Journal of Korean Elementary Science Education (한국초등과학교육학회지:초등과학교육)

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Epistemological Implications of Scientific Reasoning Designed by Preservice Elementary Teachers during Their Simulation Teaching: Evidence-Explanation Continuum Perspective

초등 예비교사가 모의수업 시연에서 구성한 과학적 추론의 인식론적 의미 - 증거-설명 연속선의 관점 -

  • Received : 2023.01.20
  • Accepted : 2023.02.06
  • Published : 2023.02.28
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Abstract

In this study, I took the evidence-explanation (E-E) continuum perspective to examine the epistemological implications of scientific reasoning cases designed by preservice elementary teachers during their simulation teaching. The participants were four preservice teachers who conducted simulation instruction on the seasons and high/low air pressure and wind. The selected discourse episodes, which included cases of inductive, deductive, or abductive reasoning, were analyzed for their epistemological implications-specifically, the role played by the reasoning cases in the E-E continuum. The two preservice teachers conducting seasons classes used hypothetical-deductive reasoning when they identified evidence by comparing student-group data and tested a hypothesis by comparing the evidence with the hypothetical statement. However, they did not adopt explicit reasoning for creating the hypothesis or constructing a model from the evidence. The two preservice teachers conducting air pressure and wind classes applied inductive reasoning to find evidence by summarizing the student-group data and adopted linear logic-structured deductive reasoning to construct the final explanation. In teaching similar topics, the preservice teachers showed similar epistemic processes in their scientific reasoning cases. However, the epistemological implications of the instruction were not similar in terms of the E-E continuum. In addition, except in one case, the teachers were neither good at abductive reasoning for creating a hypothesis or an explanatory model, nor good at using reasoning to construct a model from the evidence. The E-E continuum helps in examining the epistemological implications of scientific reasoning and can be an alternative way of transmitting scientific reasoning.

이 연구는 초등 예비교사가 모의수업 시연에서 구성한 과학적 추론을 증거-설명의 연속선 관점에서 해석하여 그들의 과학적 추론이 갖는 인식론적 의미를 조사하였다. 연구를 위해 계절 변화에 관한 모의 수업을 시연한 예비교사 2명, 고기압과 저기압 및 바람에 관한 모의수업을 시연한 예비교사 2명이 연구 참여자로 선정되었다. 예비교사의 교수발화 중에서 귀납적, 연역적(가설-연역적) 추론, 또는 귀추적 추론의 사례가 드러난 에피소드에서 각 추론이 증거-설명의 연속선의 단계에서 어떤 역할을 하는지 비교하여 예비교사의 과학적 추론이 가진 인식론적 의미를 분석하였다. 계절 변화의 원인에 관한 모의수업을 시연했던 두 예비교사는 학생들이 수집한 데이터를 비교하여 증거를 인식하였고, 증거와 가설을 비교하여 가설을 검증하는 가설-연역적 추론을 활용하여 설명을 구성하였다. 고기압과 저기압 및 바람의 방향을 주제로 모의수업을 시연했던 두 예비교사는 모둠별 데이터를 종합하여 증거로 인식하는 귀납적 추론과 선형적 논리 구조를 가진 연역적 추론을 설명구성 전략으로 선택하여 최종 설명을 제시하였다. 연구에 참여한 예비교사들은 유사한 주제의 모의수업 시연에서 대체로 비슷한 흐름의 과학적 추론을 활용하여 과학지식을 구성하였으나, 증거-설명의 연속선에서 데이터, 증거, 모델, 설명으로 전개되는 인식론적 의미 측면에서 조금씩 다른 양상을 보였다. 또한, 일부 사례를 제외하면, 공통적으로 증거에서 모델을 탐색하는 과학적 추론은 부족하였으며, 가설이나 설명모델을 추리하기 위한 귀추적 추론이 부재하였다. 이 연구에서 분석틀로 적용했던 증거-설명의 연속선 접근은 과학적 추론의 인식론적 의미를 파악할 수 있게 하며 대안적인 과학적 추론 함양 지도 방법으로 사용될 수 있음을 논의하였다.

Keywords

Acknowledgement

이 연구는 2022년도 서울교육대학교 교내연구비의 지원을 받아 수행되었음

References

  1. 교육부(2015). 2015 과학과 교육과정. 교육부.
  2. 교육부(2022). 2022 개정 과학과 교육과정 시안(행정예고본). 교육부.
  3. 권용주, 정진수, 박윤복, 강민정(2013). 선언적 과학 지식의 생성 과정에 대한 과학철학적 연구: 귀납적, 귀추적, 연역적 과정을 중심으로. 한국과학교육학회지, 23(3), 215-228
  4. 맹승호(2022). Data-Text 변형 담화의 측면에서 본 세 초등 예비교사의 모의수업 시연 사례의 비교. 초등과학교육, 41(1), 93-105.
  5. 박종원(1998). 과학활동에서 연역적 사고의 역할. 한국과학교육학회지, 18(1), 1-17.
  6. 박종원, 김영민(2018). 새 물리교육학 총론 1. 서울: 북스힐.
  7. 박지연, 남정희(2019). 논의기반 탐구 과학수업에서 나타나는 중학생들의 인식론적 사고 분석. 한국과학교육학회지, 39(3), 337-348. https://doi.org/10.14697/JKASE.2019.39.3.337
  8. 박지연, 정도준, 남정희(2020). 논의기반 탐구 과학수업의 학급 논의 활동에서 나타나는 중학생들의 인식론적 사고의 특징 및 변화. 대한화학회지, 64(1), 38-48. https://doi.org/10.5012/JKCS.2020.64.1.38
  9. 백종호(2020). 문제의 구성을 강조한 프로그램에서 나타난 탐구 문제와 과학적 추론의 관련성 탐색: 삼투 현상 탐구 활동을 중심으로. 한국과학교육학회지, 40(1), 77-87. https://doi.org/10.14697/JKASE.2020.40.1.77
  10. 오필석(2016). 귀추적 사고 과정에서 모델의 역할: 이론과 경험 연구를 통한 도식화. 한국과학교육학회지, 36(4), 551-561. https://doi.org/10.14697/JKASE.2016.36.4.0551
  11. 오필석, 오성진(2011). 예비 초등 교사들의 귀추적 탐구 활동에서 가설의 정교화 과정에 관한 연구. 한국과학교육학회지, 31(1), 128-142. https://doi.org/10.14697/JKASE.2011.31.1.128
  12. 윤혜경, 송영진(2017). 과학 수업 비디오에 기초한 반성 활동을 통한 초등 예비교사의 전문적 시각의 변화. 한국과학교육학회지, 37(4), 553-564. https://doi.org/10.14697/JKASE.2017.37.4.553
  13. 윤혜경, 정용재, 김미정, 박영신, 김병석(2012). 모의수업 실행 과정에서 나타난 초등 예비교사의 과학 탐구 수업에 대한 인식. 초등과학교육, 31(3), 334-346.
  14. 이선경, 최취임, 이규호, 신명경, 송호장(2013). 초등 과학 수업 담화에서 나타나는 과학적 추론 탐색. 한국과학교육학회지, 33(1), 181-192. https://doi.org/10.14697/JKASE.2013.33.1.181
  15. 이지화, 조혜숙, 남정희(2022). 비대면 및 대면 상황의 논의기반 탐구 과학 수업에서 나타나는 중학생들의 인식론적 사고 비교 분석. 대한화학회지, 66(5), 390-404. https://doi.org/10.5012/JKCS.2022.66.5.390
  16. 임옥기, 김효남(2018a). 초등학생들의 과학 글쓰기에 나타나는 과학적 추론의 학년별 차이. 한국과학교육학회지, 38(6), 839-851. https://doi.org/10.14697/JKASE.2018.38.6.839
  17. 임옥기, 김효남(2018b). 초등학생들의 과학 글쓰기에 나타난 과학적 추론의 유형과 수준. 초등과학교육, 37(4), 372-390.
  18. 장병기(2012). 실험 설계에 나타난 초등 예비교사의 과학적 추론의 특징: 지식과 추론의 상호작용. 초등과학교육, 31(2), 227-242.
  19. 정용욱(2019). 과학교육론 교재에서 나타나는 귀납, 연역, 가설연역, 귀추의 의미 혼선. 과학교육연구지, 43(1), 79-93. https://doi.org/10.21796/JSE.2019.43.1.79
  20. 한수진, 최숙영, 노태희(2012). 중학생들의 과학 탐구에 대한 인식론적 견해. 한국과학교육학회지, 32(1), 82-94. https://doi.org/10.14697/JKASE.2012.32.1.082
  21. Abrams, E., & Southerland, S. (2001). The how's and why's of biological change: How learners neglect physical mechanisms in their search for meaning. International Journal of Science Education, 23(12), 1271-1281. https://doi.org/10.1080/09500690110038558
  22. Ackerman, R. J. (1985). Data, instruments and theory: A dialectical approach to understanding science. Princeton, NJ: Princeton University Press.
  23. Chinn, C. A., & Malhotra, B. A. (2002). Epistemologically authentic inquiry in schools: A theoretical framework for evaluating inquiry tasks. Science Education, 86, 175-218. https://doi.org/10.1002/sce.10001
  24. Chinn, C. A., Buckland, L. A., & Samarapungavan, A. (2011) Expanding the dimensions of epistemic cognition: Arguments from philosophy and psychology, Educational Psychologist, 46(3), 141-167. https://doi.org/10.1080/00461520.2011.587722
  25. Duschl, R. A., & Grandy, R. E. (2008). Reconsidering the character and role of inquiry in school science: Framing the debates. In R. A. Duschl & R. E. Grandy (Eds.), Teaching scientific inquiry: Recommendations for research and implementation (pp. 1-37). Rotterdam, The Netherlands: Sense Publishers.
  26. Duschl, R., Avraamidou, L., & Azevedo, N. H. (2021). Data-Texts in the sciences: The evidence-explanation continuum. Science & Education, 30, 1159-1181. https://doi.org/10.1007/s11191-021-00225-y
  27. Fischer, H. R. (2001). Abductive reasoning as a way of worldmaking. Foundations of Science, 6, 361-383. https://doi.org/10.1023/A:1011671106610
  28. Goodwin, C. (1994). Professional vision. American Anthropologist, 96, 606-633. https://doi.org/10.1525/aa.1994.96.3.02a00100
  29. Kolodner, J. L., Camp, P. J., Crismond, D., Fasse, B., Gray, J., Holbrook, J., Puntambekar. S., & Ryan, M. (2003). Problem-based learning meets case-based reasoning in the middle-school science classroom: Putting learning by designTM into practice. The Journal of the Learning Sciences, 12(4), 495-547. https://doi.org/10.1207/S15327809JLS1204_2
  30. Nagel, E. (1961). The structure of science: Problems in the logic of scientific explanation (전영삼 역, 2001). Harcourt, Brace & World, Inc.
  31. Russ, R. S., Scherr, R. E., Hammer, D., & Mikeska, J. (2008). Recognizing mechanistic reasoning in student scientific inquiry: A framework for discourse analysis developed from philosophy of science. Science Education, 92, 499-525. https://doi.org/10.1002/sce.20264
  32. Schwarz, C. V., Passmore, C., & Reiser, B. J. (2017). Helping students make sense of the world using Next Generation Science and Engineering Practices. Arlington, VA: NSTA Press.
  33. Tang, X., Elby, A., & Hammer, D. (2020). The tension between pattern-seeking and mechanistic reasoning in explanation construction: A case from Chinese elementary science classroom. Science Education, 104, 1071-1099. https://doi.org/10.1002/sce.21594
  34. Thagard, P. (2010). How brains make mental models. In L. Magnani, W. Carnielli, & C. Pizzi (Ed.), Model-based reasoning in science and technology: Abduction, logic, and computational discovery (pp. 447-461). Berlin: Springer.
  35. Tytler, R., & Peterson, S. (2004). From "Try It and See" to strategic exploration: Characterizing young children's scientific reasoning. Journal of Research in Science Teaching, 41(1), 94-118. https://doi.org/10.1002/tea.10126
  36. Windschitl, M., Thompson, J., & Braaten, M. (2008). Beyond the scientific method: Model-based inquiry as a new paradigm of preference for school science investigations. Science Education, 92, 941-967.  https://doi.org/10.1002/sce.20259