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문제 정의
- 본 연구에서는 과학적 문제를 논의하는 과정에서 활발한 의견교환이 일어나도록 하기 위해서 논증활동을 초등학교 4학년 과학 수업에 적용하고, 논증활동에서 나타나는 증거의 유형과 수준을 분석하였다. 논증과제에는 대안가설을 제시하여 학생들의 활발한 논의를 도모하였다.
- 이에 본 연구에서는 과학수업에서 초등학생들이 논증활동에서 사용하는 증거의 유형 및 출처에 대하여 고찰하고 증거의 수준을 살펴보고자 하였다. 이를 통해 과학적 논증활동을 학교 현장에서 활용할 수 있도록 하기 위한 시사점을 얻고, 논증활동 프로그램 개발에도 도움이 되고자 한다.
- 이처럼 과학수업에서의 논증활동에서 학생들이 사용하는 증거의 유형 및 수준에 대한 연구가 일부 이루어졌으나, 중등 대상이거나 초등 영재학생들을 대상으로 한 경우가 많으며, 일반 초등과학 수업에서의 연구는 많지 않았다. 이에 본 연구에서는 과학수업에서 초등학생들이 논증활동에서 사용하는 증거의 유형 및 출처에 대하여 고찰하고 증거의 수준을 살펴보고자 하였다. 이를 통해 과학적 논증활동을 학교 현장에서 활용할 수 있도록 하기 위한 시사점을 얻고, 논증활동 프로그램 개발에도 도움이 되고자 한다.
- 학생들은 과학실에서 모둠별로 수업을 진행했으며, 각 모둠은 4～5인으로 총 8모둠으로 구성되었다. 학생들은 활동지에 제시된 논증과제와 대 안가설을 보고, 실험 전 자신의 입장을 선택하고 그 이유를 기술하고 논의하였다. 그 후 해당 차시의 실험활동을 모둠별로 수행하고, 실험 후 생각이 바뀌었는지 그대로인지를 기록하고, 실험 후의 입장과 생각이 바뀌거나 그대로인 이유, 자신의 입장을 주장하기 위한 여러 가지 증거를 적어보도록 하였다.
제안 방법
- 학생들은 활동지에 제시된 논증과제와 대 안가설을 보고, 실험 전 자신의 입장을 선택하고 그 이유를 기술하고 논의하였다. 그 후 해당 차시의 실험활동을 모둠별로 수행하고, 실험 후 생각이 바뀌었는지 그대로인지를 기록하고, 실험 후의 입장과 생각이 바뀌거나 그대로인 이유, 자신의 입장을 주장하기 위한 여러 가지 증거를 적어보도록 하였다. 그리고 자신이 쓴 논증활동지를 참고하여 모둠별 논증활동을 수행하였다.
- 그 후 해당 차시의 실험활동을 모둠별로 수행하고, 실험 후 생각이 바뀌었는지 그대로인지를 기록하고, 실험 후의 입장과 생각이 바뀌거나 그대로인 이유, 자신의 입장을 주장하기 위한 여러 가지 증거를 적어보도록 하였다. 그리고 자신이 쓴 논증활동지를 참고하여 모둠별 논증활동을 수행하였다. 모둠별 논증활동을 10분 정도 실시한 뒤, 교사와 함께 본 차시 실험결과와 논증과제에 대해 정리하면서 수업을 마무리 하였다.
- 차시마다 논증 학습지를 활용하여 논증과제에 대한 자신의 의견을 실험 전에 설명하고, 실험을 하며 연관성을 생각할 수 있도록 하였으며, 실험 후에 달라진 자신의 입장 또는 처음의 자신의 입장에 대한 다양한 증거를 써 보도록 하였다. 그리고, 자신이 작성한 논증 활동지를 참고하여 논증활동이 이루어지도록 하였다.
- 논증활동은 4학년 2학기 ‘열전달과 우리 생활’ 단원에 대하여 7차시의 수업 동안 실시되었으며, 4～5인을 한 모둠으로한 모둠활동으로 논증활동이 진행되었다.
- 논증활동이 이루어지기 전 논증활동에 대한 사전안내 및 예비 논증과제를 제시하여 논증활동을 연습해 보도록 하였다. 먼저 논증 과정과 논증활동 시 유의점에 대한 사전안내를 하였으며, 논증 과정은 논증 학습지를 활용하여 학생들이 이해하기 쉽도록 안내하였다.
- 또한, 학생의 논증에 대한 부담을 덜어주고, 모둠원 전체가 참여하는 활발한 논증활동이 이루어지도록 하기 위해 2～3가지의 대안가설을 제시하고 이 중 자신이 동의하는 의견을 선택하고, 그 이유를 설명하는 과정으로 논증을 진행하도록 하였다. 3차시 ‘물은 어떻게 데워질까요?’에 관한 수업에서 제시된 논증과제를 Fig.
- 논증활동이 이루어지기 전 논증활동에 대한 사전안내 및 예비 논증과제를 제시하여 논증활동을 연습해 보도록 하였다. 먼저 논증 과정과 논증활동 시 유의점에 대한 사전안내를 하였으며, 논증 과정은 논증 학습지를 활용하여 학생들이 이해하기 쉽도록 안내하였다. 연습 수업 이후에 발견된 문제점과 주의해야 할 사항을 다시 한 번 학생들에게 안내하였고, 이를 유념하여 본 차시 논증활동에 임하도록 하였다.
- 먼저, 증거의 유형은 ‘개인적 증거’와 ‘권위적 증거’로 구분하였다.
- 그리고 자신이 쓴 논증활동지를 참고하여 모둠별 논증활동을 수행하였다. 모둠별 논증활동을 10분 정도 실시한 뒤, 교사와 함께 본 차시 실험결과와 논증과제에 대해 정리하면서 수업을 마무리 하였다.
- 본 수업은 간단한 동기 유발, 학습 문제 및 학습 활동 안내 후 논증과제가 제시된 활동지를 배부하였다. 학생들은 과학실에서 모둠별로 수업을 진행했으며, 각 모둠은 4～5인으로 총 8모둠으로 구성되었다.
- 증거의 수준은 주장과 증거 사이의 논리성과 증거의 적절성을 바탕으로 분류한다. 본 연구에서는 Siegel(2006)이 제안한 증거의 수준에 대한 기준과 Jang and Jeong(2010)의 연구에서 사용한 논리성 수준을 참고하고, 본 연구에서 실제 논증활동에서 나타난 학생들의 증거를 살펴본 것을 바탕으로 Fig. 2와 같은 증거 수준 분석틀을 개발하였다.
- 우진이는 물이 든 시험관에 얼음을 위와 아래에 두고 가운데를 가열했을 때 물 위에 있는 얼음이 먼저 녹을 것이라고 주장하면서 그 증거로 톱밥실험을 제시하고 있다. 우진이는 톱밥으로 실험하였을 때 톱밥이 가열하는 부분보다 위쪽에서 움직였으므로 위의 얼음이 먼저 녹을 것이라고 객관적이고 정확하게 실험을 관찰한 결과를 바탕으로 자신의 주장에 어울리는 적절한 증거를 제시하였다.
- 증거의 유형 및 출처, 증거의 수준을 선행연구의 분석틀에 따라 코딩하고 분석하면서 새롭게 나타나는 유형들을 추가하여 분석틀을 수정하였다. 이 분석틀에 기초하여 논증 과정에서 학생들이 사용하는 증거의 유형과 증거의 수준에 대하여 코딩하고, 각 유형과 수준에 해당하는 빈도를 구하였다. 1차시 4개 모둠의 논증활동에 대하여 2명의 분석자가 각각 코딩한 후 최종적으로 구한 분석자간 일치도는 증거의 유형이 92.
- 이에 논증과제도 ‘온천물을 빨리 데우는 방법’에 관해 제시하여 액체에서의 대류 현상을 이용하여 논증할 수 있도록 하였다.
- 56개의 녹음자료는 모두 전사하였으며, 학생들이 수업 중에 작성한 논증활동지는 녹음 자료의 보조 자료로 활용하였다. 증거의 유형 및 출처, 증거의 수준을 선행연구의 분석틀에 따라 코딩하고 분석하면서 새롭게 나타나는 유형들을 추가하여 분석틀을 수정하였다. 이 분석틀에 기초하여 논증 과정에서 학생들이 사용하는 증거의 유형과 증거의 수준에 대하여 코딩하고, 각 유형과 수준에 해당하는 빈도를 구하였다.
- 학생들이 논증활동 시 사용한 증거의 유형 및 출처를 분석하기 위하여 학생들의 논증활동 내용을 바탕으로 여러 연구를 참고하여 분석틀을 만들었다. 증거의 유형은 Simon and Maloney(2006), Kim(2003), Jang and Jeong(2010) 등의 연구에서 제시된 증거의 출처 분석틀을 참고하여 분석하기 시작하였으며, 실제 학생들이 논증활동에서 사용한 증거의 유형과 출처를 더 추가하거나 수정하여 분석틀을 작성하였다. 이러한 과정을 통하여 본 연구에서 학생들이 논증활동에서 사용한 증거의 유형과 출처로 도출된 것은 Table 1과 같이 정리할 수 있었다.
- 차시마다 논증 학습지를 활용하여 논증과제에 대한 자신의 의견을 실험 전에 설명하고, 실험을 하며 연관성을 생각할 수 있도록 하였으며, 실험 후에 달라진 자신의 입장 또는 처음의 자신의 입장에 대한 다양한 증거를 써 보도록 하였다. 그리고, 자신이 작성한 논증 활동지를 참고하여 논증활동이 이루어지도록 하였다.
- 이 단원은 전도, 대류, 복사, 단열 등의 개념을 포함하고 있다. 총 10차시로 중 실험활동과 논증이 가능한 1～7차시에 대하여 논증 수업을 실시하였으며 각 차시별로 학습주제와 관련 있는 논증과제를 개발하였다. 1차시 논증과제는 ‘차가운 빙수 그릇을 잡았을 때의 열의 이동 방향’, 2차시는 ‘플라스틱, 나무, 금속 국자를 뜨거운 국에 넣었을 때 열의 이동 속도’, 3차시는 ‘얼음을 물이 들어있는 시험관의 위, 아래에 두고, 가운데를 가열했을 때 얼음이 녹는 순서’, 4차시는 ‘온천물을 빠르게 데우는 방법’, 5차시는 ‘실내 전체를 빨리 시원하게 만들기 위한 에어컨의 설치 위치’, 6차시는 ‘따뜻한 난로 옆면에 깃발을 가까이 했을 때 변화’, 7차시는 ‘얼음을 오래 보관하기 위한 방법’이었다.
- 본 수업은 간단한 동기 유발, 학습 문제 및 학습 활동 안내 후 논증과제가 제시된 활동지를 배부하였다. 학생들은 과학실에서 모둠별로 수업을 진행했으며, 각 모둠은 4～5인으로 총 8모둠으로 구성되었다. 학생들은 활동지에 제시된 논증과제와 대 안가설을 보고, 실험 전 자신의 입장을 선택하고 그 이유를 기술하고 논의하였다.
- 증거는 자신의 주장을 뒷받침하는 데에 사용된다. 학생들이 논증활동 시 사용한 증거의 유형 및 출처를 분석하기 위하여 학생들의 논증활동 내용을 바탕으로 여러 연구를 참고하여 분석틀을 만들었다. 증거의 유형은 Simon and Maloney(2006), Kim(2003), Jang and Jeong(2010) 등의 연구에서 제시된 증거의 출처 분석틀을 참고하여 분석하기 시작하였으며, 실제 학생들이 논증활동에서 사용한 증거의 유형과 출처를 더 추가하거나 수정하여 분석틀을 작성하였다.
대상 데이터
- 총 7차시의 논증활동 수업에서 각 차시별로 8모둠의 논증활동 과정이 담긴 녹음자료를 수집하였다. 56개의 녹음자료는 모두 전사하였으며, 학생들이 수업 중에 작성한 논증활동지는 녹음 자료의 보조 자료로 활용하였다. 증거의 유형 및 출처, 증거의 수준을 선행연구의 분석틀에 따라 코딩하고 분석하면서 새롭게 나타나는 유형들을 추가하여 분석틀을 수정하였다.
- 본 연구는 경기도 시흥시에 위치한 S초등학교 4학년 1개 학급 34명을 대상으로 하였다. 연구대상 학교의 학급 규모는 32개 학급으로 학년당 4～6학급이며, 학생들은 남녀 비율이 비슷하고, 과학실현대화 등 특별실이 잘 정비되어 있다.
- 학생들의 학업성취도 수준은 중하위 수준이다. 연구대상 학급은 남학생 16명, 여학생 18명으로 구성되어 있으며, 학업성취도는 학년에서 중간 정도였다. 본 연구에서 학생들의 이름은 모두 가명을 사용하였다.
- 총 7차시의 논증활동 수업에서 각 차시별로 8모둠의 논증활동 과정이 담긴 녹음자료를 수집하였다. 56개의 녹음자료는 모두 전사하였으며, 학생들이 수업 중에 작성한 논증활동지는 녹음 자료의 보조 자료로 활용하였다.
성능/효과
- 이 분석틀에 기초하여 논증 과정에서 학생들이 사용하는 증거의 유형과 증거의 수준에 대하여 코딩하고, 각 유형과 수준에 해당하는 빈도를 구하였다. 1차시 4개 모둠의 논증활동에 대하여 2명의 분석자가 각각 코딩한 후 최종적으로 구한 분석자간 일치도는 증거의 유형이 92.0%, 증거의 수준이 85.6%였다. 이후 나머지 분석은 한 명의 연구자가 수행하였다.
- 증거를 기반으로 한 문제해결과 의사소통은 과학교육에서 핵심적인 부분이며, 수업 중의 논증활동을 살펴본 본 연구에서는 학생들이 권위에 의존하기보다는 개인적인 증거를 보다 많이 활용하고 증거의 수준은 다양함을 알 수 있었다. 그리고 특히 증거의 유형과 수준은 차시의 내용 및 해당 차시에서 학생들이 생각의 근거를 직접 수집할 수 있는 실험활동과 논증과제의 관련성과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다. 따라서, 학생들에게 증거를 기반으로 한 사고와 논증을 강조함과 동시에 수업 중의 적절한 활동을 통하여 직접 증거를 수집하고 이를 논의에 활용하게 할 수 있는 수업 전략의 개발과 적용이 필요할 것으로 생각된다.
- 다음으로 증거의 수준을 분석한 결과, 부적절한 증거 사용, 적절한 증거 사용, 주장만 있고 증거가 없는 경우의 순으로 나타났다. 주장만 있고 증거가 없는 경우도 18.
- 또한, 차시별로 학생들이 많이 사용하는 증거의 유형에 차이가 있었는데, 수업 중 이루어진 실험활동과 논증과제와의 관계에 따라 증거의 유형에 차이가 있었다. 논증과제가 해당 차시의 실험활동과 밀접한 관련이 있고 실험 결과가 명백한 경우에는 증거 출처에서 과학실험에 대한 비중이 높아 학생들이 자신의 직접적인 경험이나 관찰로부터 얻은 자료를 논증의 증거로 활용함을 알 수 있다.
- 먼저 증거의 유형별 빈도를 분석한 결과, 개인적 증거가 88.2%, 권위적 증거가 11.8%로 초등 과학수업 중의 논증활동에서 개인적 증거가 권위적 증거보다 높은 비중을 차지하고 있어, 초등학생들이 주로 자신이 알고 있는 지식과 경험을 토대로 논증활동을 하고 있음을 알 수 있었다.
- 1차시에서는 눈에 보이는 현상으로 직접 증거를 얻을 수 있기보다는 그 현상을 열의 이동의 관점으로 추론해야 하는 논증과제이기 때문에 적절한 증거를 사용한 비중이 다른 차시에 비해 가장 낮았다. 반면, 2, 5, 7차시에서는 적절한 증거 사용의 비중이 높았는데, 2, 7차시에서는 논증활동 전 이루어진 실험이 과제를 해결하는데 중요한 역할을 했고, 실험결과가 명백히 드러나며, 이를 증거로 충분히 사용할 수 있는 상황이었기 때문에 적절한 증거 사용의 비중이 높았다. 5차시에서는 4차시에서 학습한 내용과 관련지어 논증과 제를 해결할 수 있었기 때문에 적절한 증거의 사용이 많았다.
- 분석 결과, 개인적 증거가 88.2%, 권위적 증거가 11.8%로 초등학생들의 과학수업 중의 논증활동에서 개인적 증거가 권위적 증거보다 훨씬 높은 비중을 차지하고 있었다. 이는 학생들이 주로 자신이 알고 있는 지식과 경험을 토대로 논증활동을 하고 있음을 시사한다.
- 분석 결과, 증거의 수준은 부적절한 증거 사용(45.6%), 적절한 증거 사용(35.4%), 주장만 있고 증거가 없는 경우(18.9%)의 순으로 나타났다. 이러한 결과는 과학영재들의 논증활동에서 사용된 증거의 수준을 분석한 Cho et al.
- 이러한 경우 학생들이 자신의 직접적인 경험에서 얻은 자료를 논증의 증거로 활용함을 알 수 있다. 이에 반해 실험에서 얻은 결과가 논증과제에 직접적으로 연결되지 않거나, 실험 결과가 모호한 경우에는 학생들의 개인 지식이 증거로 활용되는 비율이 높았다.
- 논증과제가 해당 차시의 실험활동과 밀접한 관련이 있고 실험 결과가 명백한 경우에는 증거 출처에서 과학실험에 대한 비중이 높아 학생들이 자신의 직접적인 경험이나 관찰로부터 얻은 자료를 논증의 증거로 활용함을 알 수 있다. 이에 반해 실험에서 얻은 결과가 논증과제와 직접적으로 연결되지 않거나 실험 결과가 모호한 경우에는 개인 지식이 증거로 활용되는 비율이 높았다.
- 즉, 수업 중의 실험활동과 논증활동과의 관련성에 따라 활용하는 증거의 유형이 달라짐을 알 수 있었다. 논증활동 전에 수행한 실험이 주장에 대한 증거로 충분히 기여하지 못하는 경우에는 실험을 증거로 사용하는 비중이 낮았으며, 실험이 주장과 증거에 밀접한 관련이 있고 실험 결과가 명백한 경우에는 증거 출처에서 과학실험에 대한 비중이 높은 것을 알 수 있다.
- 반면, 3, 4, 6차시에서는 부적절한 증거 사용, 특히 과학적 개념이 부족한 증거의 사용 비중이 높았는데, 이는 학생들이 가지는 선개념이나 실험에 대한 잘못된 관찰, 또는 실험결과에 대한 그릇된 해석에 기인한 경우가 많은 것을 알 수 있었다. 즉, 실험이 주장 및 증거와 밀접한 관련이 있고 실험 결과가 명백한 경우에는 적절한 증거의 사용 비율이 높았으며, 실험이 주장 및 증거와 밀접한 관련이 있더라도 실험결과에 대한 관찰이나 해석이 다른 경우에는 부적절한 증거의 사용이 많았다.
- 증거를 기반으로 한 문제해결과 의사소통은 과학교육에서 핵심적인 부분이며, 수업 중의 논증활동을 살펴본 본 연구에서는 학생들이 권위에 의존하기보다는 개인적인 증거를 보다 많이 활용하고 증거의 수준은 다양함을 알 수 있었다. 그리고 특히 증거의 유형과 수준은 차시의 내용 및 해당 차시에서 학생들이 생각의 근거를 직접 수집할 수 있는 실험활동과 논증과제의 관련성과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다.
후속연구
- 그리고 특히 증거의 유형과 수준은 차시의 내용 및 해당 차시에서 학생들이 생각의 근거를 직접 수집할 수 있는 실험활동과 논증과제의 관련성과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다. 따라서, 학생들에게 증거를 기반으로 한 사고와 논증을 강조함과 동시에 수업 중의 적절한 활동을 통하여 직접 증거를 수집하고 이를 논의에 활용하게 할 수 있는 수업 전략의 개발과 적용이 필요할 것으로 생각된다.
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