수업 프로그램 개발에 있어 과학사를 활용한 과학의 본성 요소의 선정을 위해 다양 한 분야에 속하는 여러 학자들 간 논의로 과학의 본성에 대한 합의를 이끌어낸 Bartholomew 와 Osborne(2004)과 Lederman et al.(2002)의 두 가지 관점을 비교하였 다. 두 연구에서 제시한 과학의 본성 요소와 이들의 유사점에 대한 내용은 [표 Ⅲ-4]
와 같다.
[표 Ⅲ-4] Bartholomew & Osborne(2004)과 Lederman et al.(2002)의 과학의 본성 요소
Bartholomew & Osborne(2004) Lederman
et al
.(2002)과 학 의 본 성 요 소
과학적 방법과 비판적 검증 과학에서 관찰, 추론, 그리고 이론적 실재
과학과 확실성 과학의 본성적 지식의 가변성
과학적인 사고의 다양성 과학적 방법
창의성 과학의 본성적 지식에서
창의성과 상상력
자료의 분석과 해석 과학의 본성적 지식에서 경험적 측면 과학의 본성적 지식에서 이론의존성 과학 연구 과정에서의
협력과 공동 연구 과학적 지식에서 사회·문화적 영향
과학과 문제 제기 과학적 이론과 법칙
가설 설정과 예측 과학 지식의 역사성
Bartholomew & Osborne(2004)과 Lederman et al.(2002)의 두 가지 관점을 비교하여 유사성을 보이는 요소와 각각의 연구에서 보이는 독특한 요소는 다음과 같다. ‘과학 적 방법과 비판적 검증’은 과학을 탐구하는데 있어 관찰과 추론과 같은 방법이 사용 된다는 것을 학생들이 알아야 한다는 점에서 ‘과학적 방법과 비판적 검증’과 유사하 다. ‘과학적 방법과 비판적 검증’과 ‘과학과 확실성’은 새로운 증거의 제시 혹은 새로운 해석에 의해 과학지식이 변화 할 수 있다는 면에서 ‘과학의 본성적 지식의 가 변성’과 유사하다. ‘과학적인 사고의 다양성’은 과학적 지식의 탐구에 있어 한 가 지 접근법이 아닌 다양한 방법이 사용되어야 한다는 측면에서 ‘과학적 방법’과 유사 하다. ‘창의성’은 과학적 지식의 탐구 과정에 과학자들의 창의성이 필요하다는 측면 에서 ‘과학의 본성적 지식에서 상상력과 창의성’과 유사하다. ‘자료의 분석과 해 석’은 같은 과학적 지식이란 자료자체가 아닌 해석이 필요하다는 점과 현상에 대한 분석이 서로 다를 수 있다는 측면에서 ‘과학의 본성적 지식에서 경험적 측면’과
‘과학의 본성적 지식에서 이론의존성’과 유사하다. 그리고 ‘과학적 방법과 비판적 검증’, ‘가설 설정과 예측’, ‘과학 지식의 역사성’, ‘과학과 문제 제기’, ‘과 학에서 관찰, 추론, 그리고 이론적 실재’와 ‘과학적 이론과 법칙’, ‘과학적 지식 에서 사회·문화의 영항’은 유사성이 없는 Bartholomew & Osborne(2004)과 Lederman et al.(2002)의 관점에 속한다.
본 연구에서는 Bartholomew & Osborne(2004)이 정의내린 9개의 요소와 Lederman et al.(2002)이 정의 내린 2개의 요소를 통합하여 ‘과학적 방법과 비판적 검증’, ‘과 학과 확실성’, ‘과학적인 사고의 다양성’, ‘가설 설정과 예측’, ‘과학 지식의 역사성’, ‘창의성’, ‘과학과 문제 제기’, ‘자료의 분석과 해석’, ‘과학 연구 과정에서의 협력과 공동 연구’, ‘과학적 이론과 법칙’, ‘과학적 지식에서 사회·
문화의 영향’ 11가지의 과학의 본성 요소를 사용하고자 한다.
과학사를 활용하여 과학의 본성 요소에 대한 수업처치를 하기 위한 수업 모형은 Monk & Osborne(1997)의 과학사 수업 모형을 기초로 김경순, 노정아, 서인호, 노태희 (2008)가 사용한 도입질문, 과학사 및 과학의 본성 정보 제시, 과학의 본성 질문, 일 반화의 4단계로 구성된 과학의 본성 수업 모형을 사용하였다. 본 연구에서 개발된 수 업 프로그램은 영상자료 활용 혹은 교사의 발문으로 시작하여 탐구 활동지의 생각 탐 색하기, 의견 모으기, 생각 정리하기의 순서로 단계를 이루고 있다. 나누어진 단계는 제시된 순서에 따라 영상자료 활용 혹은 교사의 발문은 수업 모형의 ‘도입질문’, 생
각 탐색하기는 ‘과학사 및 과학의 본성 정보 제시’, 생각 탐색하기는 ‘과학의 본성 질문’, 생각 정리하기는 ‘일반화’에 대응하도록 구조화 되었다. 수업 모형에 절차 는 [그림 Ⅲ-3]와 [그림 Ⅲ-4]와 같다.
단계 활동
제시 단계 ∙교사의 시범
∙과거 과학자들의 의문점 제시
유도 단계 ∙학생들의 생각 표출
역사적 학습 단계 ∙교사의 다양한 정보 제시
검증 고안 단계 ∙학생들의 다양한 관점을 설명할 수 있는 실험 설계
과학적 아이디어와
실험적 검증 단계 ∙교재를 통한 현대의 과학적 개념의 제시
검토와 평가 단계 ∙토론, 소집단 토의를 통한 개념 검토
[그림 Ⅲ-3] 과학사 도입을 위한 수업 모형(Monk & Osborne, 1997)
Monk & Osborne(1997)이 제안한 과학의 본성의 교육을 위한 수업 모형은 기존 과학 교육에서 과학사의 활용의 문제점이 과학의 본성에 대한 관점이 부족하기 때문이라 지 적하며 과학사의 수업에서 활용에 있어 강제적 제공보다 학생들의 선개념을 이끌어 내 고 이를 명확하고 정교하게 만드는 것에 중점을 둬야한다고 보았다. 제시 단계에서는 교사의 시범이나 특정 자연 현상에 대한 주의를 끌고 과거 과학자들이 가졌던 의문점을 통해 학생들의 생각을 표출시킨다. 유도 단계에서는 표출된 학생들의 다양한 생각을 해 석하고 수용하는 과정을 거치면서 과학적 사실이란 상상력을 통해 구성되는 것임을 보 여준다. 역사적 학습 단계 에서는 시대적 배경과 경쟁적 아이디어, 연대표 등의 다양한 정보를 학생들에게 제시한다. 검증 고안 단계에서는 앞 단계에서 제시된 정보들에 대한 다양한 해석과 이에 대한 관점들을 학생들에게 스스로 판단할 수 있는 기회를 제공하고 학생 스스로 실험을 설계한다. 과학적 아이디어와 실험적 검증 단계에서는 교재를 통해 현대적 관점을 안내한다. 검토와 평가 단계에서는 토론, 소집단 토의를 통해 과학적 개
념과 학생들의 생각을 스스로 비교하고 검토하도록 한다(Monk & Osborne, 1997).
단계 활동
도입질문 ∙과학의 본성에 관련된 학습목표 제시
∙과학의 본성에 관련된 현상 제시
과학사 및 과학의
본성 정보 제시
∙현상의 설명을 위한 과학사 제시
∙과학사와 관련된 과학의 본성에 대한 관점 제시
과학의 본성 질문 ∙학습 내용과 관련된 과학의 본성 제시
∙제시된 과학의 본성에 대한 조별 토론 및 발표
일반화 ∙과학의 본성 추가 제시 및 반성적 사고활동
[그림 Ⅲ-4] 수업 프로그램에 사용된 수업 모형의 절차(김경순, 노정아, 서인호, 노태희, 2008)
김경순, 노정아, 서인호, 노태희(2008)이 개발한 수업 모형은 Monk & Osborne(1997) 의 수업 모형을 기반으로 4단계로 구성된 과학의 본성 수업 모델이다. 수업 프로그램 의 첫 번째 단계인 도입질문 단계에서는 학습목표를 과학의 본성에 관련되어 구체적으 로 제시하고 이와 관련된 현상에 대한 질문을 통해 학생들이 자유롭게 발표할 수 있도 록 한다. 두 번째 단계인 과학사 및 과학의 본성 정보 제시 단계에서는 도입질문 단계 에서 제시했던 현상의 설명을 위한 과학자들의 활동과 문제 해결과정과 관련된 과학의 본성에 대한 관점을 제시한다. 이 과정을 통해 학생들은 과학사 속의 과학자의 탐구활 동과 과학의 본성에 대한 관점을 연결하고 자신의 생각과 비교한다. 세 번째 단계인 과학의 본성 질문 단계에서는 이전 단계의 학습 내용과 관련된 과학의 본성에 대한 질 문을 제시하고 학생들은 이 질문에 대한 조별 토론을 통해 나온 결과를 발표한다. 이 때, 교사는 학생들이 과학의 본성에 대한 현대적 관점을 가질 수 있도록 유도한다. 네 번째 단계인 일반화 단계에서는 과학의 본성에 대한 추가 질문을 통해 학생들에게 사 고의 기회를 제공한다. 이 단계에서 학생의 개별적 생각을 토론으로 학급전체가 공유 할 수 있도록 한다(김경순, 노정아, 서인호, 노태희, 2008).