지구과학 탐구의 특징을 반영한 탐구 활동의 분석틀 개발 및 '지구의 역사와 지각 변동' 단원의 탐구 활동 분석 Development of an Inquiry Analysis Framework Based on the Features of Earth Science Inquiry Methodology and the Analysis of Inquiry Activities in the 8th Grade 'Earth History and Diastrophism' Unit원문보기
본 연구에서는 지질학 연구에 관한 과학철학적 논의를 기반으로 지구과학 탐구의 특징을 반영한 지구과학 탐구방법의 개념적 틀을 개발하고, 이 틀을 분석 도구로 하여 중학교 2학년 과학 교과서에 수록된 탐구 활동을 분석하였다. 분석틀에서는 지구과학의 탐구 방법을 논리적 추론 방법, 해석적 방법, 역사적 방법으로 구분하고, 각각에 부속하는 방법이나 방법론상의 특징들을 세분화하여 제시하였다. 분석을 위해서는 중학교 2학년 과학 교과서의 '지구의 역사와 지각 변동' 단원의 탐구 활동을 대상으로 하였다. 분석된 탐구 활동들에 논리적 추론 방법이 반영된 비율은 귀납적 방법이 23%, 연역적 방법이 22%, 귀추적 방법이 70로, 귀추적 방법이 가장 높은 반영 빈도를 보였다. 해석적 방법의 특징이 반영된 비율은 '이미 형성된 이해 구조의 역할'이 92%로 가장 높았으며, '순환적 추론'이 9%, '이해의 역사적 본성'이 17%였다. 역사적 방법은 그 반영된 비율이 높은 것으로부터 적절한 분류체계의 구성'(53%), '현대적 동일과정설의 원리 적용'(47%), '잔존물 해석'(41%), '단계이론화 과정에서 장소로써 시간을 대체'(3%), '독립된 연구 결과들의 수렴 정도 평가(3%) 순으로 나타났다.
본 연구에서는 지질학 연구에 관한 과학철학적 논의를 기반으로 지구과학 탐구의 특징을 반영한 지구과학 탐구방법의 개념적 틀을 개발하고, 이 틀을 분석 도구로 하여 중학교 2학년 과학 교과서에 수록된 탐구 활동을 분석하였다. 분석틀에서는 지구과학의 탐구 방법을 논리적 추론 방법, 해석적 방법, 역사적 방법으로 구분하고, 각각에 부속하는 방법이나 방법론상의 특징들을 세분화하여 제시하였다. 분석을 위해서는 중학교 2학년 과학 교과서의 '지구의 역사와 지각 변동' 단원의 탐구 활동을 대상으로 하였다. 분석된 탐구 활동들에 논리적 추론 방법이 반영된 비율은 귀납적 방법이 23%, 연역적 방법이 22%, 귀추적 방법이 70로, 귀추적 방법이 가장 높은 반영 빈도를 보였다. 해석적 방법의 특징이 반영된 비율은 '이미 형성된 이해 구조의 역할'이 92%로 가장 높았으며, '순환적 추론'이 9%, '이해의 역사적 본성'이 17%였다. 역사적 방법은 그 반영된 비율이 높은 것으로부터 적절한 분류체계의 구성'(53%), '현대적 동일과정설의 원리 적용'(47%), '잔존물 해석'(41%), '단계이론화 과정에서 장소로써 시간을 대체'(3%), '독립된 연구 결과들의 수렴 정도 평가(3%) 순으로 나타났다.
The purpose of this study was to develop an inquiry analysis framework based on the features of earth science inquiry methodology and to analyze inquiry activities in the 8th grade 'Earth History and Diastrophism' unit by using this framework. The framework classified earth science methods as logica...
The purpose of this study was to develop an inquiry analysis framework based on the features of earth science inquiry methodology and to analyze inquiry activities in the 8th grade 'Earth History and Diastrophism' unit by using this framework. The framework classified earth science methods as logical inference, hermeneutic, and historical methods, each of which was subdivided in consideration of its subordinate methods and characteristics. The analysis revealed that the logical inference method reflected in the unit as the 'abductive method' (70%) was used more frequently than the 'inductive' (23%) and 'deductive' (22%) methods. The hermeneutic method was found in terms of the 'forestructures of understanding' (92%), 'circular reasoning' (9%). and 'historical nature of human understanding' (17%). The historical method also used as the 'constructing proper taxonomy' (53%), 'adhering to the modem principle of uniformitarianism' (47%), and 'relic interpretation' (41%) were identified with ratios more fester than those for the 'place substituting for time in stage theorizing' (3%) and 'evaluating independent lines of inquiry for convergence' (3%).
The purpose of this study was to develop an inquiry analysis framework based on the features of earth science inquiry methodology and to analyze inquiry activities in the 8th grade 'Earth History and Diastrophism' unit by using this framework. The framework classified earth science methods as logical inference, hermeneutic, and historical methods, each of which was subdivided in consideration of its subordinate methods and characteristics. The analysis revealed that the logical inference method reflected in the unit as the 'abductive method' (70%) was used more frequently than the 'inductive' (23%) and 'deductive' (22%) methods. The hermeneutic method was found in terms of the 'forestructures of understanding' (92%), 'circular reasoning' (9%). and 'historical nature of human understanding' (17%). The historical method also used as the 'constructing proper taxonomy' (53%), 'adhering to the modem principle of uniformitarianism' (47%), and 'relic interpretation' (41%) were identified with ratios more fester than those for the 'place substituting for time in stage theorizing' (3%) and 'evaluating independent lines of inquiry for convergence' (3%).
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문제 정의
본 연구에서는 지질학 연구에 관한 과학철학적 논의를 기반으로 지구과학의 탐구 방법에 관한 이론을 검토하여 지구과학 탐구의 특징을 반영한 지구과학탐구 방법의 개념적 틀을 개발하는 한편, 지구과학탐구 방법의 특징이 학교과학에 어느 정도 반영되었는지를 알아보기 위해 개발된 틀을 이용하여 중학교 2학년 과학 교과서의 탐구 활동을 분석하였다., 지구의 역사와 지각 변동' 단원을 분석한 결과, 전체적으로는 지구과학의 탐구 방법과 그 특징들 중의 일부 요소들이 교과서의 탐구 활동에 반영되어 있음을 알 수 있었다.
이에 본 연구에서는 지질학 연구에 관한 과학철학적 논의를 기반으로 지구과학의 탐구 방법에 관한 이론을 검토하여 지구과학 탐구의 특징을 반영한 지구과학 탐구 방법의 개념적 틀을 개발하고, 이 틀을 분석 도구로 삼아 중학교 과학 교과서에 수록된 지구과학 탐구 활동들을 분석해 보고자 한다. 특별히, 개발된 분석틀이 지구과학의 여러 영역 중 지질학 분야에서 주로 사용되는 탐구 방법들을 기반으로 하였음을 고려하여 8학년, 지구의 역사와 지각 변동, 단원의 탐구 활동들에 지구과학 탐구 방법의 특징이 어느 정도로 반영되었는지를 계량적으로 조사하기로 한다.
제안 방법
Table 3에 제시된 바와 같은 지구과학 탐구 방법과 그 특징들의 세분화된 항목들이 중학교 2학년 과학교과서에 포함된 빈도를 조사하여 지구과학 탐구의 특징이 '지구의 역사 및 지각 변동' 단원의 탐구 활동에 반영된 정도를 알아보았다. 개개의 탐구 활동을 분석할 때에는 하나의 활동이 지구과학의 여러 방법들과 특징들을 통합적으로 포함할 수 있다는 점을 고려하여 서로 다른 항목들이 중복되는 것을 허용하였다.
이 틀에서는 지구과학의 탐구 방법을 논리적 추론 방법'(logical inference method), 해석적 방법'(hermeneutic method), 그리고 '역사적 방법, (historical method)으로 구별하였는데, 각각의 항목을 설정하는 데 고려하였던 대표적인 문헌은 Engelhardt & Zimmermann( 1982), Frodeman(1995), 그리고 Ault (1998) 등이었다. 개발된 틀을 이미 고찰한 문헌들과 다시 비교하고 2인의 지구과학 교육 연구자를 통해 그 내용의 타당성을 검토한 후에, 우리나라 중학교 2 학년 과학 교과서의 탐구 활동에 지구과학 탐구의 특징이 반영된 정도를 조사하기 위한 분석틀로 활용하였다.
본 연구에서는 현재 사용되고 있는 중학교 2학년 과학 교과서 7종을 선정하고, 지구과학 영역 중 지질학 분야와 가장 직접적으로 관련이 있는, 지구의 역사와 지각 변동' 단원의, 탐구 활동'을 개발된 분석 틀을 이용하여 분석하였다. 이때 분석의 대상으로서 '탐구 활동, 이란 교과서에 수록된 설명적 지문(text) 이외의 모든 활동을 포함하되, 단순한 읽을거리가 아니라 실험 .
이러한 추론 과정에서는 대상의 속성과 관계를 확인하고 유사성과 차이점을 발견하는 전략 등이 동원된다. 연역적 방법은 보편적 법칙이나 일반적 주장에서 특수한 법칙과 주장을 도출하는 과정으로, 본 연구에서는 일반화된 과학적 주장을 구체적인 사례에 적용하거나 가설을 검증하기 위하여 관찰 가능한 현상을 추론해내는 전략 등도 연역적 방법으로 보았다. 귀추적 방법은 어떤 현상을 관찰한 다음 관찰 결과를 설명하기 위하여 적절한 사실이나 법칙, 원리 등을 추리해내고 그로부터 설명적 가설을 도입하거나 새롭게 구성하는 사고 과정을 의미한다.
지구과학의 탐구 방법론에 관한 체계적이고 종합적인 검토를 위하여 지구과학자들의 연구 방법을 과학철학적인 입장에서 고찰한 문헌을 수집, 검토하고, 이들 문헌의 내용을 종합하여 지구과학의 탐구 방법과 그 특징을 항목화 함으로써 지구과학 탐구의 특징을 반영한 지구과학 탐구 방법에 관한 개념적 틀을 개발하였다. 이 틀에서는 지구과학의 탐구 방법을 논리적 추론 방법'(logical inference method), 해석적 방법'(hermeneutic method), 그리고 '역사적 방법, (historical method)으로 구별하였는데, 각각의 항목을 설정하는 데 고려하였던 대표적인 문헌은 Engelhardt & Zimmermann( 1982), Frodeman(1995), 그리고 Ault (1998) 등이었다.
특별히, 개발된 분석틀이 지구과학의 여러 영역 중 지질학 분야에서 주로 사용되는 탐구 방법들을 기반으로 하였음을 고려하여 8학년, 지구의 역사와 지각 변동, 단원의 탐구 활동들에 지구과학 탐구 방법의 특징이 어느 정도로 반영되었는지를 계량적으로 조사하기로 한다. 즉, 본 연구에서 다루고자 하는 연구 문제는 다음과 같이 진술될 수 있다: 지구과학 탐구의 특징을 반영한 지구과학 탐구 방법의 개념적 틀을 분석의 도구로 활용하였을 때, 지구과학 탐구 방법의 특징이 중학교 2학년 과학의, 지구의 역사와 지각 변동, 단원의 탐구 활동에 어느 정도로 반영되어 있는가?
해석적 방법에서는 그 특징을 , 순환적 추론, (circular reasoning), , 이미 형성된 이해 구조의 역할, (forestructures of understanding), , 이해의 역사적 본성 , (historical nature of human understanding)으로 나누어 제시하였다. 순환적 추론은 부분의 의미를 전체에 대한 그것의 관계로부터 이해하며, 전체에 대한개념을 그것의 부분에 대한 이해로부터 형성하는 사고방식을 뜻한다.
대상 데이터
이렇게 포괄적인 기준으로, 탐구 활동'을 선정한 데에는 교과서마다 학습 활동을 명명하는 방식이 달랐기 때문인데, 예를 들어, 실험' 과, 토의, 등을 모두, 탐구, 라고 하는 교과서가 있는가 하면 외 학습, 이나, 현장 학습, 또는, 답사, 를구별하여 제시하는 경우도 있었다. 본 연구에서 분석대상이 되었던 중학교 2학년 과학 7종 교과서의, 지구의 역사와 지각 변동, 단원의 교과서별 탐구 활동 개수는 Table 1에 제시된 바와 같다.
성능/효과
과학 교과서의 탐구 활동을 분석하였다., 지구의 역사와 지각 변동' 단원을 분석한 결과, 전체적으로는 지구과학의 탐구 방법과 그 특징들 중의 일부 요소들이 교과서의 탐구 활동에 반영되어 있음을 알 수 있었다. 특별히, 귀추적 방법이 탐구 활동에 반영된 비율이 다른 논리적 추론 방법에 비해 훨씬 높게 나타났는데, 이것은 현재 남아있는 제한적이고 부분적인 증거들로부터 과거에 있었던 현상들과 과정들에 대한 최선의 설명을 추론하는 지구과학 탐구의 특징이 잘 드러난 예라고 할 수 있다.
개발한 틀을 이용하여 과학 교과서를 분석한 결과의 신뢰성을 검토하기 3명의 분석자가 중학교 2학년 과학교과서에 수록된 탐구 활동들을 분석하고, 그 결과가 어느 정도로 일치하는가를 확인하였다. 분석자간 일치도는 2명의 분석자마다 짝을 이루어 일치 비율을 계산하는 방식으로 산출하였는데, 그 결과는 Table 2에 제시된 바와 같이 비교적 양호한 수준이었다.
결론적으로, 지구과학 및 지구과학 교육 연구나 지구과학 교사 교육 과정에서 지구과학의 탐구 방법론에 대한 논의가 미흡한 실정에서도 불구하고 지구과학의 탐구 방법들과 그 특징들의 일부가 과학 교과서에 반영되어 있다는 것은 의미 있는 결과라고 할 수 있다. 앞으로는 지구과학 탐구 방법에 대한 이론적, 실증적 고찰을 통해 지구과학 탐구의 특징이 반영된 탐구 활동이 각급 학교에서 보다 활발하게 이루어질 수 있도록 하는 노력이 필요할 것이다.
논리적 추론 방법의 반영: 논리적 추론 방법의 특징들을 포함하고 있는 탐구 활동의 수를 살펴보면, 평균적으로 귀납적 방법을 포함하는 활동이 23%, 연역적 방법 22%, 귀추적 방법 70%이었고, 세 가지 방법 중 어느 것도 포함되지 않은 활동이 16%이었다. 즉, 중학교 2학년 교과서에는 귀추적 방법이 탐구 활동에 반영된 비율이 다른 논리적 추론 방법에 비해 훨씬 높게 나타났다.
역사적 방법의 반영: 지구과학 탐구 방법 중 역사적 방법의 특징이 중학교 2학년 '지구의 역사와 지각변동'의 탐구 활동에 반영된 비율을 살펴보면, , 적절한 분류 체계의 구성, (53%), , 현대적 동일과 정설의 원리 적용'(47%), , 잔존물 해석, (41%)의 방법이 비슷한 비율로 반영되었으며, , 단계이론화 과정에서 장소로써 시간을 대체'(3%), , 독립된 연구 결과들의 수렴 정도 평가, (3%)의 방법은 매우 낮은 비율을 차지하고 있었다. 이 결과를 중단원 수준에서 살펴보면, , 지구의 역사, 영역의 탐구 활동들이, 지각 변동' 영역의 탐구 활동들보다, 현대적 동일과정설의 원리 적용, 과, 적절한 분류 체계의 구성, 이라는 역사적 방법을 더 많이 반영하고 있었으며, , 단계이론화 과정에서 장소로써 시간을 대체, 라는 방법은, 지구의 역사, 영역의 탐구 활동에만 포함되어 있었다.
있었다. 이 결과를 중단원 수준에서 살펴보면, , 지구의 역사, 영역의 탐구 활동들이, 지각 변동' 영역의 탐구 활동들보다, 현대적 동일과정설의 원리 적용, 과, 적절한 분류 체계의 구성, 이라는 역사적 방법을 더 많이 반영하고 있었으며, , 단계이론화 과정에서 장소로써 시간을 대체, 라는 방법은, 지구의 역사, 영역의 탐구 활동에만 포함되어 있었다. 이러한 차이는 '지구의 역사' 영역에서 모형을 통해 지층이나 화석이 형성되는 것과 같은 지구과학적인 과정을 경험하고 그 결과를 실제 자연 현상에 적용하는 탐구 활동들이 많았다는 사실로부터 부분적으로 설명된다.
이러한 긍정적인 측면과 더불어, 중학교 2학년 과학 교과서에는 잘 반영되지 않은 지구과학 탐구 방법의 특징들도 있다는 것을 알 수 있었다. 특별히, , 이해의 역사적 본성'이 반영된 빈도가 낮은 것은 한 차시 분량으로 구성된 탐구 활동에서 지구과학 연구 자체와 그 결과의 이해가 역사적 성격을 지닌다는 특징을 담아내기 어려웠기 때문이라고 해석된다.
, 지구의 역사와 지각 변동' 단원을 분석한 결과, 전체적으로는 지구과학의 탐구 방법과 그 특징들 중의 일부 요소들이 교과서의 탐구 활동에 반영되어 있음을 알 수 있었다. 특별히, 귀추적 방법이 탐구 활동에 반영된 비율이 다른 논리적 추론 방법에 비해 훨씬 높게 나타났는데, 이것은 현재 남아있는 제한적이고 부분적인 증거들로부터 과거에 있었던 현상들과 과정들에 대한 최선의 설명을 추론하는 지구과학 탐구의 특징이 잘 드러난 예라고 할 수 있다. 해석적인 방법의 특징 중에서는 '이미 형성된 이해 구조의 역할'의 비율이 가장 높았는데, 이는 과학자들의 연구가 그들이 이전의 연구 경험으로부터 얻게 된 개념이나 이론, 예견 등으로부터 출발한다는 현대의 과학철학에서 주장하는 과학적 탐구의 본성이 반영된 결과라고 해석된다.
해석적 방법의 반영: 중학교 2학년 과학 교과서의 탐구 활동에 지구과학의 해석적 탐구 방법의 특징이 반영된 비율을 보면, 순환적 추론이 반영된 탐구 활동이 9%, 이미 형성된 이해 구조의 역할 92%, 이해의 역사적 본성 17%로, 지구과학의 탐구에서 이미 형성된 이해 구조가 하는 역할에 대한 내용이 반영된 비율이 매우 높은 반면, 이해의 역사적 본성이 반영된 비율이 낮게 나타났다. 이것은 교과서에 수록된 탐구 활동들이 대부분 한 가지 주제에 대한 1차시 분량의 것으로 구성되어 있고, 따라서 하나의 탐구 결과가 지속적인 효과를 나타내는 것을 보일 수 있도록 여러 작은 활동들로 세분화되지 못했기 때문이다.
후속연구
있다. 앞으로는 지구과학 탐구 방법에 대한 이론적, 실증적 고찰을 통해 지구과학 탐구의 특징이 반영된 탐구 활동이 각급 학교에서 보다 활발하게 이루어질 수 있도록 하는 노력이 필요할 것이다.
참고문헌 (9)
교육부, 1997, 과학과 교육과정(교육부 고시 제 1997-15호 별책 9). 대한교과서, 서울, 101 p
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Ault, C. R., Jr., 1998, Criteria of excellence for geological inquiry: The necessity of ambiguity. Journal of Research in Science Teaching, 35(2), 189-212
Kim, C.-J., 2002, Inference frequently used in earth science. Journal of the Korean Earth Science Society, 23(2), 188-193
Magnani, L., 2001, Abduction, reason, and science: Process of discovery and explanation. Kluwer Academic/Plenum, New York, NY, 205 p
National Research Council, 1996, National Science Education Standards. National Academy Press, Washington, DC, 262 p
Selles-Martinez, J., 2004, International Earth Science Olympiad: What to test and how to do so. Seoul Conference for the International Earth Science Olympiad Conference Proceedings, 136-142
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