본 연구의 목적은 고등학생들의 과학 경험의 정도를 정량화하는 측정 도구를 제시하는 것이다. 측정 도구를 구성하는 요인들은 선행연구를 통해 학교 안 과학 경험은 일반 활동 경험, 과학 탐구 경험, 실험 기구 경험으로 나눌 수 있었다. 학교 밖 과학 경험은 일반 활동 경험, 취미 활동 경험, 현장 견학 경험으로 세분화 할 수 있었다. 각각의 요인을 구성하는 문항은 선행연구에서 사용된 과학 경험 측정 도구에서 일부를 발췌하고 더불어 과학 경험에 대한 개방적인 설문지를 통하여 얻은 답변 중 빈도가 많은 답변과 중등 교과서의 탐색적 분석을 통해 선정하였다. 사전 설문조사와 선행 연구를 바탕으로 개발한 측정 도구는 예비 검사를 실시한 후, 고등학교 1학년 학생 413명을 대상으로 검사를 실시하였다. 개발한 측정 도구의 내용타당도는 현직 중등교사 2명과 과학교육전문가 2명이 각 문항이 측정하고자 하는 목적에 부합하는지 검사하였고, 구인타당도는 요인분석을 통해 검사하였다. 측정 도구의 신뢰도는 Cronbach $\alpha$를 통하여 추정하였다. 측정 도구 6개 영역의 요인에 대하여 타당도와 신뢰도 분석 결과 과학 경험을 측정하는 도구로서 적절한 것으로 나타났다.
본 연구의 목적은 고등학생들의 과학 경험의 정도를 정량화하는 측정 도구를 제시하는 것이다. 측정 도구를 구성하는 요인들은 선행연구를 통해 학교 안 과학 경험은 일반 활동 경험, 과학 탐구 경험, 실험 기구 경험으로 나눌 수 있었다. 학교 밖 과학 경험은 일반 활동 경험, 취미 활동 경험, 현장 견학 경험으로 세분화 할 수 있었다. 각각의 요인을 구성하는 문항은 선행연구에서 사용된 과학 경험 측정 도구에서 일부를 발췌하고 더불어 과학 경험에 대한 개방적인 설문지를 통하여 얻은 답변 중 빈도가 많은 답변과 중등 교과서의 탐색적 분석을 통해 선정하였다. 사전 설문조사와 선행 연구를 바탕으로 개발한 측정 도구는 예비 검사를 실시한 후, 고등학교 1학년 학생 413명을 대상으로 검사를 실시하였다. 개발한 측정 도구의 내용타당도는 현직 중등교사 2명과 과학교육전문가 2명이 각 문항이 측정하고자 하는 목적에 부합하는지 검사하였고, 구인타당도는 요인분석을 통해 검사하였다. 측정 도구의 신뢰도는 Cronbach $\alpha$를 통하여 추정하였다. 측정 도구 6개 영역의 요인에 대하여 타당도와 신뢰도 분석 결과 과학 경험을 측정하는 도구로서 적절한 것으로 나타났다.
The purpose of this study is to develop a measurement tool quantifying the degree of high school students' scientific experience. Based on previous studies, we divided the factors that compose school scientific experience into three categories: general activity experience, scientific inquiry experie...
The purpose of this study is to develop a measurement tool quantifying the degree of high school students' scientific experience. Based on previous studies, we divided the factors that compose school scientific experience into three categories: general activity experience, scientific inquiry experience and laboratory apparatus experience. While, outside of school scientific experience was divided into general activity experience, interesting activity experience and field trip experience. Items consisting each factor were selected from scientific experience measurement tools used in previous researches, most frequent answers showed in open questionnaire about scientific experiences, and exploratory analysis of textbooks. After the measurement tool developed by pilot-questionnaires and previous researches were preliminary tested and then was secondarily tested for a group of 413 high school students. The content validity and construct validity of the measurement tool was evaluated by two school teachers and two experts in science education and by factor analysis, respectively. The reliability of the tool was estimated with Cronbach Alpha. The results of validity and reliability revealed that the tool was appropriate for measuring scientific experience.
The purpose of this study is to develop a measurement tool quantifying the degree of high school students' scientific experience. Based on previous studies, we divided the factors that compose school scientific experience into three categories: general activity experience, scientific inquiry experience and laboratory apparatus experience. While, outside of school scientific experience was divided into general activity experience, interesting activity experience and field trip experience. Items consisting each factor were selected from scientific experience measurement tools used in previous researches, most frequent answers showed in open questionnaire about scientific experiences, and exploratory analysis of textbooks. After the measurement tool developed by pilot-questionnaires and previous researches were preliminary tested and then was secondarily tested for a group of 413 high school students. The content validity and construct validity of the measurement tool was evaluated by two school teachers and two experts in science education and by factor analysis, respectively. The reliability of the tool was estimated with Cronbach Alpha. The results of validity and reliability revealed that the tool was appropriate for measuring scientific experience.
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문제 정의
본 연구는 과학 경험 측정도구를 개발하는 연구이다. 문헌 조사 및 선행 연구를 통해 기존에 사용되었던 과학 경험 측정도구를 분석하고 예비 조사를 통해 측정 도구를 개발하였다.
본 연구의 목적은 학생들의 과학 경험을 측정하는 도구를 개발하고 이를 적용하는데 있다. 구체적인 연구문제는 다음과 같다.
제안 방법
학교 안 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 과학 탐구 경험, 실험 기구 경험으로 구성하였으며 학교 밖 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 취미 활동 경험, 현장 견학 경험으로 구성하였다. 6개 요인으로 구성된 과학 경험 측정 도구를 고등학교 1학년 학생들을 대상으로 적용하여 요인분석을 실시하였고, 타당도와 신뢰도를 분석하였다.
학교 안 과학 경험의 과학 탐구 경험은 Klopfer(1971)의 탐구 기능을 바탕으로 10개 문항을 개발하였다. Klopfer는 탐구 기능으로서 4가지의 목표를 제시하였는데, 이 중 4가지 목표들을 포괄하는 범위에서 10개의 기능을 선정하여 연구 목적에 맞게 수정하여 사용하였다. 실험 기구 경험은 학생들의 응답에서 빈도수가 높은 실험 기구와 신영준(2000)의 측정 도구에서 일부 수정하였고 중등 교과서의 탐색적 분석을 통해 문항을 구성하였다.
학교 밖 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 취미 활동 경험, 현장 견학 경험으로 구성하였으며, 총 6개 영역으로 구성하였다. 각 영역과 문항은 선행 연구와 중등 교과서의 탐색적 분석, 개방형 설문지를 통한 학생들의 과학 경험 사례를 통해 개발하였다. 문항 개발을 위해 사용된 개방형 설문지는 고등학교 1학년 1개반, 3학년 2개반을 대상으로 학교 안에서의 과학경험과 학교 밖에서의 과학경험에 대하여 자유롭게 기술하도록 제시하여 설문조사를 실시하였으며, 총 96명의 응답을 분석하였다.
각 영역과 문항은 선행 연구와 중등 교과서의 탐색적 분석, 개방형 설문지를 통한 학생들의 과학 경험 사례를 통해 개발하였다. 문항 개발을 위해 사용된 개방형 설문지는 고등학교 1학년 1개반, 3학년 2개반을 대상으로 학교 안에서의 과학경험과 학교 밖에서의 과학경험에 대하여 자유롭게 기술하도록 제시하여 설문조사를 실시하였으며, 총 96명의 응답을 분석하였다.
본 연구는 과학 경험 측정도구를 개발하는 연구이다. 문헌 조사 및 선행 연구를 통해 기존에 사용되었던 과학 경험 측정도구를 분석하고 예비 조사를 통해 측정 도구를 개발하였다. 예비 조사는 과학 경험에 관한 개방형 설문지를 이용하여 학생들의 과학 경험 사례를 조사하였고, 선행 연구에서 타당도와 신뢰도가 검증된 과학 경험 측정 도구를 분석하였다.
그러므로 학생들의 경험 수준을 정량화 할 수 있는 측정 도구가 제시될 필요가 있다. 본 연구에서는 학생들의 과학 경험 측정을 위한 도구의 영역을 학교 안 과학 경험과 학교 밖 과학 경험으로 설정하였다. 학교 안 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 과학 탐구 경험, 실험 기구 경험으로 구성하였으며 학교 밖 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 취미 활동 경험, 현장 견학 경험으로 구성하였다.
예비 조사는 과학 경험에 관한 개방형 설문지를 이용하여 학생들의 과학 경험 사례를 조사하였고, 선행 연구에서 타당도와 신뢰도가 검증된 과학 경험 측정 도구를 분석하였다. 선행 연구와 예비 조사를 바탕으로 개발한 과학 경험 측정도구의 문항들은 현직 중등교사 2명과 과학 교육전문가 2명의 검토를 통해 내용타당도를 인정받은 후 한 학급의 학생들을 대상으로 예비 검사를 통해 수정 및 보완하여 최종적으로 측정 도구를 완성하였다.
Klopfer는 탐구 기능으로서 4가지의 목표를 제시하였는데, 이 중 4가지 목표들을 포괄하는 범위에서 10개의 기능을 선정하여 연구 목적에 맞게 수정하여 사용하였다. 실험 기구 경험은 학생들의 응답에서 빈도수가 높은 실험 기구와 신영준(2000)의 측정 도구에서 일부 수정하였고 중등 교과서의 탐색적 분석을 통해 문항을 구성하였다. 학교 밖 과학 경험의 문항은 신영준(2000)의 측정도구에서 일부 발췌하였고, 개방형 설문지의 응답을 분석하여 학교 밖에서 이루어지고 있는 활동들을 3영역으로 구분하여 영역별 10개 문항으로 구성하였다.
문헌 조사 및 선행 연구를 통해 기존에 사용되었던 과학 경험 측정도구를 분석하고 예비 조사를 통해 측정 도구를 개발하였다. 예비 조사는 과학 경험에 관한 개방형 설문지를 이용하여 학생들의 과학 경험 사례를 조사하였고, 선행 연구에서 타당도와 신뢰도가 검증된 과학 경험 측정 도구를 분석하였다. 선행 연구와 예비 조사를 바탕으로 개발한 과학 경험 측정도구의 문항들은 현직 중등교사 2명과 과학 교육전문가 2명의 검토를 통해 내용타당도를 인정받은 후 한 학급의 학생들을 대상으로 예비 검사를 통해 수정 및 보완하여 최종적으로 측정 도구를 완성하였다.
요인분석을 실시하기 전에 수집된 자료가 요인분석에 적합한지 Kaiser-Meyer-Olkin(KMO)의 표본 적절성 측정치와 Bartlett의 구형성 검증 결과를 확인하였다. KMO 표본 적절성 측정치와 Bartlett-검정은 수집된 자료가 변수간 상관관계가 유의미하여 요인분석에 적합한지 여부를 판단하는 방법이다.
이를통해 학생들의 학교 안 과학 경험의 일반 활동 경험의 양상을 분석하여 10개의 문항을 구성하였다. 학교 안 과학 경험의 과학 탐구 경험은 Klopfer(1971)의 탐구 기능을 바탕으로 10개 문항을 개발하였다.
측정 도구는 학교 안 과학 경험과 학교 밖 과학 경험으로 구분하였고, 학교 안 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 과학 탐구 경험, 실험 기구 경험으로 구성하였다. 학교 밖 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 취미 활동 경험, 현장 견학 경험으로 구성하였으며, 총 6개 영역으로 구성하였다.
측정 도구는 학교 안 과학 경험과 학교 밖 과학 경험으로 구분하였고, 학교 안 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 과학 탐구 경험, 실험 기구 경험으로 구성하였다. 학교 밖 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 취미 활동 경험, 현장 견학 경험으로 구성하였으며, 총 6개 영역으로 구성하였다. 각 영역과 문항은 선행 연구와 중등 교과서의 탐색적 분석, 개방형 설문지를 통한 학생들의 과학 경험 사례를 통해 개발하였다.
이를통해 학생들의 학교 안 과학 경험의 일반 활동 경험의 양상을 분석하여 10개의 문항을 구성하였다. 학교 안 과학 경험의 과학 탐구 경험은 Klopfer(1971)의 탐구 기능을 바탕으로 10개 문항을 개발하였다. Klopfer는 탐구 기능으로서 4가지의 목표를 제시하였는데, 이 중 4가지 목표들을 포괄하는 범위에서 10개의 기능을 선정하여 연구 목적에 맞게 수정하여 사용하였다.
본 연구에서는 학생들의 과학 경험 측정을 위한 도구의 영역을 학교 안 과학 경험과 학교 밖 과학 경험으로 설정하였다. 학교 안 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 과학 탐구 경험, 실험 기구 경험으로 구성하였으며 학교 밖 과학 경험의 세부 영역은 일반 활동 경험, 취미 활동 경험, 현장 견학 경험으로 구성하였다. 6개 요인으로 구성된 과학 경험 측정 도구를 고등학교 1학년 학생들을 대상으로 적용하여 요인분석을 실시하였고, 타당도와 신뢰도를 분석하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 한정된 지역의 1개 고등학교에서 동일한 교사의 수업을 받는 10개 학급의 1학년 학생들을 연구 대상으로 하였다. 총 460명에게 설문을 실시한 결과, 불성실하거나 오류가 있으며, 검사문항에 모두 응답하지 않은 47명의 자료를 제외한 전체 413명(남학생 241명, 여학생 172명)의 자료가 분석에 포함되었다.
본 연구에서는 한정된 지역의 1개 고등학교에서 동일한 교사의 수업을 받는 10개 학급의 1학년 학생들을 연구 대상으로 하였다. 총 460명에게 설문을 실시한 결과, 불성실하거나 오류가 있으며, 검사문항에 모두 응답하지 않은 47명의 자료를 제외한 전체 413명(남학생 241명, 여학생 172명)의 자료가 분석에 포함되었다.
데이터처리
개발된 측정도구의 6개의 요인에 대해 주축요인추출방법과 사각 오블리민 회전을 이용하여 요인분석을 실시하였다. Kaiser-Meyer-Olkin(KMO)의 표본 적절성 측정치와 Bartlett의 구형성 검증 결과, 그리고 Cronbach α와 각 영역 내 문항 간 총점 상관계수를 분석한 결과 측정도구의 타당도와 신뢰도는 양호한 것으로 판단된다.
개발된 과학 경험 측정 도구는 6개 요인으로써 총 60개의 문항으로 이루어져 있으며 각각의 문항은 5단계 Likert 척도 응답형인 ‘매우 많다, 많다, 모르겠다, 적다, 전혀 없다’로 설정되어 있어서 결과를 정량화하여 통계 처리하는 데 적합하다. 검사 결과는 긍정형 문항은 매우 많다 5점, 많다 4점, 모르겠다 3점, 적다 2점, 전혀 없다 1점으로 채점하였으며, 자료 분석은 SPSS 12.0 통계 프로그램을 이용하여 실시하였다. 기술적 통계(평균, 표준편차), 타당도 및 신뢰도 분석, 요인분석을 수행하였으며, 분석 단계에서는 내용타당성 검증과 내적일관성신뢰도(Cronbach α) 검증을 하였고, 요인분석의 주축요인추출방법과 사각회전 방법인 오블리민(Oblimin) 회전을 사용하여 측정 도구의 타당도를 분석하였다.
기술적 통계(평균, 표준편차), 타당도 및 신뢰도 분석, 요인분석을 수행하였으며, 분석 단계에서는 내용타당성 검증과 내적일관성신뢰도(Cronbach α) 검증을 하였고, 요인분석의 주축요인추출방법과 사각회전 방법인 오블리민(Oblimin) 회전을 사용하여 측정 도구의 타당도를 분석하였다.
이론/모형
앞에서 제시한바와 같이 과학경험의 중요성과 다양한 변인과의 관계가 있음이 보고되고 있으나, 과학경험을 측정하는 도구를 설정하고 적용하는데 있어 서로 다른 문항들을 사용하고 있었다. 이문원과 조희형(1985)이 사용한 과학경험 측정도구는 미국 NAEP에서 사용한 문항 중에서 9영역 58문항을 번역하여 학생들의 성별에 따른 과학 과목의 성취도 차이의 원인을 밝히기 위해 사용하였다. 신영준(2000)은 이문원과 조희형(1985), 장경애(1993)이 사용한 측정도구에서 문항을 선택하여 수정, 보완하여 과학 학습의 배경요인으로써 과학경험에 대한 남녀 학생들의 차이를 분석하기 위해 10영역으로 구분하여 65문항을 사용하였다.
실험 기구 경험은 학생들의 응답에서 빈도수가 높은 실험 기구와 신영준(2000)의 측정 도구에서 일부 수정하였고 중등 교과서의 탐색적 분석을 통해 문항을 구성하였다. 학교 밖 과학 경험의 문항은 신영준(2000)의 측정도구에서 일부 발췌하였고, 개방형 설문지의 응답을 분석하여 학교 밖에서 이루어지고 있는 활동들을 3영역으로 구분하여 영역별 10개 문항으로 구성하였다.
성능/효과
5이상이다. 48번 문항의 총점상관계수는 0.319로 상관이 낮지만, 다른 문항들의 총점상관계수는 모두 0.40이상으로 상관이 있거나 상관이 높은 것으로 나타났다. 즉, 측정도구의 신뢰도는 대체로 양호하다고 판단된다.
6개의 요인에 대해 주축요인추출방법과 사각 오블리민 회전을 이용하여 요인분석을 실시한 결과 Kaiser-Meyer-Olkin(KMO)의 표본 적절성 측정치와 Bartlett의 구형성 검증 결과에 의해 과학 경험 척도는 타당성이 양호한 것으로 검증되었다(KMO=0.917; Bartlett의 구형성 검증. =13145.431, df=1770, p<0.001).
개발된 측정도구의 6개의 요인에 대해 주축요인추출방법과 사각 오블리민 회전을 이용하여 요인분석을 실시하였다. Kaiser-Meyer-Olkin(KMO)의 표본 적절성 측정치와 Bartlett의 구형성 검증 결과, 그리고 Cronbach α와 각 영역 내 문항 간 총점 상관계수를 분석한 결과 측정도구의 타당도와 신뢰도는 양호한 것으로 판단된다.
개발된 과학 경험 측정 도구는 6개 요인으로써 총 60개의 문항으로 이루어져 있으며 각각의 문항은 5단계 Likert 척도 응답형인 ‘매우 많다, 많다, 모르겠다, 적다, 전혀 없다’로 설정되어 있어서 결과를 정량화하여 통계 처리하는 데 적합하다.
745이다. 변량의 비율(percentage of variance)은 요인이 각 변수를 설명해주는 정도를 나타내는 것으로 과학 경험에 대한 요인 I의 설명력은 27.224% 요인 II의 설명력은 6.188%, 요인 III의 설명력은 5.253%, 요인 IV의 설명력은 3.807%, 요인 V의 설명력은 3.415%, 요인 VI의 설명력은 2.909%로 6개의 요인들이 설명하는 누적변수는 총 변량의 48.796%이다. 요인 I에 해당하는 과학 탐구 경험이 학생의 과학 경험에 가장 큰 요인으로 작용한다고 볼 수 있고, 요인 VI에 해당하는 취미 활동 경험은 반대로 학생의 과학 경험에 미치는 영향이 적다고 볼 수 있다.
본 연구에서 KMO 표본 적절성 측정치는 0.917, Bartlett의 구형성 검증 결과(χ2=13145.431, df=1770, p<0.001) 유의미하게 나타나 수집된 자료가 요인분석에 적절한 것으로 판단하였다.
요인분석결과 요인 I에 속하는 문항(11-20번)들은 0.419-0.859의 요인적재값을 나타내었고, 요인 II에 속하는 문항(31-40번)들은 0.406-0.660, 요인 III에 속하는 문항(51-60번)들은 0.135-0.685, 요인 IV에 속하는 문항(21-30번)들은 0.287-0.681, 요인 V에 속하는 문항(1-10번)들은 0.363-0.632, 요인 VI에 속하는 문항(41-50번)들은 0.126-0.461의 요인적재값을 나타내었다. 요인계수행렬에서 어느 요인의 세로줄에 “−1”을 곱해도 그 요인이 설명하는 분산은 변하지 않는다.
학생들의 과학적 경험정도는 학교 안 과학 경험에서는 실험 기구 경험, 과학 탐구 경험, 일발 활동 경험 순으로 높게 나타났으며, 학교 밖 과학 경험은 취미 활동 경험, 현장 견학 경험, 일반 활동 경험 순으로 나타났다. 전체적으로 학교 안 과학 경험의 정도가 학교 밖 과학 경험의 정도보다 높게 나타났다.
평균과 표준편차, 그리고 신뢰도의 측정 결과 측정도구 각 영역의 신뢰도는 학교 안에서의 경험의 일반 활동 경험이 0.825, 과학 탐구 경험이 0.926, 실험 기구 경험이 0.870, 학교 밖에서의 경험의 일반 활동 경험이 0.892, 취미 활동 경험이 0.738, 현장 견학 경험이 0.841로 나타났다.
측정도구 6영역의 평균과 표준편차를 Table 2에 나타내었다. 학생들의 과학적 경험정도는 학교 안 과학 경험에서는 실험 기구 경험, 과학 탐구 경험, 일발 활동 경험 순으로 높게 나타났으며, 학교 밖 과학 경험은 취미 활동 경험, 현장 견학 경험, 일반 활동 경험 순으로 나타났다. 전체적으로 학교 안 과학 경험의 정도가 학교 밖 과학 경험의 정도보다 높게 나타났다.
요인 I에 해당하는 과학 탐구 경험이 학생의 과학 경험에 가장 큰 요인으로 작용한다고 볼 수 있고, 요인 VI에 해당하는 취미 활동 경험은 반대로 학생의 과학 경험에 미치는 영향이 적다고 볼 수 있다. 회전된 요인분석의 결과는 각 영역의 모든 문항들이 모두 자신의 영역에 부하하였고, 본 연구에서 구성한 문항들이 과학 경험을 측정하는 도구로서 타당하다고 판단하였다.
후속연구
학생들이 새로운 개념을 학습할 때는 학생들의 사전 경험의 중요성을 인정하고 교수법 판단의 준거로 사용해야 한다. 이러한 과정에서 본 연구에서 제안한 과학경험 측정도구가 학생들의 과학 경험을 측정하여 효과적인 교수설계를 구축하는데 도움이 되길 기 대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
학교 안 과학 경험을 어떻게 나눌 수 있는가?
본 연구의 목적은 고등학생들의 과학 경험의 정도를 정량화하는 측정 도구를 제시하는 것이다. 측정 도구를 구성하는 요인들은 선행연구를 통해 학교 안 과학 경험은 일반 활동 경험, 과학 탐구 경험, 실험 기구 경험으로 나눌 수 있었다. 학교 밖 과학 경험은 일반 활동 경험, 취미 활동 경험, 현장 견학 경험으로 세분화 할 수 있었다.
과학 교육에서 구성주의란 무엇인가?
현대의 과학 교육은 학습자를 능동적인 교육의 주체로 인식을 하고 학습자의 개념 변화를 중요시하는 구성주의 이론이 바탕이 되고 있다. 과학 교육에서 구성주의는 학습자의 경험으로부터 스스로 지식을 구성한다는 의미이다(Driver, 1983). 구성주의 이론에서 학습은 학습자가 이미 형성된 개념과 새롭게 학습하게 될 개념과의 상호작용에 의해서 이루어진다고 보 았고, 학습자의 사전 경험을 매우 중요시하고 있다.
본 논문에서 수행한, 학생들의 과학 경험을 측정하는 도구를 개발하고 적용하는데 있어서 구체적인 연구문제는 무엇인가?
구체적인 연구문제는 다음과 같다. 1) 과학경험을 구성하는 요인 들은 무엇인가? 2) 각 요인들은 과학경험을 측정하기에 타당한가?
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