[논문]초등 예비 교사들의 자유 탐구 수행 능력 분석

황현정; 전영석

The revised curriculum in 2007 includes open inquiry approach to increase students' interest in science and to build up creativity. So teachers and pre-service teachers should be equipped with the ability of open inquiry performance. In order to investigate pre-service teachers' readiness to perform open inquiry tasks, we analyzed reports written as homework by a group of 71 juniors in a national university of education. The investigation tool was composed of four domains: topic selection, the inquiry process, the conclusion, and reporting. Each domain had three or four sub-domains. By using the framework, four raters scored the students' inquiry reports. The findings reveal that the pre-service elementary school teachers have difficulty in the domain of 'topic selection' and the 'conclusion' compared with the other domains. Under the topic selection domain, they showed weaknesses in 'creativity' and 'scientific topic' and under the conclusion domain, they had difficulty in 'recognizing limits' and 'value of conclusion'. The finding suggests that pre-service teaching program should provide with opportunities to perform open inquiry continually.

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문제 정의

예비 교사들의 자유탐구 수행 능력은 어느 정도이며, 앞으로 교사 양성 과정에서 예비 교사들의 부족한 탐구 능력을 어떻게 키워줄지에 대한 논의가 필요하다. 본 연구 특징, 초등 예비 교사들의 자유탐구 수행 능력이 어떠한지 살펴보고 이를 통해 초등예비 교사 양성 과정에서 자유탐구 지도 과정과 관련된 시사점을 찾고자 하였다.
평가 기준 앞에괄호로 묶어 표시한 제목은 평가자들이 보고서를평가할 때 사용한 평가표의 제목으로 활용하여 두문서의 일관성을 높이고자 하였다. 본 연구에서 사용한 평가 준거틀은 평가 기준 4개 항목과 13개의하위 기준으로 구성된 세부적인 평가 준거틀로 초등 예비 교사들의 자유탐구 능력을 세부 영역별로파악하여 자유탐구 능력을 향상시키기 위한 지도방향을 처방하기 위한 진단적 목적을 지닌다.
6 이상일 때 신뢰도가 높다고 제안하였다. 성태제의 관점에 따라 일치도를 더 높이기 위해 평가자들이 평가한 3명의 최종 보고서를 함께 평가해 보며 평가 관점을 맞추었다. 그리고 3단계로 새로운 6명의 최종 보고서를 각각 평가하였다.
본 연구에서는 교육대학교에서의 자유탐구 지도에 대한 시사점을 찾고자 초등 예비 교사들이 수행한 자유탐구 최종 보고서를 평가하여 자유탐구 수행 능력을 분석하였다. 연구의 결론 및 제언은 다음과 같다.

가설 설정

S22: 외부 기압이 낮아지면 모든 물체이 부피가 증가할까?
S23: 온도가 높은 물을 온도가 낮은 물보다 발리 얼리기 이해서는 어떻게 해야 할까?
S3T: 비 오는 날 발래는 왜 냄새가 날까?
563: 아이스크림 스푼과 아이스크림 통 옆에 있는 물통은 과연 어(펀 관계가 있을까?
이는 예비 교사들이 자유탐구를 수행하면서 스스로 탐구를 설계하고 가설을 설정하고 적합한 탐구 방법을 선정하여 탐구를 수행해 본 경험이 적었기 때문인 것으로 보인다. 따라서가설 설정 및 탐구 설계의 사례를 살펴보고 모방할기회를 가지고 탐구 주제 및 실험을 제시하여 가설을 직접 설정해 보는 훈련을 통해 탐구 수행 능력을향상 시킬 수 있을 것이다. 또한 기초 탐구 활동과통합 탐구 활동의 종류와 개념을 알고, 탐구내용에따라 적합한 탐구 활동을 직접 수행해 보는 과정 이필요하다.
또한, 결론을 도출할 때 탐구 과정 상의 오차나 정확성에 대한 한계를 인식하도록 지도하여야 한다. 이를 위해 동료와 논의를 거쳐 한계를 인식하고 수정해 가는 과정을 거치는 것이 효과적일 것이다.

제안 방법

과제는 학생 스스로 탐구 주제를 선정하고 탐구 실험을 수행하여 결론을 도줄해 내는 자유탐구이다. 보고서는 3회에 걸쳐 제출하되, 1차 계획서는 탐구 주제 선정, 주제 선정 이유, 실험 설계가간략히 들어나도록 하였고, 2차 중간 보고서는 진행된 중간 실험 과정을 포함시키도록 하였다. 마지막 3차 최종 보고서는 완성된 자유탐구 보고서를 제출하도록 하였다.
최종 보고서를 평가 대상으로 하였다. 최종 보고서를 평가하기 위해 전영석과 박종찬(2006)의 연구에서 개발된 평가 준거틀을 재구성하여 사용하였다. 표 1의 평가 준거틀에서 평가 기준은 클로퍼의과학교육 목표 분류와 NRC에서 제시한 9~12학년 탐구 기본 능력 (fundamental abilities of inquiry)의 정교화 문건(NRC, 2000)을 참고하여 주제 선정, 탐구과정, 결론 도출, 결과 제시의 4단계에 각각의 하위영역을 정하였다.
최종 보고서를 평가하기 위해 전영석과 박종찬(2006)의 연구에서 개발된 평가 준거틀을 재구성하여 사용하였다. 표 1의 평가 준거틀에서 평가 기준은 클로퍼의과학교육 목표 분류와 NRC에서 제시한 9~12학년 탐구 기본 능력 (fundamental abilities of inquiry)의 정교화 문건(NRC, 2000)을 참고하여 주제 선정, 탐구과정, 결론 도출, 결과 제시의 4단계에 각각의 하위영역을 정하였다. 또한 평가 기준에서의 배점 및 등급화 방안은 이양략 등의 연구에 의해 개발된, 국가교육 과정에 근거한 평가 기준 및 도구 개발 연구, 의 체제를 참조하였다(전영석과 박종찬, 2006).
평가자간 신뢰도를 확보하기 위해 평가 전에 3단계의 평가 훈련을 받았다. 먼저 5개의 보고서를 평가 기준에 따라 평가하게 하여 신뢰도를 분석하였다. 분석 결과 일치도 평균은 0.
이렇게 신뢰도가 확보된 4명의 평가자들은 각각 15명의 서로 다른 최종 보고서를 평가하였다. 1단계, 2단계 평가 기준 논의 과정에서 평가한 보고서 5개의 평가 점수와 3단계에서 4명이 각각 채점한 6개의 보고서 평가 점수의 평균, 평가자들이 각각 15개씩 채점한 60 개의 보고서 평가 점수로 평균과 표준편차를 구하여, 예비 교사들의 탐구 수행 능력 전반적인 수준을 판단하였고, 주제 선정, 탐구 과정, 결론 도출, 결과제시의 4단계에 대하여 하위 영역별로 분석하였다.
예비 교사들은 대부분 자신이 선정한 탐구 주제를 해결하기 위해 실험 가능한 도구를 찾아내거나 구안해내는 능력을 갖추었다. 예를 들어, 对은, 선풍기 날이 어떤 모양일 때 가장 시원할까?, 라는 주제로 탐구를 하기 위해, 지우개와 빳빳한 달력 종이를 이용하여 휴대용 선풍기 모터에 장착하여 실험을 하였다. S68의 경우 '드라이기 입구를 가로로 하는 것과 세로로 하는 방법 중 어떤 것이 더 빨리 머리를 말릴 수 있을까?, 라는 주제를 탐구하기 위해 가발을 사용하였다.

대상 데이터

본 연구는 초등 예비 교사들의 자유탐구 수행 능력을 분석하기 위해 교육대학교에서, 초등과학교육의 실제, 를 수강하는 수학교육과와 사회 교육과 3학년 학생 기명을 대상으로 하였다. 학생들은 본 강좌 이전에 자연과학개론 2학점, 과학교육탐구 2학점, 과학교육론 3학점을 수강하였다.
평가는 과학교육 및 과학탐구 지도에 대한 연구모임에 참여하고 있는 현직 초등학교 교사이자, 교육대학교 석사과정 대학원생 4명이 평가자가 되어 최종 보고서를 평가하였다. 평가자간 신뢰도를 확보하기 위해 평가 전에 3단계의 평가 훈련을 받았다.
신뢰도를 높이기 위한 첫 단계로 평가자 4명은 최종 보고서 2편을 함께 평가하며, 평가 기준을 세분화하였다. 이를 테면, 주제 선정 단계의 하위 영역인 명확성에서 서론에 연구의 목적과 연구 내용이 세부적으로 명확히 제시되어 있으면 3점, 탐구목적만 나와 있고 탐구하고자 하는 탐구 내용을 담고 있지 않은 경우 혹은 탐구 목적은 제시되어 있지 않고 탐구하고자 하는 내용만 담고 있는 경우는 2 점, 탐구 목적과 탐구 내용이 모두 없거나 잘못된 탐구 내용이 제시되어 있는 경우는 1점을 주기로 했다.
그리고 과학적 가치를 생각할 때, 기존에 이미 탐구하고 있는 활동 주제 혹은 결과가 널리 알려진 생활 속 지혀〕, 이미 쓰이고 있는 물건의 원리, 교과서에 제시된 과학 원리나 법칙의 예를 그대로 탐구해보는 과정은 과학성과 창의성에서 낮은 점수를 주기로 하였다. 평가 기준을 세분화한 후, 세분화된 평가 기준에 따라 처음 평가한 보고서 5편 중 남은 최종 보고서 3 편을 다시 평가하였다. 평가 결과 일치도 평균이 0.
성태제의 관점에 따라 일치도를 더 높이기 위해 평가자들이 평가한 3명의 최종 보고서를 함께 평가해 보며 평가 관점을 맞추었다. 그리고 3단계로 새로운 6명의 최종 보고서를 각각 평가하였다.
69 이상으로 상관관계가 높아 신뢰도가 확보되었다고 할 수 있다. 이렇게 신뢰도가 확보된 4명의 평가자들은 각각 15명의 서로 다른 최종 보고서를 평가하였다. 1단계, 2단계 평가 기준 논의 과정에서 평가한 보고서 5개의 평가 점수와 3단계에서 4명이 각각 채점한 6개의 보고서 평가 점수의 평균, 평가자들이 각각 15개씩 채점한 60 개의 보고서 평가 점수로 평균과 표준편차를 구하여, 예비 교사들의 탐구 수행 능력 전반적인 수준을 판단하였고, 주제 선정, 탐구 과정, 결론 도출, 결과제시의 4단계에 대하여 하위 영역별로 분석하였다.
탐구 과정 단계는 4단계 중 상 수준의 학생이 가장 많았다. 가설 설정은 42명, 탐구 설계 51명, 탐구 수행 55명, 자료 해석 47명의 예비 교사들이상 수준이었다. 평균을 보면 탐구 과정단계의 하위 영역 중 탐구 수행의 평균이 가장 높았다.
그래프이다. 구성은 51명의 예비 교사가 상 점수를 받았고, 14명이 중, 6명이하 점수를 받았다. 대부분의 예비 교사들은 탐구 보고서가 갖추어야할 항목을 모두 갖추었으며 보고서의 흐름이 논리 적이었으나, 14명의 예비 교사는 탐구 보고서의 항목을 갖추었으나 논리성이 부족했다.
초등 예비 교사들의 자유탐구 수행 능력을 분석하기 위해 1차 계획서, 2차 중간 보고서, 3차 최종보고서 중 자유탐구의 전 과정이 드러나는 기명의 3차 최종 보고서를 평가 대상으로 하였다. 최종 보고서를 평가하기 위해 전영석과 박종찬(2006)의 연구에서 개발된 평가 준거틀을 재구성하여 사용하였다.

이론/모형

표 1의 평가 준거틀에서 평가 기준은 클로퍼의과학교육 목표 분류와 NRC에서 제시한 9~12학년 탐구 기본 능력 (fundamental abilities of inquiry)의 정교화 문건(NRC, 2000)을 참고하여 주제 선정, 탐구과정, 결론 도출, 결과 제시의 4단계에 각각의 하위영역을 정하였다. 또한 평가 기준에서의 배점 및 등급화 방안은 이양략 등의 연구에 의해 개발된, 국가교육 과정에 근거한 평가 기준 및 도구 개발 연구, 의 체제를 참조하였다(전영석과 박종찬, 2006).

성능/효과

평가 기준은 평가 기준의 하위 영역마다 우수 3 점, 보통 2점, 부족 1 점으로 3단계 점수를 부여하였고, 탐구 단계 중 주제 선정, 결론 도출, 결과 제시단계의 평가는 우수 2개, 보통 1개 이상의 점수인 8~9점을 '상, , 보통 2개, 부족 1개 이상의 점수인 5~7점을, 중, , 그 이하 점수인 3~4점을 1.하, 로 보기로 하였다. 탐구 과정 단계는 하위 영역이 4개이므로 우수 2개, 보통 2개 이상 점수인 10~12점을 , 상, , 보통 3개, 부족 1개 이상 점수인 7~9점을, 중, , 그 이하인 4~6점을, 하, 로 보았다.
먼저 5개의 보고서를 평가 기준에 따라 평가하게 하여 신뢰도를 분석하였다. 분석 결과 일치도 평균은 0.43, 상관관계 평균은 0.43으로 신뢰도가 낮았다.
73으로 그 차이가 크지 않았다. 상관관계 평균은 0.76 이고, 평가 자간 상관관계가 모두 0.69 이상으로 상관관계가 높아 신뢰도가 확보되었다고 할 수 있다. 이렇게 신뢰도가 확보된 4명의 평가자들은 각각 15명의 서로 다른 최종 보고서를 평가하였다.
오차 막대는 각 단계별로 학생들이 얻은 점수의 표준편차를 의미하며, 평균을 기준으로 표준편차를 상하로 더한 값을 선으로 표시하였다. 그림 1과 그림 2를 통해 초등 예비 교사들의 자유 탐구 수행 능력을 분석해 보면 주제 선정, 결론 도출 영 역에서는 상 등급을 받은 학생이 28명, 26명으로 40%에 못 미치는 것으로 나타났다. 반면, 탐구과정과 결과 제시 영역은 56명, 51명으로 70% 이상이 상 등급을 받았다.
탐구 설계는 평균이 2.69, 자료 해석은 2.63으로예비 교사들의 탐구 설계 능력과 자료 해석 능력이중상 수준은 되었다. 탐구 설계를 평가할 때, 평가자들은 탐구할 내용을 모두 탐구할 수 있는 탐구 설계를 하였을 때 3점을 부여했고, 탐구 내용을 모두탐구하기 불충분할 때 2점, 잘못 설계하였을 때 1점을 부여하였다.
평균을 나타낸 그래프이다. 결론 도출 단계는 전체 단계 중 가장 낮은 점수를 보였고, 결론 도출단계에서도 결론의 가치는 평균이 2.10으로 전체 4 단계의 하위 영역 중 가장 낮았고, 상 수준의 예비교사가 16명으로 전체 하위 항목 중 가장 적었다. 결론의 가치는 최종 결론이 과학적으로 타당하고 유용한가를 평가하는 항목으로, 과학적으로 타당하고 의미 있으며 유용하면 3점, 과학적으로 타당하나 유용하지 않은 경우는 2점, 과학적으로 무의미한 탐구는 1점을 부여했다.
10으로 전체 4 단계의 하위 영역 중 가장 낮았고, 상 수준의 예비교사가 16명으로 전체 하위 항목 중 가장 적었다. 결론의 가치는 최종 결론이 과학적으로 타당하고 유용한가를 평가하는 항목으로, 과학적으로 타당하고 의미 있으며 유용하면 3점, 과학적으로 타당하나 유용하지 않은 경우는 2점, 과학적으로 무의미한 탐구는 1점을 부여했다. 낮은 점수를 받은 예를 살펴보면, S55는, 우유와 식초의 혼합물 속의 덩어리'를탐구하였는데, 흰 우유와 딸기 우유, 포도 쥬스, 두유에 식초를 넣어 혼합물이 생기는 덩어리를 관찰하는 탐구를 거쳤다.
결론 도출 과정의 평균은 2.52로 탐구 결과나 자료를 해석한 결과에 근거하여 과학적인 지식을 사용하여 논리적, 일반적 과정을 거쳐 결론에 도달한 경우가 41명이었고, 자료 해석 결과를 바탕으로 일반화 과정을 거치지 않고 결과 제시에 그친 경우가 26명, 결론을 제시하지 않거나 결론이 잘못된 경우가 4명 이었다. 예비 교사들은 자료 해석 결과를 바탕으로 일반화 과정을 거쳐 나가는데 서툴다는 것을 알 수 있었다.
조등 예비 교사들의 단계별 자유탐구 능력을 분석한 결과, 결론 도출, 주제 선정, 결과 제시, 탐구과정 순으로 평균이 높았다. 먼저, 주제 선정 단계에서 명확성은 높은 점수를 보였으나, 창의성과 과학성이 낮았다.
순으로 평균이 높았다. 먼저, 주제 선정 단계에서 명확성은 높은 점수를 보였으나, 창의성과 과학성이 낮았다. 예비 교사들은 탐구 주제가 떠오르지 않을 때 기존에 이미 탐구하고 있는 활동 주제 혹은 결과가 널리 알려진 생활 속 지혜, 교과서에 제시된 과학 원리나 법칙의 예를 그대로 탐구 주제로 선정한 경우가 많았다.
나아가 토론을 통해 여러가지 탐구주제 중 좋은 탐구 주제를 선별하는 훈련을 제공하여 스스로 창의적이고 탐구할 만한 과학적 가치가 있는 주제를 선택할 수 있는 힘을 기르도록 도와야 한다. 반면, 자유탐구 과제를 부여할 때 1차 계획서에서 탐구 주제 선정 이유, 실험계획을 포함시키도록 하였기에 명확성이 높게 나타났다. 따라서 자유 탐구를 수행하기 전에 탐구 주제 선정 이유, 탐구주제, 실험 계획을 포함한 자유탐구 계획서를 작성해 보도록 한다면 무엇을 탐구하고자 하는지 명확히 알 수 있을 것이다.
결론 도출 단계는 전체 단계 중 가장 낮은 점수를 보였고, 그 중 과학적으로 타당하고 의미 있는결론을 내리는 결론의 가치가 가장 취약했으며, 한계 인식을 하지 않은 경우가 많았다. 결론의 가치에서 낮은 점수를 받은 경우를 보면 탐구 주제를 잘선정하였으나, 탐구를 제대로 수행하지 못하여 의미 있는 결론을 찾지 못한 경우, 탐구 주제를 선정하고 올바른 탐구 과정을 거쳤으나 타당하고 유용한 결론을 도출해 내지 못한 경우, 탐구에 적합하지않은 주제를 선정하지 못한 경우이다.
결과 제시 단계에서 예비 교사들은 구성 및 가독성, 결과의 제시 모두 중상 수준 이상의 능력을 갖추었으나, 탐구 결과를 탐구 목적 에 맞게 표나 그래프를 이용하여 명확하게 제시하는 방법을 모르는경우가 다수 발견되었다. 예비 교사들의 결과 제시능력을 향상시키기 위해 효과적으로 결과를 제시한보고서의 예와 그렇지 않은 경우를 비교해 보고, 경우에 따라 자료를 효과적으로 제시하는 방법을 선정하고, 직접 표나 그래프 작성 방법을 연습해 보는경험을 제공할 필요가 있다.

후속연구

명확성은 서론에 목적과 탐구 내용이명확히 제시되어 있는가를 보는 영역으로 예비 교사들에게 자유탐구 과제를 부여할 때, 1차 계획서에탐구 주제, 탐구 주제를 선정한 이유, 간단한 실험계획을 포함하도록 하였고, 이를 검토하여 중간 보고서, 최종 보고서를 작성하도록 하였기에 명확성항목에서 높은 점수를 받은 것으로 보인다. 따라서초등 예비 교사들의 자유탐구 지도 시 자유탐구 과제를 제시할 때 탐구 보고서에 들어가야 할 항목을정확히 제시한다면 명확성을 높일 수 있을 것이다. 2) 탐구 과정
이를 비추어 볼 때, 예비 교사들은 중 고등학교 교육에서부터 지금까지 가설 설정의 중요성을인식하지 못하였고, 가설 설정을 한 경험이 부족하여 나타난 결과라고 추측할 수 있다. 따라서 예비교사들에게 통합 탐구 과정에서 가설 설정의 중요성을 인식시키고, 가설 설정 및 탐구 설계의 사례를보고 모방할 기회를 가지며, 탐구 주제 및 실험을제시하여 가설을 설정해보는 훈련을 통해 탐구 수행 능력을 향상시킬 수 있을 것이다.
다수 발견되었다. 예비 교사들의 결과 제시능력을 향상시키기 위해 효과적으로 결과를 제시한보고서의 예와 그렇지 않은 경우를 비교해 보고, 경우에 따라 자료를 효과적으로 제시하는 방법을 선정하고, 직접 표나 그래프 작성 방법을 연습해 보는경험을 제공할 필요가 있다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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