부산대학교 도서관

과학 메타모델링 지식은 모델과 모델링에 대해 인식하는 것을 포함하는, 과학적 모델의 발달 과정에서 가장 결정적인 메타인지적 지식을 의미한다. 이러한 메타모델링 지식은 과학이 어떻게 작동하고 만들어지는지에 대한 이해이므로 미래의 과학자가 될 과학영재 학생들에게 필수적으로 요구되는 사항이다. 학생 수준에 적합한 교육을 제공함으로써 학생들의 과학 메타모델링 지식을 성공적으로 기르기 위해서는 모델에 대한 학생들의 이해와 모델링에 대한 구체적인 진단 정보가 필요한데, 외국의 경우 과학 메타모델링 지식 단계를 제시한 선행연구들이 있다. 하지만 우리나라의 경우 이에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 따라서 과학 메타모델링에 대한 체계적 교육과정을 구성하는 데 필요한 정보를 제공할 수 있도록 우리나라 과학영재 학생들을 대상으로 과학 메타모델링 지식의 발달 단계를 탐구하였다. 먼저 과학 메타모델링 지식 발달 단계 탐색을 위해 과학고등학교 학생 5명에게 수면 위 촛불에 유리종을 덮으면 수면이 상승하는 문제 상황을 제시한 후 Giere(2006)의 과학 모델에 기초하여 모델링을 진행하도록 안내하였다. 그 결과 모델로 자연 현상을 예측할 줄 아는 학생 집단과 단순히 자료와 모델을 연결하는 학생 집단이 나타났다. 모델을 통한 예측을 인식하게 되면 모델이 불변하거나 절대적으로 옳은 것이 아닌 검증의 대상이기에 언제든지 변할 수 있음을 쉽게 받아들이게 된다. 그러나 모델을 자연 현상을 그대로 나타낸 것, 또는 현상을 해석하기 위한 것이라고 인식하는 경우에는 모델의 다양함과 가변성을 받아들이기 힘들기 때문에 모델의 예측 특성을 인식하고 있는 집단과는 과학 메타모델링 지식 발달 단계에서 큰 수준 차이를 가지고 있을 것으로 예상된다. 이는 동일한 영재학교에 재학 중인 학생들 간에 과학 메타모델링 지식 발달 단계에서 수준 차이가 존재한다는 의미이므로 그들의 과학 메타모델링 지식 발달 단계 현황을 파악하고 적합한 교육을 제공하기 위해 우리나라 과학영재 학생들의 과학 메타모델링 지식 발달 단계를 좀 더 정교하게 도출할 필요가 있다. 과학영재 학생들의 과학 메타모델링 지식 발달 단계를 도출하기 위한 설문을 영재학교 학생 97명을 대상으로 진행하고, 그 결과를 가족 유사성 접근 방식을 활용하여 유사성을 갖고 있는 특성끼리 유목화하였다. 그리고 외국의 과학 메타모델링 지식 발달 단계에 대한 선행연구를 참고하여 유목을 세분화하고, 유목 간 위계를 판단한 결과 총 4개의 과학 메타모델링 지식 발달 단계를 도출할 수 있었으며, Rasch 분석을 통해 단계의 타당성을 검증하였다. 과학 메타모델링 지식 발달 단계는 크게 모델을 객관적인 것으로 보는 1, 2단계와 모델을 주관적인 것으로 인지하는 3, 4단계로 나뉘었다. 모델을 객관적이라고 보는 인식(1, 2단계)과 주관적이라고 보는 인식(3, 4단계) 간에는 패러다임의 변화라고 볼 수 있을 정도의 큰 차이가 존재한다. 모델을 객관적이라고 보는 인식에서 모델을 주관적이라고 보는 인식으로의 문턱을 넘어야 진정한 과학자로서의 사고를 시작할 수 있기에 이는 영재교육에서 꼭 필요한 부분이다. 그러나 설문 결과를 볼 때, 현재 우리나라 과학영재 학생들은 주관성보다는 객관성 단계에 더욱 많이 속해 있는 것으로 나타났다. 따라서 영재교육이 학생들의 과학 메타모델링 지식 발달 단계 변화에 미치는 영향을 확인함으로써 현재 영재교육의 실태를 점검하고, 최종적으로 학생들이 높은 수준의 과학 메타모델링 지식 발달 단계를 실행에서 보여줄 수 있는 방안을 연구하고 제언할 필요가 있다. 과학 메타모델링 지식 발달 단계 특성을 분석하기 위해서는 우선 첫 번째 연구문제인 ‘과학 메타모델링 지식 발달 단계 탐색’에서 과학고등학교 1학년 학생 5명을 통해 얻은 자료를 본 연구에서 도출한 과학 메타모델링 지식 발달 단계를 활용하여 다시 단계를 진단함으로써 과학영재 학생들의 과학 메타모델링 지식 발달 단계 특성을 다시 한 번 살펴보고, 외국의 선행연구를 바탕으로 판정한 단계와 비교해 보았다. 그 결과 5명 중 4명의 단계는 동일하게 진단되었고, 2개의 단계로 진단되었던 학생 1명의 결과는 1개의 단일한 단계로 진단되었다. 이는 본 연구에서 가족 유사성 접근 방식을 활용함으로써 개념을 단순한 특성으로 제한하지 않고 비교적 유연하고 열린 구조로 유목을 구성할 수 있었기 때문으로 보인다. 그 후 현재 과학영재학교에서 제공하는 교육 프로그램이 학생들의 과학 메타모델링 지식 발달 단계에 영향을 주었는지 알아보기 위해 영재학교 학생 51명을 대상으로 1년의 간격을 두고 과학 메타모델링 지식 발달 단계 측정을 위한 설문을 총 2회 진행하였다. 학생들의 과학 메타모델링 지식 발달 단계 설문 답변을 분석한 결과 1차 설문 결과와 2차 설문 결과의 객관성과 주관성에 해당하는 학생들의 분포 변화가 통계적으로 유의미하지 않았다. 1년 동안의 영재교육을 통해서도 학생들의 과학 메타모델링 지식 발달 단계가 객관성에서 주관성으로 넘어가지 못한 것은 현재 영재교육에 변화가 필요함을 시사한다. 영재학교가 출범된 초기에는 연구 영역에 비중을 두었으나 현재 영재학교에서 진행되는 교육과정은 교과와 그 내용에 초점을 두며 심화학습과 속진학습의 모습을 보이고 있다. 또한 운영되는 연구활동(R & E) 역시 과학자의 사고 및 수행을 직접 경험하도록 하는 본래의 목적에 부합하지 않게 운영되고 있거나, AP제도처럼 학생들에게 제공되는 교육이 실험적 기능을 획득하는 데 초점이 맞춰져 있다. 이러한 교육은 지식의 습득에 초점을 둔 것이지 진정한 과학자를 양성하기 위한 내용은 아니기에 이러한 교육만을 받은 학생들은 모델의 주관성을 인식하는 단계로 향상되기 어렵다. 따라서 영재교육은 심화와 속진을 벗어나 창의성 중심의 교육으로 시행될 필요가 있으며, 그 창의성 교육의 단서로 자신이 생성한 과학 모델로 예측하고 검증하며 모델을 개선하거나 새롭게 생성할 수 있는 모델링 교육을 제공할 필요가 있다. 최종적으로는 과학영재 학생들의 과학 메타모델링 지식에 대한 인식과 실행 간의 관계를 탐색해 봄으로써 과학영재교육의 궁극적인 목표라 할 수 있는 과학자로서의 수행을 도울 수 있는 방안에 대해 탐색해 보았다. 설문을 통해 알아낸 영재학교 학생 7명의 과학 메타모델링 지식에 대한 인식과 과학모델을 이용하여 구리의 원자 반경을 밝히는 학생들의 모델링을 비교, 분석함으로써 설문을 통해 진단된 과학 메타모델링 지식의 인식보다 높은 수준의 실행을 보일 수 없다는 사실을 알게 되었고, 이는 실제로 높은 수준의 실행을 위해서는 높은 단계의 과학 메타모델링 지식에 대한 인식이 먼저 전제가 되어야 함을 의미한다. 이와 유사한 연구를 수행한 임성은(2017)의 연구에서도 과학 메타모델링 지식에 대한 명시적 교육이 모델링 실행에 긍정적인 영향을 준다는 것을 알 수 있었으므로 과학 메타모델링 지식에 대한 직접적인 교육이 필요하다. 그러나 본 연구의 결과를 통해서도 알 수 있듯이 과학 메타모델링 지식에 대한 인식이 실행을 위한 전제조건이긴 하지만 충분조건은 아니다. 학생들이 실행을 통해서 높은 과학 메타모델링 지식 발달 단계를 보이기 위해서는 지식을 생성할 수 있는 모델링에 대한 교육 역시 필요하다. 본 연구를 통해 도출한 과학 메타모델링 지식 발달 단계는 현재의 영재 교육이 길러주지 못하고 있는 과학영재 학생들의 모델링 능력을 길러주기 위한 교육을 제공하는 데 도움을 줄 것이다. 본 연구의 과학 메타모델링 지식 발달 단계를 활용하여 학생 수준에 맞는 교육 자료가 제작된다면 과학영재 학생들의 과학 모델링 능력 향상에 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 이러한 모델링 교육을 진행하기 위해서는 교사의 역량 역시 필요하므로 이를 위한 교사 교육의 후속 연구를 제언하는 바이다.