과학 탐구 학습의 특징 알아보기

 과학적 탐구란 과학자들이 자연 세계를 연구하고 얻은 증거로 자연 세계를 설명하고자 하는 다양한 방법이다. 또한 탐구는 과학자들이 자연 세계를 연구하는 방법을 이해하고 과학적인 아이디어에 대한 지식과 이해를 높이는 학생들의 활동을 의미하기도 한다. 탐구는 관찰, 의문, 다양한 정보를 바탕으로 기존의 지식 확인, 탐구 설계, 실험적 증거에 따른 지식 재평가, 도구를 사용한 자료 수집과 분석 및 해석, 해답 제안, 설명,예측,결과에 대한 의사소통 등과 같은 다양한 활동을 수반하는 다면적 활동이다. 이러한 과학적 탐구 수업의 특징은 다음과 같다.

 

 학습자는 과학적인 문제에 의문을 품는다. 과학적인 질문은 물체, 생물, 그리고 자연 세계의 사건에 중점을 둔다. 과학적 질문은 경험적 탐구로 이어질 수 있으며, 자료를 수집하고 활용하여 과학적 현상을 설명한다. 학습자는 두가지 유형의 과학적 질문을 생각할 수 있다. 먼저 존재적 질문이 있는데, 이것은 그 기원을 탐색하는 질문을 포함한다. 예를 들면 왜 물체는 지구를 향해 떨어지는가, 왜 어떤 암석은 결정을 가지고 있는가, 왜 인간의 심장은 심방과 심실로 이루어져 있는가와 같은 질문이다. 그러나 왜라는 많은 질문에는 과학적으로 다룰 수 없는 것들도 있다. 다음으로 생각할 수 있는 과학적 질문으로는 인과적, 기능적 질문이 있는데, 이것은 작용 원리를 탐색하는 어떻게라는 질문을 포함한다. 예를 들어 어떻게 햇빛이 식물의 성장을 도울까, 어떻게 암석의 결정이 생겨날까, 심방과 심실은 각각 어떤 일을 할까 등과 같은 질문이다.

 

 학습자는 과학적 문제와 관련된 증거를 우선시한다. 과학은 자연 세계가 어떻게 작동하는가를 설명하는 근거로 경험적 증거를 사용한다는 점에서 다른 앎의 방식과 구분된다. 과학자들은 현상을 관찰하여 정확한 자료를 얻으려고 노력한다. 과학자들은 연못과 같은 자연적인 상황이나 실험실과 같은 인위적으로 고안된 상황에서 자연 세계를 과날하고 측정해서 증거를 얻는다. 그들은 증거를 얻으려고 감각을 직접 사용하기도 하고, 현미경과 같은 관찰 도구나 인간이 느낄 수 없는 자기장의 세기와 같은 특성을 재는 측정도구 등을 사용하기도 한다. 어떤 경우에는 과학자들은 증거를 얻으려고 조건을 통제할 수 있지만, 어떤 경우에는 조건을 통제할 수 없거나 통제하면 현상이 왜곡되어 나타나기도 한다. 수업 중 일어나는 탐구에서 학생들은 과학적 현상을 설명하거나 설명한 것을 평가하고자 관찰 결과나 증거를 사용한다. 예를 들어 학생들은 식물, 동물, 암석을 관찰하고 그것의 특징을 기술하거나 거리, 온도, 시간을 측정하고 그것을 기록한다. 학생들은 화학반응이나 달의 위상을 관찰하고 그 변화를 도표로 그리기도 한다. 또 교사에게 질문하여 알아내거나 다른 여러 가지 학습 자료 혹은 누리집에서 이러한 증거를 얻기도 한다.

 

 학습자는 증거로부터 설명을 만들어 낸다. 과학적 설명은 실험적 혹은 경험적 증거와 일치해야 한다. 증거를 형성하는 과정에서 분류, 추리, 예측 등의 과학 탐구 과정 기능과 논리적 사고 등을 사용하는 것이 필요하다. 따라서 과학적 설명은 기존의 정보를 이용하여 새로운 정보를 수집하고, 수집된 정보에 의미를 부여하는 과정으로 만들어진다. 설명은 관찰한 것과 이미 알고 있는 것을 연관 지어 익숙하지 않은 새로운 것을 이해하는 방법이다. 따라서 설명은 현재의 지식을 넘어 새로운 이해를 제안한다.

 

 학습자는 대안적 설명에 비추어 자신의 설명을 평가한다. 설명에 대한 평가, 폐기, 수정은 과학을 다른 형태의 탐구와 구분하는 한 가지 특징이다. 우리는 증거가 제안된 설명을 지지하는가, 설명이 그 문제에서 적절한 답을 하고 있는가, 증거와 설명을 연결하는 데 추론의 결함이 있는가와 같은 질문을 할 수 있다. 학생들은 자신들의 설명을 서로 비교하거나 자신들의 설명을 교사가 제안한 다른 설명과 비교, 점검하면서 어떤 설명이 결과를 가장 잘 설명하는지 평가해야 한다.

 

 학습자는 자신의 설명을 의사소통하고 정당화한다. 과학자는 자신의 설명을 여러 방법으로 의사소통하는데, 이러한 의사소통은 그 문제를 심화하여 탐구하게 하고, 다른 과학자들에게 유사한 문제를 탐구할 수 있게 한다.

 학생들도 각자의 설명을 공유함으로써 다른 학생들이 질문하고 증거를 고착하며, 결함이 있는 추론이나 증거를 벗어나는 진술을 찾아내고, 동일한 관찰을 다르게 설명할 수 있도록 기회를 제공해야 한다.

 

 탐구는 과학 교육이 효과적으로 이루어지게 할 뿐만 아니라 학생들이 과학 연구를 경험하게 한다. 따라서 수업에서 탐구 활동이 일어나도록 하려면 교사의 역할이 매우 중요하다. 예를 들어 모든 탐구에서 학생들은 과학적인 문제를 다루게 되지만, 어떤 탐구에서는 학생들 스스로 문제를 제기할 수도 있다. 또 어떤 탐구에서는 학생들이 다른 사람이 제안한 질문을 자신들이 해결할 수 있는 다른 질문으로 수정하거나 변형할 수도 있다. 또 다른 탐구에서는 아예 학생들이 교사나 외부에서 질문을 받기도 한다. 그러나 학생이 모든 것을 주도하는 과학 탐구가 항상 바람직한 것은 아니다. 대개 학생들은 과학 탐구의 경험이 없으므로 교사가 적절한 수준으로 안내해야 한다.