인지적 자원 기반 반응적 교수법이 고등학생의 인식론적 프레이밍과 논변에 미치는 영향 = The effects of responsive teaching using cognitive resources on epistemological framing and argumentation of high school students

국문 초록 (Abstract)

과학 교육에서 과학적 탐구 능력 향상은 중요한 목표 중에 하나이다. 탐구 능력이란 자신의 인지적 자원을 바탕으로 문제를 해결하는 능력이라고 할 수 있다. 학생들의 과학적 탐구 능력이 향상되기 위해서 학생들은 탐구 활동을 현상 이해의 활동으로 해석해야 하며 교사는 학생들이 논변 활동을 통해 문제를 해결할 수 있는 기회를 제공해야 한다. 최근 학생들의 과학 개념과 함께 탐구 능력 향상을 위해서 반응적 교수법이 제안되고 있다.
이 연구는 학생들이 이미 가지고 있는 인지적 자원을 기반으로 한 반응적 교수법이 학생들의 인식론적 프레이밍과 논변 활동 그리고 추론을 통한 문제 해결 과정에 어떠한 영향을 미치는가를 분석하였다.
이를 위해서 일반계 고등학교 1학년 학생을 대상으로 ‘정전기’를 주제로 16차시 인지적 자원 기반 반응적 교수법을 수행하였다. 수업에서 교사는 시작과제를 제시한 후 그룹원들끼리 논변을 통해서 문제를 해결을 하도록 하였다. 교사는 논변 과정에서 드러난 학생들의 과학적 사고에 주목하고 학생들의 개념이 올바르게 적용될 수 있는 과제(또는 상황)들을 제시하였다.
수업 결과 한 그룹은 연구 초기에는 수업을 ‘교실 게임’으로 프레이밍하였지만 연구 중반에는 ‘현상 이해’로 프레이밍 함으로써 인식론적 프레이밍의 변화가 뚜렷했다. 그래서 이 그룹을 ‘초기 교실게임’ 그룹으로 명명하고 인식론적 프레이밍의 변화를 분석하였다. 그리고 또 다른 그룹은 연구 초기부터 비교적 안정되게 ‘현상 이해’로 프레이밍 하면서 프레이밍의 변화는 관찰되지 않았지만 논변 활동이 두드러지게 변화하였다. 이 그룹을 ‘현상 이해’ 그룹으로 명명하고 논변의 변화를 분석하였다. 그리고 이 두 그룹이 추론을 통해 문제를 해결하는 과정을 분석하였다.
연구 결과를 통해 다음과 같은 결론을 정리하였다.
첫째, 인지적 자원 기반 반응적 교수법은 학생들이 ‘교실 게임’ 프레이밍에서 ‘현상 이해’ 프레이밍으로 전환시켰다. ‘초기 교실게임’ 그룹의 학생들은 수업 초기에는 교사의 평가에 의존하는 모습이 두드러졌지만 교사가 학생들의 수업 방식에 대한 혼란한 감정에 주목하고 인지적 자원 기반 반응적 수업을 실행한 이후 학생들은 교사의 평가에 의존하지 않고 스스로 자신들의 의견을 검증하면서 문제를 해결하고자 노력하는 모습을 보였다.
둘째, 인지적 자원 기반 반응적 교수법은 학생들이 ‘수용적 논의’에서 서로의 주장을 비평하고 자신의 주장을 설득하는 ‘대화적 논변’으로 변화되도록 하였다. 이것은 인지적 자원 기반 반응적 수업을 통해 학생들이 스스로 자신이나 동료의 아이디어를 검증할 수 있다고 인식하였기 때문으로 보인다.
셋째, 인지적 자원 기반 반응적 교수법은 학생들이 과학자와 동일한 과정으로 문제를 해결하여 결론을 도출하도록 하였다. 학생들은 문제를 해결하는 과정에서 잠정적인 가설을 세운 후 가설에 기반하여 새로운 현상을 예측하였다. 그리고 예측되어진 현상을 관찰함으로써 가설을 검증하였다. 이것은 과학자들이 추론과 논증을 이용하여 과학적 지식을 확립하는 과정과 유사하였다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성과 목적 1
• 2. 연구 문제 5
• 3. 용어 정리 6
• 3.1 반응적 교수법(responsive teaching) 7
• 3.2 인식론적 프레이밍 7
• 3.3 인지적 자원 기반 과제 8
• 3.4.1 잠재적 자원 기반 과제 9
• 3.4.2 필수 자원 기반 과제 10
• 3.5 필수 자원 촉발 과제 11
• 3.6 수용적 논의와 대화적 논변 12
• 4. 연구의 제한점 12
• II. 이론적 배경 13
• 1. P-prim과 인지적 자원 13
• 2. 인식론적 자원 14
• 3. 인식론적 프레이밍 16
• 4. 반응적 교수법(Responsive teaching) 20
• 5. 논변에 대한 연구 24
• 6. Giere의 과학 지식 생성 모형 27
• III. 연구 방법 29
• 1. 연구 참여자 30
• 2. 반응적 교수법의 과정 32
• 2.1 수업의 맥락 32
• 2.2 인지적 자원 기반 반응적 교수법 33
• 2.2.1 인지적 자원 기반 반응적 교수법의 진행 방법 33
• 2.2.2 시작 과제 40
• 3. 자료 수집 46
• 4. 자료 분석 47
• 4.1 인식론적 프레이밍 분석 48
• 4.2 논변의 분석 50
• 4.3 추론을 통한 문제 해결 과정 분석 54
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 54
• 1. '초기 교실게임' 그룹의 인식론적 프레이밍 변화 55
• 1.1 '초기 교실게임' 그룹의 프레이밍 특징 56
• 1.1.1 학습지 조기 종료 57
• 1.1.2 교사 눈치 보기 61
• 1.1.3 적절한 수준까지만 답을 구성 64
• 1.1.3.1 현상 이해 그룹과 비교 65
• 1.1.3.2 답 작성 후 과제에 무관심 68
• 1.1.4 난이도가 낮은 과제에서는 현상 이해 프레이밍과 유사 70
• 1.2 인지적 자원 기반 반응적 교수법의 실행 75
• 1.2.1 학생들의 답에 주목하여 교사의 반응하기 75
• 1.2.2 학생의 반응에 주목하여 교사의 반응하기 88
• 1.3 인식론적 프레이밍의 변화 96
• 1.4 논의 99
• 2. '현상 이해' 그룹의 논변 변화 101
• 2.1 학생의 질문에 주목한 인지적 자원 기반 반응적 교수법 101
• 2.1.1 '현상 이해' 그룹의 수업 태도 101
• 2.1.2 질문에 주목하여 교사의 반응하기 104
• 2.2 '현상 이해' 그룹의 수용적 논의 107
• 2.2.1 수용적 논의의 지속 107
• 2.2.2 인지적 자원 기반 과제 제시 후 논변 태도 변화 108
• 2.2.3 생산적인 의견 교환을 통한 주장 생성 112
• 2.2.4. 의견의 검증과 복잡한 논변 구조 115
• 2.3 '현상 이해' 그룹의 대화적 논변 118
• 2.3.1 수업 시작 전 인지적 자원의 중요성 강조 118
• 2.3.2 손가락이 +다와 우린 매그니토가 아니다. 120
• 2.3.3 손가락이 +다와 손가락은 중성이다 122
• 2.3.4 학생들의 용어에 주목하여 교사의 반응하기 124
• 2.3.5 격렬한 대화적 논변의 전개 126
• 2.4 논의 134
• 3. 학생들의 문제 해결 과정 135
• 3.1 수업 초기 학생들의 추론 특징 135
• 3.2 학생들의 가설-연역적 추론을 통한 문제 해결 과정 136
• 3.2.1 초기 교실게임 그룹 학생들의 문제 해결 과정 137
• 3.2.2 현상 이해 그룹 학생들의 문제 해결 과정 141
• 3.3 논의 147
• Ⅴ. 결론 및 제언 148
• 1. 결론 149
• 2. 제언 150
• 참 고 문 헌 153
• A B S T R A C T 158
• 부 록 161

참고문헌 (Reference)

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17 김희백, 박지영, "논변 활동 중심 과학 수업에서 교사의 반응적 교수 실 행 탐색-논변의 구조적・대화적 측면을 중심으로", 서울대학교 대학원, 한국과학교육학회지, 38(1), 69-85, 2018

18 박철진, Park, Chuljin, Cha, Heeyoung, 차희영, "초등 과학 영재 학생들의 자연선택 개념 이해를 위한 논변 활동에서 나타난 인식적 이해와 논변활동 수준 분석", 한국과학교육학회, 한국과학교 육학회지, 37(4), 565-575, 2017

19 김희백 ( Heui Baik Kim ), 이차은 ( Cha Eun Lee ), "과학적 모형 구성 과정에서 나타난 사고 질문의 개념적 자원 활성화의 이해 -인식론적 프레이밍과 위치 짓기 프레이밍을 중심으로-", 한국과학교육학회, 한국과학교육학회지, 36(3), 471-483, 2016