[논문]비유 실험을 활용한 탐구학습이 과학영재의 실험설계 과정에 미치는 영향

유지연; 박연옥; 노태희

doi:10.14697/jkase.2011.31.6.986

문제 정의

적용실험은 다양한 아이디어를 탐색하는 확산적 사고나 이를 검토하고 정교화하는 비판적 사고와 같은 고차원적인 사고를 요하는 것으로 과학영재의 창의적 사고 계발에 유용한 형태로 보고되고 있다(Karelina & Etkina, 2007). 비유 실험은 학생들이 친숙하게 접할 수 있는 소재인 곡물을 올레산 분자의 비유물로 설정하여 곡물의 크기를 구하는 다양한 방법에 대해 계획하고, 곡물을 직접 조작하며 문제를 해결해봄으로써 올레산 분자의 크기를 구하는 실제 탐구문제에 활용하도록 하기 위한 것이다. 예비연구를 토대로 비유 실험을 위한 교사용 수업 지도안과 학생용 교수-학습 자료를 개발하였고 과학교육 전문가 2인 및 과학영재교육 담당 교사 5인으로부터 타당성을 검토 받아 수정∙보완한 후, 완성된 자료를 활용하여 탐구학습을 실시하였다.
한편, 실험설계에서 나타나는 과학영재의 사고과정은 실험의 종류 및 특성에 따라 달라질 가능성이 있으므로 다양한 실험 상황에 대한 비유 실험을 개발∙적용하여 학생들이 거치는 사고과정 및 비유 실험의 영향을 조사하는 연구가 지속적으로 이루어질 필요가 있다. 이 연구는 특정 실험 상황에 대해 소수의 학생만을 대상으로 발성사고 및 면담 방법 등을 통해 심층적이고 실질적인 정보를 얻는데 중점을 두고 연구를 진행했다. 따라서 이 연구 결과를 모든 실험 상황과 학생들에게 일반화하는 데 한계가 있으므로, 이 연구 결과에 기초하여 보다 더 많은 대상과 다양한 실험을 대상으로 하는 연구를 진행할 필요가 있다.
이 연구에서는 탐구학습에서 과학적 창의성을 계발하기 위해 활용할 수 있는 비유 실험 활동을 개발, 적용하여 비유 실험을 활용한 탐구학습이 학생들의 실험 설계 과정에 미치는 영향을 심층적으로 조사하였다.
비유 실험을 활용한 탐구학습에서는 과학영재 학생들이 주어진 탐구문제를 해결하기 위한 다양한 실험 방법을 단계별로 구성해 보도록 하였다. 이때 교사는 과학영재 학생들이 계획한 다양한 실험 방법을 정리하고 학생들이 직접 실험을 수행하여 문제를 해결할 수 있도록 하였다. 비유 실험을 활용한 탐구학습을 진행한 후, 과학영재 학생들은 발성사고법을 사용하여 올레산 분자의 크기를 구하는 탐구문제를 해결하기 위한 실험설계를 약 40분 동안 개별적으로 수행하였다.
이에 이 연구에서는 과학영재의 탐구학습에서 창의성 계발을 촉진하는 비유 실험설계 수업 전략 개발을 위한 기초 연구로서, 비유 실험을 활용한 탐구학습의 적용 가능성을 탐색하고자 한다. 이를 위해 비유 실험을 활용한 탐구학습을 수행한 과학영재 학생들의 실 험설계 과정을 분석하여, 비유를 활용한 탐구학습이 과학영재 학생들의 실험설계 과정에 미치는 영향을 심층적으로 조사하고자 한다.
그러나 올레산 분자의 개수를 실제 실험에서 셀 수 있을지 여부에 대해 점검하며 콩의 크기와 올레산 분자의 크기가 서로 다르다는 차이점을 인식하였다. 이에 콩의 개수는 직접 셀 수 있지만 올레산 분자의 개수는 직접 셀 수 없음을 인지하고 간접적인 관점에서 새로운 방법을 탐색하였다. 이러한 결과는 비유 실험을 활용한 탐구학습이 비유 실험 상황과 주어진 탐구문제 상황의 관계를 통해 정보를 재구성하여 새로운 심상을 형성하고 이를 새로운 상황에 전이하는 것을 촉진시켰을 가능성이 있음을 시사한다(Mayo, 2001).

가설 설정

S1 아까 곡물실험에서 가정했던 내용이요, 한 층이고 한 층의 틈이 전혀 없다던가 그런 내용을 여기에 적용했죠. 그 콩 실험에서 실험할 때 이런 가정이 있어야 실험결과가 정확히 나오고 이런 거라고 생각을 했죠.
즉, 설계하고자 하는 실험의 큰 틀인 전략을 결정하는 과정에서 문제를 해결하기 위해 다양한 아이디어를 고안하고(3명), 실제 실험의 실행 가능성과 목표 부합성을 점검하여(3명) 최종적으로 하나를 선택하여 정교화 해나가는 것으로 나타났다. 또한, 이 유형에 해당하는 모든 학생들이 자신이 구성한 실험 계획에 수반되는 가정을 설정해야 하는 필요성을 인식하고 있었으며, 전략을 활용하는 데 있어 내재된 필수조건을 올바르게 탐색함으로써 유의미한 가정을 제시하였다.

제안 방법

또한, 각 유형에 따른 실험설계 과정요소별 수행수준을 분석∙비교하였다. 과정요소별 수행수준에 대한 분석을 위해, 동일한 탐구문제에 대한 과학영재 학생들의 일반적인 실험설계에서 나타나는 특징을 분석한 선행연구(유지연 등, 2011)에서 사용한 분류틀에 따라 적용실험 설계의 과정요소 및 하위요소를 표 1과 같이 분류하고, 각 과정의 하위요소별 수행수준을 분석하였다. 이때, 실험설계 과정에서 비유 실험의 활용정도와 유용성 및 비유 실험 활용에서의 어려움 등의 사후 면담 질문에 대한 과학영재 학생들의 응답을 해석 자료로 활용하였다.
녹음∙녹화된 자료 및 관찰 기록지를 바탕으로 전 사본을 작성하였다. 전사본을 바탕으로 비유 실험을 활용한 탐구학습 후 실험을 설계하는 과정에서 나타나는 과학영재의 사고과정을 심층적으로 분석하였다.
이 연구에서는 이를 비유 실험을 활용한 실험설계 상황에 적용하여, 과학영재들이 비유 실험 상황에서의 아이디어를 변화시켜 추진하는 과정을 중심으로 유형을 분석하였다. 또한, 각 유형에 따른 실험설계 과정요소별 수행수준을 분석∙비교하였다. 과정요소별 수행수준에 대한 분석을 위해, 동일한 탐구문제에 대한 과학영재 학생들의 일반적인 실험설계에서 나타나는 특징을 분석한 선행연구(유지연 등, 2011)에서 사용한 분류틀에 따라 적용실험 설계의 과정요소 및 하위요소를 표 1과 같이 분류하고, 각 과정의 하위요소별 수행수준을 분석하였다.
면담 시나리오는 실험설계 과정에서 나타나는 과학영재의 사고를 심층적으로 조사하기 위해 비유 실험을 활용하여 실험설계를 하는 과정이나 비유 실험과 설계한 실험의 속성 및 관계를 각각 대응시키는 과정 등에 대한 질문으로 구성하였다. 또한, 비유 실험을 활용한 탐구학습에 대한 과학영재 학생들의 인식을 조사하기 위해 비유 실험의 활용 정도와 유용성 및 비유 실험 활용에서의 어려움 등을 질문하였다. 발성사고를 통한 학생들의 실험설계 과정 및 면담 과정은 모두 녹음∙녹화하였다.
이 때, 비유 실험 상황과 탐구문제 상황의 유사점 및 차이점에 대한 잠재적인 대응 관계를 확인하여 비유 실험에서 자신이 결정한 전략이나 실험방법이 제시된 탐구문제에 적용하기에 적합하지 않다고 판단하고 다른 측면에서 실험설계를 시작하였다. 또한, 유사점과 차이점을 심층적으로 분석하며 구체적으로 실험절차를 계획하였다. 특히, 차이점에 대해 정확히 파악하고 이를 줄이기 위한 방안을 구체적으로 탐색하여 실험 절차를 구성하였다.
면담 시나리오는 실험설계 과정에서 나타나는 과학영재의 사고를 심층적으로 조사하기 위해 비유 실험을 활용하여 실험설계를 하는 과정이나 비유 실험과 설계한 실험의 속성 및 관계를 각각 대응시키는 과정 등에 대한 질문으로 구성하였다. 또한, 비유 실험을 활용한 탐구학습에 대한 과학영재 학생들의 인식을 조사하기 위해 비유 실험의 활용 정도와 유용성 및 비유 실험 활용에서의 어려움 등을 질문하였다.
예비연구를 토대로 비유 실험을 위한 교사용 수업 지도안과 학생용 교수-학습 자료를 개발하였고 과학교육 전문가 2인 및 과학영재교육 담당 교사 5인으로부터 타당성을 검토 받아 수정∙보완한 후, 완성된 자료를 활용하여 탐구학습을 실시하였다. 비유 실험을 활용한 탐구학습에서는 과학영재 학생들이 주어진 탐구문제를 해결하기 위한 다양한 실험 방법을 단계별로 구성해 보도록 하였다. 이때 교사는 과학영재 학생들이 계획한 다양한 실험 방법을 정리하고 학생들이 직접 실험을 수행하여 문제를 해결할 수 있도록 하였다.
이때 교사는 과학영재 학생들이 계획한 다양한 실험 방법을 정리하고 학생들이 직접 실험을 수행하여 문제를 해결할 수 있도록 하였다. 비유 실험을 활용한 탐구학습을 진행한 후, 과학영재 학생들은 발성사고법을 사용하여 올레산 분자의 크기를 구하는 탐구문제를 해결하기 위한 실험설계를 약 40분 동안 개별적으로 수행하였다. 이 과정에서 면담자가 각 학생 1명씩을 관찰하며 실험설계에서 나타나는 특징 및 추가적으로 질문할 부분을 기록하였다.
이 과정에서 면담자가 각 학생 1명씩을 관찰하며 실험설계에서 나타나는 특징 및 추가적으로 질문할 부분을 기록하였다. 실험 설계 후에는 사전에 구성한 면담 시나리오와 관찰 기록지를 바탕으로 반구조화된 면담을 실시하였다.
연구 결과의 타당도와 신뢰도를 높이기 위해 수집된 자료들은 모든 연구자가 공동으로 분석하고 해석하였으며, 과학교육 전문가 2인 및 과학교사, 과학교육 전공 대학원생 10여 명과 수차례 논의하여 분석 결과를 검토하고 수정∙보완하였다. 또한, 모든 연구자가 논의하여 합의점에 도달한 내용만을 결과 해석에 사용하였다.
비유 실험은 학생들이 친숙하게 접할 수 있는 소재인 곡물을 올레산 분자의 비유물로 설정하여 곡물의 크기를 구하는 다양한 방법에 대해 계획하고, 곡물을 직접 조작하며 문제를 해결해봄으로써 올레산 분자의 크기를 구하는 실제 탐구문제에 활용하도록 하기 위한 것이다. 예비연구를 토대로 비유 실험을 위한 교사용 수업 지도안과 학생용 교수-학습 자료를 개발하였고 과학교육 전문가 2인 및 과학영재교육 담당 교사 5인으로부터 타당성을 검토 받아 수정∙보완한 후, 완성된 자료를 활용하여 탐구학습을 실시하였다. 비유 실험을 활용한 탐구학습에서는 과학영재 학생들이 주어진 탐구문제를 해결하기 위한 다양한 실험 방법을 단계별로 구성해 보도록 하였다.
S6은 비유 실험에서 콩을 일렬로 나열하여 전체 길이를 측정한 후 콩의 개수로 나누는 방법을 중심으로 실험을 계획하였다. 올레산 분자의 크기를 구하는 탐구문제 상황에 기존의 방법을 그대로 적용하는 과정에서 올레산 분자의 개수를 구하기 위한 방법으로 탐구문제 상황에만 존재하는 속성인 송화가루를 비유 실험의 곡물에 잘못 대응시키며 송화가루의 개수를 직접 세는 절차를 계획하였다.
우선 실험설계 활동 및 비유 학습과 관련된 선행연구를 고찰하고 교과서 및 영재교육자료들을 검토하여 과학영재 학생들이 비유적 사고를 활용하여 실험을 설계하기에 적합한 탐구문제를 선정하고 비유 실험을 개발하였다. 탐구문제는 올레산 분자의 크기를 구하는 것으로 선정하였으며 이에 대한 비유 실험은 곡물의 평균 크기를 구하는 것으로 하였다.
비유 실험을 활용한 탐구학습을 진행한 후, 과학영재 학생들은 발성사고법을 사용하여 올레산 분자의 크기를 구하는 탐구문제를 해결하기 위한 실험설계를 약 40분 동안 개별적으로 수행하였다. 이 과정에서 면담자가 각 학생 1명씩을 관찰하며 실험설계에서 나타나는 특징 및 추가적으로 질문할 부분을 기록하였다. 실험 설계 후에는 사전에 구성한 면담 시나리오와 관찰 기록지를 바탕으로 반구조화된 면담을 실시하였다.
확장이동형으로 분류된 학생들(S5, S7, S8)의 사고 과정을 구체적으로 살펴보면, 먼저 주어진 탐구문제를 인식하는 과정에서 비유 실험에서 자신이 사용한 전략뿐만 아니라 다양한 다른 전략들도 떠올려 적용 가능성을 탐색하였다. 이 때, 비유 실험 상황과 탐구문제 상황의 유사점 및 차이점에 대한 잠재적인 대응 관계를 확인하여 비유 실험에서 자신이 결정한 전략이나 실험방법이 제시된 탐구문제에 적용하기에 적합하지 않다고 판단하고 다른 측면에서 실험설계를 시작하였다. 또한, 유사점과 차이점을 심층적으로 분석하며 구체적으로 실험절차를 계획하였다.
Sternberg 등(2002)은 문제를 해결하는 데 있어 현존하는 아이디어를 전진적으로 추진시키는 사고과정에 따라 그 과정에 공헌하는 창의성의 유형이 다르다는 것에 기초하여, 창의적 사고과정의 유형을 8가지로 분류하여 제시하였다. 이 연구에서는 이를 비유 실험을 활용한 실험설계 상황에 적용하여, 과학영재들이 비유 실험 상황에서의 아이디어를 변화시켜 추진하는 과정을 중심으로 유형을 분석하였다. 또한, 각 유형에 따른 실험설계 과정요소별 수행수준을 분석∙비교하였다.
이 유형에 해당하는 학생들(S1, S3, S4)은 곡물의 크기를 구하는 비유 실험에서 곡물 전체의 부피를 개수로 나누어 곡물 한 개의 부피를 구한 후, 구의 부피를 구하는 수학적 공식을 사용하여 콩의 반지름을 계산하는 방법을 사용하였다. 이 학생들은 올레산 분자의 크기를 구하는 탐구문제를 해결하기 위해 먼저 곡물과 올레산 분자를 대응하여 두 물질이 모두 구 모양이라는 유사점만을 확인하였다. 이를 토대로 비유 실험 상황에서 자신이 결정한 관점 및 실험 방법이 탐구문제 상황에 적용 가능하다고 판단하고 실험설계를 시작하였다.
이에 이 연구에서는 과학영재의 탐구학습에서 창의성 계발을 촉진하는 비유 실험설계 수업 전략 개발을 위한 기초 연구로서, 비유 실험을 활용한 탐구학습의 적용 가능성을 탐색하고자 한다. 이를 위해 비유 실험을 활용한 탐구학습을 수행한 과학영재 학생들의 실 험설계 과정을 분석하여, 비유를 활용한 탐구학습이 과학영재 학생들의 실험설계 과정에 미치는 영향을 심층적으로 조사하고자 한다.
이 학생들은 올레산 분자의 크기를 구하는 탐구문제를 해결하기 위해 먼저 곡물과 올레산 분자를 대응하여 두 물질이 모두 구 모양이라는 유사점만을 확인하였다. 이를 토대로 비유 실험 상황에서 자신이 결정한 관점 및 실험 방법이 탐구문제 상황에 적용 가능하다고 판단하고 실험설계를 시작하였다. 그러나 측정계획을 세우는 과정에서 콩은 직접 개수를 셀 수 있지만, 올레산 분자는 직접 개수를 셀 수 없다는 차이점을 인식하며 현재의 방향이 부적절함을 인식하였다.
그러나 측정계획을 세우는 과정에서 콩은 직접 개수를 셀 수 있지만, 올레산 분자는 직접 개수를 셀 수 없다는 차이점을 인식하며 현재의 방향이 부적절함을 인식하였다. 이에 다시 비유 실험 상황으로 돌아가 다른 전략들의 적용 가능성을 탐색하고 인식한 차이점을 바탕으로 분자의 크기를 측정 가능한 변인을 활용하여 분자의 크기를 간접적으로 구할 수 있는 새로운 접근을 시도하였다.
녹음∙녹화된 자료 및 관찰 기록지를 바탕으로 전 사본을 작성하였다. 전사본을 바탕으로 비유 실험을 활용한 탐구학습 후 실험을 설계하는 과정에서 나타나는 과학영재의 사고과정을 심층적으로 분석하였다. 우선, 학생들이 비유 실험을 활용하여 새로운 탐구문제를 해결하는 실험설계 과정의 유형을 Sternberg 등(2002)의 창의적 사고과정의 유형에 따라 분석하였다.
예를 들어, S4의 경우, 탐구문제에 대한 실험설계 과정에서 콩과 올레산을 대응시키며‘콩과 올레산 두 물질이 모두 구 모양이다’라는 유사점을 파악하여 비유 실험에서 활용한 전략을 사용하였다. 즉, 전체 부피를 콩의 개수로 나누어 한 개의 부피를 구한 후 공식을 사용하여 콩의 반지름을 구했던 방법을 적용하려고 시도하였다. 그러나 올레산 분자의 개수를 실제 실험에서 셀 수 있을지 여부에 대해 점검하며 콩의 크기와 올레산 분자의 크기가 서로 다르다는 차이점을 인식하였다.
우선 실험설계 활동 및 비유 학습과 관련된 선행연구를 고찰하고 교과서 및 영재교육자료들을 검토하여 과학영재 학생들이 비유적 사고를 활용하여 실험을 설계하기에 적합한 탐구문제를 선정하고 비유 실험을 개발하였다. 탐구문제는 올레산 분자의 크기를 구하는 것으로 선정하였으며 이에 대한 비유 실험은 곡물의 평균 크기를 구하는 것으로 하였다. 올레산 분자의 크기를 구하는 실험은 물질의 세 가지 상태와 상태 변화 및 분자 운동 개념들 간의 관계를 사용하여 분자의 길이를 정량적인 수치로 구하는 적용실험에 해당하는 탐구과제이다.
또한, 유사점과 차이점을 심층적으로 분석하며 구체적으로 실험절차를 계획하였다. 특히, 차이점에 대해 정확히 파악하고 이를 줄이기 위한 방안을 구체적으로 탐색하여 실험 절차를 구성하였다. 예를 들어, S5의 경우에는 콩과 올레산 분자를 대응시킬 때, ‘콩은 퍼짐성이 없지만 직접 조작할 수 있기 때문에 손으로 두드려 한 층을 만들었다’와‘올레산 분자는 손으로 직접 조작할 수는 없지만 퍼짐성이 좋다’라는 차이점들을 구체적으로 인식하여 물과 송화가루를 활용하여 올레산 분자를 한 층으로 퍼트리기 위한 구체적인 실험 절차를 계획하였다.
확장이동형으로 분류된 학생들(S5, S7, S8)의 사고 과정을 구체적으로 살펴보면, 먼저 주어진 탐구문제를 인식하는 과정에서 비유 실험에서 자신이 사용한 전략뿐만 아니라 다양한 다른 전략들도 떠올려 적용 가능성을 탐색하였다. 이 때, 비유 실험 상황과 탐구문제 상황의 유사점 및 차이점에 대한 잠재적인 대응 관계를 확인하여 비유 실험에서 자신이 결정한 전략이나 실험방법이 제시된 탐구문제에 적용하기에 적합하지 않다고 판단하고 다른 측면에서 실험설계를 시작하였다.

대상 데이터

이들은 각 소속 학교장으로부터 추천을 받거나 교육청 및 교육과학기술부 지정 초등 영재교육 기관의 교육과정을 수료한 학생들로, 해당 대학의 영재교육원에서 실시한 과학적 사고력 및 창의적 문제 해결력 검사와 심층 면접에서 학문적성∙인성 평가를 거쳐 선발되었다. 또한, 이 연구에서 사용한 탐구문제인 올레산 분자의 크기 구하기에 대한 사전 경험이 있을 경우 실험 절차를 단순 회상하여 계획할 수 있으므로, 사전 경험이 없는 학생들을 대상으로 하였다. 결과 분석을 위해 대상 학생들을 임의로 S1~S8로 명명하였다.
이 연구는 서울시에 소재한 대학부설 영재교육원의 중학교 1학년 과학영재 8명을 대상으로 하였다. 이들은 각 소속 학교장으로부터 추천을 받거나 교육청 및 교육과학기술부 지정 초등 영재교육 기관의 교육과정을 수료한 학생들로, 해당 대학의 영재교육원에서 실시한 과학적 사고력 및 창의적 문제 해결력 검사와 심층 면접에서 학문적성∙인성 평가를 거쳐 선발되었다.

이론/모형

전사본을 바탕으로 비유 실험을 활용한 탐구학습 후 실험을 설계하는 과정에서 나타나는 과학영재의 사고과정을 심층적으로 분석하였다. 우선, 학생들이 비유 실험을 활용하여 새로운 탐구문제를 해결하는 실험설계 과정의 유형을 Sternberg 등(2002)의 창의적 사고과정의 유형에 따라 분석하였다. Sternberg 등(2002)은 문제를 해결하는 데 있어 현존하는 아이디어를 전진적으로 추진시키는 사고과정에 따라 그 과정에 공헌하는 창의성의 유형이 다르다는 것에 기초하여, 창의적 사고과정의 유형을 8가지로 분류하여 제시하였다.

성능/효과

또한 그 전략을 적용하는데 수반되는 필수조건을 고려하지 못하고 임의적으로 가정을 설정하기도 하였다. 또한, S2와 S6 모두 설정한 가정을 타당화하기 위한 구체적인 방법에 대해서는 전혀 고려하지 못하는 것으로 나타났다. 이는 SM형의 학생들이 비유 실험과 탐구문제 상황을 유사한 것으로 인식하기는 하나 비유 실험에서 제시된 다양한 관점의 적용 가능성을 탐색하지 못하기 때문으로 해석할 수 있다.
우선, 과학영재 학생들이 비유 실험을 활용하여 새로운 탐구문제를 해결하기 위한 실험설계 과정의 유형을 창의적 사고과정의 유형에 따라 분석한 결과, 확장이동형, 후진-확산이동형, 제자리이동형의 세 가지 유형이 나타났다. 확장이동형에 속하는 학생들의 경우, 비유 실험에 대한 명확한 이해를 바탕으로 비유 실험과 탐구문제 상황 사이의 대응관계를 심층적으로 파악함으로써 탐구문제를 해결하기 위한 새로운 관점을 선택하여 정교한 실험설계를 수행하는 것으로 나타났다.
이러한 사고과정을 거치는 학생들이 비유 실험을 활용하는 수준을 분석한 결과, 곡물과 올레산 분자를 대응하여 주어진 탐구문제를 비유 실험과 유사한 것으로 인식하고 비유 실험 상황에서 자신이 결정한 실험 방법을 그대로 적용하는 것으로 나타났다. 예를 들어, S2의 경우에는 비유 실험에서 부피와 개수를 이용한 전략을 결정하여 실험을 계획하였다.
이상의 결과들로 볼 때, 비유 실험을 활용한 탐구학습은 과학영재들이 탐구와 관련된 다양한 심상을 효과적으로 활용할 수 있도록 자극함으로써 비판적이고 창의적인 사고를 촉진하여 실험설계 과정에서 요구되는 다양한 하위요소에 대한 고려 및 올바른 수행에 긍정적인 영향을 미칠 가능성이 있음을 알 수 있다. 즉, 학생들은 상황을 설정하고 전략을 결정하는 과정에서 비유 실험에서의 심상을 떠올려 비유적 추론한다.
그러나 대응 수준이 피상적이어서 보다 구체적인 실험을 계획하는데 어려움을 겪는 것으로 나타났다. 제자리이동형에 해당하는 학생들은 기존의 관점을 계속 유지하려고 하는 경우로 비유 실험을 문제 상황에 연결시켜 활용하려고 시도하나 비유 실험에 대한 이해나 대응관계에 대한 이해 수준이 부족하여 적절한 실험설계를 수행하지 못하는 것으로 나타났다.
즉, 비유 실험 상황과 탐구문제 상황을 대응시키며 다른 관점에서 해결 전략을 탐색하고, ‘실행 가능성’이나‘목표 부합성’과 같은 유의미한 준거를 바탕으로 전략을 점검하는 것으로 나타났다.
이와 같이 확장이동형에 속하는 과학영재 학생들은 비유 실험 상황과 탐구문제 상황의 대응 관계를 심층적으로 파악함으로써 비유 실험을 검토하고 비판적으로 수용하는 과정을 거치는 것으로 나타났다. 즉, 비유 실험이 탐구문제를 다양한 시각에서 탐색하여 재정의하는 데 도움을 주었을 뿐만 아니라, 자신이 구성한 실험 계획을 비판적으로 점검하기 위한 준거로 유용하게 사용되었음을 알 수 있다. 따라서 탐구학습 과정에서 비유 실험을 목표 실험에 올바르게 대응하며 적절히 활용하는 것이 과학영재 학생들의 확산적 사고 뿐 아니라 비판적 사고를 촉진시켜 새로운 관점을 형성하고 보다 창의적이고 정교한 실험설계를 수행할 수 있도록 하는데 도움을 준 것으로 볼 수 있다.
특히, 전략결정이나 가정설정의 과정요소에 대해서는 모두 올바른 수행을 하였다. 즉, 설계하고자 하는 실험의 큰 틀인 전략을 결정하는 과정에서 문제를 해결하기 위해 다양한 아이디어를 고안하고(3명), 실제 실험의 실행 가능성과 목표 부합성을 점검하여(3명) 최종적으로 하나를 선택하여 정교화 해나가는 것으로 나타났다. 또한, 이 유형에 해당하는 모든 학생들이 자신이 구성한 실험 계획에 수반되는 가정을 설정해야 하는 필요성을 인식하고 있었으며, 전략을 활용하는 데 있어 내재된 필수조건을 올바르게 탐색함으로써 유의미한 가정을 제시하였다.
특히, 전략결정이나 가정설정과 관련된 과정요소에 대해서는 모두 올바른 수행을 한 것으로 나타났으며 다른 유형의 학생들에 비해 가정의 타당화 요소에 대한 고려도 상대적으로 잘 이루어진 것으로 나타났다.

후속연구

그러나 비유 실험에 대한 이해가 부족하거나 비유 실험과 탐구문제 상황을 피상적으로만 대응하는 경우 비유 실험을 효과적으로 활용하는 데 한계가 있을 수 있음을 알 수 있다. 따라서 실험설계 과정에서 비유 실험을 적절히 활용함으로써 보다 창의적이고 정교한 실험설계를 할 수 있도록 도울 수 있는 방안을 마련할 필요가 있다.
이 연구는 특정 실험 상황에 대해 소수의 학생만을 대상으로 발성사고 및 면담 방법 등을 통해 심층적이고 실질적인 정보를 얻는데 중점을 두고 연구를 진행했다. 따라서 이 연구 결과를 모든 실험 상황과 학생들에게 일반화하는 데 한계가 있으므로, 이 연구 결과에 기초하여 보다 더 많은 대상과 다양한 실험을 대상으로 하는 연구를 진행할 필요가 있다.
이는 자신의 사고를 명확히 파악하는데 도움이 될 뿐만 아니라, 창의적이고 비판적인 사고과정을 경험할 수 있도록 해 준다. 따라서 추후 연구에서는 본 연구 결과에 근거하여 과학영재의 탐구학습에서 창의성 계발을 촉진할 수 있는 비유를 활용한 실험설계 전략을 개발하고 과학영재 수업에서 주로 이루어지고 있는 수업 형태인 소집단 활동에 적용하여 그 효과와 수행 양상을 심층적으로 조사할 필요가 있다.
따라서 과학영재 학생들이 비유 실험에 대해 명확히 이 해했는지를 확인하는 것뿐만 아니라, 대응 관계를 명 료화하여 보다 타당하고 정교한 실험설계 수행이 이루어질 수 있도록 구체적이고 체계적인 안내가 이루어질 필요가 있다. 또한, 과학영재 학생들이 자신이 생각한 실험계획의 적절성을 문제 해결 가능성, 실제 실험의 수행 가능성, 실험 과정에 내재된 가정이나 제한점 등의 측면에서 비판적으로 점검하여 실험설계를 더욱 정교화할 수 있는 구체적인 방안을 마련할 필요가 있다. 예를 들어, 새로운 탐구문제에 대한 실험설계 수행에 앞서 비유 실험의 내용을 각 과정요소별로 정리하도록 함으로써 비유 실험의 특징 및 제한점 등을 보다 체계적이고 명확하게 이해할 수 있도록 도울 수 있을 것이다.
이런 측면에서, 창의적인 탐구학습을 위한 비유 사용 방안으로, 실험설계에 앞서 탐구 실험과 연관된 비유 상황을 제시하고, 비유 상황에서 과학영재 학생들이 직접 실험을 설계하고 비유물을 조작하면서 문제를 해결하는 비유 실험 활동을 제안할 수 있다. 비유 실험을 활용한 탐구학습은 학생들이 이해하기 어려운 추상적인 탐구문제를 구체적으로 재정의하는 과정에서, 비유적 추론을 통해 다양한 관점에서 사고할 수 있도록 함으로써 보다 창의적인 실험설계를 수행할 수 있도록 도울 수 있을 것으로 기대된다. 이를 통해, 과학영재 학생들의 연관적 사고 및 확산적 사고를 촉진할 수 있을 뿐만 아니라, 과학영재 학생들이 비유 실험 상황과 탐구문제 상황을 대응시키면서 실험 계획을 점검하고 정교화하는 과정을 통해 분석적 사고도 촉진될 수 있을 것으로 기대된다.
이를 통해, 과학영재 학생들의 연관적 사고 및 확산적 사고를 촉진할 수 있을 뿐만 아니라, 과학영재 학생들이 비유 실험 상황과 탐구문제 상황을 대응시키면서 실험 계획을 점검하고 정교화하는 과정을 통해 분석적 사고도 촉진될 수 있을 것으로 기대된다.
한편, 실험설계에서 나타나는 과학영재의 사고과정은 실험의 종류 및 특성에 따라 달라질 가능성이 있으므로 다양한 실험 상황에 대한 비유 실험을 개발∙적용하여 학생들이 거치는 사고과정 및 비유 실험의 영향을 조사하는 연구가 지속적으로 이루어질 필요가 있다. 이 연구는 특정 실험 상황에 대해 소수의 학생만을 대상으로 발성사고 및 면담 방법 등을 통해 심층적이고 실질적인 정보를 얻는데 중점을 두고 연구를 진행했다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 과학영재 교육에서 이루어지는 탐구학습은 어떻게 진행되고 있는가?	최근에는 창의성이 영역특수적이라는 견해(Han, 2000; Baer, 1998)에 대한 공감대가 확산되면서, 과학 개념학습과 더불어 과학교육의 중요한 목표 중 하나인 탐구학습이 과학적 창의성의 발현에 반드시 필요한 요소로 강조되고 있다(박종원, 2004; Hu & Adey, 2002). 그러나 현재 과학영재 교육에서 이루어지는 탐구학습은 탐구문제를 인식하고 재정의하거나, 문제를 해결하기 위한 실험을 직접 구성하는 등의 자기주도적인 탐구보다는 학생들이 제시된 절차를 순서대로 따라하는 실험 활동 위주로 진행되고 있다(박지영 등, 2005). 또한, 과학 탐구학습을 통해 과학영재 학생들의 창의적 사고를 계발하기 위한 교수∙학습 전략이나 체계적인 탐구학습 프로그램도 매우 부족한 실정이다(정현철 등, 2002).
	확장이동형이란 무엇인가?	확장이동형(RM형)은 비유 실험 상황에서 문제를 해결하는 데 활용한 현재의 관점을 새로운 탐구문제 상황에 그대로 적용하지 않고, 여러 가지 가능성을 고려하여 새로운 관점을 선택하고 그 관점에서 새로운 실험절차를 구체적으로 계획해 나가는 경우를 말한다(그림 1). 이 과정에서 창의성은 새로운 관점을 형성하는 것 뿐 아니라 그 방향으로 나아가게 하는 추진력으로 작용한다.
	학습자들이 실험을 설계하기 전에 문제의 확인, 자료 수집 방법 등 관련된 구성 요소들을 미리 고려하여 활용해 보는 사전 활동이 의미 있는 실험설계를 위해 중요한 이유는 무엇인가?	학습자들이 실험을 설계하기 전에 문제의 확인, 자료 수집 방법 등 관련된 구성 요소들을 미리 고려하여 활용해 보는 사전 활동은 의미 있는 실험설계를 위해 중요하다. 이는 실험 과정을 구성하고 검토하는 과정에서, 해결해야 할 탐구문제 상황과 관련 구성 요소들이 상호작용하며 설계를 구체화할 수 있는 기회를 제공함으로써 창의적인 사고를 증진시킬 수 있기 때문이다(Darius et al., 2007; Solomon, 1980).

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