중학교 과학우수아의 지구온난화 관련 과학을 강조한 의사결정 글쓰기에 나타난 논증의 특징

Abstract

이 연구는 과학을 왜 배워야 하는가?, 과학을 왜 가르쳐야 하는가? 하는 과학 교육의 본질을 묻는 의문에서 출발하였다. 국가 교육과정에서는 과학을 과학의 기본 개념을 이해하고 과학적 탐구 능력과 태도를 함양하여 일상생활의 문제를 창의적이고 합리적으로 해결하는 데 필요한 과학적 소양을 기르기 위한 교과로 정의하고 있다. 이러한 맥락에서 진행된 본 연구의 목적은 2007 개정 국가 교육과정에서 명시하고 있는 과학의 목표에 기반하여, 학생들이 과학과 관련하여 사회적으로 문제가 되고 있는 논쟁 상황(SSI)의 의사결정에서 어떻게 과학을 활용하고 어떻게 논증을 구성하여 과학적이고 합리적이고 창의적인 의사결정에 도달하고 있는가를 밝히는 데 있다. 본 연구에서는 서울 소재 대학 부설 영재원의 중학교 1학년 학생을 대상으로, 과학적 소양의 관점에서 SSI와 관련하여 학생들이 의사결정을 연습할 수 있는 자기주도적 협동학습을 강조한 의사결정 수업을 적용하였다. 기존의 가치탐구 위주의 SSI 학습과 달리 과학이라는 맥락을 강조하기 위하여, 지구온난화와 관련한 사실의 불일치 영역에 한정된 주제로 의사결정 수업을 진행하였다. 본 연구에서 적용된 의사결정 수업은 학생들 모두가 자기주도적으로 참여하는 협동학습을 통해 관련된 과학적 정보에 기반한 유의미한 의사결정에 도달 할 수 있도록 하는데 중점을 두었다. 학생들의 의사결정과정을 과학의 관점에서 분석하기에 앞서 예비 연구를 통해, 적용된 수업의 결과 학생들이 관련된 과학적 정보를 바탕으로 보다 유의미한 의사결정에 도달하였음을 확인하였다. 본 연구에서 학생들이 지구온난화와 관련한 의사결정에서 과학을 어떻게 활용하여 의사결정에 도달하는지 추적하기 위하여, 학생들의 의사결정 글쓰기에 반영된 과학을 과학 지식, 과학의 본성, 과학적 방법, 논증의 구성으로 나누어 분석 하였다. 첫 번째, 학생들의 의사결정 글쓰기에 반영된 과학 지식의 경우, 학생들은 과학자들이 관측을 통해 알게 된 사실을 바탕으로 지구 기후 변화의 주기적 패턴과 관련한 가설, 온실효과 이론, 이산화탄소 발생원, 지구의 기온에 영향을 주는 요인 등과 관련한 개념 , 그리고 기타 지구과학 관련 지식을 적절히 활용하여 논증을 구성하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 학생들이 활용한 관련 지식은 학교 교육과정 범위 내에서 학습한 내용과 대중 매체를 통해 일반적으로 알려진 지식을 바탕으로 하여 자료조사와 학습 과정을 통해 구성된 추가적인 정보를 포함하고 있었다. 두 번째, 학생들의 의사결정 글쓰기에 반영된 과학의 본성의 경우, SSI 주제의 특성상 학생들의 의사결정 글쓰기에서는 연구가 진행 중인 과학의 특성이 반영된 NOS(과학의 본성)의 특징이 기술 된 것을 볼 수 있었다. 학생들은 그들의 글쓰기에서 과학 지식의 잠정적 특성, 과학 지식의 주관적이고 이론 의존적인 특성, 과학의 사회적 특성을 명시적으로 언급하고 있다. 지구온난화와 관련한 논쟁은 기본적으로 과학자들 사이에 존재하는 불일치에 기인하며 현재 과학자들이 진행하고 있는 실제 연구 상황을 반영하고 있다. 따라서 학생들은 지구온난화와 관련한 의사결정 학습을 통해 실제 연구 상황을 경험 할 수 있으며, 실제 연구 상황의 경험을 통해 과학의 본성이라고 하는 과학 교육의 큰 목표에 다가설 수 있는 것이다. 세 번째, 학생들의 의사결정 글쓰기에 반영된 과학적 방법의 경우, 가설-연역적 탐구를 반영한 기어리(Giere, 2008)의 과학적 추론 모델을 적용하여 학생들의 글쓰기에 반영된 과학적 방법을 분석하였다. 그 결과 학생들은 지구온난화와 관련한 의사결정에서 대립되는 두 가지의 모형을 설정하고 그 모형을 검증하는 형태의 가설-연역적 과정을 따라 의사결정에 도달하고 있는 것을 알 수 있었다. 지구온난화와 관련하여 학생들이 직접적으로 탐구를 수행하고 있는 것은 아니지만, 학생들의 글쓰기에 반영된 과학적 방법은 과학자가 과학을 수행함에 있어 실제로 수행하는 가설-연역적 과학적 추론의 방식과 배우 유사하며, 거기에 덧붙여 과학은 증명될 수 없다는 수준 높은 과학에 대한 관점까지도 반영하고 있다. 이것은 지구온난화와 관련한 논쟁의 상황이 과학자들 사이에서 현재 진행 중인 과학적 논쟁 상황을 반영하고 있는 것에서 그 이유를 찾을 수 있겠다. 마지막으로, 학생들이 위와 같은 과학 지식, 과학의 본성, 과학의 방법을 활용하여 그들의 주장을 뒷받침하는 논증을 어떻게 구성하고 있는지 입체적으로 알아보기 위하여 툴민의 논증 구조를 적용하였다. 지구온난화와 관련한 논쟁상황에서 의사결정 글쓰기에서 학생들은 자신의 주장을 지지하는 증거와, 상대방의 주장을 반박하는 근거를 활용하여 본의의 논증을 구성하고 있었다. 반면에 툴민의 논증 구조는 근본적으로 하나의 주장과 그 주장을 강화하는 근거로 구성되어 있기 때문에 실제로 대립되는 주장이 존재하는 논쟁 상황에서의 논증의 구조를 반영하지 못하고 있다. 따라서 툴민의 논증 구조를 변형하여, 대립되는 주장이 존재하는 논쟁 상황에서의 논증 구조를 새롭게 제안하였다.

연구의 결과를 종합해서 볼 때, 학생들은 과학과 관련한 사회적 논쟁과 관련하여 과학의 본성에 대한 이해를 바탕으로 과학 지식과 과학적 방법을 활용하여 자신의 논증을 구성하면서 깊이 있는 논의에 참여하고 수준 높은 의사결정에 이를 수 있는 준비가 되어 있다는 결론에 도달할 수 있다. 이를 위해 교사와 학교는 적절한 가이드와 함께 학생들에게 사회 과학적 논쟁과 관련하여 깊이 있는 논의에 참여할 수 있는 기회를 제공해 주어야 할 것이다. 이와 같은 과학적 소양의 함양을 통해 과학 교육은 첨단 과학의 시대를 살아가는 개인을 좀 더 나은 삶으로 이끌 수 있을 것이며, 과학 기술 사회가 요구하는 창의적 민주 시민의 양성에 한걸음 다가설 수 있을 것이다.

This study has its beginnings in basic science education questions such as Why do we learn Science, and Why do we teach Science. The national curriculum states that science is the subject that cultivates scientific literacy, which is needed for creative and rational problem solving based on basic knowledge of science, scientific methods and attitudes about science. The purpose of this study was to trace how students use science and how students construct their argument in their decision making about Socio-Scientific issues and to identify how they get to their scientific, rational, and creative conclusion in terms of science itself. The participants of this study were 7th students in the K gifted center affiliated with the university in Seoul. In addition, self-directed cooperative learning was strengthened in the decision-making learning model about SSI in this study. While prior studies emphasized the value, this research focused on the science itself. Therefore, the topic of the lessons used in this study was restricted to within the range of factual disagreements about global warming issues. Moreover, the lessons used in this study emphasized that every student can make scientifically informed and meaningful decision making through self-directed cooperative learning. Prior to the analysis of the students written decision making, pre-research was performed to the define the success of students who made scientifically informed and meaningful decision making as a result of the lessons used in this study. To explore how students use science in their decision making about global warming issues, students written decision-making was analyzed in terms of scientific content knowledge, the nature of science, scientific methodological process, and the construction of the argumentation. For scientific content knowledge, students appropriately constructed their argument using relevant scientific content knowledge. In addition, the scientific content knowledge that they used in their writing consisted of prior content knowledge from the national curriculum, acquaintances from the mass media, and newly constructed knowledge through the SSI decision-making lessons of this study. For the nature of science (NOS), features of on-going-science were shown in students writing. Students clearly described that scientific knowledge was tentative, subjective and theory laden, and socially constructive. Global warming issue is an authentic problem in science, and the students can experience an authentic problem in science, global warming, therefore they can be close to the nature of science through their decision making on global warming issues. For the scientific methodological process, Gieres scientific reasoning model, which reflects the practice of hypo-deductive inquiry, was applied to analyze students writing. From the analysis, students came to their conclusions through hypo-deductive reasoning, which was making and verifying two scientific counter-models about global warming. The scientific methods in the students writing were similar to real reasoning patterns in the authentic practices of scientists. In addition, the higher view of falsificationism in science that science cannot be proven was embedded in their writings. It could have been caused due to global warming issues being a real problem in areas of science in the making. In order to multidimensionally examine the argumentation of the students, Toulmins argument structure was used to analyze the students writing. The characteristic result was that most of the students constructed their ground with not only evidence supporting their claim but also with the evidence to rebut their counter-claim. Therefore, a new argument structure can be suggested from this result. From the results of this study, we can see that students are prepared to participate in argumentation and decision making about socio-scientific issues with an understanding of the nature of the science and using scientific knowledge and the scientific method. Therefore, teachers and schools have to guide and provide opportunities for students to join and participate in socio-scientific issues. Cultivating scientific literacy as shown above is going to lead individuals to a better quality of life and contribute to fostering citizens needed in a society of advanced science and technology.