중학생 소집단의 과학적 모형의 사회적 구성수업에서 제약조건들의 양상과 영향

Abstract

과학은 자연 현상을 탐구하는 학문으로서 과학자들은 관찰한 자연 현상의 패턴을 설명하고 그 본성에 대해 깊게 탐구하기 위하여 모형을 개발하여 평가·수정하는 활동을 수행한다(Passmore et al., 2009). 학생들은 과학자와 마찬가지로 다양한 정보들, 즉 데이터나 리소스들을 바탕으로 과학적 모형을 사회적으로 구성한다. 그러나 실제 과학적 모형의 사회적 구성 수업에서는 수많은 교사와 학생들이 어려움을 겪고 있으며 많은 학생들이 과학적 모형의 사회적 구성을 원활히 해내지 못하고 있다. 과학적 모형 구성 과정은 우연적으로 이루어지는 것이 아니며 그 중에서도 학생들은 특정 정보에 관심을 가지고 선택하여 과학적 모형을 구성하는데 이용한다. 따라서 학생들의 모형 구성 과정에서 조건을 발생시키고 모형 구성을 제약할 수 있는 모든 형태의 정보들을 제약조건(Constraint)라는 의미를 부여하고 그 양상과 과학적 모형 구성 과정에서의 영향이 어떠한지 이해할 필요가 있다. 이를 위하여 흑점의 이동, 내행성의 위상변화를 주제로 7차시 수업 모듈을 개발하여 서울 소재 중학교 2학년 6개 반에 적용하였다. 그 중 흑점의 이동을 주제로 한 전체 수업 과정과 학생들의 소집단 활동은 촬영 후 모두 전사하여 질적으로 분석하였고 학생들의 활동지와 사후 인터뷰, 수업 당시 작성한 연구자의 수업 관찰 자료도 분석에 이용하였다. 학생들의 소집단에서 과학적 모형을 사회적으로 구성하는 과정에서 사용하는 제약 조건들을 유형화 하고, 과학적 모형과 관련하여 Clement(2008)와 Nersessian(2008) 등의 모형 발달 과정을 중심으로 분석하였다. 분석결과 (1) 학생들은 과학적 모형의 사회적 구성 과정에서 교사가 사전에 계획한 것 외에도 다양한 형태의 여러 영역들로부터 온 제약조건들을 사용하여 모형을 구성하였다. (2) 수업에서 학생들이 사용하는 제약조건의 양상은 여러 가지로 나타났으며 크게 기능적, 형식적 기준으로 분류할 수 있었다. 기능적으로는 모형 구성의 범위를 제한시키거나 모형 발달에 긍정적인, 부정적인, 또는 영향을 주지 않는 제약조건들로 분류되었고, 형식적으로는 누구에 의해 제시되었는지, 제시된 형태는 어떠한지에 따라 분류되었다. (3) 학생들은 개인의 생활 속의 경험, 매체, 이론, 교과서, 관찰 등의 여러 출처(source)들로부터 제약조건을 이끌어내어 사용하였는데 이때 제약조건들은 학생들이 생각하는 각 출처들이 가진 권위를 바탕으로 선택되어 소집단에서의 과학적 모형 구성 과정에 다양하게 영향을 주었다. 학생들은 적절하고 충분한 제약조건들을 사용하면 높은 수준에서 정신적 모델을 구성하는 것이 가능하였으며, 이에 따라 학교 현장에서도 적용 가능한 다양한 맥락에 적합한 수업 모듈을 개발하고 투입하여 실질적인 과학 탐구를 실천 할 수 있다. 과학적 모형의 사회적 구성은 학생중심의 활동이지만 교사의 역할이 매우 중요하며 본 연구로 인해 과학적 모형의 사회적 구성 수업 설계에서 학생들의 성공적인 모형 구성을 위해 어떤 제약조건들을 사용할 수 있게 할 것인지 실제적인 도움을 줄 수 있으리라 기대한다.

Students construct scientific models using the data and resources derived from diverse sources as scientists. It is necessary to understand what information students use in the model co-construction process. We would like to explore students use of information in terms of constraint. The term constraint is employed in a wide sense to include information which helps to set the problem by imposing a condition on its solution. The major purpose of this research is to examine how various types of constraints function in the students model co-construction. To achieve the purpose, modeling lessons about sunspot and phase changes of inner planets were given to 204 students of a middle school in Seoul, South Korea. All lessons were video-tape recorded and transcribed. Small group interaction processes were qualitatively analyzed. Major findings are

(1) the students constructed scientific models using the constraints came from diverse source, (2) the types of constraints used by the students could be divided based roughly on three criteria, and (3) each constraint diversely influences on students model co-construction depending on the source with different level of authority. The findings of the research can provide actual help as to what type of constraints should be used for students successful model co-construction.