초등 과학 교과서에 나타난 과학의 본성에 대한 분석 - 4가지 영역의 과학적 소양을 기준으로 - Analysis of the Presentation for the Nature of Science in Elementary Science Textbooks using the Four Themes of Scientific Literacy원문보기
Understanding the nature of science (NOS) has been a major component of scientific literacy and an important learning goal in science education (American Association for the Advancement of Science, 1990, 1993; Millar & Osborne, 1998; National Research Council, 1996, 2013). To achieve this goal, it i...
Understanding the nature of science (NOS) has been a major component of scientific literacy and an important learning goal in science education (American Association for the Advancement of Science, 1990, 1993; Millar & Osborne, 1998; National Research Council, 1996, 2013). To achieve this goal, it is necessary to include appropriate views of the nature of science in science curriculum such as a textbook. The aim of this study was to conduct a content analysis of the elementary science textbooks to examine the presentation of the nature of science (NOS) using the four themes of scientific literacy, which are (1) nature of scientific knowledge, (2) nature of scientific inquiry, (3) nature of scientific thinking, and (4) nature of interactions among science, technology, and society (STS). Findings show while $3^{rd}$ and $4^{th}$ grade levels of science textbooks heavily emphasize on the Theme I, nature of scientific knowledge and the Theme II, the nature of scientific inquiry, the upper grade levels such as $5^{th}$ and $6^{th}$ grades of science textbooks are well balanced with the four themes of the nature of science. In addition, most of elementary science textbooks little focus on the Theme IV, nature of interactions among science, technology, and society (STS) among the four themes of the nature of science. It might be a shortcoming because the understanding the nature of interacions among science, technology and society (STS) is one of the key components in order for students to be a scientific literate person.
Understanding the nature of science (NOS) has been a major component of scientific literacy and an important learning goal in science education (American Association for the Advancement of Science, 1990, 1993; Millar & Osborne, 1998; National Research Council, 1996, 2013). To achieve this goal, it is necessary to include appropriate views of the nature of science in science curriculum such as a textbook. The aim of this study was to conduct a content analysis of the elementary science textbooks to examine the presentation of the nature of science (NOS) using the four themes of scientific literacy, which are (1) nature of scientific knowledge, (2) nature of scientific inquiry, (3) nature of scientific thinking, and (4) nature of interactions among science, technology, and society (STS). Findings show while $3^{rd}$ and $4^{th}$ grade levels of science textbooks heavily emphasize on the Theme I, nature of scientific knowledge and the Theme II, the nature of scientific inquiry, the upper grade levels such as $5^{th}$ and $6^{th}$ grades of science textbooks are well balanced with the four themes of the nature of science. In addition, most of elementary science textbooks little focus on the Theme IV, nature of interactions among science, technology, and society (STS) among the four themes of the nature of science. It might be a shortcoming because the understanding the nature of interacions among science, technology and society (STS) is one of the key components in order for students to be a scientific literate person.
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문제 정의
본 연구는 앞서 진행되었던 많은 종류의 교과서 분석 연구들의 연장성으로 대부분의 교과서 분석 연구들이 교과서가 가지고 있는 특징과 교과 내용에 대해서만 논의할 뿐, 과학 교육의 목표를 달성하기 위하여 학생들에게 전달하고자 하는 본질적인 의미에 대한 논의는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 초등학교 과학 교과서에서 다양한 과학의 본성의 모습 중 어떤 측면이 얼마만큼 포함되어 있는가를 분석함으로써 초등 과학 교육이 학생들에게 어떤 영역의 과학의 본성에 대한 이해를 잠정적으로 요구하고 있는지를 살펴볼 수 있는 연구라는데 의미가 있다.
본 연구자는 지난 20여 년 동안 과학 교육을 위해 발표되었던 중요 국가적 차원의 지침서들(NRC, 1996; AAAS, 1990, 1993)과 몇몇 과학 교육자들의 연구 논문의 내용을 검토하여 4가지 범주의 과학의 본성속의 구체적 내용 및 측면들을 추가하였다(Lee, 2007; Lee, 2013). 따라서 본 연구에서는 최근에 수정되고 보완된 4가지 영역의 과학의 본성틀을 그 도구로 이용함으로써 우리나라 초등학교 과학 교과서가 얼마만큼 최근에 발표된 과학의 본성들을 포함하고 있는지 알아 볼 수 있는 분석이었다고 할 수 있다.
분석자들의 훈련을 위하여 주도 연구자에 의해 개발(Lee, 2007)된 훈련 지침서를 통하여 교과서 분석의 연습을 진행하였다. 훈련을 진행하면서 분석 중 불일치되는 부분에서는 분석자들 간의 토론을 통한 분석틀의 이해를 높이고, 결과적으로 분석의 합의률을 향상시키기 위한 노력을 진행하였다.
제안 방법
각 교과서에서 20%의 표본을 채출하고, 연구자들의 합의에 의한 분석 단위(Analysis Unit)를 결정하여, 교과서에 그 단위를 표시하는 과정을 통해 내용 분석을 시작하였다. 본 연구에서는 분석 단위를 한 문단(paragraph) 단위로 정하였다.
총 8권의 교과서들은 학년별 및 학기별로 약간의 차이는 있으나, 대략 전체 160~190페이지 정도의 분량이었다. 각 교과서의 20%를 Research Randomizer(http://www.randomizer.org/)를 이용하여 무작위로 표본 채취하여 두 연구자에 의해 분석하였다.
표본 추출된 교과서의 본문 분석 후에는 두 분석자의 4가지 영역 각각의 분포를 전체 표본을 100%의 기준으로 백분율 산정을 하였다. 그리고 두 분석자들의 분포를 평균 산출하여 연구의 결과로 제시하였다. 결과 백분율 분포는 Table 3에서 제시하였다.
따라서 본 연구에서는 초등학교 과학 교과서 3학년부터 6학년까지에서 나타나고 있는 과학의 본성 측면을 과학적 소양에 근거한 4가지 과학의 본성 영역으로 분석하였다. 4가지 영역의 과학의 본성은 다음과 같다: 1) 지식체계로서의 과학(science as a body of knowledge), 2) 탐구로서의 과학(science as a way of investigation), 3) 사고 방법으로서의 과학(science as a way of thinking), 그리고 4) 과학과 기술 및 사회의 상호작용(STS: science, technology and society), 이 4가지 영역의 과학적 소양의 틀은 지난 몇 십년동안 과학 교육자들이 과학 교육과정 및 수업 모형을 개발하고 평가하는데 많이 사용되어져 왔으며, 특히 과학 교과서의 과학의 본성에 대한 포함 정도를 분석하는데 주로 사용되어졌다(Chiappetta et al.
이는 보고자 하는 특정한 주제를 그것을 표현하는 양식을 구조화하여 문서 내용을 카테고리화함으로써 구조의 양적 분포를 조사하는 방식이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 과학적 소양에 근거한 4가지 주제를 카테고리로 하여 교과서의 내용, 그림, 사진, 표, 그리고 평가 항목까지를 모두 분석하여 4개의 주제를 얼마만큼 포함하고 있는지의 정도를 분석하였다. 다음은 단계별로 정리한 분석 절차이다.
각 교과서에서 20%의 표본을 채출하고, 연구자들의 합의에 의한 분석 단위(Analysis Unit)를 결정하여, 교과서에 그 단위를 표시하는 과정을 통해 내용 분석을 시작하였다. 본 연구에서는 분석 단위를 한 문단(paragraph) 단위로 정하였다. 표본 채출 후 페이지에 나타난 완전한 문단, 그림, 그리고 표 등을 모두 한 분석단위로 정하였으며, 앞뒤가 끊어진 문단이나 단원 첫 페이지의 단원 목표 등만 나와 있는 페이지는 표본에서 제외하였다.
본 연구의 진행에 앞서 분석에 참가하는 분석자들의 과학의 본성에 대한 이해와 전문성을 높이고자 과학의 본성에 대한 연수를 실시하였다. 주도 연구자의 연수를 통해 모든 분석자들은 과학의 본성에 대한 참고 문헌을 바탕으로 강의 및 토론을 통해 주제에 관한 이해를 키웠다.
, 2006). 본 연구자는 지난 20여 년 동안 과학 교육을 위해 발표되었던 중요 국가적 차원의 지침서들(NRC, 1996; AAAS, 1990, 1993)과 몇몇 과학 교육자들의 연구 논문의 내용을 검토하여 4가지 범주의 과학의 본성속의 구체적 내용 및 측면들을 추가하였다(Lee, 2007; Lee, 2013). 따라서 본 연구에서는 최근에 수정되고 보완된 4가지 영역의 과학의 본성틀을 그 도구로 이용함으로써 우리나라 초등학교 과학 교과서가 얼마만큼 최근에 발표된 과학의 본성들을 포함하고 있는지 알아 볼 수 있는 분석이었다고 할 수 있다.
분석 단위의 결정 후 분석 단위가 표시된 표본의 사본을 2부 만들고, 2명의 분석자들이 각각 분석하였다. 분석자들 간의 일치도를 높이기 위하여 첫 번째로 분석했던 3학년의 교과서 분석 후 불일치를 이루는 단위를 일일이 검토하고 토론을 통하여 가능한 최대한 분석의 합의를 이루도록 노력함으로써 전체 분석의 신뢰도를 높였다.
분석 단위의 결정 후 분석 단위가 표시된 표본의 사본을 2부 만들고, 2명의 분석자들이 각각 분석하였다. 분석자들 간의 일치도를 높이기 위하여 첫 번째로 분석했던 3학년의 교과서 분석 후 불일치를 이루는 단위를 일일이 검토하고 토론을 통하여 가능한 최대한 분석의 합의를 이루도록 노력함으로써 전체 분석의 신뢰도를 높였다. 예를 들면, “공기 중에는 아주 적은 양의 헬륨이 들어 있으며, 매우 가벼운 성질을 가지고 있습니다.
이 표본의 경우는 분석자 1은 단순 나침반에 대한 설명이라고 간주하여 4가지 과학의 본성 중 첫 번째 영역인 과학적 지식의 본성(Theme I)으로 구분하였으나, 분석자 2는 문장 설명 속의 의도는 기술 개발에 따른 과학 탐구 방법의 진화로 생각하여 과학의 본성 4가지 영역 중 과학과 기술 및 사회와의 관계적 본성(Theme IV)으로 구분하는 차이를 보였다. 이렇게 분석의 불일치를 이루는 단위들에서 두 분석자의 토론을 통해 분석 시 문장의 단순 내용이 아닌 그 속에 숨겨진 의도와 문맥을 파악하여 분석하도록 유도하였다. 즉, 토론을 통해서 위의 예의 나침반에 관련된 분석 단위는 과학과 기술의 발달에 초점을 두고 있다고 판단하여 과학과 기술 및 사회와의 관계적 본성(Theme IV)으로 구분하도록 합의하였다.
이렇게 분석의 불일치를 이루는 단위들에서 두 분석자의 토론을 통해 분석 시 문장의 단순 내용이 아닌 그 속에 숨겨진 의도와 문맥을 파악하여 분석하도록 유도하였다. 즉, 토론을 통해서 위의 예의 나침반에 관련된 분석 단위는 과학과 기술의 발달에 초점을 두고 있다고 판단하여 과학과 기술 및 사회와의 관계적 본성(Theme IV)으로 구분하도록 합의하였다. 이와 같은 과정을 통하여 두 분석자들의 합의를 이룰 수 있는 부분에 한하여 최대한 일치를 이룸으로써 분석의 신뢰도를 향상시킬 수 있었다.
, 2006). 특히 본 연구는 4가지 영역의 과학의 본성틀을 다른 여러 가지 중요 문헌들을 참고하여 수정 및 보완된 분석틀(Lee, 2013)을 사용함으로써 최근에 발표된 다양한 과학의 본성 측면들을 포함하고 있다고 할 수 있다. Table 1은 이 연구의 분석의 틀로 사용된 과학의 본성 4가지 영역과 세부 내용들이다.
대상 데이터
본 연구에서 분석된 교과서는 2007년 개정교육 과정에 따른 우리나라 초등학교 3~4학년 국정 과학 교과서 2권(MEST, 2010), 5~6학년 국정 과학 교과서 2권(MEST, 2011), 총 4개 학년의 과학 교과서 1학기와 2학기용으로 별도로 출판된 8권의 교과서들이었다. 총 8권의 교과서들은 학년별 및 학기별로 약간의 차이는 있으나, 대략 전체 160~190페이지 정도의 분량이었다.
데이터처리
표본 추출된 교과서의 본문 분석 후에는 두 분석자의 4가지 영역 각각의 분포를 전체 표본을 100%의 기준으로 백분율 산정을 하였다. 그리고 두 분석자들의 분포를 평균 산출하여 연구의 결과로 제시하였다.
이론/모형
본 연구에 이용된 방법은 교과교육 연구에 많이 이용되고 있는 내용 연구(Content Analysis)의 방법을 이용하여 분석되었다. 내용 분석(Content Analysis)이란 문서 형식을 갖는 특정 연구 대상이 포함하고 있는 내용을 객관적이고 체계적인 방법으로 주로 양적 분석하는 연구 방법(Barelson, 1952)이라는 전통적 정의가 있다.
분석자들의 훈련을 위하여 주도 연구자에 의해 개발(Lee, 2007)된 훈련 지침서를 통하여 교과서 분석의 연습을 진행하였다. 훈련을 진행하면서 분석 중 불일치되는 부분에서는 분석자들 간의 토론을 통한 분석틀의 이해를 높이고, 결과적으로 분석의 합의률을 향상시키기 위한 노력을 진행하였다.
성능/효과
Table 3에서와 같이 과학의 본성 4가지 영역의 학년별로 나타난 결과를 보면 상대적 저학년인 3학년과 4학년에서는 과학 지식의 본성(Theme I: 3학년-52.4%; 4학년-47.1%) 및 과학적 탐구의 본성(Theme II: 3학년-29.5%; 4학년-38.0%)이 주로 강조되었으며, 고학년인 5학년과 6학년까지에서는 전반적으로 4가지 영역의 과학의 본성을 비교적 다양하게 포함하고 있는 것으로 발견되었다. 구체적으로 3학년과 4학년에서는 과학 지식의 본성(Theme I: 3학년-52.
우리나라 초등 과학 교과서에 나타난 과학의 본성 분석 결과를 과학적 소양의 4가지 영역별로 살펴본다면 과학 지식의 본성(Theme I)과 과학적 탐구의 본성(Theme II) 영역이 모든 학년에서 상대적으로 더 강조하고 있었으며, 상대적으로 과학과 기술 및 사회의 관계적 본성(Theme IV) 영역은 다소 덜 중요하게 표현되고 있는 것으로 나타났다(Table 3). 이는 우리나라 교과서들이 역사속의 여러 과학자들의 이야기(과학적 사고의 본성: Theme III)나 사회속에서 다른 영역과 상호 협력적으로 발전되어 가는 흥미로운 과학의 모습(과학과 기술 및 사회와의 관계적 본성: Theme IV)을 재미있게 서술하기 보다는 과학적 지식을 강조하는 암기 위주의 교육 및 평가의 현실을 반영하고 있는 것이 아닌가 하는 우려를 갖게 하였다.
즉, 토론을 통해서 위의 예의 나침반에 관련된 분석 단위는 과학과 기술의 발달에 초점을 두고 있다고 판단하여 과학과 기술 및 사회와의 관계적 본성(Theme IV)으로 구분하도록 합의하였다. 이와 같은 과정을 통하여 두 분석자들의 합의를 이룰 수 있는 부분에 한하여 최대한 일치를 이룸으로써 분석의 신뢰도를 향상시킬 수 있었다. Table 2는 두 분석자들 간의 신뢰도를 나타내고 있다.
이와 같은 이론적 배경을 바탕으로 한 분석 결과에 대한 결론은 우리나라 초등학교 과학 교과서들은 고학년인 5학년과 6학년 교과서에서는 과학적 소양에 근거한 4가지 영역이 비교적 고르게 분포되어 있는 것에 반하여, 저학년인 3학년과 4학년에서는 주로 Theme I: 과학적 지식의 본성과 Theme II: 과학적 탐구의 본성을 강조하고 있는 것으로 나타나고 있었다. 그리고 초등과학 교과서에서 가장 미흡하게 다루어지고 있는 영역은 Theme IV: 과학과 기술 및 사회와의 관계적 본성(STS적 과학의 본성)으로서 모든 학년에서 다른 영역들에 비하여 덜 강조되고 있었으며, 특히 저학년에서 상대적으로 더 미흡하게 다루어지고 있는 부분이었다.
후속연구
본 연구는 초등학교 과학 교과서들에서 표본을 추출하여 분석한 4가지 과학의 본성에 대한 양적 분포를 조사하였으므로 교과서 내용에서 구체적으로 사용되고 강조된 내용들이나 교과서 집필 저자들의 의도 등을 깊이 있게 보기에는 한계가 있다. 따라서 이런 양적 분포 분석과 함께 과학의 본성에 대한 통찰력을 갖고 있는 연구자에 의한 질적 연구가 함께 병행된다면 보다 구체적이고 통합적인 시각을 통한 교과서 분석을 할 수 있을 것이다. 이는 질적 연구가 이미 교과서와 같은 교과 과정이나 어떤 형태로의 문서에도 의미 있는 논의를 부여할 수 있다는 것을 선행 연구에서 보여줌으로써 증명되었다(Krippendorff, 2004; Lee, 2013).
이는 질적 연구가 이미 교과서와 같은 교과 과정이나 어떤 형태로의 문서에도 의미 있는 논의를 부여할 수 있다는 것을 선행 연구에서 보여줌으로써 증명되었다(Krippendorff, 2004; Lee, 2013). 따라서 후속 연구로 보다 통합적이고 입체적인 논의를 위해 혼합 분석 방식 등을 이용한 교과 과정의 분석을 제안하며, 이는 숫자로 볼 수 없는 유의미한 행간의 의미를 찾을 수 있을 것이다.
본 연구는 초등학교 과학 교과서들에서 표본을 추출하여 분석한 4가지 과학의 본성에 대한 양적 분포를 조사하였으므로 교과서 내용에서 구체적으로 사용되고 강조된 내용들이나 교과서 집필 저자들의 의도 등을 깊이 있게 보기에는 한계가 있다. 따라서 이런 양적 분포 분석과 함께 과학의 본성에 대한 통찰력을 갖고 있는 연구자에 의한 질적 연구가 함께 병행된다면 보다 구체적이고 통합적인 시각을 통한 교과서 분석을 할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과학의 본성이란 무엇인가?
, 1998). 이와 같이 과학의 본성이란 과학의 지식이나 탐구 기술과는 다른 그 이론과 과정 속에 내포된 과학 자체의 본질 및 그 가치에 관한 것으로, 개인의 과학의 본성에 대한 이해는 과학 지식이나 과정을 학습하는데 있어서 근본적인 영역이므로 과학수업에 서 학생들에게 과학에 대한 본성을 이해시키는 일은 매우 중요하다고 할 수 있다.
우리나라의 교과서 분석 연구는 어떻게 나누어 볼 수 있는가?
최근까지 우리나라의 교과서 분석 연구는 크게 교과서의 외형적인 측면 분석과 내용 분석으로 나누어 볼 수 있다. 교과서의 삽화나 단원수와 같은 외형적인 구조 및 특징에 대한 연구(Yeo et al.
4가지 과학의 본성 영역은 무엇인가?
따라서 본 연구에서는 초등학교 과학 교과서 3학년부터 6학년까지에서 나타나고 있는 과학의 본성 측면을 과학적 소양에 근거한 4가지 과학의 본성 영역으로 분석하였다. 4가지 영역의 과학의 본성은 다음과 같다: 1) 지식체계로서의 과학(science as a body of knowledge), 2) 탐구로서의 과학(science as a way of investigation), 3) 사고 방법으로서의 과학 (science as a way of thinking), 그리고 4) 과학과 기술 및 사회의 상호작용(STS: science, technology and society), 이 4가지 영역의 과학적 소양의 틀은 지난 몇 십년동안 과학 교육자들이 과학 교육과정 및 수업 모형을 개발하고 평가하는데 많이 사용되어져 왔으며, 특히 과학 교과서의 과학의 본성에 대한 포함 정도를 분석하는데 주로 사용되어졌다(Chiappetta et al., 1991; Chiappetta & Fillman, 2005; Chiappetta et al.
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