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문제 정의
- 과학적 관찰 전략에 따른 과학 수업의 효과를 검증하기 위하여 프로그램 투입 전후에 촛불을 관찰하는 과제를 제시하였다. 촛불 과제는 초등학교 6학년 2학기 수업 주제로 연구 참여자들의 인지 수준에 알맞은 과제로 오감 관찰이 가능하며 조작 관찰 및 정량 관찰, 시간에 따른 관찰, 전체와 부분 관찰, 비교 관찰 등 다양한 유형의 관찰 지식 생성이 가능하다.
- 따라서, 이 연구의 목적은 과학적 관찰 전략을 적용한 과학 수업이 초등학교 6학년 학생들이 관찰 지식을 생성하는데 어떠한 영향을 미치는지에 대해 연구함으로써 관찰 지도를 위한 효과적인 교수학습 방법을 마련하는데 있다.
- 이 연구의 목적은 과학적 관찰 전략을 적용한 과학 수업이 학생들의 관찰 능력을 향상시키는지를 알아보는 것이다. 연구 결과를 바탕으로 내린 결론은 다음과 같다.
제안 방법
- 95). 검사지에 나타난 관찰의 유형은 관찰 방법에 따라 감각요소, 조작요소, 측정요소로 구분하였다. 다음은 촛불검사의 관찰 사실 중에서 실험집단에서 생성한 관찰 유형을 분석한 예의 일부이다.
- 과학적 관찰 전략을 적용한 과학 수업의 효과를 알아보기 위하여, 먼저 과학과 교육과정을 분석한 후, ‘∼을 관찰하여 봅시다’와 관련된 관찰 학습 주제나 관찰활동의 기초가 되는 실험활동을 선정하였다.
-
2. 과학적 관찰 전략을 적용한 수업의 효과
과학적 관찰 전략을 적용한 과학 수업이 학생들의 관찰 능력 신장에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 관찰지식의 수와 관찰지식의 다양도에 대한 정량 분석을 실시하였다.
- 연구 대상을 6학년으로 선정한 이유는 학생의 언어 인지 능력과 언어 구사 능력이 관찰 지식을 생성하는데 영향을 미친다는 선행 연구결과에 근거하였다(송판섭과 한광래, 1995). 과학적 관찰 전략을 적용한 수업은 2007년 5월에서 7월까지 3개월에 걸쳐 총 12개 주제, 14차시를 적용하였다.
- 과학적 관찰 전략을 적용한 실험집단과 전통적 수업을 실시한 통제집단 학생들의 관찰지식의 수, 관찰 지식의 다양도, 관찰지식의 객관도, 관찰지식의 깊이를 비교 분석하기 위하여 학생들이 작성한 검사지를 분석하였다(분석자간 일치도 0.95). 검사지에 나타난 관찰의 유형은 관찰 방법에 따라 감각요소, 조작요소, 측정요소로 구분하였다.
- 먼저 관찰 방법에 따라 감각요소(시각, 청각, 촉각, 후각, 미각), 조작요소(단순, 조작), 측정요소(정성, 정량)로 구분하였으며, 감각요소는 오감을 구분하여 기록하고, 조작요소는 조작의 경우에만, 측정요소는 정량관찰만 체크리스트 방법에 의해 표시하였다. 관찰 대상에 따라 시간요소(시간-독립적, 시간-의존적), 비교요소(비교, 무비교), 공간요소(전체, 부분)로 구분하였으며, 시간요소는 시간-의존적인 경우만, 비교요소는 비교의 경우만, 공간요소는 전체와 부분을 모두 프로토콜에 표시하였다. 그리고 학생 개개인이 생성한 관찰 지식을 체크리스트 방법에 의해 표시한 후 종합하여 실험집단과 통제집단을 비교하였다.
- 또한 통제집단에 투입될 지도안과 학습지는 교사용 지도서와 교과서에 근거하여 작성하였다. 그리고 프로그램을 수업에 투입하기 전에 사전 검사를 실시함으로써 실험 집단과 통제 집단의 관찰 지식 생성력의 출발점이 유사한지를 진단하였다. 또한 프로그램 투입 후에 사후 검사를 실시하여 실험 집단과 통제 집단이 생성해 낸 관찰 지식을 비교 · 분석함으로써 두 집단의 관찰 지식 생성력 차이를 알아보았다.
- 관찰 대상에 따라 시간요소(시간-독립적, 시간-의존적), 비교요소(비교, 무비교), 공간요소(전체, 부분)로 구분하였으며, 시간요소는 시간-의존적인 경우만, 비교요소는 비교의 경우만, 공간요소는 전체와 부분을 모두 프로토콜에 표시하였다. 그리고 학생 개개인이 생성한 관찰 지식을 체크리스트 방법에 의해 표시한 후 종합하여 실험집단과 통제집단을 비교하였다.
- 이를 바탕으로 과학적 관찰 전략을 적용한 교사용 스토리보드와 학생용 학습지는 3차에 걸쳐 예비 집단에 투입하여 지속적으로 수정 · 보완되었으며, 동시에 수정된 스토리보드와 학습지는 과학 교육 전문가의 지도 · 점검을 통해 최종 개발되었다. 또한 통제집단에 투입될 지도안과 학습지는 교사용 지도서와 교과서에 근거하여 작성하였다. 그리고 프로그램을 수업에 투입하기 전에 사전 검사를 실시함으로써 실험 집단과 통제 집단의 관찰 지식 생성력의 출발점이 유사한지를 진단하였다.
- 또한 프로그램 투입 후에 사후 검사를 실시하여 실험 집단과 통제 집단이 생성해 낸 관찰 지식을 비교 · 분석함으로써 두 집단의 관찰 지식 생성력 차이를 알아보았다.
- 예를 들어, 교사는 단순관찰만 하는 학생에게 ‘명아주 잎을 잘라보자’는 안내를 통해 조작 관찰을 유도할 수 있다. 또한 학습지의 형태가 지나치게 개방적일 경우 학생들이 실제 활동에서 혼란스러워 하거나, 관찰 유형이 편중되어 나타나거나 누락되는 경우가 있었기에 스토리보드에 제시된 관찰 유형을 그대로 학습지에 제시하여 학생들이 생성한 관찰 지식의 유형이 무엇 인지 알 수 있도록 하였다(부록 2). 통제 집단에 투입하는 교수학습지도안과 학습지는 실험 집단과 동일한 12개 주제 총 14차시로써 교사용 지도서와 교과서, 실험관찰에 근거하여 작성하였다.
- 먼저 관찰 방법에 따라 감각요소(시각, 청각, 촉각, 후각, 미각), 조작요소(단순, 조작), 측정요소(정성, 정량)로 구분하였으며, 감각요소는 오감을 구분하여 기록하고, 조작요소는 조작의 경우에만, 측정요소는 정량관찰만 체크리스트 방법에 의해 표시하였다. 관찰 대상에 따라 시간요소(시간-독립적, 시간-의존적), 비교요소(비교, 무비교), 공간요소(전체, 부분)로 구분하였으며, 시간요소는 시간-의존적인 경우만, 비교요소는 비교의 경우만, 공간요소는 전체와 부분을 모두 프로토콜에 표시하였다.
- 선정된 주제를 바탕으로 개발된 최종 스토리보드는 3차의 예비 투입 과정을 거치는 동안 학생들이 잘 생성하지 못하는 관찰 유형을 분석하여 피드백하고, 이들의 생성을 돕기 위한 교사의 효과적인 질문을 파악하는 동시에 과학 교육 전문가의 지도 조언을 얻어 개발되었다(부록 1). 스토리보드는 학생들이 생성한 관찰의 유형이 시각 관찰이나 정성 관찰에 치우치기 보다는 정량 관찰, 조작 관찰, 시간독립 관찰, 시간의존 관찰, 부분 관찰, 전체 관찰과 비교 관찰 등 다양한 유형의 관찰 지식이 정확하고 유창하게 생성될 수 있도록 교사의 다양한 발문을 통한 안내가 반영되었다.
- 학생들이 생성한 관찰 지식을 관찰지식의 수, 관찰 지식의 다양도, 관찰지식의 객관도, 관찰지식의 깊이의 4가지 측면에서 분석하였다. 이를 근거로 서로 다른 집단 간의 관찰력을 정량적으로 비교할 수 있는 절대적 관찰력지수(OQA) 산출 방식에 의한 결과를 살펴보았다. 먼저 사전 촛불검사에서 실험집단과 통제집단의 관찰력 지수에 차이가 존재하는지의 여부를 Mann-Whitney 검정을 통해 분석한 결과, 유의수준 a=0.
- 이를 바탕으로 과학적 관찰 전략을 적용한 교사용 스토리보드와 학생용 학습지는 3차에 걸쳐 예비 집단에 투입하여 지속적으로 수정 · 보완되었으며, 동시에 수정된 스토리보드와 학습지는 과학 교육 전문가의 지도 · 점검을 통해 최종 개발되었다.
- 따라서 촛불 과제를 이용한 사전 · 사후 검사에서 학생들이 생성한 관찰 지식은 관찰 유형 분석틀(권용주 등, 2005)을 이용하여 분석되었고, 생성된 관찰 지식의 수와 다양도, 객관도, 깊이는 관찰력지수 산출식(권용주 등, 2007)에 의해 분석되었다. 정확한 분석 결과를 얻기 위해 과학적 사고를 연구하는 과학교육 전문가와 정기적인 협의를 거쳐 반복적으로 분석하였다.
- 또한 학습지의 형태가 지나치게 개방적일 경우 학생들이 실제 활동에서 혼란스러워 하거나, 관찰 유형이 편중되어 나타나거나 누락되는 경우가 있었기에 스토리보드에 제시된 관찰 유형을 그대로 학습지에 제시하여 학생들이 생성한 관찰 지식의 유형이 무엇 인지 알 수 있도록 하였다(부록 2). 통제 집단에 투입하는 교수학습지도안과 학습지는 실험 집단과 동일한 12개 주제 총 14차시로써 교사용 지도서와 교과서, 실험관찰에 근거하여 작성하였다.
- 학생들이 생성한 관찰 지식을 관찰지식의 수, 관찰 지식의 다양도, 관찰지식의 객관도, 관찰지식의 깊이의 4가지 측면에서 분석하였다. 이를 근거로 서로 다른 집단 간의 관찰력을 정량적으로 비교할 수 있는 절대적 관찰력지수(OQA) 산출 방식에 의한 결과를 살펴보았다.
대상 데이터
- 과학적 관찰 전략을 적용한 과학 수업의 효과를 알아보기 위하여, 먼저 과학과 교육과정을 분석한 후, ‘∼을 관찰하여 봅시다’와 관련된 관찰 학습 주제나 관찰활동의 기초가 되는 실험활동을 선정하였다. 선정된 주제는 12개 주제 총 14차시로 이를 실험 집단과 통제 집단에 동일하게 투입하였다. 주제 선정의 기준은 6학년 교과서의 범위 안에서 정하되, 관찰 활동의 기초가 되고 다양한 관찰유형의 지식 생성이 가능한 탐구 주제를 선정하였다.
- 이 연구는 경기도에 소재한 초등학교 6학년 학생 75명(실험집단 38명, 통제집단 37명)을 대상으로 하였다. 연구 대상을 6학년으로 선정한 이유는 학생의 언어 인지 능력과 언어 구사 능력이 관찰 지식을 생성하는데 영향을 미친다는 선행 연구결과에 근거하였다(송판섭과 한광래, 1995).
데이터처리
- 17)로 나타나 차이가 존재함을 알 수 있었다. 사후 검사에서 나타난 이들의 통계적 차이를 알아보기 위해 유의수준 a=0.05에서 Mann-Whitney 검정을 실시한 결과 p값이 0.000로 나타나 차이가 존재함을 알 수 있었다(표 6).
- 위와 같이 유도된 관찰력 지수는 통제집단과 실험 집단간의 실험 전 · 후 관찰 지식 생성력의 차이 여부를 검증하기 위해 정규분포를 따를 경우 2-sample-t 검정, 정규분포를 따르지 않을 경우 Mann-Whitney 검정을 이용한 가설 검정을 실시하였다.
이론/모형
- 또한 관찰력지수 산출식(권용주 등, 2007)에 의한 분석을 병행하였다. 관찰력지수는 생성된 관찰 사실들의 유형분류를 통해 얻어진 관찰지식의 수(관찰의 풍부도), 관찰 지식의 다양도, 관찰지식의 객관도(관찰의 정확성), 관찰지식의 깊이(관찰의 수준)라는 4가지 측면에서 평가된 것을 종합하여 관찰력을 정량적이고 객관적인 방법으로 평가하는 산출식이다.
성능/효과
- 6% 정도를 차지하고 있다. 관찰 대상에 따른 관찰유형에서 시간-독립적 관찰, 무비교 관찰이 81.8% 정도를 차지하고 있으며, 전체보다는 부분에 대한 관찰을 많이 하는 것으로 나타났다. 전체적으로 통제집단의 사전 · 사후 관찰유형 분석표를 살펴보면, 여전히 시각적이고, 정성적인 관찰이 많은 비율을 차지하고 있으며, 관찰 유형의 다양도에 크게 변화가 없음을 알 수 있다.
- 7%정도를 차지하고 있다. 관찰 대상에 따른 관찰유형에서 시간-독립적 관찰, 무비교 관찰이 84.2% 정도 차지하고 있으며, 전체보다는 부분에 대한 관찰을 많이 하는 것으로 나타났다. 또한, 사후 촛불검사에서 통제집단이 생성해낸 관찰지식의 합계는 405개이고, 1인당 생성해낸 관찰지식의 수는 평균 10.
- 8%를 차지하고 있다. 관찰 대상에 따른 관찰유형은 시간-독립적 관찰, 무비교 관찰이 77.7%를 차지하고 있으며, 전체보다는 부분에 대한 관찰을 많이 하는 것으로 나타났다. 사전 검사에 비해 사후 검사에서 정량 관찰이 차지하는 비율은 15.
- 2%를 차지하고 있다. 관찰 대상에 따른 관찰유형은 시간-독립적 관찰, 무비교 관찰이 86.3%를 차지하고 있으며, 전체보다는 부분에 대한 관찰을 많이 하는 것으로 나타났다. 한편, 사후 촛불검사에서 실험집단이 생성해낸 관찰지식의 합계는 754개 이며, 1인당 생성해낸 관찰지식의 수는 평균 19.
- 8개이다. 관찰 방법에 따른 관찰 유형은 단순한 시각적 관찰, 정성적인 관찰이 73.4%를 차지하고 있었다. 이는 사물이 시각적인 자극이 차지하는 부분이 매우 높기 때문에 대부분의 관찰이 시각에 의존한다는 일반적인 연구 결과와 동일한 결과이다(송판섭과 한광래, 1995; 박윤자 등, 2001).
- 둘째, 실험 집단은 과학적 관찰 전략을 적용한 과학 수업 결과 정량관찰과 조작관찰이 뚜렷하게 증가하였으며, 특히 비교 관찰은 2배 이상 증가하는 등 관찰지식의 수와 관찰 유형이 다양하게 나타남을 알 수 있었다. 이에 반해 통제집단의 경우는 여전히 시각 위주의 관찰과 정성적인 관찰이 높게 나타났고, 조작 관찰이 차지하는 비율은 오히려 줄어들었다.
- 또한 사후 촛불검사에서 실험 집단과 통제 집단의 관찰력 지수에 차이가 존재하는지의 여부를 2 sample-t 검정을 통해 분석한 결과 유의수준 a=0.05에서 p값이 0.000로 나타나 실험 후, 통제 집단과 실험 집단의 관찰력 지수에는 차이가 존재함을 알 수 있었다. 즉, 관찰력 지수를 향상시키고자 실시한 실험 처치를 통해 관찰력 지수가 향상됨을 알 수 있었다(표 7).
- 562로 나타나 차이가 존재하지 않음을 알 수 있었다. 또한 사후 촛불검사에서 실험집단과 통제 집단이 생성해낸 관찰 지식 수의 평균값을 살펴본 결과 통제집단의 평균은 10.95(SD: 3.07)로 나타났으며, 실험집단의 경우 19.84(SD: 6.89)로 나타나 차이가 존재함을 알 수 있었다. 사후 검사에서 나타난 이러한 차이는 Mann-Whitney를 실시한 결과 유의수준 a=0.
- 전체적으로 통제집단의 사전 · 사후 관찰유형 분석표를 살펴보면, 여전히 시각적이고, 정성적인 관찰이 많은 비율을 차지하고 있으며, 관찰 유형의 다양도에 크게 변화가 없음을 알 수 있다. 또한 시각에 의한 관찰이 91.4%를 차지하여 실험 전보다 증가한 반면, 청각과 미각에 의한 관찰 유형은 실험전과 동일하게 생성해내지 못하고 있음을 알 수 있다. 이는 과학적 관찰 전략을 이용한 실험 집단에 비해 초는 소리가 없고 맛이 없다는 일반적인 학생의 생각 때문에 다음 관찰로 진행되지 않을 수 있다는 송판섭과 한광래의 연구 결과(1995)와 일치하는 결과이다.
- 이를 근거로 서로 다른 집단 간의 관찰력을 정량적으로 비교할 수 있는 절대적 관찰력지수(OQA) 산출 방식에 의한 결과를 살펴보았다. 먼저 사전 촛불검사에서 실험집단과 통제집단의 관찰력 지수에 차이가 존재하는지의 여부를 Mann-Whitney 검정을 통해 분석한 결과, 유의수준 a=0.05에서 p값이 0.723으로 나타나 실험 전 통제 집단과 실험 집단의 관찰력 지수에는 차이가 존재하지 않음을 알 수 있었다.
- 먼저, 관찰지식의 수를 알아보기 위한 정량 분석에서, 사전에 실시한 촛불검사에서 실험집단과 통제집단이 생성해낸 관찰 지식의 수에 대한 평균값을 살펴보면 통제집단의 평균은 9.76(SD: 3.73)으로 나타났으며, 실험집단의 경우 9.79(SD: 4.40)로 나타나 큰 차이가 존재하지 않음을 알 수 있었다. 또한 이들이 통계적으로 유의미한 차이가 있는지를 살펴보기 위해 유의수준 a=0.
- 7%를 차지하고 있으며, 전체보다는 부분에 대한 관찰을 많이 하는 것으로 나타났다. 사전 검사에 비해 사후 검사에서 정량 관찰이 차지하는 비율은 15.9%로 증가하였으며, 비교 관찰이 2배 이상 증가하였고, 관찰유형의 다양도가 높아졌음을 알 수 있다. 이는 기초 탐구 과정에서 감각 기관을 이용한 관찰보다는 공간, 시간 관계의 사용이나 수의 사용, 측정을 사용하는 관찰을 더 상위의 항목으로 보는 연구 결과에 비추어 볼 때(AAAS, 1990), 이러한 연구의 결과는 과학적 관찰 전략을 적용한 수업의 효과를 잘 나타낸다고 할 수 있다.
- 셋째, 과학적 관찰 전략을 적용한 수업을 학생들에게 투입한 후 관찰 능력을 미시적으로 분석 평가한 결과, 학생들이 생성한 관찰지식의 수와 관찰의 다양성에서 실험집단이 통제집단보다 현저히 높게 나타났으며, 관찰지식의 깊이와 관찰지식의 객관도의 항목에서 산출된 절대적 관찰력 지수에서도 실험집단이 뚜렷하게 향상되어 나타났다. 이러한 결과는 과학적 관찰 전략을 적용한 수업이 학생들의 관찰지식의 수, 객관도, 다양성, 깊이에 영향을 끼침을 의미한다.
- 따라서 교사는 학생들에게 관찰 전략을 적용함으로써 그들의 관찰 능력을 향상시킬 수 있는 교수법을 마련해야 할 것이다. 이 연구의 결과는 단순관찰에서 조작관찰로, 정성관찰에서 정량관찰로, 전체에서 부분관찰로 또는 부분에서 전체 관찰로, 시간의 변화에 따른 관찰 방법을 고려하여 제시할 수 있는 교수 전략을 구안한다면 학생들의 관찰 능력이 향상될 수 있음을 확인해 주었다. 따라서 학생들의 관찰 능력을 향상시키기 위해서는 관찰 대상과 학습주제에 맞도록 효율적인 관찰 수업 지도 계획을 수립하여 다양한 유형의 관찰지식을 생성해내도록 교사의 부단한 노력이 요구된다.
- 첫째, 관찰유형 분류틀에 의한 분석 결과 통제 집단과 실험 집단의 학생들은 사전검사에서 시각, 단순, 정성 관찰의 비율이 높게 나타났고, 이들은 대부분 시간-독립적 관찰, 무비교 관찰, 부분 관찰이 많은 비중을 보였다. 이를 통해 선행연구에서 밝혀진 바와 같이 학생들이 생성한 관찰의 유형은 단순한 시각적인 관찰에 머무르고 있으며, 이외에 시간-독립적 관찰, 무비교 관찰, 부분적인 관찰의 비율이 높게 나타남을 알수 있었다.
- 058로 나타나 통계적으로도 유의미한 차이가 존재하지 않음을 알 수 있었다. 이후 사후 검사에서 관찰지식의 다양도에 대한 평균값을 살펴본 결과 통제집단의 평균은 4.76(SD: 1.77)으로 나타났으며, 실험집단의 경우 11.65(SD: 3.17)로 나타나 차이가 존재함을 알 수 있었다. 사후 검사에서 나타난 이들의 통계적 차이를 알아보기 위해 유의수준 a=0.
- 전체적으로 통제집단의 사전 · 사후 관찰유형 분석표를 살펴보면, 여전히 시각적이고, 정성적인 관찰이 많은 비율을 차지하고 있으며, 관찰 유형의 다양도에 크게 변화가 없음을 알 수 있다.
- 000로 나타나 실험 후, 통제 집단과 실험 집단의 관찰력 지수에는 차이가 존재함을 알 수 있었다. 즉, 관찰력 지수를 향상시키고자 실시한 실험 처치를 통해 관찰력 지수가 향상됨을 알 수 있었다(표 7).
- 첫째, 관찰유형 분류틀에 의한 분석 결과 통제 집단과 실험 집단의 학생들은 사전검사에서 시각, 단순, 정성 관찰의 비율이 높게 나타났고, 이들은 대부분 시간-독립적 관찰, 무비교 관찰, 부분 관찰이 많은 비중을 보였다. 이를 통해 선행연구에서 밝혀진 바와 같이 학생들이 생성한 관찰의 유형은 단순한 시각적인 관찰에 머무르고 있으며, 이외에 시간-독립적 관찰, 무비교 관찰, 부분적인 관찰의 비율이 높게 나타남을 알수 있었다.
후속연구
- 따라서 학생들의 관찰 능력을 향상시키기 위해서는 관찰 대상과 학습주제에 맞도록 효율적인 관찰 수업 지도 계획을 수립하여 다양한 유형의 관찰지식을 생성해내도록 교사의 부단한 노력이 요구된다. 또한 관찰 수업의 목표가 단순히 관찰하는 것이 아닌 관찰 지식의 습득과 함께 관찰 능력 향상임을 인식하여 학생들에게 부족한 관찰능력을 파악한 후 필요한 관찰 능력을 신장시켜야 할 것이다.
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