[국내논문]자유탐구 기법을 활용한 수업이 과학 창의적 문제해결력 및 과학적 탐구능력에 미치는 효과 The Effect of Science Creative Problem Solving Ability and Science Process Skills Using Free Inquiry Method원문보기
The purpose of this study is to make a Result analysis on the Free Inquiry Method of Elementary school student. Also, this study investigates how free inquiry activities effect the science creative problem solving ability and science process skills of Elementary school student. For this study 150, t...
The purpose of this study is to make a Result analysis on the Free Inquiry Method of Elementary school student. Also, this study investigates how free inquiry activities effect the science creative problem solving ability and science process skills of Elementary school student. For this study 150, third year, elementary School students from Busan City were selected. The Inquiry examined the effectiveness of each of the following free inquiry methods: the Program Based Learning method, the Project method, the Independent Investigation Method, the Small Group Inquiry Method, and the Science Notebooks Method. The students were divided into groups in which they incorporated the respective methods into their practice. Test showed the following results: First, the Science Notebooks Method activities proved to be much more effective than the Program Based Learning method, the Project method, the Independent Investigation Method, the Small Group Inquiry Method, and the Science Notebooks Method in terms of developing on science creative problem solving ability. Second, the Project method activities proved to be much more effective than the Program Based Learning method, the Independent Investigation Method, the Small Group Inquiry Method, the Science Notebooks Method in terms of developing on science process skills.
The purpose of this study is to make a Result analysis on the Free Inquiry Method of Elementary school student. Also, this study investigates how free inquiry activities effect the science creative problem solving ability and science process skills of Elementary school student. For this study 150, third year, elementary School students from Busan City were selected. The Inquiry examined the effectiveness of each of the following free inquiry methods: the Program Based Learning method, the Project method, the Independent Investigation Method, the Small Group Inquiry Method, and the Science Notebooks Method. The students were divided into groups in which they incorporated the respective methods into their practice. Test showed the following results: First, the Science Notebooks Method activities proved to be much more effective than the Program Based Learning method, the Project method, the Independent Investigation Method, the Small Group Inquiry Method, and the Science Notebooks Method in terms of developing on science creative problem solving ability. Second, the Project method activities proved to be much more effective than the Program Based Learning method, the Independent Investigation Method, the Small Group Inquiry Method, the Science Notebooks Method in terms of developing on science process skills.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 이러한 취지를 고려하여 초등학교 학생들에게 자유탐구에 대한 다양한 탐구 방법을 제시하고 실행하여 그 효과를 밝혀보고자 한다. 이러한 연구의 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 연구문제를 설정하였다.
본 연구는 자유탐구 방법에 대한 구안과 한 가지주제에 따른 자유탐구 방법을 달리하여 효과성을 검증해 보는 연구로써 과학과에서 추구하고 있는 과학 창의적 문제해결력과 과학탐구능력에 미치는 영향을 알고자 하였다. 본 연구를 통해 얻은 결과를 바탕으로 결론을 밝히면 다음과 같다.
본 연구는 자유탐구 주제에 따른 학습방법에 관한 연구로써 자유탐구에서 한가지 주제를 설정하여 탐구방법{1유형; PBL(Problem-Based Learning) 학습법, 2유형; PROJECT 학습법, 3유형; IIM(Independent Investigation Method) 학습법, 4유형; 소집단 탐구 기법(Small Group Inquiry Method), 5유형; 사이언스 노트북(Science NoteBooks)}에 따라 과학 창의적 문제해결력과 과학적 탐구능력에 미치는 효과를 검증해보고자 하였다. 자유탐구의 실행결과는 다음과 같다.
본 연구자는 B시의 C초등학교 담임교사와 자유 탐구 방법에 대한 세미나를 5회에 걸쳐 개최하였다. 자유탐구 방법(PBL학습법, PROJECT 학습법, IIM 학습법, 소집단 탐구기법, 사이언스 노트북)에 대한 탐구과정 및 적용사례로 심도 있는 토의-토론을 하였다.
자유탐구 방법(PBL학습법, PROJECT 학습법, IIM 학습법, 소집단 탐구기법, 사이언스 노트북)에 대한 탐구과정 및 적용사례로 심도 있는 토의-토론을 하였다. 특히 자유탐구 방법에 대한 담임교사의 연구 분야 및 수업적용에 대한 외적변인을 통제할 수 있도록 논의하였다. 자유탐구 방법에 대한 안내 교재는 전반부에 PBL학습법, PROJECT 학습법, IIM 학습법, 소집단 탐구기법, 사이언스 노트북의 이론적 내용과 예시를 제공하고 있으며, 교재의 후반부는 활동보고서 양식을 제공하여 관찰 보고서를 작성할 수 있도록 지면을 제공하고 있다.
제안 방법
주제는 달의 크리에이터 형성과정 및 크리에이터 이름에 대한 것을 설정하였다. 2개의 소모둠으로 구성하여 첫째 모둠은 달의 크리에이터 생성과정에 대한 조사를 하고, 둘째 모둠은 달의 크리에이터 이름에 대한 조사를 실시하기로 하였다. 그리고 각 소모둠별로 조사기간을 정하여 조사하였다.
그리고 각 소모둠별로 조사기간을 정하여 조사하였다. IIM의 학습지 양식에 맞게 조사할 목표의 개수를 설정하고, 자신이 조사한 내용은 타인이 이미 조사한 내용을 모방하지 않겠다는 약속에 따라 조사(탐구)를 하였다. 각 소모둠에서 조사한 내용을 바탕으로 토의를 거쳐 산출물을 만들었다.
PBL 탐구 A모둠의 인원은 6명으로 구성하였고, 수업분위기 조성을 위해서는 모둠원 구성원끼리 탐구 전에 준비해야 할 준비물에 대하여 토의하였으며, 탐구 장소에서 해야 할 일 등에 대하여 의논하는 시간을 가졌다. 본 PBL 학습방법에서 문제의 제시는 ‘달의 모양은 어떠한지?’로 설정하였다.
IIM의 학습지 양식에 맞게 조사할 목표의 개수를 설정하고, 자신이 조사한 내용은 타인이 이미 조사한 내용을 모방하지 않겠다는 약속에 따라 조사(탐구)를 하였다. 각 소모둠에서 조사한 내용을 바탕으로 토의를 거쳐 산출물을 만들었다. 만든 산출물을 근거로 PPT를 만들어 발표하였다.
수업 적용 과정에서 2회에 걸쳐 탐구과정의 진행상황 및 문제점에 대하여 논의하는 시간을 가졌다. 개인 또는 소집단으로 구성하여 자유탐구를 실시하였으며 사전-사후 검사(과학 창의적 문제해결력 검사, 과학적 탐구능력 검사)를 실시하였다. 시간은 각 검사도구 마다 50분간 실시하였다.
그러나 우주 공간에서 일어나는 공간적 지각 개념을 습득해야 달의 위상 변화를 이해할 수 있다고 볼 때 초등학교 3학년 수준에서는 매우 어렵게 느껴지는 주제로 해석된다. 그러므로 각 모둠별로 탐구계획을 세우고 모둠의 구성원이 탐구내용에 대한 분담으로 자료 찾기를 하였으며, 찾은 자료를 정리하는 과정을 거치게 하였다. 그리고 달의 위상 변화를 바탕으로 체계적이고 순차적인 설명이 될 수 있도록 달의 위상 변화에 대해 PPT를 만들어 발표하였으며 학급에 대한 모둠별 평가 후 개인별, 모둠별 평가를 실시하였다.
2개의 소모둠으로 구성하여 첫째 모둠은 달의 크리에이터 생성과정에 대한 조사를 하고, 둘째 모둠은 달의 크리에이터 이름에 대한 조사를 실시하기로 하였다. 그리고 각 소모둠별로 조사기간을 정하여 조사하였다. IIM의 학습지 양식에 맞게 조사할 목표의 개수를 설정하고, 자신이 조사한 내용은 타인이 이미 조사한 내용을 모방하지 않겠다는 약속에 따라 조사(탐구)를 하였다.
그러므로 각 모둠별로 탐구계획을 세우고 모둠의 구성원이 탐구내용에 대한 분담으로 자료 찾기를 하였으며, 찾은 자료를 정리하는 과정을 거치게 하였다. 그리고 달의 위상 변화를 바탕으로 체계적이고 순차적인 설명이 될 수 있도록 달의 위상 변화에 대해 PPT를 만들어 발표하였으며 학급에 대한 모둠별 평가 후 개인별, 모둠별 평가를 실시하였다.
또한 수업적용 전후에 발생할 수 있는 변인에 대해 논의하여 각 담인 교사들이 맡은 자유탐구 방법에 대해 수업적용 방법에서 일어나는 사례에 대해 해결하도록 하였다(인원수 적정성, 탐구과정에서 어려움 직면 등). 그러나 각 담임 교사가 수업에서 해결이 어려운 상황이 발생했을 경우는 본 연구자를 포함한 5명의 교사가 협의를 거쳐 해결하였다.
최종 단계에서는 탐구주제를 해결하는 과정과 결과를 가지고 평가하는 단계를 거쳐 최종보고서를 만들어 발표하게 하였다. 또한 이러한 일련의 탐구과정을 거쳐 나타난 결과물과 탐구과정에서 비롯된 여러 가지 논점과 느낀 점으로 모둠별, 개인별 평가를 하였다.
특히 자유탐구에 대한 탐구방법에 대하여 개인 또는 모둠별로 자유탐구 학습법을 숙지하는데 일정한 시간(3주간)을 부여하였다. 또한 초등학교 학생들에게 사전-사후에 과학 창의적 문제해결력 검사와 과학적 탐구능력 검사를 측정하여 그 결과를 해석하였다.
각 소모둠에서 조사한 내용을 바탕으로 토의를 거쳐 산출물을 만들었다. 만든 산출물을 근거로 PPT를 만들어 발표하였다.
‘우주에서의 달’에 대한 주제를 설정하고 우주 속에서 달의 존재 가치에 대한 내용을 탐구하기로 하였다. 먼저 탐구 과정을 리스트로 만들기로 하였다. 탐구과정의 순서는 달의 생성, 지구와 달의 관계, 미래의 달과 지구의 관계, 지구에서 일어나고 있는 달의 영향 등으로 순서를 정하였다.
본 모둠은 지구에서 달까지의 거리 계산으로 문제를 설정하였다. 모둠별 인원이 6명이므로 3명씩 2개의 소모둠을 편성하여 1모둠은 달까지의 거리 계산 방법, 2모둠은 지구에서 달까지의 거리를 계산할 수 있는 조건 등에 대하여 조사하기로 하였다. 탐구 및 표현하기 단계에서는 지구에서 달까지 거리를 계산하기 위하여 무엇이 필요한지 설명하게 하였다.
탐구주제는 3학년 ‘지구와 달’ 단원을 선정하였다. 본 단원을 재구성하고 지정된 과학수업 및 특별활동 시간을 활용하여 주당 3시간씩 16주간으로 총 48차시를 실시하였다.
본 연구는 자유탐구의 다양한 탐구방법에 대한 효과검증을 위하여 초등 3학년 학생들에게 PBL(ProblemBased Learning) 학습법, PROJECT 학습법, IIM(Independent Investigation Method) 학습법, 소집단 탐구 기법(Small Group Inquiry Method), 사이언스 노트북(Science NoteBooks)을 안내하였다. 그리고 자유탐구를 시행하기 전에 자유탐구에 대한 탐구방법을 안내하고 숙지하게 하였다.
이러한 방법으로 주제에 대해 순차적이고 점진적인 접근방법을 통해 탐구할 수 있도록 ‘달의 위상 변화’를 주제로 설정하였다.
자유 탐구에 대한 주제는 초등과학 ‘지구와 달’ 단원을 선정하여 대(大) 주제에서 소(小) 주제를 개인 또는 소집단이 설정하도록 하였다.
본 연구자는 B시의 C초등학교 담임교사와 자유 탐구 방법에 대한 세미나를 5회에 걸쳐 개최하였다. 자유탐구 방법(PBL학습법, PROJECT 학습법, IIM 학습법, 소집단 탐구기법, 사이언스 노트북)에 대한 탐구과정 및 적용사례로 심도 있는 토의-토론을 하였다. 특히 자유탐구 방법에 대한 담임교사의 연구 분야 및 수업적용에 대한 외적변인을 통제할 수 있도록 논의하였다.
특히 자유탐구에 대한 탐구방법에 대하여 개인 또는 모둠별로 자유탐구 학습법을 숙지하는데 일정한 시간(3주간)을 부여하였다. 또한 초등학교 학생들에게 사전-사후에 과학 창의적 문제해결력 검사와 과학적 탐구능력 검사를 측정하여 그 결과를 해석하였다.
위의 학습내용에 따라 개인 또는 모둠별 학습이 이루어졌다. 학급 담임이 5가지 자유탐구 방법 중에서 1가지 탐구방법을 선정하고 나면 선정된 담임의 반(예, PBL 탐구반)에서는 개인 혹은 소집단으로 인원을 구성하여 탐구를 실시하게 하였다. 그리고 현장체험 중심의 탐구활동을 위해서는 사전협의를 충분히 거치도록 하였다.
연구 대상은 본 연구에 협력할 수 있는 대학원생이 재직하고 있는 C초등학교 3학년 5개반으로 학급당 인원수는 30명이며, 총 150명을 선정하였다. 학급별 탐구방법을 선정하였다. 선정된 탐구방법에 따라 개인탐구 혹은 소집단 탐구(2-6명)으로 구성하였다.
대상 데이터
Project 탐구 A모둠의 인원은 6명으로 구성하였다. 프로젝트 학습에서는 학습과정을 어떻게 준비하느냐가 매우 중요하다.
연구 대상은 본 연구에 협력할 수 있는 대학원생이 재직하고 있는 C초등학교 3학년 5개반으로 학급당 인원수는 30명이며, 총 150명을 선정하였다. 학급별 탐구방법을 선정하였다.
탐구주제는 3학년 ‘지구와 달’ 단원을 선정하였다.
데이터처리
인식설문 조사는 자유탐구 방법에 대한 학생들의 인식을 살펴보고자 탐구수업에 대한 흥미도, 적극적인 참여도, 탐구과정 이해도, 자유탐구 구성원간의 친밀도, 다음 차시에 대한 기대 등으로 구성된 5문항을 자체 제작하여 전문가 집단에 의뢰하여 내용 타당성 검증을 거쳤다. 검사도구 측정결과의 자료처리는 통계패키지 SPSS 17.0을 사용하여 결과를 처리하였다.
이론/모형
과학적 탐구능력 검사 문항은 권재술과 김범기 (1994)가 개발한 과학탐구능력검사 도구를 사용했다. 이 검사 도구는 과학탐구능력을 기초탐구능력(관찰, 분류, 측정, 예상, 추리)과 통합탐구능력(자료 해석, 변인 통제, 일반화)로 구분하고 있다.
성능/효과
첫째, 자유탐구에 대한 5가지 탐구방법 중 사이언스 노트북(SN)의 학습방법 적용이 과학 창의적 문제해결력에 미치는 효과가 가장 높았다. 과학 창의적 문제해결력의 향상에서는 문제중심학습(PBL), 독자적 탐구방법(IIM), 사이언스 노트북(SN)의 탐구 방법 활용이 효과가 있었으며, 프로젝트 학습방법(Project)과 소집단 탐구기법(SGIM)은 과학 창의적 문제해결력 향상에 효과적이지 않음을 알 수 있었다.
그림 5에서 보듯이 자유탐구 방법에서 과학적 탐구능력에 미치는 가시적인 효과는 2유형(프로젝트 학습법)의 탐구방법이 가장 효과적으로 나타나는 반면 1유형(문제중심 학습법), 3유형(독자적 탐구 학습법), 4유형(소집단 탐구기법), 5유형(사이언스 노트북 학습법)에서는 과학적 탐구능력에 미치는 효과가 다른 자유탐구의 탐구방법에 비해 미미한 영향이 있었다는 것을 알 수 있다. 그리고 특히 자유 탐구 방법 중에서 PBL 학습법이 가장 효과가 적은 것으로 나타났다. 이는 자유탐구를 시행함에 있어 과학적 탐구능력을 향상시키고자 할 때는 PBL 학습법이 무리가 있음을 암시하고 있다.
둘째, 자유탐구에 대한 5가지 학습방법 중 프로젝트(Project)의 학습방법의 적용이 과학적 탐구능력에 미치는 효과가 가장 높았다. 프로젝트 학습방법이 과학적 탐구능력에 효과가 있었다는 것은 학생들의 인식 설문에서 나타난 ‘탐구수업에 대한 흥미도’와 ‘적극적인 참여’의 결과가 높게 나타난 것과 같은 맥락이라고 볼 수 있다.
표 3에 의하면 사전-사후의 과학 창의적 문제해결력 검사에서 PBL, IIM, SN의 탐구방법은 유의 확률 5%에서 유의미한 차이가 있었다. 따라서 자유탐구의 PBL, IIM, SN은 과학 창의적 문제해결력을 향상시키는데 효과가 있는 것으로 나타났다. 즉 과학 창의적 문제해결력을 향상시키기 위해서는 자유탐구의 활동에서 PBL, IIM, SN 탐구방법을 활용하는 것이 도움을 준다는 것을 알 수 있다.
표 5에 의하면 사전-사후의 과학적 탐구능력 검사에서 PBL, Project, IIM, SGIM, SN의 탐구방법은 유의확률 5%에서 유의미한 차이가 있었다. 따라서 자유탐구의 PBL, Project, IIM, SGIM, SN은 과학적 탐구능력을 향상시키는데 효과가 있는 것으로 나타났다. 즉 과학적 탐구능력을 향상시키기 위해서는 자유탐구의 활동에서 PBL, Project, IIM, SGIM, SN의 탐구방법을 활용하는 것이 도움이 된다는 것을 알 수 있다.
반면, 사이언스 노트북(SN)에 대한 반응에서 다음 차시에 대한 기대가 다른 탐구방법에 비해 학습자의 반응 수가 적은 것은 실험과정 중심의 학습방법에서 모든 주제가 실험만으로 이루어지지 않은 것에서 나타난 결과라고 볼 수 있다. 또한 본 연구에서 프로젝트 탐구방법이 과학탐구능력을 향상시키는데 효과가 있었다는 연구결과는 탐구수업에 대한 흥미도가 높다는 것과 맥락을 같이 한다고 보아진다.
셋째, 자유탐구에 대한 5가지 학습방법에서 대체로 학습자들의 반응은 긍정적인 것으로 나타났다.
첫째, 자유탐구에 대한 5가지 탐구방법 중 사이언스 노트북(SN)의 학습방법 적용이 과학 창의적 문제해결력에 미치는 효과가 가장 높았다. 과학 창의적 문제해결력의 향상에서는 문제중심학습(PBL), 독자적 탐구방법(IIM), 사이언스 노트북(SN)의 탐구 방법 활용이 효과가 있었으며, 프로젝트 학습방법(Project)과 소집단 탐구기법(SGIM)은 과학 창의적 문제해결력 향상에 효과적이지 않음을 알 수 있었다.
후속연구
둘째, 과학교육을 담당하는 교사들에게 자유탐구의 실행 및 평가에 대한 연구가 필요할 것으로 본다.
셋째, 개인 또는 소집단이 자유롭게 자유탐구 방법을 선택하여 탐구할 수 있도록 다양한 자유탐구 방법을 개발할 필요가 있다.
첫째, 초·중등학교 교육현장에서 자유탐구를 지도하는 교사들에게 실제적 도움을 줄 수 있는 탐구 방법에 따른 탐구학습지의 개발이 필요하다고 본다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과학적 기초 소양에서는 무엇이 중요한가?
이러한 내용은 과학적 소양이 미래의 무한 경쟁 사회에서 국가 경쟁력을 확보하는 데 필수적으로 과학적 기초 소양 교육이 필요함을 강조하고 있다. 특히 과학적 기초 소양에서는 과학적 탐구능력과 과학 창의적 문제해결력이 중요하다고 볼 수 있다. 2007년 개정 과학과 교육과정에서는 과학적 탐구능력을 향상시키기 위한 한 방법으로 자유탐구를 제시하고 있다.
2010년 교육과학기술부에 의하면 자유탐구에 소집단 탐구 기법을 사용하면 효율적으로 지도할 수 있다고 제시하고 있는데, 소집단 탐구기법이란 무엇인가?
교육과학기술부(2010)에 의하면 자유탐구는 다양한 방법으로 지도할 수 있지만 소집단 탐구(Small Group Investigation)기법을 사용하면 효율적으로 지도할 수 있다고 제시하고 있다. 소집단 탐구기법은 협동학습기법 중의 하나로 학생들에게 넓고 다양한 학습 경험을 제공하기 위해 설계된 것이다. 이것은 이미 정해진 지식이나 기능 습득보다는 여러 측면의 문제를 해결하기 위해서 정보를 습득, 분석, 종합하는 통합적 학습으로 적합하며, 주제 선정, 탐구 방법 선정, 정보 수집 및 분석, 결과 발표 등에 대해서 학생들에게 최대한 책임과 자유를 부여하는 방식이다. 그러나 자유탐구는 개인 또는 소집단이 다양한 주제를 선정하여 여러 가지 탐구방법으로 접근하는 것으로 2007년 개정교육과정의 과학과 교사용 지도서에서 제시하고 있는 소집단 탐구 방법으로는 부족함이 있다고 본다.
제7차 교육과정의 과학과에서 제시된 탐구활동은 어떠한 경우가 많았는가?
그 동안 과학과에서는 과학탐구활동은 강조되어 왔지만 실행 측면에서 제대로 이루어지지 않은 점이 많았다고 볼 수 있다. 제7차 교육과정의 과학과에서 제시된 탐구활동은 내용이나 개념의 이해를 돕기 위한 1∼2차시 정도의 탐구활동인 경우가 대부분으로 재량활동 또는 방학과제로 부여되어 실행되는 경우가 많았다. 이러한 탐구활동에서는 학생이 문제 인식단계에서 가설설정, 탐구 설계 및 수행, 결과 해석 및 결론 도출 등의 다양한 문제를 종합적으로 탐구하는 기회를 갖지 못하고 자기주도적 탐구를 수행하기 어렵다(교육과학기술부, 2010).
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