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문제 정의
- 설문지를 제작하였다. 설문지에서는 수업 프로그램 활동을 수행하면서 좋았던 점, 어려웠던 점, 자신에게 도움이 되었다고 생각하는 점 등을 질문하였다. 또한 활동 과정 중 창의적인 생각, 과학적인 생각, 비판적인 생각, 모둠원들과의 토론이 가장 많이 필요했던 단계와 그 이유는 무엇인가라는 내용으로 구성하였다.
- 이 연구는 가설-연역적 방법론에 따른 수업 모형의 개발과 그에 따라 고안된 수업 프로그램의 현장 적용이 창의적 사고, 비판적 사고 및 과학적 태도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위한 목적으로 실시되었다.
- 과학적 의문점을 해결하려면 과학 지식이나 과학적 탐구 능력뿐만 아니라 창의적인 사고가 필요하고, 합당한 창의를 위해서라면 필연적으로 비판적인 사고를 거쳐야 함을 전제로 과학 교과 내에서 고등 사고력의 향상까지 목표를 확장한 수업 프로그램이 개발되어야 한다. 이와 같은 필요성에 의해서 본 연구에서는 가설-연역적 방법론에 따른 수업 모형을 개발하고, 이 모형을 학교 현장에서 실질적으로 적용할 수 있는 수업프로그램을 고안하여 수업 프로그램의 현장 적용이 학생들의 창의적 사고와 비판적 사고 및 과학적 태도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다.
제안 방법
- 실험 집단의 학생들은 4 명이 한 모둠이 되도록 구성하였는데, 인지 수준과 성에 따라 이질적으로 편성하였다. 7개의 모둠 단위로 2 개 반을 구성하여 격주로 토요일 오후에 수업 프로그램을 적용하였다.
- 후에 학생들의 과학적 태도의 변화를 알아보기 위하여 김효남 등(1998)이 개발한 '국가 수준의 과학과 관련된 정의적 영역 평가 체제' 중 과학적 태도에 관한 21개 문항을 사용하였다. 과학적 태도 검사는 개방성, 호기심, 비판성, 협동성, 자진성, 끈기성, 창의성의 7개 하위 범주로 세분화되어 있으며, 각 평가 문항은 5단계 리커트 척도로 제작되었다.
- 이 방법론에 따르면 과학자들은 과학적 지식을 생성하기 위하여 인과적 의문을 발상하고, 의문에 대한 잠정적인 해답인 가설을 생성하며, 생성한 가설을 검증하기 위해 검증 방법을 고안하고, 검증 방법에 따라 실험을 실시했을 때 얻어질 결과를 미리 예상한다. 그런 후 실제 실험을 실시하여 얻은결과와 예상한 결과를 비교함으로써 가설을 검증한다. (Lawson, 1995).
- 먼저, 가설-연역적 방법론에 따른 수업 모형을 개발하였고, 개발한 모형을 직접 활용할 수 있도록 수업 프로그램을 고안하여 학교 현장에 적용하였다. 수업 프로그램의 적용 전후에 실시한 TTCT-언어 검사 결과는 귀추에 근거한 가설-연역적 수업 프로그램이 창의적 사고력을 향상시켰음을 보여주었다.
- 문제점을 보완하였다. 이 모형은 크게 두 단계로 구성되는데, 먼저 귀추에 의하여 가설이 생성되는 과정과 연역에 의하여 가설이 검증되는 두 단계가 그것이다.
- , 논거의 평가(evaluation of arguments)'는 논쟁중인 특정한 문제에 대하여 강하고 관련성이 있는 논거와 약하고 관련성이 없는 논거를 구분하는 내용으로 구성되어 있다. 비판적 사고력 검사지의 모든 문항은 선다형으로 구성되어 있으며, 항목 별 정답수를 하위항목의 점수로, 각 하위 항목 점수의 총합을 비판적 사고력 총점으로 해석하였다.
- 또한 활동 과정 중 창의적인 생각, 과학적인 생각, 비판적인 생각, 모둠원들과의 토론이 가장 많이 필요했던 단계와 그 이유는 무엇인가라는 내용으로 구성하였다. 설문지의 문항은 완전 개방형으로, 학생들은 특별한 제한 없이 자신의 생각을 자유롭게 기술할 수 있도록 구성하였다.
- 수업 프로그램이 종료된 후에 설문 조사를 통해서 수업 프로그램에 대한 연구 대상 학생들의 의견을 묻고 결과를 분석하였다. 학생들은 수업 프로그램을 수행하면서 가장 좋았던 점에 대하여 주로 여러가지 실험을 실제로 해 본 것과 모르던 사실을 알게 된 점을 들었다.
- 수업 프로그램이 종료된 후에 수업 프로그램에 참여한 학생들의 의견을 묻기 위하여 총 7개의 문항으로 구성된 설문지를 제작하였다. 설문지에서는 수업 프로그램 활동을 수행하면서 좋았던 점, 어려웠던 점, 자신에게 도움이 되었다고 생각하는 점 등을 질문하였다.
- 따라서 교사는 학생들이 실험을 설계하는 과정을 지나치게 막연하다고 느끼지 않도록 실험 설계의 내용에는 조작 방법과 관찰 방법이 모두 포함되고 그방법이 구체적으로 계획되도록 안내하였다. 실험 설계가 이루어진 후에는 이러한 설계에 따라 실험을 수행하였을 때 얻어질 것으로 예측되는 결과를 기술하는 , 실험 결과 예측하기, 단계를 진행하여, 실험의 수행이후에 실제로 얻어질 결과를 변인간의 관계를 통해 기록하도록 하였다. 이후, 실험 수행하여 결과얻기, 단계에서 얻어진 실제 결과와 전 단계의 예측 결과를 비교하여 '가설의 수용과 기각 판단하기, 의 단계를 통해 가설의 수용 여부를 평가할 수 있도록 하였다.
- 먼저 수업 프로그램의 원활한 적용을 위해서 1차시의 오리엔테이션 시간을 가졌으며, 이후 진행된 수업 프로그램 1주제 당 소요시간은 대략 120분 내외였다. 실험 집단의 학생들은 4 명이 한 모둠이 되도록 구성하였는데, 인지 수준과 성에 따라 이질적으로 편성하였다. 7개의 모둠 단위로 2 개 반을 구성하여 격주로 토요일 오후에 수업 프로그램을 적용하였다.
- 이러한 과정을 통해서, 다양한 가설 제안하기'가 이루어지는데, 다양한 가설이 발명될수록 그럴듯한 가설이 설정될 가능성이 높아지고, 어떤가설도 비판받지 않는 허용된 분위기 속에서 학생들은 자신의 의견을 발표하는 일에 두려움을 갖지 않게 된다. 이렇게 발명된 많은 가설 중에서 모둠원간의 토론을 통하여 가장 적절한 가설을 설정하도록 하는, 가설설정하기, 단계가 이어지도록 하였다. 이러한 전략은 학생들의 고등 사고력의 향상에 기여할 수 있는데, 가설을 생성하고 아이디어를 생각해내는 단계에서는 창의적 사고 성향이 작용할 수 있고, 이미 발명된 여러가설을 다듬고 정교화하고 가장 적절한 가설을 선택하는 단계에서는 학생들의 비판적 사고 성향이 보다 강하게 작용할 수 있기 때문이다.
- 이 단계에서 교사는 학생들에게 단순한 관찰뿐만 아니라 조작적 관찰의 기회를 충분히 제공하고 적절한 질문과 자극을 통하여 관찰을 적극적으로 유도하여 스스로 의문을 느껴서 진술할 수 있도록 하였다. 이어지는 단계는, 유사 경험 떠올리기, 인데, 사전 연구에 따르면 가설을 설정하는 단계에서는 의문 상황과 유사한 경험을 다양하게 제공하여 주는 것이 귀추에 의한 가설 설정에 실질적인 도움을 주므로(박은미, 강순희, 2006a), 교사가 미지의 현 상황과 유사한 경험을 다양하게 제공해 줄 뿐만 아니라 학생 스스로도 유사 경험이나 사전 과학 지식을 적극적으로 회상하도록 하고, 각자의 경험에서 찾아진 설명자를 거침없이 발언하는 기회를 제공하였다. 이러한 과정을 통해서, 다양한 가설 제안하기'가 이루어지는데, 다양한 가설이 발명될수록 그럴듯한 가설이 설정될 가능성이 높아지고, 어떤가설도 비판받지 않는 허용된 분위기 속에서 학생들은 자신의 의견을 발표하는 일에 두려움을 갖지 않게 된다.
- 이연구에서 사용한 교수법은 지식의 획득이나 개념의 이해 혹은 학업 성취도 등이 향상되기를 기대하는, 교과지향 교수 전략(subject matter centered instruction)'이아니라, 일반적으로 인지 수준이나 사고력 등을 향상시키기 위하여 정규 교과 시간 이외에 부가적으로 적용하는 '간섭 교수 전략(intervention study program)'의 일환이므로 실험 집단과 통제 집단에 모두 사전 검사를 실시한 후에 실험 집단에만 모듈식 수업 프로그램을 투입하고 두 집단 모두에 사후 검사를 실시하였다.
- 실험 설계가 이루어진 후에는 이러한 설계에 따라 실험을 수행하였을 때 얻어질 것으로 예측되는 결과를 기술하는 , 실험 결과 예측하기, 단계를 진행하여, 실험의 수행이후에 실제로 얻어질 결과를 변인간의 관계를 통해 기록하도록 하였다. 이후, 실험 수행하여 결과얻기, 단계에서 얻어진 실제 결과와 전 단계의 예측 결과를 비교하여 '가설의 수용과 기각 판단하기, 의 단계를 통해 가설의 수용 여부를 평가할 수 있도록 하였다.
- , 독창성(originality), 은 자명하거나 평범하고 상투적이거나 진부하거나 또는 기정 사실 같은 것과는 거리가 먼 아이디어를 생산해 낼 수 있는 능력을 의미하는 것으로서, 학생이 생성해낸 반응중 빈번하지 않은 반응의 수이다. 창의적 사고력 검사에 대한 채점은, 한국판 TTCT(언어)-검사, 를 공급하는 공급처의 전문가에게 의뢰하였고, 검사 결과는 세 요소의, 표준 점수'와 창의력 수준을 전체적으로 가장 잘보여주는 세 요소의 표준 점수 평균값인, 평균 표준 점수, 를 이용하여 해석하였다.
대상 데이터
- 실험집단은 특별활동으로 과학반을 선택한 학생 56명(남학생 28명, 여학생 28명)이었으며, 통제 집단은 같은 학년의 일반 학급 2개 반의 58명(남학생 29명, 여학생 29명) 이었다.
- 이 연구는 서울시에 소재한 인문계 남녀공학 고등학교의 1학년 학생 114명을 대상으로 진행하였다. 실험집단은 특별활동으로 과학반을 선택한 학생 56명(남학생 28명, 여학생 28명)이었으며, 통제 집단은 같은 학년의 일반 학급 2개 반의 58명(남학생 29명, 여학생 29명) 이었다.
데이터처리
- 수업 프로그램의 실시 과정에서 이루어진 직접적인 관찰과 수업 프로그램의 진행 후에 실시한 설문 조사내용은 질적으로 분석하였고, 사전-사후 검사에 따른 모든 통계 처리는 SPSS 12.0 프로그램을 사용하였다.
이론/모형
- 연구 대상 학생들의 인지 수준을 측정하기 위하여 Roadranka, Yeany & Padilla(1983)가 개발한 GALT (Group Assessment of Logical Tliinking)-short version 을 사용하였다. 검사지는 보존 논리, 비례 논리, 확률논리, 변인 통제 논리, 상관 논리, 조합 논리의 6개의사고 유형에 관련된 문항으로 구성되어 있다.
- 이 연구는 사전-사후 검사 통제 집단 설계(pretest -posttest control group design)의해서 진행되었다. 이연구에서 사용한 교수법은 지식의 획득이나 개념의 이해 혹은 학업 성취도 등이 향상되기를 기대하는, 교과지향 교수 전략(subject matter centered instruction)'이아니라, 일반적으로 인지 수준이나 사고력 등을 향상시키기 위하여 정규 교과 시간 이외에 부가적으로 적용하는 '간섭 교수 전략(intervention study program)'의 일환이므로 실험 집단과 통제 집단에 모두 사전 검사를 실시한 후에 실험 집단에만 모듈식 수업 프로그램을 투입하고 두 집단 모두에 사후 검사를 실시하였다.
- 수업 프로그램 적용 전 . 후에 학생들의 과학적 태도의 변화를 알아보기 위하여 김효남 등(1998)이 개발한 '국가 수준의 과학과 관련된 정의적 영역 평가 체제' 중 과학적 태도에 관한 21개 문항을 사용하였다. 과학적 태도 검사는 개방성, 호기심, 비판성, 협동성, 자진성, 끈기성, 창의성의 7개 하위 범주로 세분화되어 있으며, 각 평가 문항은 5단계 리커트 척도로 제작되었다.
- 수업 프로그램 적용 전 . 후에 학생들의 비판적 사고의 변화를 알아보기 위하여 'Watson - Glaser Critical Thinldng Appraisal(WGCTA), Short Form, 을 사용하였다. 비판적 사고력 검사는 5개의 하위 검사로 이루어져 있는데, 추론, 가정의 인지, 연역, 해석, 논거의 평가에 대하여 총 40개의 문항으로 구성되어 있다.
- 수업 프로그램 적용 전 . 후에 학생들의 창의적 사고의 변화를 알아보기 위하여, 한국판 TTCT-언어 검사, 를 사용하였다. 이 검사는 Torrance(2002/2004)의, Torrance Tests of Creative Thinking: Thinking Creatively with Words, Form A, 를 편역한 것이다.
성능/효과
- 고등 사고력의 신장이 현대 과학 교육의 중요한 목표라고 할 때, 이 연구에서 개발한 가설-연역적 수업프로그램은 학교 과학 실험을 통해서도 학생들이 호기심에서 출발하여 스스로 만든 문제를 창의적으로 해결하기 위한 실험 계획을 세워서 실제로 이를 검증해 보는 과학 학습을 통해 우리의 교육 현실에서 창의적 사고 능력과 비판적 사고 능력 등의 고등 사고 능력이 향상될 수 있다는 사실을 보여주었다. 다만, 이 연구에서 실시한 수업 프로그램은 다양한 소재와 범과학 교과적인 내용을 다루었고, 1주제 당 120분 내외의 시간이 소요되었으므로, 과학의 정규 교과 시간에 정규 학습내용을 가지고 다루었을 때 동일한 효과를 나타낼 수있는지에 대한 검증은 이루어지지 않았다.
- 또한 모둠별 실험을 실시하였으므로 협동성도 주요한 요인이었고, 비교적 장시간에 걸쳐 쉽지 않은 주제를 가지고 실험이 진행되었으므로 끈기 있게 문제를 해결하기 위해 노력하는 과정을 통해서 끈기성에도 변화를 가져온 것으로 판단된다. 그러나 수업 프로그램의 적용은 다른 학생의 의견을 경청하고 자신의 생각과 다른 의견을 받아들이는 개방적인 태도나, 자연 현상의 인과적 과정이나 새로운 것에 대한 호기심 면에서는 직접적인 성장을 가져오지 못한 것으로 나타났다. 또한 조별 활동을 통해서 과제를 해결하도록 구성되었기 때문에 자신이 해야 할 일이나 과제를 자기 주도적으로 해결해나가는 자진성의 측면에서도 유의미한 향상을 가져오지 못한 것으로 판단된다.
- 따라서 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 현상 관찰하기, 로부터, 가설의 수용과 기각 판단히.기, 까지의 과정을 진행한 후에, 전체 토론 시간을 통해 모둠별로 자신들이 설정한 가설로부터 검증에 이르는 전 단계를 구체적으로 발표하고 다른 모둠의 학생들은 그 내용을 보고서에 기록함으로써 가설 검증의 순환적인 과정을 반복하는 효과를 꾀하였고, 더불어 다른 모둠의 발표를 들으면서 보완해야 할 과정이나 잘못된 판단에 대하여 토론함으로써 사고력을 증진할 수 있는 기회를 마련하였다. 자신들이 설정한 가설을 지지하는 실험 결과를 얻었다고 할지라도 자신들이 세운 가설이 무조건 참이라고 단정하는 후건 긍정의 오류에 빠지지 않도록, 일단은 가설이 옳다는 결론을 유보한 채 다른 가능한 가설이 존재할 수 있는지를 살펴보는 것이 필요하므로 다른 모둠에서 설정한 가설에 대하여 호의를 가지고 가설의 평가 단계에 동참하는 과정이 필요하다.
- 끝으로 수업 프로그램에 참여한 학생들을 대상으로 수업 프로그램에 대한 의견을 설문 조사한 결과, 학생들은 수업 프로그램을 진행하는 과정에서 과학적인 생각, 새로운 생각, 비판적인 생각을 계속 해야 하는 것에 어려움을 느끼고 부담스러워했으나, 수업 프로그램이 종료된 후에는 스스로 생각하는 능력이 생겼다고 진술하였다.
- 차이를 나타낼 수 있다. 따라서 두 집단을 대상으로 김효남 등(1998)이 개발한 과학적 태도 검사를실시하고 독립 표본 t-검증한 결과, 표 2와 같이 두 집단 간에는 과학적 태도에 있어서 통계적으로 유의미한차이가 없는 것으로 나타났다
- 이러한 결과는 미지의 현상에 대한 과학적 원인을 추론하고 설명하는 과정에서 요구되는 능력은 단순히 상투적이거나 진부하거나 또는 기정사실과 거리가 먼 독특한 아이디어를 많이 생산해 내는 능력이 아니라, 주어진 상황에 적절한 아이디어를 풍부하고 다양하게 생산하는 능력이라는 사실을 알려준다. 또한 수업 프로그램의 적용 전후에 실시한 WGCTA 검사 결과는 가설-연역적 수업 프로그램이 비판적 사고력도 향상시켰음을 보여주었다. 즉, 가설-연역적 수업 프로그램의 적용이 객관적 증거에 바탕을 두어 인과관계를 밝히고, 그것으로부터 결론을 맺는 사고인 비판적 사고 능력의 증진에 기여한다는 사실을알 수 있다.
- 즉, 과학적 탐구 기능(scientific inquiry skills)과 일반적인 비판적 사고 기능(general critical thinking skills)은 부분적으로 중첩되어 과학적인 비판적 사고 기능(scientific critical thinking skills)을 형성한다는 것이다. 본 연구에서 개발된 가설-연역적 수업프로그램은 과학적이고 비판적인 사고력의 향상을 위해서 일반적인 비판적 사고 기능과 과학적 탐구 기능이 적절히 상호 작용할 수 있는 장을 마련하는 역할을 했다고 볼 수 있다. 하지만 비판적 사고력을 구성하는 각각의 하위 항목에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았는데 이는 비판적 사고 능력을 판단하기 위해서는 개별적인 하위 검사를 구체적으로 평가하는 것보다 이들이 복합적으로 작용하여 나타난 전체 점수로 해석하는 것이 바람직하다는 Watson & GIaser(1994)의 견해와 일치된 결과를 나타낸 것으로 해석된다.
- 분석 결과 과학적 태도 점수에 있어서 실험 집단의 교정 평균은 통제 집단의 교정 평균보다 높았으며, 그차이는 통계적으로 유의미하였다。<.01).
- 분석 결과 비판적 사고 점수에 있어서 실험 집단의 교정 평균은 통제 집단의 교정 평균보다 높게 나타났으며, 그 차이는 통계적으로 유의미하였다(p<.05). 이것은 가설-연역적 수업 프로그램의 적용이 비판적 사고력에 향상을 가져왔음을 의미한다.
- 분석 결과 창의적 사고 점수에 있어서 실험 집단의 교정 평균은 통제 집단의 교정 평균보다 높았으며, 그차이는 통계적으로 유의미하였다(?<.05). 이것은 가설-연역적 수업 프로그램의 적용이 창의적 사고력에 향상을 가져왔음을 의미한다.
- 고안하여 학교 현장에 적용하였다. 수업 프로그램의 적용 전후에 실시한 TTCT-언어 검사 결과는 귀추에 근거한 가설-연역적 수업 프로그램이 창의적 사고력을 향상시켰음을 보여주었다. 하위 범주별로는 유창성과 융통성에서 통계적으로 유의미한 향상을 가져오는 것으로 나타났으나 독창성에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다.
- 이것은 가설-연역적 수업 프로그램의 적용이 비판적 사고력에 향상을 가져왔음을 의미한다. 이러한 결과는 가설-연역적 수업 프로그램의 적용이 객관적 증거에 바탕을 두어 인과관계를 밝히고, 그것으로부터 결론을 맺는 사고인 비판적 사고 능력의 증진에 기여한다는 사실을 알려준다.
- 이어서 수업 프로그램의 적용 전후에 실시한 과학적태도 검사 결과는 가설-연역적 수업 프로그램의 적용이 과학적 태도에 긍정적인 영향을 미친다는 사실을 보여주었다. 하위 범주별로는 비판성과 협동성, 끈기성, 창의성에서는 통계적으로 유의미한 향상을 가져오는 것으로 나타났으나, 개방성, 자진성, 호기심에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다.
- 또한 수업 프로그램의 적용 전후에 실시한 WGCTA 검사 결과는 가설-연역적 수업 프로그램이 비판적 사고력도 향상시켰음을 보여주었다. 즉, 가설-연역적 수업 프로그램의 적용이 객관적 증거에 바탕을 두어 인과관계를 밝히고, 그것으로부터 결론을 맺는 사고인 비판적 사고 능력의 증진에 기여한다는 사실을알 수 있다. 그러나 비판적 사고를 구성하는 하위 범주별로는 유의미한 차이가 나타나지 않았다.
- 이것은 가설-연역적 수업 프로그램의 적용이 창의적 사고력에 향상을 가져왔음을 의미한다. 창의적 사고를 구성하는 하위항목에 대하여 살펴보면, 유창성과 융통성(p<.05) 에 있어서는 실험 집단이 통제 집단에 비하여 통계적으로 유의미한 향상을 나타내었으나, 독창성에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 이것은 가설-연역적수업 프로그램이 많은 수의 아이디어를 생산해 내는 능력과 다양한 종류의 아이디어를 생산하고 아이디어의 생산에 있어서 여러가지 다른 전략을 사용할 줄 아는 능력의 향상에는 효과적이나, 기발하고 독특한 아이디어를 생산하는 능력에는 긍정적인 효과를 나타내지 못했음을 의미한다.
- 하위 범주별로는 비판성과 협동성, 끈기성, 창의성에서는 통계적으로 유의미한 향상을 가져오는 것으로 나타났으나, 개방성, 자진성, 호기심에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 가설을 설정하고 검증하는 과정에 비판성과 창의성이 작용하고, 모둠별 실험을 실시하였으므로 협동성도 주요한 요인이 되었으며 쉽지 않은 문제를 오랜 동안 계속해서 해결해 나가는 과정을 통해 끈기성이 향상된 것으로 판단할 수 있다.
후속연구
- 수 있다는 사실을 보여주었다. 다만, 이 연구에서 실시한 수업 프로그램은 다양한 소재와 범과학 교과적인 내용을 다루었고, 1주제 당 120분 내외의 시간이 소요되었으므로, 과학의 정규 교과 시간에 정규 학습내용을 가지고 다루었을 때 동일한 효과를 나타낼 수있는지에 대한 검증은 이루어지지 않았다. 추후에는 정규 과학 교과 시간에 이러한 수업 프로그램을 적용하였을 때의 효과를 알아보기 위한 연구가 필요할 것이다.
- 다만, 이 연구에서 실시한 수업 프로그램은 다양한 소재와 범과학 교과적인 내용을 다루었고, 1주제 당 120분 내외의 시간이 소요되었으므로, 과학의 정규 교과 시간에 정규 학습내용을 가지고 다루었을 때 동일한 효과를 나타낼 수있는지에 대한 검증은 이루어지지 않았다. 추후에는 정규 과학 교과 시간에 이러한 수업 프로그램을 적용하였을 때의 효과를 알아보기 위한 연구가 필요할 것이다.
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