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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 이러한 실정을 고려하여 과학 탐구 능력 향상을 위한 과학 그리기 활동의 효과적인 수업 프로그램을 개발하여 적용함으로써 과학 탐구 능력 향상에 미치는 효과를 밝혀보고자 한다. 연구의 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 연구문제를 설정하였다.
- 본 연구는 과학 탐구 능력 향상을 위한 과학 그리기 활동의 효과적인 수업 프로그램을 개발하여 적용함으로써 과학 탐구 능력 향상에 미치는 효과를 밝히는데 목적을 두고 있다. 본 연구를 통해 얻은 결과를 바탕으로 결론을 밝히면 다음과 같다.
제안 방법
- 시각적 자료를 활용한 추리하기 활동 결과를 그림 6에 제시하였다. 3학년의 발달 단계상 이미 일어난 사건을 돌이켜 생각하는 추리 활동이 어렵기에 시각적 자료를 제시하여 그림을 통해 학생들이 자신의 생각을 시각화하여 그려 보도록 하였다.
- 또한 ‘오늘의 키워드’라는 말이 초등학교 3학년 학생들의 수준에 맞지 않는다고 생각하여 ‘오늘의 핵심단어’로 바꾸어 제시하였다. 각 차시에 적용한 활동지는 각 단원별 차시의 특성에 맞게 하였으며, 구성 내용에 차이는 있으나 창․재․탐 과학 노트를 기본 틀로 삼고 2단계 그림 그리기를 활용하였다. 재구성 과정은 그림 1과 같다.
- 그리고 각 탐구 요소마다 3개의 문항을 개발하였다. 객관식의 4지 선택형으로 모두 30문항으로 구성되어 있으나, 본 연구 대상이 3학년 학생들이므로 기초 탐구 능력 검사를 20분 동안 실시하였다. 자료 처리는 SPSS for window 15.
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1. 과학 그리기 활용 수업의 적용이 학생들의 과학 탐구 능력에 미치는 효과
과학 그리기 활용 수업이 학생들의 과학 탐구 능력에 미치는 효과를 알아보기 위하여 두 집단에 대하여 과학 탐구 능력 사후 검사를 실시하였다. 기초 탐구 능력과 하위 요소별 사후 검사 점수에 대한 t 검증 결과를 표 4에 제시하였다.
- 그림 자료 및 그림 그리기를 활용한 선행 연구를 고찰하여 과학 그림 그리기 수업 방법을 확정하였다. 교과서 내용과 목표 개념, 관련 오개념 연구 결과를 참고하여 학습지와 교수 자료를 제작하였다. 수업 처치 이전에 사전 검사로 과학 탐구 능력 검사를 실시하였으며, 연구 집단은 수업 처치 이전에 새로운 수업 방법에 대한 오리엔테이션 및 연습을 2주 동안 실시하고 수업 진행 방식 및 활동지를 수정․보완하였다.
- 이 검사 도구는 과학 탐구 능력을 기초 탐구 능력과 통합 탐구 능력으로 구분하고, 기초 탐구 능력으로는 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 5개 탐구 요소로, 통합 탐구 능력으로는 자료 변환, 자료 해석, 변인 통제, 가설 설정, 일반화의 5개 탐구 요소로 구분하였다. 그리고 각 탐구 요소마다 3개의 문항을 개발하였다. 객관식의 4지 선택형으로 모두 30문항으로 구성되어 있으나, 본 연구 대상이 3학년 학생들이므로 기초 탐구 능력 검사를 20분 동안 실시하였다.
- 그림 자료 및 그림 그리기를 활용한 선행 연구를 고찰하여 과학 그림 그리기 수업 방법을 확정하였다. 교과서 내용과 목표 개념, 관련 오개념 연구 결과를 참고하여 학습지와 교수 자료를 제작하였다.
- 본 연구에서는 3단계 그림 그리기를 초등학교 과학과 내용에 맞게 ‘그림 그리기 - 오개념 삽화 분석하고 수정하기(적용하기)’로 재구성하였고, 창․재․탐 과학 노트의 ‘오늘의 알게 된 점’은 ‘배운 내용 나타내기’와 중복된다고 판단하여 생략하였다.
- 교과서 내용과 목표 개념, 관련 오개념 연구 결과를 참고하여 학습지와 교수 자료를 제작하였다. 수업 처치 이전에 사전 검사로 과학 탐구 능력 검사를 실시하였으며, 연구 집단은 수업 처치 이전에 새로운 수업 방법에 대한 오리엔테이션 및 연습을 2주 동안 실시하고 수업 진행 방식 및 활동지를 수정․보완하였다. 수업 처치는 2009년 9월에서 10월까지 총 8주 동안 초등학교 3학년 ‘소중한 공기’와‘날씨와 우리 생활’ 단원에 대하여 11차시에 걸쳐 실시하였다.
- 비교 집단은 전통적인 글쓰기 방식으로 수업하고 연구 집단에서는 과학 그리기를 활용 하는 수업을 실시하였다. 수업 처치가 끝난 후 10월 3주에 과학 탐구 능력 검사를 실시하였다.
- 수업 처치는 2009년 9월에서 10월까지 총 8주 동안 초등학교 3학년 ‘소중한 공기’와‘날씨와 우리 생활’ 단원에 대하여 11차시에 걸쳐 실시하였다.
- 본 연구에서 연구 집단과 비교 집단의 탐구 능력의 변화를 알아보기 위하여 사용한 검사 도구는 한국교원대학교 물리교육 연구에서 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학 탐구 능력 검사지(TSPS)이다. 이 검사 도구는 과학 탐구 능력을 기초 탐구 능력과 통합 탐구 능력으로 구분하고, 기초 탐구 능력으로는 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 5개 탐구 요소로, 통합 탐구 능력으로는 자료 변환, 자료 해석, 변인 통제, 가설 설정, 일반화의 5개 탐구 요소로 구분하였다. 그리고 각 탐구 요소마다 3개의 문항을 개발하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 B시 소재 D초등학교 3학년 2개반을 선정하여 그 중 1개 학급은 과학 그림 그리기 활용 수업을 적용한 집단을 연구 집단(29명)으로 선정하고, 나머지 학급은 전통적인 글쓰기 방식을 적용한 비교 집단(29명)으로 선정하였다. 과학 탐구 능력의 기초 탐구 능력에 대해 연구 집단과 비교 집단이 동질한 집단인지 여부를 알아보기 위해 사전 검사로 t 검증을 실시하였다.
데이터처리
- 본 연구는 B시 소재 D초등학교 3학년 2개반을 선정하여 그 중 1개 학급은 과학 그림 그리기 활용 수업을 적용한 집단을 연구 집단(29명)으로 선정하고, 나머지 학급은 전통적인 글쓰기 방식을 적용한 비교 집단(29명)으로 선정하였다. 과학 탐구 능력의 기초 탐구 능력에 대해 연구 집단과 비교 집단이 동질한 집단인지 여부를 알아보기 위해 사전 검사로 t 검증을 실시하였다. 분석 결과는 표 1과 같다.
이론/모형
- 본 연구에서 연구 집단과 비교 집단의 탐구 능력의 변화를 알아보기 위하여 사용한 검사 도구는 한국교원대학교 물리교육 연구에서 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학 탐구 능력 검사지(TSPS)이다. 이 검사 도구는 과학 탐구 능력을 기초 탐구 능력과 통합 탐구 능력으로 구분하고, 기초 탐구 능력으로는 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 5개 탐구 요소로, 통합 탐구 능력으로는 자료 변환, 자료 해석, 변인 통제, 가설 설정, 일반화의 5개 탐구 요소로 구분하였다.
성능/효과
- 과학 탐구 능력에 대한 설문 결과, 탐구 능력 향상에 미치는 영향과 일치하는 응답 결과를 확인할 수 있었다. 관찰, 측정 영역에 있어 학생들은 과학 그리기 활용 수업을 아주 긍정적으로 인식하고 있으며, 특히 관찰 영역에 있어서는 76% 학생들이 도움이 되었다는 응답을 보여 관찰력을 기르는데 과학 그리기 활동이 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 보여 준다.
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표 1. 기초 탐구 능력 사전 검사 t 검증 결과
과학 탐구 능력의 사전 검사 점수를 t 검증한 결과, 유의수준 .05에서 두 집단의 과학 탐구 능력과 하위 요소별 점수에 있어 유의미한 차이가 없으므로 동질한 집단임을 알 수 있었다
. - 기초 탐구 요소별 사후 검사 점수를 t 검증한 결과, 관찰, 측정, 추리 세 가지 영역은 유의수준 .05에서 유의미한 차이를 보였으나, 분류와 예상 영역은 유의수준 .05에서 유의미한 차이를 보이지 않았다. 과학 그리기 활용 수업이 기초 탐구 요소 중 관찰, 측정, 추리 영역에는 효과를 보이나, 분류와 예상 영역에는 영향을 미치지 못하였다.
- 두 집단의 기초 탐구 능력 사후 검사 점수를 t 검증한 결과, 유의 수준 .05에서 두 집단의 기초 탐구 능력의 평균 차이가 유의미한 것으로 나타났다. 즉, 과학 그리기 활동이 과학 탐구 능력 중 기초 탐구 능력에 있어 긍정적인 효과를 미치는 것으로 나타났다(p<.
- 둘째, 과학 그리기 활용 수업에 대한 학생들의 인식을 조사한 결과, 과학 수업 자체에 대한 흥미도 및 학습에 미치는 영향에 대하여 긍정적인 인식을 보였다. 과학 탐구 능력 중에서는 관찰과 측정 영역에 대해서 긍정적인 인식을 보였다.
- 둘째, 과학 그리기 활용 수업이 문제 해결에 필요한 탐구 능력 향상에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 과학 그리기 활용 수업이 학생들의 문제 해결 능력에도 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 보여주므로, 후속 연구에서 과학 그리기 활용 수업이 학생들의 문제 해결력에 미치는 영향에 관한 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 즉, 과학 그리기 활동이 과학 탐구 능력 중 기초 탐구 능력에 있어 긍정적인 효과를 미치는 것으로 나타났다(p<.05).
- 첫째, 과학 그리기 활용 수업 적용이 기초 탐구 능력 신장에 효과적이다. 학습자가 능동적으로 참여하고 탐구 과정을 시각적으로 확인하며 그림으로 표현하는 과학 그리기 활동을 통해 문제 해결에 필요한 탐구 능력 중 기초가 되는 기초 탐구 능력 향상에 긍정적인 효과가 있었다.
- 이러한 상황들은 과학 교육에 있어 두 가지를 시사해준다. 첫째, 오늘날의 과학 교육은 지식의 전달과 축적보다는 학습자 개인이 필요한 지식을 찾아 주어진 문제를 해결할 수 있도록 탐구하는 능력을 신장시켜 주어야 한다. 과학은 과학 지식과 탐구 과정의 양면 그 자체이고, 지식이란 과학적인 탐구 과정을 통해서 얻어진 산물이므로 탐구 능력 신장을 통해 학생들은 스스로 지식을 쌓을 수 있다.
- 학습자가 능동적으로 참여하고 탐구 과정을 시각적으로 확인하며 그림으로 표현하는 과학 그리기 활동을 통해 문제 해결에 필요한 탐구 능력 중 기초가 되는 기초 탐구 능력 향상에 긍정적인 효과가 있었다. 특히 과학 그리기 활용 수업을 적용한 학생들에게서 기초 탐구 요소 중 관찰, 측정, 추리의 과학 탐구 요소가 향상되었고, 분류와 예상 요소에는 유의미한 향상을 보이지 않았다.
- 첫째, 과학 그리기 활용 수업 적용이 기초 탐구 능력 신장에 효과적이다. 학습자가 능동적으로 참여하고 탐구 과정을 시각적으로 확인하며 그림으로 표현하는 과학 그리기 활동을 통해 문제 해결에 필요한 탐구 능력 중 기초가 되는 기초 탐구 능력 향상에 긍정적인 효과가 있었다. 특히 과학 그리기 활용 수업을 적용한 학생들에게서 기초 탐구 요소 중 관찰, 측정, 추리의 과학 탐구 요소가 향상되었고, 분류와 예상 요소에는 유의미한 향상을 보이지 않았다.
후속연구
- 셋째, 과학 그리기 활용 수업이 기초 탐구 요소 중 분류, 예상에 미치는 효과가 미비하였으므로 분류와 예상 요소를 신장시킬 수 있는 방향으로 프로그램을 수정․보완하여 연구할 필요가 있다.
- 실험 결과, 예상하여 그리기와 관찰 현상 그림 그리기에서 학습자가 자신의 생각을 시각화하는 과정을 중심으로 이루어졌다면 오개념 삽화 분석 및 수정하기는 주어진 시각적 자료를 활용하여 개념 및 탐구 능력을 심화시키는 활동으로 이루어진다.
- 둘째, 과학 그리기 활용 수업이 문제 해결에 필요한 탐구 능력 향상에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 과학 그리기 활용 수업이 학생들의 문제 해결 능력에도 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 보여주므로, 후속 연구에서 과학 그리기 활용 수업이 학생들의 문제 해결력에 미치는 영향에 관한 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 이상의 연구 결과를 통해 과학그리기 활용 수업 적용은 학생들이 능동적인 주체가 되어 자신의 사고 과정 및 탐구 과정을 그림으로 표현하는 과정을 통해 주어진 문제 해결을 하는데 필요한 과학 탐구 능력 및 과학 탐구 요소의 신장에 도움을 줄 수 있기에 과학과 교수․학습 방법으로 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
- 첫째, 본 연구에서는 연구 대상이 3학년이기에 과학 탐구 능력 중 기초 탐구 능력만 다루었으나, 궁극적으로 문제 해결에 필요한 탐구 능력에는 기초 탐구 능력뿐만 아니라 통합 탐구 능력이 필요하다. 또한 고학년으로 갈수록 기초 탐구 과정을 기본으로 하여 통합 탐구 과정이 많아지고 있으므로 과학 그리기 활용 수업이 통합 탐구 능력 향상에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하다.
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