통합 과학 주제로서 '지구의 나이' 과학사 수업의 개발 사례

Abstract

The opinion, which the history of science should be introduced to science course, has been continuously emphasized by the needs of understanding on the scientific knowledge and methods, nature of science, and the interaction between science and society. Today, when the importance of the integrated science education is emphasized, the history of science is effective for strategies of the integrated science education. The scientific knowledge is developing by the interaction not only with various fields of science but also with the society. The diverse scientific knowledge and the methods are required to establish one scientific concept. Thus, when the science is taught by approaching integrative ways, the process of forming the scientific knowledge and methods, and natures of science can be transmitted effectively. From these backgrounds, I have developed the course of the history of science by selecting the contents to utilize the history of science as subjects of integrated science, based on the analysis of the previous studies related to the history of science in the science educations. After the pilot application class was conducted. The possibility of the developed course was examined through the analysis of the students' opinion. The analysis result of the previous studies showed that in case of domestic, the history of science in science education, has been mostly made in the field of biology, and in case of overseas, those has been mostly made in the field of physics and the chemistry. As for the study methods, the quantitative experimental design has been mostly used in domestic studies and the studies on the quantitative experimental designs and the theoretical studies have been used mostly in the overseas. While in the domestic, the studies to verify the effects on the change of misconceptions and enhancement effects of the attitudes on the science have been mostly made around the middle school students, in the overseas, the studies of more diverse subjects and methods from elementary school students to university students and teachers have been made. As for the subject of the developed programs, the concepts on 'the evolution', 'the atom model', and 'the dynamics' have been mostly occupied. In the field of Earth science, it has been emphasized too much on the content of the 'universe', which suggests that it requires to develop the classes more to utilize the history of science dealing with the diverse scientific contents. In this study, to develop the history of science class as a subject of integrated science, the idea of 'the age of the earth' was selected. 'The age of the earth' is the subject to effectively transmit students the integrative characteristics of the science, the tentativeness of scientific knowledge, scientific methods with society, and interaction between science and society. Also, I selected the 'Jigsaw I' as a teaching method, which is a type of collaborative learning method for small groups. The 'Jigsaw I' is the collaborative learning method modified the weakness of existing collaborative learning, which one or two students have leaded the performance of task, by increasing interdependency among the team members and emphasizing the duty and responsibility of the individuals. In addition, the 'Jigsaw I' can be used appropriately to learn all together or separately the contents of the physics, chemistry, biology and the earth science, which have been made in the process of investigating the age of the earth, by having expert groups of the students studying different contents and subjects. Thus, I analyzed the literatures related to the age of the earth and organized the process for measuring the age of the earth in the fields of physics, chemistry, biology and earth science. And considering the difficulty and load, I developed the worksheet to help expert students read the materials and discuss other students. The developed class was applied twice as pilot class and investigated the students' opinions on the class. The first pilot class was performed to 18 students of 14-15 years old in a university center for gifted-youth in Seoul. The second pilot application was performed to 22 11th grade students in Advanced Program in Seoul. To review the students' understanding about the age of the earth, the investigation was conducted prior to the class. The interview was conducted to investigate the students' understanding about the age of the earth after completion of the class. The result of the students' opinions about the class of the history of science with subject on the age of the earth showed the effectiveness of the class. While the students had separate scientific knowledge, they did not understand the aspects on the scientific methods. And they positively considered the 'Jigsaw I' teaching method, which is emphasizing the duty and responsibility of the individual. The results of pilot application class were estimated positively by the students. However, since it revealed the weaknesses to be complemented, the further study on the history of science class to be used in the education field is required by reflecting them. In addition, not only the data development on the history of science but also the study on the teaching-learning strategy to utilize the most effectively the developed data will be required.;과학 수업에 과학사를 도입하자는 주장은 과학 지식과 과학적 방법의 이해, 과학의 본성에 대한 고찰, 과학과 사회와의 상호작용의 이해 등의 필요성에 따라 지속적으로 강조되어 왔다. 통합 과학 교육의 중요성이 강조되고 있는 오늘날, 과학사는 통합 과학 교육의 방안으로도 효과적이다. 과학적 지식은 과학의 여러 분야뿐만 아니라 사회와의 상호작용으로 발전한다. 하나의 과학적 개념이 정립되기 위해서는 다양한 과학 지식과 과학적 방법이 필요하다. 따라서 과학은 통합적으로 접근하여 가르칠 때 과학 지식과 지식이 형성되어 온 과정, 또한 과학의 방법과 본성 등을 효과적으로 전달할 수 있다. 이러한 배경 속에서 본 연구에서는 과학사를 과학 교육에 활용한 연구들을 분석하고 이를 토대로 통합 과학 주제로서 과학사를 활용할 수 있는 내용을 선정해 과학사 수업을 개발했다. 개발한 수업은 2회의 시범 적용을 한 뒤 학생들의 의견을 조사해 수업의 활용 가능성과 보완점을 알아보았다. 과학 교육에 과학사를 활용한 연구들을 분석한 결과 국내에서 이루어진 과학사 활용 과학 교육 연구는 생물 영역에서, 국외에서는 물리, 화학 영역에서 가장 많이 이루어진 것으로 나타났다. 또한 연구 방법은 국내에서는 양적 실험설계 연구가, 국외에서는 양적 실험설계와 이론 연구가 가장 많이 사용되었다. 국내 연구는 과학사를 활용하여 중등 학생들의 오개념 변화의 효과나 학업 성취도, 과학에 대한 태도의 향상의 효과를 검증하는 연구가 대부분이었으나 국외 연구에서는 초등학생부터 대학생, 교사에 이르기까지 다양한 대상과 방법의 연구가 이루어졌다. 개발된 프로그램의 주제는 ‘진화’, ‘원자 모델’, ‘역학’ 등의 개념이 가장 많았으며 지구과학 영역에서는 ‘우주’ 내용에 편중되어 있었다. 따라서 다양한 과학 내용을 다루는 과학사를 활용한 수업이 고르게 개발되어야 함을 알 수 있었다. 또한 본 연구에서는 통합 과학의 주제로서의 과학사 수업의 개발을 위해 ‘지구의 나이’를 주제로 선정했다. ‘지구의 나이’는 과학사를 통해 과학의 통합적인 특성과 과학 지식의 잠정성, 과학적 방법과 사회와의 상호작용 등을 학생들에게 효과적으로 전달할 수 있는 주제다. 또한 수업 방법으로 소집단 협동학습인 JigsawⅠ을 활용했다. JigsawⅠ은 조원들 간의 상호 의존성을 높이며 개인의 책무성을 강조하는 협동학습 방법이다. 게다가 JigsawⅠ은 전문가 집단별로 다른 내용과 주제를 학습하게 함으로써 지구의 나이를 밝히는 과정에서 이루어졌던 물리, 화학, 생물, 지구과학의 연구를 따로 또 같이 학습하기에 적절하게 활용될 수 있다. 따라서 지구의 나이와 관련된 문헌들을 분석하고 물리, 화학, 생물, 지구과학의 영역에서 지구의 나이를 측정하기 위한 시도와 연구들을 정리했다. 그리고 난이도와 분량을 고려하여 학생들에게 제시할 읽기 자료와 토론에 도움을 줄 수 있는 활동지를 개발했다. 개발한 수업은 2회에 걸쳐 시범 적용했고 수업에 대한 학생들의 의견을 조사했다. 1차 시범 적용은 서울 시내 4년제 사립대학교 부설 영재교육원의 14-15세 학생 18명을 대상으로 이루어졌으며, 2차 시범 적용은 서울 시내 사립 고등학교 AP(Advanced Program)의 2학년 학생 22명을 대상으로 이루어졌다. 과학사 수업을 실시하기 전에 학생들의 지구의 나이에 대한 이해를 알아보기 위해 조사했고 수업이 끝난 이후 수업에 대한 의견을 구체적으로 알아보기 위한 면담을 실시했다. 지구의 나이를 주제로 한 과학사 수업에 대한 학생들의 의견을 분석한 결과 대체로 긍정적인 것으로 나타났다. 학생들은 단편적인 과학 지식은 가지고 있었으나 과학의 방법적 측면에 대해서는 이해하지 못하고 있었다. 또, 개인의 책무성을 강조하는 JigsawⅠ 수업 방법을 긍정적이라고 평가했다. 본 연구에서 개발한 과학사 수업을 시범 적용한 결과에서 학생들의 긍정적인 의견이 많았다. 그러나 보완해야 할 점도 드러났으므로 이를 반영하여 현장에서 활용할 수 있는 과학사 수업으로 발전시키는 연구가 필요하다. 또한 과학사 자료의 개발뿐만 아니라 개발된 자료를 가장 효과적으로 활용할 수 있는 교수 학습 전략에 대한 연구도 필수적으로 이루어져야 할 것이다.