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문제 정의
- 따라서 이 연구에서는 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동 프로그램을 개발하고, 이를 초등학교 6학년 학생들에게 적용한 후 인지 수준에 따라 과학 탐구 능력, 과학적 태도에 미치는 효과에 어떤 차이가 있는지 알아보는 것으로 구체적인 연구 문제는 다음과 같다.
- 이 연구는 초등학교 과학과 자유 탐구 활동에서 과학 탐구 노트를 활용한 탐구 활동을 수행한 후, 인지 수준에 따른 효과를 밝히기 위해 과학 탐구 능력과 과학적 태도에 미치는 영향을 조사하였다. 지금까지 연구 결과를 토대로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 먼저 관련 이론 및 선행 연구를 고찰하였으며, 자유 탐구 활동에 활용할 수 있는 과학 탐구 노트와 지도안을 개발하였다. 개발된 자료를 활용하여 11월에서 12월에 걸쳐 연구 대상 2개 반에서 주 1 시간씩 7주 동안 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동이 이루어졌으며, 비교 대상 2개 반에는 교육 과정에 제시된 자유 탐구 방법에 따라 자유 탐구 활동을 실시하였다. 자유 탐구 활동이 모두 끝난 후 사후 검사를 실시하고 그 결과를 분석하였다.
- 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동 프로그램을 개발하기 위해 먼저 탐구 단계를 Reiff 등(2002)의 탐구휠 모델(Inquiry Wheel model), Harwood & Miller(2004)의 활동 모델(activity model)을 토대로 탐구의 단계를 문제 탐색, 예상하기, 계획 세우기, 탐구하기, 결과 정리, 발표 및 평가, 성찰의 7단계로 설정하였으며, Klentschy(2005)의 과학 탐구 노트 구성 요소를 바탕으로 탐구 단계별로 과학 탐구 노트를 표 2와 같이 구성하였다.
- 과학 탐구 노트의 형태는 바인더 형태, 제본, 낱장을 제공하고 철해 두는 등 다양한 형태로 구성할 수 있으나, 본 연구에서는 20매 정도의 탐구 공책 형식으로 만들었으며 활용하였다. 과학 탐구 노트의 오른쪽 면에는 학생들이 직접적으로 탐구한 내용을 기록하게 하였고, 왼쪽면에는 탐구 주제와 관련된 과학 기사, 인터넷 검색 자료, 참고 내용 등을 스크랩할 수 있도록 구성하였다.
- 구체적으로 인지 수준에 따른 학생들의 과학 탐구 능력 변화 정도를 알아보기 위해 과학 탐구 능력 하위 영역 검사 결과를 인지 수준 군별로 비교해 보았다. 먼저 낮은 인지 수준 군의 과학 탐구 능력 하위 요소별 사전, 사후, 교정된 사후의 평균과 표준 편차는 표 6과 같다.
- 구체적으로 인지 수준에 따른 학생들의 과학적 태도 변화 정도를 알아보기 위해 인지 수준별로 과학적 태도 하위 요소의 검사 결과를 비교해 보았다.
- 먼저 관련 이론 및 선행 연구를 고찰하였으며, 자유 탐구 활동에 활용할 수 있는 과학 탐구 노트와 지도안을 개발하였다. 개발된 자료를 활용하여 11월에서 12월에 걸쳐 연구 대상 2개 반에서 주 1 시간씩 7주 동안 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동이 이루어졌으며, 비교 대상 2개 반에는 교육 과정에 제시된 자유 탐구 방법에 따라 자유 탐구 활동을 실시하였다.
- 이 연구는 경남에 소재한 2개 공립학교 6학년 4개학급 68명의 학생들을 대상으로 논리적 사고력 검사지(Roadranka et al., 1983)를 이용하여 인지 수준을 측정하였으며, 인지 수준에 따라 Piaget 인지 발달 수준 중 구체적 조작기에 해당되는 학생들을 낮은 인지 수준 군(L수준)으로, 과도기와 형식적 조작기에 해당되는 학생들을 높은 인지 수준 군(H수준)으로 구분하였다. 인지 수준별 인원수와 비율은 표 1과 같다.
- 인지 수준에 따른 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동의 효과를 알아보기 위하여 학생들의 탐구 활동 전-후 과학 탐구 능력, 과학적 태도의 변화를 비교하였다.
- 개발된 자료를 활용하여 11월에서 12월에 걸쳐 연구 대상 2개 반에서 주 1 시간씩 7주 동안 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동이 이루어졌으며, 비교 대상 2개 반에는 교육 과정에 제시된 자유 탐구 방법에 따라 자유 탐구 활동을 실시하였다. 자유 탐구 활동이 모두 끝난 후 사후 검사를 실시하고 그 결과를 분석하였다.
- 전체 검사 시간을 30분이며, 수업 처치 전·후에 투입하였다.
데이터처리
- 인지 수준에 따라 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동이 과학 탐구 능력에 미치는 효과에 대한 분석은 하위 요소 중 사전 집단 간 동질성을 만족시키지 못하는 경우가 있어 연구 집단과 비교 집단의 과학 탐구 능력 사후 검사 점수에 대하여 공변량 분석(ANCOVA)을 실시하였다. 인지 수준별 과학 탐구 능력의 사전, 사후, 교정된 사후 점수의 평균과 표준편차는 표 4와 같다.
- 인지 수준에 따른 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동이 과학적 태도에 미치는 효과를 알아보기 위해 연구 집단과 비교 집단의 과학적 태도 사후검사 점수에 대하여 공변량 분석(ANCOVA)을 실시하였다. 구체적인 분석결과는 다음과 같다.
- 통계 분석은 인지 수준별로 사전 검사 점수를 공변인으로 하여 일원 공변량 분석을 실시하였고, 수업 처치와 인지 수준의 상호작용 효과를 알아보기 위해 이원변량 분석을 실시하여 인지 수준에 따른 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동의 효과를 분석하였다. 연구 문제의 유의성을 검증하기 위한 진단 기준을 유의수준 .
이론/모형
- 과학 탐구 능력 검사 도구는 권재술과 김범기(1994)가 개발한 TSPS(Test of Science Process Skill)를 사용하였다. TSPS는 과학 탐구 능력 하위 요소로 기초 탐구 능력으로 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 5개 탐구 요소와 통합 탐구 능력으로 자료 변환, 자료 해석, 가설 설정, 변인 통제, 일반화의 5개 탐구 요소 등 모두 10개의 탐구 요소로 이루어져 있다.
- 학생들의 과학적 태도를 평가하는 도구는 김효남 등(1998)에 의해 개발된 과학적 태도 검사지를 사용하였다. 이 검사지는 일반적으로 통용되는 과학적 태도인 호기심, 개방성, 비판성, 협동성, 자진성, 끈기성, 창의성으로 총 7개의 하위 요소로 구성되어 있다.
성능/효과
- 첫째, 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동을 전개한 학생들은 낮은 인지 군, 높은 인지 군의 학생들 모두에서 과학 탐구 능력을 향상시키는데 효과가 있었다. 과학 탐구 능력 하위 요소에서도 기초 탐구 능력과 통합 탐구 능력 모두에서 효과를 보였으며, 그 효과에 대한 인지 수준에 따른 차이는 나타나지 않았다. 따라서 초등학교 자유 탐구 활동에서 과학 탐구 노트를 활용하여 탐구를 진행하면 낮은 인지 수준 군과 높은 인지 수준 군 모두에게 과학 탐구 능력 향상에 효과적인 방법임을 알 수 있었다.
- 그림 4에서 보는 바와 같이 수업 처치와 인지 수준의 상호작용에서 높은 인지 수준 군이 낮은 인지 수준 군보다 점수 변화가 더 크게 나타났으나, 상호 작용 효과는 통계적으로 유의미하지 않은 결과를 보였다. 이러한 연구 결과는 인지 수준과 과학적 태도 사이의 상호작용에 대한 관련성이 없다는 연구(이진선, 2003; 방미정, 2010) 결과와 일치하는 결과를 보였다.
- 둘째, 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동은 낮은 인지 군과 높은 인지 군 모두에서 과학적 태도를 향상시키는데 효과적이다. 특히 과학적 태도 하위 요소 중 낮은 인지 수준 군은 호기심, 협동심, 개방성, 자진성, 끈기성에서 효과가 있었으며, 높은 인지 수준 군은 호기심, 개방성, 자진성에서 효과가 있었다.
- 05). 따라서 높은 인지 수준 군에서 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동은 학생들의 기초 탐구 능력과 통합 탐구 능력 향상에 효과가 있음을 알 수 있었다.
- 효과에 있어서 인지 수준과 수업 처치에 대한 상호 작용을 분석한 결과에서는 낮은 인지 수준 군과 높은 인지 수준 군 사이에 효과에 있어서 차이는 없었다. 따라서 인지 수준에 차이 없이 과학적 태도의 변화에 효과가 있음을 알 수 있었다. 즉, 초등학교 자유 탐구 활동에서 과학 탐구 노트를 활용한 탐구 활동은 낮은 인지 수준 군과 높은 인지 수준 군 모두 과학적 태도 변화에 긍정적인 효과가 있음을 알 수 있었다.
- 05), 기초 탐구에서는 통계적으로 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 따라서 자유 탐구 활동에서 과학 탐구 노트의 활용은 낮은 인지 수준 군에서는 통합 탐구 능력의 향상에 효과가 있음을 알 수 있었다.
- 과학 탐구 능력 하위 요소에서도 기초 탐구 능력과 통합 탐구 능력 모두에서 효과를 보였으며, 그 효과에 대한 인지 수준에 따른 차이는 나타나지 않았다. 따라서 초등학교 자유 탐구 활동에서 과학 탐구 노트를 활용하여 탐구를 진행하면 낮은 인지 수준 군과 높은 인지 수준 군 모두에게 과학 탐구 능력 향상에 효과적인 방법임을 알 수 있었다.
- 인지 수준에 따른 과학 탐구 능력의 변화 정도에서는 사전 검사 결과에서 높은 인지 수준 군의 성취도가 낮은 인지 수준 군에 비해 높게 나타났고, 사후 검사 결과에서도 성취도에 있어서 같은 경향을 나타난 것을 볼 때, 인지 수준이 높을수록 과학 탐구 능력 점수가 높게 나타난다는 것을 알 수 있었으나, 그 차이는 통계적으로 유의미하지 않음을 알 수 있었다. 또한 자유 탐구 활동 수업 후에도 이러한 경향은 쉽게 바뀌지 않는다는 것을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과는 인지 수준이 과학 탐구 능력과 상관관계가 있다는 연구(우종옥과 김종일, 1993; 박경민, 2009; 박병하, 2009) 결과와는 다소 다른 연구 결과를 보였다.
- 05). 이러한 결과를 통해 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동이 과학적 태도 향상에 있어 낮은 인지 수준 군, 높은 인지 수준 군 모두에서 효과적임을 알 수 있었다.
- 인지 수준에 따른 과학 탐구 능력의 변화 정도에서는 사전 검사 결과에서 높은 인지 수준 군의 성취도가 낮은 인지 수준 군에 비해 높게 나타났고, 사후 검사 결과에서도 성취도에 있어서 같은 경향을 나타난 것을 볼 때, 인지 수준이 높을수록 과학 탐구 능력 점수가 높게 나타난다는 것을 알 수 있었으나, 그 차이는 통계적으로 유의미하지 않음을 알 수 있었다. 또한 자유 탐구 활동 수업 후에도 이러한 경향은 쉽게 바뀌지 않는다는 것을 알 수 있었다.
- 따라서 인지 수준에 차이 없이 과학적 태도의 변화에 효과가 있음을 알 수 있었다. 즉, 초등학교 자유 탐구 활동에서 과학 탐구 노트를 활용한 탐구 활동은 낮은 인지 수준 군과 높은 인지 수준 군 모두 과학적 태도 변화에 긍정적인 효과가 있음을 알 수 있었다.
- 첫째, 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동을 전개한 학생들은 낮은 인지 군, 높은 인지 군의 학생들 모두에서 과학 탐구 능력을 향상시키는데 효과가 있었다. 과학 탐구 능력 하위 요소에서도 기초 탐구 능력과 통합 탐구 능력 모두에서 효과를 보였으며, 그 효과에 대한 인지 수준에 따른 차이는 나타나지 않았다.
- 둘째, 과학 탐구 노트를 활용한 자유 탐구 활동은 낮은 인지 군과 높은 인지 군 모두에서 과학적 태도를 향상시키는데 효과적이다. 특히 과학적 태도 하위 요소 중 낮은 인지 수준 군은 호기심, 협동심, 개방성, 자진성, 끈기성에서 효과가 있었으며, 높은 인지 수준 군은 호기심, 개방성, 자진성에서 효과가 있었다. 효과에 있어서 인지 수준과 수업 처치에 대한 상호 작용을 분석한 결과에서는 낮은 인지 수준 군과 높은 인지 수준 군 사이에 효과에 있어서 차이는 없었다.
- 표 12에서 보는 바와 같이 과학적 태도 결과에 대한 연구 집단의 교정 평균이 비교 집단의 교정 평균에 비해 통계적으로 유의미하게 높은 것으로 나타났으며(F=47.13, p<.05), L수준 군과 H수준 군에서도 집단 간의 차이가 통계적으로 유의미하게 나타났다(각각 F=23.77, p<.05; F=23.27, p<.05).
- 표 6에서 보는 바와 같이 L수준 군의 기초 탐구 능력에 대한 연구 집단의 교정 평균은 11.87, 비교집단의 교정 평균은 11.19이고, 통합 탐구 능력에 대한 연구 집단의 교정 평균은 10.36, 비교 집단의 교정 평균은 8.99로 비교 집단에 비해 연구 집단의 점수가 다소 높게 나타났다. 과학 탐구 능력의 사전 검사 점수의 영향을 통제한 후 교정된 사후 검사 점수에 대해 공변량 분석으로 통계적 유의성을 검정한 결과는 표 7과 같다.
- , 2004)와 같은 맥락의 것으로 이해할 수 있다. 하지만, 과학적 태도에 대한 하위 요소 중 호기심, 개방성, 자신성, 끈기성 등에서는 긍정적인 효과를 보이나, 비판성, 협동성 등에서 통계적으로 유의미한 차이를 나타나지 않은 결과는 정의적 영역에 대한 학생들의 변화는 단기간의 탐구 활동으로 쉽게 바뀌기 어렵다는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- , 2002). 따라서 자유 탐구 활동에서 과학 탐구 노트의 활용은 체계적인 탐구 수행을 도와주어 학생들의 과학적 탐구를 경험하게 하는 탐구 활동 지원 자료로 활용될 수 있을 것이다.
- 그러나 이 연구만으로는 자유 탐구 활동에서 과학 탐구 노트를 활용한 탐구 활동이 인지 수준에 따라 과학 탐구 능력과 과학적 태도에 미치는 영향에 대한 구체적인 정보를 얻을 수 없다. 인지 수준에 따라 탐구 활동 과정에 어떤 반응을 보이는지 탐구 결과물에 있어서 어떤 차이가 있는지, 어떤 주제를 선호하는지 등에 대한 후속 연구도 의미 있는 연구가 될 것이다. 또한 이러한 수업으로 인해 나타난 효과가 학생들에게 얼마나 장기적으로 지속되는지에 대해서도 알아 볼 필요가 있다.
- 일선 현장에서 보다 쉽게 자유 탐구를 진행할 수 있는 일반화된 프로그램과 교수·학습 자료가 개발되어야 할 것이며, 개발된 자료를 현장 교사들이 수업에 접목하여 활용할 수 있는 방안에 대한 연구가 계속 이루어져야 할 것이다.
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