• 한국과학교육학회지
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• 제43권6호
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• pp.509-520
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• 2023

과학적 설명은 과학자의 과학적 실행에서 추구하는 주요한 목표이며 과학교육 과정 문서에서도 학생의 과학적 설명 구성 능력을 주요한 목표로 포함하고 있다. 따라서 그 의미를 명료화하는 것은 과학교육 공동체에서 중요한 문제이다. 이 논문에서는 주제 범위 문헌 고찰 방법을 사용하여 '과학적 설명'에 대한 3가지 관점을 추출하고 각각에 대해 고찰하였다(연역-법칙적 설명 모델, 확률론적 설명 모델, 실용적 설명 모델). 그리고 문헌 고찰 내용을 바탕으로 과학적 설명이 과학교육에서 사용하는 다른 개념들, 즉 '기술', '예상', '추론', '가설', '논증'과 어떤 점에서 유사하고 어떤 점에서 구분되는지 논의하면서 이러한 용어들의 의미를 구분하여 사용하는 것이 과학교육 연구와 실행에서 중요하다는 점을 주장하였다. 또 산물로서의 '과학적 설명'과 의사소통으로서 '과학적으로 설명하기'가 차이가 있음을 지적하고, 과학 교육과정의 성취기준 진술 방안, 학생의 과학적 설명 구성을 돕는 방안, 학생의 과학적 설명하기를 돕는 방안을 몇 가지 제안하였다. 예를 들어, 세 가지 과학적 설명 모델에 따라 각각 중요하게 고려해야 할 요인들을 구분하여 정리하고, 그러한 요인을 고려한 과학적 설명을 위한 과학 학습활동 사례를 제시하였다. 본 연구에서의 논의가 과학적 설명과 관련된 과학 학습에서 좀 더 분명하게 학습 목표를 설명하고 그에 따라 보다 적절한 학습활동을 설계하는 데 도움이 되기를 기대한다.

• 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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• 제42권4호
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• pp.497-512
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• 2023

과학적 설명 구성은 과학의 본질적 실행임에도 불구하고 교사들은 과학적 설명의 형식적 구조에 익숙하지 않으며 좋은 과학적 설명을 평가하는 기준 역시 지니고 있지 못한 경우가 많다. 그에 따라 본 연구는 과학적 설명의 개념을 명료히 하고 과학적 설명 구성을 안내할 수 있는 과학적 설명 구성 도구를 제안하고 이 도구가 예비교사들의 응결 현상에 대한 설명 수준 변화에 미치는 영향을 탐색하였다. 연구 결과 총 네 단계의 설명 구성 수준 중 상당수의 예비교사는 사전에 기술(description) 수준에 머물렀으나 이 도구의 활용을 통해 연관적(associative) 수준 이상의 설명을 구성하는 것으로 나타났다. 또한 이 도구는 예비교사들이 현상을 설명하기 위한 개념적 틀을 정립하고 논리적 설명과 미시적 해석을 이끄는 어포던스를 지니는 것으로 분석되었다. 이 연구는 예비교사들이 과학적 설명에 대한 형식과 준거를 이해하고 이를 자신의 설명 구성에 적용할 수 있음을 보여주었다는 점에서 의의를 지닌다. 앞으로 다양한 주제와 분과 영역에서 예비교사들의 과학적 설명 수준 향상을 위한 노력이 수반되어야 할 것이며, 나아가 예비교사들에게 실제적인 환경 속에서 학생들이 과학적 설명을 구성할 수 있도록 장려하는 수업 경험을 제공할 필요가 있다.

• 한국과학교육학회지
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• 제27권1호
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• pp.37-49
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• 2007

본 연구의 목적은 우리나라 중등학교 지구과학 수업에서 교사들이 제공하는 과학적 설명을 논리적 형식에 따라 분류하고, 서로 다른 형식의 과학적 설명이 지니는 특징과 과학적 설명을 위한 담화 행위에서 교사와 학생들의 역할을 분석하는 것이었다. 연구를 위한 자료는 2003년과 2004년에 해외 단기 연수 프로그램에 참여한 지구과학 교사들로부터 수집되었으며, 총18차시에 해당하는 지구과학 수업 녹화 자료와 전사본을 분석하였다. 분석된 지구과학 수업에서는 연역-법칙적 설명이 가장 빈번히 발생하였고, 연역-법칙적 모형은 과학적 설명을 구성하는 데 필요한 과학 법칙이나 상위의 원리가 잘 정립된 문제에 알맞은 것임을 알 수 있었다. 하지만, 지구과학의 후진적 추론 과제를 다루는 상황에서는 귀추적 설명이 제공되었고, 일기 속담이나 기상 이변과 같이 지구과학에 특징적인 대상을 설명할 때에는 각각 통계-확률적 모형과 통계-유관성 모형에 부합하는 설명이 활용되었다. 지구과학수업에서 과학적 설명은 주로 교사의 단독적인 발화를 통해 이루어졌으며, 학생들은 과학적 설명을 구성하기 위한 담화 행위에서 주로 소극적인 역할을 담당하였다. 이상과 같은 연구 결과가 과학 수업과 과학교육 연구에 시사하는 점들을 논의하였다.

• 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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• 제42권1호
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• pp.109-126
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• 2023

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.

• 한국과학교육학회지
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• 제23권5호
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• pp.458-469
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• 2003

이 연구는 과학적 가설 지식의 생성 과정을 귀납적으로 기술하구 분석하여 하나의 바탕이론을 제시하고자 하였다. 이것을 위해 과학적 현상의 원인을 설명하는 과제를 피험자들에게 제시하고, 피험자들이 과제를 해결하는 과정에서 표상한 지식과 사고 유형을 발성 사고법과 심층면접을 통해 프로토콜로 생성하게 한 후, 이것에서 규칙성을 찾아 귀납적으로 기술하는 연구 방법을 이용하였다. 이 연구의 결과는 가설 지식 생성 과정에서 의문상황, 가설적 설명자, 경험상황, 원인적 설명자, 최종가설지식 등 5가지의 중간적 지식들이 생성됨을 보여주었다. 또, 지식 탐색, 의문상황과 경험상황 비교, 설명자 차용, 설명자 조합, 설명자 선택, 설명자 확인 등 6가지 유형의 사고가 가설 지식 생성에 관여한다는 것도 보여주었다. 또한 과학적 가설 지식은 '의문상황${\righallow}$경험상황${\righallow}$원인적 설명자${\righallow}$가설적 설명자${\righallow}$가설' 순으로 중간적 지식들의 표상되는 과정을 통해 생성되며, 이러한 과정은 귀추적 추론 뿐만 아니라 귀납과 연역 추론도 함께 관여하는 복잡한 사고 과정임을 보여주었다.

• 한국과학교육학회지
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• 제20권4호
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• pp.667-679
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• 2000

과학적 가설의 생성은 과학적 탐구활동뿐 아니라, 개념변화과정에서 중요한 활동 중의 하나이다. 본 연구에서는 과학적 가설을 설명가설과 예측가설로 나누었고, 각각의 경우에 과학적 설명이나 과학적 예측과 어떻게 다른지를 분석 논의하였다. 또한 현상을 기술만 하고 있는 추측의 경우를 과학적 가설로 보지 않음으로서, 귀납적 일반화에 의한 보편법칙의 제안을 과학적 가설로 보지 않는다고 논의하였다. 과학적 가설의 제안에 필요한 과학적 사고로서 귀추적 사고의 특징을 논의하였으며, 그에 기초한 과학적 설명가설의 생성과정을 4단계로 제시하였다. 마지막으로 본 연구로부터 수행중인 후속 연구 방향을 제시하였다.

• 영재교육연구
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• 제22권1호
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• pp.141-155
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• 2012

본 연구의 목적은 중학교 과학 영재 프로그램에 참여하는 학생들의 설명하는 글쓰기에 나타난 특성을 분석하는 것이다. 중학교 과학 영재들의 세포에 대한 설명을 분석한 결과, 내용적 측면에서 다수의 학생들이 동물 세포와 식물 세포의 공통적인 특징과 구별되는 특징을 설명하고 있었다. 그러나, 일부 과학 영재 학생은 동물 세포와 식물 세포 중 한 가지 세포의 특성만을 설명하거나, 세포막과 세포벽의 기능을 같게 보거나, 세포는 우리 몸을 이루고 있는 가장 작은 단위라는 등 세포에 대한 오개념을 갖고 있는 것으로 나타났다. 구조적 측면에서는 대부분의 과학 영재 학생들이 설명문의 체재를 명확히 알지 못한 채 설명하는 글쓰기를 완성하였다. 마지막으로 표현 방법을 분석한 결과, 50% 이상의 학생들이 분류, 비교, 대조, 예시 등의 다양한 방법을 이용하여 설명하는 글쓰기를 작성한 것으로 나타났다. 특히, 모든 영재 학생들이 그림을 이용한 설명 방법을 사용하였는데, 기존의 연구 결과에서 나타나지 않은 독창적인 것임을 알 수 있다. 본 연구의 결과는 과학 영재 학생들의 지식 평가 도구로 설명하는 글쓰기가 활용될 수 있다는 가능성을 제안할 뿐만 아니라, 설명하는 글쓰기를 지도할 때 활용할 수 있는 글쓰기 요소에 대한 교육적 시사점을 제공한다.

• 한국지구과학회지
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• 제30권6호
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• pp.759-772
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• 2009

본 연구의 목적은 8학년 학생들의 자기주도적인 과학탐구 보고서에 제시되어 있는 결론의 특징을 이해하려는 것이다. 이를 위해 '자기주도적인 과학탐구의 결론 분석'이라는 틀을 개발하였으며, 이 분석틀을 사용하여 학생들의 결론을 분석하였다. 다음으로는 학생들의 결론을 그들이 탐구하기 위해 생성한 질문과 비교하여 질문이 결론에 영향을 주는지에 대해 조사하였다. 더불어 학생들이 탐구 활동을 하면서 결론을 도출할 때 겪는 어려움을 이해하기 위해 실시한 설문지의 응답을 분석하였다. 연구 결과에 의하면 결론은 대체로 과학의 기초적 가정과 과학적 설명으로 범주화되는데, 학생들 결론의 약 절반 정도는 과학의 기초적 가정에 해당하였다. 그리고 과학적 설명으로 제시된 결론은 대부분 연역추론에 의한 설명과 귀납추론에 의한 설명이었다. 그리고 질문이 탐구질문일 때 과학적 설명이 과학의 기초적 가정보다 많이 나타나는 것으로 보아 결론의 형태는 학생들이 생성한 질문의 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 일부 학생들은 결론과 실험 결과가 차이가 있음을 인식하지 못하는 것으로 나타났다.

• 한국과학교육학회지
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• 제18권1호
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• pp.1-17
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• 1998

과학적 사고가 논리적이라는 말은 무엇을 의미하는 것인가? 본 논문에서는 과학적 설명과 예측의 구조 및 가설의 검증 과정이 연역적인 구조로 되어 있음을 설명하였다. 과학적 설명과 예측의 구조를 보다 명확하게 나타내기 위해 3단 논법의 간단한 구조를 사용하였으며, 특히, 동역학이 바로 과학적 설명의 구조를 나타내고 있는 것임을 지적하였다. 이때, 많은 과학 활동이 과학적 설명보다는 예측 활동을 주로 함으로서 학생들이 동역학에 대한 이해 부족을 낳고 있다고 할 수 있다. 가설의 검증 과정을 설명하기 위해 심리학의 유명한 과제 중의 하나인 와슨의 선택과제를 가설로부터 (실험) 현상을 예측하는 과정과 (실험)관찰로부터 가설을 검증하는 두단계 과정으로 재해석하였다. 또한 가설 검증 과정에서의 대표적인 오류 중의 하나인 후건 긍정의 오류가 과학활동에서 왜 빈번하게 나타나는지를 설명하고 로슨의 다중가설 이론과 비교하였다. 연역적 사고에서 내용의 영향을 살펴보기 위해 심리학의 연구들과 과학자의 실제 활동에 대한 과학 심리학적 논의를 간단히 언급하였다. 나아가 실제 학생들의 과학 활동에서 연역적 사고가 어떠한 역학을 하는지를 알아보기 위해 실제 학생들의 과학 활동을 분석한 일련의 연구들을 조사 정리하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제19권1호
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• pp.29-40
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• 1999

현행 과학교육은 일반적으로 언어적 설명보다는 실험활동을 중심으로 수업을 진행하기를 권하고 있다. 더나아가 과학교육에 관련된 많은 연구들(예를들면, 학습성취도, 사고능력향상, 과학에 관련된 태도 등)도 이러한 실험 활동을 중심으로 한 조작적 교수 학습 과정의 효율성에 대해서 지지해 왔다. 이렇게 과학교육에 대한 연구결과들과 실제 경험들이 학습자의 효과적인 학습을 위해서 실험활동 중심의 교수 학습 과정을 장려하고 있지만, 이들 연구들은 왜 실험활동 중심의 교수학습이 언어적 설명 수업보다 효과적인가에 대한 구체적인 설명을 제공해 주지를 못하고 있다. 본 연구는 이러한 의문에 대해서 최신의 신경학적 연구결과를 바탕으로 설명하고자 하였다. 최근의 신경학적 연구는 다중적 감각경로를 통한 정보의, 전달이 단일적 감각경로를 통한 정보의 전달보다 신경 세포 반응의 효율성과 반응시간의 신속성에 있어서 훨씬 효과적이라는 연구결과들을 제시하여 왔다. 따라서 이 연구결과를 과학학습에 적용할 경우, 실험활동 중심의 수업은 체감각-시각-청각적 감각경로를 통한 정보의 전달이 이루어질 수 있는 교수전략이고 언어적 설명 수업은 청각을 주로 활용하고 부분적으로 시각을 사용하므로, 신경세포 반응의 효율성과 시간의 신속성에 있어서 실험활동 중심의 수업이 훨씬 효과적이기에 실험활동을 통한 수업이 과학학습에 효율적이라는 설명이 가능하다. 이 가설을 테스트하기 위하여 본 연구는 비율추론과제의 해결에 실패한 중학교 학생 56명을 무작위적으로 두집단으로 나눈다음, 한 집단에게는 조작적 활동중심 피이드백을, 그리고 다른 집단에게는 언어적 설명 중심 피이드백을 제공하였다. 연구결과는 조작적 활동 중심 피이드백을 제공받은 집단이 언어적 설명 중심 피이드백을 제공받은 집단보다 통계적으로 의미있게 학습한 결과를 보여주었다. 따라서 본 연구는 실험활동 중심 수업의 효율성에 대한 신경학적 설명을 지지하는 증거를 제시하였다. 또한 이 연구는 연구결과의 교육적 활용을 위한 적용방안도 논의하였다.