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문제 정의
- 본 연구는 멘델의 과학적 사고과정을 활용하여 과학영재교육프로그램을 개발하였으며, 이 프로그램이 대학교 부설 과학영재교육원 생물반 학생의 문제발견 능력과 가설설정 능력 향상에 어떠한 영향을 미치는지 그 효과를 분석하는데 목적을 두었다. 이를 위하여 과학적 사고과정의 특징이 잘 나타나는 과학자로 멘델을 선정하고, 멘델의 과학적 사고과정을 분석하여 탐구요소를 추출하였다.
- 이에, 본 연구에서는 멘델의 과학적 사고과정을 분석하고 그의 문제발견 및 가설설정의 과학적 사고과정을 적용한 과학영재교육프로그램을 개발한 후, 과학영재 대상 수업에 적용하여 프로그램의 효과성을 분석하는데 목적을 두었다. 이를 위해, 첫째, 멘델의 유전법칙 확립과정에서 나타난 과학적 사고과정을 분석하였다.
가설 설정
- ID 10번 학생의 경우, 사후에 발견한 문제 1번의 가설로 ‘서식지의 수심이 깊을수록 촉수의 길이는 짧아질 것이다.
- ID 17번 학생의 경우, 사전에는 ‘야광원양해파리에게는 무희나선꼬리해파리와는 다른 물질을 가지고 있다’라고 발견문제와 동일한 정답 형태의 가설을 설정하였다.
- 가설설정 능력의 평가는 논리성과 내용적 속성 2가지를 분석하였다([그림 4]). 논리성은 가설을 설정할 때 독립변인과 종속변인을 모두 사용하여 제시할 경우 3점, 독립변인이나 종속변인 둘 중 하나만 제시할 경우 2점, 독립변인과 종속변인의 구분이 없는 형태의 가설은 1점으로 평가하였다. 내용적 속성은 독립변인과 종속변인이 모두 나타난 가설을 대상으로 조작적 가설과 이론적 가설로 분류하였다.
제안 방법
- 양일호 외(2006)는 가설검증의 방법과 예상결과를 사고하는 과정이 연역적 과정이며, 연역적 추론과정의 요소에는 실험설계, 자료해석, 결론도출, 일반화 등이 포함된다고 설명 하였다. 1854년 완두 실험과정을 설계하는 당시 멘델은 먼저 선행연구를 분석하였고, 잡종 형성실험은 좀 더 다양한 식물종류를 대상으로 자세한 실험결과가 얻어질 때 최종적으로 결론에 도달할 수 있을 것이라고 생각하여, 잡종의 자손 사이의 수리적 상호관계를 명백하게 규명할 수 있는 실험과정을 설계하였다. 또한, 멘델은 완두실험을 성공하기 위해 당시 과학자들이 수행하지 않았던 자신만의 실험방법을 설계하여 수행하였다.
- 개발한 프로그램을 적용한 수업의 1, 2차시에는 문제발견 단계와 가설설정 단계를 실시하였다. 가설검증 단계는 3차시, 문제해결 단계는 4차시에 실시하여 총4차시 수업으로 구성하였다. 각 차시는 45분 수업으로 진행하였고 차시 사이에 10분간의 휴식시간을 배정 하였으며, 수업은 개발한 학생 활동지를 활용하여 진행하였다(<표 1>).
- 가설설정 능력의 평가는 논리성과 내용적 속성 2가지를 분석하였다([그림 4]). 논리성은 가설을 설정할 때 독립변인과 종속변인을 모두 사용하여 제시할 경우 3점, 독립변인이나 종속변인 둘 중 하나만 제시할 경우 2점, 독립변인과 종속변인의 구분이 없는 형태의 가설은 1점으로 평가하였다.
- 각 차시는 45분 수업으로 진행하였고 차시 사이에 10분간의 휴식시간을 배정 하였으며, 수업은 개발한 학생 활동지를 활용하여 진행하였다().
- 개발한 프로그램을 적용한 수업의 1, 2차시에는 문제발견 단계와 가설설정 단계를 실시하였다. 가설검증 단계는 3차시, 문제해결 단계는 4차시에 실시하여 총4차시 수업으로 구성하였다.
- 다음으로, 과학영재교육프로그램을 활용한 과학영재 교육원 생물반 대상 수업은 본 연구의 연구진이 진행하였다. 과학영재교육프로그램은 1 차시 45분, 총4차시 180분의 수업에 적용되었다. 과학영재교육프로그램의 1차시는 문제발견, 2차시는 가설설정, 3차시는 가설검증, 4차시는 문제해결의 활동으로 진행되었다.
- 멘델이 1854년부터 1863년까지 수행하였던 완두 잡종실험 과정의 일부를 학생들에게 간접적으로 경험하게 하였다(<표 1> [활동 6, 7, 8]). 교사가 수업 전에 미리 준비한 제1세대 상자 속 완두의 색깔과 비율을 예상해보고 토론한 뒤, 완두의 개수를 직접 세어보게 하였다. 완두를 직접 세어보게 한 것은 멘델이 완두를 치밀하게 다루었던 경험을 제공하기 위해서였다.
- 제1세대의 완두를 세어본 뒤 학생들에게 제1세대의 재배를 통해 과학적으로 탐구할 가치가 있는 문제를 발견하도록 하고, 가설을 세워봄으로써 문제발견과 가설설정(제2세대 완두 색깔의 비율예상), 실험과정 설계의 단계를 가설검증 단계에서 내에서한 번 더 수행하였다. 그리고 제2세대 상자 속 완두의 색깔과 비율을 다시 예상해보고 토론한 뒤, 완두의 개수를 세어봄으로서 [활동 4]에서 세운 가설을 검증하도록 하였다. 학생 들의 모의실험이 끝나고 멘델의 논문에서 직접 얻은 실험결과를 분석해보는 과정을 탐구 활동에 포함시켰다.
- 논리성은 가설을 설정할 때 독립변인과 종속변인을 모두 사용하여 제시할 경우 3점, 독립변인이나 종속변인 둘 중 하나만 제시할 경우 2점, 독립변인과 종속변인의 구분이 없는 형태의 가설은 1점으로 평가하였다. 내용적 속성은 독립변인과 종속변인이 모두 나타난 가설을 대상으로 조작적 가설과 이론적 가설로 분류하였다. 조작적 가설은 현상의 원인을 관찰 가능하며 구체적 조작 가능한 변인으로 설명하는 것이며, 이론적 가설은 현상을 일으키는 원인을 관찰할 수 없는 속성을 지닌 상징적인 변인으로 설명하는 가설이다(권용주 외, 2000).
- 이를 위해, 첫째, 멘델의 유전법칙 확립과정에서 나타난 과학적 사고과정을 분석하였다. 둘째, 멘델의 과학적 사고과정에서 문제 발견 및 가설설정의 탐구요소를 추출하고 이를 적용한 과학영재교육프로그램을 개발하였다. 셋째, 과학영재교육프로그램을 과학영재반 수업에 적용하여 과학영재의 문제발견 및 가설설정 능력의 변화를 측정하였다.
- 첫째, 과학영재교육프로그램을 개발하기 위해 멘델의 유전법칙이 확립되기 이전 지식(혼합설) 및 관련 실험과정과 멘델의 유전법칙 확립과정에서 나타난 과학적 사고과정을 분석하였다. 둘째, 멘델의 과학적 사고과정에서 탐구요소를 추출하였으며, 추출한 탐구요소에 근거하여 문제발견, 가설설정, 가설검증, 문제해결의 4 단계(총4차시, 180분)로 이루어진 프로그램을 개발하였다. 셋째, 개발한 프로그램의 각 단계에서 학생들이 멘델의 유전법칙 확립과정에서 나타난 과학적 사고과정을 체험해보고, 그 결과 스스로 멘델의 유전법칙을 확립할 수 있는 활동지를 개발하였다.
- 1854년 완두 실험과정을 설계하는 당시 멘델은 먼저 선행연구를 분석하였고, 잡종 형성실험은 좀 더 다양한 식물종류를 대상으로 자세한 실험결과가 얻어질 때 최종적으로 결론에 도달할 수 있을 것이라고 생각하여, 잡종의 자손 사이의 수리적 상호관계를 명백하게 규명할 수 있는 실험과정을 설계하였다. 또한, 멘델은 완두실험을 성공하기 위해 당시 과학자들이 수행하지 않았던 자신만의 실험방법을 설계하여 수행하였다. 즉, 연구하려는 형질이 몇 세대를 거쳐도 불변한다는 사실을 관찰하기 위해서 2년 동안 예비실험을 수행했으며, 여러 세대 동안 형질이 변하지 않고 존속되는 불변성 잡종들을 구분해 냈다.
- 또한, 멘델이 유전법칙을 확립할 수 있었던 과정을 재확인하고, 그 과정에서 문제 발견과 가설 설정의 중요성을 인식할 수 있도록 지도하였다( [활동 10]).
- 셋째, 개발한 프로그램의 각 단계에서 학생들이 멘델의 유전법칙 확립과정에서 나타난 과학적 사고과정을 체험해보고, 그 결과 스스로 멘델의 유전법칙을 확립할 수 있는 활동지를 개발하였다. 마지막으로 학생들의 문제발견 및 가설설정 능력을 평가할 수 있는 평가문항을 개발하였다.
- 수업적용 과정은 2011년 7월 18일 A 대학교 부설 과학영재교육원 생물반 학생 19명을 대상으로 진행되었다. 먼저, 개발된 과학영재교육프로그램을 수업에 적용하기 전에 연구 대상의 문제발견 및 가설설정 능력을 측정하기 위해 사전검사를 실시하였고, 학생들은 10 분의 시간동안 평가문항에 답하였다. 다음으로, 과학영재교육프로그램을 활용한 과학영재 교육원 생물반 대상 수업은 본 연구의 연구진이 진행하였다.
- 문제발견 능력의 평가는 [그림 3]과 같이 진행되었다. 먼저, 영재학생들이 발견한 문제의 적절성의 여부를 평가하여 적절한 문제와 적절하지 않은 문제를 구분하였다. 적절성 (appropriateness)은 제시된 문제 상황에서 문제를 새롭게 찾아내는 것을 말한다.
- 멘델에 관한 문헌분석 2) 을 통해 멘델의 유전법칙 확립과정에 나타난 과학적 사고과정을 귀납, 귀추, 통합의 3가지 추론과정 요소로 분류하였다.
- 멘델의 과학적 사고과정에서 추출한 탐구요소를 적용하여 개발한 과학영재교육프로그램은 문제발견, 가설설정, 가설검증, 문제해결의 4단계로 구성되었다. 각 단계에 따라 주요 활동을 구분하여 적용하였으나, 가설검증 단계에서도 의문생성과 가설생성의 기회를 제공하였다(<표 1>).
- 문제발견 및 가설설정 능력을 평가하기 위해 본 연구에서 개발한 평가문항은 [부록 1] 과 같다. 문제발견 능력 평가문항은 제시된 상황과 사진자료를 보고 과학적으로 탐구할 가치가 있는 문제를 가능한 많이 발견하여 의문형으로 제시하도록 하였다. 가설설정 능력 평가문항은 발견한 문제 중 한 개 문제를 선택하여 가설을 설정하도록 하였다.
- 문제해결 단계에서는 멘델이 수학의 통계학을 접목시켜 가설을 검증하고, 문제를 해결한 것처럼 동전을 던져서 앞면과 뒷면이 나온 횟수를 세어 확률을 계산하게 해 봄으로써 잡종 실험에서 3:1의 결과가 나온 이유를 설명할 수 있도록 지도하였다( [활동 9]).
- 본 연구에서 개발한 과학영재교육프로그램의 효과성을 평가하기 위하여 본 연구의 연구진 5인은 서술형의 문제발견 및 가설설정 능력 평가문항을 개발하고, 평가준거를 설정하였다. 사전과 사후검사는 평가준거에 따라 양적, 질적 점수로 환산하였고, 환산된 점수는 PASW (Predictive Analytics Software) Statistics 18을 사용하여 기술통계를 산출하였으며, 사전 ․사후검사의 유의미한 차이를 살펴보기 위해 대응표본 t-검정을 실시하였다.
- 본 연구에서 학생들의 응답에 근거하여 총6개의 범주로 분류하였고, 각 범주에 따라 각 1점씩을 부여하였다().
- 본 연구에서는 [그림 1]의 단계적 과정에 따라 과학영재교육프로그램을 개발하였다.
- 적절하지 않은 문제는 이미 주어진 상황을 정답의 형태로 제시하거나, 주어진 자료에서 확인 가능한 것을 의문형으로 제시한 경우이다. 본연구에서는 문제의 적절성 여부는 점수화 하지 않고, 적절성을 기준으로 구분한 다음 적절한 문제만을 대상으로 융통성, 정교성, 독창성의 3개 영역으로 평가하였다.
- 문제발견 단계에서는 멘델이 선행연구의 분석을 통해 발견한 사실과 완두의 예비 실험 결과를 총6개의 완두 사진으로 제시하였다. 사진은 완두 씨앗(콩)의 색, 완두 콩깍지의 색, 완두꽃의 색의 3유형으로 제시하고 각 유형에는 어버이와 자손1대, 자손2대의 사진으로 제시하였다. 학생들은 사진을 관찰하는 과정에서 발견한 사실을 기록하고(<표 1>의 [활동 1]), 관찰한 결과와 기존 이론(혼합설) 사이의 모순을 스스로 발견할 수 있도록 하였으며(<표 1>의 [활동 2]), 과학적으로 탐구할 가치가 있는 의문을 생성할 수 있는 기회를 제공하였다 (<표 1>의 [활동 3]).
- 둘째, 멘델의 과학적 사고과정에서 문제 발견 및 가설설정의 탐구요소를 추출하고 이를 적용한 과학영재교육프로그램을 개발하였다. 셋째, 과학영재교육프로그램을 과학영재반 수업에 적용하여 과학영재의 문제발견 및 가설설정 능력의 변화를 측정하였다. 이 연구결과는 학생들의 과학적 창의성과 문제해결력을 효과적으로 증진시키는 과학영재교육프로그램 개발의 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.
- 본 연구는 멘델의 과학적 사고과정을 활용하여 과학영재교육프로그램을 개발하였으며, 이 프로그램이 대학교 부설 과학영재교육원 생물반 학생의 문제발견 능력과 가설설정 능력 향상에 어떠한 영향을 미치는지 그 효과를 분석하는데 목적을 두었다. 이를 위하여 과학적 사고과정의 특징이 잘 나타나는 과학자로 멘델을 선정하고, 멘델의 과학적 사고과정을 분석하여 탐구요소를 추출하였다. 추출된 탐구요소에 근거하여 문제발견, 가설설정, 가설검증, 문제해결의 4단계로 이루어진 과학영재교육프로그램과 활동지를 개발하였다.
- 이에, 본 연구에서는 멘델의 과학적 사고과정을 분석하고 그의 문제발견 및 가설설정의 과학적 사고과정을 적용한 과학영재교육프로그램을 개발한 후, 과학영재 대상 수업에 적용하여 프로그램의 효과성을 분석하는데 목적을 두었다. 이를 위해, 첫째, 멘델의 유전법칙 확립과정에서 나타난 과학적 사고과정을 분석하였다. 둘째, 멘델의 과학적 사고과정에서 문제 발견 및 가설설정의 탐구요소를 추출하고 이를 적용한 과학영재교육프로그램을 개발하였다.
- 완두를 직접 세어보게 한 것은 멘델이 완두를 치밀하게 다루었던 경험을 제공하기 위해서였다. 제1세대의 완두를 세어본 뒤 학생들에게 제1세대의 재배를 통해 과학적으로 탐구할 가치가 있는 문제를 발견하도록 하고, 가설을 세워봄으로써 문제발견과 가설설정(제2세대 완두 색깔의 비율예상), 실험과정 설계의 단계를 가설검증 단계에서 내에서한 번 더 수행하였다. 그리고 제2세대 상자 속 완두의 색깔과 비율을 다시 예상해보고 토론한 뒤, 완두의 개수를 세어봄으로서 [활동 4]에서 세운 가설을 검증하도록 하였다.
- 또한, 멘델은 완두실험을 성공하기 위해 당시 과학자들이 수행하지 않았던 자신만의 실험방법을 설계하여 수행하였다. 즉, 연구하려는 형질이 몇 세대를 거쳐도 불변한다는 사실을 관찰하기 위해서 2년 동안 예비실험을 수행했으며, 여러 세대 동안 형질이 변하지 않고 존속되는 불변성 잡종들을 구분해 냈다. 이러한 연역적 추론은 멘델의 유전법칙의 발견으로 이어졌다.
- 개발과정은 5단계로 이루어졌다. 첫째, 과학영재교육프로그램을 개발하기 위해 멘델의 유전법칙이 확립되기 이전 지식(혼합설) 및 관련 실험과정과 멘델의 유전법칙 확립과정에서 나타난 과학적 사고과정을 분석하였다. 둘째, 멘델의 과학적 사고과정에서 탐구요소를 추출하였으며, 추출한 탐구요소에 근거하여 문제발견, 가설설정, 가설검증, 문제해결의 4 단계(총4차시, 180분)로 이루어진 프로그램을 개발하였다.
- 이를 위하여 과학적 사고과정의 특징이 잘 나타나는 과학자로 멘델을 선정하고, 멘델의 과학적 사고과정을 분석하여 탐구요소를 추출하였다. 추출된 탐구요소에 근거하여 문제발견, 가설설정, 가설검증, 문제해결의 4단계로 이루어진 과학영재교육프로그램과 활동지를 개발하였다. 개발된 과학영재교육프로그램은 A대학교 부설 과학영재교육원 생물반 19명을 대상으로 4 차시 수업에 적용하였다.
대상 데이터
- 추출된 탐구요소에 근거하여 문제발견, 가설설정, 가설검증, 문제해결의 4단계로 이루어진 과학영재교육프로그램과 활동지를 개발하였다. 개발된 과학영재교육프로그램은 A대학교 부설 과학영재교육원 생물반 19명을 대상으로 4 차시 수업에 적용하였다. 과학영재교육프로그램의 효과는 수업 전후에 실시한 문제발견 및 가설설정 능력 평가문항을 통하여 확인하였으며 결론 및 제언은 다음과 같다.
- 귀납적 추론과정 요소에는 관찰, 분류, 경향성 발견 등이 포함된다(권용주 외, 2003). 멘델은 식물 잡종실험에서 가능한 많은 관찰만이 자연현상을 규명하는 데 필수적 요건임을 알게 되었고, 1854년부터 1863년까지 진행된 실험에서 약 28,000포기 완두를 사용하였으며, 그 가운데 12,835포기를 상세하게 조사하였다.
- 본 연구에서 개발한 과학영재교육프로그램에 참여한 생물 영재반 학생 19명 중, 특별히 문제발견 능력과 가설설정 능력의 변화가 큰 학생 3명의 응답을 살펴보았다().
- 본 연구에서 개발한 과학영재교육프로그램이 학생들의 문제발견 및 가설설정 능력 향상에 효과가 있는지 알아보기 위해 2011학년도 1학기 A대학교 부설 과학영재교육원 생물반 19명의 학생(중학교 1학년 15명, 중학교 2학년 4명)들을 대상으로 적용되었다. 연구대상은 남학생 11명, 여학생 8명이다.
- 수업적용 과정은 2011년 7월 18일 A 대학교 부설 과학영재교육원 생물반 학생 19명을 대상으로 진행되었다. 먼저, 개발된 과학영재교육프로그램을 수업에 적용하기 전에 연구 대상의 문제발견 및 가설설정 능력을 측정하기 위해 사전검사를 실시하였고, 학생들은 10 분의 시간동안 평가문항에 답하였다.
- 본 연구에서 개발한 과학영재교육프로그램이 학생들의 문제발견 및 가설설정 능력 향상에 효과가 있는지 알아보기 위해 2011학년도 1학기 A대학교 부설 과학영재교육원 생물반 19명의 학생(중학교 1학년 15명, 중학교 2학년 4명)들을 대상으로 적용되었다. 연구대상은 남학생 11명, 여학생 8명이다.
- 활동지는 총8장이며, 개발한 프로그램의 각 단계별로 학생들이 직접 수행할 수 있는 활동으로 제시하였다. 활동지는 구체적인 질문과 유의점을 포함하고 있으며, 학생들이 계속 적으로 흥미를 유지할 수 있는 활동들로 구성하였다.
데이터처리
- 본 연구에서 개발한 과학영재교육프로그램의 효과성을 평가하기 위하여 본 연구의 연구진 5인은 서술형의 문제발견 및 가설설정 능력 평가문항을 개발하고, 평가준거를 설정하였다. 사전과 사후검사는 평가준거에 따라 양적, 질적 점수로 환산하였고, 환산된 점수는 PASW (Predictive Analytics Software) Statistics 18을 사용하여 기술통계를 산출하였으며, 사전 ․사후검사의 유의미한 차이를 살펴보기 위해 대응표본 t-검정을 실시하였다.
이론/모형
- 독창성(originality)은 학생들이 제시한 문제의 특이하고 새로운 정도의 척도이다. 본 연구에 서는 빈도수에 의한 평가 방법으로 독창성을 평가하였다(류시경, 박종석, 2008; 이혜주, 2005). 발견한 각 문제의 목록을 작성하고 발견한 학생 수를 전체 학생 수로 나누어 %로 산출하였으며, 5% 이하의 학생이 발견한 문제는 3점, 6%이상~20%이하의 학생이 발견한 문제는 2점, 21%이상~40% 이하의 학생이 발견한 문제는 1점을 부여하였다.
성능/효과
- 문제발견과 가설설정 능력이 크게 향상된 학생의 응답을 종합하면, 문제발견의 경우 사전에는 문제를 발견하는 것이 아닌 정답을 제시하는 방식의 서술을 하였으나 본 연구의 과학영재교육프로그램을 통해 의문의 형태 문제를 발견하게 되었다. 그리고 가설설정의 경우 가설에 대한 개념이 없어 응답을 하지 못하거나 발견한 문제와 동일한 서술을 하는 형태였으나 본 연구의 과학영재교육프로그램을 통해 독립변인과 종속변인을 정확히 제시 하게 되었으며, 내용적으로 이론적 가설 혹은 조작적 가설을 설정할 수 있게 되었다.
- 둘째, 멘델의 과학적 사고과정을 활용한 과학영재교육프로그램은 학생들의 가설설정 능력 향상에 효과가 있었다. 특히 가설설정에서 독립변인과 종속변인을 제시하며 가설설정의 논리성이 유의미하게(p<.
- 따라서본 연구에서 개발한 과학영재교육프로그램은 영재학생들의 문제발견 능력의 향상에 도움이 된다고 할 수 있다. 따라서 본 연구의 과학영재교육프로그램을 통해 제시된 문제발견 활동의 결과, 학생들의 문제발견 능력이 향상된 것으로 사료된다.
- 문제발견 능력 총점의 평균은 사전 6.47점, 사후 11.84점으로 통계적으로 유의하게(p<.001) 5.37점 향상되었다.
- 문제발견 능력의 하위요소인 융통성, 정교성, 독창성에서 통계적으로 유의미한(p<.05) 효과가 있었다.
- 문제발견 능력의 하위요소인 융통성의 평균은 사전 1.37점에서 사후 2.26점으로 통계적으로 유의하게(p<.001) 0.89점 향상되었다.
- 문제발견과 가설설정 능력이 크게 향상된 학생의 응답을 종합하면, 문제발견의 경우 사전에는 문제를 발견하는 것이 아닌 정답을 제시하는 방식의 서술을 하였으나 본 연구의 과학영재교육프로그램을 통해 의문의 형태 문제를 발견하게 되었다. 그리고 가설설정의 경우 가설에 대한 개념이 없어 응답을 하지 못하거나 발견한 문제와 동일한 서술을 하는 형태였으나 본 연구의 과학영재교육프로그램을 통해 독립변인과 종속변인을 정확히 제시 하게 되었으며, 내용적으로 이론적 가설 혹은 조작적 가설을 설정할 수 있게 되었다.
- 본 연구에서 개발된 과학영재교육프로그램은 개발된 활동들의 특성상 관찰이 어려운 이론적 가설보다 구체적 조작이 가능한 조작적 가설의 설정 능력의 함양에 집중된 결과가 나타났다. 자연현상은 물론이고 과학교육현상까지도 구체적이고 조작적인 변인으로 설명 하지 못하는 수많은 현상이 존재함을 고려할 때(권용주, 2000), 보다 이론적인 가설의 설정에 대한 경험을 체계적으로 제공하는 프로그램이 개발되어야 할 것이다.
- 05) 향상되었다. 본 연구에서 개발한 과학영재교육프로그램은 이론적 가설보다 조작적 가설을 설정하는 능력을 향상시키는데 효과가 있었다. 이러한 결과는 본 과학영재교육프로그램의 활동 가운데 학생들은 자신의 가설을 검증하기 위해 실험과정을 설계해보는 활동을 반복적으로 수행하였으며, 학생들은 관찰이 어려운 이론적 가설보다 구체적 조작이 가능한 조작적 가설에 집중한 결과로 예측된다.
- 둘째, 멘델의 과학적 사고과정에서 탐구요소를 추출하였으며, 추출한 탐구요소에 근거하여 문제발견, 가설설정, 가설검증, 문제해결의 4 단계(총4차시, 180분)로 이루어진 프로그램을 개발하였다. 셋째, 개발한 프로그램의 각 단계에서 학생들이 멘델의 유전법칙 확립과정에서 나타난 과학적 사고과정을 체험해보고, 그 결과 스스로 멘델의 유전법칙을 확립할 수 있는 활동지를 개발하였다. 마지막으로 학생들의 문제발견 및 가설설정 능력을 평가할 수 있는 평가문항을 개발하였다.
- 셋째, 멘델의 과학적 사고과정을 활용한 과학영재교육프로그램 수업을 받은 학생의 사전과 사후 응답을 살펴본 결과, 사전에는 문제를 발견하는 것이 아니라 정답을 제시하는 형태의 문장으로 서술했으나, 사후에는 자신이 궁금해 하는 의문점을 이용하여 의문형으로 문제를 제시하는 형태로 문제를 발견하게 되었다. 가설설정의 경우 사전에는 가설에 대한 개념이 없어 응답을 하지 못하거나 발견한 문제와 동일한 서술을 하는 형태였으나, 사후에는 독립변인과 종속변인을 정확히 제시하게 되었으며, 내용적으로 이론적 가설 혹은 조작적 가설을 설정할 수 있게 되었다.
- 이상의 연구결과로 멘델의 과학적 사고과정을 활용한 과학영재교육프로그램은 과학 영재들의 창의성 신장에 중요한 요소인 문제발견 능력과 가설설정 능력을 향상하는데 효과 적인 과학영재교육프로그램으로 평가되었다. 본 연구의 결과는 과학영재들의 과학적 창의성과 문제해결력을 효과적으로 증진시키는 과학영재교육프로그램 개발의 기초자료로 활용되고, 과학 영재학급을 운영하는 대학교 부설 과학영재교육원과 시도 교육청의 영재교육원에서 유용하게 활용되기를 기대하는 바이다.
- 05) 효과가 있었다. 즉, 본 연구에서 개발한 과학영재교육프로그램은 제시된 문제 상황과 관련이 있는 다양한 범주의 문제를 발견하는 능력인 문제발견의 융통성과 단순한 의문에서 탐구가능한 문제로 발전시켜 진술하는 능력인 문제발견의 정교성, 그리고 특이하고 새로운 문제들을 발견하는 능력인 문제발견의 독창성의 향상에 효과가 있었다.
- 첫째, 멘델의 과학적 사고과정을 활용한 과학영재교육프로그램은 학생들의 문제발견 능력 향상에 효과가 있었다. 문제발견 능력의 하위요소인 융통성, 정교성, 독창성에서 통계적으로 유의미한(p<.
- 특히 가설설정에서 독립변인과 종속변인을 제시하며 가설설정의 논리성이 유의미하게(p<.05) 향상되었다.
후속연구
- 68점 향상되었다. 따라서본 연구에서 개발한 과학영재교육프로그램은 영재학생들의 문제발견 능력의 향상에 도움이 된다고 할 수 있다. 따라서 본 연구의 과학영재교육프로그램을 통해 제시된 문제발견 활동의 결과, 학생들의 문제발견 능력이 향상된 것으로 사료된다.
- 이상의 연구결과로 멘델의 과학적 사고과정을 활용한 과학영재교육프로그램은 과학 영재들의 창의성 신장에 중요한 요소인 문제발견 능력과 가설설정 능력을 향상하는데 효과 적인 과학영재교육프로그램으로 평가되었다. 본 연구의 결과는 과학영재들의 과학적 창의성과 문제해결력을 효과적으로 증진시키는 과학영재교육프로그램 개발의 기초자료로 활용되고, 과학 영재학급을 운영하는 대학교 부설 과학영재교육원과 시도 교육청의 영재교육원에서 유용하게 활용되기를 기대하는 바이다.
- 본 연구에서 개발된 과학영재교육프로그램은 소규모 과학영재들에게 적용되었다. 앞으로 멘델의 과학적 사고과정을 활용한 과학영재교육프로그램을 좀 더 많은 학생들을 대상으로 장기적으로 적용한다면 그 효과를 검증하여 개선하고 보완한다면 창의성 신장 교육에 기여할 수 있을 것이다.
- 셋째, 과학영재교육프로그램을 과학영재반 수업에 적용하여 과학영재의 문제발견 및 가설설정 능력의 변화를 측정하였다. 이 연구결과는 학생들의 과학적 창의성과 문제해결력을 효과적으로 증진시키는 과학영재교육프로그램 개발의 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.
- 본 연구에서 개발된 과학영재교육프로그램은 개발된 활동들의 특성상 관찰이 어려운 이론적 가설보다 구체적 조작이 가능한 조작적 가설의 설정 능력의 함양에 집중된 결과가 나타났다. 자연현상은 물론이고 과학교육현상까지도 구체적이고 조작적인 변인으로 설명 하지 못하는 수많은 현상이 존재함을 고려할 때(권용주, 2000), 보다 이론적인 가설의 설정에 대한 경험을 체계적으로 제공하는 프로그램이 개발되어야 할 것이다.
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