개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습의 효과:화학 I ‘금속과 그 이용’ 단원을 중심으로 The Effects of Science Inquiry Learning Applying Open- Ended Hypothesis-Testing Learning Model: On the ‘Metals and Their Applications’ Unit in Chemistry원문보기
연구에서는 고등학교 화학 수업에서 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습을 실시하고, 학생들의 인지 수준에 따른 과학 탐구능력, 과학 수업에 대한 태도에 미치는 효과와 수업에 대한 인식을 알아보았다. 서울에 소재한 남자 고등학교 2학년 4개 학급의 학생들(92명)을 대상으로 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습을 실시한 처치집단과 실험과정이 모두 제시된 실험 수업을 실시한 통제집단으로 배치한 후, 화학의 ‘금속과 그 이용' 단원에 대해서 수업을 실시하였다. 연구 결과에 의하면, 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습은 과학 탐구능력 향상에 관해서 실험설계, 자료 변환 및 해석, 가설검증의 영역에서 유의미한 효과가 있었으며 문제 파악 및 정의, 가설설정의 영역에서는 효과가 없었다. 한편, 개방적 과학 탐구학습에서 학생들의 역할 및 수행할 과제의 증가로 인해 과학 수업에 대한 태도는 처치집단에 부정적인 효과가 나타났다.
연구에서는 고등학교 화학 수업에서 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습을 실시하고, 학생들의 인지 수준에 따른 과학 탐구능력, 과학 수업에 대한 태도에 미치는 효과와 수업에 대한 인식을 알아보았다. 서울에 소재한 남자 고등학교 2학년 4개 학급의 학생들(92명)을 대상으로 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습을 실시한 처치집단과 실험과정이 모두 제시된 실험 수업을 실시한 통제집단으로 배치한 후, 화학의 ‘금속과 그 이용' 단원에 대해서 수업을 실시하였다. 연구 결과에 의하면, 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습은 과학 탐구능력 향상에 관해서 실험설계, 자료 변환 및 해석, 가설검증의 영역에서 유의미한 효과가 있었으며 문제 파악 및 정의, 가설설정의 영역에서는 효과가 없었다. 한편, 개방적 과학 탐구학습에서 학생들의 역할 및 수행할 과제의 증가로 인해 과학 수업에 대한 태도는 처치집단에 부정적인 효과가 나타났다.
In this study, we analyzed the effects of science inquiry learning that applies open-ended hypothesis-testing learning model in a high school chemistry class of grade 11 in respect of science process skills, science-related attitude, and appreciation towards science class by cognitive level. Open-en...
In this study, we analyzed the effects of science inquiry learning that applies open-ended hypothesis-testing learning model in a high school chemistry class of grade 11 in respect of science process skills, science-related attitude, and appreciation towards science class by cognitive level. Open-ended science inquiry learning activities on Metals and their applications unit in Chemistry I were developed and applied to the treatment groups while the conventional science activities were applied to the control groups. Four classes of 92 students in a high school located in Seoul were assigned into the treatment and control groups, respectively. According to the results in the test of science process skills, the students treated with the alternative experiments emphasizing open-ended hypothesis-testing obtained higher scores in experimental design, data conversion and description, and hypothesis test than those with conventional experiments but not in problem cognition and definition and hypothesis fixing'. There was negative effect on science-related attitude due to increased roles and tasks in the open-ended science inquiry learning activities.
In this study, we analyzed the effects of science inquiry learning that applies open-ended hypothesis-testing learning model in a high school chemistry class of grade 11 in respect of science process skills, science-related attitude, and appreciation towards science class by cognitive level. Open-ended science inquiry learning activities on Metals and their applications unit in Chemistry I were developed and applied to the treatment groups while the conventional science activities were applied to the control groups. Four classes of 92 students in a high school located in Seoul were assigned into the treatment and control groups, respectively. According to the results in the test of science process skills, the students treated with the alternative experiments emphasizing open-ended hypothesis-testing obtained higher scores in experimental design, data conversion and description, and hypothesis test than those with conventional experiments but not in problem cognition and definition and hypothesis fixing'. There was negative effect on science-related attitude due to increased roles and tasks in the open-ended science inquiry learning activities.
본 연구에서는 가설검증 학습모형을 고등학교 화학 I ‘금속과 그 이용’ 단원에 적용하여 개방적 과학 탐구학습을 강조한 탐구실험 프로그램을 개발하고, 학생들의 인지 수준에 따른 과학 탐구능력, 과학 수업에 대한 태도에 미치는 효과와 과학 탐구학습에 대한 인식에 대해 알아보았다. 또한 개별 탐구활동과 조별 탐구활동을 혼합한 학습 방법을 제시하여 소집단 활동이 학생들의 탐구학습에 어떤 영향을 끼치는지 알아보았다.
본 연구에서는 가설검증 학습모형을 고등학교 화학 I ‘금속과 그 이용’ 단원에 적용하여 개방적 과학 탐구학습을 강조한 탐구실험 프로그램을 개발하고, 학생들의 인지 수준에 따른 과학 탐구능력, 과학 수업에 대한 태도에 미치는 효과와 과학 탐구학습에 대한 인식에 대해 알아보았다. 또한 개별 탐구활동과 조별 탐구활동을 혼합한 학습 방법을 제시하여 소집단 활동이 학생들의 탐구학습에 어떤 영향을 끼치는지 알아보았다.
제안 방법
본 연구는 서울시에 소재한 남자 고등학교 2학년 이과 4개 학급의 총 92명의 학생을 대상으로 실시하였다. 1학기 기말고사 화학 성적이 유사한 4개 학급을 선정하여, 2개 학급은 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습을 실시한 처치집단으로, 2개 학급은 실험과정이 모두 제시된 실험 수업을 실시한 통제집단으로 배치하였다. 두 집단은 소집단에서 권장되는 이질적인 집단 편성 방법을18 택하여 인지 수준을 고려한 상위(형식적 조작기) 2명과 하위(과도기, 구체적 조작기) 2명의 4인 1조로 소집단을 구성하였다.
교수·학습 프로그램은 6개의 실험 주제에 대해 개별 탐구 보고서와 조별 탐구 보고서로 개발하였다. 6개의 실험 주제는 ‘금속과 그 이용’ 단원에서 금속의 특성, 알칼리 금속의 성질, 할로겐의 반응성, 금속의 반응성, 금속의 부식, 금속의 종류이며(Table 2), 화학교과서의 실험 주제에서 추구하고자 하는 교수·학습목표를 분석하고, 선행연구 결과와 각종 자료를 토대로 가설검증 학습모형에서 추구하는 목표들을 비교 분석하여 본 연구에 가장 적합한 6단계 탐구 보고서를 개발하였다. 탐구 보고서의 내용과 수업 방법은 다음과 같다.
89이었다. 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습에 대한 인식을 알아보기 위하여 수업에 대한 학생들의 인식을 연구자가 개발한 5단계 리커트 척도 문항과 주관식 문항으로 조사하였다.
교수·학습 프로그램은 6개의 실험 주제에 대해 개별 탐구 보고서와 조별 탐구 보고서로 개발하였다. 6개의 실험 주제는 ‘금속과 그 이용’ 단원에서 금속의 특성, 알칼리 금속의 성질, 할로겐의 반응성, 금속의 반응성, 금속의 부식, 금속의 종류이며(Table 2), 화학교과서의 실험 주제에서 추구하고자 하는 교수·학습목표를 분석하고, 선행연구 결과와 각종 자료를 토대로 가설검증 학습모형에서 추구하는 목표들을 비교 분석하여 본 연구에 가장 적합한 6단계 탐구 보고서를 개발하였다.
사후 검사는 과학 탐구능력, 과학 수업에 대한 태도 검사를 실시하였다. 마지막으로 모든 수업 처치가 끝난 후, 수업 활동에 대한 인식을 알아보기 위해 자기표현 능력이 우수한 학생들 중에서 집단별로 성취도, 학습 태도가 상위와 하위인 학생들을 선정하여 면담을 실시하였다. 면담은 선정된 학생들에게 실험 수업활동에 대한 장·단점 진행하면서 어려웠던 단계를 개별적으로 질문하는 방식으로 진행하였다.
본 연구에서는 고등학교 2학년 ‘금속과 그 이용’ 단원으로 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습의 교수 효과를 알아보기 위해 실험과정이 모두 제시된 일반적인 실험 수업과 비교하여 과학 탐구능력, 과학 수업에 대한 태도, 과학 탐구학습에 대한 인식을 조사하였다.
통제집단은 실험과정이 모두 제시된 실험 수업을 실시하였고, 처치집단은 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습을 개별과 소집단으로 혼합하여 실시하였다. 사후 검사는 과학 탐구능력, 과학 수업에 대한 태도 검사를 실시하였다. 마지막으로 모든 수업 처치가 끝난 후, 수업 활동에 대한 인식을 알아보기 위해 자기표현 능력이 우수한 학생들 중에서 집단별로 성취도, 학습 태도가 상위와 하위인 학생들을 선정하여 면담을 실시하였다.
그리고 이를 참관한 연구자와 교사의 논의를 통하여 진행 방식을 보완하였다. 수업은 고등학교 2학년 ‘금속과 그 이용’ 단원에 대하여 6차시에 걸쳐 진행되었고, 한 주의 2차시를 붙여 연속으로 수업하였다. 연구자는 집단별로 3회 이상 수업을 참관하여 수업 처치가 계획대로 진행되는지 확인하였다.
두 집단 모두 매 차시 실험을 하고, 실험 보고서를 작성하였다. 처치집단은 주어진 실험 내용 범주 안에서 창의적으로 실험을 설계하여 가설검증 학습모형의 6단계에 맞춰 진행을 하였고, 통제집단은 주어진 실험 주제, 목표, 방법에 따라 실험을 한 후 실험 결과 및 토의를 작성하는 방식으로 진행하였다. 두 집단의 실험과 보고서 작성 시간은 동일하였으며, 매 시간 수업이 끝난 후 통제집단은 개별 실험 보고서, 처치집단은 개별적으로 작성한 예비 탐구 보고서와 소집단에서 함께 작성한 조별 탐구 보고서를 교사에게 제출하였다.
연구자는 집단별로 3회 이상 수업을 참관하여 수업 처치가 계획대로 진행되는지 확인하였다. 통제집단은 실험과정이 모두 제시된 실험 수업을 실시하였고, 처치집단은 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습을 개별과 소집단으로 혼합하여 실시하였다. 사후 검사는 과학 탐구능력, 과학 수업에 대한 태도 검사를 실시하였다.
대상 데이터
본 연구는 서울시에 소재한 남자 고등학교 2학년 이과 4개 학급의 총 92명의 학생을 대상으로 실시하였다. 1학기 기말고사 화학 성적이 유사한 4개 학급을 선정하여, 2개 학급은 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습을 실시한 처치집단으로, 2개 학급은 실험과정이 모두 제시된 실험 수업을 실시한 통제집단으로 배치하였다.
데이터처리
과학 탐구능력과 과학 수업에 대한 태도 검사는 각각의 사전 검사 점수를 공변인으로 사용하였다. 동변량성 가정이 만족되지 않는 경우에는 Mann-Whitney U 검증을 실시하였다. 모든 통계 분석에는 SPSS 12.
본 연구에서는 수업 처치를 독립 변인으로 하고, 인지 수준을 구획 변인으로 하는 이원 공변량 분석(2-way ANCOVA)을 실시하였다. 과학 탐구능력과 과학 수업에 대한 태도 검사는 각각의 사전 검사 점수를 공변인으로 사용하였다.
이론/모형
과학 탐구능력 검사는 Dillashaw와 Okey19가 개발한 TIPS(Test of the Integrated Science Process Skills)로 총 36개의 문항이고, 하위 범주는 문제 파악 및 정의(2문항), 가설설정(8문항), 실험설계(13문항), 가설검증(6문항), 자료 변환 및 해석(7문항)으로 구성되어 있다. 이 검사지의 내적 신뢰도(Cronbach’s alpha)는 0.
성능/효과
본 연구에서 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습이 학생들에게 비록 어렵고 힘든 경험이었지만 학생들의 과학 탐구능력 향상에 효과적이었다. 학생들에게 과학 수업에 대한 태도 향상을 위해서만 흥미 위주의 수업을 제공하는 것에 그치는 실험이 과학의 궁극적 목적의 성취를 위해 어떻게 변화해나가야 할지 본 연구는 좋은 방향을 제시해 줄 수 있을 것이다.
본 연구에서 적용한 과학 탐구학습이 과학 탐구능력에서 전반적으로 긍정적이었지만 과학 수업에 대한 태도와 관련하여 해결해야 할 문제도 발견되었다. 실험의 모든 과정을 학생 자신들이 해결해 나가야 했던 처치집단 학생들에게 수업의 즐거움과 탐구에 대한 태도 점수가 감소하는 측면이 있었다.
본 연구에서 적용한 과학 탐구학습이 과학 탐구능력에서 전반적으로 긍정적이었지만 과학 수업에 대한 태도와 관련하여 해결해야 할 문제도 발견되었다. 실험의 모든 과정을 학생 자신들이 해결해 나가야 했던 처치집단 학생들에게 수업의 즐거움과 탐구에 대한 태도 점수가 감소하는 측면이 있었다. 이는 수업 시간에 비하여 학생들이 수행해야 할 역할이 증가되고, 정해진 시간동안에 수행해야 할 과제가 많아졌기 때문으로 학생들의 역할이 증가된 개방적 과학 탐구학습의 수업을 설계함에 있어서 고려되어야 할 점으로 남는다.
후속연구
학생들에게 과학 수업에 대한 태도 향상을 위해서만 흥미 위주의 수업을 제공하는 것에 그치는 실험이 과학의 궁극적 목적의 성취를 위해 어떻게 변화해나가야 할지 본 연구는 좋은 방향을 제시해 줄 수 있을 것이다. 그러므로 단원의 성격상 모든 수업을 실험으로 진행하기는 어렵더라도 각 단원에서 탐구 요소의 한 가지씩이라도 연습할 수 있는 기회를 제공하고, 중단원에서 학생들이 조별로 탐구과정을 설계하고 검증하는 경험을 할 필요가 있다. 본 연구에서는 한 차시에 실험과 함께 해결해야 할 탐구 요소가 많아서 학생들에게 부담감이 컸으므로 차후 연구에서는 한 차시에 해결해야 할 탐구 요소를 적절히 분배하여 학생들의 부담을 줄이면서도 가설검증 학습모형의 장점을 최대한 살릴 수 있는 학습 방법을 찾아 볼 필요가 있다.
그러므로 단원의 성격상 모든 수업을 실험으로 진행하기는 어렵더라도 각 단원에서 탐구 요소의 한 가지씩이라도 연습할 수 있는 기회를 제공하고, 중단원에서 학생들이 조별로 탐구과정을 설계하고 검증하는 경험을 할 필요가 있다. 본 연구에서는 한 차시에 실험과 함께 해결해야 할 탐구 요소가 많아서 학생들에게 부담감이 컸으므로 차후 연구에서는 한 차시에 해결해야 할 탐구 요소를 적절히 분배하여 학생들의 부담을 줄이면서도 가설검증 학습모형의 장점을 최대한 살릴 수 있는 학습 방법을 찾아 볼 필요가 있다.
본 연구에서 개방적 가설검증 학습모형을 적용한 과학 탐구학습이 학생들에게 비록 어렵고 힘든 경험이었지만 학생들의 과학 탐구능력 향상에 효과적이었다. 학생들에게 과학 수업에 대한 태도 향상을 위해서만 흥미 위주의 수업을 제공하는 것에 그치는 실험이 과학의 궁극적 목적의 성취를 위해 어떻게 변화해나가야 할지 본 연구는 좋은 방향을 제시해 줄 수 있을 것이다. 그러므로 단원의 성격상 모든 수업을 실험으로 진행하기는 어렵더라도 각 단원에서 탐구 요소의 한 가지씩이라도 연습할 수 있는 기회를 제공하고, 중단원에서 학생들이 조별로 탐구과정을 설계하고 검증하는 경험을 할 필요가 있다.
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