과학자의 지식 생성 과정에 기반한 과학 실험 교수학습 모델의 개발 및 적용

국문 초록 (Abstract)

과학교육의 목표는 학생들에게 자연 현상과 사물에 대하여 흥미와 호기심을 가지고 과학의 지식 체계를 이해하게 하며, 탐구 방법을 습득하여 올바른 자연관을 지니도록 하는데 있다. 이러한 과학교육 목표 달성을 위해서 실험이 차지하고 있는 위치는 과학적 연구의 한 가지 수단으로서 과학적 방법과 동의어로 쓰일 만큼 매우 중요하며, 과학교사들과 과학교육 연구자들도 이러한 주장에 동의한다.
각급 학교의 과학교육 현장에서 실험이 필요한 이유는 다양하지만, 그 이유들은 인지적 이유, 정의적 이유, 기능적 이유로 나누어볼 수 있다. 실험은 과학에 대한 이해를 증진시키고 개념 발달에 유용하다는 인지적 이유, 과학이 흥미롭고 재미있는 과목임을 보여줄 수 있다는 정의적 이유, 실험은 이외에 여러 가지 탐구 기능을 신장시킬 수 있다는 탐구능력에 대한 이유이다.
그러나 지금까지 많은 연구들은 실험활동의 목적과 기능에 대하여 다음과 같은 많은 의문과 회의를 제시하였다.
- 과학 실험의 목적과 목표는 무엇인가 왜 과학 실험 교육에 많은 시간과 돈을 투자하고 있으며, 왜 투자를 해야 하는가
- 현재와 같은 과학 실험의 형태와 철학은 어떻게 형성되었는가
- 교사와 학생은 실험에 무엇을 기대하며, 어떠한 태도를 지니고 있는가
- 과학자들은 학생들이 하는 실험과 같은 형태의 실험을 하고 있는가
- 학생들의 실험이 과학자들의 실험과 같아야 하는가 그 이유는
- 앞으로의 과학 실험 교육은 어떻게 되어야 하는가

이뿐만 아니라, 전통적 과학 탐구 모형에 대한 비판과 학생들의 과학적 사고력 저하라는 문제점이 끊임없이 대두되고 있다. 학생들에게 과학자와 같이 사고하게 하여 과학자와 같은 발견의 기쁨을 누리게 하려면 과학자의 지식 생성에 대한 분석이 전제되어야 한다.
따라서 본 연구는 학생들에게 의미 있는 과학 실험을 제공하기 위해서 과학자들이 생각하고, 추론하고, 발견하는 방법들을 이해하고, 현재의 실험수업에 대한 비판적 분석을 통해 이를 바탕으로 과학 실험에 대한 교수학습 모델을 개발하고자 하였다. 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 초, 중등학교에서 달성해야할 목적을 전문가 집단으로부터 도출하였고, 현재 초, 중등학교에서 진행되고 있는 실험수업을 실험목적, 상호작용, 탐구과정의 세 범주로 나누어 분석하였으며, 또한 초, 중등학교에서 운용되고 있는 주된 실험수업의 유형을 분석하였다. 이를 통해 초, 중등학교에서 과학지식위주의 실험수업이 운영되고 있고 학생들의 과학적 사고를 자극하는 수업은 거의 이뤄지지 않는다는 것을 발견하였다. 이를 바탕으로, 학생들이 실험활동을 통해 과학적 사고를 향상시킬 수 있도록 과학자의 지식생성 과정을 따르는 교수학습 모델을 개발하였다.
주요어: 실험활동, 실험 목적, 지식생성과정, 실험수업, 실험수업의 유형, 과학 탐구, 실험수업 분석도구, 과학적 사고

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The aims of science education is to make for students to understanding on the systemic knowledges of the science with interest and curiosity about nature and is to make for students to have right views of nature through achieving the inquiry ability. For this aims, laboratory activity has main place in school science as same as scientific method and it has been agreed by science educators and researchers.
The reasons of necessity about laboratory activity in each school level are various, but the reasons were classified into three categories; for cognitive, affective, and science process skills.
But, many questions and douts had presented until present like following;
- What is the aims or objectives of laboratory activity why do we invest a lots of money and times, why should we do
- How was the present laboratory form made and What is the philosophy for the form
- What do the teacher and his/her students want from laboratory activities and which attitude do they have toward the activities
- Do the scientists laboratory activity as like students do in school
- Why should students' lab activities follow the scientists' lab activities
- How should we teach the students with the lab activities
The problems of the strong criticism for the traditional inquiry models and the decline of the scientific thinking were presented constantly. If we make students to think as like scientists and to enjoy the joyfulness of scientific discovery, the analysis on the generating process about scientific knowledges of scientists'.
In this study, we tried to understanding about scientists' thinking, reasoning, and discovery process and to develop the teaching and learning model based scientists' scientific thinking to give students meaningful lab activities. For theses, we derived the aims of laboratory activity in elementary and secondary school science from experts group. And we analyzed the levels of present instructions based laboratory activity through the views of three categories; the aims of labwork, interactions, and inquiry process and analyzed the main type of lab-based instructions in elementary and secondary school. From the analysis, it was found that knowledge centered lab instructions were performed mainly and the students' scientific thinking were rarely promoted. As these results, we developed the scientific inquiry program to improve the students' scientific thinking through laboratory activities.
keywords: laboratory activity, aims of laboratory activity, lab-based instruction. type of lab-based instruction, scientific inquiry, analysis instrument on science laboratory instruction, scientific thinking