과학영재를 가르치기 위한 창의적 화학자 폴링의 연구과정 분석
구 민 아 김 지 영 박 종 석 김 영 민 서 혜 애
경북대학교 경북대학교 경북대학교 부산대학교 부산대학교
8)
과학영재를 가르칠 때 고려해야할 중요한 요소로 거론 되는 것 중 하나는 창의성이다. 과학 영재들에게 창의성을 향상시키는 방법은 여러 가지가 있지만, 과학자처럼 사고하고 탐구할 수 있는 기회를 제공하는 것도 한 가지 방법이다. 이에 이 연구에서는 과학영재의 창의성을 신장시키기 위해 창의적 화학자 ‘폴링’의 연구과정을 분석하였다. 분석에 활용한 자료는 폴링 의 일대기와 연구 사례, 인터뷰 자료들이다. 이러한 자료들을 분석하여 창의적 사고방법과 연 구방법 요소들을 각각 추출할 수 있었다. 창의적 사고방법 요소로는 귀추적 사고, 모순, 관점 의 전환, 모형화, 단순화, 은유적 사고, 발산적 사고, 수렴적 사고가 추출되었다. 연구방법 요 소는 반복 실험, 공동연구, 이론과 실험의 병행, 과학자의 사회적 책임이 추출되었다. 이러한 요소들을 과학영재를 지도할 때 사용하는 교육프로그램에 포함시킨다면 과학영재들은 창의 적 과학자와 같은 행동을 따라함으로써 창의성 신장에 도움이 될 것이다.
주제어: 과학영재, 폴링, 과학자, 연구과정, 창의성
I. 서 론
과학영재 교육은 학생들이 장래의 창의적인 과학자로 성장하기 위해 도움을 주도록 계 획된 교육이어야 한다(정현철, 한기순, 김병노, 최승언, 2002). 또한 과학영재 교육의 목적 이 실질적 탐구 활동에서 과학자와 같이 독립적이고 창의적이며 자율적으로 탐구할 수 있 는 능력을 갖춘 학습자를 양성하는 것(Betts, 2004; Treffinger, 1975; Watters & Diezmann, 2003)에 있기 때문에 과학영재 교육에서 창의성 교육은 매우 중요하다. 이를 위해서는 과 학적 문제를 해결하는 과학자들이 창의성(Langley, Simon, Bradshaw, Zytkow, 1987)을 바
교신저자: 박종석([email protected])
*이 논문은 2009년 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연구재단 지원을 받아 수행된 연구임 (KRF-2009-32A-B00205).
Journal of Gifted/Talented Education 2011. Vol 21. No 4, pp. 945～959
탕으로 과학자처럼 사고하고 탐구를 할 수 있는 기회를 과학영재들에게 제공해야 한다.
이러한 과학자들의 창의성, 즉 과학자들의 문제발견 및 문제해결에서 나타나는 창의성은 과학자의 연구과정에 대한 분석을 통해서 알 수 있다.
과학자의 연구과정에 대한 연구로 김영민(2006)은 망막 상 이론 형성 과정에서 Kepler 가 어떻게 과학적 문제를 발견하고 그의 이론 형성 과정에서 어떻게 귀추적 사고를 하였 는지 조사하여 과학 창의성 교육에 대한 시사점을 도출하였다. 과학자들이 과학지식을 어 떻게 생성해 내는 지에 대해서 양일호, 정진수, 권용주, 정진우, 허명, 오창호(2006)는 과 학자들의 과학지식 생성 과정을 논문과 심층면담을 통해 분석해 내었다. 이 연구에 의하 면 과학자들은 귀납적 과정, 귀추적 과정, 연역적 과정을 통해 과학지식을 생성하고 있다.
한편, 과학자의 과학적 탐구과정에서 나타나는 귀추적 추론 분석틀을 개발한 연구(조현준, 정선희, 양일호, 2008)도 있다. 이들 연구에서 과학자들의 연구 과정과 창의성을 연계할 수 있는 가능성을 찾을 수 있었다. 즉 과학 창의성 교수 자료의 개발에 과학자의 과학적 문제 발견과 같은 상황이 제시될 필요가 있으며 적절하고 정확한 과학적 지식이 과학적 문제를 발견하고 가설을 형성하는데 필수적이라는 것이 지도될 필요가 있다(김영민, 2006). 실제로 박은미, 강순희(2007)는 가설연역적 방법론에 따른 수업 모형을 개발하여 학교 현장에 적용한 결과 창의적 사고력과 비판적 사고력이 향상되었음을 밝혔다.
과학자와 관련된 과학영재 교육프로그램으로는 박문영, 이면우(2007)가 과학자를 소재 로 초등 과학영재 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 과학자들의 구체적 삶의 일화와 그들의 과학적 업적을 통해서 과학이 사회나 국가와 밀접한 관계가 있으며 개인으로서의 과학자뿐만 아니라 사회나 국가와의 관계 속에서 과학에 대한 자세와 책임감에 대해 생각 해 볼 수 있는 기회를 제공하였다. 실제로 과학영재 교육에서 과학지식이나 탐구 능력 이 상으로 과학에 대한 올바른 가치관을 정립시키는 것 또한 중요한 것이다.
최근에 과학영재들에게 적용실험에 대한 실험 설계에서 나타나는 사고를 조사하여 새 로운 실험 설계 학습 전략을 제안하여 과학적 창의성 계발을 위한 과학영재 교육 프로그 램 개발의 시사점을 도출(유지연, 박연옥, 양찬호, 노태희, 2011)한 연구나 과학영재들의 문제해결형 탐구실험에서 논의양상을 확인하고 논의활동의 필요성을 강조하는 연구(신호 심, 김현주, 2011) 그리고 과학영재들의 창의성을 신장시킬 수 있는 CNP 수업 모형을 개 발하여 과학자들의 연구방법과 유사한 형태의 수업을 지향하는 연구(황요한, 박종석, 2010) 등 과학영재들에게 과학자들의 활동과 유사한 교육 프로그램이 적용되고 있다.
그러나 아직도 과학영재 교육을 위한 창의성 교육 프로그램이나 과학의 본성 인식을 위한 연구들이 부족한 편이다. 특히 과학자의 문제 발견사례나 해결사례를 분석하여 그 연구 과정을 모형화한 연구는 찾아보기 힘들다.
그러므로 장차 과학자를 꿈꿀 과학영재들을 가르치기 위해서 그들이 꿈꾸는 과학자들 은 어떻게 연구하고 어떤 방법으로 탐구하는 지 미리 경험할 수 있게 하는 것이 필요하다.
이는 과학영재들이 창의적 과학자처럼 활동할 수 있으며, 그 결과 과학에 대한 올바른 인 식을 확립하는데 도움이 될 것이다. 따라서 과학자의 연구과정을 분석하여 모형을 개발하
는 것이 필요하다. 이는 과학 교육뿐 아니라 과학영재 교육에서 창의성 프로그램의 방향 성을 설정할 수 있고 과학영재 학생을 지도하는 방안이 될 것이다.
이에 본 연구에서는 과학영재 교육에서 과학 창의성을 신장시키기 위해 창의적 화학자 폴링(Linus Carl Pauling, 1901~1994)의 문제 발견 및 문제 해결을 위한 사고 방법의 창의 적 요소 및 연구 방법을 추출하였다.
II. 연구 방법 1. 연구 내용 및 과정
이 연구는 화학자 폴링의 연구과정을 분석하여 사고방법의 창의적 요소 및 연구방법을 추출하는 것이다. 화학자 폴링은 화학결합의 본질을 밝혀 랭뮤어 상을 받고 단백질 연구 와 비타민 C 연구까지 다양한 분야에 업적이 많았던 화학자로 노벨 화학상과 노벨 평화 상을 받았다. 그는 20세기의 과학자들이 서로 발견하려고 경쟁을 벌였던 DNA의 구조 결 정에도 참여했으며, X선 구조결정학, 전자회절, 양자역학, 생화학, 분자정신병학, 핵물리 학, 면역학, 진화학 등에서 중요한 발견을 했고, 400편 이상의 논문을 썼다. 또한 20세기 에 가장 영향력 있는 교과서를 저술했다. 이러한 연구 능력에서 창의성을 찾아볼 수 있다.
그러므로 화학자 폴링과 관련된 문헌 연구를 통해 그의 연구과정 속 사고사례와 연구사례 를 선정하고 사고방법의 창의적 요소 및 연구방법을 추출한다(그림 1).
사고방법의 창의적인 요소 및 연구방법의 추출 문헌연구
↓ 연구과정 속 사고사례 및 연구사례 선정
↓ 사고방법의 창의적 요소 및 연구방법 추출
[그림 1] 사고방법의 창의적인 요소 및 연구방법의 추출 과정
2. 분석 자료
폴링의 연구과정의 창의적인 사고방법과 연구방법의 사례를 찾기 위해 폴링의 인터뷰 관련 사이트, 도서, 논문 등을 참고하였다. 분석에 활용한 주요 자료는 다음과 같다.
∙ 연구소 및 인터뷰 관련 사이트
http://lpi.oregonstate.edu/lpbio/lpbio2.html
(Linus Pauling Institute 사이트로 폴링의 일대기와 그의 업적을 살펴볼 수 있다)
http://www.achievement.org/autodoc/page/pau0int-1~9
(American Academy of Achievement 사이트로 폴링과의 어렸을 때부터 그에게 영향 을 준 인물이나 도서, 연구 방법, 연구 과정 등에 대한 인터뷰 동영상, 음성 파일, 텍 스트가 있다)
∙ 분석 도서
각 도서는 폴링의 일대기를 언급하고 있는데, 그 속에서 폴링의 연구 과정, 사례, 사 고방식 등을 살펴볼 수 있다.
Katherine Cullen 저, 최미화 역(2007). 천재들의 과학노트(과학사 밖으로 뛰쳐나온 화학자들). 일출봉.
Tom Hager 저, 고문주 역(2003). 화학혁명과 폴링. 바다출판사.
Anthony Serafini(1991). LINUS PAULING: a man and his science. Paragon House.
3. 분석 방법
수집한 자료에서 창의적인 사고방법 사례를 선정한 다음 창의적 요소를 추출하였다. 또 한 과학자의 연구과정으로서 의미가 있는 연구방법 사례에서 연구방법들을 추출하였다.
폴링의 연구 사례 분석을 위해서 폴링에 관한 문헌들, 예를 들어 책, 관련 논문, 인터넷 사 이트, 인터뷰 자료 중 두 가지 이상의 자료에서 공통적으로 언급되고, 폴링이나 타인에 의 해 논문이나 책으로 발표된 폴링의 주요 연구를 폴링의 연구 사례로 선정 하였다. 또한 각각의 연구 사례에 나타난 문제 발견과 문제 해결을 위한 폴링만의 창의적 사고 방법과 연구 방법을 분석, 종합하여 연구 사례에서 두 번 이상 공통적으로 나타난 요소를 폴링의 사고방법과 연구방법에서 나타난 창의적 요소로 추출하였다. 폴링의 연구 사례와 창의적 사고방법과 연구방법 요소 추출은 현직에 근무하는 과학교육 석사과정 1인과 박사과정 1 인이 협의한 후, 과학교육 전문가 1인에 의해 타당성 검증을 받았다.
III. 연구 결과 및 논의 1. 폴링의 연구 과정에 포함된 사고방법의 창의적 요소
폴링의 연구 과정에서 사고방법을 분석하여 창의적 요소를 추출하였다. 추출한 요소는 귀추적 사고, 모순인식, 관점의 전환, 모형화, 단순화, 발산적 사고 및 수렴적 사고, 은유적 사고이다. 연구 과정에서 추출한 창의적 요소 각각의 추출 과정을 살펴보면 다음과 같다.
가. 귀추적 사고
폴링은 규산염의 구조를 밝히는 과정에서 규소와 탄소가 비슷한 점이 많다고 생각하였다.
탄소가 다른 네 개의 원자들과 결합하면서 정사면체를 형성하고 그 중심에 탄소가 놓이고 각 꼭짓점에서 다른 원자들이 놓인다는 것을 알았는데 규소도 이와 같은 모양으로 다른
원소들과 결합한다는 증거를 찾아 규소의 결합구조를 알아내었다. 이는 이미 알려진 현상에 서의 잘 알려진 법칙을 도입하여 새로운 현상을 설명하는 귀추적 사고(Park & Kim, 2002)라 할 수 있다. 이러한 사례는 항체 연구, 적혈구 빈혈증 연구에서도 분석되었다. 이 사례들은 폴링이 귀추적 사고법을 이용하여 가설을 설정하고, 문제를 해결했다는 것을 분석할 수 있 었다(그림 2). Kepler의 연구과정에서 어떻게 과학적 문제를 발견하고 그의 이론 형성 과정 에서 어떻게 귀추적 사고를 하였는지 조사하여 과학 창의성 교육에 대한 시사점을 도출(김 영민, 2006)한 것을 통해서도 귀추적 사고가 과학창의성으로 중요한 요소임을 알 수 있다.
그리고 박종원(2004) 또한 연관적 사고에 해당하는 귀추적사고가 기존의 지식으로부터 새로 운 지식을 창안해 내는 과학 창의성이라고 이야기 하고 있다.
연구 사례 규소의 결합 항체연구 적혈구 빈혈증
▼
폴링의 사고 방법
규소의 결합을 탄소에 경우를 도입함
항원특이성을 분자구조와 관련지어 생각함
변형된 분자의 경우 항원 항체와 같이 결합할 것이라
생각함
▼ 창의적
요소 귀추적 사고
[그림 2] 귀추적 사고 추출과정
나. 모순 인식
모순인식은 혼성궤도함수 연구와 전기음성도의 연구에서 드러났다. 양자 물리학과 화 학에서의 탄소결합의 모순, A2와 B2가 결합하여 2AB 반응이 일어날 때 예상 결합에너지 와 실제 결합에너지의 차이에서 오는 모순상황에서 문제를 새롭게 발견하고 그것을 해결 하는 과정에서 폴링의 창의적 아이디어를 찾을 수 있다(그림 3). 내재된 모순 인식으로부 터 정합성을 추구할 때 새로운 문제를 인식하여 과학적 발견을 이끌어 내었다는 것은 여 러 연구에서도 언급되고 있다(Thagard, 1997; Wolpert, 1992; Kuhn, 1977; Millar, 2000).
구소련의 과학자였던 알트슐러(Genrich Altshuler) 등이 1964년에 전세계의 약 4만개 이상 의 혁신적인 특허를 분석하여 창의적 문제해결원리를 발견하여 만든 창의적 문제해결 이 론(Theory of Inventive Problem Solving)인 트리즈(TRIZ) (정미숙, 2008; 최윤희, 김훈희, 2011)에서도, 모순을 통해 문제의 초점을 좁히는 것을 창의적 문제 해결의 중요한 요인으 로 보고 있다. 또한 이는 학생들의 창의성 지수 신장에 긍정적인 영향을 미치고 있다고 연구되었다(남승권, 최원식, 2006).
연구 사례 혼성궤도함수 전기음성도
▼
폴링의 사고 방법
탄소원자결합에 대한 양자 물리학적 견해와 화학적
견해의 모순 인식
A2(g) + B2(g) ➜ 2AB(g)의 반응이 진행될 때 A-A와 B-B 평균 결합 에너지 보다 A-B결합 에너지가
크다는 모순 인식
▼ 창의적
요소 모순 인식
[그림 3] 모순인식 추출과정
다. 관점의 전환
폴링이 가설을 설정할 때 드러난 창의적 사고방법 중 하나는 규산염의 구조 연구에서 나타나는 관점의 전환이다. 원자들은 공깃돌이 아니라 특별한 비율로 다른 원소들과 결합 하는 하나의 원소라고 생각하고 규산염의 구조에 접근한 것이다. 이렇게 인식을 달리하고 새롭게 생각한 것이 규산염의 구조를 밝히는 업적에 중요한 시작점이 될 수 있었다. 이것 은 이제까지의 우리의 경험이나 인지적 또는 개념적 위상 속에 포함되어 있지 않을 것을 새롭게 창안하는 관점의 전환이라고 할 수 있다(그림 4). Millar(2000)와 Jackson, Messnick (1967)도 기존의 관점에서 벗어나 다른 관점으로 새롭게 생각하는 것이 창의성 의 중요한 측면이고, 새로운 과학적 발견과 발전으로 연결된다는 것을 강조하고 있다.
연구 사례 규산염의 구조
▼
폴링의 사고 방법
원자가 떨어져서 어떤 방법으로도 배열될 수 있는 공깃돌로 생각한 브래그와 달리 폴링은 원자들이 특별한 비율로 다른 원소들과 결합하는
것이라 생각함
▼ 창의적
요소 관점의 전환
[그림 4] 관점의 전환 추출과정
라. 모형화
모형화는 규산염의 구조 연구에서 찾을 수 있다. 폴링은 규산염의 구조를 밝힐 때 자신 의 생각을 그림 5와 같이 나타낸 다음, 종이로 입체 모양을 접어서 서로 연결했다. 복잡한 분자구조는 X선의 회절 무늬 때문에 해석이 어려웠는데 폴링이 모형을 먼저 만들고 X선
무늬를 관찰하는 방법으로 규산염의 구조를 찾아내었다. 또한 폴링은 분자모형을 처음으 로 사용하고 수업시간마다 즐겨 사용하였는데, 이는 학생들이 보이지 않는 분자와 분자구 조에 대한 이해를 쉽게 하였다. 이것은 문제를 창의적으로 해결하는 데 큰 도움이 되었다.
[그림 5] 폴링의 연구노트 속 규산염 모형(왼쪽)과 분자모형(오른쪽)
연구 사례 규산염의 구조
▼
폴링의 사고 방법
자신의 생각을 그림으로 나타낸 다음
종이로 입체 모양을 접어 서로 연결하고 X선의 회절무늬를 관찰한 것이 규산염의 구조를 찾아내게 함
▼
창의적 요소 모형화
[그림 6] 모형화 추출 과정
마. 단순화
단순화도 폴링의 창의적 사고방법으로 나타나는데, 규산염의 구조 연구와 탄소의 정사면 체 결합에 대한 수학적 증명에서 찾을 수 있다. 폴링은 규산염의 구조를 밝힐 때 모형을 만드는 과정에서 자신이 알고 있는 여러 가지 규칙들을 조합하여 단순화시켰다. 원자와 이 온의 크기가 알려진 값들과 일치하도록, X선 구조결정학으로 밝힌 간단한 분자들의 결합길 이와 이온들 사이의 결합길이가 일치되는 방향으로 단순화시켜 나갔다. 그리고 주변에 있는 양이온과 음이온의 균형, 꼭짓점과 모서리에 얼마나 많은 원자들이 나열되는가에 초점을 맞추어 발견한 규칙들을 첨가했다. 이렇게 폴링이 규산염의 구조를 밝힐 때 규칙을 조합하 여 단순화 시키는 것은 광물화학의 기본원리라 할 만큼 분자의 구조를 알아낼 수 있는 열쇠 가 되었다. 또한 파동방정식을 단순화시키는 과정에서 탄소의 결합뿐만 아니라 복잡한 분자 구조도 수학적으로 증명할 수 있었다. 단순화하는 방식은 폴링이 많은 연구문제들을 해결할
수 있는 중요한 사고방법 중 하나였다(그림 7). Zuckerman (박종원, 2004, 재인용)은 노벨상 수상자들과의 면담을 통해 그들이 문제해결에 있어서 단순성을 추구한다는 것을 알아내었 다. 박종원(2004)은 산발적인 자료들을 통합하여 단순화시키는 것도 과학활동에서 중요한 활동이며 창의성이 필요한 활동이라고 강조하고 있다. 그리고 실제로 여러 과학자들이 창의 적인 과학활동에서 단순화시키는 것의 중요성을 언급하고 있다.
연구
사례 규산염의 구조 탄소의 정사면체 결합에 대한
수학적 설명
▼ 폴링의
사고 방법
여러 가지 현상들에 대해 자신이 발견한 규칙들을 조합하여
복잡한 것을 단순화시킴 (광물화학의 기본원리)
파동방정식 중 일부를 없애고 간략화방법을 찾아내어 정사면체 결합에 대한 수학적 설명을 해냄
▼ 창의적
요소 단순화
[그림 7] 단순화 추출과정
바. 발산적 사고 및 수렴적 사고
발산적 사고 및 수렴적 사고도 폴링의 창의적 사고 방법 중 하나이다. 이는 폴링과의 인터뷰에서 아이디어 생성에 관한 질문을 통해 알 수 있었다. 폴링의 문제해결력은 다양하 고 많은 생각들을 하는 발산적 사고와 좋지 않은 아이디어를 버리고 해결할 수 있는 것과 없는 것을 결정하는 수렴적 사고였다(그림 8). 발산적 사고는 Guilford(1956, 1968)에 의해 창의적 사고로 정의되고 있지만, 박종원(2004)는 창의적 활동에서 산발적인 자료들을 수렴 적으로 통합하는 것도 필요하다고 강조하고 있다. 또한 Isaksen and Treffinger (1985)는 창의 적 문제해결을 위해 확산적사고와 수렴적 사고가 모두 필요하다는 것을 강조한다. Finke, Ward, Smith (1992)에 의하면 창의적 사고는 생성(generation)과 탐구(exploration)의 과정으 로 설명할 수 있는데 발산적 사고가 생성 과정이고 수렴적 사고가 탐구의 과정인 것이다.
연구 사례 아이디어 생성에 대한 인터뷰
▼ 폴링의
사고 방법
과학문제에 대하여 생각을 반복하여 열심히 하고 좋지 않은 것과 해결할 수 없는 것은 버림
▼
창의적 요소 발산적 사고 및 수렴적 사고
[그림 8] 발산적 사고 및 수렴적 사고 추출
사. 은유적 사고
은유적 사고는 Millar (1996)에 의해 과학적 문제발견에서 중요한 사고라 강조되어지고 있다. 이는 폴링과의 과학문제 해결의 비법에 대한 인터뷰 내용에서 그가 사용하는 창의 적 사고방법으로 드러났다(그림 9).
모든 현상의 이론화
↓ 새로운 현상
↓ 자신의 이론에 적용
↓
적용이 되는가? 예 → 동화 by 피아제 ↓ 아니오
왜 나의 이론에 맞지 않는가?
↓
나의 배경지식에서 답을 찾는다
↓
적용이 되는가? 예 → 조절 by 피아제 ↓ 아니오
↱ 다른 사람의 연구나 그 외의 것에서 찾아보자
↓
아니오 적용이 되는가? 예 → 조절 by 피아제
[그림 9] 폴링의 개념 구조화 과정
개념 구조화 과정은 그림 9와 같은데, 이는 새로운 정보와 자료가 들어와 기존의 지식 이 비평형 상태에 이르면 동화와 조절을 통해 기존의 지식이 조절되면서 새로운 지식이 생성되게 하는 은유적 사고라 할 수 있다(그림 10).
연구 사례 개념 구조화 방식에 대한 인터뷰
▼ 폴링의
사고 방법
실세계로부터 정보와 자료가 들어와 기존의 지식이 비평형 상태에 이르면 동화와 조절을 통해 기존의 지식이 조절해 개념을 구조화 함
▼ 창의적
요소 은유적 사고
[그림 10] 은유적 사고 추출
2. 폴링의 연구 과정에 포함된 연구방법
폴링의 연구 과정을 분석하여 과학자의 연구방법으로 의미를 가지는 연구방법 요소를 추출하였다. 추출한 요소는 반복실험, 공동연구, 이론과 실험의 병행, 과학자의 사회적 책 임이다. 연구 과정 속에 포함된 각각의 연구방법을 추출한 과정은 다음과 같다.
가. 반복실험
폴링의 연구방법 중 문제해결에 큰 기여를 한 것이 바로 반복실험이다. 폴링은 단백질 연구를 할 때뿐만 아니라 다른 연구에 있어서도 원하는 결과를 얻어내기까지 폴링은 항상 그 연구에 대해 집중하고 실패에도 불구하고 끊임없이 연구하였다. 이러한 폴링의 연구방법에 서 드러난 반복 연구는 폴링의 창의적인 업적을 있게 한 원동력이라 할 수 있겠다(그림 11).
연구 사례 DNA구조 외 대부분의 연구
▼ 폴링의
연구 방법 원하는 결과를 얻기까지의 끊임없는 연구
▼
추출 요소 반복 실험
[그림 11] 반복 실험 추출
나. 공동연구
공동연구 또한 과학적 문제해결에 큰 기여를 한 폴링의 연구방법이다. 화학자인 폴링이 이루어 낸 많은 연구 업적들은 다양한 분야의 전문가와 공동연구를 했거나 같은 관심 분 야 여러 과학자들과 함께한 연구가 대부분이었다. 공동 연구는 폴링이 다양한 분야에서 창의적인 과학적 업적을 남길 수 있게 해 주었다(그림 12).
연구 사례
∙ 화학결합의 접근법: 하이틀러+런던+슬레이터+폴링(HLSP 이론)
∙ 단백질 구조 연구: 폴링+미르스키
∙ 항원 항체 연구: 폴링+랜스타이너
∙ 적혈구 빈혈증 연구: 폴링+이타노(의사)+싱어(화학자)
▼ 폴링의
연구 방법 대부분의 업적이 공동연구에서 이루어짐
▼
추출 요소 공동 연구
[그림 12] 공동 연구 추출
다. 이론과 실험의 병행
폴링의 또다른 중요한 연구방법으로 이론과 실험의 병행을 들 수 있다. 폴링은 준실험 주의자라 불리었다. 슈뢰딩거의 파동역학을 폭넓게 응용하여 X선 구조결정학에서 얻은 자료에 대한 화학 분야에서 얻은 실험 결과 및 폴링 자신의 통찰력을 거의 같은 비율로 섞어 구성하여 많은 화학적인 내용에 대하여 재건한 것이다(그림 13).
연구 사례 준실험주의자
▼ 폴링의
연구 방법 여러 가지이론에 대한 양자역학의 규칙에 따라 설명
▼
추출 요소 이론과 실험의 병행
[그림 13] 이론과 실험의 병행 추출
라. 과학자의 사회적 책임
폴링의 연구과정에서 드러난 의미 있는 특징은 사회적 책임감이 강한 과학자였다는 것 이다. 제2차 세계대전이 일어나고 핵폭탄이 많은 사람의 생명을 잃게 하는 것을 목격한 폴링은 과학자로서의 사회적인 책임을 느꼈다. 그는 동료 과학자들을 설득해 핵실험 반대 서명, 반핵 강연, TV 토론 등 반전 반핵 평화운동에 적극 참여했고, 특히 전 세계 과학자 들을 대상으로 핵실험을 제한하자는 청원운동을 벌였다. 노벨 평화상 위원회가 폴링의 공 로를 인정해 그는 평화상을 받았다. 이는 무한히 발전하는 과학지식이 사회의 분위기와 국력을 결정짓는 요즘과 같은 시기에 더욱 중요한 과학자의 역할이라 생각된다(그림 14).
연구 사례 노벨 평화상
▼ 폴링의
연구 방법 제2차 세계대전 무렵 핵폭탄과 핵실험에 대해 적극적인 반대
▼
추출 요소 과학자의 사회적 책임
[그림 14] 과학자의 사회적 책임 추출
IV. 결론 및 제언
이 연구에서는 폴링의 창의적인 사고방법과 연구방법을 추출하기 위해 폴링의 일대기 와 그의 문제 발견과 문제해결을 위한 사고방법, 연구방법이 드러난 사례들을 분석하였
다. 문제 발견과 문제해결의 창의적인 사례로는 규산염의 구조, 항체특이성, 적혈구성 빈 혈증의 원인, 전기음성도에 대한 연구, DNA연구 등이 있었다. 또한 아이디어 생성 및 분 류방식, 개념구조화방법에 대한 것을 폴링과의 인터뷰 자료로 분석할 수 있었다. 그리고 화학 노벨상과 노벨 평화상을 받게 한 폴링의 업적들을 통해서도 창의적인 연구사례, 과 학자로서의 사회적 책임들을 분석할 수 있었다.
이러한 사례를 바탕으로 추출한 창의적 사고방법 요소로는 귀추적 사고, 모순, 관점의 전환, 모형화, 단순화, 은유적 사고, 발산적 사고와 수렴적 사고가 있었다. 추출한 연구방 법 요소는 반복 실험, 공동연구, 이론과 실험의 병행, 과학자의 사회적 책임이 있었다.
창의적인 사고방법 중 귀추적 사고는 규소의 결합, 항체, 적혈구 빈혈증 연구사례에서 추출될 수 있었다. 모순 인식을 통해 새로운 문제를 발견하는 것은 혼성궤도함수와 전기 음성도 연구사례에서 추출되었다. 관점의 전환과 모형화는 규산염의 결합 연구에서 추출 되었다. 단순화는 규산염 결합 연구와 탄소의 정사면체 결합에 대한 수학적 증명에서 추 출되었다. 발산적 사고와 수렴적 사고는 폴링과의 인터뷰에서 아이디어 생성에 관한 질문 에 대한 대답에서 명확하게 추출해 낼 수 있었다. 은유적 사고 또한 폴링의 과학적 문제 해결 비법에 관한 질문에 대한 인터뷰 내용에서 추출하였다. 대부분의 연구에서 폴링은 거듭되는 실패에도 좌절하지 않고 자신이 원하는 실험결과를 얻을 때까지 끊임없이 실험 하였다. 이로부터 반복실험을 추출하였다. 그리고 화학결합의 접근법, 단백질 구조, 항원 항체, 적혈구 빈혈증 연구사례로부터 공동연구를 추출하였다. 여러 가지 실험결과에 대한 양자역학적 설명을 통해 화학적 내용을 재건한 부분에서는 이론과 실험의 병행을 추출하 였다.
폴링의 연구과정으로부터 추출한 귀추적 사고나 단순화, 발산적 사고와 수렴적 사고 등은 여러 연구(김영민, 2006; 박종원, 2004; Millar, 2000)에서 언급한 바와 같이 창의성을 신장시 킬 수 있는 것으로 과학영재 교육에서 유용하게 활용할 수 있는 것이다. 또한 반복실험이나 공동연구, 과학자의 사회적 책임 등은 박문영 등(2007)이 언급하듯이 과학영재 교육에서 정의적 영역과 관련된 프로그램의 요구에 적절할 수 있는 요소이다. 그러므로 이렇게 창의적 과학자의 연구과정에서 추출한 요소들을 과학영재 교육 프로그램에 도입하여 적절하게 지도 한다면 바람직한 과학영재 교육이 이루어질 수 있을 것이다. 이와 같이 창의적 과학자를 모델화 하여 프로그램을 개발하고자 하는 이유는 과학영재 교육을 통해서 지향해야 할 점이 과학자의 육성이고 이를 위해서는 과학영재들이 과학자처럼 사고하고 탐구할 수 있는 기회를 제공하는 것도 한 가지 방법이기 때문이다. 이는 나아가 과학교육과 과학영재 교육에서 학생 들이 창의적인 사고방법을 익히고 과학적 문제해결력을 높일 수 있는 방법을 모색하는데 도움이 되는 한 가지 방향성을 제시한 것이라고 볼 수 있다. 따라서 폴링뿐만 아니라 다른 창의적 과학자들의 창의적 연구방법에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 과학 창의성 교육의 방향을 더욱 구체화하여야 하며 이를 적용한 프로그램 개발에 대한 연구도 이루어져 학생들 의 과학창의성 신장이 이루어지도록 해야 한다.
참 고 문 헌
김영민 (2006). Kepler의 망막 상 이론 형성 과정에서의 과학적 문제 발견과 귀추적 사고.
한국과학교육학회지, 26(7), 835-842.
남승권, 최원식 (2006). 트리즈 40가지 발명 원리 적용이 학습자의 창의성 신장에 미치는 영향. 대학공학교육학회지, 31(20), 203-232.
박문영, 이면우 (2007). 과학자를 소재로 한 초등과학영재 프로그램 개발. 초등과학교육, 25(5), 507-521.
박은미, 강순희 (2007). 가설-연역적 수업 프로그램이 창의적 사고와 비판적 사고 및 과학 적 태도에 미치는 영향. 한국과학교육학회지, 27(3), 225-234.
박종원 (2004). 과학적 창의성 모델의 제안 - 인지적 측면을 중심으로-. 한국과학교육학회 지, 24(2), 375-386.
신호심, 김현주 (2011). 문제해결형 탐구실험에서 나타난 영재학생들의 논의 양상 및 논의 활동에 대한 인식. 한국과학교육학회지, 31(4). 567-586.
양일호, 정진수, 권용주, 정진우, 허명, 오창호 (2006). 과학자의 과학지식 생성 과정에 대한 심층 면담 연구. 한국과학교육학회지, 26(1), 88-98.
유지연, 박연옥, 양찬호, 노태희 (2011). 과학영재들의 적용실험 설계 과정에서 나타나는 과정요소 및 특징. 한국과학교육학회지, 31(4), 528-538.
정미숙 (2008). 트리즈를 활용한 비서의 창의적 문제해결 교육방안. 비서학 논총, 17(2), 73-97.
정현철, 한기순, 김병노, 최승언 (2002). 과학창의성 계발을 위한 프로그램 개발-이론과 예 시를 중심으로-. 한국지구과학회지, 23(4), 334-348.
조현준, 정선희, 양일호 (2008) 과학자의 과학적 탐구과정에서 나타나는 귀추적 추론 분석 틀 개발. 한국지구과학회지, 29(7), 586-601.
최윤희, 김훈희 (2011), 취학전 아동을 위한 OTSM-TRIZ 기반의 창의적 문제해결력 신장.
한국콘텐츠학회논문지, 11(3), 496-504.
황요한, 박종석 (2010). 과학영재 창의성 신장을 위한 CNP 모형의 개발과 적용. 영재교육 연구, 20(3), 847-866.
Betts, G. T. (2004). Fostering autonomous learners through levels of differentiation. Roeper Review, 26(4), 190-191.
Finke, R. A. Ward, T. B., & Smith, S. M. (1992). Creative cognition: Theory, research and applications. Cambridge, MA: MIT Press.
Guilford, J. P. (1956). The structure of intellect. Psychological Bulletin, 53, 267-293.
Guilford, J. P. (1968). Intelligence, creativity, and their educational implications. San Diego, CA: EDITS.
Isaksen, S. G., & Treffinger. D. G. (1985). Creative problem solving: The basic course. Buffalo,
NY: Bearly Ltd.
Jackson, P. W., & Messnick, S. (1967). The person, the product, and the response; Conceptual problems in the assessment of creativity. In J. Kagan (Ed.), Creativity and learning (pp.
1-19). Boston Houghton Mifflin.
Kuhn, T. S. (1977). The structure of scientific revolutions. Chicago IL: The University of Chicago Press.
Langley, P., Simon, H., Bradshaw, G., & Zytkow, J. (1987). Scientific discovery: Computational explorations of the creative processes. Cambridge, MA: MIT Press.
Millar, A. I. (1996). Metaphors in creative scientific thought. Creativity Research Journal, 9, 113-130.
Millar, A. I. (2000). Insights of genius: Imagery and creativity in science and art. London, UK:
The MIT Press.
Park, Jongwon & Kim, Ikgyun (2002). Analysis of the student's processes of generating scientific explanatory hypothesis. Paper presented at the Annual Conference of Australasian Science Education Research Association, Cairns, Australia.
Thagard, P. (1997). Coherent and creative conceptual combinations. In T. B Ward, S. M, Smith,
& J. Vaid (Eds.). Creative Thought: An Investigation of Conceptual Structures and Processes (pp. 129-141). Washington, DC: American Psychological Association.
Treffinger, D, J. (1975). Teaching for self-directed learning: A priority for the gifted and talented. Gifted Child Quarterly, 12(1), 46-49.
Wolpert, L. (1992). The unnatural nature of science. Cambridge, MA: Harvard University Press.
Watters, J. J., & Diezmann, C. M. (2003) The gifted student in science: Fulfilling potential.
Australian Science Teaching Journal, 49(3), 46-53
= Abstract =
Analyzing the Creative Process of the Pauling's Research for Science Gifted Education
Mina Koo
Kyungpook National University Jiyoung Kim Kyungpook National University
Jongseok Park Kyungpook National University
Youngmin Kim Pusan National University
Haeae Seo Pusan National University
Creativity is always important in science gifted education. There are many research results about enhancing the creativity. One of the ways of enhancing students' scientific creativity is to let them think and research like scientists so that they can follow how scientists find problems and solve them. So in this study, scientific creative elements were extracted from the Pauling's detailed examples of research process by using many documents. Abductive reasoning, paradox, changing the perspective, modeling, simplifying, converging thinking, diverging thinking, and metaphorical thinking are thinking methods that were extracted from the Pauling's research process. Repeated experiment, co-experiment, using both theories and experiments, and social obligation as a scientist are research methods. Scientific creative elements that were extracted suggest some direction that have more scientific creativity, more ability to find problems, and more ability to form theories in science education or in science gifted education.
Key Words: Science gifted education, Pauling, Creativity, Scientific creative elements
1차 원고접수: 2011년 11월 11일 수정원고접수: 2011년 12월 20일 최종게재결정: 2011년 12월 26일
