국제천문올림피아드 문제에 나타난 인지적 측면의 과학 탐구 요소 분석 The Factor Analysis of Science Study in the Recognitive Aspect on the International Astronomy Olympiad Problems원문보기
국제천문올림피아드(International Astronomy Olympiad, IAO)는 유로-아시안 천문학회에서 청소년들에게 천문학지식의 확산, 교육 분야의 국제교류 증진, 과학과 인간 문화의 모든 분야에서 천문학의 중요성을 인식시키기 위하여 국제천문올림피아드를 설립하고 국제올림피아드 설립에 관한 규정을 공포하였다. 1996년, 제1회 국제천문올림피아드를 러시아 북 코카서스 지방에 잇는 러시아 과학원 전문천체물리천문대(Special Astrophysical Observatory of the Russian Academy of sciences, SAORAS)에서 시범 개최한 이후, 매년 개최하고 있다. 본 논문에서는 국제천문올림피아드의 역대 결과 및 기구, 조직, 실행에 대한 국제천문올림피아드 규정을 중심으로 논의한다. 또한 국제천문올림피아드 문제에 대한 인지적 측면에서 과학지식과 과학적 사고력으로 분류하였다. 과학적 지식의 하위요소로 내용지식, 방법지식, 지식본성 이해로 분유하고, 과학적 사고력의 하위 요소는 수렴적 사고력과 발산적 사고력으로 분유하고 각 세부 요소를 고려하여 실행하였다. 이 분석을 통하여 국제천문올림피아드에 대한 이해화 한국 천문 올림피아드의 방향을 설정할 수 있었다.
국제천문올림피아드(International Astronomy Olympiad, IAO)는 유로-아시안 천문학회에서 청소년들에게 천문학지식의 확산, 교육 분야의 국제교류 증진, 과학과 인간 문화의 모든 분야에서 천문학의 중요성을 인식시키기 위하여 국제천문올림피아드를 설립하고 국제올림피아드 설립에 관한 규정을 공포하였다. 1996년, 제1회 국제천문올림피아드를 러시아 북 코카서스 지방에 잇는 러시아 과학원 전문천체물리천문대(Special Astrophysical Observatory of the Russian Academy of sciences, SAO RAS)에서 시범 개최한 이후, 매년 개최하고 있다. 본 논문에서는 국제천문올림피아드의 역대 결과 및 기구, 조직, 실행에 대한 국제천문올림피아드 규정을 중심으로 논의한다. 또한 국제천문올림피아드 문제에 대한 인지적 측면에서 과학지식과 과학적 사고력으로 분류하였다. 과학적 지식의 하위요소로 내용지식, 방법지식, 지식본성 이해로 분유하고, 과학적 사고력의 하위 요소는 수렴적 사고력과 발산적 사고력으로 분유하고 각 세부 요소를 고려하여 실행하였다. 이 분석을 통하여 국제천문올림피아드에 대한 이해화 한국 천문 올림피아드의 방향을 설정할 수 있었다.
The International Astronomy Olympiad (IAO) was established and its foundation were published by the Euro-Asian Astronomical Society (EAAS), in order to spread astronomical knowledge, promote international cooperation in astronomical education area, and recognize the importance of astronomy in far-re...
The International Astronomy Olympiad (IAO) was established and its foundation were published by the Euro-Asian Astronomical Society (EAAS), in order to spread astronomical knowledge, promote international cooperation in astronomical education area, and recognize the importance of astronomy in far-reaching field of science and human culture. In 1996, the first IAO was held at the Special Astrophysical Observatory (SAO) of the Russian Academy of sciences (RAS) located in the north Caucasus of Russia. Since then, it has been held every year. Here, we will describe the present status of the International Astronomy Olympiad, its major results by year, related institutions, organizations, and the main regulations regarding its operation. In order to measure the levels of scientific knowledge and thinking abilities, we develop a rubric to analyze the characteristics of problems in the IAO with regards to cognitive aspects of scientific inquiry. These problems require high levels of content knowledge and scientific method knowledge. Also high order thinking abilities and high levels of convergent thinking skills, instead of divergent, are needed to solve these problems. Thus, the problems presented are set a high difficulty. Through this analysis, we can understand main purpose of the International Astronomy Olympiad and explore the future direction of the Korea Astronomy Olympiad.
The International Astronomy Olympiad (IAO) was established and its foundation were published by the Euro-Asian Astronomical Society (EAAS), in order to spread astronomical knowledge, promote international cooperation in astronomical education area, and recognize the importance of astronomy in far-reaching field of science and human culture. In 1996, the first IAO was held at the Special Astrophysical Observatory (SAO) of the Russian Academy of sciences (RAS) located in the north Caucasus of Russia. Since then, it has been held every year. Here, we will describe the present status of the International Astronomy Olympiad, its major results by year, related institutions, organizations, and the main regulations regarding its operation. In order to measure the levels of scientific knowledge and thinking abilities, we develop a rubric to analyze the characteristics of problems in the IAO with regards to cognitive aspects of scientific inquiry. These problems require high levels of content knowledge and scientific method knowledge. Also high order thinking abilities and high levels of convergent thinking skills, instead of divergent, are needed to solve these problems. Thus, the problems presented are set a high difficulty. Through this analysis, we can understand main purpose of the International Astronomy Olympiad and explore the future direction of the Korea Astronomy Olympiad.
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문제 정의
정부에서는 1992년 한국국제과학 올림피아드 위원회를 설치하여 국제 과학 올림피아드참가 및 개최에 대한 계획을 심의하고 있다. 또한, 국제과학올림피아드 입상자에 대한 포상 및 특전을 부여하고 산하 위원회 활동을.지원하고 있다.
이 연구는 국제 천문 올림피아드 문항 분석을 위한 분석틀 개발과 올림피아드 문항 분석이라는 2단계로 실시되었다.
가설 설정
8. 직관적사고력 자체를 요구하는 이론 문항은 실제로 없다고 하겠다. 왜냐하면 직관은 요구한다고 이루어지는 것이 아니라 학습자의 특성에 따라 사용되는 능력이기 때문이다.
제안 방법
2. 과학 탐구 과정에 관한 지식이란 문제 인식-가설설정-탐구설계-탐구수행-자료분석-종합-일반화란 단계와 같은 대체적으로 주제에 따라 정형화된 탐구 절차가 해결에 필요로 하는 문제로 판단하였다.
3. 과학탐구 방법지식이란 문제에 관련된 탐구 방법에 관한 지식으로 해결에 학교에서 다루는 탐구 방법과 기능이 사용되는지 여부로 판단하였다.
본 문항 분석틀에서는 인지적 측면에서 과학지식과 과학적 사고력으로 크게 분류하였다. 과학적 지식의 하위요소로 내용지식, 방법지식, 지식본성 이해로 분류하고, 과학적 사고력의 하위 요소는 수렴적 사고력과 발산적 사고력으로 분류하여 각 세부사항을 분석하였다. 문항 분석틀을 가지고 문제를 분석할 때, 문항분석틀의 각 세부 항목을 정의하고 이를 분석에 이용하였다.
국제 천문올림피아드 문항을 과학탐구의 어떠한 인지적 측면이 부각되어 있는 가를 분석하기 위하여, 10~20년 정도의 서울시내 중 고등학교에 근무 경력을 가진 지구과학 교사 7명과 함께 과학교육과 영재교육의 이론들(Bloom, 1956, 박종원, 2004, Guilford, 1967, Gardner, 1983, Isaksen et al., 1994, De Vto, 1989, TDrrance, 1966, Treffinger, et al., 1982, Sternberg, 1994)을 고려하여 인지적 측면을 고려한 과학탐구 요소 문항분석틀(이하 문항 분석틀)을 제작하였다. 본 문항 분석틀에서는 인지적 측면에서 과학지식과 과학적 사고력으로 크게 분류하였다.
수렴적 사고경향에서 논리성, 정합성, 통합성의 순서에서 뒤의 성향이 앞의 성향을 포함하는 개념으로 표시하였다. 논리성은 단순 적용에 의한 해결의 논리 과정만 요구된 경우로 체크하고 정합성은 해결을 위해 하나의 대단원 내 2가지 이상의 원리를 사용해 해결이 필요한 경우, 통합성은 해당학년의 대단원 중 2개 이상의 대단원의 개념이 통합되어 사용되어 (사용된 대단원 개념은 각각 정합성의 과정을 만족하고 있는 경우)문제가 해결되는 경우를 요구한 경우로 판단하였다.
또한 제작한 과학 탐구요소 문항 분석 틀을 통해 1996년부터 2004년까지 출제된 문제에 나타난 과학 탐구에서의 인지적 요소들을 분석하였다. 그 결과, 교과전문지식의 경우, 이론, 심화, 관측문제 모두 해당 학년 수준의 문제가 출제되었으나, 해당 학년 이상을 요하는 문제들도 상당히 있었다.
천문학자들이 문제의 출제와 채점을 하였다. 문제는 3종류로 나누어 실시되었는데, 학교 교과과정에 있는 천문학과 천체물리에 대한 과제와 질문으로 구성되었다. 경시대회는 Junior 부(중등부, 15세 이하)와 Senior(고등부, 17세 이하)로 나누어 실시하였다.
문항 분석틀에 따른 과학 탐구 요소의 분석은 분석 틀을 제작에 참여한 7명의 교사들이 직접 제1~9회 (1996년부터 2004년)까지의 국제 천문 올림피아드 Junior부(15세 이하)와 senior(17세 이하)에 출제된 각 문제들을 관찰하고, 풀이 과정에서 보이는 세부 사항 및 속성들을 세부적으로 살펴서 문항 분석틀에 따라 분석을 직접 시행하였다. 이렇게 분석한 자료를 종합하여 표9, 10, 11을 제작하였다.
과학적 지식의 하위요소로 내용지식, 방법지식, 지식본성 이해로 분류하고, 과학적 사고력의 하위 요소는 수렴적 사고력과 발산적 사고력으로 분류하여 각 세부사항을 분석하였다. 문항 분석틀을 가지고 문제를 분석할 때, 문항분석틀의 각 세부 항목을 정의하고 이를 분석에 이용하였다. 표9와 10에서 볼 수 있는 문항 분석 틀의 각 세부 항목은 다음과 같이 정의 하였다.
국제 천문올림피아드에의 참가는 참가국의 공인대 표기 관에 의해 선발되며, 설립규정과 현행 규정, 규칙에 따라 조직위원회에서 허가한다. 본 논문에서는 국제 천문올림피아드 홈페이지(http://issp3.issp.ac.ru/iao/), 한국 천문올림피아드 홈페이지(http://www.kas.org/olym/), 박용선과 임인성(2001), 임인성(2002), 최승언과 임인성 (2003), 한국국제과학올림 피 아드위 원회 (200皿) 자료를 바탕으로 국제천문올림피아드 역대 결과 및 주요 규정을 살펴보고, 1996년부터 2004년까지 출제된 국제 천문올림피아드 문제를 인지적 측면에서 문항 분석 틀을 이용해 과학탐구 요소들을 분석하였다. 이를 통한 문제의 분석은 한국천문올림피아드 문제의 출제 방향에도 적용될 수 있으며, 우리나라 지구과학 교육과정에서의 천문 교육에 미치는 영향도 클 것으로 기대된다.
, 1982, Sternberg, 1994)을 고려하여 인지적 측면을 고려한 과학탐구 요소 문항분석틀(이하 문항 분석틀)을 제작하였다. 본 문항 분석틀에서는 인지적 측면에서 과학지식과 과학적 사고력으로 크게 분류하였다. 과학적 지식의 하위요소로 내용지식, 방법지식, 지식본성 이해로 분류하고, 과학적 사고력의 하위 요소는 수렴적 사고력과 발산적 사고력으로 분류하여 각 세부사항을 분석하였다.
대상 데이터
심화 시험은 주관 천문센터에 위임하며, 문제 수는 1개 또는 2개 이어야 한다. 관측시험은 주관천문센터에 위임한다. 관측시험의 수는 1개 또는 2개 이어야 한다.
제1회 시범 국제천문올림피아드는 1996년 11월1일부터 8일까지 북 코카서스 지방에 있는 러시아 과학원 전문천체물리천문대에서 유로-아시안 천문학회에 의해 실시되었다. 참가국은 러시아 내 5개 국가와 스웨덴이 참가하였다.
실시되었다. 참가국은 러시아 내 5개 국가와 스웨덴이 참가하였다. 천문학자들이 문제의 출제와 채점을 하였다.
성능/효과
1. 교과전문지식의 속성에 제시된 중학교, 고등학교 수준은 우리나라 7차 교육과정에 따라 각각 10학년 공통 과학 이하의 수준과 고등학교 지구과학 I, II 수준을 의미한다. 대학교 수준은 대학교 학부과정의 일반 천문학 이상의 수준을 의미한다.
4. 수렴적 사고종류에서는 문제해결에 이용되는 사고력이 기억, 이해, 적용, 분석, 종합, 평가 중 어느 단계까지의 사고력 사용하는 가 와 연관된다. 앞에 나열된 순서대로, 뒤의 사고력은 앞의 사고력을 포함한다는 원칙으로 표시하였다.
관측문제의 경우에도 대학 수준이 47%로, 수준 높은 지식을 요구하는 문제로 구성되었다. 과학적 사고력을 평가하는 항목인 사고의 종류를 살펴보면, 이론문제의 경우 적용능력을, 심화문제의 경우 분석, 종합능력을, 관측 문제의 경우, 적용능력을 요구하는 문제가 출제되었다. 또한 탐구 사고를 평가하는 수렴적 사고의 사고 경향과 발산적 사고 항목에서는 이론문제, 심화문제, 관측 문제에서 모두 수렴적 사고를 요구하는 문제가 많이 출제되었지만 창의성을 요하는 발산적 사고를 요하는 문제들도 자주 눈에 띤다.
과학탐구 방법 지식분아均 이론문제의 경우에는 각각 중학교 및 고교 수준이 출제되었으나, 과학탐구방법 지식 분야의 심화문제와 관측문제의 경우에는 모두 대학 수준의 문제가 많이 출제되었음을 알 수 있었다. 또한 수렴적 사고를 요하는 문제가 많다는 것을 알 수 있다.
또한 제작한 과학 탐구요소 문항 분석 틀을 통해 1996년부터 2004년까지 출제된 문제에 나타난 과학 탐구에서의 인지적 요소들을 분석하였다. 그 결과, 교과전문지식의 경우, 이론, 심화, 관측문제 모두 해당 학년 수준의 문제가 출제되었으나, 해당 학년 이상을 요하는 문제들도 상당히 있었다. 문제과학탐구 방법 지식의 경우, 심화문제와 관측문제에 해당 학년보다 높은 수준으로 출제되었다.
문제과학탐구 방법 지식의 경우, 심화문제와 관측문제에 해당 학년보다 높은 수준으로 출제되었다. 사고의 종류도 Junior의 경우에는 적용, 분석 능력을, Senior의 경우에는 종합, 적용능력을 요구하는 문제가 출제되었으며, 두 집단 모두에게 정합성을 요하는 문제가 상대적으로 많이 출제되었음을 보았다. 이는 한 단계 높은 수준의 문제가 출제되었고, 단순한 암기나 계산에 의해 해결되는 문제가 아님을 알 수 있었고, 문제를 해결하는데 있어 창의성을 요함을 알 수 있다.
이와 같이 인지적 측면에서의 과학탐구 요소 분석을 종합해 보면, 교과전문지식의 경우, Junior, Senior 모두 고교 수준 이상의 문제가 많이 출제되었다. 과학탐구 방법 지식분아均 이론문제의 경우에는 각각 중학교 및 고교 수준이 출제되었으나, 과학탐구방법 지식 분야의 심화문제와 관측문제의 경우에는 모두 대학 수준의 문제가 많이 출제되었음을 알 수 있었다.
후속연구
지원하고 있다. 앞으로 과학교육과 영재의 발굴을 통한 인재의 양성을 지향하는 국가적 사업에 국제천문올림피아드와 같은 국제적 경시대회에 능동적으로 참여하고 대처하는 노력이 필요하다.
org/olym/), 박용선과 임인성(2001), 임인성(2002), 최승언과 임인성 (2003), 한국국제과학올림 피 아드위 원회 (200皿) 자료를 바탕으로 국제천문올림피아드 역대 결과 및 주요 규정을 살펴보고, 1996년부터 2004년까지 출제된 국제 천문올림피아드 문제를 인지적 측면에서 문항 분석 틀을 이용해 과학탐구 요소들을 분석하였다. 이를 통한 문제의 분석은 한국천문올림피아드 문제의 출제 방향에도 적용될 수 있으며, 우리나라 지구과학 교육과정에서의 천문 교육에 미치는 영향도 클 것으로 기대된다.
이상과 같은 분석은 국내 천문올림피아드의 문제출제 방향에 영향을 줄 수 있으며, 교육을 통하여 국제 경쟁에서의 대처를 필요로 한다. 앞으로 국제 천문올림피아드에 참가하여 한국의 위상을 높이고, 천문학에서의 국제적 교류를 활성화해야 한다.
박종원, 2004, Suggesting a model of scientific creativity and developing scientific creativity activities. The 8th Asia-Pacific Conference on Giftedness. Seoul: Korean Society of Giftedness
Bloom, B. S., 1956, Taxonomy of educational objectives, Handbook I: Congnitive domain. New York: McKay
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