과학 수업에 과학사를 도입하자는 주장은 과학 지식과 과학적 방법의 이해, 과학의 본성에 대한 고찰, 과학과 사회와의 상호작용의 이해 등의 필요성에 따라 지속적으로 강조되어 왔다. 통합 과학 교육의 중요성이 강조되고 있는 오늘날, 과학사는 통합 과학 교육의 방안으로도 효과적이다. 이러한 배경 속에서 본 연구에서는 과학사를 과학 교육에 활용한 연구들을 분석하고 이를 토대로 통합 과학 주제로서 과학사를 활용할 수 있는 내용을 선정해 과학사 수업을 개발했다. 본 연구에서는 통합 과학의 주제로서의 과학사 수업의 개발을 위해 '지구의 연령'을 주제로 선정했다. 중 고등학생들을 대상으로 한 시범 적용 결과, 학생들은 수업을 긍정적으로 평가했다.
과학 수업에 과학사를 도입하자는 주장은 과학 지식과 과학적 방법의 이해, 과학의 본성에 대한 고찰, 과학과 사회와의 상호작용의 이해 등의 필요성에 따라 지속적으로 강조되어 왔다. 통합 과학 교육의 중요성이 강조되고 있는 오늘날, 과학사는 통합 과학 교육의 방안으로도 효과적이다. 이러한 배경 속에서 본 연구에서는 과학사를 과학 교육에 활용한 연구들을 분석하고 이를 토대로 통합 과학 주제로서 과학사를 활용할 수 있는 내용을 선정해 과학사 수업을 개발했다. 본 연구에서는 통합 과학의 주제로서의 과학사 수업의 개발을 위해 '지구의 연령'을 주제로 선정했다. 중 고등학생들을 대상으로 한 시범 적용 결과, 학생들은 수업을 긍정적으로 평가했다.
The opinion, that the history of science should be introduced to science lesson, has been continuously emphasized by a group of people who supported the needs of science and scientific process, nature of science, and the interaction between science and society. When the importance of the integrated ...
The opinion, that the history of science should be introduced to science lesson, has been continuously emphasized by a group of people who supported the needs of science and scientific process, nature of science, and the interaction between science and society. When the importance of the integrated science education is emphasized, the history of science is suggested as an effective curriculum for it. To respond to this identified interest, we developed a lesson of the history of science by selecting the contents of the history of science as subject topics of the integrated science and by utilizing the findings of previous studies related to the history of science in science educations. To develop the history of science class as a subject of integrated science, we chose 'the age of the earth' as a unit. After the pilot test of the unit in secondary school students, the possibility of offering the lesson as a regular course was examined with analysis of the students' reactions showing its effectiveness.
The opinion, that the history of science should be introduced to science lesson, has been continuously emphasized by a group of people who supported the needs of science and scientific process, nature of science, and the interaction between science and society. When the importance of the integrated science education is emphasized, the history of science is suggested as an effective curriculum for it. To respond to this identified interest, we developed a lesson of the history of science by selecting the contents of the history of science as subject topics of the integrated science and by utilizing the findings of previous studies related to the history of science in science educations. To develop the history of science class as a subject of integrated science, we chose 'the age of the earth' as a unit. After the pilot test of the unit in secondary school students, the possibility of offering the lesson as a regular course was examined with analysis of the students' reactions showing its effectiveness.
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문제 정의
개발한 연대표를 근거로 수업에서 다룰 주장과 사건을 정하고 어떤 형태로 학생들에게 제시할 것인가를 고안했다. 최종적으로 지질학을 기본 틀로 하여 시간이 지남에 따라 물리와 화학, 생물 영역의 주장이 서로에게 어떤 영향을 미치면서 지구의 연령이 밝혀지게 되는지 Fig.
수업 전에 학생들의 지구의 연령에 관한 사전 지식과 과학의 방법, 과학자에 대한 생각을 알아보기 위해 조사지를 나누어주고 작성하게 했다. 그리고 수업의 마무리 시간에 과학 지식의 특성과 수업에 대한 의견을 알아보기 위한 조사지를 작성하게 했다. 조사지 내용을 참고로 시범 적용 수업 후 학생들을 대상으로 심층 집단 면담을 실시했다.
본 연구에서는 과학사 관련 문헌을 통해 과학 교육에서 과학사를 활용해 온 방법과 내용을 통해 과학사를 효과적으로 과학 교육에 적용하기 위한 지구 과학 수업을 개발했다. 과학사 수업의 주제로 ‘지구의 연령’을 선정했고, ‘지구의 연령’ 관련 과학사 문헌을 찾아 분석하고 이 주제를 효과적으로 가르칠 수 있는 수업 방법을 계획했다.
본 연구에서는 과학사를 과학 교육에 활용한 문헌을 분석하고 통합 과학의 주제로서 ‘지구의 연령’과 관련된 과학사 수업을 개발하여 시범적으로 적용한 뒤 수업에 대한 학생들의 의견을 조사했다.
생물 영역에서 Appelget 외(2002)는 학습 부진 학생들을 위한 과학사 프로그램을 개발했는데, 특히 읽기 능력이 부족한 학생들을 위한 활동으로 역할극을 활용한 수업 프로그램을 개발했다. 이 프로그램에서는 읽기에 대한 스트레스를 줄일 수 있도록 짧은 읽기 자료를 활용하여 학생들이 자아 효능감을 갖는 기회를 제공했다. 또한 역할극 프로그램을 통해 학생들은 과학 지식을 더 잘 기억하고 활동에 적극적으로 참여하며, 인지적, 정서적으로 높은 동기를 가지게 되었다.
이에 본 연구에서는 과학사 활용 과학 교육의 효과 중에서도 ‘학문 간 통합’에 주목하고자 한다.
이와 같은 필요성에 따라 본 연구에서는 과학의 통합성을 강조한 과학사 활용 과학 수업을 개발하고 시범 적용 과정에서 학생들의 의견을 통해 개발된 수업의 효과와 보완할 점을 파악하고자 한다.
가설 설정
둘째, 시간이 부족하다는 점이다. 학생들은 “시간이 부족하다.
제안 방법
‘나비 박사 석주명’, ‘마리 퀴리 따라잡기’, ‘더 작은 것을 찾아서-파스퇴르’, ‘조국이 인정한 과학자-우장춘’의 네 가지 주제를 총 8차시에 걸쳐 초등학교 6학년 학생 15명에게 적용했다.
‘지구의 연령’이 알려지기까지 드러난 과학의 통합적 성질을 잘 보여주는 Fig. 1을 수업의 기본 방향으로 설정한 뒤 구체적 수업 지도 계획을 개발했다.
Jigsaw 협동학습을 통해 우선 자신이 맡은 영역에서 이루어진 연구들을 학습하고, 그 후 토론을 통해 그 영역의 한계점을 어떤 영역의 연구로 보완할 수 있는지, 또는 자신이 맡은 영역의 연구가 다른 영역의 연구를 지지하는 근거가 되거나 반박하는 근거가 되는지를 학습할 수 있도록 했다. 이 과정을 통해 학생들은 한 가지 연구를 위해 과학의 각 분야가 상호작용을 하고 있음을 깨닫게 되며 과학의 통합적이고 융합적인 성격을 효과적으로 인식하게 될 것이다.
개발한 수업의 효과와 보완점을 알아보기 위해 두 차례의 시범 적용을 실시했다. 첫 번째는 서울 소재 4년제 사립대학교 부설 영재교육원의 중학교 1-2학년 학생 18명을 대상으로 실시했다.
‘지구의 연령’은 과학적 업적이 어느 한 영역만의 발전으로 이루어지지 않음을 보여주기에 적합한 주제로 학생들은 이 수업을 통해 과학 내 세부 영역의 상호 의존성에 대한 폭넓은 이해를 할 수 있다. 개발한 프로그램은 소집단 협동학습을 적용하여 토론을 교수 전략으로 활용했으며, 학생들 간의 책무성과 주도적 상호작용을 향상시키기 위해 특별히 Jigsaw I을 선택했다.
과학사 수업의 주제로 ‘지구의 연령’을 선정했고, ‘지구의 연령’ 관련 과학사 문헌을 찾아 분석하고 이 주제를 효과적으로 가르칠 수 있는 수업 방법을 계획했다.
지구과학 영역에서 이기영과 안희수(1999)는 과학사 학습 모형을 개발했다. 과학사 활용 방법에 따른 자료 유형을 분류하고 과학 교과서를 분석한 뒤 지구과학에서 중요하다고 생각되는 개념을 선정해 과학사와 연계시킨 수업 자료를 개발했다. 또한 강의식 수업, 과학사를 선행조직자로 이용하는 수업, 과학사를 이용한 수정된 순환 학습 모형을 적용한 수업, 역할극을 활용한 수업 등의 계획안을 개발했다.
관련 서적에서 ‘지구의 연령’를 밝히기 위한 과학자들과 그들의 연구 방법, 당시의 시대상 등을 분석하고 지구의 연령에 대한 과학 지식과 과학적 방법, 그리고 과학의 본성 측면을 효과적으로 가르치기 위한 수업 내용과 방법을 계획했다.
내용을 전달하는 방식을 택할 때 과학에는 여러 영역이 존재하지만 실제로는 그 영역이 독립적으로 발전하는 것이 아니라 서로 협력하고 견제하며 상호작용하는 관계 아래에서 과학적 지식이 발전하고 정립된다는 것을 보여주기 위해 우선 물리, 화학, 생물, 지구과학 영역에서 이루어진 과학적 노력으로 구분했다. 지구의 연령을 밝히기 위한 역사는 물리 영역의 노력만으로, 또는 지구과학 영역의 노력만으로 이루어진 것이 아니라 모든 영역에서 통합적으로 이루어진 것이라는 것을 보여주기 위해, 처음에는 영역을 나누어 배우고 이후에 역사적 순서에 맞추어 통합하는 방식이 가장 효과적일 것으로 판단했다.
‘지구의 연령’ 연구 역사를 주제로 정한 것은 지구의 연령을 밝혀 온 과정이 과학 각 분야 간의 상호작용, 과학과 사회, 문화가 서로 주고받는 영향 등을 잘 드러내고 있기 때문이다. 다양한 관련 문헌 분석2)을 통해 수업을 계획하고 상세한 수업 지도 계획서를 작성한 후, 시범 적용의 대상을 선정하고 수업을 실시했다. 두 차례의 시범 적용 후 사후 집단 면담을 실시해 개발한 과학사 수업에 대한 학생들의 의견을 조사했다.
다양한 관련 문헌 분석2)을 통해 수업을 계획하고 상세한 수업 지도 계획서를 작성한 후, 시범 적용의 대상을 선정하고 수업을 실시했다. 두 차례의 시범 적용 후 사후 집단 면담을 실시해 개발한 과학사 수업에 대한 학생들의 의견을 조사했다.
지구의 연령을 밝히기 위한 역사의 과정을 물리, 화학, 생물, 지구과학 영역에서 이루어진 연구로 구분하여 정리했다. 또 각 영역에서 이루어진 지구의 연령 측정에 관한 연구들을 담은 읽기 자료와 활동지를 개발했다. 수업은 2-3차시 분량으로 계획했으며 크게 3개의 활동으로 구성했다.
과학사 활용 방법에 따른 자료 유형을 분류하고 과학 교과서를 분석한 뒤 지구과학에서 중요하다고 생각되는 개념을 선정해 과학사와 연계시킨 수업 자료를 개발했다. 또한 강의식 수업, 과학사를 선행조직자로 이용하는 수업, 과학사를 이용한 수정된 순환 학습 모형을 적용한 수업, 역할극을 활용한 수업 등의 계획안을 개발했다. Thompson 외 (2000)는 중·고등학생을 위해 판구조론 발달 과정의 과학사 수업 자료를 개발했다.
토론을 비롯한 학습 활동이 잘 이루어질 수 있도록 영재교육원과 AP의 담임 교사와 함께 사전에 소집단을 구성했다. 수업 전에 학생들의 지구의 연령에 관한 사전 지식과 과학의 방법, 과학자에 대한 생각을 알아보기 위해 조사지를 나누어주고 작성하게 했다. 그리고 수업의 마무리 시간에 과학 지식의 특성과 수업에 대한 의견을 알아보기 위한 조사지를 작성하게 했다.
이 연구에서는 ‘상호 작용’과 ‘안정성’이라는 두 가지 통합 주제를 선정한 후 학습 내용을 통합적으로 구성했다.
그리고 수업의 마무리 시간에 과학 지식의 특성과 수업에 대한 의견을 알아보기 위한 조사지를 작성하게 했다. 조사지 내용을 참고로 시범 적용 수업 후 학생들을 대상으로 심층 집단 면담을 실시했다.
지구의 연령을 밝히기 위한 역사의 과정을 물리, 화학, 생물, 지구과학 영역에서 이루어진 연구로 구분하여 정리했다. 또 각 영역에서 이루어진 지구의 연령 측정에 관한 연구들을 담은 읽기 자료와 활동지를 개발했다.
첫째, 과학의 통합적 특성을 보여줄 수 있는 내용인 ‘지구의 연령’ 관련 과학사 수업을 개발했다.
수업 대상은 중학교 3학년부터 고등학교 1학년으로 정했다. 특히 2011년부터 적용되는 2009 개정 교육과정의 「과학」 교과에서 융합 과학의 특성을 잘 살릴 수 있는 수업 자료, 과학중점학교의 「과학교양」 또는 「과학융합」 교과에서 활용 가능한 수업 자료, 그리고 영재교육원에서 과학 영재아를 위한 수업 자료로 활용될 수 있도록 수업을 개발했다.
대상 데이터
이들은 서울 지역 중학교에 재학 중이며, 영재교육원에서 8개월 정도 함께 수업을 받고 있었다. 두 번째는 서울시 소재 고등학교 과학 AP(Advanced Program)를 이수 중인 2학년 학생 22명을 대상으로 했다. 이들은 고등학교의 과학 AP에 지원하여 선발된 학생들로 과학에 흥미가 많고 과학 교과 성적이 우수한 학생들이다(Table 1).
수업 대상은 중학교 3학년부터 고등학교 1학년으로 정했다. 특히 2011년부터 적용되는 2009 개정 교육과정의 「과학」 교과에서 융합 과학의 특성을 잘 살릴 수 있는 수업 자료, 과학중점학교의 「과학교양」 또는 「과학융합」 교과에서 활용 가능한 수업 자료, 그리고 영재교육원에서 과학 영재아를 위한 수업 자료로 활용될 수 있도록 수업을 개발했다.
이 프로그램의 소재는 ‘산소와 이산화탄소’ 단원에서 가르칠 수 있도록 연소와 관련 있는 화학사 중 슈탈의 플로지스톤설에서 라부아지에의 연소설로의 변천이다.
개발한 수업의 효과와 보완점을 알아보기 위해 두 차례의 시범 적용을 실시했다. 첫 번째는 서울 소재 4년제 사립대학교 부설 영재교육원의 중학교 1-2학년 학생 18명을 대상으로 실시했다. 이들은 서울 지역 중학교에 재학 중이며, 영재교육원에서 8개월 정도 함께 수업을 받고 있었다.
조양숙 외(1996)의 연구에서도 초등학교 6학년 학생들의 물질관에 대한 오개념을 교정하기 위한 실험 활동을 개발했다. 프로그램의 소재는 물질관과 관련 있는 과학사 내용인 연속적 물질관에서 입자론적 물질관으로의 변천 과정을 선택했고 초등학교 6학년 한 학급을 대상으로 적용했다. 그리고 면담을 통해 과학사 프로그램에 대한 학생들의 태도를 조사한 결과 대부분 긍정적임을 알 수 있었다.
성능/효과
프로그램의 소재는 물질관과 관련 있는 과학사 내용인 연속적 물질관에서 입자론적 물질관으로의 변천 과정을 선택했고 초등학교 6학년 한 학급을 대상으로 적용했다. 그리고 면담을 통해 과학사 프로그램에 대한 학생들의 태도를 조사한 결과 대부분 긍정적임을 알 수 있었다. 생물 영역에서 Appelget 외(2002)는 학습 부진 학생들을 위한 과학사 프로그램을 개발했는데, 특히 읽기 능력이 부족한 학생들을 위한 활동으로 역할극을 활용한 수업 프로그램을 개발했다.
둘째, 개발한 과학사 교육 프로그램을 시범 적용한 결과 학생들은 대체로 프로그램에 대해 긍정적으로 평가했다. 과학사적인 지식을 알게 되는 것과 그 과정에 흥미를 느끼는 학생들과 Jigsaw I 협동학습이 조원들에게 책임감을 부여하기 때문에 효과적이라고 평가하는 학생들이 대부분이었다.
또한 지구의 연령을 밝히게 된 결정적인 과학적 개념인 ‘반감기’ 또한 직접적으로 ‘반감기’라는 용어를 사용하기보다 ‘방사능 동위원소가 다른 원소로 변하는 일정한 속도로 인하여 원래의 원소와 새로 만들어진 원소의 비율을 계산하면 시간을 알 수 있다.
셋째, 지구의 연령이 밝혀지기까지의 과정을 표나 그림으로 표현하는 것에 대해 “지구의 연령이 밝혀지는 과정을 표나 그림으로 나타냈던 것이 재미있었다.
내용을 전달하는 방식을 택할 때 과학에는 여러 영역이 존재하지만 실제로는 그 영역이 독립적으로 발전하는 것이 아니라 서로 협력하고 견제하며 상호작용하는 관계 아래에서 과학적 지식이 발전하고 정립된다는 것을 보여주기 위해 우선 물리, 화학, 생물, 지구과학 영역에서 이루어진 과학적 노력으로 구분했다. 지구의 연령을 밝히기 위한 역사는 물리 영역의 노력만으로, 또는 지구과학 영역의 노력만으로 이루어진 것이 아니라 모든 영역에서 통합적으로 이루어진 것이라는 것을 보여주기 위해, 처음에는 영역을 나누어 배우고 이후에 역사적 순서에 맞추어 통합하는 방식이 가장 효과적일 것으로 판단했다.
이상과 같이 학생들은 전반적으로 본 수업에 대해 긍정적으로 평가하고 있었지만, 아쉽다고 느끼는 부분도 있었다. 첫째, 학생들은 실험 활동이 없는 것을 아쉬워했다. “직접 실험을 못해본 아쉬움이 남는다.
2는 영재교육원 학생들의 산출물 중 하나다. 텍스트로 된 읽기 자료를 충분히 이해하고 다른 조원들과의 상호 작용을 통해 전체적인 과정을 그림으로 정리하는 활동은 과학 활동의 통합적 특성을 이해하는 데 효과적이었음이 나타났다.
후속연구
Snow(1959)는 인문학과 과학에 기초한 두 문화 사이의 차이를 우려하고 둘 사이에 다리가 있어야 함을 강조했다(Jenkins, 1990에서 재인용). 과학사는 그 다리 역할을 할 수 있을 것이며, 학생들에게 과학의 발달 과정에서 일어난 역사적 사건에 대한 바른 통찰력을 제공할 것이다. 역사와 일대기는 과학사 실험 활동으로 획득할 수 없는 과학의 포괄적 관점을 가능하도록 하여 인문학과 과학 사이의 인공 장벽을 허무는 대안이 될 수 있다.
과학교육학자와 교사들을 대상으로 한 설문, 학생 활동 분석을 통해 인식론과 역사적 관점이 과학의 본성을 더 잘 이해하는데 도움을 준다고 주장했다. 또한 교육과정에 대한 적절한 관리의 부재, 교사의 열정적인 요구와 시간이 부족하다고 지적하며 교사의 인식 조사가 선행되어야 한다고 제언했다.
따라서 지구과학 영역에서 통합 과학 교육에 적절한 과학사 소재를 선정해 교육 프로그램을 개발하는 것이 필요하다. 이처럼 체계적이고 연계성을 지닌 통합 주제의 과학사 자료가 개발되면 학교 현장에서 적용하기 용이할 뿐만 아니라 교수 학습에 있어서 지속적인 효과를 기대할 수 있을 것이다.
추후 ‘지구의 연령’의 역사 이외에도 과학사적으로 통합 과학의 의미를 살릴 수 있는 주제를 찾고, 그 주제에 알맞은 교수 전략을 활용한 과학사 수업의 개발이 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과학사의 사례를 살펴보면 무엇이 필요함을 알게 되는가?
뿐만 아니라 과학의 각주제를 연결하는 역할도 한다. 과학사의 사례를 살펴보면 하나의 과학 개념이 정립되기 위해 여러 분야의 과학 지식과 방법이 필요함을 알게 된다. 이를 통해 분리되어 있는 것처럼 보이는 과학이 실제로는 통합적이고 융합되어 있음을 깨닫게 된다.
‘과학사를 과학 교육에 활용한 문헌을 분석하고 통합 과학의 주제로서 ‘지구의 연령’과 관련된 과학사 수업을 개발하여 시범적으로 적용한뒤 수업에 대한 학생들의 의견을 조사해본 결과 어떤 결론이 나왔는가?
본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다. 첫째, 과학의 통합적 특성을 보여줄 수 있는 내용인 ‘지구의 연령’ 관련 과학사 수업을 개발했다. ‘지구의 연령’은 과학적 업적이 어느 한 영역만의 발전으로 이루어지지 않음을 보여주기에 적합한 주제로 학생들은 이 수업을 통해 과학 내 세부 영역의 상호 의존성에 대한 폭넓은 이해를 할 수 있다. 개발한 프로그램은 소집단 협동학습을 적용하여 토론을 교수 전략으로 활용했으며, 학생들 간의 책무성과 주도적 상호작용을 향상시키기 위해 특별히 Jigsaw I을 선택했다.
둘째, 개발한 과학사 교육 프로그램을 시범 적용한 결과 학생들은 대체로 프로그램에 대해 긍정적으로 평가했다. 과학사적인 지식을 알게 되는 것과 그 과정에 흥미를 느끼는 학생들과 Jigsaw I 협동학습이 조원들에게 책임감을 부여하기 때문에 효과적이라고 평가하는 학생들이 대부분이었다. 한편 실험 수업이 아니라는 점과 수업이 토론으로만 이루어져 다소 지루하다는 평가도 있었고, 모든 활동을 하기에 시간이 부족하다는 의견도 있었다.
국내외에서 이루어진 과학 영역별 과학사 활용 과학 교육은 주로 어떻게 이루어져 왔는가?
국내외에서 이루어진 과학 영역별 과학사 활용 과학 교육은 물리, 화학, 생물, 지구과학 영역별로 주로 이루어져 왔다. 물리 영역에서 Nielsen and Thomsen (1990)이 고등학생들과 고등학교 교사들을 위한 과학사 활용 물리 수업을 개발했고, Paschke(2001)는 갈릴레오가 실제로 행했던 운동 실험을 학생들에게 경험하게 하는 물리 수업을 개발했다.
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