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문제 정의
- 따라서 본 연구는 FPS에 대한 문헌 연구를 통해 ‘기후변화’를 주제로 선정하여 과학영재에게 제시한 후 이들이 산출한 해결 아이디어를 지구시스템 관점에서 알아보고자 하였다.
- 이 연구는 불확실한 미래 상황에서 발생할 수 있는 기후변화와 관련된 문제를 해결하는 과정에서 나타난 과학영재들의 지구시스템 사고와 관련된 인식을 알아보고자 하였다. 이를 위해서 지구온난화로 인해 지구 주위를 물 층이 감싸고 있는 상황이 지속될 때 미래 지구에서 나타날 수 있는 바람과 날씨 등과 관련된 기후는 어떻게 변화할지 지구시스템 관점에서 설명하도록 활동지를 개발하였다.
- 이 연구에서는 지구시스템 사고와 깊은 관련이 있는 것으로 알려진 기후변화에 대한 문제에서 보이는 과학영재들의 지구시스템 사고와 관련된 인식을 분석하였다. 과학영재들은 기후변화로 인해 물 층이 지구 주위를 감싸는 상황이 지속될 때 미래 지구에서 나타날 수 있는 변화라는 과학적 상상이 요구되는 문제에 대해 다양한 관점에서 자신의 생각을 제시하였다.
- 이번 연구는 FPS 과정에서 산출된 과학영재들의 해결 아이디어에 대한 지구시스템 사고와 관련된 인식을 알아보기 위한 것이다. 이를 위하여 먼저 연구의 목적에 맞는 주제를 선정하기 위해 FPS에 대한 문헌 연구를 실시하였다.
- 이는 다시 예비 단계를 제외한 도전문제 확인, 핵심문제 선정, 해결아이디어 선정, 판단준거 선정, 판단준거의 적용, 실행계획의 개발 등 여섯 단계로 구성된다(김영채, 2009). 이번 연구는 FPS에서 도출된 최선의 해결 아이디어를 선정하여 실천적인 활동 계획을 설계하는 것에 초점을 맞춘 것이 아니라 과학영재들이 산출한 해결 아이디어에서 나타나는 지구시스템 사고와 관련된 인식을 알아보기 위한 것이기 때문에 특히 FPS의 여러 단계 중 핵심문제에 대한 다양하고 독특한 해결 아이디어를 생성하는 단계에 주목하였다. 이를 위하여 과학영재들을 대상으로 지구시스템의 특성에 대한 수업을 실시한 후 개발된 연구 문제를 제시하고 브레인스토밍(brainstorming) 과정을 통해 다양한 해결 아이디어를 산출하게 하였으며, 이렇게 산출된 아이디어 중 가장 적합한 것을 활동지에 작성하도록 하고 이를 분석하였다.
- 이를 위한 구체적인 연구 문제는 미래의 지구가 지구온난화로 인해 대기 중 수증기의 양이 많아져서 물 층이 지구 주위를 감싼다고 할 때 바람과 날씨 등과 관련된 기후는 어떻게 변화하겠는지에 대해 지구시스템 관점에서 설명하도록 개발하였다. 이처럼 지구온난화로 인해 물 층이 지구 주위를 둘러싼 상황을 문제로 제시한 이유는 기후변화에 대해 과학영재들의 다양한 관점을 알아봄과 동시에 특정 상황의 문제를 해결하는 과정에서 보이게 될 지구시스템 사고와 관련된 인식을 알아보기 위해서였다. 이렇게 개발된 연구 문제는 과학교육을 전공하는 박사과정 3인, 석사과정 2인과의 논의를 거쳐 내용을 수정 및 보완하였으며, 수정된 문항은 다시 과학교육 전문가 2인과의 논의를 거쳐 개발된 문항의 타당도를 검증받았다.
- 따라서 이번 연구에서는 FPS의 주제로 적합한 ‘기후변화’를 주요 이슈로 선정한 후 김세현(2014)이 제안한 미래장면을 본 연구의 목적에 맞게 수정하였다. 즉, 과학영재들이 문제와 관련된 다양한 해결 아이디어를 산출할 수 있도록 하되, 지구시스템 관점에서 대기권의 변화에 따라 유발될 수 있는 다른 하위 요소의 변화를 어떻게 인식하는지 알아보았다. 이를 위한 구체적인 연구 문제는 미래의 지구가 지구온난화로 인해 대기 중 수증기의 양이 많아져서 물 층이 지구 주위를 감싼다고 할 때 바람과 날씨 등과 관련된 기후는 어떻게 변화하겠는지에 대해 지구시스템 관점에서 설명하도록 개발하였다.
- 한편 이 연구는 과학영재들이 미래의 불확실한 상황에서 나타날 수 있는 문제를 해결하면서 나타난 아이디어를 SNA를 통해 알아본 것이다. 제시된 연구 문제에 따라 나타나는 과학영재들의 지구시스템 사고는 다소 차이가 있을 수 있지만 각 지구시스템 구성요소의 사용 빈도로 볼 때 선행연구 결과와 대체로 유사한 결과를 보였다.
가설 설정
- 본 연구에서 주어진 주제는 미래 상황에서 일어날 수 있는 특정 상황을 가정하여 제시한 것이기 때문에 정해진 답이 있는 것은 아니며, 과학영재들이 제시한 두 가지 변화 모두 나름대로의 과학적인 논증 과정을 통해 접근한 결과라 할 수 있다. 그러나 앞서 제시한 두 가지 결과를 도출하기 위해서 무엇보다 중요한 가정은 물 층의 두께라 할 수 있다. 왜냐하면 물은 대기에 비해 햇빛을 산란하는 정도가 크기 때문에 물 층의 두께에 따라 햇빛이 통과할 수 있는 깊이가 달라질 수 있으며, 이로 인해 지표면에서 나타날 수 있는 여러 환경적인 변화가 유발될 수 있기 때문이다.
- 그로 인해 엄청난 양의 눈과 우박과 같은 것이 내리게 될 것이다. 또한 지구에서 일어나는 바람의 세기는 약해질 것이다. 왜냐하면 바람은 찬 공기와 따뜻한 공기가 있어야 생성되는데 지구의 온도가 내려가면 찬 공기 밖에 남지 않기 때문에 바람의 세기가 약해질 것이라 생각된다.
- 학생 A: 만약 물이 지구 주위를 감싸고 있다면 태양 빛이 물을 통과하지 못하게 되어 지구의 온도는 급격히 떨어질 것이다. 그로 인해 엄청난 양의 눈과 우박과 같은 것이 내리게 될 것이다.
- 학생 B: 대기를 물이 감싸고 있다면 태양으로부터 지구로 오는 햇빛의 양이 물에 의해 줄어들고, 바람은 원래 온도 차이 때문에 생기는 것인데 햇빛으로부터 받게 되는 열의 양이 줄어들면서 온도 차이가 잘 나지 않으며 바람이 많이 불지 않게 될 것이다. 또한 바다나 호수 등 증발한 수증기가 구름이 되는 곳에서는 물이 많이 증발하지 않아서 비가 내리지 않기 때문에 건조기후 지역이 늘어날 것이다.
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