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문제 정의
- 본 연구에서는 중학교 1학년 학생들을 대상으로 제7차 교육 과정에서 제시하고 있는 수준별 교육 과정에 따른 ‘물질의 상태 변화’ 단원에 대한 탐구실험 프로그램을 개발하고 이들 실험 활동이 학생들의 과학 탐구능력 신장과 과학탐구 태도에 대한 긍정적인 효과를 줄 수 있는 지를 조사하였다.
- 본 연구에서는 7차 과학과 교육과정의 중학교 1학년 과학 교과를 구성하는 화학 영역의 실험 주제를 중심으로 성취 목표를 분석한 다음, 그에 적합한 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램을 R&D 과정을 통해 개발한 다음 현장 적용 효과를 알아보고자 하였다
제안 방법
- 연구 절차. 본 연구는 7차 과학과 교육과정에 근거하여 개발된 중학교 과학과 화학영역의 교수 ·학습 프로그램의 적용이 과학 탐구능력과 과학적 태도에 미치는 영향을 정성적 ·정량적 방법으로 연구하기 위하여 전체적으로 연구 계획의 수립, 연구의 실행 및 자료 종합 ·분석의 3단계로 진행되었다. 연구 계획 단계에서는 프로그램 개발을 위한 주제 탐색과 탐구 능력, 과학적 태도 검사를 위한 문헌조사 및 검사 도구를 개발하였으며 또 프로그램 개발과 성취도 검사를 위한 문제 분석을 하였다.
- 본 연구는 7차 과학과 교육과정에 근거하여 개발된 중학교 과학과 화학영역의 교수 ·학습 프로그램의 적용이 과학 탐구능력과 과학적 태도에 미치는 영향을 정성적 ·정량적 방법으로 연구하기 위하여 전체적으로 연구 계획의 수립, 연구의 실행 및 자료 종합 ·분석의 3단계로 진행되었다. 연구 계획 단계에서는 프로그램 개발을 위한 주제 탐색과 탐구 능력, 과학적 태도 검사를 위한 문헌조사 및 검사 도구를 개발하였으며 또 프로그램 개발과 성취도 검사를 위한 문제 분석을 하였다. 연구 실행 단계에서는 교수 ·학습 모형 설정, 탐구능력과 과학적 태도에 대한 사전 ·사후 검사를 실하였고 또한 화학 실험 프로그램의 개발 및 적용을 하였다.
- 연구 계획 단계에서는 프로그램 개발을 위한 주제 탐색과 탐구 능력, 과학적 태도 검사를 위한 문헌조사 및 검사 도구를 개발하였으며 또 프로그램 개발과 성취도 검사를 위한 문제 분석을 하였다. 연구 실행 단계에서는 교수 ·학습 모형 설정, 탐구능력과 과학적 태도에 대한 사전 ·사후 검사를 실하였고 또한 화학 실험 프로그램의 개발 및 적용을 하였다. 마지막으로 자료 종합분석 단계에서는 통계적 검증 및 자료 분석을 통하여 연구의 효과에 대한 검증을 하였다.
- 과학과 교육과정 화학 영역 분석 및 실험 주제 선정. 제7차 과학과 교육과정에 의해 개발된 7학년 과학 교과서 중에서 화학 영역에 해당하는 단원의 실험 주제별 특성을 분석하였다. ‘물질의 상태 변화’ 단원은 공통 필수인 요오드와 에탄올의 부피 변화 과정을 탐구 과정 1, 2 단계의 주제로 선정하였고 상태와 부피변화를 보충학습 단계, 그리고 상태변화 과정의 실험을 심화학습 단계의 주제로 선정하였다.
- 제7차 과학과 교육과정에 의해 개발된 7학년 과학 교과서 중에서 화학 영역에 해당하는 단원의 실험 주제별 특성을 분석하였다. ‘물질의 상태 변화’ 단원은 공통 필수인 요오드와 에탄올의 부피 변화 과정을 탐구 과정 1, 2 단계의 주제로 선정하였고 상태와 부피변화를 보충학습 단계, 그리고 상태변화 과정의 실험을 심화학습 단계의 주제로 선정하였다. 주제별 선정 특성은 탐구단계에서 기화, 승화, 액화, 응고 및 융해의 개념을 이해할 수 있는 주제를 선정하였으며 보충단계에서는 열 이동과 관련된 가열과 냉각에 따른 상태변화와 부피의 관계를 이해할 수 있는 주제를 선정하였다.
- 교수 ·학습 모형 및 프로그램 개발 절차. 7차 과학과 교육과정에 의해 개발5된 7학년 과학 교과서의 화학 영역 실험 주제에서 추구하고자 하는 교수 ·학습 목표를 분석하고, 선행연구 결과를 토대로 각각의 과학과 교수 ·학습 모형에서 추구하는 목표들을 비교 분석하여 본 연구에 가장 적합한 6단계 수준별 화학 실험 교수학습 모형을 구안하였다. 실험주제에 대한 수준별 실험 프로그램은 탐구활동 1, 2, 보충학습(탐구활동 3) 및 심화학습(탐구활동 4)의 4단계 탐구활동으로 구성되어 있으며, 각 수준별 단계의 분석 결과를 토대로 6단계로 구성된 중학교 1학년 수준별 화학 실험 프로그램을 개발하였다.
- 7차 과학과 교육과정에 의해 개발5된 7학년 과학 교과서의 화학 영역 실험 주제에서 추구하고자 하는 교수 ·학습 목표를 분석하고, 선행연구 결과를 토대로 각각의 과학과 교수 ·학습 모형에서 추구하는 목표들을 비교 분석하여 본 연구에 가장 적합한 6단계 수준별 화학 실험 교수학습 모형을 구안하였다. 실험주제에 대한 수준별 실험 프로그램은 탐구활동 1, 2, 보충학습(탐구활동 3) 및 심화학습(탐구활동 4)의 4단계 탐구활동으로 구성되어 있으며, 각 수준별 단계의 분석 결과를 토대로 6단계로 구성된 중학교 1학년 수준별 화학 실험 프로그램을 개발하였다.
- 프로그램 개발에는 중학교에 재직 중인 화학 교사 3명의 공동 사고 과정을 거쳐 개발하였으며 각 단계마다 내용 타당도를 점검 받았으며, 타당도가 약한 부분이나 목표 달성에 부적절한 부분들은 목표 달성에 최적이 될 때까지 수정보완하는 작업을 계속하여 완성하였다.
- 평가도구의 선정. 본 연구에서 개발한 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램의 적용 효과를 알아보기 위해 검사 전 ·후의 과학 탐구능력과 과학적 태도의 변화 정도를 측정하기 위하여 과학 탐구능력 평가도구와 과학적 태도 검사 도구를 사용하였다.
- 교수 ·학습 프로그램 적용 및 효과 분석. 본 연구에서 개발 완성된 4단계의 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램을 실험 집단에 6개월간 적용하였다.
- 교수 ·학습 프로그램 적용 및 효과 분석. 본 연구에서 개발 완성된 4단계의 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램을 실험 집단에 6개월간 적용하였다. 실험반 학생들은 기본적으로 탐구활동 1과 2의 학습 프로그램을 수행하고 난후 문답식 질의응답 및 단답형 평가의 이해 수준에 따라 상 ·중 ·하의 세 집단으로 나누었다.
- 본 연구에서 개발 완성된 4단계의 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램을 실험 집단에 6개월간 적용하였다. 실험반 학생들은 기본적으로 탐구활동 1과 2의 학습 프로그램을 수행하고 난후 문답식 질의응답 및 단답형 평가의 이해 수준에 따라 상 ·중 ·하의 세 집단으로 나누었다. 하위집단은 다시 한번 더 탐구활동 1, 2의 과정을 복습한 뒤 보충학습의 실험 프로그램을 수행하였으며 중위집단은 곧 바로 보충학습 한 뒤 심화학습을 수행하였다.
- 실험반 학생들은 기본적으로 탐구활동 1과 2의 학습 프로그램을 수행하고 난후 문답식 질의응답 및 단답형 평가의 이해 수준에 따라 상 ·중 ·하의 세 집단으로 나누었다. 하위집단은 다시 한번 더 탐구활동 1, 2의 과정을 복습한 뒤 보충학습의 실험 프로그램을 수행하였으며 중위집단은 곧 바로 보충학습 한 뒤 심화학습을 수행하였다. 그리고 상위집단은 보충학습 없이 심화학습만을 수행하였다.
- 본 연구에서 개발된 수준별 화학 실험 교수학습프로그램의 적용 효과를 검증하기 위하여 통제집단과 실험집단에 과학 탐구능력 평가도구와 과학적 태도 검사지를 프로그램을 적용하기 전과 적용한 후에 각각 투입하였다.
- 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램의 적용이 학생들에게 과학적 태도의 4가지 하위 범주(과학에 대한 태도, 과학의 사회적 의미, 과학 교과에 대한 태도, 과학적 태도)에 미치는 영향을 알아보았다(Table 7). 이 결과에 의하면, 본 연구에서 개발한 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램의 적용 효과는 4가지 하위 범주 중 과학에 대한 태도를 제외하고, 과학의 사회적 의미, 과학 교과에 대한 태도, 과학적 태도 영역 신장에 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다.
대상 데이터
- 연구 대상
- 연구 대상. 전통적인 화학과 교수 ·학습 프로그램(통제반)과 7차 교육과정에 근거한 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램(실험반)을 적용하기 위해 대도시 중학교 1학년 남여 혼성 2개 학급을 무작위로 추출하였으며, 전체 표집의 크기는 78명(실험반: 40명, 통제반: 38명) 이었다.
데이터처리
- 연구 실행 단계에서는 교수 ·학습 모형 설정, 탐구능력과 과학적 태도에 대한 사전 ·사후 검사를 실하였고 또한 화학 실험 프로그램의 개발 및 적용을 하였다. 마지막으로 자료 종합분석 단계에서는 통계적 검증 및 자료 분석을 통하여 연구의 효과에 대한 검증을 하였다.
- 수준별 화학실험 프로그램의 현장 적용에 대한 효과를 과학 탐구능력 목표와 과학적 태도 목표 측면으로 분석하였는데, 실험반과 통제반의 사전 검사 점수를 고려하여 공변량분석(ANCOVA)을 실시하였다.
이론/모형
- 과학 탐구능력 평가도구는 선행 연구6-7에서 보고된 Dillashaw와 Okey8가 SAPA에서 제시한 중등학생들의 통합적 탐구능력을 측정하기 위하여 개발한 4지 선다형 36문항으로 구성된 TIPS(Test of Integrated Science Process Skills)를 이용하였다. 이 검사도구의 변별도 지수는 0.
- 과학적 태도 검사도구는 이범홍과 김영민9, 김주훈과 이양락10, Fraser11가 개발한 기존 검사 도구를 수정 ·보완하여 김한호12가 완성한 총 40문항으로 구성된 과학적 태도 검사 도구를 이용하였다. 이 검사지는 4가지 하위범주(과학에 대한 태도, 과학의 사회적 의미, 과학 교과에 대한 태도, 과학적 태도)로 구성되어 있으며, 전체 검사의 신뢰도(Cronbach a)는 0.
성능/효과
- 89이었다. 본 연구에 투입된 검사지와 개발한 수준별 화학 실험 교수학습 프로그램의 상관계수는 탐구능력 검사에서 0.83이었으며 과학적 태도 검사에서는 0.78로 비교적 높은 상관성을 보여 주었다.
- 또한, 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램에 의한 과학 탐구능력의 하위 요소의 변화 효과를 분석하였다(Table 4). 이 결과의 의하면, 학생들에게 수준별화학 실험 교수 ·학습 프로그램의 적용의 효과가 가설설정 능력과 변인통제 능력에는 통계적의 유의미한 차이가 나타나지 않았으나, 그래프로 표현하는 능력, 독립변인 확인능력, 상관관계 결정능력, 실험설계 능력, 종속변인 확인능력에서는 집단간에 통계적으로 유의미한 차이를 발견할 수 있었다.
- 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램의 적용이 학생들에게 과학적 태도의 4가지 하위 범주(과학에 대한 태도, 과학의 사회적 의미, 과학 교과에 대한 태도, 과학적 태도)에 미치는 영향을 알아보았다(Table 7). 이 결과에 의하면, 본 연구에서 개발한 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램의 적용 효과는 4가지 하위 범주 중 과학에 대한 태도를 제외하고, 과학의 사회적 의미, 과학 교과에 대한 태도, 과학적 태도 영역 신장에 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램은 학생들의 과학 태도변화에 효과적인 것으로 추정할 수 있으며, 7차 교육과정에서 도입하는 수준별 교수 ·학습 프로그램이 학생들에 과학에 대한 흥미와 긍정적인 태도를 줄 수 있을 것으로 생각된다.
- 이 결과에 의하면, 본 연구에서 개발한 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램의 적용 효과는 4가지 하위 범주 중 과학에 대한 태도를 제외하고, 과학의 사회적 의미, 과학 교과에 대한 태도, 과학적 태도 영역 신장에 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램은 학생들의 과학 태도변화에 효과적인 것으로 추정할 수 있으며, 7차 교육과정에서 도입하는 수준별 교수 ·학습 프로그램이 학생들에 과학에 대한 흥미와 긍정적인 태도를 줄 수 있을 것으로 생각된다. 연구결과 과학에 대한 태도에 대해 효과가 미미한 것은 태도의 변화는 단기적으로 일어나는 것이 아니기 때문에 장기적인 적용이 필요할 것으로 생각된다.
- 첫째, 중학교 1학년 과학과 화학 영역 중 하나의 실험 주제에 대한 수준별 화학 실험 교수학습 프로그램을 개발하였다
- 넷째, 학생들의 학습 수준에 대한 수준별 화학 실험 교수·학습 프로그램의 과학 탐구능력과 과학 태도 변화에 대한 적용 효과를 알아보기 위하여 공변량 분석에 의해 성취도 변화를 비교·분석한 결과에 의하면 이들의 상호 작용 효과가 나타나지 않아 학생들의 수준별 집단에 대한 효과가 있다고 할 수 없었다
후속연구
- 이는 본 연구에서 개발한 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램이 그래프로 표현하는 능력, 독립변인 확인능력, 상관관계 결정능력, 실험 설계 능력, 종속변인 확인능력 등의 하위 요소들의 성분을 포함하고 있기에 이 프로그램의 적용으로 이들 능력이 향상 된 것으로 해석할 수 있으나 가설 설정이나 변인 통제 같은 하위 요소에 대해서는 본 프로그램이 이들 능력을 반영하는 성분이 미약하여 프로그램 적용 후에도 별 효과가 없는 것으로 해석할 수 있다. 따라서 실제적으로 전 학생들을 대상으로 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램을 적용할 때 토의하기 단계에서 가설 설정에 대한 예를 주고 토의하거나 또 실험하기 단계에서 변인 통제에 대한 과정을 기술하는 등 하위 요소들에 대한 보완적인 활동을 첨가하는 것이 보다 효과적이며 또한 7차 교과과정에 의한 수준별 교수 ·학습 프로그램에 대한 단계별 효과에 대한 세분화된 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 과학교육을 통해 달성해야 할 목표는 크게 인지적 영역, 정의적 영역, 과학 탐구능력 영역으로 구분되며, 이 세 영역이 균형 있게 신장될 때 바람직한 과학교육의 성과라고 볼 수 있으며, 각각의 영역 달성에 적절한 교수 ·학습 모형에 근거한 교수학습 프로그램의 개발과 적용에 관한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 7차 과학과 교육과정의 중학교 1학년 과학 교과를 구성하는 화학 영역의 실험 주제를 중심으로 성취 목표를 분석한 다음, 그에 적합한 수준별 화학 실험 교수 ·학습 프로그램을 R&D 과정을 통해 개발한 다음 현장 적용 효과를 알아보고자 하였다.
- 마지막으로 교육 현장에서 교사들이 수준별 학습 프로그램에 대한 개발과 적용을 할 수 있도록 이에 대한 연수가 필요하다고 생각한다.
- 넷째, 수준별 학습 프로그램의 탐구요소들이 평가도구의 요소와 연관성이 있게 개발되었는지에 대한 분석이 필요하다
- 셋째, 과학 교과를 구성하는 전 영역의 실험 주제들에 대한 수준별 실험 교수·학습 프로그램 개발이 필요하다고 생각된다
- 둘째, 프로그램의 타당성 검증 방법에 대한 정량적 연구가 필요하다
- 첫째, 본 연구의 절차와 방법을 근거로 한 다양한 수준별 화학 실험 교수·학습 프로그램을 개발하여야 한다
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