과학적 방법과 사고, 과학의 본성에 비추어본다면?

지난번 포스팅에서 우리는 신 진보주의의 두드러진 사회적 관련성을 살펴보았습니다.

그래서 STS가 어떻게 발생되었고, 이것이 무엇을 담은 개념인지에 대해서까지 살펴보았는데요.

오늘은 조직화된 과학의 과정과 결과를 학생들이 어떻게 학습하는지를 이해하려는 과학 교육자들의 노력에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

이는 인본주의적이고 사회학적인 접근 방법이 아니라 보다 학습의 심리학적 원리에 기초를 둡니다.

 

심리학적 기초는 쏜다이크 제임스에 이어 1950년대부터 60년대 초에는 부르너, 가네, 오스벨과 같이 두뇌의 복잡성에 숨어 있는 학습과 기억에 대한 신경 과학자들의 연구 성과를 토대로 합니다. 부르너, 오스벨, 가네, 피아제 등은 학생들이 어떻게 과학 개념을 습득하고 과학적 사고의 형태를 이용하는 능력을 획득하는지 연구하였습니다.

이 같은 탐구 교수법 중심 교육학자들은 과학적 심상을 중시했습니다.

 

과학적 방법과 사고

과학교육자들의 오랜 목표가 과학자들이 자연의 세계에 대해 생각했던 것과 같은 사고방식을 학생들에게 심어주는 것이라면 이 기능은 두 가지 의미에서 아주 중요합니다.

 

첫째는 과학자가 되고자 하는 사람들이 과학자처럼 생각하는 방법을 배워야 한다.

둘째는 과학자가 되지 않을 사람에게도 과학적 사고가 일상생활의 문제를 다루는데 효과적인 방법을 제공해 준다는 것입니다.

그래서 문제 해결 능력, 비판적 사고 능력, 반성적 사고, 과학 탐구 능력, 과학적 방법, 과학적 탐구와 같은 용어가 사용됩니다. 이러한 용어들은 공통적으로 논리적인 생각 방식을 나타냅니다. 이는 보다 구체적이고 관찰 변인 통제 능력 판단 보류 경향, 논리적 추론 능력 등을 포함합니다.

 

더 나아가서 어떤 개념 안에서 무엇인가를 관찰하고, 직접 실험 장치나 기구를 사용할 수 있어야 하고 데이터를 선출하기 위해서 실험을 보완할 수 있는 능력까지도 포함할 수 있습니다.

 

또, 과학적 방법과 과학적 사고에 대한 주장입니다.

1960년대 교육과정은 과학적 사고 개발에 중점을 두었습니다.

마치 학생들이 과학자가 된 것처럼, 자기가 수집한 데이터에 기초해서 결론을 이끌어내도록 한 것입니다.

과학은 본디, 주어진 자원을 가지고 최선의 결론을 도출하는데 목적을 둡니다. 그런데 이것을 자칫 잘못하면 어떤 고정된 단계로 보고 유연한 과학 탐구 과정의 능력을 도외시할 수 있다는 문제가 있습니다.

그래서 과학 교육자들은 틀에 박힌 과학적 방법보다는 문제 해결 과정에서 어떤 자원이든 사용할 수 있는 능력을 강조하였습니다. 그 대표적인 프로그램이 sapa 사이언스, 프로그래스 어프로치라는 것인데요. 이 프로그램에는 초등학교 4학년에서 6학년에서 가르치는 6개의 과정을 포함하고 있습니다. 예를 들면 관찰 측정 수의 관계를 이용하기 공간과 시간 관계를 이용하기 분류, 추론, 예상, 의사소통 등입니다.

이러한 탐구 과정은 과학자들의 활동을 기술하는 하나의 과정이 되고 있습니다.

 

셋째 일반적 사고와 상황을 고려한 특수한 과학적 사고를 해야 한다는 주장입니다.

과학적 사고는 상황 의존성을 뛸 수밖에 없는데요. 과학의 경우에는 그 교과의 상황 속에서 가설 검증이 이루어져야 한다고 봅니다. 즉 개념적 상황의 중요성이 커지는 것입니다.

그래서 상위 개념으로부터 분리되어서 과학 과정을 가르치려는 노력도 '개념'에 기초하여 이루어져야 한다는 주장에 의해 관철되었습니다.

 

넷째 직관적 문제 해결과 분석적 문제 해결에 관한 주장입니다. 문제 해결 능력을 우리가 가르칠 때 가장 중요한 것은 이 과학적 사고가 근본적으로 분석적인가 아니면 직관적인가 하는 질문일 것입니다. 과학 탐구 과정의 대부분의 능력은 상당히 분석적으로 보이는데요. 라케스는 과학 교육이 지나치게 논리적이고 관찰 가능하며 반복이 가능한 것에 지나친 강조를 주고 있다고 비판하였습니다. 사실 창조적인 활동에는 창의성과 직관이 중요하다는 것입니다.

 

 

모라브 치크는 학생들이 창조적으로 과학 수업에 참여하기 위한 세 가지 방법을 제안합니다.

첫째, 가능한 한 과학 교육에서 암기를 추방하고 문제 해결을 통한 이해로 대처할 것.

둘째, 교과서에 치중하기보다는 실험에 새로운 강조를 부여할 것.

셋째, 과학 내용보다는 우선적으로 연구 방법과 태도를 가르칠 것입니다.

 

이런 식으로 많은 과학 교육자들은 과학적 사고가 분석적이고 직관적인 측면 모두를 가지고 있음에도 불구하고 지나치게 분석적인 측면에만 강조하는 당시에 과학교육의 시류를 비판하였습니다.

 

다섯째, 피아제와 관련한 내용입니다. 피아제는 과학 교육의 이론과 실제에서 인간의 추궁 능력의 발달 과정을 설명하는데 지대한 역할을 했습니다. 피아제는 배열하기, 분류하기, 측정하기와 같은 기술 전략들이 일련의 구체적인 인지 조작과 관련이 있는 것이며 이 단계를 구체적 조작기라 명명한 적 있습니다.

 

그다음 단계는 가설 연역적 추론 단계로 분류, 변인 통제 논리 상관 논리, 확률 논리와 같은 인지적 능력을 표현합니다. 이 단계는 형식적 조작이지요. 따라서 인간은 신체적 성숙, 직접 교육 그리고 환경과의 작용을 통해서 인지적 활동을 수행하기 위한 능력을 연속적으로 개발하게 됩니다. 그 과정에서 새로운 지식을 기존의 인지 구조에 맞추는 동화를 하기도 하고, 기존의 인지 구조를 바꾸어서 새로운 지식을 수용하는 조절을 하기도 합니다. 이 발달된 인지적 능력은 한 번 획득이 되면, 다른 상황에서 쉽게 사용할 수가 있다고 피아제는 이야기합니다.

 

그래서 학생들에게 자료 제시를 할 때는 학생의 개개인 인지적 발달 수준에 맞게 제시해야 한다는 것입니다. 

피아제 발달적 관점을 가진 과학 교육자들은 인지적으로 발달 준비가 안 된 학생들에게 이론적 개념을 소개하는 것을 반대하였습니다. 그럼 이제 과학적 본성에 대해서 이야기를 나누어 볼까요?

 

과학의 본성

베이컨 보일 뉴튼과 같은 초기 과학자들은 극단적이라고도 볼 수 있는 귀납적 사고력에 대한 실내를 보여주었습니다.

귀납적 사고력에서는 가공되지 않은 자료에 대한 감각적 인상이 중요시 되었습니다.

이러한 귀납적으로 자료를 체계적으로 조직하고 범주화하고 추론하고 귀납하여 결론을 내는 과정에서 귀납적 사고력이 길러진다고 본 것입니다.

그러던 것이 프로인트리히, 쿤 호킨스 등 포스트 모더니즘 비평이 드러내고 있는 새로운 사상은  관찰하는 사람의 배경 이론과 관찰을 고리를 설명하고 있습니다.

무작정 그러나 본질적으로 과학 탐구의 본질에 대한 정의조차 많은 과학 교육자와 과학 철학자에 의해서 변화되어 왔습니다.

그 대표적인 예가 개념 학습에 대한 과학자들의 논의입니다. 많은 교육자들은 과학 과정이 관련된 과학 내용과 맥락을 무시하고 배울 수 없다고 주장했습니다.

 

과학 개념 획득

과학 개념 획득에 관한 연구는 과학 과정 연구와 마찬가지로 심리학적 틀에서 이루어졌습니다.

대표적인 과학 교육자는 부르너와 슈왑이 있습니다. 오슈벨의 수용 학습 이론 가네 위계적 구조 학습 이론이 또 다른 이유입니다. 첫째 오슈벨은 수용 학습을 주정하였습니다.

오슈벨은 직접식 교수가 학생들에게 개념을 가르치는 데 가장 효과적이라고 주장합니다.

인지 발달은 개념이 계속해서 기존의 개념 체계로 추가되는 것이라고 본 것입니다.

여기서 교사가 아주 중요한 역할을 하는데요. 이미 발달적인 인지 구조를 갖고 있는 교사가 논리적 연관성을 파악하고 있는 상태이기 때문에 아주 직접적이고 조리 있게 학생들에게 개념을 설명하는 것이 가장 효과적이라고 본 것입니다.

 

그렇기 때문에 학생들의 입장에서는 개념 수용 학습이 되는 것입니다.  또 그의 이론에 노박은 과학 교수 연구 저널에서  수용 학습을 학습의 한 형태로 보았습니다. 이것은 학생들이 직접 규칙을 발견해내는 발견 학습과 다소 다른 면을 띄고 있습니다. 이 수용 학습이 효과적이기 위해서는 개념이 학생들에게 유의미한 것이어야 합니다. 그리고 그 의미는 개념 간 상호 관련성이 있느냐 없느냐에 따라 결정됩니다. 유의미한 수용 학습은 학생들의 기존 개념에 자동적으로 통합되지만 기계적 학습에서는 개념의 통합이 이루어지지 않고 새로운 개념과 기존 개념이 전혀 관련성이 없게 됩니다. 따라서 교사들의 가장 중요한 역할은 내용이 유의미하게 학습되도록 수업을 구성해야 한다는 점입니다.

 

이미 학생들이 알고 있는 것과 관련한 학습이 되도록 유도하는 것이죠.

이렇게 개념이 추가될수록 기존 개념도 변화되고 새로운 개념도 변화되면서 두 개념 사이의 관련성이 더 복잡해집니다.

그리고 이 개념을 이용해서 문제 해결을 하는 것도 더 쉬워지는 것이죠. 그래서 피아제와 달리 오슈벨은 높은 단계이면 학생들이 낮은 발달 단계이며 학습 학생들보다 문제 해결력이 더 뛰어나다고 보았습니다.

그러므로 원리를 구조화하는 것을 중요시하는 직접 교수가 수업의 중요한 목표가 됩니다. 그 과정에서 학생들은 원리 구조화의 이해를 스스로 해 나가기보다는 교사가 제시한 선행 조직자를 바탕으로 정보를 이해하게 됩니다.

오슈벨은 이렇게 학생들이 추상적인 개념을 이해할 수 있을 정도로 발달하면, 실제 물체를 사용한다든지 실험 실습을 하는 것보다 구두로 배우는 게 더 효과적일 수 있다고 주장합니다.

 

두 번째 가네의 위계 학습 관련입니다.

학교에 많은 과목들이 학습 위계로 조직 체계를 갖추고 있는데 학습은 이런 필수 규칙과 개념을 잘 결합하는 데서 이루어진다고 보는 것입니다. 한 단계 앞선 선행 기능은 그다음 단계의 규칙이나 개념을 증명할 수 있도록 도구가 됩니다.

그래서 규칙이 누적되는 과정으로 학습을 보는 겁니다. 이러한 학습에 대한 생각은 최근에 교수 설계 개선에도 기여하였습니다. 수행 목표의 결과를 숙달하는 데 기초를 두는 개별 학습의 체계가 이런 가해의 위계 학습에서 출발한 것입니다.

 

가네의 위계 학습은 제2차 세계대전에 군인의 관리를 훈련시키는 데도 사용되었습니다.