반성적 사고를 강조한 과학관련 사회쟁점 학습에서 고등학생의 과학의 본성에 대한 관점 변화

Abstract

현대를 살아가는 시민들은 필연적으로 과학관련 사회 쟁점(Socioscientific Issues: SSI)에 대해 의사를 결정할 상황과 마주하게 된다. 과학의 본성은 과학의 가치와 한계, 과학적 근거의 속성에 대해 판단하는 데 영향을 미친다. 따라서 과학적 소양을 갖춘 미래 시민을 양성하는 것을 과학 교육의 목표로 할 때, 과학의 본성은 빠뜨릴 수 없는 학습 요소 중 하나이다. 연구자는 과학관련 사회쟁점을 이용한 학습 환경을 설계하고, 반성적 사고를 강조하여 학생들의 과학의 본성에 대한 이해를 향상시키고자 하였다. 본 연구는 SSI 프로그램이 학생들의 과학의 본성 이해의 발달에 어떠한 영향을 탐색하고, 학생들이 SSI 맥락에서 과학의 본성에 대한 이해를 어떻게 발달시키는지를 탐색하는 것을 목표로 하였다. 경기도 소재 고등학교에 재학 중인 71명의 11학년 학생이 본 연구에 참여하였다. SSI 교육 프로그램은 ‘유전자 변형 기술’, ‘기후변화’, ‘핵에너지’ 등의 SSI 주제를 다룰 수 있도록 설계되었으며, 정규 교육과정에 맞추어 약 7개월간 생명과학 I과 물리 I 수업에 적용하였다. 과학의 본성 이해의 발달을 위한 SSI 교육 프로그램은 도입, 반성적 과학의 본성 학습, 의사결정의 세 단계로 구성된다. 도입 단계에서는 문제 상황을 제시하고, 쟁점에 대해 논의하는 과정에서 반드시 알아야 할 과학 내용지식을 전달한다. 반성적 과학의 본성 학습 단계는 명시적-반성적 접근을 통해 과학의 본성에 대한 이해의 발달을 촉진하는 단계로, 자료해석, 그룹토의, 발표의 과정으로 구성된다. 과학의 본성을 고려해야하는 상황에 학생들을 지속적으로 노출시키고, 본인의 과학의 본성 인식에 대해 반성할 수 있는 질문을 제공하여 과학의 본성 이해의 발달이 일어날 수 있도록 하였다. 마지막 의사결정 단계에서는 의사결정 글쓰기를 통해 학생들이 본인의 학습 과정을 되돌아보고, 생각을 정교화 할 수 있도록 하였다. 본 연구에서는 설문조사, 학생 활동지 수집, 면담, 연구자 메모 작성 등을 통하여 연구 자료를 수집하였다. SSI 교육 프로그램이 학생들의 일반적인 과학의 본성 인식에 미친 영향을 분석하기 위하여 프로그램의 적용 전과 후 VNOS-C를 이용한 설문조사를 실시하였다. 연구자는 학생들의 응답을 분석할 수 있는 분석틀을 개발하였고, 개발한 분석틀을 활용하여 학생들의 과학의 본성에 대한 인식 수준을 측정하였다. 프로그램 적용 전과 후 과학의 본성에 대한 인식 수준에 변화가 나타나는지 탐색하기 위해 윌콕슨 부호 순위 검정과 카이제곱 검정을 실시하였다. 프로그램 후반에 실시한 면담을 통해 과학의 본성 이해에 변화가 나타난 원인을 탐색하였다. 과학의 본성 이해의 발달 과정에서 나타나는 특징을 이해하기 위하여 프로그램 적용 중 학생들이 작성한 활동지를 개발된 분석틀을 이용하여 분석하였다. 먼저 학생들의 응답에서 공통적으로 나타나는 패턴을 파악하고, 이러한 패턴을 가장 잘 드러내는 사례를 선택하여 사례간 교차 분석을 실시하였다. 교사, 학생과의 면담 내용을 통해 특징이 나타나는 이유에 대해 심층적으로 탐색하였다. 연구 결과, 본 연구에 참여한 학생들의 과학의 실증적인 본성, 과학의 가변성, 과학의 사회문화적 가치의 내재성에 대한 이해가 향상되었다. 학생들은 반성적 사고과정을 통하여 과학의 본성에 대한 인식 수준을 높여나갔다. 특히 SSI 주제가 갖고 있는 복잡성, 불완전성 등이 학생들이 과학의 본성에 대한 이해를 발달하는데 큰 영향을 미쳤다. 과학의 실증적인 본성은 SSI 맥락에서 가장 먼저 이해의 발달이 이루어진 영역이다. SSI 프로그램 적용 초기, 과학의 가변성과 과학의 사회문화적 가치의 내재성에 대한 학생들의 이해가 감소하는 경향이 나타났으며, 지속적인 프로그램의 적용을 통하여 서서히 발달하였다. 학생들은 과학의 본성의 각 영역의 인과관계를 파악하여 과학의 본성을 총체적으로 인식하는 경향을 보였다. 본 연구에서 얻어진 결과를 바탕으로 도출한 결론은 다음과 같다. 첫째, SSI 교육 프로그램은 고등학생들의 과학의 본성 이해 향상에 긍정적으로 작용하였다. 둘째, SSI 맥락은 과학의 본성을 총체적으로 이해하는데 도움을 줄 수 있다. 셋째, 학생들은 과학의 실증적인 본성, 과학의 사회문화적 가치의 내재성, 과학의 가변성의 순서로 과학의 본성에 대한 이해를 향상시킨다. 넷째, 학생들은 SSI 맥락에서 내면화한 과학의 본성에 대한 이해를 다른 쟁점 또는 맥락에 대해서도 전이하여 적용할 수 있게 되었다.;The purpose of this study were (a) to account for the effect of reflective-contextualized SSI instruction on participants’ development of NOS understanding, (b) to find out the patterns of development of NOS through SSI context. A total of seventy one students (11th graders) participated in this research. The teacher who voluntarily implemented this SSI program to her students, participated in this study because she was searching for new strategies to motivate and encourage her students to learn science. The SSI program was developed to cover the issues of genetically modified organism, global climate change, and nuclear energy. These issues were not only well aligned with National Science Education Standards in Korea, but also familiar and relevant to the students. Each issues required 4 to 6 class periods to complete. The overall process of SSI program was as follows. SSI program consists of three steps: Introduction, explicit-reflective Nature of Science learning, and decision making. First, students had an opportunity to grasp science knowledge and major controversies of each SSI. In the second phase, we provided students SSI related materials representing different point of views. The students were asked to evaluated claims of each article, analyze the evidences, or examine the credibility. Such request was intended to encourage students to reflect their own view on NOS and to make connections between SSI and NOS. Lastly the students made decision on the issue. The teacher encouraged students to confront their core beliefs on science during all the classes. Data were collected by pre and post VNOS-C test, interview, activity sheets. The researcher developed rubric inductively to evaluated students’ answers according to cross case analysis. Students’ NOS conceptions were compared by Wilcoxon signed rank test and chi square test. As a result of this program, students showed moderately improvement in their understanding of NOS. Students view on the empirical nature of science, tentativeness of science, and social-cultural embededded were significantly improved. The students were able to apply NOS conception from one SSI context to the other SSI context even though they could not transfer NOS concept from general context to SSI context. The conclusion based on the research analysis are as follows: First, reflective-contexualized SSI instruction took a positive effect on improving students’ understanding of NOS. Second, students developed holistic concept of NOS through reflective-contexualized SSI instruction. Third, each aspects of NOS develop mutually, but there are developmental sequence. Understanding of empirical Nature of Science is fundamental to understand other aspects. Forth, students apply understanding of Nature of science to the other context if they learned NOS through reflective-contexualized SSI instruction.