2021 11 - 한국교육과정평가원

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Vol.

과학자와 학생의

과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

ISSUE PAPER

KICE 이슈페이퍼

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과학자와 학생의

과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

ISSUE

PAPER

연구자료 ORM 2021-40-11 발행일 2021년 9월 30일

발행인 강태중

발행처 한국교육과정평가원

주소 충북 진천군 덕산읍 교학로 8 전화 (043)931-0114

팩스 (043)931-0884 홈페이지 http://www.kice.re.kr 인쇄업체 ㈜ 동진문화사(043-750-7752) ISBN 979-11-91582-56-7 93370

※ 본 자료 내용의 무단 복제를 금함

본 연구에서 제시된 정책 대안이나 의견 등은 한국교육과정평가원의 공식적인 의견이 아닌 본 연구진의 견해임을 밝혀 둡니다.

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ISSUE PAPER

과학자와 학생의

과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

CONTENTS

1. 연구 배경 및 필요성

연구 배경 ··· 7 관련 연구 동향 ··· 8 연구의 필요성 ··· 9

2. 연구 방법

연구 자료 수집 ··· 10 결과 분석 방법 ··· 11

3. 과학 관련 역량에 대한 인식

과학 관련 역량에 대한 인식 ··· 12 과학자들과 학생들의 과학 관련 역량에 대한 인식 비교 ··· 14

4. 과학 관련 경험의 분석

과학 관련 경험 ··· 16 과학자들과 학생들의 과학 관련 경험 비교 ··· 19

5. 과학교과교육 개선을 위한 시사점 및 제언

교수·학습 운영 방안에의 시사점 및 제언 ··· 21 과학과 평가 체제 변화에의 시사점 및 제언 ··· 22 참고문헌 ··· 23

관련과제명 과학자 및 학생들의 과학 관련 경험 및 인식 비교 분석을 통한 과학교과교육 개선 방안 탐색 내 용 문 의 심현표, 백종호, 유은정, 이동원, 이재원, 변태진

한국교육과정평가원, 광주교육대학교 Tel: 043-931-0411

e-mail: [email protected], [email protected], [email protected],

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연구책임자 심현표(Tel: 043-931-0411, e-mail: [email protected])

과학자와 학생의

과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

“과학자와 학생 사이의 공통점과 차이점을 비교·분석함으로써 과학교과교육 개선을 위한 방안을 탐색하였다.”

본 연구는 과학교과교육 개선을 위한 목적으로 과학자와 학생이 중요하게 인식하는 과학 역량과 과학 관련 경험을 조사하였다. 수집된 결과는 질적 연구 방법을 통해 분석하였고, 활동 체계 모형을 이용하여 연구 결과를 종합적으로 살펴보았다.

과학자들과 학생들이 중요하게 인식하는 과학 역량을 인지적, 기능적, 정의적 요소로 구분하여 분석한 결과 두 집단에서 유사한 역량 요소들이 도출되었다. 그러나 과학자들은 과학 연구를 수행하는 데 초점을 두고 있는 반면, 학생들은 탐구보다는 과학 시험 문제를 풀이하는 데 해당 역량들이 필요하다고 인식하고 있었다. 또한 학생 집단과는 달리 과학자 집단에서는 의사소통과 협업 능력을 중요하게 인식하고 있었다.

과학자들과 학생들의 과학 관련 경험을 조사한 결과, 과학을 긍정적으로 인식하는 데 영향을 준 긍정적 경험은 두 집단에서 유사하였다. 특히, 탐구 활동, 과학 관련 매체, 학교 밖에서 이루어지는 과학 관련 활동들로부터 과학에 대한 긍정적 인식이 형성된 사례들이 많았다. 부정적 경험에서는 과학자들은 진로에 대한 고민이 크게 나타났다는 점에서 학생들과 차이가 있었다.

이상의 결과를 종합하여, 과학교과의 교수·학습 및 평가 측면에서의 시사점과 개선 방안을 제언하였다.

핵심어 과학자, 학생, 과학 관련 역량, 과학 관련 경험, 활동 체계

과학자와 학생의 과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

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01 연구 배경 및 필요성

우리나라 과학교육의 방향성을 설정하고 교수·학습 방안에 대한 시사점을 얻기 위해 과학자들의 성장 과정 및 과학자들이 사고하는 방식과 수행하는 탐구의 특징을 분석하는 연구들이 수행되어 왔음. 2022 개정 교육과정을 준비하는 현재의 시점에서 과학교과교육을 통해 함양시킬 수 있는 미래 역량에 대한 논의가 필요하며, 이를 위해 본 연구에서는 과학자들의 과학에 대한 인식과 과학 관련 경험을 학생들과 비교 분석하고자 함.

◈ 연구 배경

○ 2022 개정 교육과정을 준비하는 시점에서 과학교과의 미래 역량에 대한 논의 필요

― 현대 과학의 발전 속도는 점차 가속화되고 있고, 과학 지식의 내용과 성격도 변모하고 있음. 이에 따라 과학교과를 통해 함양해야할 미래 역량도 변화될 필요가 있음.

― 2022 개정 교육과정에서는 교육환경 변화에 대응하고 지속가능한 미래를 준비하기 위한 기초소양 및 역량 함양 교육을 강조함(교육부 외, 2021).

― 미래세대 과학교육표준에서도 기존에 전통적으로 강조하던 과학적 탐구력, 과학적 사고력을 비롯해 지속가능사회를 위한 과학기술, 과학 공동체 활동, 초연결사회 대응과 평생학습 능력을 과학적 소양의 한 요소로 주장함(송진웅 외, 2019).

○ 과학자의 탐구와 학교 과학교육

― 참 과학 탐구(authentic science inquiry)는 전문가들이 최신의 과학이론과 연구 방법을 이용하여 실제로 수행하는 복잡한 연구 활동을 말함(Dunbar, 1995).

― 실제적 과학 탐구에 근접한 탐구 활동이나 인식론적 측면에서 과학자들의 과학적 추론 과정을 경험해 볼 수 있는 학교 과학 탐구 활동은 학생들의 과학에 대한 이해와 학습을 촉진하는 데 도움이 될 수 있음(Roth, 1995).

― 과학자들의 활동을 분석하는 일은 실제적인 탐구 맥락을 이해하고 실제적 맥락 기반의 교수·학습 방안 마련이 교과 역량과 어떻게 연관되어 있는지 시사점을 제공할 수 있음.

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◈ 관련 연구 동향

○ 과학자의 사고 특징

― 과학자의 탐구 문제 발견 패턴을 탐색하였더니, 당시의 이론으로 설명이 불충분하거나 모순되는 상황을 발견하거나, 새롭게 발명된 관찰·측정 기구를 통해 새로운 현상을 발견하는 등 다양한 패턴이 나타났음(김영민, 서혜애, 박종석, 2013).

― 과학자의 탐구 활동에서는 사고력, 창의력, 과학적 기능의 활용 능력이 변화함과 동시에 사회적 관계 맺음도 중요하게 작용함(Feldman, Divoll, & Rogan-Klyve, 2009).

― 과학자와 초보자 간의 실험 전략 차이가 있으며(Hmelo-silver, Nagarajan, &. Day, 2002), 복잡계에 대한 이해 특성에서도 차이점이 발견됨(Hmelo-silver, Marathe, & Liu, 2007).

○ 과학자의 성장

― 연구 프로그램에 참여한 대학생들의 성장을 탐색한 결과 그들은 지식, 태도, 기술, 사고력에서 다양한 변화와 성장이 일어나고 이를 스스로 인지하고 있었으며, 이러한 변화는 ‘과학자가 되기(becoming a scientist)’의 과정이라고 볼 수 있음(Hunter, Laursen, & Seymour, 2007).

― 과학자로 성장하는 과정은 획일적이지 않고 다양함(Aydeniz & Bilcan, 2014;

Verderame et al., 2018). 따라서 과학자들이 어떠한 역량의 습득하면서 성장해 나가는 지에 대해 다양한 분야의 연구자들을 대상으로 살펴볼 필요가 있음.

○ 과학자의 역량

― 미국 직업정보네트워크(O*NET)에서 STEM 직종에 필요한 핵심역량을 분석한 결과, STEM 문제해결 역량, 관리 역량, 기술 역량, 사회 서비스 역량, 교육 역량, 설계 역량, 공공서비스 역량이 필요한 것으로 나타남(장혜원, 2018).

― 학문후속세대 연구자들은 과학자로서 요구되는 역량에 대해 연구 수행 및 운영 능력, 과학적·융합적 사고력, 지속적 지식 습득 능력, 의사소통 및 협업 능력, 열정과 끈기, 인성 및 윤리 의식, 효율적인 시간 운영 및 심리적·신체적 건강 유지, 진로 탐색 및 성과 산출 능력을 꼽았음(하희수, 하민수, 2021).

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○ 과학자들의 활동과 학교 현장 교육의 개선

― Chinn & Malhotra(2002)는 과학자들이 수행하는 탐구와 학생들이 수행하는 탐구 속에서 나타나는 차이점을 인식론적 측면에 초점을 두고 비교함으로써, 참 과학 탐구 측면에서 학생들의 탐구 과정을 평가할 수 있는 이론적 틀을 마련함.

― 과학 영재 사사교육과정에 참여한 과학자들의 인식을 분석한 연구에서 과학자들은 학생들에게 자유롭고 실패를 용인하는 분위기와 동료 및 주변인과의 검증과 긍정적 압박이 필요하다는 사실을 발견함(이지원, 이범진, 2019).

◈ 연구의 필요성

○ 과학자들의 과학 관련 경험 및 인식 분석의 필요성

― 하회수와 하민수(2021)의 연구에서 생명과학 학문후속세대가 연구자로서 갖추어야 할 핵심역량을 조사하였으나, 생명과학 외 다양한 과학 분야의 전문가들에 대한 핵심역량을 조사할 필요가 있음.

― 과학자들이 성장 과정에서 경험한 과학에 대한 인식에 영향을 미친 사건들과 과학자로서 가져야할 중요한 역량을 조사하고, 이를 학교 교육에 반영함으로써 학생들이 과학에 대해 긍정적으로 인식하도록 하고, 과학 관련 진로를 선택하는 데 있어서 주요한 정보를 제공할 수 있음.

○ 학생들의 과학 관련 경험 및 인식 분석의 필요성

― 과학자와 학생 간의 사고 패턴이나 과학적 탐구 능력의 수준 차가 존재하고, 각자의 상황이 다르므로 과학교육의 대상이 되는 학생들의 현 상황과 인식을 파악할 필요가 있음.

○ 기존 연구들과 차별화된 연구 방법으로 다각적 시각에 의한 분석 및 학교 과학교육에 기여

― 본 연구는 자료 및 문헌 분석에 기반한 기존 연구와는 달리 다양한 분야의 많은 사람들을 대상으로 서술형 설문 조사를 실시하고, 과학자와 학생의 결과를 비교 분석한다는 점에서 보다 실제적인 시사점을 발견할 수 있을 것으로 보임.

― 연구 결과를 학교 과학교육에 반영하여 긍정적 과학 경험이나 과학교과 역량의 신장을 위한 기초 자료로 활용되어 학교 과학교육 개선에 기여하고자 함.

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02 연구 방법

본 연구에서는 64명의 과학자와 83명의 학생들을 대상으로 서술형 설문지를 이용하여 과학 관련 역량 및 경험에 대하여 조사하였음. 조사한 결과를 질적으로 분석하였고, 각 요소들을 종합적으로 살펴보기 위하여 활동 체계 모형을 활용하였음.

◈ 연구 자료 수집

○ 과학 관련 역량 및 경험에 대한 설문지 개발

― 과학 관련 역량 및 경험에 대해 파악하고자 서술형 설문지 문항을 개발하였음.

― 과학자 대상의 설문지에서 과학 관련 역량은 과학자로서 성공적인 연구를 수행하는 데 있어서 필요하다고 생각하는 능력 및 관련 에피소드, 주변 환경 조건들을 묻는 문항으로 구성하였고, 과학 관련 경험은 과학과 관련된 긍정적/부정적 경험을 묻는 문항으로 구성하였음.

― 학생 대상의 설문지에서는 과학자 대상의 설문지와 동일한 내용 요소를 포함하되 학생의 맥락에 맞게 설문 문항의 표현을 달리하여 설문지를 개발하였음.

○ 연구 참여자의 선정 및 자료 수집

― 다양한 사례들을 수집하기 위하여 과학자의 경우 다양한 연구 분야에 종사하고 있는 연구자 64명을 연구 참여자로 선정하고, 온라인 및 오프라인 요청을 통하여 서술형 설문을 실시하였음.

― 학생 연구 참여자는 총 83명으로 고등학교 과학 교사 20명(물리학, 화학, 생명과학, 지구과학 각 5명씩)에게 과학교과에 대한 선호도, 과학 과목의 학업 성취도 등을 고려하여 다양한 특성을 지닌 고등학생들의 표집을 요청하였음.

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◈ 결과 분석 방법

○ 과학 관련 역량 및 경험에 대한 설문 결과 분석

― 서술형 설문을 통해서 수집한 자료를 질적으로 분석하였음. 구체적으로, 개방 코딩을 통해서 1차로 요소를 추출하였고, 추출한 코드들을 통합 및 분류하는 과정을 통해서 최종적으로 코드를 산출하였음.

― 응답 결과의 분석은 문항별 담당 연구자 2인의 교차 분석을 통해서 이루어졌고, 전체 연구진의 논의 과정을 통해서 최종적으로 확정하였음.

○ 활동 체계 모형을 활용한 분석

― 과학자와 학생들의 과학 관련 역량에 대한 인식과 경험 요소들을 종합적으로 살펴보고, 각 요소들이 나타나게 된 배경을 맥락적으로 이해하기 위하여 활동 체계 모형을 활용하였음([그림 1], Engestrӧm, 1987). 활동 체계 모형은 인간의 활동을 분석 단위로 하여 각 활동을 맥락 속에서 이해하기 위한 틀임.

― 활동 체계의 구조에서 주체는 도구(인공물)를 통해 목적을 달성하기 위한 활동을 수행하여 결과물을 산출하며, 이 과정에서 환경 요인으로 작동하는 활동의 규범, 공동체, 공동체 구성원들의 분업의 요소들과 서로 영향을 주고받음.

[그림 1] 활동 체계 모형(Engestrӧm, 1987)

― 본 연구에서는 과학 연구, 과학 학습, 과학 관련 경험을 분석 단위로서의 활동으로 상정하였고, 각 활동 체계의 요소들을 파악하기 위하여 선행 연구에서 제안한 활동 요소 파악 질문을 수정 보완하여 사용하였음(Mwanza & Engestrӧm, 2003; 심현표 외, 2015).

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03 과학 관련 역량에 대한 인식

과학자와 학생을 대상으로 과학 관련 역량에 대한 인식을 살펴본 결과 인지적, 기능적, 정의적 요소에서 중요하게 생각하는 능력들이 비슷하게 나타났으나, 기능적 요소 중 의사소통 및 협업 능력은 과학자들에게서만 강조되고 있었음. 또한, 동일하게 강조되는 요소라고 하더라도 그 맥락을 살펴보면 학생들이 인식하는 ‘과학을 잘 하는 것’은 ‘좋은 성적’을 받는 데 초점을 두고 있는 것으로 나타남.

◈ 과학 관련 역량에 대한 인식

○ 과학자들이 중요하게 인식하는 과학 관련 역량

― 본 연구에서는 연구를 성공적으로 수행하는 데 필요한 역량을 조사함으로써 과학교육에서 중요하게 다뤄야 할 역량 요소를 파악하고자 하였음. 이에 과학자들을 대상으로 성공적인 연구를 위해 중요한 역량에 대해 조사하였음.

― <표 1>은 과학자들의 응답 결과를 전통적인 구분 방법에 따라 인지적, 기능적, 정의적으로 구분하고 각 범주에 해당하는 세부 요소를 나타낸 것임.

<표 1> 성공적으로 연구를 수행하는 데 필요한 역량(과학자)

대범주 세부 요소

인지적 요소 ∘ 전공 관련 지식 습득

∘ 타 분야의 지식 습득 능력 및 융합적 사고 능력

기능적 요소

과학적 탐구 능력

∘ 관찰력

∘ 연구 주제 선정 및 기획 능력

∘ 실험 설계 능력

∘ 자료 분석 능력

과학적 사고력

∘ 논리적 사고력

∘ 창의적 사고력 및 직관적 사고력

∘ 수학적 사고력 의사소통 및

협업 능력

∘ 의사소통 능력

∘ 글쓰기 능력

∘ 협업 능력

정의적 요소

∘ 성실성, 열정, 집중력, 끈기

∘ 지적 호기심, 도전 의식

∘ 주도적, 적극적, 긍정적 태도

∘ 정직함

과학자와 학생의 과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

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― 인지적 측면에서 전공 관련 지식뿐만 아니라 타 분야의 지식을 습득하고, 이러한 지식을 바탕으로 융합적으로 사고하는 능력이 강조되고 있었음. 다른 연구 그룹과의 협업, 타 학문과의 융합적 연구가 강조되고 있는 현대의 과학 연구의 흐름이 반영된 것으로 보임.

― 기능적 측면에서 과학적 탐구 능력, 과학적 사고력, 의사소통 및 협업 능력이 중요하게 인식되고 있었으며, 이러한 요소들은 현재의 과학과 교과 역량에서도 강조되고 있음.

다만, 과학을 수행하는 과정 속에서 직면하는 많은 시행착오들을 극복하고 해소해 가는 과정에서 이러한 요인들이 드러나고, 중요하게 인식된다는 점에서 시사하는 바가 있음.

― 비슷한 맥락에서 정의적 측면에서 강조되고 있는 끈기, 도전 의식, 긍정적인 태도 등은 실패를 극복하고 과학에 대한 관심과 흥미를 이어가는 데 있어서 중요하게 인식되는 요인으로 볼 수 있었음.

연구는 마라톤에 비유할 수 있는 것 같습니다. 그렇다면, 마라톤에서 나타나는

‘사점’이라는 것이 연구에서도 나타날 수 있고, 사점까지 가는데, 많이 괴로울 수 있습니다. 그러나 그 때 인내하지 못하고, 주저앉으면, 다시 그 사점을 이루는 데까지 고생하고, 계속 다람쥐 쳇 바퀴 돌듯 슬럼프에 빠지게 되는 것 같습니다. 그 때, 꾹 참고, 작은 일부터 수행하면서 사점을 돌파하게 되면, 그 때부터는 연구를 즐기면서 할 수 있게 되는 것 같습니다. [과학자 8]

○ 학생들이 중요하게 인식하는 과학 관련 역량

― 과학자들과 비슷한 맥락에서 학생들이 과학을 잘 하는 데 있어서 필요하다고 생각하는 역량에 대해 조사하였음.

― <표 2>는 학생들의 응답 결과를 범주화하여 나타낸 것임. 학생들의 응답 결과에서는 과학자들과 다르게 의사소통 및 협업 능력이 나타나지 않았음.

― 인지적 측면에서는 과학 지식을 습득하여 과학 시험 문제를 풀이하는 능력을 중요하게 인식하고 있었음.

― 기능적 측면에서의 과학적 사고력과 과학적 탐구 능력에서 자료 분석 능력은 과학자와 마찬가지로 중요하게 인식되었으나, 이러한 요소들이 등장하는 맥락은 시험 문제를 풀이하고, 분석하는 데 초점을 두고 있다는 점에서 차이가 있음.

― 한편, 과학적 탐구 능력에서 자연에 대한 관찰력, 실생활 적용 능력은 학습한 과학 지식을 실제 생활 속에 적용하여 해석함으로써 과학의 가치를 이해하고, 과학에 대한 흥미와 호기심 등을 지속시키는 데 도움이 된다는 의견이 있었음.

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<표 2> 과학을 잘 하기 위해 필요한 역량(학생)

대범주 세부 요소

인지적 요소 ∘ 과학 지식 습득

∘ 과학 문제 풀이

기능적 요소

과학적 탐구 능력

∘ 자연에 대한 관찰력

∘ 실생활 적용 능력

∘ 자료 분석 능력

과학적 사고력

∘ 논리적 사고력

∘ 창의적 사고력 및 직관적 사고력

∘ 수학적 사고력

정의적 요소

∘ 성실성, 열정, 집중력, 끈기

∘ 지적 호기심, 도전 의식

∘ 적극적, 긍정적 태도

― 정의적 측면 또한 과학자들의 응답과 유사하게 나타났으나 탐구의 상황보다는 시험 문제의 해결 측면에서 이러한 요인들이 강조되고 있었고, 과학자들과의 차이점으로는 정직함과 같이 과학 연구에 있어서 중요하게 인식되는 윤리 의식에 대해서는 과학을 잘 하는 것과 관련지어 인식하고 있지는 않은 것으로 볼 수 있었음.

과학 과목을 좋아하고 잘하는 데 있어서 중요하다고 생각하는 것은 궁금증을 가지는 것과 자신감이다. 일단 과학 원리에 대해 궁금증을 가지면 어떻게 원리가 작용하는지에 대해 알아가면서 흥미를 느낄 수 있다. 또한 과학 문제를 풀면서 ‘내가 지금 이 문제를 맞게 풀고 있는 건가?’하는 문제를 접하게 되는데 그때 포기하지 않고 항상 자신감을 가지고 문제를 풀면 과학을 흥미롭고 잘 풀 수 있게 된다고 생각한다. [학생 23]

◈ 과학자들과 학생들의 과학 관련 역량에 대한 인식 비교

○ 과학자와 학생들의 연구 및 과학 학습에 대한 활동 체계

― [그림 2]는 과학자들이 성공적으로 연구를 수행하는 데 있어서 필요한 역량 및 주변 환경을, [그림 3]은 학생들이 과학을 잘 하는 데 필요한 역량을 활동 체계의 틀을 바탕으로 분석한 결과임. 분석 시 과학자들의 활동은 과학 연구로, 학생들의 활동은 과학 학습으로 상정함.

과학자와 학생의 과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

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[그림 2] 과학자들의 연구 활동 체계

[그림 3] 학생들의 과학 학습 활동 체계

― 과학자들은 성공적인 연구 성과를 얻기 위해 무모해 보이지만 새로운 아이디어에 대한 도전해 보는 것이 필요하고, 이러한 도전을 허용하고 응원해주는 문화(규범)와 연구를 수행할 수 있는 환경(도구)이 갖춰져 있는 것이 중요하다고 생각함. 그리고 연구 과정에서 발생하는 실패와 시행착오들을 해소하기 위해 여러 분야의 전문가(공동체)들이 서로 자유롭게 의견을 공유하고 토론할 수 문화와 방법이 마련되어 있어야 한다고 주장함.

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― 학생들은 과학 학습의 목적을 ‘좋은 성적을 받는 것’에 두는 경우가 많았음. 이를 위해서 문제를 반복적으로 풀어보고, 과학 지식을 암기하고, 이해하는 것이 필요하며, 노력뿐만 아니라 ‘재능’도 중요하다는 의견을 제시한 학생들도 있었음. 반면, 과학자들과 비슷한 관점에서 ‘과학적 사실들을 탐구’하는 데 과학의 목적이 있다는 학생들도 있었으며, 이러한 학생들은 과학을 통해 실제 세계를 이해하면서 과학에 대한 흥미, 호기심을 갖는 것이 중요하다는 의견을 제시하였음.

― 과학자들과 학생들이 각자의 상황에서 과학을 접하게 되는 맥락이 서로 다르기 때문에, 서로에게서 나타나는 활동 체계의 양상은 다를 수밖에 없음. 다만 과학자들의 활동 체계를 참 과학 탐구의 맥락으로 보고 이를 과학교육에 활용하고자 하는 관점에서 보았을 때, 학생들의 활동 체계에서 ‘평가에서 좋은 성적’, 특히 시험 문제를 잘 풀이하는 것을 과학을 잘 하고 있는 것으로 인식하고 이를 목표로 삼는 점은 개선이 필요해 보임.

04 과학 관련 경험의 분석

과학자와 학생을 대상으로 과학과 관련된 긍정적 경험과 부정적 경험을 조사하였음. 과학자와 학생 모두에서 긍정적 경험과 부정적 경험의 요소 중 과학 관련 활동 및 성과, 환경적 요소가 공통적으로 나타났음. 다만, 긍정적 경험에서는 과학과 관련된 개인의 성향 범주가 공통적으로 나타난 반면, 부정적 경험에서는 과학자들은 진로에 대한 고민이, 학생들은 과학의 발전 과정에서 나타나는 부작용이 있었음.

◈ 과학 관련 경험

○ 과학자들의 과학 관련 경험

― 본 연구에서는 과학자들의 과학과 관련된 긍정적 경험과 부정적 경험을 조사함으로써, 과학 교수·학습의 환경적 측면에서의 시사점을 얻고자 하였음.

― <표 3>과 <표 4>는 과학자들의 과학 관련 긍정 경험과 부정 경험을 고등학교까지의 교육과 고등학교 이후의 교육으로 구분하여 나타낸 것임.

― 과학자들은 과학에 대한 관심, 호기심 등을 통해 과학과 관련된 진로를 선택하게 되었고, 이러한 개인적 성향들은 주변에서 과학을 좋아하거나 과학과 관련된 직업을 가진 사람으로부터 영향을 받은 것이라는 의견이 많이 있었음.

과학자와 학생의 과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

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<표 3> 과학자들의 과학 관련 긍정 경험

항목 세부 응답 내용

고등학교까지의 교육 대학교부터의 교육

개인의 성향 및 진로

∘ 자연에 대한 호기심

∘ 과학에 대한 흥미

∘ 원리에 대해 깊이 생각하는 성격

∘ 과학에 대한 흥미와 호기심

∘ 개인의 적성

∘ 장래 희망

∘ 학과 선택에 따른 진로 선택

과학 관련 활동 및

성과

∘ 실험, 캠프, 과학 전람회 과학과 관련된 활동에 참여한 경험

∘ 도서, TV, 영화 등의 매체에서 과학과 관련된 흥미로운 소재를 접한 경험

∘ 과학 관련 대회 수상 경험

∘ 전공 수준에서 과학에 대해 깊이 배우는 경험

∘ 학부 과정 중 대학원 연구실에서의 실제적인 실험 및 연구 참여 경험

∘ 논문 등에서 흥미로운 성과를 접한 경험

환경적 요인

∘ 과학에 대한 대화나 상호작용을 활발히 할 수 있는 환경

∘ 과학에 대한 과학 교사의 긍정적인 태도와 교육방법

∘ 과학에 대한 대화나 상호작용을 활발히 할 수 있는 환경

∘ 롤모델의 존재(선배 연구자, 지도 교수)

<표 4> 과학자들의 과학 관련 부정 경험

항목 세부 응답 내용

고등학교까지의 교육 대학교부터의 교육

진로에 대한 고민

∘ 순수 과학을 전공했을 때 미래에 대한 불확실성

∘ 타 직업 대비 과학자의 상대적으로 낮은 경제적 보상

∘ 과학 관련 진로를 결정할 때의 막막함

∘ 과학자의 장래성에 대한 불확실성

∘ 과학자에 대해 높지 않은 사회적 인식

∘ 타 직업 대비 과학자의 상대적으로 낮은 경제적 보상

과학 관련 활동 및

성과

∘ 낮은 성적과 경쟁으로 인한 스트레스

∘ 과학 내용 이해의 어려움으로 인한 좌절감

∘ 실험 및 연구에서의 실패

∘ 배워야 하는 내용의 양과 난도의 급격한 상승

∘ 성과에 대한 압박

환경적 요인

∘ 암기식 교육

∘ 입시 위주의 교육

∘ 소극적이고 무관심한 과학 교사

∘ 지도교수의 무관심

∘ 수직적인 연구실 문화

∘ 지도교수 및 동료와의 갈등

∘ 지원 부족(특정 분야에만 쏠리는 지원)

― 고등학교 및 대학교 시절에서의 과학 및 전공 수업을 통해서 과학에 대한 관심을 이어가기도 하였으나, 고등학교 시절에는 과학 실험, 동아리 활동, 과학 관련 매체를 통해서, 대학교 시절에는 연구실 인턴 경험 등을 통해서 과학을 긍정적으로 인식하게 되었고, ‘직업으로서의 과학자’를 선택하는 데 영향을 많이 받은 것으로 보임.

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― 과학과 관련된 부정적 경험으로 입시 위주의 교육 체제로 인해 암기식 교육, 주입식 교육 등과 성과 중심의 학문 평가 체제에 대한 거부감을 나타내는 의견들이 있었고, 대학 시기부터는 특히 ‘장래에 대한 불확실성’의 측면에서 어려움이 강하게 나타남.

○ 학생들의 과학 관련 경험

― <표 5>와 <표 6>은 학생들의 과학 관련 긍정 경험과 부정 경험을 조사한 결과를 나타낸 것임.

<표 5> 학생들의 과학 관련 긍정 경험

항목 세부 응답 내용

개인의 성향 및 과학에 대한

인식

∘ 과학에 대한 흥미

∘ 과학기술과 원리에 대한 호기심

∘ 탐구와 실험을 좋아하는 성격

∘ 과학의 학문적 특징에 대한 매력

∘ 과학의 유용성에 대한 긍정적 인식

과학 관련 활동 및 성과

∘ 과학과 관련된 활동(동아리, 영재원 등)에 참여

∘ 과학 관련 인프라(과학관 등) 방문

∘ 과학교과의 성적 향상 또는 높은 성적

∘ 과학 수업에서 과학에 대해 깊이 배우는 경험

∘ 과학 실험 수업 참여 경험

∘ 과학과 관련된 흥미로운 지식을 접한 경험 환경적 요인 ∘ 과학 교사

∘ 함께 과학을 공부하는 친구

∘ 부모님과 선생님의 칭찬

<표 6> 학생들의 과학 관련 부정 경험

항목 세부 응답 내용

과학에 대한

인식 ∘ 과학 발전에 따른 부작용이나 단점에 대한 인식 과학 관련 활동

및 성과

∘ 과학교과의 성적 하락 또는 낮은 성적

∘ 과학 내용 이해의 어려움

∘ 탐구 및 실험에서의 어려움

∘ 과학 대회에서의 수상 실패 환경적 요인 ∘ 암기식 교육

∘ 입시 위주의 교육

∘ 과학 교사

∘ 과학교과 중 관심이 적은 분과까지 학습

― 학생들도 과학자들과 마찬가지로 과학과 관련된 현상에 대한 관심과 호기심을 갖게 되면서 과학을 좋아하게 되었다는 의견이 있었음. 또한 과학 실험, 과학 관련 매체, 학교 밖 과학 프로그램들을 경험을 통해서 과학에 대한 긍정적 인식을 갖게 되었다는 응답이 많았음. 또한 자신이 학교에서 학습한 내용을 실생활 속에서 발견하거나 적용해 본 경험, 친구나 가족들에게 설명한 경험도 과학을 긍정적으로 인식하게 하는 데 영향을 주었으며, 좋은 성적을 받거나 부모님과 선생님으로부터 칭찬을 받은 경험들도 긍정적인 인식에 영향을 주었음.

과학자와 학생의 과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

19

― 반면, 어려운 학습 내용이나 문제, 지나치게 많은 학업량에 대한 부담, 좋지 못한 성적 등과 같은 요인들이 과학에 대한 부정적 경험으로 조사되었고, 입시 중심의 수업, 줄 세우기 식의 평가 체제에 대한 불만도 살펴볼 수 있었음. 사례의 수는 많지 않았으나, 과학 발전의 유용성 측면에서 긍정적인 인식도 있었던 반면, 과학의 발전 과정에서 나타나는 부작용과 단점으로 인해 과학을 부정적으로 인식하고 있는 학생들도 있었음.

◈ 과학자들과 학생들의 과학 관련 경험 비교

― 과학자들과 학생들의 과학과 관련된 긍정적, 부정적 경험을 종합하여 활동 체계 모형을 통해 분석하면 [그림 4], [그림 5], [그림 6]과 같이 나타낼 수 있음. 그림에서 붉은색 글씨는 과학에 대한 긍정적 인식을 저해하는 부정적 경험을 나타낸 것임.

[그림 4] 고등학교까지의 과학자들의 과학 관련 경험

― 과학자와 학생 모두 학교에서 이루어지는 과학 실험 수업, 학교 밖에서 이루어지는 과학 관련 활동(도구), 과학에 대한 관심을 발생시키고 이어갈 수 있도록 하는 좋은 선생님, 친구, 가족(공동체)의 역할이 과학을 긍정적으로 인식하도록 하는 데 영향을 미쳤던 것으로 나타남. 반면, 지식 중심의 교수·학습 방법(도구)과 줄 세우기를 위한 평가 체제(규범)는 과학에 대한 부정 경험으로 나타났음.

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[그림 5] 대학교부터의 과학자들의 과학 관련 경험

[그림 6] 학생들의 과학 관련 경험

― 대학교부터의 과학자들의 과학 관련 경험에서는 연구실 인턴 등의 경험 속에서 연구 주제를 토대로 결과를 관찰하고, 분석하고, 이를 정리하여 발표하는 일련의 연구 과정에 대한 이해를 통해서 과학에 대해 긍정적으로 인식하고, 직업으로서의 과학자의 길을 선택하였다는 의견이 있었는데, 이러한 부분에서 학생들의 과학 관련 경험과의 차이를 발견할 수 있었음.

과학자와 학생의 과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

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05 과학교과교육 개선을 위한 시사점 및 제언

과학자와 학생의 과학 관련 역량 및 경험에 대한 인식 조사 결과를 바탕으로 학교 교과교육 운영 방안과 과학과 평가 체제에 변화의 측면에서 시사점을 제시함. 구체적으로, 경험 중심의 과학 교수·학습 방법의 확대와 의사소통 및 협업을 위한 역량의 강조가 필요하고, 시험 성적으로의 평가가 아닌 과학 역량에 대한 다양한 평가 방안 마련의 필요성을 제언하였음.

◈ 교수·학습 운영 방안에의 시사점 및 제언

○ 경험 중심의 과학 교수·학습 방법의 확대

― 개념의 이해가 중시되는 과학 교과의 특성 상 개념 학습을 강조하는 것은 불가피하나, 학생들의 과학에 대한 호기심과 흥미를 발달 및 지속시키고, 과학에 대한 긍정적인 인식을 형성하는 데 있어서 경험 중심의 과학 교수·학습 방법을 확대시킬 필요가 있음.

― 탐구 실험 수업 경험을 통해서 과학에 대한 흥미를 갖게 되고 탐구 실험의 경험을 과학과 관련된 긍정적인 경험으로 이야기한 학생들이 많았으며, 따라서 이를 확대시킬 방법이 필요함.

― 탐구 실험 수업의 확대는 학교 교육과정 운영상의 시수 부족 문제, 실험 기자재의 부족 등의 측면에서 어려움이 있다는 점을 고려하였을 때(변태진 외, 2019), 향후 적용될 고교학점제 운영, 공동교육과정 운영, 미래형 혁신학교 등을 진행해 가는 과정에서 이에 대한 논의가 필요해 보임.

― 시·공간적 어려움을 극복하기 위한 방안으로 과학 잡지, 과학 다큐멘터리 등과 같은 다양한 매체를 활용하여 간접 경험의 양을 늘리고, 과학관, 자연사 박물관 등과 같은 교육 자원들을 적극 활용하는 것이 가능해 보임. 그리고 이러한 학교 밖 학습의 효과를 높이기 위한 교수·학습 모형 및 방법의 개발이 요구됨.

― 과학 관련 경험의 질을 신장시키는 측면에서도 고민이 필요함. 구체적으로, 최신의 과학 연구와 비교하여 다소 오래된 실험 소재 및 방법에 대한 변화도 필요해 보이며, 현대 과학 연구를 학교 현장에 적용하기 위한 방안을 지속적으로 마련하고, 적극적으로 도입해 가는 것이 필요함.

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○ 의사소통 및 협업을 위한 역량의 강조

― 과학자들이 강조하는 과학 관련 역량과 학생들이 인식하고 있는 과학 관련 역량에서 가장 두드러지게 나타나는 차이는 의사소통과 협업 능력이었음.

― 과학 연구는 실험을 수행하고 가설을 확인하는 것뿐만 아니라, 일련의 결과들을 종합하고 정리하여 다른 사람들과 공유하고 설득해 가는 사회적 절차와 과정들이 포함되어 있으며, 이러한 사회적 측면과 개인의 탐구 과정 및 과학 학습은 상호 연관되어 강화될 수 있음. 즉, 탐구의 과정에서 사회적 과정을 경험할 수 있는 기회를 제공하고, 성공적인 수행을 통해 과학 관련 역량의 발달을 도모할 수 있음. 요컨대, 과학교과교육에 있어서의 의사소통 능력을 실제 과학 탐구의 맥락에 맞게 정의하고 이를 교수·학습 방법에 적극적으로 도입하는 것이 고려될 필요가 있음.

― 한편, 과학자들은 다양한 분야의 사람들과 함께 공동의 성과를 내기 위해 결과를 공유하고, 서로 협력하는 것을 중요하게 인식하고 있었음. 다양한 과목들의 융합을 추구하는 융합과학교육 프로그램이 이러한 협업의 한 가지 방안이 될 수 있음. 다만 여러 분야를 다 다루는 것에 초점을 두기 보다는 여러 사람이 함께 탐구를 수행하는 데 초점을 두는 것이 필요하고, 이를 위해 협동 학습 모형 등의 활용 방안을 고민할 필요가 있음.

◈ 과학과 평가 체제 변화에의 시사점 및 제언

○ 과학 역량에 대한 다양한 평가 방안의 마련

― 학생들의 긍정적인 경험에는 실험 실습, 과학의 유용성을 느낀 경험, 과학적 내용의 설명 등 다양한 사례들이 발견되는 반면에, 이러한 사례들이 과학을 잘 하는 것과 이어져 있지는 않았음.

― 결과적으로 학생들은 ‘과학을 잘 하는 것’을 ‘과학에서 좋은 성적을 받는 것’으로 인식하고 있으며, 이는 과학 성적 이외에 과학과 관련된 자신의 역량이나 효능감을 판단할 수 있는 방법이 거의 없기 때문임.

― 과학과 관련된 역량에는 다양성이 존재하고, 각각의 역량을 발휘함으로써 과학에 대한 흥미와 호기심을 갖게 된 학생들이 있었음. 따라서 과학 역량에 대한 평가도 다양한 관점에서 측정될 수 있도록 하는 방안의 마련이 필요함.

과학자와 학생의 과학 관련 역량에 대한 인식 및 과학 관련 경험 조사

23

― 현재 교육과정에서 강조하는 핵심역량의 함양과 이를 위한 과정중심평가가 다양한 역량을 제대로 평가할 수 있는 하나의 방안으로 볼 수 있음. 그러나 학생들의 과학 과목을 통해서 달성해야 하는 성취 기준들이 주로 개념 요소를 중심으로 개발되어 있기 때문에, 보다 근본적인 측면에서 과학과 교육과정 구성 체계의 변화가 필요함.

참고문헌

교육부, 국가교육회의, 전국시도교육감협의회 (2021). 국민과 함께 하는 미래 교육과정 논의 본격 착수 - 「2022 개정 교육과정 추진계획」 발표 -. 보도자료 2021.04.20.

김영민, 서혜애, 박종석 (2013). 잘 알려진 창의적 과학자들의 과학적 문제 발견 패턴 분석. 한국과학교육학회지, 33(7), 1285-1299.

변태진, 백종호, 심현표, 이동원 (2019). 2015 개정 교육과정 ‘과학탐구실험’ 운영 실태 조사. 한국과학교육학회지, 39(5), 669-679.

심현표, 유금복, 전상학, 황세영 (2015). 문화역사 활동이론 관점에서 예비과학교사 공동체의 수업에 대한 반성 분석- 3년간의 생물 실험교실 프로그램 운영 사례. 한국과학교육학회지, 35(3), 523-536.

이지원, 이범진 (2019). 고등학교급 과학영재를 위한 사사교육에서 수행되는 연구윤리교육과 연구환경 조성에 대한 멘토 과학자와 교사의 인식비교. 한국과학교육학회지, 39(3), 427-439.

장혜원 (2018). 과학, 기술, 공학, 수학(STEM) 직종에 요구되는 핵심 역량 분석. 한국과학교육학회지, 38(6), 781-792.

하희수, 하민수 (2021). 생명과학 분야 학문후속세대의 조언으로부터 본 과학자에게 필요한 핵심역량. 학습자중 심교과교육연구, 21(1), 1407-1426.

송진웅, 강석진, 곽영순, 김동건, 김수환, 나지연, 도종훈, 민병곤, 박성춘, 배성문, 손연아, 손정우, 오필석, 이준기, 이현정, 임혁, 정대홍, 정용재, 정종훈, 김진희 (2019). 미래세대 과학교육표준, 서울: 한국과학창의재단.

Aydeniz, M. & Bilican, K. (2014). What do scientists know about the nature of science? A case study of novice scientists’ views of NOS. International Journal of Science and Mathematics Education, 12(5), 1083-1115.

Chinn, C. A. & Malhotra, B. A. (2002). Epistemologically Authentic Inquiry in Schools: A Theoretical Framework for Evaluating Inquiry Tasks. Science Education, 86(2), 175-218 Feldman, A., Divoll, K., & Rogan-Klyve, A. (2009). Research education of new scientists: Implications

for science teacher education. Journal of Research in Science Teaching, 46(4), 442-459.

24

Hmelo-Silver, C. E., Marathe, S., & Liu, L. (2007). Fish swim, rocks sit, and lungs breathe:

Expert-novice understanding of complex systems. Journal of the Learning Sciences, 16(3), 307-331.

Hmelo-Silver, C. E., Nagarajan, A., & Day, R. S. (2002). “It’s harder than we thought it would be”: A comparative case study of expert-novice experimentation strategies. Science Education, 86(2), 219-243.

Hunter, A. -B., Laursen, S., & Seymour, E. (2007). Becoming a scientist: The role of undergraduate research in students’ cognitive, personal, and professional development.

Science Education, 91(1), 36-74.

Verderame, M. F., Victoria, H. F., Lisa, M. K., & Wayne, Y. T. (2018). Competency-based assessment for the training of PhD students and early-career scientists. eLife, 7(e34801), 1-5.

Dunbar, K. (1995). How scientists really reason: Scientific reasoning in real-world laboratories.

In R. J. Sternberg & J. E. Davidson (Eds.), The nature of insight (pp. 365-395). Cambridge, MA: MIT Press.

Engestrӧm, Y. (1987). Learning by Expanding: An Activity-Theoretical Approach to Developmental Research. Helsinki: Orienta-Konsultit.

Mwanza, D., & Engestrӧm, Y. (2003) Pedagogical Adeptness in the Design of E-learning Environments: Experiences from the Lab@Future Project. Proceedings of E-Learn 2003 International Conference on E-Learning in Corporate, Government, Healthcare, & Higher Education, Phoenix, AR.

Roth, W.-M. (1995). Authentic school science: Knowing and learning in open-inquiry science laboratories. Dordrecht: Kluwer.

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과학자와 학생의

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