이 연구는 과학적 가설 지식의 생성 과정을 귀납적으로 기술하구 분석하여 하나의 바탕이론을 제시하고자 하였다. 이것을 위해 과학적 현상의 원인을 설명하는 과제를 피험자들에게 제시하고, 피험자들이 과제를 해결하는 과정에서 표상한 지식과 사고 유형을 발성 사고법과 심층면접을 통해 프로토콜로 생성하게 한 후, 이것에서 규칙성을 찾아 귀납적으로 기술하는 연구 방법을 이용하였다. 이 연구의 결과는 가설 지식 생성 과정에서 의문상황, 가설적 설명자, 경험상황, 원인적 설명자, 최종가설지식 등 5가지의 중간적 지식들이 생성됨을 보여주었다. 또, 지식 탐색, 의문상황과 경험상황 비교, 설명자 차용, 설명자 조합, 설명자 선택, 설명자 확인 등 6가지 유형의 사고가 가설 지식 생성에 관여한다는 것도 보여주었다. 또한 과학적 가설 지식은 '의문상황${\righallow}$경험상황${\righallow}$원인적 설명자${\righallow}$가설적 설명자${\righallow}$가설' 순으로 중간적 지식들의 표상되는 과정을 통해 생성되며, 이러한 과정은 귀추적 추론 뿐만 아니라 귀납과 연역 추론도 함께 관여하는 복잡한 사고 과정임을 보여주었다.
이 연구는 과학적 가설 지식의 생성 과정을 귀납적으로 기술하구 분석하여 하나의 바탕이론을 제시하고자 하였다. 이것을 위해 과학적 현상의 원인을 설명하는 과제를 피험자들에게 제시하고, 피험자들이 과제를 해결하는 과정에서 표상한 지식과 사고 유형을 발성 사고법과 심층면접을 통해 프로토콜로 생성하게 한 후, 이것에서 규칙성을 찾아 귀납적으로 기술하는 연구 방법을 이용하였다. 이 연구의 결과는 가설 지식 생성 과정에서 의문상황, 가설적 설명자, 경험상황, 원인적 설명자, 최종가설지식 등 5가지의 중간적 지식들이 생성됨을 보여주었다. 또, 지식 탐색, 의문상황과 경험상황 비교, 설명자 차용, 설명자 조합, 설명자 선택, 설명자 확인 등 6가지 유형의 사고가 가설 지식 생성에 관여한다는 것도 보여주었다. 또한 과학적 가설 지식은 '의문상황${\righallow}$경험상황${\righallow}$원인적 설명자${\righallow}$가설적 설명자${\righallow}$가설' 순으로 중간적 지식들의 표상되는 과정을 통해 생성되며, 이러한 과정은 귀추적 추론 뿐만 아니라 귀납과 연역 추론도 함께 관여하는 복잡한 사고 과정임을 보여주었다.
Hypothesis is defined as a proposition intended as a possible explanation for an observed phenomenon. The purpose of this study was to generate a grounded theory on the process of undergraduate students' generating hypothesis-knowledge about scientific episodes. Three hypothesis-generating tasks wer...
Hypothesis is defined as a proposition intended as a possible explanation for an observed phenomenon. The purpose of this study was to generate a grounded theory on the process of undergraduate students' generating hypothesis-knowledge about scientific episodes. Three hypothesis-generating tasks were administered to four college students majored in science education. The present study showed that college students represented five types of intermediate knowledge in the process of hypothesis generation, such as question situation, hypothetical explicans, experienced situation, causal explicans, and final hypothetical knowledge. Furthermore, students used six types of thinking methods, such as searching knowledges, comparing a question situation and an experienced situation, borrowing explicans, combining explicans, selecting an explican, and confirming explicans. In addition, hypothesis-generating process involves inductive and deductive reasoning as well as abductive reasoning. This study also discusses the implications of these findings for teaching and evaluating in science education.
Hypothesis is defined as a proposition intended as a possible explanation for an observed phenomenon. The purpose of this study was to generate a grounded theory on the process of undergraduate students' generating hypothesis-knowledge about scientific episodes. Three hypothesis-generating tasks were administered to four college students majored in science education. The present study showed that college students represented five types of intermediate knowledge in the process of hypothesis generation, such as question situation, hypothetical explicans, experienced situation, causal explicans, and final hypothetical knowledge. Furthermore, students used six types of thinking methods, such as searching knowledges, comparing a question situation and an experienced situation, borrowing explicans, combining explicans, selecting an explican, and confirming explicans. In addition, hypothesis-generating process involves inductive and deductive reasoning as well as abductive reasoning. This study also discusses the implications of these findings for teaching and evaluating in science education.
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문제 정의
이 연구는 대학생들이 가설 지식 생성 과정에서 만들어낸 프로토콜에 나타난 중간적 지식과 사고 유형을 분석하여 가설 지식 생성 과정을 귀납적으로 기술하고 분석하여 하나의 바탕이론을 제시하고자 하였다.
이것은 피험자가 과제를 수행 할 때 말로 표현한 사고 내용을 다시 확인하고, 또 피험자가 말로 표현하지 못한 사고 내용을 프로토콜에 추가하기 위해서 실시했다. 면담은 과제 수행 시 캠코더로 녹화한 내용을 재생시켜놓고 연구자와 피期자가 함께 내용을 살피면서 연구자가 질문하고 피험자가 답하는 형식으로 진행했다.
이상의 필요성에 따라, 이 연구는 과학적 가설 지식의 생성 과정에 대한 귀납적 기술과 분석을 통하여 하나의 바탕 이론을 제시하는데 그 목적을 두었다. 이를 위해 먼저, 다른 학교 급의 학생들보다 과학적 지식 생성 능력과 자신의 사고 과정을 진술할 수 있는 언어적 능력이 비교적 잘 발달되었을 것으로 생각되는 대학생들을 피험자로 선정했다.
두 번째, 이 연구 결과는 가설 지식 생성 눙력 평가에도 적용뙬 수 以다. 이 연구 결과를 활용하여 평가 방법을 고안한다면 학습자들이 가설 지식을 생성하지 못했을 때어떤 단계에서 가설 지식 생성 과정이 멈추었는지를 평가할 수 있다.
세 번째 위산이 음식물을 소화시키듯이 산이 달걀을 녹이는 작용을 해서 공기 방울이 발생했다'는 가설을 살펴보면, 음식물 소화 상#(경험상황)을 설명하는 원인 적 설명자인 '산의 녹이는 작용' 이 의문상황의 설명자로 차용되었음을 알 수 있다. 이렇게 원인적 설명자를 차용하여 가설적 설명자에 적용하는 사고 유형을 설명자 차용 (borrowing explicai询이라고 분류했다.
제안 방법
마지막으로, '깔때기로 탁구공 불기' 과제는 깔때기 안에 탁구공을 넣고 약 45도의 각도로 기울인 후 깔때기의 뾰족한 부분을 입으로 물고 바람을 불어넣을 때 탁구공이 날아가지 않고 깔때기 안에 남아 있는 현상을 보여주고, 현상의 원인을 설명하게 하는 과제다. 각 과제에서 연구자는 과학적 상황만을 제시했고, 피험자가 현상을 관찰함으로써 의문울 발상 했다. 연구자는 피험자의 인과적 의문을 확인한 후 과학적 가설을 생성하도록 요구했다.
면담을 통해 예비 피험자로 선정했다. 그리고 3 개의 훈련 과제를 사용하여 예비 피험자들이 반성적 사고와 발성 사고에 익숙해질 수 있도록 연습시켰다. 그리고 연습 과제 수행 과정에서 본 연구에 가정 적절한 4명의 피험자를 최종 선정했다.
그리고, 과제 수행이 완료되면 곧이어 심충 면담을 실시했다. 이것은 피험자가 과제를 수행 할 때 말로 표현한 사고 내용을 다시 확인하고, 또 피험자가 말로 표현하지 못한 사고 내용을 프로토콜에 추가하기 위해서 실시했다.
그리고, 사고 유형은 지식 탐색(searchi吗 knowledges), 의문 상황과 경험상황 비교(compare a question situation and a experienced situation), 설명자 차용(borrowing explicans), 설명자 조합(combinin电 explicans), 설명자 선택(selectin 昭 an explican), 설명자 확인(confirmin明 an explican) 등 6가지 유형으로 구분하였다.
이를 위해 먼저, 다른 학교 급의 학생들보다 과학적 지식 생성 능력과 자신의 사고 과정을 진술할 수 있는 언어적 능력이 비교적 잘 발달되었을 것으로 생각되는 대학생들을 피험자로 선정했다. 그리고, 이들에게 과학적 가설을 생성하는 과제를 제시한 후 과제 해결 과정의 사고 내용을 발성 사고법을 통해 프로토콜로 생성하게 했다, 또, 과제 해결 후 심층 면담을 실시하여 프로토콜의 내용을 보완했다. 이렇게 완성된 프로토콜을 피험자가 표상한 지식과 사고 유형에 따라 분류했고, 가설 생성 과정을 귀납적으로 기술하고 분석하여 과학적 가설 지식의 생성 과정을 설명해 줄 수 있는 하나의 바탕이론을 제시하였다.
다섯 번째, 여러 개의 서로 다른 가설적 설명자가 생성되었을 때 그 중 하나를 선택하는 사고 유형을 설명자 선택(select也増 an explican)으로 분류했다.
두 번째, 탁구공이 혼들리면서 약간의 소리가 났다는 것과 호루라기 속의 물체가 움직이면서 소리가 나는 것이 비슷하다, 와 같이 의문상황과 경험 황의 유사성과 차이점을 비교했음을 확인할 수 있는 프로토콜 유형을 의문 상황과 경험상황 비교(comparing a question situation and an experienced situation)라고 분류했다. 이것은 권용주 등(2000)이 제시한 가설 생성 과정의 두 번째 과정에 포함된 경험 상황과 현재의 실제 상황과의 유사성 비교개념과 비슷하다.
그러나 식초 속의 달걀 과제에서는 2개의 가설적 설명자를 생성하기 위해서 3개의 원인적 설명자를 생성했으며 이중 2개는 가설적 설명자를 생성하기 위해 차용했다. 또한 피험자 C의 경우도 '일액현상' 과제에서는 9개의 가설적 설명자를 생성하기 위해 5개의 경험상황만을 생성했는데 식초 속의 달걀 과제에서는 2개의 가설적 설명자를 생성하기 위해 7개의 경험상황을 생성했고, 이중 2개는 실제 가설적 설명자를 생성하기 위해 사용했다. 이러한 결과들은 유형 :[이 실제 사고에서 경험상황과 원인적 설명자가 피험자의 프로토콜 생성과정에서 생략된 것임을 뒷받침한다고 할 수 있다.
마지막으로, 피험자가 과제 해결의 결과로 제시한 가설을 최종가설(final hypothesis)로 분류했다.
이것은 피험자가 과제를 수행 할 때 말로 표현한 사고 내용을 다시 확인하고, 또 피험자가 말로 표현하지 못한 사고 내용을 프로토콜에 추가하기 위해서 실시했다. 면담은 과제 수행 시 캠코더로 녹화한 내용을 재생시켜놓고 연구자와 피期자가 함께 내용을 살피면서 연구자가 질문하고 피험자가 답하는 형식으로 진행했다. 실험 과제수행과 면담을 위해 4명의 피험자들은 연구자와 각각 2회씩 만나야 했다.
이 연구는 가설 지식 생성 과정에서 표상된 중간적 지식을 의문상황(question situation), 가설적 설명자 (hypothetical explicans), 경험상황(experienced situation), 원인적 설명자(causal explicans), 최종가설 (final hypothesis) 등 5가지 유형으로 분류하였다. 그리고, 사고 유형은 지식 탐색(searchi吗 knowledges), 의문 상황과 경험상황 비교(compare a question situation and a experienced situation), 설명자 차용(borrowing explicans), 설명자 조합(combinin电 explicans), 설명자 선택(selectin 昭 an explican), 설명자 확인(confirmin明 an explican) 등 6가지 유형으로 구분하였다.
이 연구는 피험자듈의 프로토콜에 나타난 지식의 유형을 5가지로 분류했다. 첫 번째, '실험 상황은 물이 아니라 식초……', 공기방울을 생각했다.
이 연구는 피험자에게 과학적 현상의 원인을 설명하는 과제를 제시하고, 이것을 해결하는 과정에서 표상한 지식과 사고 유형을 사고 발성법(thh止 aloud method)과 심층 면접을 통해 프로토콜로 생성하게 한 후, 이것에서 규칙성을 찾아 귀납적으로 기술하는 연구 방법을 사용했다.
이 연구는 화학, 생물, 물리 영역에서 프로토콜 생성을 위한 실험 과제들을 각각 한 과제씩 개발하였다. 먼저, 식초 속의 달걀 과제는 식초에 달걀을 넣었을 때 달걀 표면에서 기포들이 생성되는 현상을 보여주고, 현상의 원인을 설명하게 하는 과제다.
그리고, 이들에게 과학적 가설을 생성하는 과제를 제시한 후 과제 해결 과정의 사고 내용을 발성 사고법을 통해 프로토콜로 생성하게 했다, 또, 과제 해결 후 심층 면담을 실시하여 프로토콜의 내용을 보완했다. 이렇게 완성된 프로토콜을 피험자가 표상한 지식과 사고 유형에 따라 분류했고, 가설 생성 과정을 귀납적으로 기술하고 분석하여 과학적 가설 지식의 생성 과정을 설명해 줄 수 있는 하나의 바탕이론을 제시하였다.
알 수 있다. 이렇게 원인적 설명자를 차용하여 가설적 설명자에 적용하는 사고 유형을 설명자 차용 (borrowing explicai询이라고 분류했다. 이것은 Lawson (1995)이 귀추 개념을 정의하면서 한 상황의 설명이 다른 새로운 상황으로 차용되고 적용되는 과정이 귀추 과정에 포함됨을 언급했는데 이것과 비슷하며, 권용주 등(2000)의 가설 생성 과정 중 세 번째 과정의 설명자 차용과 동 일한개념이다.
이렇게 피험자가 발성 사고를 통해 말로 표현한 내용, 과제 해결 중 종이에 기록한 내용, 그리고, 과제 해결 후면 담을 통해 새롭게 말한 내용 등을 종합하여 프로토콜이 작성되었다. 그리고, 이 프로토콜은 가설 지식 창안 과정이 비교적 자세하게 제시된 권용주 둥(2000)의 모형을 참고해서 귀납적으로 분석되었다.
이것은 피험자가 자신이 생성한 가설을 확인하기 위해서 목적을 가지고 의문 상황을 다시 생각한 것이다. 이처럼 가설 생성 과정에서 생성된 설명이나 최종적인 가설을 검증하기 위해 의문 상황이나 경험상황에서 증거를 찾는 사고 유형을 설명자 확인 (conikming an explican)으로 분류했다.
있다. 이처럼 의문상황의 일부분들을 각각 설명하는 가설적 설명자들을 조합해서 의문상황 전체를 설명할 수 있는 가설을 생성하는 사고 유형올 설명자 조합(combining explicans)이라고 분류했다.
첫 번째, '기포가 생기는 종류를 생활 경험에서 찾아보자'와 같이 의도적으로 지식을 생각해내려는 사고 유형을 지식 탐색(searchin昭 knowledges)이라고 구분했다.
애니메이션 게임 프로그램이다. 피험자들은 이 과제의 1단계와 2단계를 수행하면서 머리에 떠오르는 생각들을 발성하는 방법을 연습했다. 두 번째 과제인 '종이 불기' 는 A4 종이의 아래쪽 양끝을 두 손으로 잡고, 휜 종이의 윗면에 입율 가까이 하여 불 때 나타나는 현상을 보여주고 현상의 원인을 설명하게 하는 과제다.
한편, 이 연구는 가설 지식 생성 과정에서 지식을 찾거나 표상된 지식을 조작하는 사고를 6가지 유형으로 분류했다. 첫 번째, '기포가 생기는 종류를 생활 경험에서 찾아보자'와 같이 의도적으로 지식을 생각해내려는 사고 유형을 지식 탐색(searchin昭 knowledges)이라고 구분했다.
대상 데이터
그리고 3 개의 훈련 과제를 사용하여 예비 피험자들이 반성적 사고와 발성 사고에 익숙해질 수 있도록 연습시켰다. 그리고 연습 과제 수행 과정에서 본 연구에 가정 적절한 4명의 피험자를 최종 선정했다.
또한 이들 훈련 과제 수행 기간을 통해 연구자와 피험자가 친숙해졌으며, 피험자들이 본 과제 수행 시 흔히 갖게 되는 연구 상황에 대한 심리적 부담이 많이 완화되었다. 또한, 훈련기간을 통해 자신의 사고 과정을 비교적 잘 표현하는 남학생 2명과 여학생 2명이 본 피험자로 최종 선정되었다.
이 연구는 먼저 과학적 지식을 효과적으로 생성할 수 있는 사고력과 언어적 표현력이 비교적 뛰어난 8명의 대학생들을 면담을 통해 예비 피험자로 선정했다. 그리고 3 개의 훈련 과제를 사용하여 예비 피험자들이 반성적 사고와 발성 사고에 익숙해질 수 있도록 연습시켰다.
제시하는데 그 목적을 두었다. 이를 위해 먼저, 다른 학교 급의 학생들보다 과학적 지식 생성 능력과 자신의 사고 과정을 진술할 수 있는 언어적 능력이 비교적 잘 발달되었을 것으로 생각되는 대학생들을 피험자로 선정했다. 그리고, 이들에게 과학적 가설을 생성하는 과제를 제시한 후 과제 해결 과정의 사고 내용을 발성 사고법을 통해 프로토콜로 생성하게 했다, 또, 과제 해결 후 심층 면담을 실시하여 프로토콜의 내용을 보완했다.
이론/모형
그리고, 이 프로토콜은 가설 지식 창안 과정이 비교적 자세하게 제시된 권용주 둥(2000)의 모형을 참고해서 귀납적으로 분석되었다.
성능/효과
네 번째, '공기가 냉각되어서.”…음료 속에 이산화탄소가 들어 있기 때문……' 둥과 같이 경험상황의 원인을 설명하는 내용을 원인적 설명자(causal explicans) 라고분류했다. 원인적 설명자는 설명자로서의 기능과 구조가 가설적 설명자와 동일하지만 설명하는 대상에는 차이가 있다.
네 번째, 식초가 달걀껍질에 작용해서 중화시키면서달걀껍질을 녹이고 공기방울이 생성된다'는 가설을 표현한 프로토콜을 살펴보면, 이미 표상 되었던 가설적 설명자 1, 2, 4의 설명자들이 부분적으로 포함되어 있음을 알 수 있다. 이처럼 의문상황의 일부분들을 각각 설명하는 가설적 설명자들을 조합해서 의문상황 전체를 설명할 수 있는 가설을 생성하는 사고 유형올 설명자 조합(combining explicans)이라고 분류했다.
이 연구의 결과로 제시된 가설 지식 생성 과정은 학습자가 교수-학습 상황에서 가설 지식을 생성할 때 거쳐야 하는 사고 과정과도 동일하다. 따라서, 이 연구 결과를 적용하면 교사가 학습자에게 가설 지식 생성 과제를 제시한 후 단순히 *가설을 창안하라'고 요구하는 것에서 그치는 것이 아니라 학습자의 수준에 따라 지금의 의문 상황을 자세히 관찰하라, '유사한 과거 경험 상황을 생각해보자 등의 비계를 제공해 줄 수 있다.
또한, 가설적 설명자는 의문 상황과 경험상황의 유사성을 비교한 결과 유사성이 높을 때 원인적 설명자에서 차용되는 것으로 생각된다. 마지막으로, 가설은 이미 표상된 가설적 설명자들을 조합하고, 인과적 의문을 가장 잘 설명할 수 있는 설명을 선택하는 과정에서 생성되며, 이것의 설명성은 필요에 따라 경험상황의 탐색을 통해 확인되는 것으로 생각된다. 이상의 가설지식 생성 과정을 정리하면 Table 4와 같다.
이 연구의 결과는 가설 지식이 절차적 과정을 통해 생성됨을 보여준다. 이것은 과학 교육의 실제에서 과학적 가설 생성 능력 향상을 위한 교수-학습 전략 수립과 가설생성 능력 평가의 측면에서 많은 시사점을 준다.
후속연구
또, 정량적 연구와 정성적 연구를 병행한 연구 (Jeong & Kwon, 2001)또한 귀추 과정의 존재를 지지하지만 하위 과정올 확인해주지는 못한다. 따라서, 가설 지식의 생성 과정에 대한 정확한 이해를 위해서는 추가적인 기술적 연구가 절실히 요구된다.
먼저, 교수-학습 측면에서 가설 지식 생성 능력 향상율위해 학습자에게 적절한 비계(scaffoldmG를 놓아주는 전략을 수립할 때 이 연구 결과는 적용될 수 있다. Vygotsky 의 ZPD 이론에 의하면 학습자의 수준에 적절한 비계를 놓아줄 때 학습자의 인지 발달이 촉진된다(한순미, 1999).
적용뙬 수 以다. 이 연구 결과를 활용하여 평가 방법을 고안한다면 학습자들이 가설 지식을 생성하지 못했을 때어떤 단계에서 가설 지식 생성 과정이 멈추었는지를 평가할 수 있다. 이러한 평가 결과는 학습자가 가설 지식을 생성하지 못한 이유를 원인적으로 분석할 수 있게 함으로써 평가의 본질적인 목적인 피드백 자료로서의 가치를 높여줄 수 있을 것이다,
이 연구 결과를 활용하여 평가 방법을 고안한다면 학습자들이 가설 지식을 생성하지 못했을 때어떤 단계에서 가설 지식 생성 과정이 멈추었는지를 평가할 수 있다. 이러한 평가 결과는 학습자가 가설 지식을 생성하지 못한 이유를 원인적으로 분석할 수 있게 함으로써 평가의 본질적인 목적인 피드백 자료로서의 가치를 높여줄 수 있을 것이다,
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