대한지구과학교육학회지 (Journal of the Korean Society of Earth Science Education)

  • 제16권1호
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  • Pages.13-29
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  • 2023
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  • 2005-5668(pISSN)
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  • 2289-0386(eISSN)
대한지구과학교육학회 (The Korean Society of Earth Science Education)
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과학적 대칭성에 대한 이론적 고찰 및 과학교육에의 함의

Theoretical Study of Scientific Symmetry and Its Implications for Science Education

  • 투고 : 2023.01.16
  • 심사 : 2023.04.27
  • 발행 : 2023.04.30
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초록

본 연구는 대칭성에 대해 이론적으로 고찰하고 이의 과학교육적 함의를 도출하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 첫째, 고대 그리스 학자들을 통해 일반적인 서양 과학의 사유방식을 살펴보았다. 둘째, 대칭성에 대한 인식을 고대와 근현대로 나누어 살펴보았다. 셋째, 이에 대한 과학교육적 함의를 도출하였다. 본 연구의 결과는 첫째, 서양 과학의 사유방식은 파르메니데스에서 시작되어 플라톤이 정립한 '추상화'이다. 둘째, 고대의 대칭성 인식은 추상화를 기반으로 한 아름다운 비율과 조화로서의 대칭성, 근현대의 대칭성 인식은 변화에서 불변을 찾고자 했던 추상화를 기반으로 한 불변의 관점으로서의 대칭성이다. 그리고 고대의 대칭성의 예시로서 에라토스테네스의 지구 둘레 측정 실험에 대해 고찰하였으며, 근현대의 대칭성의 예시로서 갈릴레이 상대성 및 변환을 고찰하였다. 셋째, 이에 따른 과학교육적 함의는 다음과 같다. 대칭성에 대한 인식은 고대부터 근현대 과학을 관통하는 핵심주제라는 관점에서 과학의 본성 교육에 도움이 될 수 있다. 둘째, 에라토스테네스 지구 둘레 측정 실험과 갈릴레이 상대성 및 변환의 경우 2022 개정 교육과정에는 제시되어 있지 않지만 과학과 핵심역량 및 개념 이해에 도움이 될 수 있다. 마지막으로, 대칭성을 중심으로한 통합적 접근으로의 과학교육은 과학적 태도와 흥미에 긍정적인 영향을 줄 수 있다.

This study aims to provide a theoretical examination of symmetry and its implications for science education. For this purpose, first, we examined the way of thinking of Western science in general through ancient Greek scholars. Second, we divided the perception of symmetry into ancient and modern times. Third, we draw out the implications for science education. The results of this study show that, first, the way of thinking in Western science is 'abstraction', which began with Parmenides and was established by Plato. Second, the ancient perception of symmetry is symmetry as beautiful proportions and harmony based on abstraction, and the modern perception of symmetry is symmetry as an invariant perspective based on abstraction that seeks to find constancy in change. We examined Eratosthenes' experiment to measure the circumference of the earth as an example of ancient symmetry, and Galilean relativity or transformation as examples of modern symmetry. Third, the implications for science education are as follows. Awareness of symmetry can help educate students about the nature of science, as it is a central theme that runs through ancient and modern science. Second, the Eratosthenes' experiment and Galilean relativity or transformations are not represented in the 2022 revised curriculum, but could support understanding of science and key competencies and concepts. Finally, an integrated approach to science education centered on symmetry can have a positive impact on scientific attitudes and interest.

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과제정보

This work was supported by the Ministry of Education of the Republic of Korea and the National Research Foundation of Korea (NRF-2020S1A5A2A01047131).

참고문헌

  1. 김윤기, 이보경, 하윤경(2015). 원자 모형 발전 단계에 내재된 과학적 추론과 과학의 본성. 교양교육연구, 9(2), 347-376.
  2. 김윤동(2016). 플라톤의 'nous' 개념. 철학연구, 137, 109-130.
  3. 남경희(2013). 철학적 최상급: 서양철학의 사유범주 비판2. 철학, 117, 57-85.
  4. 박영신, 유지연(2017). 국내 과학관 전시물에 반영된 과학의 본성(NOS) 특징 분석에 따른 프로그램 개발 및 이의 적용. 대한지구과학교육학회지, 10(2), 104-121 https://doi.org/10.15523/JKSESE.2017.10.2.104
  5. 박종원(2016). 과학적 소양에 대한 세 가지 논의-통합적 이해, 교육과정에의 정착, 시민교육을 중심으로. 한국과학교육학회지, 36(3), 413-422. https://doi.org/10.14697/JKASE.2016.36.3.0413
  6. 배경석, 오준영, 최재혁, 문예진, 손연아(2022). 미적 과학교육 연구 동향 분석-R 프로그램의 Bibliometrix 패키지를 활용한 상세 서지분석을 중심으로. 한국과학교육학회지, 42(5), 543-555. https://doi.org/10.14697/JKASE.2022.42.5.543
  7. 백성혜(2013). 과학교육에서 과학사의 응용: 입자개념의 발달에 대한 과학사적 고찰이 과학교육에 주는 함의. 한국과학사학회지, 35(3), 499-519.
  8. 오준영(2023). 과학적 세계관과 과학사상의 이해. 서울:연세대학교 출판문화원.
  9. 오준영, 이은주(2022). 과학교육을 위한 과학이론의 철학적 위치. 대한지국과학교육학회지, 15(3), 354-372.
  10. 우명복, 차희영(2006). 지구의 크기 측정을 위한 교구 개발 및 적용 효과. 교원교육, 22(4), 165-183.
  11. 유은정, 김경화(2019). 수학과 연계한 장소기반 지구과학 프로그램에 대한 교육봉사활동 사례 연구: 지구의 크기 측정. 한국지구과학회지, 40(5), 518-537
  12. 이경직(2001). 플라톤과 데미우르고스: 세계 설명과 세계 제작. 서양고전학연구, 16, 63-86.
  13. 이상균(2016). 언어 네트워크 분석을 이용한 과학의 본성에 관한 국내연구 동향. 대한지구과학교육학회지, 9(1), 65-87. https://doi.org/10.15523/JKSESE.2016.9.1.65
  14. 이윤경, 신동희(2014). 과학자의 희로애락이 담긴 과학사 에피소드 활용 교육 프로그램 개발. 한국과학교육학회지, 34(5), 469-478. https://doi.org/10.14697/JKASE.2014.34.5.0469
  15. 이창욱(2016). 고대철학의 존재론에 관한 연구. 동양철학연구, 86, 233-263.
  16. 정인경, 김영민, 손영운, 이재붕, 이준기(2017). 고등학교과학사. 서울: 씨마스
  17. 조은희(2022). 과학적 소양의 함양을 위한 교양교육. 교양교육연구, 16(5), 203-216.
  18. 조헌국(2018). 과학의 미적 가치 인식에 대한 학습자의 응답에 대한 네트워크 및 감성 분석과 머신 러닝을 활용한 탐색적 예측 평가. 학습자중심교과교육연구, 18(20), 1325-1346.
  19. Abd-El-Khalick, F., Bell, R. L., & Lederman, N. G. (1998). The nature of science and instructional practice: Making the unnatural natural. Science Education, 82(4), 417-436. https://doi.org/10.1002/(SICI)1098-237X(199807)82:4<417::AID-SCE1>3.0.CO;2-E
  20. Abd-El-Khalick, F., & Lederman, N. G. (2000). The influence of history of science courses on students' views of nature of science. Journal of Research in Science Teaching, 37(10), 1057-1095.
  21. Anderson, P. W. (1972). More is different. Science, 177(4047), 393-396. https://doi.org/10.1126/science.177.4047.393
  22. Arriassecq, I., & Greca, I. M. (2012). A teaching-learning sequence for the special relativity theory at high school level historically and epistemologically contextualized. Science & Education, 21, 827-851. https://doi.org/10.1007/s11191-010-9231-5
  23. Back, A. (2006). The concept of abstraction. The Society for Ancient Greek Philosophy Newsletter, 376. https://orb.binghamton.edu/sagp/376
  24. Baez, J. (2020). Platonic solids in all dimensions. https://math.ucr.edu/home/baez/platonic.html
  25. Brisson, L. (2020). How to make a soul in the Timaeus. In C. Jorgenson, F. Karfik, & S. Spinka (Eds.), Plato's Timaeus (pp. 70-91). Leiden: Brill.
  26. Browne, K. M. (2020). Galilei proposed the principle of relativity, but not the "Galilean transformation". American Journal of Physics, 88, 207-213. https://doi.org/10.1119/10.0000303
  27. Castelian, E. (2002). Symmetry, quantum mechanics, and beyond. Foundations of Science, 7, 181-196. https://doi.org/10.1023/A:1016035105573
  28. Chae, D. (2010). Analysis of experiments for 'measuring the size of earth in 8th science textbooks. Journal of Korean Association for Science Education, 30(7), 901-907.
  29. Chae, D., & Han, J. (2013). Teachers' & students' conception of the measurement of the size of the earth. Journal of Korean Association for Science Education, 33(3), 639-649. https://doi.org/10.14697/jkase.2013.33.3.639
  30. Crease, R. P. (2006). 세상에서 가장 아름다운 실험 열가지. 김명남 역, 서울: 도서출판 지호. (원서출판2003)
  31. Dardashti, R., Frisch, M., & Valente, G. (2021). Editorial: Symmetries and asymmetries in physics. Synthese, 199, 983-989. https://doi.org/10.1007/s11229-020-02745-6
  32. Dutka, J. (1993). Eratosthenes' measurement of the earth reconsidered. Archive for History of Exact Sciences, 46, 55-66. https://doi.org/10.1007/BF00387726
  33. Erduran, S., & Dagher, Z. R. (2014). Reconceptualizing the nature of science for science education: Scientific knowledge, practice and other family categories. Dordrecht: Springer.
  34. Evans, J. (1998). The history and practice of ancient astronomy. New York & Oxford: Oxford University Press.
  35. Flannery, M. C. (1991). Science and aesthetics: A partnership for science education. Science Education, 75(5), 577-593. https://doi.org/10.1002/sce.3730750507
  36. Gapontsev, V. L., Fedorov, V. A., & Gapontseva, M. G. (2019). Symmetry principles as a basis for integration in science and its value for education. Obrazovanie i Nauka, 21(4), 9-35.
  37. Gregory, A. (2021). Mathematics and cosmology in Plato's Timaeus. Apeiron, 55(3), 359-389. https://doi.org/10.1515/apeiron-2020-0034
  38. Guthrie, W. K. C. (2000). 희랍 철학 입문-탈레스에서 아리스토텔레스까지-. 박종현 역, 파주: 서광사. (원서 출판 1960)
  39. Heinemann, U., & Roske, Y. (2020). Symmetry in nucleic-acid double helices. Symmetry, 12(5), 737.
  40. Henry, J. (2013). 서양과학사상사. 노태복 역, 서울: (주) 도서출판 책과함께. (원서출판 2012)
  41. Hollo, G. (2017). Demystification of animal symmetry: Symmetry is a response to mechanical forces. Bilogy Direct, 12, 11.
  42. Hon, G., & Goldstein, B. R. (2005). Legendre's revolution(1794): The definition of symmetry in solid geometry. Archive for the History of Exact Sciences, 59, 107-155. https://doi.org/10.1007/s00407-004-0090-9
  43. Jho, H. (2018). Beautiful physics: Re-vision of aesthetic features of science through the literature review. Journal of the Korean Physical Society, 73(4), 401-413. https://doi.org/10.3938/jkps.73.401
  44. Jimenez-Liso, M. R., Lopez-Banet, L., & Dillon, J. (2020). Changing how we teach acid-base chemistry a proposal grounded in studies of the history and nature of science education. Science & Education, 29(5), 1291-1315. https://doi.org/10.1007/s11191-020-00142-6
  45. Kaku, M. (2021). 단 하나의 방정식: 궁극의 이론을 찾아서. 박병철 역, 파주: 김영사. (원서출판 2021)
  46. Kamphorst, F., Vollebregt, M. J., & Savelsbergh, E. R. (2023). An educational reconstruction of special relativity theory for secondary education. Science & Education, 32, 57-100.
  47. Katz, A. M., & Katz, P. B. (1995). Emergence of scientific explanations of nature in Ancient Greece: The only scientific discovery? Circulation, 92, 637-645. https://doi.org/10.1161/01.CIR.92.3.637
  48. Kolsto, S. D. (2001). Scientific literacy for citizenship: Tools for dealing with the science dimension of controversial socioscientific issues. Science Education, 85(3), 291-310. https://doi.org/10.1002/sce.1011
  49. Kosaka, S. (2004). 철학사 여행(상). 방준필 역, 서울: 간디서원.
  50. Lederman, N. G. (2007). Nature of science: Past, present, and future. In S. K. Abell, & N. G. Lederman (Eds.), Handbook of research on science education (pp. 831-879). Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.
  51. Lederman, L. M., & Hill, C. T. (2011). 대칭과 아름다운 우주. 안기연 역, 서울: 승산. (원서출판 2004)
  52. Lederman, N. G., Lederman, J. S., & Antink, A. (2013). Nature of science and scientific inquiry as contexts for the learning of science and achievement of scientific literacy. International Journal of Education in Mathematics, Science and Technology, 1(3), 138-147.
  53. Leo, B. I. (1945). Science in liberal education. Journal of Chemistry Education, 22, 187-193. https://doi.org/10.1021/ed022p187
  54. Levrini, O. (2014). The role of history and philosophy in research on teaching and learning of relativity. In M. R. Matthews (Ed.), International handbook of research in history, philosophy and science teaching (pp. 157-181). Dordrecht: Springer.
  55. Livio, M. (2012). Why symmetry matters. Nature, 490, 472-473. https://doi.org/10.1038/490472a
  56. Lloyd, D. R. (2010). Symmetry and beauty in Plato. Symmetry, 2, 455-465. https://doi.org/10.3390/sym2020455
  57. Melo, I. (2022). Aesthetic criteria in fundamental physics-The viewpoint of Plato. Philosophies, 7(96), 1-15. https://doi.org/10.3390/philosophies7050096
  58. Moubayidin, L., & Ostergaard, L. (2015). Symmetry matters. New Phytologist, 207(4), 985-990. https://doi.org/10.1111/nph.13526
  59. Mueller, I. (2005). Mathematics and the divine in Plato. In T. Koetsier, & L. Bergmans (Eds.), Mathematics and the divine (pp. 99-121). Amsterdam: Elsevier.
  60. Nisbett, R. E. (2003). The geography of thought: How asian and westerners think differently…and why. New York: A Division of Simon & Schuster Inc.
  61. Noe, K. (2017). 과학 인문학으로의 초대. 이인호 역, 서울: 오아시스. (원서출판 2015)
  62. Oh, J. Y. (2017). Understanding the estimation of circumference of the earth by of eratosthenes based on the history of science, for earth science education. Journal of Korean Society of Earth Science Education, 10(2), 214-225.
  63. O'Meara, D. (2014). The beauty of the world in Plato's Timaeus. Schole, 8(1), 24-33.
  64. Paparazzo, E. (2015). Does present-day symmetry underlie the cosmology of Plato's Timaeus? A response to D. R. Lloyd. Apeiron, 48(2), 123-148. https://doi.org/10.1515/apeiron-2014-0021
  65. Ricken, F. (2000). 고대 그리스 철학. 김성진 역, 파주: 서광사. (원서출판 1988)
  66. Rosen, J. (1990). Fundamental manifestations of symmetry in physics. Foundations of Physics, 20(3), 283-307. https://doi.org/10.1007/BF00731694
  67. Rosen, J. (1995). Symmetry in science. New York: Springer Verlag.
  68. Runco, M. A. (2007). Creativity: Theories and themes: Research, development, and practice. Burlington, MA: Elsevier Academic Press.
  69. Russo, L. (2013). Ptolemy's longitudes and eratosthenes' measurement of the earth's circumference. Mathematics and Mechanics of Complex Systems, 1(1), 67-79. https://doi.org/10.2140/memocs.2013.1.67
  70. Seah, R., & Horne, M. (2019). An exploratory study on students' reasoning about symmetry. In G. Hine, S. Blackley, & A. Cooke (Eds.), Mathematics education research: Impacting practice (Proceedings of the 42nd Annual Conference of the Mathematics Education Research Group of Australasia) (pp. 628-635). Perth: MERGA.
  71. Stewart, I. (2010). 아름다움은 왜 진리인가. 안재권, 안기연 역, 서울: 승산. (원서출판 2007)
  72. Toulmin, S., & Goodfield, J. (1961). The fabric of the heavens: The development of astronomy and dynamics. Chicago and London: The University of Chicago Press.
  73. Van der Veen, J. (2007). Symmetry and aesthetic in introductory physics: An experiment in interdisciplinary physics and fine arts education. Doctoral dissertation, University of California. Retrieved from http://web.physics.ucsb.edu/-jatila/papers/J_van-der-Veen_Discompressed.pdf
  74. Van der Veen, J. (2012). Draw your physics homework? Art as a path to understanding in physics teaching. American Educational Research Journal, 49(2), 356-407. https://doi.org/10.3102/0002831211435521
  75. Van der Veen, J. (2013). Symmetry as a thematic approach to physics education. Symmetry: Culture and Science, 24(1-4), 463-484.
  76. Villani, A., & Arruda, S. M. (1998). Special theory of relativity, conceptual change and history of science. Science & Education, 7(1), 85-100. https://doi.org/10.1023/A:1008609018266
  77. Voloshinov, A. V. (1996). Symmetry as a superprinciple of science and art. Leonardo, 29(2), 109-113. https://doi.org/10.2307/1576340
  78. Weyl, H. (1952). Symmetry. Princeton: Princeton University Press.
  79. Zee, A. (1986). Fearful symmetry: The search for beauty in modern physics. Princeton and Oxford: Princeton University Press.
  80. Zee, A. (1992). Symmetry and the search for beauty in modern physics. New Literary History, 23(4), 815-838. https://doi.org/10.2307/469171
  81. Zeyl, D., & Sattler, B. (2022). Plato's Timaeus. The Stanford encyclopedia of philosophy (Summer 2022 ed.). In E. N. Zalta (Ed.), URL: https://plato.stanford.edu/archives/sum2022/entries/plato-timaeus/
  82. Zhang, C. T. (1997). A symmetrical theory of DNA sequence and its applications. Journal of Theoretical Biology, 187(3), 297-306. https://doi.org/10.1006/jtbi.1997.0401
  83. Zinoviev, V., Yakishchik, S. I., Evdokimov, A. A., Malygin, E. G., & Hattman, S. (2004). Symmetry elements in DNA structure important for recognition/methylation by DNA [amino]-methyltransferases. Nucleic Acids Research, 32(13), 3930-3934. https://doi.org/10.1093/nar/gkh712