itrigging andconjuring: what science teachers do when practicals go wrong', Nott, Smith, "Talking your way out of it' 'rigging', , 1995

53. 중등학교 지구과학 교사들의 과학적 설명:논리적 형식과 담화적 특징 분석, 오필석, 한국과학교육학회, 중등학교 지구과학 교사들의 과학적 설명: 논리적 형식과 담화적 특징 분석, , 2007

54. Epistemologically authentic inquiry in schools: A theoretical framework for evaluating inquiry tasks, Malhotra, Chinn, , 2002

55. Is this really what scientist do? Seeking a more authentic scienc in and beyond the school laboratory, Hodson, , 1998

56. Research on sciencelaboratory activities: In pursuit of betterquestions and answers to improve learning, Tobin, Research on science laboratory activities: In pursuit of better questions and answers to improve learning, , 1990

57. 사회적 상호작용을 강조한 과학탐구실험에서 언어적 상호작용의 변화와 특성, 성숙경, , 2005

58. 과학고 화학 토론수업에서 모둠별 언어적 상호작용에 영향을 미치는 학습자 특성, 김현경, 한국교원대학교 대학원, 한국교원대학교 대학원 박사학위 논문, , 2008

59. 사회적 상호작용을 강조한과학 탐구 실험 과정에서 학생-학생 상호작용 양상 분석, 최병순, 장상실, 이현영, 강성주, 성숙경, 이상권, 한국과학교육학회, 사회적 상호작용을 강조한 과학 탐구실험 과정에서 학생-학생 상호작용 양상 분석, , 2002

60. 과학적 탐구의 본질에 대한 분석 및 탐구력 신장을 위한 학습지도 방법에 관한 연구, 조희형, 한국과학교육학회, "한국과학교육학회지, , 1992

61. High-school students' informal reasoning and argumentation about biotechnology: An indicator of scientific literacy?, Venville, Dawson, , 2009

62. Scientific Explanation: Characterizing and Evaluating the effects of teachers' instructional practices on student learning, McNeill, Krajcik, , 2008

63. Students' question and discursive interaction: Their impact on argumentation during collaborative group discussion in science, Chin, Osborne, , 2010

64. 고등학교 지구과학 탐구활동에서 소그룹의 상호작용 양식에 따른 학생들의 반성적 탐구의 특성, 정진우 ( Jin Woo Jeong ), 정철 ( Cheol Cheong ), 박미라 ( Mi Ra Park ), 한국과학교육학회, , 2006

65. 학습자의 인지수준 및 학습동기 유형에 따른 자유주제 과학탐구의 효과 및 탐구 단계별 상호작용 특성, 최병순 ( Byung Soon Choi ), 신영민 ( Young Min Shin ), 김현경 ( Hyun Kyung Kim ), 한국과학교육학회, , 2010

66. 과학교사 전문성 기준: 논문발표 2; 중학생의 개방적 탐구활동 중 교사의 질문 유형과 학생의 반응 분석, 양현주, 유준희, , 2004

67. 자유 탐구 활동에 대한 중학생들의 인식 및 자유 탐구 활동이 중학생들의 과학 탐구능력에 미치는 영향, 김현주 ( Hyun Joo Kim ), 변선미 ( Sun Mi Byun ), 한국과학교육학회, , 2011

68. 과학 영재들의 문제해결과정에서 나타나는 탐구적 글쓰기 및 언어적 상호작용의 특성에 대한 사례 연구, 이은경, 한국교원대학교 대학원, 한국교원대학교 대학원 박사학위 논문, , 2010