과학영재를 가르칠 때 고려해야할 중요한 요소로 거론 되는 것 중 하나는 창의성이다. 과학 영재들에게 창의성을 향상시키는 방법은 여러 가지가 있지만, 과학자처럼 사고하고 탐구할 수 있는 기회를 제공하는 것도 한 가지 방법이다. 이에 이 연구에서는 과학영재의 창의성을 신장시키기 위해 창의적 화학자 '폴링'의 연구과정을 분석하였다. 분석에 활용한 자료는 폴링의 일대기와 연구 사례, 인터뷰 자료들이다. 이러한 자료들을 분석하여 창의적 사고방법과 연구방법 요소들을 각각 추출할 수 있었다. 창의적 사고방법 요소로는 귀추적 사고, 모순, 관점의 전환, 모형화, 단순화, 은유적 사고, 발산적 사고, 수렴적 사고가 추출되었다. 연구방법 요소는 반복 실험, 공동연구, 이론과 실험의 병행, 과학자의 사회적 책임이 추출되었다. 이러한 요소들을 과학영재를 지도할 때 사용하는 교육프로그램에 포함시킨다면 과학영재들은 창의적 과학자와 같은 행동을 따라함으로써 창의성 신장에 도움이 될 것이다.
과학영재를 가르칠 때 고려해야할 중요한 요소로 거론 되는 것 중 하나는 창의성이다. 과학 영재들에게 창의성을 향상시키는 방법은 여러 가지가 있지만, 과학자처럼 사고하고 탐구할 수 있는 기회를 제공하는 것도 한 가지 방법이다. 이에 이 연구에서는 과학영재의 창의성을 신장시키기 위해 창의적 화학자 '폴링'의 연구과정을 분석하였다. 분석에 활용한 자료는 폴링의 일대기와 연구 사례, 인터뷰 자료들이다. 이러한 자료들을 분석하여 창의적 사고방법과 연구방법 요소들을 각각 추출할 수 있었다. 창의적 사고방법 요소로는 귀추적 사고, 모순, 관점의 전환, 모형화, 단순화, 은유적 사고, 발산적 사고, 수렴적 사고가 추출되었다. 연구방법 요소는 반복 실험, 공동연구, 이론과 실험의 병행, 과학자의 사회적 책임이 추출되었다. 이러한 요소들을 과학영재를 지도할 때 사용하는 교육프로그램에 포함시킨다면 과학영재들은 창의적 과학자와 같은 행동을 따라함으로써 창의성 신장에 도움이 될 것이다.
Creativity is always important in science gifted education. There are many research results about enhancing the creativity. One of the ways of enhancing students scientific' creativity is to let them think and research like scientists so that they can follow how scientists find problems and solve th...
Creativity is always important in science gifted education. There are many research results about enhancing the creativity. One of the ways of enhancing students scientific' creativity is to let them think and research like scientists so that they can follow how scientists find problems and solve them. So in this study, scientific creative elements were extracted from the Pauling's detailed examples of research process by using many documents. Abductive reasoning, paradox, changing the perspective, modeling, simplifying, converging thinking, diverging thinking, and metaphorical thinking are thinking methods that were extracted from the Pauling's research process. Repeated experiment, co-experiment, using both theories and experiments, and social obligation as a scientist are research methods. Scientific creative elements that were extracted suggest some direction that have more scientific creativity, more ability to find problems, and more ability to form theories in science education or in science gifted education.
Creativity is always important in science gifted education. There are many research results about enhancing the creativity. One of the ways of enhancing students scientific' creativity is to let them think and research like scientists so that they can follow how scientists find problems and solve them. So in this study, scientific creative elements were extracted from the Pauling's detailed examples of research process by using many documents. Abductive reasoning, paradox, changing the perspective, modeling, simplifying, converging thinking, diverging thinking, and metaphorical thinking are thinking methods that were extracted from the Pauling's research process. Repeated experiment, co-experiment, using both theories and experiments, and social obligation as a scientist are research methods. Scientific creative elements that were extracted suggest some direction that have more scientific creativity, more ability to find problems, and more ability to form theories in science education or in science gifted education.
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문제 정의
이 연구는 화학자 폴링의 연구과정을 분석하여 사고방법의 창의적 요소 및 연구방법을 추출하는 것이다. 화학자 폴링은 화학결합의 본질을 밝혀 랭뮤어 상을 받고 단백질 연구와 비타민 C 연구까지 다양한 분야에 업적이 많았던 화학자로 노벨 화학상과 노벨 평화상을 받았다.
이 연구에서는 폴링의 창의적인 사고방법과 연구방법을 추출하기 위해 폴링의 일대기와 그의 문제 발견과 문제해결을 위한 사고방법, 연구방법이 드러난 사례들을 분석하였다. 문제 발견과 문제해결의 창의적인 사례로는 규산염의 구조, 항체특이성, 적혈구성 빈혈증의 원인, 전기음성도에 대한 연구, DNA연구 등이 있었다.
과학자와 관련된 과학영재 교육프로그램으로는 박문영, 이면우(2007)가 과학자를 소재로 초등 과학영재 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 과학자들의 구체적 삶의 일화와 그들의 과학적 업적을 통해서 과학이 사회나 국가와 밀접한 관계가 있으며 개인으로서의 과학자뿐만 아니라 사회나 국가와의 관계 속에서 과학에 대한 자세와 책임감에 대해 생각해 볼 수 있는 기회를 제공하였다. 실제로 과학영재 교육에서 과학지식이나 탐구 능력 이상으로 과학에 대한 올바른 가치관을 정립시키는 것 또한 중요한 것이다.
이에 본 연구에서는 과학영재 교육에서 과학 창의성을 신장시키기 위해 창의적 화학자 폴링(Linus Carl Pauling, 1901~1994)의 문제 발견 및 문제 해결을 위한 사고 방법의 창의적 요소 및 연구 방법을 추출하였다.
제안 방법
이러한 연구 능력에서 창의성을 찾아볼 수 있다. 그러므로 화학자 폴링과 관련된 문헌 연구를 통해 그의 연구과정 속 사고사례와 연구사례를 선정하고 사고방법의 창의적 요소 및 연구방법을 추출한다(그림 1).
원자와 이온의 크기가 알려진 값들과 일치하도록, X선 구조결정학으로 밝힌 간단한 분자들의 결합길이와 이온들 사이의 결합길이가 일치되는 방향으로 단순화시켜 나갔다. 그리고 주변에 있는 양이온과 음이온의 균형, 꼭짓점과 모서리에 얼마나 많은 원자들이 나열되는가에 초점을 맞추어 발견한 규칙들을 첨가했다. 이렇게 폴링이 규산염의 구조를 밝힐 때 규칙을 조합하여 단순화 시키는 것은 광물화학의 기본원리라 할 만큼 분자의 구조를 알아낼 수 있는 열쇠가 되었다.
이로부터 반복실험을 추출하였다. 그리고 화학결합의 접근법, 단백질 구조, 항원 항체, 적혈구 빈혈증 연구사례로부터 공동연구를 추출하였다. 여러 가지 실험결과에 대한 양자역학적 설명을 통해 화학적 내용을 재건한 부분에서는 이론과 실험의 병행을 추출하였다.
폴링의 연구 사례 분석을 위해서 폴링에 관한 문헌들, 예를 들어 책, 관련 논문, 인터넷 사이트, 인터뷰 자료 중 두 가지 이상의 자료에서 공통적으로 언급되고, 폴링이나 타인에 의해 논문이나 책으로 발표된 폴링의 주요 연구를 폴링의 연구 사례로 선정 하였다. 또한 각각의 연구 사례에 나타난 문제 발견과 문제 해결을 위한 폴링만의 창의적 사고 방법과연구 방법을 분석, 종합하여 연구 사례에서 두 번 이상 공통적으로 나타난 요소를 폴링의 사고방법과 연구방법에서 나타난 창의적 요소로 추출하였다. 폴링의 연구 사례와 창의적 사고방법과 연구방법 요소 추출은 현직에 근무하는 과학교육 석사과정 1인과 박사과정 1인이 협의한 후, 과학교육 전문가 1인에 의해 타당성 검증을 받았다.
수집한 자료에서 창의적인 사고방법 사례를 선정한 다음 창의적 요소를 추출하였다. 또한 과학자의 연구과정으로서 의미가 있는 연구방법 사례에서 연구방법들을 추출하였다. 폴링의 연구 사례 분석을 위해서 폴링에 관한 문헌들, 예를 들어 책, 관련 논문, 인터넷 사이트, 인터뷰 자료 중 두 가지 이상의 자료에서 공통적으로 언급되고, 폴링이나 타인에 의해 논문이나 책으로 발표된 폴링의 주요 연구를 폴링의 연구 사례로 선정 하였다.
폴링은 규산염의 구조를 밝힐 때 자신의 생각을 그림 5와 같이 나타낸 다음, 종이로 입체 모양을 접어서 서로 연결했다. 복잡한 분자구조는 X선의 회절 무늬 때문에 해석이 어려웠는데 폴링이 모형을 먼저 만들고 X선 무늬를 관찰하는 방법으로 규산염의 구조를 찾아내었다. 또한 폴링은 분자모형을 처음으로 사용하고 수업시간마다 즐겨 사용하였는데, 이는 학생들이 보이지 않는 분자와 분자구조에 대한 이해를 쉽게 하였다.
수집한 자료에서 창의적인 사고방법 사례를 선정한 다음 창의적 요소를 추출하였다. 또한 과학자의 연구과정으로서 의미가 있는 연구방법 사례에서 연구방법들을 추출하였다.
그리고 화학결합의 접근법, 단백질 구조, 항원 항체, 적혈구 빈혈증 연구사례로부터 공동연구를 추출하였다. 여러 가지 실험결과에 대한 양자역학적 설명을 통해 화학적 내용을 재건한 부분에서는 이론과 실험의 병행을 추출하였다.
폴링은 규산염의 구조를 밝힐 때 모형을 만드는 과정에서 자신이 알고 있는 여러 가지 규칙들을 조합하여 단순화시켰다. 원자와 이온의 크기가 알려진 값들과 일치하도록, X선 구조결정학으로 밝힌 간단한 분자들의 결합길이와 이온들 사이의 결합길이가 일치되는 방향으로 단순화시켜 나갔다. 그리고 주변에 있는 양이온과 음이온의 균형, 꼭짓점과 모서리에 얼마나 많은 원자들이 나열되는가에 초점을 맞추어 발견한 규칙들을 첨가했다.
발산적 사고와 수렴적 사고는 폴링과의 인터뷰에서 아이디어 생성에 관한 질문에 대한 대답에서 명확하게 추출해 낼 수 있었다. 은유적 사고 또한 폴링의 과학적 문제 해결 비법에 관한 질문에 대한 인터뷰 내용에서 추출하였다. 대부분의 연구에서 폴링은 거듭되는 실패에도 좌절하지 않고 자신이 원하는 실험결과를 얻을 때까지 끊임없이 실험 하였다.
대부분의 연구에서 폴링은 거듭되는 실패에도 좌절하지 않고 자신이 원하는 실험결과를 얻을 때까지 끊임없이 실험 하였다. 이로부터 반복실험을 추출하였다. 그리고 화학결합의 접근법, 단백질 구조, 항원 항체, 적혈구 빈혈증 연구사례로부터 공동연구를 추출하였다.
폴링은 규산염의 구조를 밝히는 과정에서 규소와 탄소가 비슷한 점이 많다고 생각하였다. 탄소가 다른 네 개의 원자들과 결합하면서 정사면체를 형성하고 그 중심에 탄소가 놓이고각 꼭짓점에서 다른 원자들이 놓인다는 것을 알았는데 규소도 이와 같은 모양으로 다른 원소들과 결합한다는 증거를 찾아 규소의 결합구조를 알아내었다. 이는 이미 알려진 현상에서의 잘 알려진 법칙을 도입하여 새로운 현상을 설명하는 귀추적 사고(Park & Kim, 2002)라할 수 있다.
폴링의 연구 과정을 분석하여 과학자의 연구방법으로 의미를 가지는 연구방법 요소를 추출하였다. 추출한 요소는 반복실험, 공동연구, 이론과 실험의 병행, 과학자의 사회적 책임이다.
대상 데이터
또한 과학자의 연구과정으로서 의미가 있는 연구방법 사례에서 연구방법들을 추출하였다. 폴링의 연구 사례 분석을 위해서 폴링에 관한 문헌들, 예를 들어 책, 관련 논문, 인터넷 사이트, 인터뷰 자료 중 두 가지 이상의 자료에서 공통적으로 언급되고, 폴링이나 타인에 의해 논문이나 책으로 발표된 폴링의 주요 연구를 폴링의 연구 사례로 선정 하였다. 또한 각각의 연구 사례에 나타난 문제 발견과 문제 해결을 위한 폴링만의 창의적 사고 방법과연구 방법을 분석, 종합하여 연구 사례에서 두 번 이상 공통적으로 나타난 요소를 폴링의 사고방법과 연구방법에서 나타난 창의적 요소로 추출하였다.
데이터처리
문제 발견과 문제해결의 창의적인 사례로는 규산염의 구조, 항체특이성, 적혈구성 빈혈증의 원인, 전기음성도에 대한 연구, DNA연구 등이 있었다. 또한 아이디어 생성 및 분류방식, 개념구조화방법에 대한 것을 폴링과의 인터뷰 자료로 분석할 수 있었다. 그리고 화학 노벨상과 노벨 평화상을 받게 한 폴링의 업적들을 통해서도 창의적인 연구사례, 과학자로서의 사회적 책임들을 분석할 수 있었다.
이론/모형
폴링의 연구과정의 창의적인 사고방법과 연구방법의 사례를 찾기 위해 폴링의 인터뷰 관련 사이트, 도서, 논문 등을 참고하였다. 분석에 활용한 주요 자료는 다음과 같다.
성능/효과
이렇게 폴링이 규산염의 구조를 밝힐 때 규칙을 조합하여 단순화 시키는 것은 광물화학의 기본원리라 할 만큼 분자의 구조를 알아낼 수 있는 열쇠가 되었다. 또한 파동방정식을 단순화시키는 과정에서 탄소의 결합뿐만 아니라 복잡한 분자 구조도 수학적으로 증명할 수 있었다. 단순화하는 방식은 폴링이 많은 연구문제들을 해결할수 있는 중요한 사고방법 중 하나였다(그림 7).
이러한 사례는 항체 연구, 적혈구 빈혈증 연구에서도 분석되었다. 이 사례들은 폴링이 귀추적 사고법을 이용하여 가설을 설정하고, 문제를 해결했다는 것을 분석할 수 있었다(그림 2). Kepler의 연구과정에서 어떻게 과학적 문제를 발견하고 그의 이론 형성 과정에서 어떻게 귀추적 사고를 하였는지 조사하여 과학 창의성 교육에 대한 시사점을 도출(김영민, 2006)한 것을 통해서도 귀추적 사고가 과학창의성으로 중요한 요소임을 알 수 있다.
이러한 사례를 바탕으로 추출한 창의적 사고방법 요소로는 귀추적 사고, 모순, 관점의 전환, 모형화, 단순화, 은유적 사고, 발산적 사고와 수렴적 사고가 있었다. 추출한 연구방법 요소는 반복 실험, 공동연구, 이론과 실험의 병행, 과학자의 사회적 책임이 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
화학자 폴링의 업적은 무엇인가?
이 연구는 화학자 폴링의 연구과정을 분석하여 사고방법의 창의적 요소 및 연구방법을 추출하는 것이다. 화학자 폴링은 화학결합의 본질을 밝혀 랭뮤어 상을 받고 단백질 연구와 비타민 C 연구까지 다양한 분야에 업적이 많았던 화학자로 노벨 화학상과 노벨 평화상을 받았다. 그는 20세기의 과학자들이 서로 발견하려고 경쟁을 벌였던 DNA의 구조 결정에도 참여했으며, X선 구조결정학, 전자회절, 양자역학, 생화학, 분자정신병학, 핵물리학, 면역학, 진화학 등에서 중요한 발견을 했고, 400편 이상의 논문을 썼다.
과학영재 교육의 목적은 무엇인가?
과학영재 교육은 학생들이 장래의 창의적인 과학자로 성장하기 위해 도움을 주도록 계획된 교육이어야 한다(정현철, 한기순, 김병노, 최승언, 2002). 또한 과학영재 교육의 목적이 실질적 탐구 활동에서 과학자와 같이 독립적이고 창의적이며 자율적으로 탐구할 수 있는 능력을 갖춘 학습자를 양성하는 것(Betts, 2004; Treffinger, 1975; Watters & Diezmann, 2003)에 있기 때문에 과학영재 교육에서 창의성 교육은 매우 중요하다. 이를 위해서는 과학적 문제를 해결하는 과학자들이 창의성(Langley, Simon, Bradshaw, Zytkow, 1987)을 바탕으로 과학자처럼 사고하고 탐구를 할 수 있는 기회를 과학영재들에게 제공해야 한다.
과학영재 교육프로그램이 제공하는 것은 무엇인가?
과학자와 관련된 과학영재 교육프로그램으로는 박문영, 이면우(2007)가 과학자를 소재로 초등 과학영재 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 과학자들의 구체적 삶의 일화와 그들의 과학적 업적을 통해서 과학이 사회나 국가와 밀접한 관계가 있으며 개인으로서의 과학자뿐만 아니라 사회나 국가와의 관계 속에서 과학에 대한 자세와 책임감에 대해 생각해 볼 수 있는 기회를 제공하였다. 실제로 과학영재 교육에서 과학지식이나 탐구 능력 이상으로 과학에 대한 올바른 가치관을 정립시키는 것 또한 중요한 것이다.
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