과학탐구실험 교과서에 표현된 과학의 본성 분석과 반성적 활동의 범주화

Abstract

최근 과학교육 연구와 교육과정 정책에서는 과학의 본성(Nature of Science, NOS)이 과학교육과정의 핵심 구성요소로 주목 받고 있다. 특히 교과서에 표현된 NOS의 내용과 그 표현방법은 과학수업에서 학생들에게 NOS가 전달되는 중요한 매체라는 점에서 더욱 중요하다고 할 수 있다. 2015 개정 교육과정에서는 과학지식이 생성되고 활용되는 과정에 대한 탐구를 통해 학생들의 NOS 이해를 도모하고자 과학탐구실험 교과목을 도입하였다. 본 연구는 과학의 본성과 과학탐구를 별도의 독립된 과목으로 다루는 첫 시도라는 점에서 과학탐구실험 교과목의 중요성에 주목하고, 과학탐구실험 교과서의 과학의 본성 표현 방식을 조사하였다. 과학탐구실험 검정교과서 7종을 대상으로 하였으며, 교육과정에 핵심개념으로 NOS를 명시하고 있는 역사속의 과학탐구 단원을 분석하였다. 먼저, 가족유사성 접근법(Family resemblance approach)에 이론적 기반을 둔 Erduran & Dagher (2014)의 범주에 기초하여 교과서에 포함된 NOS 내용을 분류하고, 각 NOS에 대한 언급이 교수법적 측면에서 명시적 또는 암시적인지, 그리고 반성적 활동과 함께 제시되었는지를 조사하였으며 조사결과는 다음과 같다. 첫째, 과학탐구실험 교과서의 NOS 표현은 과학의 인지-인식적 측면에 집중되어 있고, NOS의 사회-제도적 측면은 매우 제한적으로 표현되어 있었다. 둘째, 표현방법 면에서 인지-인식적 NOS 측면은 주로 반성적 활동과 함께 명시적으로 다루어졌지만 사회-제도적 NOS 측면은 대부분 암시적으로만 다루어졌다. 셋째, 하나의 역사적 에피소드 내에서 명시적 표현과 반성적 활동은 1가지의 NOS 측면에 집중되어 있었다. 이러한 특정 NOS 측면은 교육과정 내 성취기준에서 중점을 두고 있는 NOS 측면과 일치한다. 다음으로 NOS에 대한 반성적 활동에 어떤 유형이 있는지 조사하기 위해 먼저 교과서에서 제시하고 있는 NOS에 대한 반성적 활동들을 조사하였다. 조사 결과 7종의 교과서에서 총 79개의 반성적 활동이 발견되었다. 두 번째로, 발견된 반성적 활동을 귀납적으로 범주화하였다. 그 결과 9개의 범주와 3개의 상위범주(정해진 NOS로 안내하기, NOS의 다양한 가능성 탐색하기, 논쟁적 NOS로 초대하기)가 생성되었다. 또한, NOS에 대한 반성적 활동의 범주별 빈도수를 조사하였다. 조사 결과 교과서들은 정해진 NOS로 안내하기 범주에 집중되어 있었으며, NOS의 다양한 가능성 탐색하기나 논쟁적 NOS로 초대하기 범주는 드물게 제시하였다. 전반적으로, 분석결과는 별도의 독립된 교과목을 통해 NOS를 가르치기 위한 의도로 도입된 과학탐구실험의 가능성과 남겨진 과제를 보여준다. 먼저, 과학탐구실험 교과서는 NOS의 인지-인식적 측면에 집중되어 있을 뿐 아니라 각각의 역사적 에피소드 별로 특정 NOS 측면에 집중하는 경향이 있었는데, 이는 다양한 NOS 측면이 통합적인 방식으로 표현되지 않았다는 것을 의미한다. 학생들의 보다 풍부한 NOS 이해를 위해서 교과서는 각각의 역사적 에피소드 내에서 다양한 NOS 측면을 받아들이고 각각의 NOS의 구성 요소들의 역동적인 상호관계를 드러낼 필요가 있다. 둘째, 과학탐구실험 교과서가 NOS를 표현하는 방법과 NOS에 대한 더 깊은 성찰을 유도하는 방법은 NOS 학습에서 중요한 함의를 가지고 있다. 대부분의 과학탐구실험 교과서들은 NOS에 대한 반성적 활동을 제시함으로써 NOS 이해를 향상시키기 위한 적절한 기회를 학생들에게 제공하였지만, 각각의 역사적 에피소드에서 강조하고 있는 특정 NOS 측면에 제한되어 있었다. 향후 교과서 집필에 있어서 역사적 사례를 사용한 NOS 학습의 잠재력을 최대화하기 위해서 하나의 역사적 에피소드에서 다양한 NOS 측면들을 다루는 활동들을 포함 시킬 필요가 있다. 셋째, 교과서는 3가지 상위 범주 중 NOS의 다양한 가능성 탐색하기나 논쟁적 NOS로 초대하기 범주에 해당하는 활동은 상대적으로 적게 제시하였을 뿐 아니라 다양한 유형의 활동을 제시하지 않았다. NOS 교수법에 대한 연구에서 강조하고 있는 반성적 접근법(reflective approach)을 고려했을 때, 교과서는 NOS의 다양한 관점이나 논쟁적인 부분에 대해 논의하는 활동을 적절히 제시할 필요가 있다. NOS와 탐구 지향 과학교육 개혁으로서의 과학탐구실험 교과목의 독창성과 중요성은 NOS와 탐구를 과학 내용 지식에 부수적인 것으로 취급하지 않고 과목의 중심에 놓음으로써 과학교육에서 NOS를 명시적으로 다루고자 하는 많은 교육과정 개혁에 대한 출발점이 될 수 있다는 데에 있다. 이러한 점에서 본 연구는 NOS를 강조하는 교육과정 개발이나 교과서 제작에 유용하게 사용될 것이다.

Nature of science (NOS) is becoming a core component of both science education research and curriculum policy around the globe. In particular, how textbooks should portray NOS aspects have been of keen interest to science educators. The newly revised 2015 national science curriculum introduces a subject Scientific Inquiry and Experimentation(SIE) to develop students' understanding of NOS through inquiry into the process of creating and using scientific knowledge. SIE deserves scholarly attention since it is the first curricular effort in Korea to explicitly teach NOS (and science inquiry) as a separate school subject. In order to explore how NOS is approached and treated in SIE, we analysed seven SIE textbooks authorized by the Ministry of Education. The chapter titled Science Inquiry in the History was selected for analysis, since the national curriculum specifies NOS as the key learning goal of this particular chapter. We examined in detail all textbook elements such as text, inquiry activities, figures, photographs, sidebars, and illustrations to identify whether the sentences included references to NOS. This was followed by the identification of NOS aspect that each sentence refers to. During the coding process, we used Erduran & Daghers (2014) Reconceptualized FRA-to-NOS (RFN) as our analytical framework. In the next phase, each identified reference to NOS aspects was coded as an explicit or implicit representation. At the same time, we examined whether textbooks present each aspect of NOS including reflective activity for NOS. Findings of the analysis are as follows. First, textbooks tend to concentrate on the cognitive-epistemic aspects of science, while social-institutional NOS is largely underrepresented. Second, in terms of the methods of representation, cognitive-epistemic NOS aspects were usually addressed explicitly, often with reflective activities. Third, Within one episode, the explicit representation and reflective activities were concentrated on one dominant NOS aspect. These specific NOS aspects was identical to the ones specified as achievement standards in the curriculum. Next, to investigate the type of reflective activities for NOS, we first identified the reflective activities for NOS presented in the textbooks. A total of 79 reflective activities for NOS were found in the seven textbooks. Secondly, we have inductively categorized the identified NOS reflection activities. As a result, nine subcategories and three categories (guiding to declarative NOS ideas, prompting to explore diverse possibilities, inviting to controversial NOS) were created. In addition, the frequency of NOS reflection activities in each category was investigated. As a result, the textbooks were focused on the category 'guiding to declarative NOS ideas', while the categories 'prompting to explore diverse possibilities' or 'inviting to controversial NOS' were rarely presented. Overall, the analysis revealed both the opportunities and challenges of Koreas new subject SIE in teaching NOS as a separate school subject. First, the NOS representations in the textbooks were concentrated in the cognitive and epistemic aspects of science. This could be explained by the fact that the national curriculum itself is composed of achievement standards that mainly concerns epistemic aspects of science. In addition, textbooks tended to focus on addressing one central NOS idea in each historical episode, which means that diverse NOS aspects were not represented in a holistic manner. Textbooks should embrace NOS aspects that are as diverse as possible and reveal their dynamic interrelations within each historical episode. Second, the way SIE textbooks addressed NOS aspects and prompted further reflection on them also carried significant implications. Most SIE textbooks gave students proper opportunities to develop NOS understanding by means of reflective activities. However, this effort was usually limited to the focal NOS aspect emphasized in each historical episode. It would be necessary for textbook authors to include activities that can address multiple NOS aspects in one episode to maximize the NOS learning potentials of historical episodes. Third, the textbooks presented few activities corresponding to 'prompting to explore diverse possibilities' and 'inviting to controversial NOS' and they did not present various types of activities. Taking into account the reflective approach emphasized in the study of NOS pedagogy, textbooks need to adequately address activities that discuss the various perspectives of NOS and the controversial contents. The analysis presented in this study will be informative to curriculum-makers and textbook authors around the world in transforming the history and nature of science into curricula and educational materials.