과학계발활동 프로그램 적용이 과학성적 우수아의 과학 탐구 능력에 미치는 효과 The effects of Application of Science Improvement Activity Program on Science Process Skills of Elementary School Science High Achievers원문보기
이 연구는 초등학교 과학 성적 우수아를 대상으로 과학계발활동 프로그램의 구성 및 적용이 과학탐구능력에 미치는 효과를 분석하였다. 분석결과, 과학계발활동 프로그램을 적용한 학생들은 적용하지 않은 학생들에 비하여 관찰, 측정, 자료해석, 가설 설정, 변인통제의 과학탐구요소가 더 신장된 것으로 나타났다. 따라서 과학계발활동의 운영은 과학탐구능력의 신장에 효과를 기대할 수 있으므로 교육현장에서 과학교육을 보다 다양하고 수준별로 운영할 수 있는 프로그램의 개발 및 적용 방안을 모색할 필요가 있다.
이 연구는 초등학교 과학 성적 우수아를 대상으로 과학계발활동 프로그램의 구성 및 적용이 과학탐구능력에 미치는 효과를 분석하였다. 분석결과, 과학계발활동 프로그램을 적용한 학생들은 적용하지 않은 학생들에 비하여 관찰, 측정, 자료해석, 가설 설정, 변인통제의 과학탐구요소가 더 신장된 것으로 나타났다. 따라서 과학계발활동의 운영은 과학탐구능력의 신장에 효과를 기대할 수 있으므로 교육현장에서 과학교육을 보다 다양하고 수준별로 운영할 수 있는 프로그램의 개발 및 적용 방안을 모색할 필요가 있다.
This study organized a Science Improvement Activity Program designed for the excellent students in science in 5th and 6th grades. After application the effect of the program on science process skills was analyzed. The Science Improvement Activity Program was applied to the experimental group as a cl...
This study organized a Science Improvement Activity Program designed for the excellent students in science in 5th and 6th grades. After application the effect of the program on science process skills was analyzed. The Science Improvement Activity Program was applied to the experimental group as a club activity after school during the semester. The results of this study were as follows: First, the students participated in the Science Improvement Activity showed an increase in the science process skills compared with those who didn't. Second, it was found have improved in enhancing their science process elements of observation, measurement, data analysis, forming hypotheses, and controlling variables. It is expected that the development of activity programs and their active application should be done in order for schools to provide science education according to each student's capacity from various angles.
This study organized a Science Improvement Activity Program designed for the excellent students in science in 5th and 6th grades. After application the effect of the program on science process skills was analyzed. The Science Improvement Activity Program was applied to the experimental group as a club activity after school during the semester. The results of this study were as follows: First, the students participated in the Science Improvement Activity showed an increase in the science process skills compared with those who didn't. Second, it was found have improved in enhancing their science process elements of observation, measurement, data analysis, forming hypotheses, and controlling variables. It is expected that the development of activity programs and their active application should be done in order for schools to provide science education according to each student's capacity from various angles.
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문제 정의
따라서 이 연구에서는 과학 우수 학생을 대상으로 과학계발활동 프로그램을 구성 및 적용하여 학생들의 과학탐구능력에 미치는 효과를 알아보는데 그 목적이 있고, 구체적인 연구문제는 다음과 같다.
이 연구는 초등학교 과학 성적 우수아를 대상으로 과학계발활동 프로그램의 구성 및 적용이 과학탐구능 력에 미치는 효과를 분석하였다. 분석결과, 과학계발 활동 프로그램을 적용한 학생들은 적용하지 않은 학 생들에 비하여 관찰, 측정, 자료해석, 가설 설정, 변 인통제의 과학탐구요소가 더 신장된 것으로 나타났다.
이 연구에서는 과학우수 학생을 대상으로 과학계발 활동 프로그램을 구성 및 적용하여 학생들의 과학탐 구능력에 미치는 효과를 알아보는 것이었으며, 이에 대한 연구결과를 중심으로 결론을 정리하면 다음과 같다.
제안 방법
보완의 단계를 거쳐 타당도 와 신뢰도를 최대한 확보하려고 노력하였다. 개발된 과학 계발활동 프로그램의 적용은 학기중에 주당 2 시간(1일 60분씩 주당 2일) 운영을 기준으로 하였으며, 프로그램의 내용에 따라 시간' 운영에 융통성을 부여하여 운영하였다.
이 검사도구 는 과학탐구능력을 기초탐구능력과 통합 탐구능력으로 구분하고 기초탐구능력으로는 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 5개 탐구요소로, 통합탐구능력으로는 자료변 환, 자료해석, 변인 통제, 가설 설정, 일반화의 5개 탐구요소로 구분하였다. 그리고 각각의 탐구능력을 측정하기 위하여 각 탐구요소마다 3개의 문항을 개 발하였다. 객관식의 4지 선택형으로 모두 30문항으로 구성되어 있으며 측정 시간은 40분 이내에서 검사하 도록 되어있다.
사후검사를 실시 하였으며, 사전 . 사후 검사지는 동일 검사지를 사용하였다. 사전검사는 2003년 4월초에 실시하였고 사후검 사는 2003학년도 12월 중순경에 실시하였다.
실험집단과 통제집단 모두 사전 . 사후검사를 실시 하였으며, 사전 . 사후 검사지는 동일 검사지를 사용하였다.
이 연구에서 실험집단과 통제집단의 탐구능력의 변화를 알아보기 위하여 사용한 검사 도구는 한국교원 대학교 물리교육연구에서 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학탐구능력검사지(TSPS)이다. 이 검사도구 는 과학탐구능력을 기초탐구능력과 통합 탐구능력으로 구분하고 기초탐구능력으로는 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 5개 탐구요소로, 통합탐구능력으로는 자료변 환, 자료해석, 변인 통제, 가설 설정, 일반화의 5개 탐구요소로 구분하였다. 그리고 각각의 탐구능력을 측정하기 위하여 각 탐구요소마다 3개의 문항을 개 발하였다.
그림 4. 탐구요소별 변화 비교 분석 (자료해석 , 가설설정 ).
프로그램은 6개 영역의 10개 단원, 30개 주제의 55차시로 내용을 구성하였으며, 구체적으로 실험집단 에 투입한 과학 계발활동 프로그램의 주제 구성과 관련 과학탐구요소 분석 내용은 표 2와 같다.
대상 데이터
사전검사는 2003년 4월초에 실시하였고 사후검 사는 2003학년도 12월 중순경에 실시하였다. 과학 계발활동 프로그램은 실험집단을 대상으로 2003년 4 월부터 12월까지 방학기간을 제외한 학기중에 투입 하였다.
과학 성적 우수아의 과학 탐구력 신장을 위해서 과학계발활동 프로그램을 개발하고 적용하여 그 효과를 알아보기 위해서 우선, 과학계발활동 프로그램의 구성은 과학과 교과서 및 교사용 지도서(교육인적자 원부, 2002), 영재 심화 교수-학습 자료(한국교육개발 원, 2003a; 2003b; 2003c), 과학 교육 관련 전문 서 적 및 국내 학회지 등의 내용을 전반적으로 분석한 후, 개발하려는 과학 탐구 요소를 설정하여 그 요소 에 맞는 프로그램을 개발하고, 과학교육을 전공하는 석 . 박사 과정 3명과 과학교육전문가 1명의 검증을 거쳐 구성하였다. 구성된 과학 계발 활동 프로그램은 현장 검증을 통한 수정 .
사후 검사지는 동일 검사지를 사용하였다. 사전검사는 2003년 4월초에 실시하였고 사후검 사는 2003학년도 12월 중순경에 실시하였다. 과학 계발활동 프로그램은 실험집단을 대상으로 2003년 4 월부터 12월까지 방학기간을 제외한 학기중에 투입 하였다.
그리고 이 학생 들을 대상으로 2차적으로 실험집단과 통제집단을 구 성하였다. 실험집단은 과학 계발활동 운영 안내 후 학생의 희망에 의하여 방과후 과학계발활동에 참여가 가능한 학생으로 구성하였고, 통제집단은 1차적으로 선정된 과학 우수 학생 중 실험집단이 아닌 나머지 학생으로 구성하였다. 구체적인 연구대상자의 구성은 표 1과 같다.
첫째, 과학계발활동 프로그램의 운영에 있어 학년 구분을 두어 대상 집단을 구성하고 운영하는 것이 더 효율적이라고 본다. 이 연구의 실험 집단은 5・6학 년 학생이 같이 구성되어 있다. 이로 인하여 과학 계 발활동 프로그램의 구성 및 적용에 있어 어려움이 많았다.
이 연구의 표집 대상은 경기도 안양시에 소재한 S 초등학교 5~6학년 약 900명의 학생을 대상으로 학급 담임 교사의 추천 및 전 학년도 과학 교과 성적으로 과학 우수 학생 50명을 선정하였다. 그리고 이 학생 들을 대상으로 2차적으로 실험집단과 통제집단을 구 성하였다.
데이터처리
과학탐구능력 및 과학탐구요소의 변화를 확인하고자 t-test 분석을 하였다.
과학 계발활동 프로그램을 체험한 실험집단(N=17) 과 체험하지 않은 통제집단(N=33)의 과학탐구능력 변화 정도를 확인해보기 위해 실험집단과 통제집단 각각 사전 .사후검사를 실시하여 paired samples t-test 분석을 하였다. 분석 결과는 표 4와 같다.
실시하여 independent samples t-test 분석을 하였다. 분석 결과는 표 3과 같다.
실험집단과 통제집단의 과학 탐구능력의 차이를 알아보기 위해 사전 검사와 사후검사에서 각각 independent samples t-test 분석을 하였으며, 과학 탐구능 력의 사전-사후 점수 변화 정도를 비교해 보기 위해 실험집단과 통제집단 각각 전후검사인 paired samples t-test 분석을 하였다.
이론/모형
과학 계발활동 운영 프로그램을 적용하고 과학 탐 구능력에 미치는 효과를 확인하고자 연구 설계를 준 실험설계(quasi-experimental design)중 이질 통제집단 전후검사 설계 (nonequivalent control-group pretestposttest design)를 사용하였다.
이 연구에서 실험집단과 통제집단의 탐구능력의 변화를 알아보기 위하여 사용한 검사 도구는 한국교원 대학교 물리교육연구에서 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학탐구능력검사지(TSPS)이다. 이 검사도구 는 과학탐구능력을 기초탐구능력과 통합 탐구능력으로 구분하고 기초탐구능력으로는 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 5개 탐구요소로, 통합탐구능력으로는 자료변 환, 자료해석, 변인 통제, 가설 설정, 일반화의 5개 탐구요소로 구분하였다.
성능/효과
이 연구에서 적용한 과학 계발활동 프로그램은 초등학교 5 . 6학년 과학 우수 학생들의 관찰, 측정, 자료해석, 가설설정, 변인통제 의 과학탐구요소 신장에 효과가 있는 것으로 보여 진다.
가설설정능력의 사전-사후 비교에서는 통제집단은 통계적으로 유의미한 차이가 없었으며, 실험집단은 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 또 사후검사 에서도 실험집단의 가설설정능력은 통제집단과 통계 적으로 유의미한 차이를 보였다.
05 수준에서 탐구요소 는 모든 영역에서 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았으나, 총점인 과학탐구능력에서는 사전검사와 사후검사 점수가 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 결과적으로, 실험집단과 통제집단 각각 사전-사후 과학탐구능력의 변화 정도를 확인하는 전후 비교를 살펴보면 실험집단과 통제집단 모두 과학탐구능력이 유의미하게 신장된 것으로 나타났다. 하지만, 사전검 사에서는 실험집단과 통제집단의 과학탐구능력 및 탐 구요소가 의미 있는 차이가 없었으나 사후검사 점수 를 비교 분석한 결과에서는 실험집단이 통제집단보다 과학탐구능력이 의미 있게 높게 나타났다.
관찰능력과 분류능력의 변화를 비교 분석한 것은 그림 1과 같다. 관찰능력의 사전-사후 비교에서는 통 제집단은 유의미한 변화가 없었으며, 실험집단은 유 의미하게 향상된 것으로 나타났다. 또 사후검사에도 실험집단의 관찰능력은 통제집단과 통계적으로 유의 미한 차이를 보였다.
예상능력의 사전사후 비교에서는 실험집단과 통제집단 모두 통계적으로 유의미한 차이를 나타내지 못하였다. 그러나, 사후검사를 점수를 살펴볼 때 실험집단의 예상능력의 평균점수는 2.94로 매우 높게 나타났으며 통제집단과의 비교에서도 통제집단에 비하여 높게 나타난 변화를 보였다.
둘째, 과학 계발활동 프로그램을 적용한 학생들에 게서 관찰, 측정, 자료해석, 가설설정, 변인통제의 과 학 탐구요소가 향상되었다. 이 연구에서 적용한 과학 계발활동 프로그램은 초등학교 5 .
관찰능력의 사전-사후 비교에서는 통 제집단은 유의미한 변화가 없었으며, 실험집단은 유 의미하게 향상된 것으로 나타났다. 또 사후검사에도 실험집단의 관찰능력은 통제집단과 통계적으로 유의 미한 차이를 보였다. 과학 계발활동 프로그램의 적용 은 학생들의 관찰능력의 향상에 효과가 있었다고 보 여진다.
자료해석능력의 사전-사후 비교에서는 통제집단은 통계적으로 유의미한 차이가 없었으며, 실험집단은 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 또 사후검사에서도 실험집단의 자료해석능 력은 통제집단과 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 즉, 과학 계발활동 프로그램의 적용은 자료해석능력 의 향상에 효과가 있는 것으로 보여진다.
이 연구는 초등학교 과학 성적 우수아를 대상으로 과학계발활동 프로그램의 구성 및 적용이 과학탐구능 력에 미치는 효과를 분석하였다. 분석결과, 과학계발 활동 프로그램을 적용한 학생들은 적용하지 않은 학 생들에 비하여 관찰, 측정, 자료해석, 가설 설정, 변 인통제의 과학탐구요소가 더 신장된 것으로 나타났다. 따라서 과학계발활동의 운영은 과학탐구능력의 신장에 효과를 기대할 수 있으므로 교육현장에서 과 학교육을 보다 다양하고 수준별로 운영할 수 있는 프로그램의 개발 및 적용 방안을 모색할 필요가 있다.
사전검사 점수를 t-test한 결과, p<0.05 수준에서 실험집단과 통제집단 모두 과학탐구능력 및 과학탐구 요소에 차이가 없는 동질의 집단임을 보였다.
과학탐구능력의 사전-사후 변화 정도를 확인해보기 위해 사전 . 사후검사 점수를 t-test한 결과, 실험집단 의 과학탐구능력은 p<0.05 수준에서 사전검사 점수 와 사후검사 점수가 통계적으로 유의미한 차이를 보 였으며, 그 하위 영역인 과학탐구요소도 관찰, 측정, 자료해석, 가설설정, 변인통제의 탐구요소에서 사전검 사 점수와 사후검사 점수가 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 통제집단은 p<0.
예를 들어, 현재 초 등학교 과학 교과학습에서 전자석에 관련된 내용은 6학년 1학기에 접하도록 되어 있다. 실험대상의 5학 년 학생들은 자석에 관련된 선개념의 습득 정도가 6 학년 학생보다 확연히 부족한 것을 확인할 수 있었다. 과학 우수 학생을 대상으로 하는 과학계발활동의 운영은 일반 교과학습을 바탕으로 하거나 관련성을 가지고 프로그램이 구성되고 적용된다.
하지만, 사전검 사에서는 실험집단과 통제집단의 과학탐구능력 및 탐 구요소가 의미 있는 차이가 없었으나 사후검사 점수 를 비교 분석한 결과에서는 실험집단이 통제집단보다 과학탐구능력이 의미 있게 높게 나타났다. 이는 실험 집단이 통제 집단보다 과학탐구능력이 더 많이 신장 되었다고 볼 수 있으며, 과학 계발활동 프로그램의 적용은 과학탐구능력 신장에 더 효과가 있었다고 보 여진다 (p< 0.05).
자료해석능력과 가설설정능력의 변화를 비교 분석한 것은 그림 4와 같다. 자료해석능력의 사전-사후 비교에서는 통제집단은 통계적으로 유의미한 차이가 없었으며, 실험집단은 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 또 사후검사에서도 실험집단의 자료해석능 력은 통제집단과 통계적으로 유의미한 차이를 보였다.
또 사후검사 에서도 실험집단의 가설설정능력은 통제집단과 통계 적으로 유의미한 차이를 보였다. 즉, 과학 계발활동 프로그램의 적용은 가설설정능력의 향상에 효과가 있는 것으로 보여진다.
변인통제의 사전-사후 비교에서 는 통제집단은 통계적으로 유의미한 차이가 없었으 며, 실험집단은 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 즉, 과학 계발활동 프로그램의 적용은 변인통제 능력의 향상에 효과가 있었다고 보여진다.
또 사후검사에서도 실험집단의 자료해석능 력은 통제집단과 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 즉, 과학 계발활동 프로그램의 적용은 자료해석능력 의 향상에 효과가 있는 것으로 보여진다.
측정능력의 사전~사후 비교에서는 통 제집단은 의미 있는 변화가 없었으며, 실험집단은 의미 있게 향상된 것으로 나타났다. 즉, 과학 계발활동 프로그램의 적용은 측정능력의 향상에 효과가 있었다 고 보여진다.
첫째, 과학계발활동 프로그램을 적용한 실험집단 학생들은 통제집단 학생들에 비하여 과학탐구능력이 더 신장된 것으로 나타났다. 이 연구에서 적용한 과 학 계발활동 프로그램은 초등학교 5 .
첫째, 과학계발활동 프로그램의 운영에 있어 학년 구분을 두어 대상 집단을 구성하고 운영하는 것이 더 효율적이라고 본다. 이 연구의 실험 집단은 5・6학 년 학생이 같이 구성되어 있다.
그림 2. 탐구요소별 변화 비교 분석(측정, 추리).
추리능력의 사전-사후 비교에서는 실험집단과 통제 집단 모두 통계적으로 유의미한 차이를 나타내지 못하였으나, 사후검사에서 실험집단의 추리능력은 통제 집단에 비하여 높게 나타난 변화를 보였다
.
측정능력과 추리능력의 변화를 비교 분석한 것은 그림 2와 같다. 측정능력의 사전~사후 비교에서는 통 제집단은 의미 있는 변화가 없었으며, 실험집단은 의미 있게 향상된 것으로 나타났다. 즉, 과학 계발활동 프로그램의 적용은 측정능력의 향상에 효과가 있었다 고 보여진다.
05 수준에서 사전검사 점수 와 사후검사 점수가 통계적으로 유의미한 차이를 보 였으며, 그 하위 영역인 과학탐구요소도 관찰, 측정, 자료해석, 가설설정, 변인통제의 탐구요소에서 사전검 사 점수와 사후검사 점수가 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 통제집단은 p<0.05 수준에서 탐구요소 는 모든 영역에서 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았으나, 총점인 과학탐구능력에서는 사전검사와 사후검사 점수가 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 결과적으로, 실험집단과 통제집단 각각 사전-사후 과학탐구능력의 변화 정도를 확인하는 전후 비교를 살펴보면 실험집단과 통제집단 모두 과학탐구능력이 유의미하게 신장된 것으로 나타났다.
결과적으로, 실험집단과 통제집단 각각 사전-사후 과학탐구능력의 변화 정도를 확인하는 전후 비교를 살펴보면 실험집단과 통제집단 모두 과학탐구능력이 유의미하게 신장된 것으로 나타났다. 하지만, 사전검 사에서는 실험집단과 통제집단의 과학탐구능력 및 탐 구요소가 의미 있는 차이가 없었으나 사후검사 점수 를 비교 분석한 결과에서는 실험집단이 통제집단보다 과학탐구능력이 의미 있게 높게 나타났다. 이는 실험 집단이 통제 집단보다 과학탐구능력이 더 많이 신장 되었다고 볼 수 있으며, 과학 계발활동 프로그램의 적용은 과학탐구능력 신장에 더 효과가 있었다고 보 여진다 (p< 0.
후속연구
둘째, 과학 우수 학생을 대상으로 과학 계발활동 프로그램을 구성 및 적용하였기어L 교육현장에 적용 할 수 있는 과학 계발활동 프로그램으로 일반화하는 데는 한계가 있다.
첫째, 과학 우수 학생 표집 과정이 과학교과 평가 방법에 의한 인위표집인 표집이었고, 그 표집된 대상 들도 본인 참여 희망에 의하여 최종 결정되어 충분한 연구 대상을 확보하기 어려워 일반화하는 데는 한계가 있다.
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