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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 과학 실험에 대한 초등과학 영재아들의 인식을 조사하는 것을 목적으로 하여, 과학자가 하는 과학 실험과 학교 과학 시간에 하는 과학 실험의 목적에 대한 초등과학 영재아들의 응답을 조사하고 그 특징을 분석하였다.
- 둘째, 연구자와 교사의 입장에서 실험의 목적을 좀 더 다양한 측면에서 접근할 필요가 있다. 본 연구에서 초등과학 영재아들은 기존의 일반 학생 대상의 연구에서는 잘 나타나지 않았던 주장의 근거 제시, 새로운 현상이나 물질의 발견, 새로운 이론이나 아이디어 생성 등도 실험의 목적으로 인식하고 있었다. 특히, 앞서 논의했듯이, 실험은 역사적으로 가설이나 이론이 예측하는 바를 시험하는 역할뿐만 아니라, 다른 이론이나 현상을 탐색하다가 우연히 새로운 현상이나 물질을 발견하게 하고, 그것에 바탕을 두어 다시 새로운 이론을 야기하는 역할도 해왔다(이상원, 2000; 황성원, 2002).
- 이에 본 연구에서는 과학 실험에 대한 초등과학 영재아들의 인식을 조사하는 것을 목적으로 하여, 과학자가 하는 과학 실험과 학교 과학 시간에 하는 과학 실험의 목적에 대한 초등과학 영재아들의 응답을 조사하고 그 특징을 분석하였다.
제안 방법
- 즉, 각 질문별로유사하거나 반복되는 내용을 추출한 후, 공통적으로 발견되는 인식 유형을 나타낼 수 있는 코드를 작성하였다. 1차 코딩을 마친 후에는 응답과 코드를반복적으로 검토하면서 인식 유형을 수정 보완하고, 코드를 좀 더 정교화 하여 심화된 코드를 작성하였다. 이 과정에서 연구자 2인이 각각 동일한 20명의 학생 응답을 따로 분석한 결과를 검토한 후 전체 대상 학생의 응답을 분석하였다.
- 그의 관점은 ‘사실 획득’은 새로운 현상이나 물질의 발견에 가깝기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 ‘정의적 영역’이라는 중범주를 만들고, ‘호기심 충족’을 흥미나 재미, 성취욕에 관련된 소범주들과 함께 정의적 영역의 하위 범주로 두었다. 위와 같은 과정을 거쳐 학생들의 응답을 최종적으로 2개의 대범주와 5개의 중범주, 그리고 21개의 소범주로 범주화 할 수 있었다.
- 이 과정에서 연구자 2인이 각각 동일한 20명의 학생 응답을 따로 분석한 결과를 검토한 후 전체 대상 학생의 응답을 분석하였다. 또한 유형들을 구조화하는 작업을 동시에 수행하였는데, 주로 Wellington(1998), 김희경과 송진웅(2003), 양일호 등 (2006b), 정용재와 송진웅(2002)의 연구들에서 사용한 범주들을 참고 하여 대략적인 구조를 세운 후, 학생들의 응답 유형과 상응하는 정도를 반복적으로검토하고 연구의 목적을 고려하여 대범주, 중범주, 소범주의 구조를 수정 보완하였다. 또, 본 연구에서 하고자 하는 것 중 하나인 두 가지 인식의 비교, 즉 과학자가 하는 실험과 학교 과학 시간에 하는 실험에 대한 인식의 비교를 위해서는 두 가지 인식을 동일한 유형으로 범주화할 필요가 있었다.
- 1차 코딩을 마친 후에는 응답과 코드를반복적으로 검토하면서 인식 유형을 수정 보완하고, 코드를 좀 더 정교화 하여 심화된 코드를 작성하였다. 이 과정에서 연구자 2인이 각각 동일한 20명의 학생 응답을 따로 분석한 결과를 검토한 후 전체 대상 학생의 응답을 분석하였다. 또한 유형들을 구조화하는 작업을 동시에 수행하였는데, 주로 Wellington(1998), 김희경과 송진웅(2003), 양일호 등 (2006b), 정용재와 송진웅(2002)의 연구들에서 사용한 범주들을 참고 하여 대략적인 구조를 세운 후, 학생들의 응답 유형과 상응하는 정도를 반복적으로검토하고 연구의 목적을 고려하여 대범주, 중범주, 소범주의 구조를 수정 보완하였다.
- 이렇게 범주화된 학생들의 응답은 각 유형의 특징과 유형별 빈도수를 중심으로 분석하였다. 이때 통계적인 유의미성을 확인할 필요가 있을 때에는 각 유형을 더미 변수(dummy variable)로 변환하여 교차분석과 t-검증을 실시하였다.
- 연구 대상 학생의 응답은 세그멘팅(segmenting), 코딩, 심화 코딩을 거치는 질적 자료의 일반적 방법(김영천, 2006)에 따라 분석하였다. 즉, 각 질문별로유사하거나 반복되는 내용을 추출한 후, 공통적으로 발견되는 인식 유형을 나타낼 수 있는 코드를 작성하였다. 1차 코딩을 마친 후에는 응답과 코드를반복적으로 검토하면서 인식 유형을 수정 보완하고, 코드를 좀 더 정교화 하여 심화된 코드를 작성하였다.
- 설문은 크게 두 개의 질문으로 구성하였다. 질문 내용은 김희경과 송진웅(2003)의 연구에서 사용되었던 질문과 동일한 것으로 하였는데, 첫 번째 질문은 “과학자들은 왜 실험을 하나요?”였고, 두 번째 질문은 “과학 시간에 실험을 하는 이유는 무엇인가요?”였다. 전자는 과학자가 하는 실험의 목적에 대한 학생들의 인식을, 후자는 학교 과학 시간에 하는 실험의 목적에 대한 인식을 묻고자 한질문이었다.
대상 데이터
- 충청 지역 소재 교육대학교 부속 영재교육원의 초등과학 분야 재학생을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문에 응한 학생은 총 63명으로 4학년 30명, 5학년 20명, 6학년 13명이었으며, 이중 남학생이 42명이었다. 설문은 서술형으로 구성하였는데, 이는 구조화된 선다형 설문을 사용했을 때 연구 대상의 응답이 연구자가 제시한 답지에 의해 제한되거나 영향을 받을 수 있다는 단점(박승재와 조희형, 1998)을 보완하고 학생들의 생각을 좀 더 다양하고 여과 없이 얻기 위해서였다.
- 충청 지역 소재 교육대학교 부속 영재교육원의 초등과학 분야 재학생을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문에 응한 학생은 총 63명으로 4학년 30명, 5학년 20명, 6학년 13명이었으며, 이중 남학생이 42명이었다.
데이터처리
- 이렇게 범주화된 학생들의 응답은 각 유형의 특징과 유형별 빈도수를 중심으로 분석하였다. 이때 통계적인 유의미성을 확인할 필요가 있을 때에는 각 유형을 더미 변수(dummy variable)로 변환하여 교차분석과 t-검증을 실시하였다. 통계 분석은 SPSS 15.
이론/모형
- 연구 대상 학생의 응답은 세그멘팅(segmenting), 코딩, 심화 코딩을 거치는 질적 자료의 일반적 방법(김영천, 2006)에 따라 분석하였다. 즉, 각 질문별로유사하거나 반복되는 내용을 추출한 후, 공통적으로 발견되는 인식 유형을 나타낼 수 있는 코드를 작성하였다.
성능/효과
- 셋째, 과학자들이 실험을 하는 목적에 대해서 대상 학생들은 기존의 일반 학생 대상의 연구에서는 많지 않았던 ‘주장의 근거 제시’를 가장 많이 언급하였으며, 새로운 현상이나 물질의 발견, 새로운 이론이나 아이디어 생성 등에 대한 언급도 발견되 었다. 넷째, 학교 과학 시간에 실험을 하는 목적에 대해서 대상 학생들은 ‘흥미(재미) 충족/유발’과 ‘설명/이해 용이’ 등 학습을 재미있고 효율적으로 하기 위해서라는 관점의 언급이 많았다. 다섯째, 대상 학생들은 과학자들이 하는 실험의 목적과 학교 과학 시간에 하는 실험의 목적을 서로 다르게 생각한 경우가 많았다.
- 넷째, 학교 과학 시간에 실험을 하는 목적에 대해서 대상 학생들은 ‘흥미(재미) 충족/유발’과 ‘설명/이해 용이’ 등 학습을 재미있고 효율적으로 하기 위해서라는 관점의 언급이 많았다. 다섯째, 대상 학생들은 과학자들이 하는 실험의 목적과 학교 과학 시간에 하는 실험의 목적을 서로 다르게 생각한 경우가 많았다.
- 대상 학생들의 응답은 총 21개의 소범주, 즉, ‘이론의 결과 검사’, ‘주장의 근거 제시’, ‘상세(정확)한특성/원리/법칙 파악’, ‘새로운 현상(물질) 발견’, ‘새로운 이론(아이디어) 생성’, ‘발명’, ‘설명/이해 용이’, ‘기억 용이’, ‘실험(탐구)기능 발달’, ‘사고력(창의력발달)’, ‘흥미(재미) 충족/유발’, ‘호기심 해소/유발’, ‘성취욕 충족/유발’, ‘생활의 편리성 증진’, ‘국가 발전’, ‘인류의 행복’, ‘실용화 가능성 확인’, ‘학생지도의 편의’, ‘명성(경력) 쌓기’, ‘장래희망(진학, 취업) 성취’, ‘경제적 필요 충족’ 범주로 분류할 수 있었다. 이중에서 ‘이론의 결과 검사’, ‘주장의 근거 제시’, ‘상세(정확)한 특성/원리/법칙 파악’, ‘새로운 현상(물질) 발견’, ‘새로운 이론(아이디어) 생성’, ‘발명’, ‘설명/이해 용이’, ‘기억 용이’ 범주는 중범주 ‘인지적 영역’으로, ‘실험(탐구)기능 발달’, ‘사고력(창의력 발달)’ 범주는 중범주 ‘과정 기능적 영역’으로, ‘흥미(재미)충족/유발’, ‘호기심 해소/유발’, ‘성취욕 충족/유발’ 범주는 중범주 ‘정의적 영역’으로 분류할 수 있었다.
- 첫째, 대상 학생 들의 과학 실험에 대한 인식은 2개의 대범주, 5개의중범주와 21개의 소범주로 분류될 수 있었다. 둘째, 대상 학생들은 과학자들이 하는 실험이나 학교 과학 시간에 하는 실험 모두 그 목적을 유용성 측면보 다는 인지적 영역, 정의적 영역 등의 내적인 가치를추구하는데 두고 있었다. 다만, 내적 가치 측면 중과정 기능적 영역에 대한 인식은 상대적으로 적었다.
- 첫째, 과학 실험의 목적에 대한 폭넓은 인식을 가지도록 하는 방안의 모색이 필요하다. 본 연구의 결과, 초등과학 영재아들은, 과학 관련 관심이나 능력이 또래에서 최상위권으로 추정됨에도 불구하고, 실험의 목적에 대해 다소 제한된 인식을 가지고 있었다. 예를 들어, 과학 실험의 목적을 인지적 영역과 관련된 목적에 치중하여 인식하거나 학습의 도구로서의 역할에 치중하여 인식하고 있었다.
- 다만, 내적 가치 측면 중과정 기능적 영역에 대한 인식은 상대적으로 적었다. 셋째, 과학자들이 실험을 하는 목적에 대해서 대상 학생들은 기존의 일반 학생 대상의 연구에서는 많지 않았던 ‘주장의 근거 제시’를 가장 많이 언급하였으며, 새로운 현상이나 물질의 발견, 새로운 이론이나 아이디어 생성 등에 대한 언급도 발견되 었다. 넷째, 학교 과학 시간에 실험을 하는 목적에 대해서 대상 학생들은 ‘흥미(재미) 충족/유발’과 ‘설명/이해 용이’ 등 학습을 재미있고 효율적으로 하기 위해서라는 관점의 언급이 많았다.
- 이상의 결과들부터, 초등과학 영재아들은 과학 실험의 목적을 비교적 실험의 인지적인 측면의 본성과 적절히 관련지어 인식하고 있었지만, 과정 기능이나 사회와의 관련성 측면은 충분히 인식하고 있지 않았으며, 특히 자신이 생각하는 과학 실험의 본성이나 목적을 학교 과학 시간에 하는 실험 활동에는 잘 연결 짓지 못하고 있음을 알 수 있었다.
- 대상 학생들의 응답은 총 21개의 소범주, 즉, ‘이론의 결과 검사’, ‘주장의 근거 제시’, ‘상세(정확)한특성/원리/법칙 파악’, ‘새로운 현상(물질) 발견’, ‘새로운 이론(아이디어) 생성’, ‘발명’, ‘설명/이해 용이’, ‘기억 용이’, ‘실험(탐구)기능 발달’, ‘사고력(창의력발달)’, ‘흥미(재미) 충족/유발’, ‘호기심 해소/유발’, ‘성취욕 충족/유발’, ‘생활의 편리성 증진’, ‘국가 발전’, ‘인류의 행복’, ‘실용화 가능성 확인’, ‘학생지도의 편의’, ‘명성(경력) 쌓기’, ‘장래희망(진학, 취업) 성취’, ‘경제적 필요 충족’ 범주로 분류할 수 있었다. 이중에서 ‘이론의 결과 검사’, ‘주장의 근거 제시’, ‘상세(정확)한 특성/원리/법칙 파악’, ‘새로운 현상(물질) 발견’, ‘새로운 이론(아이디어) 생성’, ‘발명’, ‘설명/이해 용이’, ‘기억 용이’ 범주는 중범주 ‘인지적 영역’으로, ‘실험(탐구)기능 발달’, ‘사고력(창의력 발달)’ 범주는 중범주 ‘과정 기능적 영역’으로, ‘흥미(재미)충족/유발’, ‘호기심 해소/유발’, ‘성취욕 충족/유발’ 범주는 중범주 ‘정의적 영역’으로 분류할 수 있었다. 그리고 이 3개의 중범주는 다시 대범주 ‘내적 가치 중시’로 분류할 수 있었다.
- 중범주들 중에서는 인지적 영역에 해당하는 응답을 한 가지 이상 한 학생이 98.4%에 이르러 거의 모든 학생들이 과학자들은 인지적인 성취를 위해 실험을 한다고 생각하고 있음을 알 수 있었다.
- 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 대상 학생 들의 과학 실험에 대한 인식은 2개의 대범주, 5개의중범주와 21개의 소범주로 분류될 수 있었다. 둘째, 대상 학생들은 과학자들이 하는 실험이나 학교 과학 시간에 하는 실험 모두 그 목적을 유용성 측면보 다는 인지적 영역, 정의적 영역 등의 내적인 가치를추구하는데 두고 있었다.
후속연구
- 또실험을 좋아하는 과학자들도 있기 때문에 다른 사람이 만들어논 실험을 하는 경우도 있다. 그리고 과학자들은 무엇을 끊임없이 연구하고, 끊임없이 만들어 내려고 노력하기 때문에 새로운 실험을 여러 번 해봐서 새로운 이론을 만들 수도 있을 것이다. 그렇게 때문에 과학자들이 실험을 한다고 생각한다.
- 이러한 문제점의 극복을 위해서는, 두 상황을 비교해서 차이점과 더불어 공통점도 생각해볼 수 있는 기회를 제공할 필요가 있다. 더불어, 교과서나 교사에 의해 이미 제시되어 있는 지식을 확인하고, 그 결과로 지식을 기억하도록 하는 데에 중점을 둔 실험만이 아니라, 학교 과학 시간에도 스스로 지식을 창조해내는 경험을 통해, 결과를 주장의 근거로 활용하고, 그 과정에서 과정 기능과 사고력 증진 등을 수반하는 것에 중점을 둔 실험을 할 필요가 있다. 물론 이러한 실험이 일반 학교의 과학 시간에 쉽게 이뤄질 수 있을 것이 라고는 현실적으로 기대하기 어려울 수 있다.
- 첫째, 앞서 논의한 일반적인 과학 교육 상황과 마찬가지로, 과학 영재아들이 실험을 바라보는 관점과 중시하는 점을 이해하게 됨으로써, 각종 영재교육 기관에서 과학 영재아들에게 실험 활동을 지도할 때 어떤 점을 강조하고 어떤 점을 보완해야 하는지를 판단하는 데에 시사점을 줄 수 있을 것이다. 둘째, 일반 학급에서 이뤄지는 실험 활동 지도에서 과학 관련 성취도나 기능이 뛰어난 학생들을배려하는 데에 시사점을 줄 수 있을 것이다. 앞서 영재 교육 대상자 비율로 미루어 보건데, 과학 영재 아들을 과학 분야에서 대체로 상위 1% 안에 드는우수한 학생들이라고 볼 수 있을 것이다.
- 본 연구는 초등과학 영재아들을 대상으로 개방형 설문을 사용하면서 연구 대상의 규모를 충분히 크게 하지 못하였다. 이는 본 연구의 결과를 일반화 하는 데에 있어서 감안할 필요가 있는 부분이다.
- 셋째, 학생들에게 과학자들이 하는 실험의 목적과 과학 시간에 하는 실험의 목적에 대해 서로를 비교해 보는 기회를 제공할 필요가 있다. 이러한 기회는, 각 실험의 목적이 다양함에도 불구하고 이에 대한 인식이 불명확한데서 오는 혼란으로 인해 학교에서 하는 실험의 효과가 미미하다는 문제(Woolnough, 1997)의 해소에도 기여하겠지만, 더불어, 본 연구의 결과와 같이 지나치게 과학자의 실험과 과학 시간의 실험의 목적을 다르게 인식하는 것을 완화시키는 데에도 기여할 것이다.
- 그러나 본 연구의 결과에서 드러났듯이 학생들에게서도, 적어도 초등과학 영재아들에게서도 이러한 목적과 역할에 대한 인식이 발견된다. 이는 추후 관련 연구나 교육에서 좀 더 다양한 측면에서 실험의 목적에 대한 접근을 할 필요가 있음을 시사하고 있다.
- 셋째, 학생들에게 과학자들이 하는 실험의 목적과 과학 시간에 하는 실험의 목적에 대해 서로를 비교해 보는 기회를 제공할 필요가 있다. 이러한 기회는, 각 실험의 목적이 다양함에도 불구하고 이에 대한 인식이 불명확한데서 오는 혼란으로 인해 학교에서 하는 실험의 효과가 미미하다는 문제(Woolnough, 1997)의 해소에도 기여하겠지만, 더불어, 본 연구의 결과와 같이 지나치게 과학자의 실험과 과학 시간의 실험의 목적을 다르게 인식하는 것을 완화시키는 데에도 기여할 것이다. 즉, 영재교육원이나 영재 학급 등에서 실험을 지도할 때, 과학 시간에 하는 실험도 지식 이해와 기억 이외에 다른 목적도 가지고 있음을 생각해 보게 할 필요가 있다는 것이다.
- 실험의 목적에 대한 과학 영재아들의 인식을 조사하는 것은 적어도 두 가지 측면에서 의미가 있을 것이다. 첫째, 앞서 논의한 일반적인 과학 교육 상황과 마찬가지로, 과학 영재아들이 실험을 바라보는 관점과 중시하는 점을 이해하게 됨으로써, 각종 영재교육 기관에서 과학 영재아들에게 실험 활동을 지도할 때 어떤 점을 강조하고 어떤 점을 보완해야 하는지를 판단하는 데에 시사점을 줄 수 있을 것이다. 둘째, 일반 학급에서 이뤄지는 실험 활동 지도에서 과학 관련 성취도나 기능이 뛰어난 학생들을배려하는 데에 시사점을 줄 수 있을 것이다.
- 이는 본 연구의 결과를 일반화 하는 데에 있어서 감안할 필요가 있는 부분이다. 추후 본 연구의 결과를 바탕으로 기존 연구들에 비해 좀 더 다양한 항목으로 구성된 조사도구의 개발과, 이를 사용하여 충분한 규모의 예비교사나 현장 교사, 일반 학생들의 실험에 대한 인식 조사가 이뤄진다면, 과학 영재아들이나 일반 학생들을 위한 실험 교육과 관련해 좀 더 풍부한 시사점을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
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