과학 교과서의 과학사 자료 분석을 위한 삼원 분석틀 개발 및 적용: 지구과학사를 중심으로 Development and Application of Three Dimensional Framework for Analyzing the History of Science Content in Science Textbook: Focus on the History of Earth Science원문보기
과학사는 과학 수업에서 여러 가지 목표를 달성하기 위한 유용한 수단으로 간주되어 왔다. 이 연구의 목적은 과학 교과서에 사용된 과학사 자료를 효과적으로 분석하기 위한 삼원 분석틀을 개발하고, 이 분석틀을 적용하여 제7차 교육과정의 지구과학사 자료를 분석하는 것이다. 개발된 분석틀은 수업맥락, 역할, 제시유형의 3개 차원으로 구성되며, 각각의 차원은 다시 몇 개의 하부 영역으로 세분된다. 개발된 분석틀을 이용하여 과학 교과서의 지구과학사 자료들을 분석한 결과, 분석틀의 세 가지 차원과 각각의 영역에 부합되는 과학사 자료가 과학 교과서에 다양하게 포함되지 못한 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 삼원 분석틀의 활용을 통한 다양한 수업맥락과 목적의 조합으로 과학사교수-학습 자료의 개발을 제안하였다.
과학사는 과학 수업에서 여러 가지 목표를 달성하기 위한 유용한 수단으로 간주되어 왔다. 이 연구의 목적은 과학 교과서에 사용된 과학사 자료를 효과적으로 분석하기 위한 삼원 분석틀을 개발하고, 이 분석틀을 적용하여 제7차 교육과정의 지구과학사 자료를 분석하는 것이다. 개발된 분석틀은 수업맥락, 역할, 제시유형의 3개 차원으로 구성되며, 각각의 차원은 다시 몇 개의 하부 영역으로 세분된다. 개발된 분석틀을 이용하여 과학 교과서의 지구과학사 자료들을 분석한 결과, 분석틀의 세 가지 차원과 각각의 영역에 부합되는 과학사 자료가 과학 교과서에 다양하게 포함되지 못한 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 삼원 분석틀의 활용을 통한 다양한 수업맥락과 목적의 조합으로 과학사교수-학습 자료의 개발을 제안하였다.
History of science (HOS, hereafter) has been considered as a useful tool for achieving a variety of objectives in science lesson. The purpose of this study was to develop three dimensional framework for effectively analyzing HOS content in science textbook. In addition, using this framework, we anal...
History of science (HOS, hereafter) has been considered as a useful tool for achieving a variety of objectives in science lesson. The purpose of this study was to develop three dimensional framework for effectively analyzing HOS content in science textbook. In addition, using this framework, we analyzed HOS content in science textbooks of the 7th curriculum by focusing on the history of Earth science. Developed framework consists of three dimensions; instruction context, role, and type. Each dimension has several sub-domains. The results of textbook analysis revealed that science textbook didn't include diverse HOS materials that are appropriate to three dimensions and its sub-domains of the framework. Based on the results, we proposed that three dimensional framework is an effective tool to develop materials for teaching and learning materials of HOS with multiple coordinations of various contexts and purposes.
History of science (HOS, hereafter) has been considered as a useful tool for achieving a variety of objectives in science lesson. The purpose of this study was to develop three dimensional framework for effectively analyzing HOS content in science textbook. In addition, using this framework, we analyzed HOS content in science textbooks of the 7th curriculum by focusing on the history of Earth science. Developed framework consists of three dimensions; instruction context, role, and type. Each dimension has several sub-domains. The results of textbook analysis revealed that science textbook didn't include diverse HOS materials that are appropriate to three dimensions and its sub-domains of the framework. Based on the results, we proposed that three dimensional framework is an effective tool to develop materials for teaching and learning materials of HOS with multiple coordinations of various contexts and purposes.
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문제 정의
분석 결과를 바탕으로 중·고등학교 과학 교과서 및 지구과학 I, II 교과서의 지구과학사 자료 도입 방식을 서로 비교해 보았다. 그리고 각 학교급별 과학 교과서의 출판사 간에 과학사 자료를 도입하는 유형에 유의미한 차이가 있는지에 대해 알아보았다.
이에 본 연구에서는 과학 교과서에 사용된 과학사자료 분석에 활용할 수 있는 체계적이고 효율적인 분석틀을 개발하고자 한다. 또한 개발된 분석틀을 적용하여 현행 과학 교과서를 분석하고, 과학 수업에 다양한 목적으로 활용할 수 있는 과학사 자료 형태를 탐색하고자 한다.
본 연구에서는 기존의 분석틀과 문헌 연구를 바탕으로 과학 교과서에 사용된 과학사 자료를 체계적이고 효과적으로 분석할 수 있고, 수업 목적에 따라 다양하게 과학사 교수-학습 자료를 개발할 때에도 활용할 수 있는 삼원 분석틀을 개발하였다. 개발된 분석틀은 예비 연구에 참여하였던 3명의 과학 교육전문가들과 수차례 세미나를 거쳐 직접 타당도(direct validity)를 검증받았다.
본 연구의 주목적인 분석틀 개발을 위한 예비 연구로 기존의 분석틀을 이용하여 과학 교과서의 과학사 자료를 분석함으로써 기존 분석틀의 장·단점을 파악하고자 하였다.
이에 본 연구에서는 과학 교과서에 사용된 과학사자료 분석에 활용할 수 있는 체계적이고 효율적인 분석틀을 개발하고자 한다. 또한 개발된 분석틀을 적용하여 현행 과학 교과서를 분석하고, 과학 수업에 다양한 목적으로 활용할 수 있는 과학사 자료 형태를 탐색하고자 한다.
그러나 대부분의 연구는 과학사 자료의 외적인 유형 분석에 치중하고 있어서 효과적인 과학사 도입 방법을 제시하지 못하였다. 이에 본 연구에서는 기존의 분석틀을 활용한 예비 연구과 관련 문헌 연구를 바탕으로 과학 교과서에 사용된 과학사 자료를 체계적이고 효과적으로 분석할 수 있는 삼원 분석틀을 개발하였다. 그리고 개발한 삼원 분석틀을 제7차 교육과정의 과학 교과서에 적용하여 지구과학사 자료를 분석하였다.
제안 방법
과학 교과서 2권을 임의로 선정하여 2명의 지구과학 교육 전공자가 각자 분석하고 일치도를 확인하는 과정을 반복하였다. 체크리스트 각 영역의 판단 기준에 대한 몇 번의 협의과정을 거친 후의 최종적인 일치도는 0.
과학 교과서에 사용된 과학사 자료를 체계적이고 효과적으로 분석하기 위한 분석틀을 개발하기 위해, 예비 연구로 기존에 사용된 분석틀을 이용하여 현행 과학 교과서를 분석하였다. 이 분석 결과 및 관련 문헌 연구를 바탕으로 삼원 분석틀을 개발하였으며, 개발한 분석틀을 적용하여 현행 과학 교과서 내의 지구과학사 자료를 분석하였다.
이에 본 연구에서는 기존의 분석틀을 활용한 예비 연구과 관련 문헌 연구를 바탕으로 과학 교과서에 사용된 과학사 자료를 체계적이고 효과적으로 분석할 수 있는 삼원 분석틀을 개발하였다. 그리고 개발한 삼원 분석틀을 제7차 교육과정의 과학 교과서에 적용하여 지구과학사 자료를 분석하였다.
그리고 과학 발견의 언급과 기술을 ‘발견/고안’으로, 선형적 구성을 ‘선형적인 발전’으로 수정하였다.
따라서 본 연구에서 개발된 과학사 자료 분석틀은 수업맥락, 역할, 제시유형의 세 차원으로 구성되며(Fig. 2), 각 차원은 다시 몇 개의 하위 영역들로 구성된다(Table 2).
예비 연구에서 기존의 분석틀을 이용하여 중·고등학교 과학 교과서의 지구과학사 자료들을 분석한 결과, Leite가 개발한 체크리스트는 과학 교과서에 도입된 과학사 자료의 소재나 학습 활동 등을 비교적 상세하게 분석할 수는 있었으나, 체크리스트 구성이 너무 복잡하여 분석이 어려울 뿐만 아니라, 우리나라의 과학 교과서를 분석하는 데 그대로 적용하기엔 적합하지 못한 것으로 판단되었다. 따라서 예비 연구의 교과서 분석 결과 빈도가 높게 나온 영역을 몇 개 추출하고, 과학사 활용과 관련된 문헌 연구를 통해 과학 교사가 어떻게 학습 내용에 적절한 과학사 자료를 사용하느냐의 문제에 초점을 둔 영역을 추가적으로 포함하도록 하였다.
본 연구에서 개발한 삼원 분석틀을 사용하여 제7차 교육과정의 중·고등학교 과학 교과서 및 지구과학 I, II 교과서에 도입된 지구과학사 자료를 분석하였다.
본 연구에서는 기존의 분석틀인 Leite(2002)의 체크리스트에서 예비 연구의 결과로 추출된 ‘과학사 자료의 지위’ 영역을 토대로 ‘역할’ 차원을 설정하였으며, ‘과학사 자료의 유형’과 조직과 ‘과학사 자료의 유형과 조직’과 ‘과학사 활용 소재’를 토대로 ‘제시 유형’ 차원을 설정하였다.
분석 결과를 바탕으로 중·고등학교 과학 교과서 및 지구과학 I, II 교과서의 지구과학사 자료 도입 방식을 서로 비교해 보았다.
91이 되도록 한 후, 총 31권의 과학 교과서를 분석하였다. 분석에 사용된 과학 교과서들에서 사용된 각각의 지구과학사 자료를 기본 분석 단위로 삼았으며, 삼원 분석틀의 48가지 조합에 따라 각각의 빈도를 분석하였다. 또한 분석한 빈도수를 이용하여 카이스퀘어(χ2) 검정을 통해 과학교과서 간에 유의미한 차이가 있는지 알아보았다.
과학 교과서에 사용된 과학사 자료를 체계적이고 효과적으로 분석하기 위한 분석틀을 개발하기 위해, 예비 연구로 기존에 사용된 분석틀을 이용하여 현행 과학 교과서를 분석하였다. 이 분석 결과 및 관련 문헌 연구를 바탕으로 삼원 분석틀을 개발하였으며, 개발한 분석틀을 적용하여 현행 과학 교과서 내의 지구과학사 자료를 분석하였다. 연구 절차는 Fig.
이를 위해 과학 교과서에 사용된 과학사 자료를 분석한 선행 연구를 조사하여 활용빈도가 높고 상세한 분석틀을 선정하였으며, 이를 이용하여 제7차 과학 교육과정의 중·고등학교 과학 교과서의 지구과학사 내용을 분석하였다.
과학교육에서 과학사 도입의 필요성 및 효과에 대한 연구가 이루어지면서 과학 수업과 과학 교과서에 과학사를 도입할 것을 많이 강조하고 있다. 이에 따라 많은 연구자들이 과학 교과서에 과학사가 어떻게 도입되고 있는지를 알아보기 위하여 과학사 자료 유형을 다양한 틀을 활용하여 분석하였다. 그러나 대부분의 연구는 과학사 자료의 외적인 유형 분석에 치중하고 있어서 효과적인 과학사 도입 방법을 제시하지 못하였다.
대상 데이터
본 연구에서 개발한 삼원 분석틀을 사용하여 제7차 교육과정의 중·고등학교 과학 교과서에 사용된 지구과학사 자료를 분석하였다.
분석 대상: 예비연구와 마찬가지로 제7차 교육과정에서 사용되고 있는 중학교 과학 교과서 9종과 고등학교 과학 교과서 10종, 그리고 고등학교 지구과학 I, II 교과서 6종을 분석하였다(Table 1).
분석 대상: 제7차 교육과정에서 사용되고 있는 중학교 과학 교과서 9종과 고등학교 과학 교과서 10종, 그리고 고등학교 지구과학 I, II 교과서 6종을 선정하여 분석에 활용하였다. 분석에 사용된 과학 교과서는 Table 1과 같다.
분석 방법: 본 연구에서 개발한 삼원 분석틀을 적용한 분석에 앞서 에비 연구와 마찬가지로 임의로 선정한 과학 교과서 2권을 대상으로 몇 번의 합의 과정을 거쳐 연구자간 일치도를 0.91이 되도록 한 후, 총 31권의 과학 교과서를 분석하였다. 분석에 사용된 과학 교과서들에서 사용된 각각의 지구과학사 자료를 기본 분석 단위로 삼았으며, 삼원 분석틀의 48가지 조합에 따라 각각의 빈도를 분석하였다.
데이터처리
또한 분석한 빈도수를 이용하여 카이스퀘어(χ2) 검정을 통해 과학교과서 간에 유의미한 차이가 있는지 알아보았다.
93이었다. 또한, 분석 결과는 체크리스트 각 영역들에 대해 교과서 권당 평균 빈도수로 나타내었다.
이론/모형
예비 연구를 위한 과학사 자료 분석틀로는 Leite(2002)의 체크리스트를 선정하였다. 이 체크리스트는 포트투갈 과학 교과서의 과학사 자료를 분석하기 위해 개발된 것으로, 8개 영역으로 구성되어 있어 다른 분석틀에 비해 과학사 자료를 여러 측면에서 상세하게 분석할 수 있게 되어 있다.
성능/효과
본 연구에서는 기존의 분석틀과 문헌 연구를 바탕으로 과학 교과서에 사용된 과학사 자료를 체계적이고 효과적으로 분석할 수 있고, 수업 목적에 따라 다양하게 과학사 교수-학습 자료를 개발할 때에도 활용할 수 있는 삼원 분석틀을 개발하였다. 개발된 분석틀은 예비 연구에 참여하였던 3명의 과학 교육전문가들과 수차례 세미나를 거쳐 직접 타당도(direct validity)를 검증받았다.
검정 결과, 중학교 과학에서는 수업맥락과 제시유형 차원에서 각 교과서들 간에 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 이것은 중학교 과학 교과서들이 수업맥락과 제시유형 차원에서 지구과학사 자료를 도입하는 방식이 서로 다르다는 것을 의미한다.
고등학교 과학 교과서에 도입된 인식론적 맥락의 지구과학사 자료들은 보충적인 역할보다 기본적인 역할과 탐구적 역할을 더 많이 수행하는 것으로 나타났다. 이러한 자료들은 선형적인 발전을 제시하는 유형이 가장 많으며, 그 다음으로 발견/고안 유형이 많이 도입되고 있다.
둘째, 본 연구에서 개발한 삼원 분석틀을 제7차 교육과정의 중·고등학교 과학 교과서 및 지구과학 I, II 교과서에 적용한 결과, 대부분의 과학 교과서들이 지구과학사 자료를 도입할 때 다양한 수업 맥락, 역할, 제시유형으로 표현하지 못하는 것으로 분석되었다.
둘째, 본 연구에서 개발한 삼원 분석틀을 제7차 교육과정의 중·고등학교 과학 교과서 및 지구과학 I, II 교과서에 적용한 결과, 대부분의 과학 교과서들이 지구과학사 자료를 도입할 때 다양한 수업 맥락, 역할, 제시유형으로 표현하지 못하는 것으로 분석되었다. 모든 과학 교과서들이 수업 맥락 차원에서는 개념적 맥락의 과학사 자료를 가장 많이 도입하고 있었으며, 역할 차원에서는 기본적 역할의 자료가 가장 많았다. 하지만 탐구적 역할, 즉 과학사를 학생들의 탐구활동에 직접 활용한 경우는 그 수가 매우 적었다.
기본적 역할을 수행하는 흥미 맥락의 지구과학사 자료들은 대부분이 에피소드/일화, 발견/고안 제시유형이었다. 보충적인 역할의 자료는 기본적 역할의 자료에 비해 그 비율이 매우 적었으며, 그 중에서는 선형적인 발전 제시유형이 2.2%로 가장 많았다. 탐구적 역할의 자료는 하나도 분석되지 않았다.
셋째, 중·고등학교 각 과학 교과서들은 지구과학사 자료를 도입할 때, 개발한 삼원 분석틀의 특정 차원에 대하여 유의미한 차이가 있음이 나타났다.
예비 연구에서 기존의 분석틀을 이용하여 중·고등학교 과학 교과서의 지구과학사 자료들을 분석한 결과, Leite가 개발한 체크리스트는 과학 교과서에 도입된 과학사 자료의 소재나 학습 활동 등을 비교적 상세하게 분석할 수는 있었으나, 체크리스트 구성이 너무 복잡하여 분석이 어려울 뿐만 아니라, 우리나라의 과학 교과서를 분석하는 데 그대로 적용하기엔 적합하지 못한 것으로 판단되었다.
중·고등학교 과학 교과서 및 지구과학 I, II 교과서에서 가장 많이 사용된 지구과학사 자료의 조합은 ‘개념적 수업맥락-기본적 역할-발견/고안 유형’인 것으로 나타났으며, 일부 조합에 국한되어 사용되는 것으로 분석되었다.
셋째, 중·고등학교 각 과학 교과서들은 지구과학사 자료를 도입할 때, 개발한 삼원 분석틀의 특정 차원에 대하여 유의미한 차이가 있음이 나타났다. 중학교 과학 교과서들은 지구과학사 자료를 사용할 때 수업 맥락과 제시유형 차원에서 유의미한 차이가 있었으며, 고등학교 과학 교과서들은 역할 차원에서 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 지구과학 I 교과서들의 지구과학사 자료들은 모든 차원에서 유의미한 차이가 있었고, 지구과학 II 교과서에서는 수업 맥락 차원에서 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다.
중학교 과학 교과서들은 지구과학사 자료를 사용할 때 수업 맥락과 제시유형 차원에서 유의미한 차이가 있었으며, 고등학교 과학 교과서들은 역할 차원에서 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 지구과학 I 교과서들의 지구과학사 자료들은 모든 차원에서 유의미한 차이가 있었고, 지구과학 II 교과서에서는 수업 맥락 차원에서 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 출판사별로 교과서 저자들의 과학사 자료 활용에 관한 인식에 상당한 차이가 있음을 의미 한다.
지구과학 I 교과서에 도입된 개념적 맥락의 지구과학사 자료들은 중·고등학교 과학 교과서와 마찬가지로 학생들이 과학 개념을 학습하는 데 가장 많이 활용되는 것으로 분석되었다.
지구과학 I의 경우는 수업맥락, 역할, 제시유형의 모든 차원에서 모두 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 이는 지구과학 I 교과서들은 전체적으로는 개념적 맥락-기본적 역할-선형적인 발전 제시유형을 가장 많이 도입하고는 있지만, 나머지 부분들에 있어서는 각기 다른 방식으로 지구과학사 자료들을 사용하고 있다는 것을 의미한다.
첫째, 본 연구에서 개발한 삼원 분석틀은 이전의 분석틀과는 달리 과학사 자료의 수업 맥락 차원을 도입함으로써, 과학사 자료가 어떤 수업 맥락으로 사용될 수 있는지 분석할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 교육과정의 학습 내용 전개에서 주도적인 역할을 하는지 아니면 보충적인 역할을 하는지에 대한 분석이 가능하며, 어떤 유형으로 제시되고 있는지에 대한 분석 또한 가능하다.
이러한 결과는 제7차 교육과정의 과학 교과서들이 다양한 수업맥락, 역할, 제시유형으로 지구과학사 자료를 도입하지 못한다는 것을 의미 한다. 특히, 과학사를 다룬 탐구 활동은 매우 부족하며, 학생들이 과거의 유명한 과학자가 본인과 크게 다르지 않는 평범한 사람이라 인식할 수 있게 하는 과학자의 인간적인 모습이 담긴 과학사 자료도 현행 과학 교과서에서는 매우 부족한 것으로 나타났다.
후속연구
또한 교육과정의 학습 내용 전개에서 주도적인 역할을 하는지 아니면 보충적인 역할을 하는지에 대한 분석이 가능하며, 어떤 유형으로 제시되고 있는지에 대한 분석 또한 가능하다. 그러므로 본 연구에서 개발된 삼원 분석틀은 과학사 자료를 과학 수업이나 과학 교과서에 도입할 때 목적에 따라 과학사 자료를 선정할 수 있는 기준으로 사용될 수 있을 것이다.
이러한 결과는 출판사별로 교과서 저자들의 과학사 자료 활용에 관한 인식에 상당한 차이가 있음을 의미 한다. 그러므로 본 연구에서 개발된 삼원 분석틀이 과학 교과서 검정 기준에 포함되어 활용된다면 과학사 자료가 과학 교과서에 보다 다양하게 도입될 수 있을 것으로 기대된다.
또한 제시유형 차원에서는 발견/고안과 선형적인 발전 유형이 대부분이었고, 에피소드/일화 유형의 자료는 주로 흥미 맥락과 연계되어 극히 일부만이 사용되고 있었다. 이러한 분석 결과는 현행의 과학 교과서에 사용된 과학사 자료들이 다양한 측면의 과학 수업 목표를 위해 교사들이 활용하기에 적절하지 못하다는 것을 말해주며, 3개 차원의 각 영역이 다양하게 조합된 과학사 활용 교수-학습 자료가 개발될 필요성이 있음을 시사한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리의 일상 생활에서 과학이 많은 부분을 담당하고 있음에도 불구하고 친근하게 접근하지 못하는 특성이 있으며, 대부분의 사람들은 과학이 복잡하고 어렵다고 인식하며 특정인들만의 관심사라고 간주하는 경향이 있는데 과학 교육에서 이러한 문제를 해결하기 위해 어떤 노력이 있어왔는가?
우리의 일상 생활에서 과학이 많은 부분을 담당하고 있음에도 불구하고 친근하게 접근하지 못하는 특성이 있으며, 대부분의 사람들은 과학이 복잡하고 어렵다고 인식하며 특정인들만의 관심사라고 간주하는 경향이 있다(김은선, 1997). 과학 교육에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 방편으로 과학사를 학습 과정에 도입하려는 시도가 이어져왔다.
과학사를 과학 교육에 도입해야 한다는 주장을 최초로 한 사람은 누구인가?
우리 나라에서는 과학사가인 송상용 교수에 의해 과학사를 과학 교육에 도입해야 한다는 주장이 최초로 제기되었다. 그는 과학에 흥미가 없는 인문계 학생들에게 현대 과학을 가르칠 수 있는 방안으로서 과학사를 제시하며, 과학사를 현대 과학과 관련지어 가르치면 학생들이 과학에 대한 흥미를 되찾는 것과 더불어 자신의 전공분야와의 관련 속에서 새로운 통찰력을 얻을 수 있고, 과학의 개념적 구조와 과학 연구의 방법을 이해할 수 있을 것이라고 하였다(양승훈외, 1996).
과학사를 과학 교육에 도입함으로써 얻을 수 있는 이점은 무엇인가?
과학사를 과학 교육에 도입함으로써 얻을 수 있는 이점은 다음과 같이 정리될 수 있다; 첫째, 과학의 본성을 이해하게 함으로써 과학적 소양을 함양할 수 있게 한다(Seker and Welsh, 2006; Solomon et al., 1992; Jung, 1994; Irwin, 2000). 둘째, 과학 학습 동기를 유발하는데 효과적이며, 과학의 인간적인 측면을 제시할 수 있다(Sequeira and Leite, 1991; Jung, 1994; 심규철, 2001). 셋째, 다양한 과학적 방법에 대한 이해를 가능하게 한다(Matthews, 1992; Conant, 1951; 양승훈 등, 1996; 이선경과 김우희, 1995). 넷째, 올바른 과학 개념과 지식을 학습할 수 있게 도와준다(Lochhead and Dufresne, 1989; Sequeria and Leite, 1991; Stinner and Williams, 1993; Wandersee, 1985; Jenson and Finley, 1995; Bar and Zinn, 1998;유미현, 1999; 민경숙, 2000; 홍준의, 2002; 최윤희, 2005). 다섯째, 과학-기술-사회(STS) 그리고 다른 학문들과의 관련성을 드러내는 데도 중요한 역할을 할 수 있다(Sarton, 1962; Snow, 1959; Butterfield, 1957; 최윤희, 2005).
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