Ⅰ. 서론
1. 연구의 필요성
National Research Council(2011)는 생물학의 근간이 되는 개념 중 하나로 진화론을 선정했다. 진화론은 생명 현상을 포괄적으로 설명하 는 이론으로서 생물학에서 가장 중심이 되는 이론이므로 과학교육에 서 다루어야 할 내용이다(Ha, Cha & Ku, 2010; Dobzhansky, 1973;
Rutledge & Warden, 2000). 생물의 진화를 이해하기 위해서는 변이, 변이의 유전, 경쟁, 과잉 생산, 제한된 환경, 차별적 생존과 번식, 자연 선택, 개체군 변이 등과 같은 개념들이 개인의 인지구조에 논리적으 로 결합이 되어야 한다. 그래야 학습자들의 인지구조에 선개념으로 형성되어 있는 목적론, 용불용설, 의인화, 개체 내 적응과 같은 비과학 적인 진화 개념들을 효과적으로 제거할 수 있다(Nehm & Ha, 2011).
자연 선택은 생물의 진화 기작에 대한 과학적 설명으로 생물학에서 핵심적인 아이디어 개념(BOSE, 2012) 뿐만 아니라 진화론에서 가장 핵심적인 개념으로 받아들여지고 있다(Bishop & Anderson, 1990).
한국에서 자연선택 개념형성을 위한 교수학습 관련 연구는 주로 중⋅고등학생과 예비 생물 교사, 생물 전공 교사를 대상으로 이루어
져 왔고, 초등학생을 대상으로 한 자연 선택 개념 연구는 그리 많지가 않다. 그 이유 중 하나는 자연선택 개념이 한국 초등학교 과학과 교육 과정에 명시되어 있지 않기 때문이다. 그럼에도 불구하고 초등학생들 의 진화 개념을 연구한 결과들이 국내외에 있다.
국내에서 Ha(2007)는 초등학생들은 진화를 목적론적으로 이해하 고 있으며 학년이 올라갈수록 진화 기작을 용불용설로 이해하는 경우 가 많다고 했다. 또한, 초등학생들의 진화 기작에 대한 개념들을 역사 적 관점에 따라 분석해 보면 가장 많은 비율이 라마르크에 의한 용불 용설적인 관점인 것으로 나타나기도 했다(Lee, Oh & Lee, 2005). Ha
& Cha(2006)는 초등학생들이 나타내는 진화 오개념은 학교 과학 수 업 시간에 배우기 전, 과학적으로 검증되지 않은 TV 만화나 과학도서 로부터 진화 개념을 습득하기 때문이라고 하면서, 초등학생들은 ‘진 화’ 현상을 ‘변태’ 현상과 혼동하기도 한다고 했다. Ha, Lee &
Cha(2006)와 Jang(2014)은 학생들이 설명 대상에 따라 다른 관점으로 진화현상을 설명하는 경향을 나타냈다고 하였다.
외국의 초등학교 5학년 학생들을 대상으로 한 연구에서 Inagaki
& Hatano(2006)는 동물들이 돌연변이나 자연선택을 거쳐 변화되기 보다는, 역동적인 적응 때문에 종간 또는 종내에서 변화한다고 배우 고 있었으며, 이렇게 배운 학생들은 끝내 인간이 원숭이에서 진화한
초등과학영재들의 자연선택 개념 형성을 위한 논변활동 효과 분석
박철진, 차희영
* 한국교원대학교Analyzing the Effectiveness of Argumentation Program to Conceptualize the Concept of Natural Selection for Elementary Science-Gifted Students
Chuljin Park, Heeyoung Cha
* Korea National University of Education A R T I C L E I N F O A B S T R A C TArticle history:
Received 24 July 2016 Received in revised form 9 August 2016
Accepted 11 August 2016
The purpose of this study is to develop the argumentation program to build scientific concepts on natural selection for science-gifted elementary students and to know how to implement this program. For this study, nine key concepts about natural selection such as the overproduction of offspring, limited resources, population stability, competition, variation, heredity of variation, differential survival, change of the population and speciation were selected through the literature study. The programs were developed by learning cycle instructional model. Argument writings and discourses have been collected, analyzed and compared before and after the program. Two questionnaires to compare pre and post concept change consist of multiple choice questionnaire and open-ended response question were developed and applied to 19 science-gifted elementary students. Sufficiency of the explanation and conceptual quality of the explanation were used to assess the quality of their arguments before and after the program. Discourse and visual models collected from the highest and lowest group about score improvement were compared.
The scores of the gifted statistically improved significantly in multiple choice questionnaire. Students’
alternative conceptions about natural selection at the beginning of the program decreased and changed scientifically after the program. Visual models drawn by the students supported the results as well. This study asserts that elementary science-gifted students are able to explain evolutionary perspectives about organism change and use the key concepts of natural selection. The study means that evolutionary perspective is possible to be reflected in elementary science curriculum for the gifted.
Keywords:
argumentation, evolution, natural selection, science education for gifted students, elementary science-gifted students
* 교신저자: 차희영 ([email protected])
** 본 논문은 박철진의 2015년도 석사학위논문의 데이터를 활용하여 재구성하였음.
http://dx.doi.org/10.14697/jkase.2016.36.4.0591
Journal of the Korean Association for Science Education
Journal homepage: www.koreascience.org
다는 신념이 생긴다고 하였다. Evan(2000)은 미국의 초등학교 고학년 학생들에게서 라마르크 방식의 설명을 발견했고, 새로운 종의 기원에 대한 설명은 창조론적으로 하고 있음을 알렸다. Carey(1985)는 어린 아이들은 생물학적인 현상에 대한 추론을 의인화할 뿐만 아니라 물활 론적(animism)으로 하고 있음을 알린 바 있다.
본질주의적 추론과 함께 목적론적인 추론 형태는 일상생활에서 생물학에 대한 초보적인 기반을 형성한다고 가정해 왔는데(Medin &
Atran, 2004), 학습자들의 사고를 연구해 보면 이와 같은 추론 형태가 어린 시기에도 나타나는 것을 알 수 있다(Inagaki & Hatano, 2002;
2006). 내용에 의존하여 설명을 바꾸는 능력을 보통 ‘인과적 융통성’
이라고 하는데(Poling & Evans, 2002), 아이들은 종종 추론의 설명적 모드를 식별해서 융통적으로 사용한다(Gutheil, Vera, & Keil, 1998).
이와 같은 어린 아이들의 특성을 반영할 수 있는 추론에 의한 과학학 습 전략 중 하나가 논변활동(argumentation)이다.
Sampson & Clark(2008)은 논변활동(argumentation)은 주장이나 설명을 표현하고 정당화하는 과정이며, 논변(argument)은 그 과정의 산물 또는 내용이라고 구분해서 정의했다. McNeil et al.(2006)은 논 변을 과학 현상을 설명하는 것으로의 논변과 개인의 신념이나 의견을 정당화하는 것으로서의 논변으로 구분하였다. Jung & Kim(2010)은 과학현상에 대한 증거에 의해 뒷받침하는 인과적 설명(casual explanation)을 논변과 같은 의미로 사용하였으며, 그 설명이 구성되 는 과정에서 일어나는 증거에 대한 평가와 논의 과정 등을 모두 포함 하여 논변활동이라고 하였다.
구성주의에서 과학지식은 구성되는 존재로 보았고, 절대적 진리가 아닌 잠정적 지식이다. 구성주의 교수의 목적은 지식의 전달이 아니 라 관련된 경험과 대화할 기회를 제공하는 것이다(Driver, Newton
& Osborne, 2000). 논변활동이 과학지식의 습득을 위한 효과적인 교 수학습 전략이 될 수 있는 이유는 자신의 생각을 드러내는 과정을 거쳐 개념을 학습할 수 있으며(Driver, Newton & Osborne, 2000), 설명을 구성하는 과정에서 지식을 통합하고 연결시켜 내용에 대한 이해를 향상시킬 수 있기 때문이다(Chi et al., 1994). 또한, 논변은 설득을 위한 도구로서 개인의 추론 과정을 포함하고 있다(Walton, 1990). 소집단 논변활동 과정에서 자신의 추론을 드러냄으로써 구성 원들에 의한 반대 의견으로 비판적 검토를 통해(Driver, Newton &
Osborne, 2000) 추론 능력을 발달할 수 있다.
진화론은 실험에 기반을 두고 예상까지도 가능한 다른 과학 분야와 는 달리 이미 일어난 사건과 과정에 대한 설명이다(Jung & Kim, 2010). 진화 현상과 관련되는 자료의 추상적 특성으로 인해 진화학습 은 실험으로는 얻을 수 없는 비교적 어려운 간접적인 자료들을 통해 이루어지므로, 많은 학생들이 진화 학습에 어려움을 겪는다(Jeffery, 1994). 그러므로 자료 분석을 통해 증거로 활용하여 설명의 정당화를 경험하는 논변활동은 어려운 진화 개념 학습에 좋은 학습전략 될 수 있다고 본다. Kwon & Cha(2015)는 생물교사들의 진화개념 향상을 위한 논변활동 프로그램을 개발하여 적용함으로써 그 가능성을 검증 한 바 있다.
한편, 과학교육에서는 현상을 설명하고 예상하기 위해 시스템, 현 상, 대상의 중요한 특징을 강조하는 추상화한 표상으로 ‘모델’을 활용 해 왔다(Schwarz et al., 2009). 학생들은 모델을 사용하여 과학적 현 상에 대한 이해를 표현함으로써 자신의 사고와 학습을 구체화할 수
있으며, 다른 사람과 상호작용할 수 있고, 다른 사람의 비판을 반영하 여 오개념을 정정할 수 있다(Cho, 2014). Boulter & Buckley(2000)는 모델의 표현 방식에 따라 구체적 모델, 읽고 들을 수 있는 모델, 시각 적 모델, 수학적 모델, 행동적 모델로 분류했다. 이 중 시각적 양식은 직접적으로 관찰되지 않고 경험할 수 없는 보이지 않는 현상이나 추 상적 현상을 설명하는 것으로(Buckley, 2000) 글만을 제시하는 것 보다 학습자의 흥미와 동기를 유발시키고, 학습자에게 표상의 추가적 인 방법을 제공함으로써 지식 습득을 촉진시킨다(Mayer et al., 1996;
Cho, 2014). 또한 시각화 양식를 통한 상호작용은 과학 개념에 대한 의사소통에서도 중요한 역할을 하며, 학생들이 과학적 현상에 대한 추론과 과학 지식의 생성 과정을 경험할 수 있는 기회를 제공한다 (Schwarz et al., 2009). 교실내에서 표상은 과학적 담화와 논변활동을 위한 토대를 마련하며, 과학을 효과적으로 학습하기 위해 학생들은 과학적 개념들을 표현하는 다양한 표상을 이해할 뿐만 아니라, 설명 과 논변활동과정에서 표상들을 조합하여 사용해야 한다(Hubber, Tytler & Haslam, 2010). Hand & Choi(2010)는 대학생들을 상대로 표상의 활용과 일관성 있는 논변 사이의 관계를 밝히는 연구에서 증 거를 설명하는 과정에서 다중 표상을 사용하는 집단이 높은 질의 논 변을 생성하였다.
일반적으로 과학영재교육 연구에서 가장 필요한 연구 분야 중 하나 는 일반 학교에서 제공되는 것과는 차별화된 과학영재의 특성을 고려 한 교육프로그램의 개발임을 인식해 왔다. 과학영재를 위한 교육 프 로그램을 개발하고 적용하기 위해서 최근의 과학교육 연구들은 개념 변화와 비판적 사고 향상을 위한 논변활동을 중요하게 다루어 왔다.
일례로, Jung & Kim(2010)은 고등학교 2학년 영재교육원 학생들을 대상으로 증거기반 설명활동 수업을 적용했는데, 그 결과 논변 구조 수준과 가지치기 형태의 진화 개념 이해가 향상되었음을 알려주었다. 과학영재들은 논변 중심의 탐구활동을 통해 과학 증거가 어떻게 이용 되는지 인식론적으로 이해하며, 자신의 생각을 논리적이며 비판적으 로 반성하여 다른 사람을 설득할 수 있는 방법을 알 수 있다(Cho et al., 2008). 그러므로 과학영재들에게 논변활동의 중심이 되는 과학 적 증거를 통해 과학자 사회에서 그 지식이 어떻게 수용되는지에 초 점을 둔 교육 프로그램을 제공할 필요가 있다(Osborne, Erduran &
Simon, 2004).
이와 같은 필요성에 따라 이 연구는 논변활동을 통해 초등 과학영 재들이 자연 선택의 핵심 개념들을 습득할 수 있는지와 그 추론 과정 에서 학생들이 가지고 있는 자연선택에 대한 대안개념들은 어떻게 교정되어 나가는지, 그리고 그 과정에 관여되는 요인들은 무엇인지 알아보고자 했다. 이를 위해 초등 과학영재 학생들을 대상으로 자연 선택 개념을 이해하는데 필요한 핵심 개념들을 선정하고, 그 핵심 개념들을 습득하기 위한 초등학생용 논변 활동 프로그램을 개발하며, 개발된 프로그램을 초등 과학영재 수업에 적용하여 프로그램에 참여 한 초등학생들이 생성한 담화와 글쓰기, 시각적 모델 등을 분석했다.
논변활동을 통해 자연 선택 개념이 형성되는 과정에서 의미있는 요소 들은 무엇이었는지도 찾아냈다. 이렇게 함으로써 이 연구 결과는 초 등과학교육 과정에는 도입 시도가 없었던 진화 교육이 논변활동이라 는 교수학습 전략을 매개로 한 과학영재 교육에서 도입이 가능한지를 말해 줄 것이며, 그 가능성이 과학교육에 어떤 의미를 갖는지도 탐색 할 수 있을 것이다.
Ⅱ. 연구방법
1. 진화 개념 향상을 위한 논변활동 프로그램 개발
연구를 위해 초등과학영재학생들이 ‘자연선택’ 개념을 이해하기 위해 논변활동용 질문지를 개발하였다. 학생들은 질문지에 제시된 질문에 대한 답을 찾기 위해 질문 내용에 해당하는 생명 현상이 일어 나는 이유를 적어보고 서로 논의하였다. 질문지는 학생들이 논변활동 을 위해 증거에 기반하여 생명 현상을 설명하고 그 설명을 정당화하 기 위한 과정으로 6개의 소재를 통해 9개 핵심개념을 형성할 수 있도 록 구성하였다. 본 수업에 앞서 생소한 학습방법인 논변활동 수업모 형에 익숙해지도록 하는 과정을 따로 개발해서 덧붙였는데, 이 활동 은 자연선택 개념이 아닌 ‘광합성’개념을 이해하게 하기 위한 일종의 예비 과제였다.
모든 소재와 질문들은 진화교육 관련 연구논문을 다수 발표한 바 있는 사범대학 생물교육과 교수와 대학원 석사 및 박사과정 학생들의 세미나 시간을 통해 수차례 검토를 받고 수정하는 과정을 통해 완성 되었다.
가. 자연선택 핵심 개념
Furtak(2012)은 자연 선택 개념에 대한 학습 발달과정을 Mayr(1997)의 5가지 사실과 3개의 추론에 변이와 차등적 생존/번식 을 추가하여 도식화했다. 그 도식에는 과잉생산, 제한된 자원, 개체군 안정, 경쟁, 변이, 변이의 유전, 차등적 생존, 개체군 변화, 종 분화 등 9가지 개념 핵심 개념을 활용했는데, 이 연구에서는 그 9가지 개념 들을 질문지 구성을 위한 핵심개념으로 사용했다. Table 1은 이 연구 를 위한 논변활동 프로그램에 사용된 질문지 구성에 사용된 9개의 핵심개념들과 질문 소재 및 출처, 그리고, 학습자료 및 그 출처이다.
나. 질문지 구성 소재 및 학습자료
자연선택 개념 관련 연구논문, 단행본, 고등학교 생명과학 Ⅰ⋅Ⅱ 교과서, 과학교육과정 등을 참고로 하여 질문지 소재를 추출하였다.
과학적 논변은 타당한 자료를 통해 주장을 정당화 하거나 주장을 경 험적, 이론적 증거에 비추어 평가를 통해 이루어 질 수 있다는
(Jimenez-Aleixandre & Erduran, 2008)근거에 따라, 과학 지식이나 경험이 부족할 수 밖에 없는 연령의 초등과학영재들의 특성을 고려하 여 자연선택 핵심개념별로 주장에 대한 근거자료로 활용될 만한 자료 들을 추출하였다.
논변활동 수업전략에 익숙하지 않은 학생들은 1차시에 논변활동 방법을 학습했다. 이 수업을 위해 자연선택 개념과는 다른 ‘프리스틀 리의 광합성 실험’을 소재로 한 질문지를 개발하였다. 2-7차시는 본 수업으로 6개의 소재로 이루어진 질문지를 통해 9가지 자연선택 핵심 개념을 익힐 수 있게 하였다. ‘로열 섬의 사슴’을 소재로 하여 과잉생 산, 제한된 자원, 개체군 안정에 관한 3가지 개념은 첫 번째 본 차시에 동시에 습득할 수 있게 구성하였다. 차등적 생존 및 개체군 변화 두 가지 개념도 ‘오리의 물갈퀴’를 소재로 동일 차시에 학습이 가능하도 록 구성하였다. 경쟁, 변이, 변이의 유전, 종분화 개념은 한 가지 소재 로 각각 한 차시에 학습할 수 있도록 구성하였다.
다. 수업 모형
논변활동 프로그램은 Sampson & Grooms(2010)이 제안했던 논변 생성 교수 모형을 수정하여 적용하였다. 총 7단계로 구성이 되었는데 1단계는 교사에 의해 과제 설명, 2단계는 학생들의 잠정적인 논변 생성, 3단계는 소집단 논변활동, 4단계는 소집단 간 순회 논변활동을 통한 아이디어 공유, 5단계는 소집단내 논변 수정을 위한 반성적 토론, 6단계는 최종 논변 글쓰기 및 시각적 모델을 구성, 마지막 7단계는 교사의 개념 설명 순으로 진행되는 순환학습모형이었다. 즉, 학생들 은 앞선 논변활동 과정에서 학습한 선개념을 근거로 다음 차시에 해 결해야 할 논변과제에 대한 인과적 설명을 할 수 있었다.
2. 프로그램 수정을 위한 예비투입
1차로 제작을 마친 논변활동 프로그램은 초등학교 6학년 일반 학 생 80명에게 두 차례에 걸친 예비투입을 거쳐 수정을 했다. 수정 내용 은 두 가지였는데, 자연선택 개념이 초등학교 과학교육과정에서는 다루어지지 않으므로 먼저 논변활동 질문의 수준이 초등학교 6학년 학생들에게 적절한 지와 일반학생들이 각 문항에 대해 충실하게 답을 할 수 있는 지 여부였다. 이런 평가 관점으로 질적 분석을 하여, 연구 자가 속해 있는 대학원 연구실 세미나에서 수 차례의 프리젠테이션과
수업순서 자연선택 개념이해를 돕기
위한 핵심개념 및 수업내용 질문 소재 질문소재 출처 학습자료 학습자료 출처
1 논변활동 소개 및 예비과제 프리스틀리의 실험 Lee et al.(2012) 실험과정 그림 Lee et al.(2012)
2 과잉생산, 제한된 자원,
개체군 안정 로열 섬의 사슴 6학년 과학 교과서 햄스터의 번식력 두산백과온라인 사전
생태계 평형 모형 Lee et al.(2013)
3 경쟁 따개비와 조무래기 따개비 Reece et al.(2012) 짚신벌레와 애기짚신벌레
실험 그래프 Lee et al.(2012)
4 변이 무당벌레의 색상과 반점 패턴 Reece et al.(2012)
유전자와 인간의 변이 Reece et al.(2012)
5 변이의 유전 분재 소나무 Reece et al.(2012)
6 차등적 생존 및
개체군 변화 오리의 물갈퀴 Ferrari M. & Chi T. H.
(1998)
개체군의 의미, 딱정벌레
자연선택 Reece et al.(2012)) 7 종 분화 갈라파고스 섬의 핀치 새 Lee et al.(2012) 종의 의미, 다윈의 생명의 나무 Reece et al.(2012) Table 1. Subjects and their sources used the program to understand natural selection for science gifted elementary students
심층 논의를 하여 두 가지 핵심 개념에 대한 질문의 소재를 교체했다. 교체 내용은 ‘변이’ 개념 습득을 위한 질문의 소재를 ‘유럽정원달팽 이’에서, 초등학생들에게 좀 더 친근한 소재인 ‘무당벌레’로 하였다.
‘변이의 유전성’ 개념 습득을 위한 질문의 소재도 처음에는 ‘인간의 근육 유전’이었는데, 획득형질 여부를 판별에 대한 명확성 여부가 논 란이 되어 ‘분재 소나무’로 교체했다.
3. 자료수집 가. 연구 대상
연구의 대상은 G광역시 소재 교육청 영재교육원 소속 6학년 20명 이었다. 남학생 16명, 여학생 4명으로 구성된 1개 학급이었는데, 남학 생은 3-4명을 한 개 집단으로 한 5개 소집단으로 구성했고, 여학생 4명은 모두 1개 소집단으로 구성하여, 총 6개 소집단을 구성했다.
소집단은 가∼마까지 명명하였는데, 이름순으로 매겨진 번호에 따라 무작위 배치하였다. 20명이 논변활동에 참여하였으나, 마지막 7차시 수업 및 사후 개념 검사에 결석했던 1명을 제외하여 19명 학생이 이 연구의 최종 결과 분석 대상이었다.
개발된 논변활동 수행과정에서 수집된 사전 사후 정성적 논변글쓰 기 자료를 정량화하여, 자연선택 핵심개념별로 높은 개념 향상을 보 인 소그룹과 낮은 개념향상을 나타낸 소그룹으로 구분하여, 두 그룹 이 생성한 담화 내용과 시각적 모델이 어떤 차이를 갖고 있는지도 분석을 할 것이다.
나. 검사 도구
1) CINS 개념 검사지
자연선택개념을 검사하기 위한 검사지 중 전 세계적으로 가장 높은
신뢰도를 가진 검사지는 CINS(Conceptual Inventory of Natural Selection)다(Smith, 2010). 이 검사지는 자연선택에 대한 개념 형성 여부를 판정하기 위한 20개의 문항으로 핀치새, 구피 물고기, 도마뱀 을 소재로 하여 그 생물의 진화 과정을 제시하면서 각각의 하위 개념 요소를 묻는 형태로 구성이 되어 있다. 변이, 변이의 기원, 종의 기원, 유전성, 과잉생산, 개체군 안정, 제한된 자원, 경쟁, 차등적 생존, 개체 군 변화의 10개 개념들을 검사할 수 있으므로, 본 연구의 효과를 검증 할 수 있다.
초등학교 6학년 과학영재 학생들이 이 검사지에 나오는 용어를 잘 이해할 수 있도록 생물학 용어 일부를 일반적인 용어로 사용하였 다. 즉, ‘개체군’은 ‘집단’으로, ‘교미’는 ‘짝짓기’로 ‘변이’는 ‘변이(변 하여 달라진 점)’으로 ‘돌연변이’는 ‘돌연변이(유전자 변화)’로 ‘형질’
은 ‘형질(특징)’이란 용어로 수정했다. 이렇게 수정한 CINS는 이 연구 에서 논변활동을 위한 대상이 아닌 또 다른 G광역시 교육청 영재교육 원에 소속된 19명의 초등과학영재학생들을 대상으로 예비검사를 한 결과 평균 정답률은 43.2% 였다. 이는 Anderson, Fisher & Norman (2002)이 생물 비전공 대학생을 대상으로 실시한 CINS 검사 결과 46.2%의 정답률과 큰 차이가 없었으므로 이 연구에서 검사 도구로 확정하였다.
2)개방형 자연선택 개념 검사지
논변활동 전과 후에 자연선택에 대한 질적인 개념변화 양상을 알아 보기 위해 다음과 같은 개방형 검사지를 연구자가 개발하였다. 6학년 과학 교육과정의 대단원 ‘생물과 환경’에서 적응과 관련된 내용에 포함되어 있는 사막의 선인장을 소재로 진화 과정을 설명하는 문제를 다음과 같이 구성하였다. 이 문항을 통해 진화 현상에 대한 학생들의 설명과 선인장의 진화 과정을 설명하는 학생들의 시각적 모델을 수집 하였다. 교사는 검사 전에 모델이란 무엇인지 또한 어떻게 표현할 수 있는지를 설명하였다.
핵심개념 학생 설명 요소들
개체들 사이의 변이의 원인
돌연변이: 유전정보의 무작위적 변화가 부모 형질로부터 다른 표현형을 생산한다.
변이: 유전형 또는 표현형의 다양성; 각각의 개체들의 유전형과 표현형은 다르다.
유전자 재조합: 혼합된 특징, 이종 교배, 유전적 재조합 특정 유전형: 특정 유전자는 고유 형질과 연관되어 있다.
변이의 유전
유전자 전달: 유전자 전달의 가능성
같은 O를 생산: 자손을 낳고 닮음; 같은 형질/유전자를 가진 O를 낳음.
유전자 지속: 유전자, 유전 물질, 연관된 형질의 지속성 유전성: 유전자 또는 유전 정보의 유전성
경쟁 경쟁: 자원에 대한 경쟁, 생존 경쟁
자손의 높은 생식력 또는 과잉생산 생존할 수 있는 개체들 보다 더 많은 개체들이 일반적으로 더 많이 태어난다; 자손의 과잉생산; 잠재적 번식력
제한된 자원 생존 및 번식과 관련된 자원
개체들의 차등적 생존 생존 번식의 증가; 생존하기에 더 적합한 조건/이점; 성 선택
세대간 변이의 빈도 또는 분포 변화 개체군의 빈도 변화; 오랜 시간에 걸쳐 새로운 종이 됨.
Table 2. Factors of students’ explanations to quantify open-ended questions for analyzing evolution conceptions
건조한 사막은 높은 온도와 적은 물로 식물이 살아가기에 적합하지 않은 곳입니다. 무엇보다 수시로 물을 공급받아야 하는 식물에게는 한 달 이상씩 비가 내리지 않는 사막은 최악의 조건이라 볼 수 있습니다. 선인장은 이러한 사막 환경에 살고 있습니다. 선인장의 가시는 원래 잎이었습니다. 그러나 물이 적은 사막에 사는 선인장의 잎은 가시 모양입니다. 현재는 잎이 가시 모양인 선인장이 사막에서 대부분을 차지하고 있습니다.
1. 어떻게 잎이 가시 모양인 선인장이 현재 대부분을 차지하고 있는지 자신의 설명을 적어 봅시다.
2. 어떻게 잎이 가시 모양인 선인장이 현재 대부분을 차지하고 있는지 모델로 표현하여 봅시다.
4. 자료분석
논변활동 전⋅후에 자연선택 개념 변화 효과를 알아보기 위해 CINS를 통한 정량적 분석, 논변글쓰기자료와 담화 전사 자료를 통한 질적 및 양적 분석, 개방형 검사지를 통한 초등과학영재들의 시각적 모델 분석 등을 수행하였다. 학생들의 논변활동 특성을 알아봄으로서 자연선택 개념 이해를 위한 논변활동 프로그램이 초등과학영재들의 진화 교육에 의미가 있는지도 살펴보았다.
가. 검사도구를 통한 개념 변화 분석
1) 자연선택 개념 검사지 분석
CINS를 투입하여 19명의 선택형 검사지의 사전⋅사후 점수 평균 을 비교하였다. 학생의 프로그램 전⋅후의 검사 결과가 차이가 있었 는지 추정하기 위해 Wilcoxon 부호-순위 검정을 하였다.
2) 개방형 개념 검사지 분석틀
개방형 검사 분석을 위해 Nehm et al.(2010)이 제안한 진화 핵심 개념의 채점 기준과 주요 단어를 참고하여 연구자가 Table 2와 같이 분석틀을 고안하였다. 이 채점요소들을 활용하여 자연선택의 핵심개 념을 개체들 사이의 변이의 원인, 변이의 유전, 경쟁, 자손의 높은 생식력 또는 과잉생산, 제한된 자원, 개체들의 변이, 변이의 유전, 경 쟁, 과잉 생산, 제한된 환경, 차등적 생존, 차등적 번식, 개체군 변화, 종분화의 9가지 개념으로 나누어 분석하였다. 학생 설명에 핵심 개념 이 있으면 1점을 부여하였고, 중복코딩은 하지 않았다. 진화에 대한 대안적인 설명의 예는 Table 3과 같이 창조론, 목적론, 내부의지, 용불 용설(Ha, 2007) 4가지 범주로 나누어 분석하였다. 대안개념도 1점으 로 점수화하였으며 중복코딩은 하지 않았다. 진화관련 연구주제로 연구 중인 생물교육 전공 석사과정 대학원생 1인과 연구자 본인이 핵심 개념 및 대안 개념을 독립적으로 분석하여 채점한 후, 서로 결과 를 대조하여 100%의 분석 일치도를 얻었다.
진화기작에
관한 대안 설명 내 용
창조론 만물은 신이 신의 의지로 생명체를 창조하였다는 설명
목적론 어떤 기관이 특정 기능을 위해 필요한 기관이기 때문에
생겼다는 설명
내부의지 생명체가 가진 내적 의지가 기관의 발달을 가져온다는 설명
용불용설 사용하는 기관은 점점 발달하고 사용하지 않으면 퇴화하여 획득 형질이 유전된다는 설명
Table 3. Alternative explanations for evolutionary mechanism (Ha, 2007)
나. 논변 글쓰기 자료 분석
수업 모형에서 두 번째 단계인 잠정적인 논변 생성과정에서 산출된 개인 논변글쓰기는 사전 결과물로, 여섯 번째 단계에서 산출된 최종 논변글쓰기는 사후 결과물로 수집하여 두 가지를 비교⋅분석하였다.
Sampson & Clark(2009)에 의한 설명의 충분성 요소를 참고로 핵심개 념별 설명의 충분성에 대한 평가를 위해 Table 4와 같이 분석 요소를 추출하였다. 과학교육 전문가 1인, 생물 교육 전공 박사 과정 1인 및 생물교육 전공 석사 과정 2인에게 의뢰한 설명의 충분성 분석 요소 에 대한 타당도는 5점 만점에 4.8점이었다.
설명의 개념적인 수준 평가는 설명의 정확성을 평가하기 위함이었 는데, 핵심 개념별로 마련한 세 가지 설명의 충분성 요소들이 얼마나 포함되어 있는 지에 따라 Table 5와 같이 0-3점까지 4단계 수준으로 구분하여 채점하였다.
자연선택 핵심개념 분석요소
과잉 생산
(a) 이상적인 환경과 사슴의 생존과의 연관성 (b) 번식이 개체 수 증가와 관련됨
(c) 생물의 번식 능력에 관한 설명
제한된 자원
(a) 풀의 양이 줄어든 원인 (b) 풀의 양과 사슴 개체수와 관계 (c) 제한된 자원에 의한 사슴의 생존 설명
개체군 안정
(a) 개체관점에서 피식과 포식 관계 설명 (b) 생태계 평형 과정 설명
(c) 생태계 평형을 통한 개체군 안정 설명
경쟁
(a) 제한된 자원에 대한 공유 (b) 환경에 대한 두 종의 생존력 차이 (c) 종간 경쟁에 대한 설명
변이
(a) 유전자가 표현형을 결정
(b) 부모세대와 자손 세대의 유전자가 다름 (c) 다른 형질을 가진 짝짓기 조합으로 인한 표현형의
다양성
변이의 유전
(a) 획득형질로 인한 표현형의 변화가 유전자 변화와 관련 없음
(b) 획득형질은 유전되지 않음
(c) 유전 형질 만이 부모에서 자손으로 전달
차등적 생존/
개체군 변화
(a) 차등적 생존 (b) 차등적 생식
(c) 한 개체군 내에서 물갈퀴 오리의 상대적 비율이 증가
종분화
(a) 종은 공통 조상을 가짐
(b) 개체군 내 유전자 변화가 축적된 결과 새로운 종이 만들어짐
(c) 종은 변화한다는 설명
Table 4. Factors for analyzing sufficiency of the explanations
진화를 소재로 하는 논변 활동을 주제로 연구 중인 생물교육전공 석사 과정 1인과 연구자 1인이 독립적으로 코딩한 뒤, 개념별로 95-100%의 채점자간 일치도를 얻었다. 두 명의 코더가 일치하지 않은 분석 내용들은 생물교육 전문가 1인, 생물교육 박사과정 1인, 생물교 육 석사과정 1인이 참여하여 채점 범주를 최종 확정하였다.
다. 담화 및 시각적 모델 분석
논변 글쓰기 점수는 설명의 충분성(3점 만점)과 설명의 개념적인 수준(3점 만점) 요소를 각각 합한 후(6점 만점), 소집단 구성원들의
평균을 구하였다. 소집단 구성원들의 사전 개인 논변 글쓰기와 최종 개인 논변 글쓰기 점수 평균을 비교하여 점수 향상이 가장 높았던 소집단과 가장 낮았던 소집단을 선정하여 그들이 나타낸 시각적 모델 을 비교해 보았다. 소집단 점수 향상이 높은 소집단과 낮은 소집단을 선정할 때 점수 차이가 동일한 소집단이 하나 이상일 경우에는 무작 위로 선정하였다.
담화 분석을 위해서는 학생들의 전체 논변활동 담화를 녹음하고 전사하였다. 범주화된 6가지 핵심 개념에서 논변 글쓰기 점수 향상이 컸던 소집단의 담화를 담화의 기능과 설명과 아이디어를 정당화하고 평가하는데 사용된 기준을 중심으로 분석하였다. 또한 그 학생들이 생성한 사전⋅사후 시각적 모델과 소집단이 제시한 시각적 모델도 분석 자료로 활용하였다.
1) 담화의 종류 분석틀
소집단 담화의 종류를 분석하기 위해 Table 6과 같이 Sampson
& Clark(2011)이 제시한 4가지 범주를 사용하였다. 정보 찾기는 정보 또는 설명의 명료화를 요청하는 담화이고, 설명은 자신의 생각을 제 안, 명료화, 정당화하는 담화이며, 반대는 단순한 부동의나 비판을 동반한 부동의를 포함한 다른 이의 생각에 도전하는 담화이고, 공동 구성은 요약, 수정, 지지하고 생각을 보충하는 담화이다.
2) 담화의 타당성 판단 기준
소집단 구성원들의 설명과 아이디어의 타당성을 판단하는 기준의 유형을 알아보기 위해 Table 7과 같이 Sampson & Clark(2011)이 제 시한 엄격한 기준과 비형식적 기준 두 가지 기준 범주를 활용하였다.
엄격한 기준은 자료와 일치, 자료의 충분성, 설명의 정합성, 설명의 충분성, 이론 또는 법칙과 일치성 5가지 요소로, 비형식적 기준은 권 위에 호소, 담화자에 대한 비신뢰, 그럴듯함, 유추에 호소, 개인적 경 험과 일치성, 아이디어 중요성에 대한 판단, 개인적 추리의 일치성 7가지 요소로 간주했다.
판단 기준 기준별 구성 요소 내용
엄격한 기준
자료와 일치 주어진 자료와 일치하는가?
자료의 충분성 설명이나 아이디어를 뒷받침하는
자료가 있는가?
설명의 정합성 설명이나 아이디어가 논리적으로
모순되는가?
설명의 충분성 질문에 대한 설명이나 아이디어인가?
이론 또는 법칙과 일치성 이론 또는 법칙과 일치하는가?
비형식적 기준
권위에 호소 “그녀가 말했던 것이 이거야”
담화자에 대한 비신뢰 “그는 아무것도 몰라”
그럴듯함 “그럴 듯 하네”, “일 리가 있네”
유추에 호소 “이것은 마치...같아”
개인적 경험과 일치성 “나도 그런 경험이 있어”
아이디어 중요성에 관한 판단
“그건 문제 되지 않아”
개인적 추리의 일치성 “내가 뜨겁게 느끼니까 이것이 더
뜨거워”
Table 7. Standards to judge validity of the explanation (Sampson & Clark, 2011)
Ⅲ. 연구 결과 및 논의
1. 자연선택에 관한 논변활동 프로그램 전⋅후 개념 변화 분석 결과 가. CINS를 통한 사전⋅사후 자연선택 개념 변화
CINS를 통한 사전⋅사후 점수 변화를 분석한 결과는 Table 8과 같다. 19명 학생 모두 점수가 향상되었으며, 평균은 5.58점 향상되었 다. 이 변화는 Wilcoxon 부호-순위 검정 결과 유의미했다(p<0.001).
수준 점수 설명의 충분성 설명의 개념적 수준
Level 0 0 ⒜∼⒞에 해당하는 것이 없음 ⋅부정확하고, 정확한 설명이 하나도 없는 경우
Level 1 1 ⒜∼⒞ 중 1개에 해당 ⋅부정확한 설명이 없고, 불완전한 설명이 정확한 설명과 같거나 많은 경우
⋅부정확한 설명이 있으나 정확한 설명도 있는 경우
Level 2 2 ⒜∼⒞ 중 2개에 해당 ⋅부정확한 설명은 없고, 정확한 설명이 불안전한 설명보다 더 많은 경우
Level 3 3 ⒜, ⒝, ⒞ 모두에 해당
⋅부정확한 설명이 없음
⋅불완전한 설명이 없음
⋅정확한 설명이 하나보다 많음
Table 5. Rubric for analyzing sufficiency and conceptual levels of explanations of the factors to analyze argumentation writing
담화 정 의
정보 찾기
(a) 주제에 대한 추가적인 정보를 요청하는 말
(b) 그들의 관점을 공유하기 위해 상대방에게 요청하는 말 (c) 이전 담화에 대한 명료화를 요청하는 말
(d) 과제에 관한 정보 요청하는 말
설명
(a) 생각을 상세히 설명하고 자신의 생각을 명료화 (b) 다른 참가자의 말에 논변을 명료화
(c) 자신의 생각을 확장 (d) 자신의 생각을 지지하는 말
반대
(a) 다른 이의 생각에 부동의 (b) 대안적인 설명을 제공 (c) 비판
(d) 다른 이의 생각에 다른 지지를 하는 말
공동 구성
(a) 다른 이의 생각을 정교화 (b) 다른 이의 생각에 동의
(c) 다른 이의 이전 발화를 정교화하거나 의역 (d) 자신의 생각을 포기하거나 도전
(e) 다른 사람의 생각을 조합하고 하나의 생각을 두 가지의 다른 생각으로 나누거나 또는 다른 방법으로 수정 (f) 다른 사람의 생각 또는 관점을 정당화
(g) 토론을 조직하거나 토론에 참여하는 방법을 조직하는 말 Table 6. Four categories of the discourses(Sampson & Clark, 2011)
소집단 학생 사전 사후 개인별 사전⋅사후 점수 차이
소집단 사전⋅사후 평균 차이
점수 소집단 평균 점수 소집단 평균
가
A 9
7.67
17
13.67
+8
+6
B 5 10 +5
C 9 14 +5
나
A 8
7.67
14
14.67
+6
+7
B 7 16 +9
C 8 14 +6
다
A 7
8.25
12
11.50
+5
+3.25
B 8 11 +3
C 9 10 +1
D 9 13 +4
라
A 9
7.67
19
15.00
+10
+7.33
B 8 10 +2
C 6 16 +6
마
A 5
7.00
7
10.00
+2
+3
B 7 12 +5
C 9 11 +2
바
A 7
7.67
14
15.33
+7
+7.66
B 9 16 +7
C 7 16 +9
평균 7.68 13.26 +5.58
Table 8. Score difference of correct conceptions of natural selection of the science gifted elementary students measured by the multiple-choice instrument before and after the program(unit: score, full marks: 20)
소집단 학생 핵심 개념 수 대안 개념 수
사전 사후 사전 사후
가
A 2 3 1 0
B 1 2 1 1
C 2 5 1 0
나
A 2 2 1 1
B 1 3 1 1
C 1 4 1 0
다
A 1 1 1 1
B 2 4 1 0
C 1 3 1 0
D 1 3 1 0
라
A 1 2 1 1
B 0 4 1 1
C 1 4 1 0
마
A 1 1 0 1
B 0 1 1 1
C 2 7 0 1
바
A 2 1 1 1
B 1 4 1 0
C 1 6 1 0
계 23 60 17 10
Table 9. Comparison of correct and incorrect conceptions of natural selection of the science gifted elementary students measured by the open-ended instrument before and after the program
나. 개방형 개념 검사지를 통한 사전⋅사후 개념 변화
선인장을 소재로한 개방형 자연선택 개념 검사 결과 나타난 핵심개 념과 대안개념 수의 변화는 Table 10과 같다. 사후에 나타난 핵심개념 의 수는 60개로 사전의 23개에 비해 37개가 증가하였는데, 이는 Wilcoxon 부호-순위 검정 결과 유의미한 증가였다(p<0.001).
사전 검사에서 초등과학영재들은 제한된 자원과 차등적 생존의 두 범주의 핵심 개념으로만 23개의 설명을 나타냈는데, 사후 검사에 서는 제한된 자원, 경쟁, 변이, 변이의 유전, 차등적 생존, 차등적 번식, 개체군 변화, 종분화 등 대부분의 핵심개념을 활용하여 설명하는 경 향을 나타냈다. 사전에 17명의 학생들에게서 나타났던 대안개념은 사후에는 10명의 학생들에게서만 나타났는데, 이도 Wilcoxon 부호- 순위 검정 결과 유의미하게 감소한 것이었다(p<0.05). 대안 개념들 중에는 목적론이 가장 많았고, 그 다음이 내부의지적인 설명들이었다.
개방형 개념 검사에서 논변활동 사전⋅사후에 변화를 나타냈던
사례로 가-A 학생과 바-C 학생의 시각적 모델은 Figure 1과 Figure 2와 같다. 그들이 사전에 표현한 선인장의 잎이 가시가 된 과정에 대한 시각적 모델에서는 대안 개념인 내부의지적 관점이 나타나 있지 만, 프로그램을 마친 후 구성한 시각적 모델에서는 변이와 차등적 생존 개념 등 과학적 개념을 활용한 것을 확인할 수 있었다.
2. 자연선택 핵심 개념별 논변 글쓰기 분석 결과
가. 글쓰기 자료에 나타난 핵심 개념별 설명의 충분성 요소 분석 결과
논변활동 전⋅후 생성된 글쓰기 자료에 나타나 있는 설명의 충분성 을 세 가지 요소의 관점으로 분석한 정량적 분석 결과는 Table 11과 같다. 경쟁, 변이, 변이의 유전, 종분화 개념에서 프로그램 후에 설명 의 충분성 수준 점수가 3∼16점 차이를 나타내면서 크게 높아졌다.
핵심 개념들 (a) 요소 사용 빈도 (b) 요소 사용 빈도 © 요소 사용 빈도 전체요소 사용빈도
전 후 변화량 전 후 변화량 전 후 변화량 전 후 변화량
과잉생산 18 18 0 10 9 -1 0 0 0 28 27 -1
제한된 자원 19 19 0 19 19 0 15 15 0 53 53 0
개체군안정 17 13 -4 8 7 -1 6 9 +3 31 29 -2
경쟁 11 12 +1 0 1 +1 15 16 +1 26 29 +3
변이 16 19 +3 12 18 +6 5 12 +7 33 49 +16
변이의 유전 11 12 +1 5 11 +6 6 8 +2 22 31 +9
차등적 생존, 개체군 변화 19 19 0 9 10 +1 16 14 -2 44 43 -1
종분화 7 9 +2 5 6 +1 8 14 +6 20 29 +9
Table 10. Results of analysis for the sufficiency of explanation before and after the program
사전 사후
Figure 2. Comparison of the visual models represented by the gifted student named as Ba-C in the open-ended instrument before and after the program
사전 사후
Figure 1. Comparison of the visual models represented by the gifted student named as Ga-A in the open-ended instrument before and after the program
그 이외의 핵심개념들에 대한 설명의 충분성 점수는 같거나 1-2점 정도 낮아 졌다. 글쓰기 자료 분석결과 설명의 충분성 요소는 논변활 동 후에 전반적으로는 향상되었다.
나. 자연선택 핵심 개념별 논변활동 전과 후의 글쓰기 점수 분석 결과
자연선택 핵심 개념별 논변활동 전과 후의 글쓰기 점수는 Table 12와 같다. Table 5의 루브릭을 활용하여 설명의 충분성(3점 만점)과 설명의 개념적인 수준(3점 만점) 점수를 합하여 6점 만점으로 채점한 결과, 소집단별 논변활동 후 글쓰기 평균 점수는 ‘제한된 자원’ 개념 을 제외하고 모두 향상되었다. ‘제한된 자원’에 대한 사전 논변 글쓰
기 점수는 평균 5.73으로 높은 점수였으므로 천정효과로 논변활동 후에도 크게 점수 차이가 나타나기 어려웠다. 사후 논변 글쓰기 점수 가 사전에 비해 큰 향상을 나타낸 핵심 개념들은 순서대로 변이>개체 군 안정>종 분화>변이의 유전>경쟁>과잉생산>차등적 생존/개체군 변화>제한된 자원 순이었다. 논변활동 후 높은 평균 점수를 보인 핵심 개념들은 순서대로 제한된 자원>변이>변이의 유전>과잉생산>차등 적 생존/개체군 변화>경쟁>개체군 안정>종 분화였다.
3. 자연선택 핵심 개념별 담화 및 시각적 모델 비교 분석 결과
9가지 자연선택 핵심 개념 중 설명의 평가적인 담화가 이루어지지 않은 ‘과잉생산’과 ‘제한된 자원’ 개념을 제외한 7개의 핵심 개념에
소집단 과잉생산 제한된 자원 개체군 안정 경쟁 변이 변이의 유전 차등적 생존⋅
개체군 변화 종 분화
가 전 4.00 6.00 1.00 2.67 3.00 4.67 5.00 4.00
후 4.33 6.00 5.00 2.67 5.00 5.33 5.00 6.00
나 전 4.67 5.67 1.00 3.00 4.67 4.67 5.00 2.33
후 5.00 5.67 1.00 3.33 5.33 4.67 5.33 2.33
다 전 4.50 6.00 1.00 2.75 4.75 4.25 3.50 2.25
후 4.50 6.00 0.25 3.25 5.25 4.75 3.50 2.25
라 전 4.33 5.33 4.33 2.33 4.33 2.66 5.00 1.67
후 4.33 5.33 4.33 2.67 5.67 4.00 4.67 2.33
마 전 4.33 5.67 3.33 2.33 3.67 4.00 2.67 1.00
후 4.33 5.67 3.67 4.00 4.00 4.33 3.00 1.67
바 전 4.67 6.00 4.23 3.33 5.67 2.67 3.33 2.67
후 4.33 6.00 3.00 3.33 5.67 4.67 3.00 3.00
평균 전 4.37 5.73 2.13 2.62 4.08 4.05 4.23 2.25
후 4.50 5.73 2.85 3.18 5.05 4.62 4.30 2.92
논변활동 전후 차이 +0.13 0 +0.72 +0.56 +0.97 +0.57 +0.07 +0.67
Table 11. Score difference of argumentation writings of each small group of the science gifted elementary students for the core conceptions of natural selection before and after the program(unit: score, full scores: 6)
핵심개념 점수향상정도 소집단 논변 글쓰기 점수 담화의 종류
사전 사후 차이 정보찾기 설명 반대 공동구성 합계
개체군 안정 높음 가 1.00 5.00 +4.00 2 8 8 4 22
낮음 바 4.23 3.00 -1.23 5 14 8 6 33
경쟁 높음 마 2.33 4.00 +1.67 11 23 8 6 48
낮음 가 2.67 2.67 0 2 10 2 10 24
변이 높음 가 3.00 5.00 +2.00 10 16 4 6 36
낮음 바 5.67 5.67 0 0 6 0 3 9
변이의 유전 높음 바 2.67 4.67 +2.00 3 8 6 7 24
낮음 나 4.67 4.67 0 3 9 0 6 18
차등적 생존/
개체군 변화
높음 나 5.00 5.33 +0.33 2 5 1 2 10
낮음 바 3.33 3.00 -0.33 1 7 0 1 9
종 분화 높음 가 4.00 6.00 +2.00 2 21 8 7 38
낮음 다 2.25 2.25 0 1 6 0 2 9
Table 12. Result of selecting two small groups having the highest and the lowest score difference of argumentation writings of the science gifted elementary students for the core conceptions of natural selection before and after the argumentation program(unit: score, full marks: 6) and comparison of the four categories of discourses between the two small groups
대하여 논변 글쓰기 점수가 가장 많이 향상된 소집단과 점수 향상이 가장 낮은 소집단을 선정한 후, 두 그룹의 논변 담화의 종류를 Table 6의 정보찾기, 설명, 반대, 공동구성의 네 가지 범주를 기준으로 비교 한 결과는 Table 13과 같다. 논변 활동 중 드러난 자연선택 핵심 개념 별 의미있는 담화의 특징 및 시각적 모델은 다음과 같다.
가. 개체군 안정
개체군 안정 개념에 대한 논변 활동에서 두 소집단은 모두 ‘반대’
담화가 많은 편이었다. 반대 담화에 사용된 담화의 타당성 기준을 보면 두 소집단의 논변 글쓰기 점수 향상이 큰 소집단 ‘가’는 설명과 아이디어를 평가하기 위해 엄격한 기준(Table 7)을 사용하였다. 엄격 한 기준 중 자료를 분석하여 자료와 일치 여부를 아이디어를 평가하 는 기준으로 사용하였다. 먹이피라미드 변동 모형을 통해 학생들은 사슴의 멸종 아이디어에 반대하며 이는 논변 글쓰기에서도 생태계 평형을 통한 개체군 안정을 추론하였다. 엄격한 기준의 사용은 그럴 듯하지만 자료에 적합하지 않는 부정확한 아이디어를 판별하는 기준 으로 활용되었다.
소집단 ‘가’의 담화 예시는 다음과 같다.
가-A : 늑대가 오면 1차 소비자가 줄어들고 생산자는 늘어나고 그러면 늑대 2차 소비자가 줄어들고, 그러면 1차 소비자가 늘어나고, 생산자는 줄어들고. 이런 과정이 반복되 평형을 이루게 됩니다.
가-C : 사슴은 멸종되지 않을까요?
가-A : 여기 모델에서 토끼가 줄어들었지만 멸종은 되지 않잖아요. 그리 고 많은 수의 늑대가 온 것이 아니기 때문에
가-C : 늑대가 번식을 해서 늘지 않나요?
가-A : 하지만 사슴이 줄어들면 늑대도 줄어들겠죠.
논변 글쓰기 점수가 사후에 오히려 더 낮아진 소집단 ‘바’(-1.23)에 서는 설명과 아이디어를 평가하기 위해 엄격한 기준을 사용하는 학생 과 비형식적 기준을 주로 사용하는 학생 사이의 담화가 이루어졌다. 엄격한 기준에 속하는 자료와 일치, 설명의 정합성 기준으로 아이디 어를 평가하는 바-C 학생의 발화에 바-A, B 학생은 비형식적 기준인
개인적 추리, 권위에 호소하는 기준을 활용하여 오랜 시간 후에 늑대 가 멸종하여 사슴이 늘어난다는 아이디어를 정당화했다. 이러한 비형 식적 기준의 지속적은 사용은 부정확한 아이디어를 판별하는데 방해 요인이 되었다. 소집단의 ‘바’의 담화 예시는 다음과 같다.
바-C : 바 단계에서는 늑대가 와서 사슴을 먹으면 사슴이 줄어들고 사슴 이 줄어들면 늑대도 줄어드니까 일정하게 유지되지?
바-B : 아니지 늑대가 줄어드니까 사슴이 오랜 시간이 지나면 점점 늘어 나지 천적이 없어지니까
바-A : 생태계 평형을 유지한다고 쓰면 안 돼?
바-C : 맞지 그니까 이 과정들이 순환하겠지. 사슴의 양이 줄어든다고 할 수 없지
바-B : 사슴의 수가 늘어난다고
바-C : 늑대가 사슴을 먹으면 사슴이 줄어들고 바-B : (말을 끊음)사슴이 점차 늘어나고 있겠지. 왜?
바-C : 사슴의 양이 늘어나면 또 늑대가 늘어 날 거 아니야.
바-B : 아니지
바-C : 늑대가 멸종하지는 않잖아
바-B : 늑대가 멸종할 수도 있겠지. 문제에서 선생님이 똑같은 것을 물어 볼까?
나. 경쟁
경쟁 개념에 대한 논변 글쓰기 점수 향상이 큰 소집단 ‘마’(+1.67) 에서는 48개의 담화 중 30개의 담화가 자료 분석과 관련된 담화였다.
자료 분석을 통해 제한된 자원에 대한 종내경쟁과 생태적 지위가 겹 치는 종간경쟁에 대해 추론하였다. 자료 해석 과정에서 반대 담화와 엄격한 기준(설명의 정합성) 사용을 통하여 자료 해석의 정확성을 높이였다. 이러한 담화를 통하여 소집단 ‘마’ 그룹 학생들은 두 종의 생존력의 차이에 대한 의문점을 제시하였지만, 이를 실제 따개비와 조무래기 따개비의 환경에 대한 두 종의 생존력의 차이(설명의 충분 성 요소 (b))를 설명하는 담화까지 이루어지지는 않았다. 자료를 분석 한 내용을 활용하여 학생들은 소집단 시각적 모델을 구성하였다. 반 면 논변 글쓰기 점수 변화가 없는 소집단 ‘가’에서는 조무래기따개비 와 따개비의 생존력의 차이를 힘의 세기를 이용하여 설명하였으며
소집단 ‘마’ 소집단 ‘가’
Figure 3. Comparison of the visual models represented by group Ma as the highest score group and by group Ga as the lowest in the argumentation writing after the argumentation program for the scientific concept of competition
