서 론
과학교육의 목표가 무엇인가라는 질문에 대해 많은 사람들이 꼽는 것 중의 하나는 학생들의 ‘과학적 사고 를 길러주는 것’이다. 과학적 사고의 신장은 현재 세계 적으로 과학교육의 목표로 자리 잡고 있는 과학적 소 양의 핵심을 구성하고 있다는 점에서 그 중요성을 더 한다. 과학적 소양(Scientific literacy)은 과학교육에서 학생들의 과학 개념 및 지식을 넘어서 과학을 현대 기 술과 사회적 관계 속에서 연관성을 이해하고 그 안에 서 발생하는 문제를 해결하기 위한 실질적 지식과 능 력을 갖추어야 함을 의미한다. 여러 문헌을 통해 종합 하면, 과학적 소양인은 “그들의 개인적, 시민적, 전문적 삶에서 제기되는 문제를 해결하고 의사결정을 하기 위 해 과학적 지식과 추론 능력을 적법하게 적용하는 능 력”(Laugksch, 2000, p. 78)을 갖추어야 한다고 강조 되었다.
우리 나라의 과학교육과정은 과학적 소양인의 양성 을 목표로 과학적 사고력의 신장을 내세우고 있다. 제6
차 교육과정(1992-1997)은 시대적 변화에 대처하고 문 제를 해결할 수 있는 능력을 기르며, 생활인으로서 필 요한 과학적 탐구 활동을 통하여 과학의 기본 개념의 이해, 과학적 사고력의 신장, 그리고 자기의 생각과 타 인의 태도를 길러주는 데 역점을 두었다(교육과학기술 부, 2008). 또한 7차 이후의 개정 교육과정의 목표는
“자연 현상과 사물에 대하여 흥미와 호기심을 가지고 탐구하여 과학의 기본 개념을 이해하고, 과학적 사고력 과 창의적 문제 해결력을 길러 일상생활의 문제를 창 의적이고 과학적으로 해결하는 데 필요한 과학적 소양 을 기른다”(교육과학기술부, 2008, p. 152)고 명시하고 있다.
이처럼 전세계적, 그리고 우리 나라의 과학교육의 흐름은 과학적 소양인을 기르는 것을 목표로 하며, 과 학적 소양인이 된다는 것은 과학적 사고를 하는 것이 전제가 된다. 그러나 과학적 사고가 무엇이며, 과학수 업에서 어떻게 길러지고 있는가에 대해서는 그 실체를 구체화하기 어렵다. 마찬가지로, 학생들이 과학적 사고 를 함양할 수 있도록 과학 교수-학습은 어때야 하는가
과학적 사고에 관한 예비 과학교사의 개념 정교화 과정
이선경* 서울대학교
The Process of Elaboration in Pre-service Science Teachers' Conceptions of Scientific Thinking
Sun-Kyung Lee* Seoul National University
Abstract:
Although the development of scientific thinking is one of the significant goals in science education in schools, there is a lack of empirical research on how science teachers conceptualize scientific thinking. This study explored how four pre-service secondary-level science teachers conceptualized scientific thinking and elaborated their conceptions through peer discussions. Results involved each pre-service teacher's conceptual spectrum of scientific thinking and showed the process of elaboration in their conceptions about three crucial issues in small-group or larger discussions. Three issues related to scientific thinking included everyday vs.scientific thinking, the relationship between science knowledge and scientific thinking, and the relationship between logical systems and evidence. Implications for pre-service science teacher education were discussed, and further research was suggested based on the results of this study.
Key words:
scientific thinking, conceptual elaboration, pre-service teacher, peer discussion*교신저자: 이선경([email protected])
**2008.09.27(접수) 2008.11.10(1심통과) 2008.11.29(2심통과) 2008.12.01(최종통과)
라는 질문에 대답하기도 쉽지 않다. 최근 개정 교육과 정은 과학적 사고력, 창의적 사고력 및 의사소통 능력 등의 함양을 위하여 교사는 학습 내용 지도와 관련하 여 적절한 시기에 과학 글쓰기와 토론을 할 수 있는 기 회를 제공해야 한다고 명시하고 있다(교육과학기술부, 2008). 과학 글쓰기와 토론을 통해 학생들은 과학과 관 련된 사회적 쟁점에 대하여 논리적이고 과학적으로 자 신의 의견을 제기하는 과정에서 통찰력과 비판적 사고 력을 기르게 된다는 것이다.
마찬가지로, 여러 교육 연구자들(예, Driver et al., 2000; Kuhn et al., 1997; 강순민, 2004)도 학생들의 과학적 사고를 향상시키기 위한 가장 효과적인 방법은 사고 연습에 관여할 기회를 자주 제공하는 것이라고 강조한다. 그러나 이처럼 과학적 사고력 신장을 위해 과학 수업에서 학생들에게 과학 글쓰기와 토론의 기회 를 자주 부여해야 한다는 점에는 이견이 있을 수 없지 만, 이 기회를 어떻게 작동시켜야 하는가에 대해서는 교사들에게 여전히 풍부한 이해를 제공하지 못한다.
즉, 교육과정이 강조하고 있는 ‘과학적 사고’ 함양을 위해 글쓰기와 토론 등의 교수전략을 단순히 제안하는 것 이상의 처방은 찾아보기 어렵다. 어떻게 해야 과학 적 사고를 기를 수 있는가에 대한 대답이 어려운 가장 큰 이유 중의 하나는 사고력을 직접적으로 가르칠 수 있는 현실적 방법이 없다는 것이다(De Bono, 1996;
강순민 재인용, 2004). 이것은 지구상의 많은 교육과정 중에 “생각하는 방법을 가르친다”라고 하지 않은 교육 과정은 없지만, 실제 그들이 생각하는 방법을 가르치고 있는지에 대해서는 회의적인 것(강순민, 2004)과 일맥 상통한다. 이에, 과학적 사고를 개념화하는 것은 현실 적으로 과학 교수-학습에서 학생들의 과학적 사고를 신장시키기 위한 내용과 방법을 조직하고 실천하는 첫 걸음이 될 것이다.
앞서 살펴보았듯이, 과학교육에서 과학적 사고의 중 요성은 명약관화해 보이지만 학생들이 경험해야 하는 과학적 사고의 의미와 기능이 명확히 규정되어 있지 않다는 문제점을 가지고 있다. 즉, 과학적 사고의 신장 이라는 과학교육의 목표와 교수-학습의 실제 사이에는 큰 간극이 존재하는 것이다. 이에, 구체적인 과학적 사 고의 실체를 교수-학습에서 어떻게 다루어야 하는지를 개념적이고 실천적으로 탐구하는 연구는 이 간극을 연 결하기 위한 다리 역할을 할 것이다. 그러한 연구의 일 환으로 과학적 사고에 대한 이론적 탐색과 더불어 수
업을 계획하고 실행하는 교사들의 인식과 개념을 조명 할 필요가 있다. 과학적 사고의 신장이라는 과학교육의 목표를 수업 현장에서 구현해 나가야 할 교사들의 인 식과 이해가 이론과 실제를 조율하는 출발점이 될 수 있기 때문이다.
이에, 본 연구는 장래 과학 교사가 되고자 하는 예 비 과학교사들이 글쓰기와 토론을 통해 과학적 사고에 대한 개념을 어떻게 정교화 하는지를 탐색하고자 한다.
구체적으로, 예비 과학교사가 지닌 ‘과학적 사고’의 개 념을 대인간 상호작용을 통해 어떤 논제에 집중하며, 그 논제를 중심으로 어떻게 서로의 의견을 정교화하고 공유하는지를 살펴보고자 한다.
이론적 배경
과학적 사고에 대한 이해의 폭을 넓히기 위해, 국내 외 문헌을 통해 일상적 사고와 과학적 사고의 본질과 특징을 살펴보고, 과학교육 연구에서 과학적 사고가 어 떻게 다루어져 왔는지 고찰하고자 한다.
1. 일상적 사고와 과학적 사고
일상적 사고는 일상 생활에서 일어나는 비형식적 사 고를 말한다. 비형식적 사고1)는 형식적 사고와 달리 엄격한 논리적 체계를 갖추지 않는다. 이와 대조적으로 과학적 사고는 실험실적 사고, 즉 논리 체계를 갖는 형 식적 영역으로 인식된다. 이처럼 그 속성이 매우 다르 게 보이는 일상적 사고와 과학적 사고의 특징을 비교 대조하면서 그 본질과 관계를 조명하고자 한다.
첫째, 일상적 사고는 그럴듯한 이해를 생성하는 것 을 목표로 하는 반면, 과학적 사고는 궁극적으로 과학 적 지식을 생성하는 것을 목표로 한다. 여기에는 진실 혹은 확실성을 추구하느냐가 그 기준이 된다. 일상적 사고에서 사람들은 세상을 이해하기 위해 진실이 추구 되기 보다는 자신과 익숙한 상황을 믿으려 하거나 피 상적이라 하더라도 그럴듯한 설명을 창출해 내려고 한 다(Kuhn, 1992; Rozenblit & Keil, 2002). 반면, 일반 적으로 과학적 사고는 의미 구성의 한 방식인 인식적 (epistemic) 사고라고 설명된다(Bruner, 1986). 인식적 사고란 진리와 지식의 근거와 본질에 대해 밝히려는 철학적 노력으로, 사실(facts), 유추(analogy), 그리고 이론(theory) 등 언어학적으로 세상을 표상화 함으로서 구성되는 지식과 이해를 의미한다(한승희, 2005).
1) 이 논문에서 비형식적 사고는 일상적 사고와 유사한 의미로 사용되었다. 따라서 일상적 사고 혹은 비형식적 사고의 용어가 문장 에서 필요에 따라 엄격하게 구분되지 않고 자유롭게 사용되었다.
둘째, 일상적 사고는 서사적, 즉 내러티브 사고라 불 리우며, 과학적 사고는 패러다임적 사고라 일컬어진다 (Bruner, 1986). 서사적 사고는 세계에 대한 우리의 경 험과 지식을 조직하거나 구성하는 자연스러운 방법으 로서 이야기를 만드는 것이다(한승희, 2005). 내러티브 는 인간 행위를 중심으로 발생하는 사건들로 구성되며, 무엇이 일어났는가를 단순히 조명하는 것이 아니라 그 것을 전체의 의미에 비추어 조정하고 해석하는 활동을 포함한다. 내러티브는 일련의 사건에 질서와 통일성을 부여하며, 그 의미를 구성할 수 있도록 해준다(김기우 와 김용재 역, 1992; 김만희 재인용, 2003). 즉, 다양한 해석 중에서 내러티브의 구성 부분을 전체에 비추어보 고, 동시에 구성 부분을 통하여 전체를 읽음으로써 이 야기에 의미를 부여하는(김만희, 2003) 해석학적 순환 (hermeneutic circle) 과정을 갖는다(한승희, 2005). 반 면, 패러다임 사고는 기본적인 진술과 관련하여 관찰 가능한 범주로 국한되며, 논리적으로 생성 가능하고, 검 증될 수 있는 일련의 가능한 세계(possible world)로 한 정된다(김만희, 2003). 즉, 패러다임 사고는 추상적이 고 탈맥락적인 사실을 납득하게 하는 논리적 주장으로 이루어진다. 이러한 사고는 객관성의 구조 틀을 토대로 일련의 형식을 갖춘 논증 절차에 따른다.
셋째, 일상적 사고는 그럴듯한 설명을 형성하는 절 차에 대해 비교적 자유로운 반면, 과학적 사고는 추론 의 엄격성을 강조한다. 일상적 혹은 비형식적 사고는 논리학적 추론이나 삼단논법 대신에 오히려 직관이나 체험을 통해 얻은 방법이 활용된다(Scribner, 1986). 따 라서 비형식적 사고의 주체 혹은 공동체가 공유하는 배경지식(일상영역 지식)이 추론에 중요한 영향을 미친 다. 사람들은 정보가 충분하면 공통된 증거를 선택하여 자신의 이론을 지지하려고 하며, 이를 논리적으로 견고 한 증거를 형성하여 가설을 검증하는 것보다 더 선호 하며(Kuhn, 1992) 추론 과정은 비교적 짧다. 반면, 과 학과 같은 형식적 영역에서는 지식의 산출 과정이 매 우 엄격하다. 과학적 사고 양식은 검증 가능성에 토대 를 두고, 객관적 형식을 갖춘 논증을 만들어내는 사고 양식이다(김만희, 2003). 즉, 입증가능성(testability) 혹 은 반증가능성(falsifiability)이 지식과 이해의 참 여부 의 잣대가 된다. 예를 들어, 과학에서 지식을 형성할 때 법칙(law), 인과성(causality), 절약(parsimony)의 역할 이 강조되고 경험적 산물은 구속되어(Wilson & Keil, 2000; Tweney, 1991), 높은 수준의 최적의 예측(optimal prediction)을 만들어낸다(Wendel, 2002). 즉, 과학적 사고는 일반적으로 원인-결과의 인과적 관계를 다루며,
강력한 이론, 치밀한 분석, 논리적 증명, 타당한 주장, 가설로부터의 경험적 발견 등의 특징적 형태이다(김만 희, 2003). 이러한 과학적 사고는 과학과 그 절차적 특 징(예컨대, 연역, 가설연역, 귀납 등)을 통해서 드러난 다고 할 수 있다.
넷째, 일상적 사고는 신념을 토대로 세상에 대한 자 신의 이해를 구하기 때문에 세상 밖에서 증거를 요구 하지 않는다(Pritchard, 2005). 왜냐하면, 그럴듯한 이 야기를 만드는 것은 이론을 거부하기 보다는 그 이야 기를 지지하는 증거를 포함하기 때문이다. 그리고 다소 일상 추론에서는 실제 증거가 없더라도 그럴듯한 설명 을 생성하는 것에 만족하는 것처럼 보인다. 증거가 부 족하더라도 현재 자기가 세운 가설(working hypothesis, 작동가설)을 구성하는 것이 더 중요하다고 사람들은 느낀다. 따라서 사람들이 관련된 확실한 증거가 없는 것에 대한 문제에 추론을 요구받으면, 그들은 그럴듯 한 이야기를 구성하는 것으로 설명을 대신한다(Kuhn, 1992). 종종, 이러한 구성은 내적으로 일관성있고 그럴 듯하다는 점에서 좋은 일상 추론을 만드는 규범에 따 라 평가받고 창출된다. 즉, 가능성으로부터 확실성까지 의 연속선상에서 자유롭게 움직이면서 상황화된 것으 로 주로 추론을 포함하고 반대 주장을 다룰 수 있다 (Brewer et al., 2000). 일관성이나 그럴듯함이 확보되 거나 주장이 일상 지식과 모순하거나 반대 주장 측에 서 와해되지 않는다면, 합당함(reasonableness)이 가정 된다(Rief & Larkin, 1991). 반대로 과학을 논리적 추 론으로 보는 관점에서는 인간의 의도적 상태와 무관한 불변의 세계와 사물 사건들의 불변성에 관련된 ‘존재 의 세계’를 구성한다. 이는 전형적이고 논리 과학적인 방식으로 형식적이고 수학적인 가설 검증을 요구하고 바깥 세계를 지향한다. 세상 밖에서 증거를 찾고 해석 하는 것을 과학적 사고의 중요한 역할로 간주한다. 과 학적 사고 혹은 과학적 사고 방식은 논리적 추론, 실험 의 역할, 증거에 의존, 비판적 사고 능력 등이다(Baram- Tsabari & Yarden, 2005). 과학적 추론이란 과학자들 이 과학적 지식을 생성하는 과정에서 사용되는 사고 과정이라고 할 수 있다. 따라서 과학자들이 이론을 결 정적인 실험에 의해 평가하고, 어떤 가설은 직접적으로 기각하고 결과적으로 이론을 형성하고 수정을 이끄는 경쟁 가설을 생성하는 모든 과정에서의 사고를 의미한 다. 일반적 의미에서 과학적 추론은 인간이 자연 현상 의 규칙성과 인과적 구조에 대해 논리적으로 생각하는 과정들의 보다 큰 집합으로 생각할 수 있다(DeLoache et al., 1998).
이처럼, 일상적 사고와 과학적 사고는 기본적인 전제 와 내용이 달라서 공유할 수 없는 것처럼 보인다. 그러 나 일상적 사고와 과학적 사고의 주체는 인간이며, 이 두 가지 사고가 서로 다른 사람들이 하는 것이 아니라 맥락에 따라서 달라진다면, 그 맥락에 상관없이 일상적 사고와 과학적 사고가 중첩되는 부분은 무엇일까?
앞서 살펴본 것처럼, 일상적 사고는 비교적 추론의 수가 짧고 명시적인 이유(warrant)가 제공되지 않아도 일반화되기 때문에 이해가 정교하지 않더라도 비교적 효율적으로 진행된다. 또한 적절한 사례가 확보되어 일 관성이나 그럴듯함이 충족되면 합당하다고 판단된다.
그럼에도 불구하고 어떤 사례가 적절한지 아니면 적절 하지 않은지를 평가하는 기준이 없는 것은 아니다. 일 반적으로, 전제로부터 결론을 연역하는 형식적 규칙을 따르기 보다는 그럴듯함의 비형식적 추론을 따른다. 따 라서, 어떤 그럴듯한 설명이 논리적으로 일관성이 있고 그 목적에 충분히 부합하면 인정되는 것이다. 또한, 일 상적 지식은 그 메카니즘이 종종 암묵적이라 하더라도 원인과 결과를 설명한다(Ahn & Kalish, 2000). 일상 에서 사람들은 사건들의 조합으로서 인과적 관계를 고 려하며 일상지식을 토대로 추론하기 때문에 그 지식은 기능적으로 이해된다. 일상적 사고가 매우 도구적인 관 점을 토대로 기능하는 반면, 과학적 사고는 인과관계의 수준을 깊게 파헤쳐 지식의 원리적 이해 수준을 요구 한다.
한편, 실제 과학 활동에서 과학적 사고의 본질에 대 한 의견은 일치되지 못하고 있다. 실제 과학자들은 증 거를 모아 가설을 형성하기도 하지만, 형식적 추론을 구속하여 경험적 결과에 대한 최적의 예측보다는 그럴 듯한 설명을 만들어내기도 하는 등의 추론 방식을 변 화시키기도 한다. 최소한 연구자들이 잠정적 가설을 탐 색하는 단계에서는 과학적 탐구와 설명이 대체로 일상 적 추론과 유사하다(Seveok & Umiker-Sebeok, 1983;
한승희, 2005 재인용). 당연히 과학 활동은 더 형식적 이어서, 단순히 일상 설명에 적용되지 않는 엄격함과 정밀한 기준을 포함한다. 즉, 과학 활동은 최적의 예측 을 하기까지의 메카니즘을 명확히 하는 것이다. 그러나 과학의 산출물이 형식적으로 표현된다 하더라도, 출발 은 주로 비형식적 추론으로 시작한다. 비형식적 추론은 목표지향적이고, 체계적이고, 실용적 근거에 대해 문제
공간에 대해 정당하다는 점에서 합리적이다(Tweney, 1991).
살펴본 것처럼, 일상적 사고와 과학적 사고는 그 영 역이나 방법이 명확히 구분되거나 배타적인 것으로 보 기 어렵다. 그 보다는 일상적 사고의 엄격한 추론방식 이 과학적 사고의 메카니즘과 연관되며, 과학적 사고의 초기 단계가 일상적 사고의 특성을 갖는다고 할 수 있 다. 일상적 사고는 그 설명이 목적에 부합하고 논리적 일관성을 갖출 때 타당성을 확보하며, 과학적 사고는 출발에 있어서 비형식적 추론의 성격을 갖는다는 점에 서, 일상적 사고와 과학적 사고는 본질적 측면에서 상 당 부분 공유하고 있다.
2. 과학교육 연구에서의 과학적 사고: 개념변화 및 탐구의 맥락
과학적 사고는 과학 지식을 생성하는 과정에서 사용 되는 사고 과정으로서 많은 논문에서 과학적 추론으로 일컬어진다. 그동안 진행되어 온 학생들의 과학적 추론 능력의 발달에 대한 연구는 크게 두 가지 접근법을 취 하고 있다(양일호, 2003). 그 중 하나는 영역 특수적 접근으로 다양한 과학의 영역에서 일어나는 현상에 대 하여 학생들이 지니고 있는 개념과 그 변화에 관한 것 이다. 다른 접근은 범주적 또는 인과적 관계에 대한 과 학적 발견과 이론의 수정 과정에 포함된 영역 일반적 추론과 문제 해결 전략에 관한 것이다. 그러나 이러한 두 접근법의 차이는 과학적 추론에서 발달적 차이를 설명할 때, 과학적 개념과 과학적 추론 능력 중 어느 것을 보다 강조하고 있는가의 차이라고 할 수 있다 (Zimmerman, 2000). 과학적 추론 능력을 통해 과학 지식이 형성되는 것이므로 일반적으로 과학교육에서는 과학적 추론능력과 과학적 지식은 분리될 수 없다. 과 학적 추론과 지식은 분리될 수 없는 것이지만 과학교 육 연구에서 강조되어 온 맥락인 개념변화 맥락과 탐 구2)의 맥락에서 과학적 사고가 어떻게 다루어졌는지 살펴보기로 하겠다.
개념변화 연구에서 과학적 사고는 학생이 자신의 개 념과 학습 과정에 대해 사고하는 ‘초인지’로서 중요하 게 간주된다. Kuhn et al.(1988)의 일반적 사고 기능에 대한 주장에 따르면 학생들의 사고와 전문 과학자의 사고가 다르다는 점을 전제로 한다(김익균과 박승재,
2) 추론 능력은 엄밀하게 말하여 탐구와 동일한 의미를 갖지는 않지만(조희형, 1992) 과학 탐구에서 과학적 사고방식은 명시적 혹은 암묵적으로 전제되어 있다. 지금까지의 과학교육 연구에서는 과학적 사고 자체를 다루기보다는 탐구의 맥락에서 과학적 사고를 함의하고 있는 것이 일반적이다. 따라서 인지심리 영역에서 주로 수행되어 온 ‘문제해결’ 영역 보다는 과학교육의 큰 주제인 ‘탐 구’의 맥락에서 과학적 사고가 어떻게 논의되고 있는지를 다루고자 한다.
1992). 학생들은 관찰이나 증거 자료의 해석에서 왜곡 하거나(Gauld, 1986; Millar, 1987), 상황에 따라 증거 보다는 자신의 생각에 더 의존해서 추론을 한다(Dawson
& Rowell, 1987; 박승재와 장병기 재인용, 1994). 과 학적 사고의 발달에 중요한 것은 이론과 증거를 분별 하는 것이고 이론과 증거의 합일과정이 의식적 통제 하에 수행되는 것이다. 따라서 학생들의 이론수정 과정 에서 자신의 이론(개념) 자체에 대한 생각과 자신의 사 고 과정에 대하여 생각하는 반성적 사고는 개념변화를 위해 매우 중요하다.
과학 개념변화 연구 맥락에서 초인지의 역할은 개념 변화가 학생 스스로의 지식 구성이라고 하는 본질적인 측면과 맞닿아 있기 때문에 매우 중요하다. 개념변화를 위한 출발점으로서 학생의 개념 표출은 수업에서의 하 나의 사건으로 취급되기 보다는 수업 주제가 되는 개 념을 발달시키는 맥락에서 효과적으로 이루어져야 한 다. 다시 말해, 수업 담화의 중심이 학생 개념이 되는 것을 의미하는데, 다양한 전략을 사용하여 학생 개념을 드러내고 학생들에게 토론을 통해 자신의 개념을 정교 화 시키도록 하는 것을 의미한다. 이 과정은 자신의 인 지에 대해 사고하는 것으로 본질적으로 초인지적이다.
초인지는 한 사람의 인지적 과정과 그 산물의 지식 과 관련이 있기 때문에(Flavell, 1976) 자신의 사고를
‘인지의 목적물’로 만들 때 초인지적이다. ‘인지적 목 적물’이라는 용어는 Kuhn et al.(1988)이 사용한 것으 로, 그들은 인간이 자신의 개념으로 사고할 뿐만 아니 라 그 개념에 대해서 사고하는 능력이 과학적 사고의 발달에 중요한 단계라고 주장했다. 개념변화 학습에서 초인지가 중요한 이유는 학생들이 학습된 개념의 지위 에 증거를 제공하여 교사가 독특하고 강력한 방식으로 학습 과정을 조정할 수 있는 유일한 수단이기 때문이 다. 학생들은 수업에서 특정 현상이나 현상 체계를 다 르게 설명할 때, 실제로 학생들은 인지적 목적물로서 그 설명을 만들어나간다. 언급하고, 그 설명들을 비교 대조하고, 주장을 하면서 하나 또는 다른 설명을 지지 하거나 반박하고, 가능한 설명 중 하나를 선택하는 것 은 모두 초인지적 활동이다(Hewson & Thorley, 1989;
Hewson et al., 1998). 여러 연구자들은 학습자가 개 념변화 과정을 경험하기 위해서는 초인지적이어야 할 필요가 있다고 주장했다(Gunston, 1994; Gunstone &
Northfield, 1992; White & Gunstone, 1989). 그리 고 초인지는 학습되고 가르쳐질 수 있다고 주장된다 (Gunstone, 1994). 과학적 사고의 발달에 중요한 초인 지는 내가 믿고 있는 것과 나에게 제시되고 있는 증거
를 구별하고, 그 둘 간의 관련성을 파악하고 증거가 얼 마나 믿을만한지를 의식적으로 통제하는 것이다.
한편, 탐구의 연구 맥락에서 과학적 사고는 논리 (logic)와 추론(reasoning)으로 강조되어왔다(Crawford, 2007). 과학적 탐구는 전통적으로 과학적 방법의 논리 적 성격에 초점을 맞추어 왔으며(오필석, 2007), 귀납 법, 연역법, 가설연역법 등이 탐구의 본질로 여겨졌다.
그러나 최근 탐구는 추론법 혹은 과정 기능을 넘어서 이해되며, 과학적 지식과 과학적 사고를 유기적으로 추 구해야 하는 것을 의미한다. Khun(1962)의 주장에 따 르면, 형식적 추론이 과학의 발견에 공헌한다 하더라도 그것이 유일한 과정은 아니다. 과학의 결과가 형식적 추론과 논리에만 존재한다고 하더라도, 그 근원은 비형 식적 추론을 통해 형성된다는 것(Sadler 2004; Tweney, 1991)에 주목할 필요가 있다.
Peirce는 과학적 연구를 할 때, 가설적 추론 연역 적 추론 귀납적 추론이라는 세 가지 추론 형태가 특 정한 순서에 따라 이루어져야 한다고 제안한다(한승희, 2005). 예컨대, 관찰을 통해 하나의 가능한 설명이나 가설을 도출하고 그 다음에 이러한 추론으로부터 아직 관찰되지 않은 어떤 사실을 도출하고 마지막에 도출된 사실들을 여러 번 검증한 후 최초의 관찰과 관련시켜 일반화를 도출해야 한다는 것이다(Seveok & Umiker- Sebeok, 1983). 다시 말해, 과학적 사고 과정에서 가설 이 형성되는 초기 단계에서는 비형식적 사고가 중요한 기능을 한다는 것이다. 결론적으로 일상적 사고는 과학 적 사고를 포괄하는 것으로 이해할 수 있으며 과학적 사고는 일상적 사고에서 더 나아가 지식을 보다 깊은 수준에서 논리적이고 원리적으로 구성하는 과정에 작 용한다고 볼 수 있다.
이처럼 과학 탐구의 본질적 측면인 과학적 사고를 과정 기능 혹은 논리적 성격으로 이해하기도 하였으나, 현재 과학교육 연구자들은 과학 지식과 사고를 통합하 는 관점인 탐구 내에서 과학적 사고를 본다. 과학적 지 식과 과학적 사고는 교육에서 서로 뗄 수 없는 목표들 이어서 항상 협력적으로 추구되어야 하며, 이것은 추론 혹은 과정 기능이 아니라 탐구를 통해 이루어져야 하 기 때문이다(Lehrer & Schauble, 2006). 즉, 과학 활 동의 본질은 지식을 구성하는 과정에서 작동되는 과학 적 사고의 형식과 내용에 있다(이선경, 2006).
과학을 사회적 활동의 구성물로 보는 관점에서는 과 학적 사고방식이 논리적 관계에 따라 참과 거짓이 결정 되는 형식적 추론보다는 논증(argument)의 역할에 그 중요성을 둔다(Driver et al., 2000; Kuhn, 1993). 과
학자의 새로운 생각과 주장이 과학지식으로 수용되는 과정에는 실험기구를 조작하고 실험을 수행하는 실제 적 활동만큼, 실험계획 혹은 결과를 해석해내고 그 해 석을 다른 과학자들에게 설득하고 공동체의 합의를 이 끌어내기 위해 학회에서 발표하거 저널에 글을 쓰는 행위인 논증활동이 그 중심에 있기 때문이다(Driver et al., 2000; 이선경, 2006).
논증은 전제에서 결론을 어떻게 추론하는가에 대한 탈맥락적인 논리가 아니라 특정 공동체 내에 협의된 사회적 행동으로서 다른 사람에게 이야기하기 위해 사 용되고 다른 사람에게 그 사례의 강함을 설득하는 것 을 의미한다. 논증의 목표는 설득의 가능한 메카니즘을 사용하는 사회적, 지적, 언어적 활동으로 청중 설득을 위한 합리적 해결에 있으며, 그 과정은 ‘판단을 구성 (constructing a reckoning)’하는 것에 둔다. 이때의 사 고는 전제와 결론을 연관시키는 추상적 구조를 세우는 창조적 과정으로, 상황화되지만 보편성은 갖는다. 즉, 논 증에서는 인지적 과정 뿐 아니라 논증이 수행되는 사 회적 문화적 체제가 고려된다. Toulmin(1958)은 전통 적인 형식 논리에 대한 비판적 관점을 취하고 학문적 영역 뿐만 아니라 일상의 실제에서 적용할 수 있는 비 형식적 사고의 틀, 즉 논증구조를 제안하였다. 이 논증 구조의 주요 요소는 주장(claim)과 근거(data, ground), 그리고 주장과 근거를 연결하는 이유(warrant)와 이유 를 뒷받침하는 보장(backing)으로 구성된다. 이러한 논 증활동은 과학교육 연구에서 과학적 사고의 핵심으로 다루어지고 있다(이선경, 2006).
살펴본 것처럼, 과학교육 연구에서 과학적 사고는 크게 개념변화 맥락에서 개념에 대한 초인지로서, 혹은 탐구 활동 속에 포함된 사고 과정 혹은 논증활동으로 서 다루어져 왔다는 것을 알 수 있다. 모든 사고 활동 은 개인의 지식 표상을 바탕으로 일어나고, 과학적 탐 구의 대상이자 출발점이 되는 지식 표상과 그 표상에 있어서의 변화를 매개하는 인지과정은 모두 과학적 사 고의 필수적인 구성 요소이다. 따라서 과학적 탐구를 개념 지식의 변화 또는 사고 과정의 변화 중 어느 하나 로만 보기보다는, 문제의 생성부터 결론의 생성까지의 과학적 탐구의 전 과정에 관여하는 개념적, 절차적 지 식과 기술을 모두 지칭하는 것이 더 타당하다. 그 과정 에서 과학적 사고는 특정 절차나 방법을 나타내기보다 는 과학 학습을 스스로 정당화하는 합당한 사고방식으 로서 형식적인 것과 비형식적인 것을 모두 포괄한다고 할 수 있다.
연구 방법
1. 연구참여 학생
이 논문은 한 대학의 자연대학 학생들이 교직 이수 를 위해 전공필수 교과목으로 수강하는 한 강의에서 수집한 자료의 분석과 해석을 다룬다. 따라서 이 연구 에 참여한 예비교사는 자연대학에서 교직 이수 교과목 인 ‘공통과학 교과교육론’을 수강하는 3학년 학생들 4 명이다. 자료 수집 당시, 이 강좌에는 총 11명의 학생 들이 수강하였고 소집단 토론 시 2개 집단이 형성되었 으나 그 중에서 참여자의 변동이 없었던 1개 소집단이 연구에 참여하였다. 연구참여 학생의 전공은 화학 2명, 생물 2명으로, 이 학생들은 개별과제와 소집단 토론 및 전체 토론에 모두 참여하였다. 연구 당시, 연구참여 학 생들은 교과교육과 관련된 강좌를 이번에 처음 수강하 고 있었다. 학생들은 각 전공의 교과교육론을 수강하면 서 동시에 공통과학 교과를 부전공으로 취득하기 위하 여 이 강좌를 수강하고 있었다.
연구참여 학생들은 토론 내용을 녹취하는 것에 모두 동의하였고, 개인 정보가 노출되지 않고 연구 자료로 사용될 수 있는 가능성에 대해서도 흔쾌히 허락하였다.
논문이 작성된 후, 연구자는 연구 결과를 강의자와 수 강생이 활용하는 웹공간에 탑재하여 학생들이 읽어보 도록 하였으며, 자신의 이야기가 연구의 결과로 사용되 는 것에 대해 동의를 얻었다.
2. 자료 수집 및 분석
자료 수집은 한 대학의 교과교육론 강의의 일부로 구 성된 ‘과학적 사고란 무엇인가?’ 라는 주제로 수행된 3 회의 수업 시간을 통해 이루어졌다. 구체적으로 연구참 여 학생들의 개별 과제, 소집단 토론 및 토론 결과 자 료, 그리고 전체 토론의 다양한 출처로 자료가 수집되 었다.
1회의 수업에서는 과학교육의 목표에 대해 학생들의 생각을 표현하는 과정에서 초점은 ‘과학적 사고의 신 장’으로 모아졌다. 이에 강의를 진행하고 있던 연구자 는 학생들에게 ‘과학적 사고가 무엇이라고 생각하느냐’
는 질문을 하였고, 그에 따라 학생들은 과학적 사고에 대한 자신의 의견을 피력했다. 학생들의 이야기는 활발 하게 진행되었고, 그 과정에서 연구자는 사범대가 아닌 자연계 학생들이라서 교과 교육에서 다루는 어휘에 많 이 노출되지 않았던 학생들의 이야기에 귀를 기울이게 되었다. 그 수업이 진행되면서 강의자는 학생들의 이야
기로부터 과학적 사고를 정의해보고 교수 실행과 연관 시켜보고자 하는 목표를 갖게 되었고, 따라서 학생들의 발표에 강의자의 의견을 덧붙이거나 개입하지 않았다.
첫 수업이 끝난 후, 연구자는 과학적 사고가 무엇이며 수업에서 어떻게 다루어지는지에 관한 에세이 형식의 개별 과제를 부여했다. 2회의 수업에서는 연구참여 학 생 각자가 작성한 개별 과제를 토대로 소집단 토론을 통해 서로의 개념에 대해 주장하고 반론하고 정교화 하는 등의 논의의 과정을 거쳤다. 이 수업이 끝난 후에 연구참여 학생들은 소집단 토론 결과를 정리하는 것을 과제로 제출하였다. 3회의 수업에서는 소집단 결과를 전체 학생들 앞에서 발표하고 다른 집단 학생들의 질 의에 응답하는 전체 토론을 하였다.
소집단 및 전체 토론 과정에서도 학생들이 집중하게 된 논제와 그 논제에 대한 자신의 생각을 피력하는 과 정에는 강의자의 개입은 진행과 관련된 것에만 제한하 여 최소한으로 이루어졌다는 것을 밝힌다. 강의자는 학 생들이 소집단 토론을 할 때 중간 중간에 내용이 어떻 게 전개되는지를 확인하는데 그쳤을 뿐 특정 내용에 대한 발언을 요구하지 않았다. 즉, 강의자는 토론 방향 이나 학생의 특정 의견을 강요하지 않았고 가능한 한 내용에 대한 개입을 하지 않았다. 또한 학생들이 발표 와 전체 토론을 할 때, 강의자는 진행을 하며 학생들에 게 발언권을 주는 역할을 하였으나 토론 내용의 질 (quality)에 대한 평가를 하지 않았다. 이에 일부 학생 은 한 학기 강의가 끝난 후 강의자와 짧은 개별 면담에 서 ‘과학적 사고’에 관한 학생들의 토론이 잘 된 것인 지를 평가해달라고 요청하기도 했다.
학생들은 토론에 익숙하지 않았지만, 주제를 형성하 고 토론에 흥미를 갖고 매우 자연스럽게 참여하였다.
토론 주제의 형성 및 진행, 그리고 연구참여 학생들 등 은 이 연구의 맥락을 형성하였다. 학생들의 상호주관성 의 형성에 따라 특정한 논제를 발전시켰던 반면 다루 지 못했던 논제도 있었다. 즉, 학생들이 토론에서 어떤 논제에 집중하고 얼마나 깊이 있게 논의하였는가, 또 어떤 논제는 논의하지 못하였는가는 이 연구의 맥락이 갖는 강점이자 한계이다.
소집단 토론과 전체 토론 내용을 모두 녹취 및 전사 되었다. 수집된 자료에서 드러난 연구참여 학생의 견해 는 초기엔 개인적인 것으로 나타났으나 토론이 진행될 수록 타인의 말을 빌어 자신의 이야기를 형성하거나 일부 의견을 공유하는 등의 상호주관성이 커졌다. 따라 서 과학적 사고에 대한 개인적 개념(인식, 관점)은 초 기 자료로부터 추출하여 구성하였다. 연구참여 학생이
지닌 과학적 사고에 대한 인식과 관점을 전문적 식견 으로 간주하기 보다는 일상으로부터 개인/사회적으로 형성되고 규범화된 인식과 관점으로 간주하였다. 소집 단 및 전체 토론 내용의 분석은 연구자가 전사 자료를 수차례 꼼꼼히 읽고 전체 맥락에서 해석하는 과정을 순환적으로 반복하였고, 자연스럽게 연구참여 학생들 이 집중한 논제들을 발견할 수 있었다. 따라서 연구 결 과는 우선 연구참여 학생들의 초기 개념에서 출발하여, 토론을 통해 떠오른 몇 가지 논제를 중심으로 기술되 었고, 그 논제에서 학생들 간에 의견이 어떻게 흘러가 면서 집단적으로 이해가 어떻게 구성되는지의 흐름에 따라 작성되었다.
연구 결과 및 논의
본 연구 결과는 시간의 흐름에 따라 개인별, 집단별 논의를 통해 연구참여 학생의 ‘과학적 사고’ 및 ‘과학 수업에서 과학적 사고를 구현’하는 것에 대한 개념이 어떻게 정교화되고 공유되는지를 기술하고자 한다. 첫 번째로, 연구 초기에 연구참여 학생들이 보여준 ‘과학 적 사고’에 대한 개인적 개념에 대해 살펴보고자 한다.
두 번째로, 소그룹 및 종합 토론을 통해 떠오른 몇 가 지 이슈들에 대해 연구참여 학생들이 어떻게 상호작용 하고 공동 개념으로 형성해 가는지 그 과정을 살펴보 고자 한다. 마지막으로, 앞의 두 결과를 토대로 연구참 여 학생별 개념의 정교화를 기술하고자 한다.
1. ‘과학적 사고’에 대한 개인적 개념의 스펙트럼 연구 초기에 각 연구참여 학생들이 지닌 ‘과학적 사 고’에 대한 개념은 다양한 영역의 스펙트럼을 갖는 것 으로 분석되었다. 스펙트럼을 구성하는 연구참여 학생 의 ‘과학적 사고’에 대한 개념을 드러내주기 위하여 주 요 용어를 중심으로 살펴보고자 한다.
1) B의 개념 스펙트럼
B는 과학적 사고를 정의하라는 첫 과제에서 “과학 적 사고란 과학교육을 통하여 배운 과학 수업내용을 그저 학교에서만, 또는 시험에서만 국한하여 활용하는 것이 아닌 실질적인 우리의 일상생활과 알고 있는 과 학적 지식을 연관하여 자연스레 스스로 생각해 볼 수 있고, 그것을 이용하여 생활에 활용할 줄 아는 것에까 지 미치는 것”이라고 정의내리고 있다. B에게 있어 과 학적 사고는 “수업시간에 배운 과학적 지식을 자연스 레 우리가 생활 하는 일상생활에서 다시 한 번 떠올릴
수 있고”, “이것이 정확한 정답이 아니라고 할지라도 생각해보고, 적용할 수 있는 것까지 이루어 졌을 때”
과학적 사고를 하고 있는 것으로 생각하는 것이다. 이 처럼, 과학적 사고를 구성하는 B의 개인적 개념은 “과 학 지식을 연계”하고 “스스로 생각”하여 “생활에 활 용”하는 내용(요소)을 포함한다.
B는 과학적 사고를 잘 보여주는 요소나 특징을 강 조하면서 동시에 과학적 사고와 관련되지 않는 요소나 특징을 명시해주고 있다. B에게 있어서, “과학 지식”이 있다거나 “과학수업에서 배웠”다거나 “실험”을 했다는 것이 “과학적 사고”와 자연스럽게 연결되는 것은 아니 다. B에게 있어 과학적 사고는 “과학수업을 통하여 배 운 과학적 지식을 학교 수업이나 시험을 볼 때만 배운 것 그대로, 외운 것 그대로가 아닌” 것이다. 반대로, 과 학적 지식을 “일생생활에서 그 당시의 상황을 통해서 과학적 지식을 이끌어내고 접목하여 생각할 수 있으며, 또한 그렇게 행할 수 있는 것”으로 강조하면서, “당시 의 상황과 과학적 지식이 적합한 정답이 아니라고 해서 과학적 사고가 아니라는 것은 아니다”라고 강조한다.
‘과학적 사고’에 대한 B의 개념 스펙트럼은 그림 1 과 같다. 과학적 사고와 관련된 측면으로 ‘생활에 활 용’, ‘스스로 생각’, ‘일상과 과학지식 연계’를 볼 수 있 었다. 반면, 과학적 사고와 관련이 없는 측면으로 ‘과 학지식’, ‘과학수업내용’, ‘실험’이 부각되었다. 여기서 관련이 없다는 의미는 ‘과학지식이 있다’고 해서 혹은
‘실험을 한다’고 해서 과학적 사고가 작동하는 것은 아 니라는 논리에 의한 것이다.
2) J의 개념 스펙트럼
J는 “과학적 사고라는 것은 상황, 상황에 따라 해결 방안을 모색하거나 그 결과를 예측 할 때 최선의 방법 이나 가장 효율적인 방법을 사고하는 것을 과학적 지 식에 연계하여 혹은 과학적 지식을 응용하여 방안을 모 색하거나 결과를 예측하는 사고방식”이라고 정의한다.
구체적으로 J는 과학적 사고라는 것이 “실생활에 여러 일들에 대해서 과학적인 부분을 가지고 해결하거나 적
1 ‘ ’ B
2 ‘ ’ J
용하는 것”이라는 점에서 상황과 연관되고 해결방안을 모색하는 것과 관련이 있다고 본다. 또한, “왜? 라는 질 문을 함으로써 그 원인이나 근본 원리를 알아가는 능 력”이라고 말함으로써 과학적 사고가 문제해결과 관련 이 있다고 강조한다. 또한 “과학적 지식을 습득하고 그 습득한 것을 활용하는 것”이라는 J의 표현은 과학적 사고가 과학 지식을 연계하고 응용하는 것과 관련이 있음을 보여준다. 반면, J는 하나의 답변을 추구하는 고정적 사고는 과학 교실에서 많이 찾아볼 수 있는데,
“충분히 사고를 할 수 있는 시간이 주어져야 좋은 과 학적 사고”를 할 수 있기 때문에 “집중하지 못하거나 관심을 갖지 못하면... 암기하는데 급급하여” 사고가 고 정되기 쉽다고 하였다.
살펴본 내용을 바탕으로 정리하면, J의 ‘과학적 사 고’ 개념 스펙트럼에서 관련된 측면으로 ‘상황’, ‘최선 의 방법(효율)’, ‘해결방안’, ‘과학지식 연계 및 응용’을 들 수 있으며, 관련 없는 측면으로 ‘하나의 답변을 추 구하는 고정적 사고’가 부각되었다(그림 2).
3) Y의 개념 스펙트럼
Y의 과학적 사고는 “사물이나 현상에 대해 문제를 가지고 그것들을 해결해 나가는 논리적 사고”를 의미 하며, “문제해결의 중핵”을 이루는 것으로 나타났다. Y 가 지닌 ‘과학적 사고’ 개념은 “과학적 문제해결의 과 정 사이에서 나타나는 것”이다. 이처럼 Y는 과학적 사 고의 전제를 과학적 문제해결에 두기 때문에, 다른 연 구참여 학생들에 비하여 과학적 사고 과정은 보다 엄 격하게 규정되었다. Y가 지닌 과학적 사고의 일면은
“사물과 현상을 비교 분석하거나 자신이 지금까지 가 지고 있던 생각 즉 사고를 문제해결의 방법으로 적용 함으로써 사고의 특징이나 반응을 파악하는 것”이다.
즉, 과학적 사고와 연관된 것으로 ‘비교분석’, ‘문제해 결’ 등의 용어가 자리하고 있었다. 또한, “사실로부터 얻은 정보를 기초로 문제의 윤곽이 확실해지고 그것에 대한 예상이나 검증방법을 고안해낸다. 마지막으로 실 험에 의하여 사상에 대한 원인과 결과가 명확하게 이
3 ‘ ’ Y
루어지는 것”으로 조작적 정의를 내리고 있다. 이때,
‘사실을 근거로 문제를 분명히 하고, 실험과 검증을 통 해 문제를 해결하는 것’은 앞서 기술한 “논리적 사고”
를 의미한다. 이처럼 Y의 과학적 사고 개념에는 ‘사 실’, ‘실험’, ‘검증’ 등의 용어가 자리 잡고 있다. 반면, Y는 “교사가 학생들이 생각하기 전에 먼저 답을 말해 버리는” 경우와 같이 “정답”을 그대로 제시해 주는 것 은 과학적 사고를 저해하는 것이라고 하였다.
정리하면, Y의 과학적 사고 개념 스펙트럼에서 연관 된 측면에는 ‘문제해결’, ‘논리적 사고’, ‘검증방법’,
‘비교 분석’이 부각되었으며, 관련이 없는 측면에는
‘정답 추구’가 나타났다(그림 3).
4) Z의 개념 스펙트럼
Z의 과학적 사고는 “예상치 못한 상황에서 필요한 지식을 구하고, 여러 요소들을 고려해서 나름대로의 해 결책을 마련하는 능력”으로 정의된다. Z는 과학적 사 고에 필요한 것으로 태도 및 흥미를 들고 있다. 우선,
“과학적 태도, 즉 과학을 재미있어 하는 태도로부터 과 학적 사고가 시작된”다고 생각한다. Z는 과학적 사고 는 “한 현상에 대해 탐구하고 의문을 가져 기존의 과 학이론을 적용해보거나 새로운 연구를 해보는 것”이라 고도 생각한다. 이는 과학자처럼 사고하고 행동하는 것 이라는 의미를 포함한다. 이때, 과학적 사고의 핵심은
“과학지식을 상황에 맞게 재구성할 수 있는냐 하는 것”
으로서 “하나의 답변이라는 고정적 사고가 아니라 다 양한 해결책 중에서 가장 나은 방법을 파악하는 것”이 다. 그 이유는 “사람마다 과학지식의 형성과정이라든 가, 가치관이 다 다르기 때문에 과학지식을 재구성하는 과정 또한 매우 다양”할 것이기 때문이다. 이 생각에는 사고의 중심에 사람을 두고 있으며, 과학적 사고는 매 우 개인적이라는 가정이 암묵적으로 깔려있다.
Z의 과학적 사고 개념 스펙트럼에서 연관된 측면에 는 ‘다양하지만, 가장 좋은 해결책’, ‘문제해결’, ‘탐구’,
‘상황에 맞게 지식 재구성’, ‘태도, 흥미’가 부각되었으
4 ‘ ’ Z
며, 관련이 없는 측면에는 ‘고정적 사고’와 ‘과학 지식’
이 드러났다(그림 4). Z는 과학적 사고는 과학지식과 동일하지 않은데, 그 이유로 “과학지식을 많이 가지고 있으면 과학적 사고 능력을 갖게 되는 것”이 아니라
“과학지식을 알아도 곧바로 문제해결에 적용하지 못하 였다. 이것을 보면 과학지식을 많이 가지고 있다고 해 서 과학적 사고를 하는 것은 아님”을 제시하고 있다.
2. 토론을 통한 ‘과학적 사고’ 개념의 정교화 앞 절에서 살펴보았듯이, 연구참여 학생들은 초기 개 별 과제를 통해 ‘과학적 사고’에 대한 자신의 개인적 개 념을 드러냈다. 이후, 소집단 토론에서는 이 개인적 개 념을 서로 펼쳐 보임으로써 상호간의 의견을 교환하였 고, 그 결과를 정리하여 전체 토론에서 발표하고 다른 집단과 상호작용하여 논의를 개진하는 과정을 거쳤다.
이 과정에서 중요하게 부각된 논제는 세 가지로 집약 된다. 각 논제에 대해 소집단 및 전체 토론 과정과 그 과정에서 ‘과학적 사고’에 대한 개념이 정교화되고 공 유되는 과정을 미시적으로 살펴보고자 한다.
1) 논제 1. 일상적 대 과학적 사고
과학적 사고에 대해 토론하기 시작했을 때 가장 불 거져 나온 논제가 일상적 사고와 과학적 사고의 차이 점에 관한 것이었다. 이 논제는 토론 초반에 B가 과학 적 사고를 “한번 더 생각하는 것 그 자체”라고 정의를 내린 것을 듣고, J의 “단지 한번 더 생각하는 것이 과 학적 사고인가요?”이라는 의문과 Z가 “과학적 사고라 는 게 그렇게 한다면 그건 사고, 일반적 사고라고 할 수도 있잖아요”라고 의문을 제기한 데서 출발한다. 이 토론에서는 ‘한번 더 생각’하는 것이 어떤 의미인지를 B가 정교화해 나가는 과정과 J와 Z의 반론과 새로운 의견의 제시를 통해 상호간의 개념을 조율해 나가는 과정을 포함한다(그림 5 참조3)).
3) 그림 5, 6, 7에서 화살표는 시간의 흐름을 나타낸다. 화살표를 기준으로 오른쪽 혹은 왼쪽의 공간에는 서로 유사한 의견을 모아
우선, ‘한번 더 생각’하는 것이 과학적 사고라는 B 의 발언에 대해, J는 “약속 시간이 맘에 안 들어서 다 시 생각해 보는 것은 과학적 사고가 아니다”라는 반례 를 제시하면서 ‘한번 더’의 개념에 도전한다. Z와 J는
“논리적 체계”가 과학적 사고를 표현하는 것으로 더 적절하다고 제안한다. 또한, 이에, B는 ‘한번 더 라는 개념은... 선생님이 수업에서 제공하는 지식을 그대로 받아들이는 게 아니라 한번 생각해 보는 것’이라고 주 장하면서 자신의 개념을 보다 정교화한다. 그럼에도 불 구하고, Z는 “약간 부족한 것 같아요... 거기서 그치기 에는..”라고 하면서 ‘논리적으로 주장을 뒷받침하는 것’
이 되어야 함을 분명히 한다.
( 1, )
17 Z: ,
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이처럼 과학적 사고를 개념화하기 위해 토론하는 과 정에서 위 발췌문의 Z의 견해는 B와 J에게 모두 설득 력 있게 작용한다. 이 발언 후에, B는 “제가 말한 게 과학적 지식을 바탕으로 한다는 게 논리적(이라는) 그 걸 이야기하는 거에요”라고 덧붙인다. 또한, J는 “한번 더 생각하는 것에서 더 나아가서 그거에 대한 증거를 대고 스스로가..”라는 발언으로 증거 기반의 사고가 이 루어져야 함을 말하여 과학적 사고를 ‘한번 더 생각’하 는 것과 차별화시켰으며, 마지막으로 Z는 ‘타당화 방 안’을 찾는 것을 기준으로 일상적 사고와 과학적 사고 의 차이점을 재차 확인했다(발췌문 2).
( 2, )
19 Z:
...
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살펴보았듯이, 학생들은 토론에서 일상적 사고와 과 학적 사고를 구분하고자 하였다. 그들은 과학적 사고를 논리나 증거 등에 엄격하게 얽매이지 않는 일상적 사 고와 구분함으로써, 과학적 사고의 개념을 ‘증거를 토 대로 타당성을 추구하는 것’으로 정교화하였다.
5
2) 논제 2. 과학 지식과 과학적 사고의 관계 과학 지식과 과학적 사고의 관계에 대한 논제는 소 집단 토론 과정에서 자연스럽게 논의의 중심으로 떠올 랐다. 앞 절에서 살펴보았듯이, 네 명의 토론 참여자들 중에서 Y를 제외하고 과학적 사고를 정의하는데 있어 서 과학 지식을 언급했다. 구체적으로, 개인적으로 내 린 ‘과학적 사고’의 정의에는 ‘일상과 지식의 연계’(B),
‘과학 지식 연계, 응용’(J), ‘상황에 맞게 지식 재구성’
(Z)이라는 표현을 사용하여 지식과 과학적 사고의 관 련성을 나타냈다. 그와 동시에, B와 Z는 과학지식과 과학적 사고가 단순히 정적 상관관계를 갖지 않는다는 점을 분명히 함으로써 둘의 관계를 보다 명확히 했다.
이런 개인적 개념은 소집단 토론에서 상호 교환되면서 과학지식과 과학적 사고의 관계를 규명하는 것이 중요 한 논제로 부각되었다.
우선, 논제 1의 토론 과정에서 J는 과학적 사고를 고려하는 데 있어서 과학 지식이 어떻게 자리 잡고 있 는가에 대하여 언급한 바 있다(발췌문 3). 그러나 그의 발언은 토론의 수면 위로 떠오르지 못하였다.
( 3, )
9 J:
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배치하였으며, 공유된 의견의 흐름은 중간에 음영을 넣은 박스로 표시하였다.
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앞서 활발하게 논의되었던 ‘일상적 대 과학적 사고’
에 대해 어느 정도 정리가 되었을 즈음에, J는 다시 한 번 과학 지식과 과학적 사고에 대한 자신의 견해를 제 시하였다(발췌문 4).
( 4, )
23 J:
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이러한 J의 발언은 과학 지식과 사고의 관계에 초점 이 있었고, 다른 토론 참여자들은 과학적 사고의 특징 이 ‘자기만의 타당한 주장’(Y), ‘논리적’(Z)인 것에 초 점을 두고 논의가 진행되었다. 이에, J는 ‘논리적’라는 개념을 분명하게 하자고 하면서, 일상의 예를 들어 ‘논 리 없이 아는 것과 행동하는 것’ 사이에 과학적 사고가 존재하는지에 대해 다음과 같이 의문을 제시하였다(발 췌문 5).
( 5, )
31 J: .
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위의 발췌문에 이어 B와 Y는 “그건 아니라고 생각 해요”라는 단호한 반응을 보였다. 그들의 주장에 따르 면 과학적 사고는 단순히 지식을 사용하는 것이 아니 며, 추론의 과정이 포함되어야 한다는 것이다(33). B와 Y의 설명에 더하여 Y는 ‘지식의 습득이 과학적 사고
가 아니다’는 것을 판단해야 하는 것의 중요성을 부각 시켰다(36). 이어진 Z의 ‘지식을 문제해결에 적용하지 못하면 과학적 사고가 아니다’라는 주장(37)은 B, Y, J 의 의견에 동의하는 동시에 확장하는 기능을 하였다.
논의의 흐름에서 B, Y, Z의 설명은 J의 주장의 근거로 사용되었고, J는 최종적으로 과학적 사고는 “단순한 지 식 파편들이 아니라 연계하거나 응용해서 실생활에 적 용하고 하나의 체계들을 나 자신만의 체계들을 만들어 가는 것”이라고 정리하게 되었다.
( 6, )
32 B, Y: .
33 Y:
. 34 J:
?
35 Y: .
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36 J:
. . 37 Z:
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38 J:
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6
이 논제에 대해 소집단 토론에서 토론 참여자들은
‘선개념이 도출된다 해도 그 과정은 과학적 사고 과정 일 수 있다’와 ‘단순 지식의 습득은 과학적 사고가 아 니다’라는 명제를 도출해내었다. 일주일 후에, 전체 토 론 시간에서 이 내용을 발표하였고 다른 조 학생의 질 문, “오개념이나 선입견 자체도 과학적 사고라고 했는 데, 과학적 사고는 맞는데, 그걸 계속 가지고 사고를 한다면 오류가 나지 않을까요? 그걸 자체를 과학적 사 고라고 할 수 있을지”이 제기되었다. 이 질문에 대해서 연구참여 학생들은 소집단 토론에서 이야기했던 것처 럼 “오개념이 포함된다 했지만, 그걸 계속 가지고 그걸 끝까지 생각한다는 게 아니라”(Y: 63), “오개념이 도출 되었어도 그 오개념이 도출되는 그 과정 가운데”(J:
64) 과학적 사고가 있는 것이라고 답변하였다. 이와 관 련된 발췌문은 아래와 같다.
( 7: )
63 Y: ,
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64 J: .
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.
위의 발췌문에서 밑줄 친 부분은 소집단 토론에서도 참여자들이 자신의 주장을 할 때 부분적으로 언급되었 던 내용이다. 아래 발췌문에서 볼 수 있듯이, 과학적 사고를 과학 지식과 연관하여 설명할 때 전제로서 학 생 지식의 사용이 “적절하지 않더라도”(B: 2), “잘못된 거지만”(J: 9), “잘못된 결론을 도출해도” 등(J: 23; 24;
39)을 표현하고 있다. 이들 발언을 요약하면, 과학적 사고가 ‘개인적이고 주관적’이기 때문에 ‘오류가 있을 수’ 있다는 것이다.
( 8, )
2 B: ,
, . 9 J:
. 23 J:
.
24 Y: ..
.
. .
39 Y:
.
연구참여 학생들은 과학적 사고가 “과정”에 관한 개 념이기 때문에, “과학적 사고는 과정에 관한 개념이므 로 결론이 옳은지 틀린지와는 무관하다”라는 주장에 모두 동의하는 듯 보였다. 전체 토론에서 다른 소집단 에 속한 학생이 이 내용을 다시 한번 제기하였고, 그 내용이 재론되면서 연구참여 학생들의 개념은 정교화 과정을 거치게 된다. 다음의 논제 3은 이와 관련된 토 론 내용을 다루게 된다.
3) 논제 3. 논리적 체계와 증거의 관계
논제 1에서 살펴본 것처럼, 소집단 토론에서 연구참 여 학생들은 과학적 사고가 논리적 체계를 갖추어 주 장을 해야 한다고 밝힌 바 있다. 그러나 ‘논리적 체계’
에 관해서는 Z는 의문-가설-증거로 이루어지는 “체계 적”(29) 속성을 언급했을 뿐 더 이상의 논의는 이루어 지지 않았으나, 전체 토론에서 다른 조 학생의 문제제 기에 의해 논의의 수면으로 떠올랐다.
( 9, )
29 Z:
. .
.
전체 토론에서 연구참여 학생이 속한 소집단이 아닌 다른 집단의 발표 내용에 대한 질의응답 시간에 “증거
없이 논리적일 수 있는가?”라는 질문이 제기되면서 “논 리”에서의 “증거”가 어떤 역할을 하는지가 집중 조명 되었다. 연구참여 학생들은 대부분 “논리”는 “증거”를 토대로 이루어져야 한다고 하였다(4: J). 또한 증거는
“논리적으로 추론할 수 있을 만한 밑바탕”(7: J)이거나
“근거”(8: Z)라고 덧붙여졌다.
( 10, )
4 Z: ?
. 5 Y:
... ...
.
7 J: [ ] ,
, .
8 Z:
9 J:
?
위 발췌문에서 살펴본 것처럼, 논리 체계를 갖는 것 이 증거를 토대로 함을 의미한다고 하는 내용이 소집 단 토론에서 부각되지 않았으나 전체 토론에서 조명된 것이다. 이처럼 토론이 전개된 상황을 통해 연구참여 학생들은 자신들이 사용했던 “논리적 체계” 개념을 더 정교화 했다고 볼 수 있다.
전체 토론에서 연구참여 학생이 속한 소집단 발표가 있었고, 그들의 중요한 주장 중의 하나는 과학적 사고 의 “과정”적 속성에 관한 것이었다. 논제 2에서 조명하 였듯이, 과학적 사고가 “과정”에 초점을 두고 있기 때 문에 “결과”가 “옳음” 혹은 “그름”에 대해 판단을 할 수 없다는 것이 본 연구참여 학생들의 합의된 주장이 었다. 전체 토론에서 Z가 소집단 토론 결과를 발표하 면서 이 내용을 언급하자, 다른 소집단의 학생 한 명이 다음과 같이 문제제기를 하였다.
( 11, )
62 ,
. ,
?
위의 질문에 대해 토론 참여자들은 앞에서 언급되었 던 “오개념”이 “과학적 사고”의 과정에서 태어날 수 있는 것이므로 개념의 “옳음” 혹은 “그름”을 판단할 수 없는 것다고 반복하여 반론하였다. 잠시 정적이 흘 렀고, 소집단 토론에서 논리적 체계가 과학적 사고의 선이라고 발언했던 Z(논제 1, 발췌문 1)가 사고 과정을 논리적 체계라고 설명하면서, 증거를 토대로 한다는 것 을 아래와 같이 강조하였다.
( 12, )
70 Z: .
, , 1,
,
. , .
.
, ,
. , .
72 J: .
, ..
74 ( ): .
75 Z: , , .
논제 2와 3을 통해 학생들은 과학적 사고가 과학 지 식 자체가 아니라 과학 지식을 형성하는 과정과 관계
7
가 있는 것이고, 교수학습 과정에서 스스로를 납득시키 거나 타인을 납득시킬 때 합당한 증거를 토대로 주장 이 이루어지는 것이라고 정교화하고 공유하였다. 이 정 교화 과정에서는 여전히 과학적 사고가 그 결과로 형 성된 옳은 개념 혹은 오개념과는 무관하다는 결론이 내려지고 있었다.
앞 절에서 살펴보았듯이, 연구참여 학생들이 초기에 지녔던 ‘과학적 사고’에 대한 개념은 넓은 스펙트럼을 보여주었다. 이것은 강의자가 특정한 관점과 기준을 주 지 않고 학생들의 개념을 개방적으로 살펴본 결과이다.
여기서 개념이 넓은 스펙트럼을 가졌다는 것은 한 연 구참여 학생이 ‘과학적 사고’를 생각할 때 여러 가지를 고려한다는 점뿐만 아니라 반대로 개념이 정교화되어 있지 못하다는 점을 의미하기도 한다. 또한, 학생들마 다 다양한 개념의 스펙트럼을 보여준다는 것은 여러 연구참여 학생의 개념들이 공동의 관점과 언어를 갖고 있지 않다는 것을 의미하기도 한다. 이러한 개인의 개 념들은 토론에서 그 모습을 그대로 드러내거나 타인과 상호 교환하며 선택과 집중을 통해 특정 논제가 형성되 는 양상으로 전개되었다. 학생들 간에 집중적으로 논의 된 특정 논제는 크게 세 가지로 나타났고, 각 논제에 대한 토론을 통해 연구참여 학생들은 과학적 사고에 대 한 자신의 개념과 타인의 개념을 정교화하면서 공동의 개념을 형성하게 되는 것을 볼 수 있었다.
연구참여 학생별 개념의 정교화 과정을 살펴보면, 연 구 초기에 B는 과학적 사고와 관련된 측면으로 일상 및 과학지식과 연계, 스스로 생각, 생활에 활용해야 한 다는 개인적 개념을 보여주었다. 그러나 논제 1의 토론 에서 B는 ‘한번 더 생각’하는 것의 중요성을 부각하였 고, 그 주장에 대해 다른 학생들이 ‘논리적’ 측면과 ‘증 거’에 터한 ‘생각’이어야 함을 제기함으로써 “한번 더 생각하는 것에서 더 나아가 증거를 대야 한다”라고 정 교화된다. 이 과정을 통해 B를 포함하여 토론에 참여 한 학생들은 과학적 사고를 단순 사고와 구별하여 정 교화하고 공유하게 된다. 이러한 B의 생각은 논제 2에 서도 단순 지식의 습득은 과학적 사고가 아니라는 개 념으로 드러났으며, 지식을 연계하고 체계를 만들어 내 는 한다는 다른 학생들의 의견과 공유하는 모습으로 정 교화되었다.
J는 연구 초기에 문제 해결 상황에서 지식을 연계하 고 최선의 해결 방법을 찾는 것이라고 하는 과학적 사 고 개념을 보여주었다. 이러한 J의 생각은 논제 2에서
‘지식을 생활에 적용하는 것’으로 집중되었다. J는 개
인의 지식이 과학적 사고와 어떻게 연관되는지를 논하 는데 활발하게 참여함으로써 ‘개인의 지식의 연계와 활 용’ 측면을 설득력있게 주장하였고, 다른 학생들의 동 의를 이끌어냄으로써 공동의 개념을 형성하는데 주도적 인 역할을 하였다. 또한, 그는 논제 3에서도 다른 학생 들이 강조한 ‘논리 체계’ 혹은 ‘증거’의 중요성에 동의 하면서 그 본질이 ‘설득’에 있음을 주장함으로써, 자신 의 의견을 확장하고 공동 개념을 형성하는데 참여하였 다.
Y의 경우, 연구 초기에 보여주었던 과학적 사고에 대한 개인 개념은 문제해결에서 ‘분석’, ‘논리’ 및 ‘검 증’ 과정이 부각된 엄격한 사고 메카니즘을 포함하였 다. 소집단 토론의 논제 1에서 Y는 일상적 사고와 과 학적 사고를 구분하고자 하는 경향을 강하게 보여주었 으며, 과학적 사고에는 ‘증거’가 필요하다는 공동의 개 념을 형성하는데 기여했다. 반면, 논제 2에서는 과학적 사고는 지식을 사용해서 자기만의 타당한 주장을 이끄 는 것이라고 주장함으로써 개인적이고 주관적인 지식 과의 연관성을 고려하는 듯 하였다. 이 주장은 앞서 개 인 개념으로 밝힌 엄격한 사고 체계와 상반되게 나타 났으나, 토론에서 다른 학생들의 의견과 상호교환을 통 해서 다른 측면이 고려되어 공동의 개념 형성으로 전 개되었다.
마지막으로 Z의 경우를 살펴보면, Z는 연구 초기에
‘흥미를 갖고 지식을 재구성하고 탐구하여 좋은 해결 책’을 추구하는 것으로 자신의 개념을 구성하고 있음 을 알 수 있었다. 다른 학생들과 달리, Z가 언급한 ‘탐 구’라고 하는 개념은 논제 1에서 ‘논리적으로 자신의 주장을 뒷받침하는 것’이 과학적 사고라는 주장으로 연결됨으로써, 일상적 사고를 과학적 사고와 구분하는 공동 의견을 촉발하는데 중요한 역할을 하게 된다. Z 는 B가 이야기한 ‘증거’를 받아들이고, 또 ‘타당성’을 부여하여 과학적 사고에 대한 공동 개념을 형성하는데 참여하였다. 논제 2에서 지식과 과학적 사고의 관계에 대해 논의가 진행될 때, Z는 단순 지식의 습득이 과학 적 사고가 아니라는 다른 학생의 의견을 공유하면서 지 식을 문제해결에 적용해야 한다는 자신의 초기 개념을 제시하였다. 이 주장은 토론에 참여한 구성원들의 개념 과 상호 교환되었고, 개개인의 개념을 정교화하고 공유 개념을 형성하는데 중요한 역할을 하였다. 논제 3에서 는 Z의 초기 개념으로 드러난 ‘탐구’의 과정이 보다 정 교화 되었다. Z는 ‘논리 체계는 합당한 근거나 증거를 토대로 한 주장’을 주장하면서 공동 개념의 형성에 주 도적으로 참여하였다.
