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문제 정의
- 이 연구에서는 문제해결형 탐구 실험의 문제 상황에서 SWH를 활용하여 실험 수행 중에 문제 해결을 위한 별도의 사고의 기회를 줌으로써 학생들의 과학탐구 활동에 긍정적인 효과가 있는지 분석해 보고자 한다.
- 이 연구에서는 학생들의 과학 탐구능력을 향상시키기 위해 개발된 문제해결형 탐구 실험 모듈을 중학교계발 활동 시간에 적용하여 모듈 활동 과정에서의 SWH의 활용에 의한 적용 효과를 분석하였다.
제안 방법
- SWH 사후 설문. 18차시에 해당하는 모든 모듈 활동이 이루어진 이후 SWH 실험군에게 SWH 활용이 문제해결과정에서 효과적인 역할을 하는지에 대한 학생들의 인식을 알아보기 위한 SWH 사후 설문을 실시하였다.
- 2005년 4월부터 10월까지 전일제 계발활동 시간을 활용하여 총 18차시 6개의 모듈 활동을 수행하였는데, 매회 3차시 분량으로 구성된 하나의 모듈 활동을 연속적으로 실시하였다. 매 모듈 활동마다 활동 후에 사후 설문을 수행하였다.
- 보완하여 정교화시키고, 토의 과정을 통해 도달한 결론을 글로 작성하여 정리하도록 구성되어 있다. SWH 파란색 카드에 제시된 문제 해결 방안을 모둠별 토의 후 SWR 초록색 카드를 작성하는 활동을 통해 수정 . 보완한 학생들은 11명 중 6명이 었으며, 탐구 능력별로 상위 수준 3명, 중위 수준 1명, 하위 수준 2명이었다.
- 작성된 SWH 카드. 각 모듈 활동이 진행되는 동안 학생들이 활동지를 작성하는데, 진행 과정에서 발생하는 문제 상황에서 SWR 실험군들이 작성한 SWH 파란색 카드와 SWH 초록색 카드를 수집하였다.
- 보완한 것으로, 표 2과 표 3에 제시하였다. 그러나 카드 작성을 통해서 개별적으로 생각할 수 있는 시간을 제공한다는 차이 외에 내용적인 차이는 발생하지 않도록 구성하여 적용하였다.
- 동일한 모듈 활동을 진행하되, SWH를 활용한 모둠의 경우 활동지의 일부와 별도의 SWR 카드를 작성하도록 하였으며, SWH를 활용하지 않은 모둠은 활동지를 작성하도록 하였다. 즉, 문제가 발생하기 전까지는 모든 모둠이 동일한 과정이 포함된 활동지를 활용하게 되지만, 문제가 발생하게 되면 SWH를 활용한 모둠은 SWH 카드를, SWH를 활용하지 않은 모둠은 활동지에 포함되어 있는 과정을 계속해서 작성하게 된다.
- 학생들의 긍정적인 태도를 명확히 분석하기 위하여 카드작성의 어려움과 문제 해결에의 도움에 대한 응답 중에서 중립적인 의미에 해당되는, 보통이다, 를 선택한 경우 긍정에 포함시키지 않았다. 따라서, 설문 문항에 대한 카드별 변화 추이에서, 보통이다, 는, 어렵지 않았다, 와, 도움이 되지 않았다, 에 포함시켜 분석하였다.
- 매 모듈 활동 후 모듈 활동에 대한 설문을 실시하였는데, 특히 이 설문에는 활동 중에 발생한 문제에 대한 인식을 알아보는 문항이 포함되어 있었다. 서술형 문제 인식문항인 , 실험 상황에서 발생한 문제에 대하여 정확하게 인식하고 있는가, 에 대한 분석 결과를 표 4어〕, 6 가지 모듈의 평균 응답 비율을 그림 2 에 제시하였다.
- 실시하였다. 매 모듈 활동마다 활동 후에 사후 설문을 수행하였다. 과학에 대한 인식 및 태도 변화를 알아 보기 위하여 사전 .
- 문제해결형 탐구 실험 모듈은 실험 과정 중에 문제 상황이 발생하도록 구성되어 있는데, 이 때 SWH 파란색 카드와 SWH 초록색 카드를 작성함으로써 학생들에게 충분히 사고할 수 있는 기회를 제공하는 전략을 활용하여 적용하였다. 먼저 SWH 파란색 카드의 작성을 통해 미리 개별적으로 문제 해결 방안을 제안하는 기회를 갖고, SWH 초록색 카드를 작성하면서 모둠 구성원들과의 토의하고 실험을 통해 결정한 문제 해결 방안을 직접 수행하게 된다. 문제 상황에서 SWH 의 활용에 따른 적용 효과를 비교하기 위하여 탐구 활동과정을 관찰하면서 수집한 활동 설문, SWH 사후 설문을 분석하였다.
- 먼저 SWH 파란색 카드의 작성을 통해 미리 개별적으로 문제 해결 방안을 제안하는 기회를 갖고, SWH 초록색 카드를 작성하면서 모둠 구성원들과의 토의하고 실험을 통해 결정한 문제 해결 방안을 직접 수행하게 된다. 문제 상황에서 SWH 의 활용에 따른 적용 효과를 비교하기 위하여 탐구 활동과정을 관찰하면서 수집한 활동 설문, SWH 사후 설문을 분석하였다. 그 결과, SWH 활용이 실험 과정에서의 학생들의 문제 인식에 긍정적인 영향을 미친 것으로 나타났고, 문제 상황에서의 SWH 활용 효과에 대한 학생들의 인식도 긍정적으로 나타났다.
- 문제해결형 모듈의 적용시 학생들에게 사고를 통해 고등 탐구능력의 활용을 유도하기 위해 SWH 전략을 활용하였는데, SWH를 활용한 실험군 3개의 모둠 11 명과 SWH를 활용하지 않은 통제군 3개의 모둠 12명으로 구성하였다. 사전 검사 도구로는 과학 탐구능력검사(TSPS), 논리적 사고력 검사(GALT), 과학적 태도 검사(TOSRA)를 사용하였으며, 과학 성취도는 학교에서 실시된 지필 검사 점수를 근거로 하였다.
- 충북 청주시 소재。중학교 과학탐구반 학생 23명 대상으로 전일제 계발활동 18차시에 걸쳐 완성된 6개 모듈을 적용하였다. 문제해결형 탐구 실험 모듈은 실험 과정 중에 문제 상황이 발생하도록 구성되어 있는데, 이 때 SWH 파란색 카드와 SWH 초록색 카드를 작성함으로써 학생들에게 충분히 사고할 수 있는 기회를 제공하는 전략을 활용하여 적용하였다. 먼저 SWH 파란색 카드의 작성을 통해 미리 개별적으로 문제 해결 방안을 제안하는 기회를 갖고, SWH 초록색 카드를 작성하면서 모둠 구성원들과의 토의하고 실험을 통해 결정한 문제 해결 방안을 직접 수행하게 된다.
- 문제해결형 탐구 실험의 활동 과정에서 발생하는 문제 상황에서 SWH 실험군은 통제군과 달리 SMH 카드를 작성하도록 하였다., 푸른 장미를 만드는 마술, 모듈의 학생들이 작성한 카드를 분석한 결과, , 붉은 장미를 그 상태를 잘 보존하여 푸른 장미로 만들기, 나, 장미의 세포를 파괴하지 않고 파랗게 변화시키기' 등 정확한 문제 인식을 표현한 학생들이 있었으며, 이는 모두 탐구 능력이 상위 수준으로 나타난 학생들의 응답이었다.
- 보완되어 개발된 문제해결형 탐구 모듈을 중학교 과학탐구반 23명을 대상으로 적용하여 SWH의 활용 효과를 살펴보았다.
- 80 이었다. 사전 검사 결과를 바탕으로 인지수준 및 과학 성취도, 과학적 태도도 비교적 모둠 간의 수준이 유사하도록 구성하였다.
- '푸른 장미를 만드는 마술'이라는 모듈의 경우 B 활동에서 장미꽃을 암모니아수에 직접 담갔을 때 조직이 파괴되어 갈변하는 문제가 발생한다. 이 문제를 해결할 방안을 모둠별로 제안하여 실험 과정을 설계한 후 직접 수행하도록 구성되어 있다.
- 즉, 학생들에게 사고의 과정을 스스로 정리할 수 있는 시간을 부여한다는 것이 SWH의 가장 큰 의의이다. 이 연구에서는 문제해결형 탐구 모듈 활동 중 문제 상황이 발생했을 때 활동지와 별도로 SWH 카드를 제공하는 방식으로 SWH 전략을 활용하였다.
- 이 연구에서는 문제해결형 탐구 실험 모듈을 과학탐구반 중학생 대상으로 적용하였고 모듈 적용시 SWH (Science Writing Heuristic)를 활용하였다. 충북 청주시 소재。중학교 과학탐구반 학생 23명 대상으로 전일제 계발활동 18차시에 걸쳐 완성된 6개 모듈을 적용하였다.
- 이 연구에서는 현장 교사 웍샵을 통해 타당성 검증과정을 거쳐 1차 수정을 한 후 과학교육 전공 교수를 포함한 과학교육과 교수 5인을 포함한 연구진 11명에 의한 수차례의 공개 세미나를 통해 수정 . 보완되어 개발된 문제해결형 탐구 모듈을 중학교 과학탐구반 23명을 대상으로 적용하여 SWH의 활용 효과를 살펴보았다.
- 즉, 문제가 발생하기 전까지는 모든 모둠이 동일한 과정이 포함된 활동지를 활용하게 되지만, 문제가 발생하게 되면 SWH를 활용한 모둠은 SWH 카드를, SWH를 활용하지 않은 모둠은 활동지에 포함되어 있는 과정을 계속해서 작성하게 된다. 활용한 SWR 카드의 구조는 Keys 등(1999)의 연구에 제시된 학생 사고 템플릿을 수정 . 보완한 것으로, 표 2과 표 3에 제시하였다.
- 과학에 대한 인식 및 태도 변화를 알아 보기 위하여 사전 . 후 설문을 실시하였다.
대상 데이터
- 개발된 문제해결형 탐구 실험 모듈을 충북 청주시 소재 C중학교 3학년 23명에게 적용하였으며, 모듈의 세부 활동 주제는 표 1과 같다. 문제해결형 탐구 실험은 활동 과정에서 발생한 문제를 인식하고 이를 해결하기 위해 스스로 실험 과정을 수정하거나 대안적인 실험 과정을 설계해야 한다.
- 소재。중학교 과학탐구반 학생 23명 대상으로 전일제 계발활동 18차시에 걸쳐 완성된 6개 모듈을 적용하였다. 문제해결형 탐구 실험 모듈은 실험 과정 중에 문제 상황이 발생하도록 구성되어 있는데, 이 때 SWH 파란색 카드와 SWH 초록색 카드를 작성함으로써 학생들에게 충분히 사고할 수 있는 기회를 제공하는 전략을 활용하여 적용하였다.
이론/모형
- 구성하였다. 사전 검사 도구로는 과학 탐구능력검사(TSPS), 논리적 사고력 검사(GALT), 과학적 태도 검사(TOSRA)를 사용하였으며, 과학 성취도는 학교에서 실시된 지필 검사 점수를 근거로 하였다. 과학탐구능력에 주안을 두었기 때문에 모둠은 과학 탐구능력에 따라 상위 수준 2명, 중위 수준 1명, 하위 수준 1명으로 구성하였다.
성능/효과
- 관련성을 그림 5에 나타내었다., 파란색 카드작성이 문제 해결에 도움이 되었는가, 어〕대해 그렇다고 대답한 학생군이 그렇지 않았다고 대답한 학생군에 비해 정확한 문제 인식을 한 것으로 분석되었다. 도움이 되었다고 응답한 학생군 중 87%가 문제를 인식하고 13%만이 문제를 인식하지 못한 것으로 나타난 것에 반해 도움이 되지 않았다고 응답한 학생군 중 70%가 문제를 인식하고 30%는 문제를 인식하지 못한 것으로 나타났다.
- 6개의 활동 설문 문항 분석 결과, SWH 통제 군보다 SWH 실험군에서 발생한 문제에 대해 정확하게 인식하는 정도가 높게 나타났다. 특히 SWH 실험군은 문제 인식이 정확하게 이루어졌다고 판단할 수 있는 2점을 획득한 학생들이 모듈당 평균 38%인데 반해 SWH 통제군은 21%에 그쳤다.
- SWH의 활용 결과, 활동 설문에서 SWH 실험군이 통제 군보다 모듈 활동 중에 발생한 문제를 정확하게 인식하는 학생들이 많았다. 또한, SWH 실험군에 대한 SWH 사후 설문 결과, SWH 활용이 문제해결에 긍정적이라고 인식한 학생들이 대부분이었다.
- 문제 상황에서 SWH 의 활용에 따른 적용 효과를 비교하기 위하여 탐구 활동과정을 관찰하면서 수집한 활동 설문, SWH 사후 설문을 분석하였다. 그 결과, SWH 활용이 실험 과정에서의 학생들의 문제 인식에 긍정적인 영향을 미친 것으로 나타났고, 문제 상황에서의 SWH 활용 효과에 대한 학생들의 인식도 긍정적으로 나타났다.
- , 파란색 카드작성이 문제 해결에 도움이 되었는가, 어〕대해 그렇다고 대답한 학생군이 그렇지 않았다고 대답한 학생군에 비해 정확한 문제 인식을 한 것으로 분석되었다. 도움이 되었다고 응답한 학생군 중 87%가 문제를 인식하고 13%만이 문제를 인식하지 못한 것으로 나타난 것에 반해 도움이 되지 않았다고 응답한 학생군 중 70%가 문제를 인식하고 30%는 문제를 인식하지 못한 것으로 나타났다. 반면, 초록색 카드 작성에 대한 학생들의 평가에 따른 문제 인식의 정도에서는 뚜렷한 차이가 나타나지 않았다.
- 또한, SWH 실험군에 대한 SWH 사후 설문 결과, SWH 활용이 문제해결에 긍정적이라고 인식한 학생들이 대부분이었다. 따라서 개별, 모둠별로 카드 작성을 통해 사고할 수 있는 기회를 제공하는 SWH 활용이 문제 해결 과정에서 정확한 문제 인식에 효과적인 전략임을 확인할 수 있었으며, 수행 전에 충분한 사고를 유도한다는 측면에서 과학 탐구능력 향상에 긍정적인 효과를 기대할 수 있다고 판단된다.
- 또한, 문제 인식에 대해 불분명한 개념만을 제시하거나 기술하지 않아 0점을 획득한 학생들이 SWH 통제군에 비해 적었다. 따라서 설문 결과를 통해 SWH의 활용이 과학 탐구능력이 요구되는 문제 해결 과정에서 발생한 문제를 정확하게 인식하는 데에 긍정적인 영향을 끼쳤음을 확인할 수 있었다.
- 응답하였다. 또한, 이들 중 탐구 능력이 상위인 1명만 '상태를 잘 보존하면서 붉은 장미를 푸른 장미로 만들기'라고 응답하여 문제를 완전하게 인식한 것으로 나타났다.
- 파란색 카드작성이 문제 해결에 도움이 되었다고 한 6명의 학생들 중 2명은 탐구 능력 수준이 상위인 학생들로 SWH 파란색 카드 작성시 문제를 완전하게 인식한 것으로 나타났으나, 파란색 카드 작성이 문제 해결에 도움이 되지 않았다고 한 5명의 학생들은 모두 문제를 불완전하게 인식한 것으로 나타났다. 또한, 탐구능력이 중위 수준인 학생들 3명 모두 파란색 카드 작성이 문제 해결에 도움이 되었다고 응답하였으며, 탐구 능력이 하위 수준인 학생들 3명 모두 초록색 카드작성이 문제 해결에 도움이 되었다고 응답하여 탐구능력별로 두드러진 특징을 나타내었다. 이를 통해 탐구 능력이 중위 수준인 학생들에게 문제 해결 활동중 스스로 생각할 기회를 제공하는 것이 보다 효과적이며, 하위 수준의 학생들의 경우는 모둠 내 동료의 도움과 안내가 필요함을 판단할 수 있다.
- 마지막으로, , SWH 방식과 일반적인 방식 중 어느것이 문제 해결에 효과적인가?'라는 총괄적인 문항에서는 SWH를 활용해 본 11명의 학생들 중에서 7명이 SWH 카드 사용에 대해 긍정적인 응답을 하여 학생들에게 문제를 인식하고 해결방안을 구안하는 데 효과적인 방법으로 인식함을 알 수 있었다. 또한, 문제해결 과정에서 적절히 사용될 경우 학습 효과를 보다높일 수 있으며, 실험 활동에서 심도 있는 탐구가 이루어지도록 학생들이 사고할 수 있는 기회를 제공할 수 있다고 판단된다.
- 모듈 활동 설문과 SWH 사후 설문을 통하여 SWH 활용 효과를 살펴본 결과, 소집단 적용이라는 제한으로 일반화에 어려움이 있긴 하나, SWH 활용이 실험 활동에서 과학 탐구 과정의 첫 단계인 문제인식을 유도하거나 문제 해결 능력 등의 향상에 긍정적인 영향을 끼침을 확인할 수 있었다.
- 이 연구 결과에 의하면, SWH를 활용한 문제 해결형 탐구 모듈을 학교 현장에 활용할 경우 학생들에게 실험 활동에 대한 흥미를 유발하고 문제 해결 과정에서 요구되는 과학 탐구능력을 향상시키는 데에 긍정적인 효과를 얻을 것으로 사료된다.
- 정도가 높게 나타났다. 특히 SWH 실험군은 문제 인식이 정확하게 이루어졌다고 판단할 수 있는 2점을 획득한 학생들이 모듈당 평균 38%인데 반해 SWH 통제군은 21%에 그쳤다. 또한, 문제 인식에 대해 불분명한 개념만을 제시하거나 기술하지 않아 0점을 획득한 학생들이 SWH 통제군에 비해 적었다.
후속연구
- 필요하다. 또한, 문제 인식에 중점을 두어 살펴본 SWH의 효과를 확장하여 탐구 모듈 활동에서의 SWH 활용이 과학 성취도에 미치는 영향에 대한 후속 연구가 필요하다.
- 방법으로 인식함을 알 수 있었다. 또한, 문제해결 과정에서 적절히 사용될 경우 학습 효과를 보다높일 수 있으며, 실험 활동에서 심도 있는 탐구가 이루어지도록 학생들이 사고할 수 있는 기회를 제공할 수 있다고 판단된다. 이는 SWH 실험집단이 통제집단에 비해 실험에 대한 더 많은 사고와 학습을 유도하는 것으로 나타난 Rudd 등(2001)의 연구 결과나 개념적 질문 수행, 명확한 사고 인식 등에서 긍정적인 효과가 나타난 Hohenshell과 Hand(2006)의 연구 결과와 일치하는 것이다.
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