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문제 정의
- 본 연구는 문학 자료를 활용한 탐구 중심의 통합적 과학 수업이, 날씨 변화와 물의 순환, 에 대한 개념 형성과 탐구 능력, 과학 관련 태도에 미치는 효과를 알아보는 것이다. 이를 위해 비교집단과 실험집단 모두 사전 개념 검사와 탐구 능력, 과학 관련 태도 검사를 실시한 후 각각의 수업 처치를 하였고, 이후 사후 개념 검사, 탐구 능력, 과학 관련 태도 검사를 실시하였다.
- 본 연구에서는 5학년, 기온과 바람, , 물의 여행, 단원 학습에 있어서 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 수업을 적용했을 때, 학습이 아동들의 날씨 변화와 물의 순환 개념 형성과 탐구 능력, 과학 관련 태도에 미치는 효과를 알아보고, 또 본 수업 적용 후 학습자의 학습 양牛게 따라 위의 각 요소에 나타나는 차이를 알아보고자 한다.
- 연구 대상자들은 표 1과 같으며 학습 양^ 검사 결과에 따라 상이한 세 유형의 집단으로 분류되었다. 유형별 분류로 인한 사례 수의 감소로 분석에 따른 적정 사례 수를 확보하지 못하였으나 학습 유형에 따른 결과에 대하여는 통계적 의미보다 차이의 경향성을 찾는데 비중을 두고자 한다.
- 이 연구는 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습이 초등학교 5학년 학생들의, 기온과 바람, 과, 물의 여행, 단원의 과학적 개념 형성과 탐구 능력, 과학 관련 태도에 어떤 영향을 미치는가를 알아보고 그 효과가 학습자의 학습 양^에 따라 어떠한 차이를 보이는가를 알아보고자 하여 비교집단과 실험집단으로 나누어 수업을 실시한 결과, 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.
제안 방법
- 과학 관련 태도 검사지는 리 커트 척도로서, , 매우 그렇다, , '그렇다, , , 잘 모르겠다, , '아니다, , , 전혀 아니다, 의 5가지 평정 척도에 따라, 긍정 문항은 5점, 4점, 3점, 2점, 1점으로 배점하였고, 부정 문항은 1점, 2점, 3점, 4점, 5점으로 바꾸어 배점하였다.
- 이를 위해 비교집단과 실험집단 모두 사전 개념 검사와 탐구 능력, 과학 관련 태도 검사를 실시한 후 각각의 수업 처치를 하였고, 이후 사후 개념 검사, 탐구 능력, 과학 관련 태도 검사를 실시하였다. 또 수업 후에 아동들의 학습 양^에 따라 과학적 개념 형성, 탐구 능력, 과학 관련 태도의 차이를 알아보기 위하여 학습 양^ 검사를 실시하였다.
- 과학 탐구 능력 측정 도구는 한국교원대학교 물리 교육연구실에서 개발한 과학 탐구 능력 검사'를 사용하였다. 본 검사지는 탐구 과정 요소들의 기초 탐구 능력인 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상 등의 요소와 통합 탐구 능력인 자료변환, 자료 해석, 변인 통제, 가설설정, 일반화 등 총 10개의 하위 요소로 구성되어 있다. 검사의 문항은 각 하위 요소별로 3문항씩으로 전체 30문항이며, 문항의 형식은 4지 선다형 객관식이고 전체 검사 시간은 40분이다.
- 본 연구에서 사용한 과학적 개념 검사 도구는 최승대(2001), 차민숙(2002)이 개발한 날씨의 변화 개념 문항지를 참고하고, 본 연구에서 수업 처치한 12차시의 수업 목표와 내용을 근거로 연구자가 문항을 수정 보완하여 선정하였다. 문항은 총 20문항으로서 그 내용은, 기온과 바람' 단원의 과학적 개념이 10문 항, , 물의 여행' 단원의 과학적 개념이 10문항으로 표 2와 같고, 과학 교육 전문가로부터 안면 타당도를 검증받았다.
- 본 연구의 수업 처치 방법은 비교집단의 경우 교과서에 따른 전통적 과학 교수 학습 방법을 그대로 적용하였고, 실험집단은 아동의 학습 양^에 따른 학습 활동의 다양화를 위해 문학 자료 읽기 활동, 탐구 중심의 과학 학습 활동, 쓰기 중심의 선택적 정리 활동을 포함한 통합적인 과학 수업을 적용하였다. 전통적 수업과 문학 자료를 활용한 과학 탐구 학습의 적용은 모두 4주간에 걸쳐 정규 과학 시간에 실시하였으며 둘을 비교하면 표 3과 같다.
- 본 연구는 문학 자료를 활용한 탐구 중심의 통합적 과학 수업이, 날씨 변화와 물의 순환, 에 대한 개념 형성과 탐구 능력, 과학 관련 태도에 미치는 효과를 알아보는 것이다. 이를 위해 비교집단과 실험집단 모두 사전 개념 검사와 탐구 능력, 과학 관련 태도 검사를 실시한 후 각각의 수업 처치를 하였고, 이후 사후 개념 검사, 탐구 능력, 과학 관련 태도 검사를 실시하였다. 또 수업 후에 아동들의 학습 양^에 따라 과학적 개념 형성, 탐구 능력, 과학 관련 태도의 차이를 알아보기 위하여 학습 양^ 검사를 실시하였다.
- 비교집단과 실험집단의 수업의 과정을 비교하면, 비교집단의 경우 교과서와 실험 관찰을 학습 자료로 사용한 반면, 실험집단은 이야기 자료와 관련 학습지, 교과서, 실험 관찰, 그리고 정리 학습 활동지를 사용하였다. 이야기 자료는 단원 학습의 주제와 관련된 것을 선정하여 차시에 맞게 읽기 활동을 할 수 있도록 제공하였고 읽기가 끝난 후에는 그 이야기 속에서 본 수업과 관련 내용을 연관 짓게 하는 학습지를 해결하도록 하였다.
대상 데이터
- 단원의 지도에 활용된 문학 자료는 본 연구의 수업 내용인 5학년 1학기 단원 3. 기온과 바람과 단원& 물의 여행의 지도 계획에 따라 차시별로 창작 동화, 과학 동화 등 총 이야기 12편과 동시 17편 등이다.
- 본 연구는 부산 시내에 소재하는 J 초등학교 5학년에서 임의 군집 무선 표집한 4개 학급의 구성원으로서 총인원은 134명이다. 실험집단에 2학급, 비교집단에 2학급씩 배정하여 각 67명으로 최초의 연구대 상자는 136명이었으나, 연구 기간 중 필요한 검사나 수업 처치를 받지 못한 학생들은 자료 분석에서 제외하였다.
데이터처리
- 또, 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습이 집단 내 학습자의 학습 유형 간에 어떠한 차이를 보이는지 비교하기 위하여 각 사후 검사 결과에 대해 집단 내에서 학습 양식 간 일원 배치 분산 분석을 실시하였다.
- 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습이 '기온과 바람 및 물의 순환'에 대한 과학적 개념 형성과 탐구 능력, 과학 관련 태도에 미치는 영향을 알아보기 위하여 수업 처치 전후에 각각 사전 검사와 사후 검사를 실시하고 t 검증을 통하여 그 효과를 분석하였다.
- 개념 검사 문항의 채점은 무응답이거나 비과학적 개념은 0점, 부분적 이해는 1점, 과학적인 완전한 이해는 2점으로 40점 만점 처리하였다. 실험 집단의 사전 개념 검사 결과로 결정된 전체 신뢰도는 Cronbach's a 신뢰도 계수. 8164로 나타났다.
- 집단 간 비교를 위해 사전 검사와 사후 검사 자료에 대해 t-검증을 실시하였으며 통계적으로 의미 있는 변화를 보인 영역이나 하위 영역에서의 변화를 알아보기 위해서 검사의 하위 범주별로 t 검증을 실 시하고 구체적인 효과도 살펴보았다.
이론/모형
- 과학 탐구 능력 측정 도구는 한국교원대학교 물리 교육연구실에서 개발한 과학 탐구 능력 검사'를 사용하였다. 본 검사지는 탐구 과정 요소들의 기초 탐구 능력인 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상 등의 요소와 통합 탐구 능력인 자료변환, 자료 해석, 변인 통제, 가설설정, 일반화 등 총 10개의 하위 요소로 구성되어 있다.
- 본 연구에 사용한 과학 관련 태도 검사 도구는 김효남 외(1998倒 「국가수준의 과학에 관련된 정의적 특성의 평가체제 개발」에서 개발한 리 커트 척도로 된 평가 도구 48문항이다. 이 검사지는 과학에 관련된 정의적 특성을 인식, 흥미, 태도로 구분하고 있다.
성능/효과
- , 기온과 바람, 물의 순환'에 대한 개념의 사전 검사에서 두 집단의 평균은 표 4에서와 같이 실험집단이 1.12 높게 나타났으나 의미 있는 차이는 아니어서 두 집단은 차이가 없는 동질 집단임이 확인되었다. 사후 개념 검사에서 집단 간 평균의 차이를 비교한 결과, 비교집단과 실험집단 간에 평균 3.
- 001)로 나타났으나 실험집단의 점수 향상이 보다 큰 것을 확인할 수 있었다. 개념의 하위 각 문항에 대한 집단 내 사전 사후 검사를 t 검증해 본 결과, 비교집단의 경우, 기온과 바람, 단원에서 3문항, '물의 여행, 단원에서 8문항, 전체 11문항에 대해 통계적으로 의미 있는 차이를 보였고, 실험집단은 '기온과 바람' 단원에서 4문항, , 물의 여행, 단원 10문항, 전체 14문 항에 대해 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 두 집단 모두, 물의 여행, 단원에서 개념 이해도가 보다 높게 나타났다.
-
표 7. 과학 관련 태도에 대한 비교집단과 실험집단의 검사 결과
과학 관련 태도의 하위 범주별 사전 검사를 두 집 단 간에 비교해 보니 의미 있는 차이가 없는 동질 집단으로 나타났다
. 사후 검사의 전체에서는 두 집단 간에 의미 있는 차이가 나타나지 않았으나 하위 범주에서는 과학에 대한 태도의 흥미 범주, 과학과 관련된 직업에 대한 흥미(14) 영역에 대해서 실험집단이 비교집단보다 통계적으로 의미 있는 차이를 보였다 (p<・05). - 넷째, 집단 내의 세 가지 상이한 학습 유형 사이에 과학적 개념 형성, 탐구 능력, 과학 관련 태도의 차이를 분산 분석한 결과, 실험집단의 사후 개념 검사에서 시각적 유형의 학습자는 다른 두 유형들보다 높은 평균을 보였으며, 사후 탐구 능력 검사 결과에 서는 실험집단의 시각적 유형이 운동 감각적 유형보다 높은 평균 차이를 보였다. 사후 과학 관련 태도 검사에서는 비교집단의 세 학습 유형 사이에 유의한 차이를 보였는데 이는 시각적 유형과 청각적 유형의 평균 차에서 비롯된 것으로 나타났다.
- 01). 단원별 개념이 어떤 차이를 보이는지 t 검증을 실시한 결과에 따르면, 기온과 바람, 단원에서 실험 집 단의 평균이 1.54 높았으며 통계적으로 의미 있는 차이에 가깝다. '물의 여행' 단원에서는 평균 차이가 2.
- 둘째, 과학 수업에서 적절한 문학 자료의 활용을 통한 탐구 중심의 통합적 학습을 적용한다면 기존의 전통적인 수업에서보다 아동들이 더 흥미와 관심을 가질 수 있음을 확인하였다. 이러한 흥미와 관심을 과학 수업에서 계속 유지시킬 뿐 아니라 과학 관련 태도와 탐구 능력을더욱더더 향상시킬 수 있는 다양한 통합적 수업 전략이 연구되고 검증되어야겠다.
- 둘째, 탐구 능력에 대하여는 사전-사후 검사 결과 비교집단과 실험집단 모두 집단 내에서 유의미한 향 살이 있었고 특히 실험집단의 향상 정도가 더 크게 4타 났으나 사후 검사의 두 집단 간 비교에서는 유 의미한 차이를 찾을 수 없었다.
- 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습의 적용이 아동의 과학 관련 태도의 향상에 효과적이었다 고 하기는 어려우나 전통적인 수업을 받은 비교집단의 점수가 떨어진 것과 비교하여서는 흥미 범주의 일부 영역에서 긍정적이었다고 할 수 있겠다. 또한 전통적 수업을 통한 비교집단의 과학 관련 태도는 실험집단보다 더 효과적이지 못하였음을 확인할 수 있다.
- 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습에서 시각적 유형의 학습자들이 운동 감각적 유형의 학습자들에 비해 과학 탐구 능력에서 높은 평균을 보인 것을 알 수 있다. 운동 기능에 있어 뛰어난 면을 보이고 신체적 활동과 관련될 때 잘 학습하는 운동감 각적 유형의 학습자들이 탐구 능력에서 시각적 유형보다 낮은 평균을 보인 것은 읽기와 쓰기 활동이 통합 적용된 본 수업에서의 일부 정적인 활동 때문에 영향을 받은 것으로 생각된다.
- 본 연구에서 사용한 과학적 개념 검사 도구는 최승대(2001), 차민숙(2002)이 개발한 날씨의 변화 개념 문항지를 참고하고, 본 연구에서 수업 처치한 12차시의 수업 목표와 내용을 근거로 연구자가 문항을 수정 보완하여 선정하였다. 문항은 총 20문항으로서 그 내용은, 기온과 바람' 단원의 과학적 개념이 10문 항, , 물의 여행' 단원의 과학적 개념이 10문항으로 표 2와 같고, 과학 교육 전문가로부터 안면 타당도를 검증받았다. 개념 검사 문항의 채점은 무응답이거나 비과학적 개념은 0점, 부분적 이해는 1점, 과학적인 완전한 이해는 2점으로 40점 만점 처리하였다.
- 셋째, 과학 관련 태도에 대하여 실험집단은 과학에 대한 태도의 흥미 범주 과학과 관련된 직업에 대한 흥미 영역에서 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 본 연구에서 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습 적용이 전통적인 수업보다 과학 관련 태도에 긍정적인 효과가 있었다고 하기는 어려우나, 사전■사 후 검사 결과 비교집단 내 사후 점수가 쉽게 떨어진 것에서 전통적인 수업의 결과가 아동의 과학 관련 태도에 바람직한 영향을 주지 못하였음은 확인할 수 있었다.
- 비교집단의 사후 탐구 능력 검사에 대한 학습 유 형별 사례 수와 평균, 표준편차는 표 14와 같고 일원 배치 분산 분석은 표 15와 같다. 분산 분석의 결과, 비교집단의 사후 탐구 능력 검사의 평균은 학습 유 형에 따라 유의한 차이는 없는 것으로 나타났다.
- 분산 분석의 결과, 실험집단의 사후 과학 관련 태도 검사의 평균은 학습 유형에 따라 유의한 차이는 없는 것으로 나타났다.
- 비교집단 내의 학습 양 i]에 따른 분산 분석의 결과, 비교집단의 사후 개념 검사의 평균은 학습 유형 간에 유의한 차이는 없는 것으로 나타났다.
- 비교집단과 실험집단 각각에서 집단 내 개념 형성 의 사전-사후 검사를 분석해 본 결과, 두 집단 모두 평균 점수의 향상이 통계적으로 의미 있는 차이(p< .001)로 나타났으나 실험집단의 점수 향상이 보다 큰 것을 확인할 수 있었다. 개념의 하위 각 문항에 대한 집단 내 사전 사후 검사를 t 검증해 본 결과, 비교집단의 경우, 기온과 바람, 단원에서 3문항, '물의 여행, 단원에서 8문항, 전체 11문항에 대해 통계적으로 의미 있는 차이를 보였고, 실험집단은 '기온과 바람' 단원에서 4문항, , 물의 여행, 단원 10문항, 전체 14문 항에 대해 통계적으로 유의미한 차이를 보였다.
- 비교집단과 실험집단의 사전과 사후 과학 탐구 능력 검사 결과를 비교한 표 5에 따르면 탐구 능력에 대한 사전 검사 결과 두 집단 간에 차이가 거의 없는 동질 집단이며 사후 검사 비교에서 두 집단 간에 나타난 차이는 평균 0.66으로서 이는 통계상 의미 있는 차이는 아니었다.
- 12 높게 나타났으나 의미 있는 차이는 아니어서 두 집단은 차이가 없는 동질 집단임이 확인되었다. 사후 개념 검사에서 집단 간 평균의 차이를 비교한 결과, 비교집단과 실험집단 간에 평균 3.59의 차이가 나타났으며, 이는 통계적으로 의미 있는 차이였다(p<.01). 단원별 개념이 어떤 차이를 보이는지 t 검증을 실시한 결과에 따르면, 기온과 바람, 단원에서 실험 집 단의 평균이 1.
- 넷째, 집단 내의 세 가지 상이한 학습 유형 사이에 과학적 개념 형성, 탐구 능력, 과학 관련 태도의 차이를 분산 분석한 결과, 실험집단의 사후 개념 검사에서 시각적 유형의 학습자는 다른 두 유형들보다 높은 평균을 보였으며, 사후 탐구 능력 검사 결과에 서는 실험집단의 시각적 유형이 운동 감각적 유형보다 높은 평균 차이를 보였다. 사후 과학 관련 태도 검사에서는 비교집단의 세 학습 유형 사이에 유의한 차이를 보였는데 이는 시각적 유형과 청각적 유형의 평균 차에서 비롯된 것으로 나타났다. 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습은 과학 개념 형성과 탐구 능력에 대하여는 시각적 유형의 학습자들에게 보다 긍정적으로 작용한 것으로 볼 수 있었다.
- 셋째, 과학 관련 태도에 대하여 실험집단은 과학에 대한 태도의 흥미 범주 과학과 관련된 직업에 대한 흥미 영역에서 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 본 연구에서 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습 적용이 전통적인 수업보다 과학 관련 태도에 긍정적인 효과가 있었다고 하기는 어려우나, 사전■사 후 검사 결과 비교집단 내 사후 점수가 쉽게 떨어진 것에서 전통적인 수업의 결과가 아동의 과학 관련 태도에 바람직한 영향을 주지 못하였음은 확인할 수 있었다.
- 표 20의 분산 분석에서 비교집단의 사후 과학 관련 태도의 평균은 학습 유형에 따라 p<-05 수준에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 어떤 집단 간의 차이인지를 알아보기 위하여 Scheffe 사후검증을 실시한 결과 표 21과 같이 시각적 유형과 청각적 유형 사이에 유의미한 차이가 있음을 확인할 수 있다.
- 한편 정명희(1999)는 과학교육과 문학 작품의 통합 적지도 방법의 적용이 실험집단에서 과학 과정 수행 능력에 긍정적인 영향을 미친다는 결과를 얻었다. 이러한 결과의 차이는 그의 연구에서 3개 단원에 걸쳐 25차시 동안 적용한 처치와 본 연구의 12차시 적용이라는 기간 차이와 함께 그 외 다른 방법적 차이를 고려할 수 있겠으나 탐구 능력의 향상은 비교적 긴 시간에 걸쳐 향상된다는 견해를 뒷받침함을 확인할 수 있다.
- 집단 간 평균 차이는 작았으나 두 집단 모두 집단 내에서 사전-사후 검사 간에 평균의 향상이 있었으므로 표 6에서 각 집단 내 탐구 능력의 하위 요소별 결과를 보면 비교집단은 관찰, 분류, 예상의 기초 탐구 과정 요소 3개에서 향상이 있고(p<.05), 실험 집 단은 분류, 추리, 예상의 기초 탐구 과정 요소 3개와 가설설정의 통합 탐구 과정 요소 1개에서 향상이 있음을 알 수 있다(p<.05, p < .01).
- 첫째, '기온과 바람', '물의 여행' 단원의 과학적 개념에 대해 통합적 과학 탐구 학습으로 수업한 실험집단은 전통적인 학습으로 수업한 비교집단보다 사후 개념 검사에서 유의미한 차이를 보여, 개념 형 성에 효과적인 영향을 받았음을 보여주었다.
- 이상의 결론에서 다음과 같은 제언을 하고자 한다. 첫째, 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습을 적용하였을 때 날씨의 변화 관련 개념 형성에 대하여는 실험집단에서 매우 효과적인 결과를 얻었다. 따라서 이러한 수업 전략이 과학과의 다른 개념, 다른 영역에 대하여도 효과적인가에 대한 계속적인 연구가 필요하겠다.
- 표 6에는 탐구 능력 전체 및 하위 요소별 집단 내 사전-사후 검사의 결과를 비교하였다. 탐구 능력 전체에서 비교집단은 평균 1.52점 향상이 있었고, 실험 집단에서는 평균 2.06점 향상이 있었으며, 통계적으로 둘 모두 매우 의미 있는 차이로 나타났다 (p<.001).
후속연구
- 1) 본 연구의 내용은 과학과 5학년 1학기 2개 단원 '기온과 바람, , '물의 여행, 에 한해 적용하였기에 그 결과를 과학과 전 단원 및 영역에 일반화하는 데는 제한점이 있다.
- 2) 본 연구의 조사 대상은 부산시 소재 J 초등학교 5학년 학생 4개 반을 임의로 선정하였으므로 전체 학생에게 그 결과를 일반화하는데 한계가 있다.
- 첫째, 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습을 적용하였을 때 날씨의 변화 관련 개념 형성에 대하여는 실험집단에서 매우 효과적인 결과를 얻었다. 따라서 이러한 수업 전략이 과학과의 다른 개념, 다른 영역에 대하여도 효과적인가에 대한 계속적인 연구가 필요하겠다.
- 셋째, 문학 자료를 활용한 통합적 과학 탐구 학습이 시각적 유형에서 가장 긍정적으로 나타났으나 청각적 유형과 운동 감각적 유형의 학습자들에게도 유 의미한 향상을 가져올 수 있도록 하는 학습 방안, 서로 다른 학습 유형 간의 상호 작용 촉진 방안 등의 학습 전략 연구와 학습 양^ 특성에 대한 후속 연구가 더 필요하다.
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