변인 통제 능력을 강화하기 위한 수업 프로그램의 개발 및 적용 효과 분석 The Development of a Learning Program for Enhancing the Skills of Control Variables and the Effects of Its Applications원문보기
본 연구에서는 중학교 2학년을 대상으로 변인 통제 강화 프로그램을 개발하고, 이를 적용했을 때 과학적 사고력, 변인 통제 유형 변화에 미치는 효과를 알아보았다. 변인 통제 강화 모형은 변인 통제의 필요성을 인식하는 1단계, 학생들이 스스로 실험을 설계하여 진행하는 2단계, 자신들이 설계한 실험 과정을 되돌아보는 3단계로 구성된다. 이러한 모형에 기초하여 변인 통제 강화 프로그램을 개발하였다. 프로그램의 주제는 모두 9가지이며, 후반부로 갈수록 난이도가 높아진다. 프로그램을 적용한 결과, 학생들의 과학적 사고력 점수(로슨 SRT)는 다소 상승하였으나 통계적으로 유의미하지는 않았다. 사전에 실시한 변인 통제 유형 검사에서는 유형A~유형F까지 고루 분포하였는데 사후에는 변인 통제를 잘하는 유형인 유형A와 유형B가 많았다. 프로그램을 마친 후 실시한 설문을 분석한 결과, 학생들은 변인을 통제하는 실험을 하면서 과학적이고 비판적으로 생각해야 하는 점을 어렵고 힘들어했지만 자신감을 얻었음을 알 수 있었다.
본 연구에서는 중학교 2학년을 대상으로 변인 통제 강화 프로그램을 개발하고, 이를 적용했을 때 과학적 사고력, 변인 통제 유형 변화에 미치는 효과를 알아보았다. 변인 통제 강화 모형은 변인 통제의 필요성을 인식하는 1단계, 학생들이 스스로 실험을 설계하여 진행하는 2단계, 자신들이 설계한 실험 과정을 되돌아보는 3단계로 구성된다. 이러한 모형에 기초하여 변인 통제 강화 프로그램을 개발하였다. 프로그램의 주제는 모두 9가지이며, 후반부로 갈수록 난이도가 높아진다. 프로그램을 적용한 결과, 학생들의 과학적 사고력 점수(로슨 SRT)는 다소 상승하였으나 통계적으로 유의미하지는 않았다. 사전에 실시한 변인 통제 유형 검사에서는 유형A~유형F까지 고루 분포하였는데 사후에는 변인 통제를 잘하는 유형인 유형A와 유형B가 많았다. 프로그램을 마친 후 실시한 설문을 분석한 결과, 학생들은 변인을 통제하는 실험을 하면서 과학적이고 비판적으로 생각해야 하는 점을 어렵고 힘들어했지만 자신감을 얻었음을 알 수 있었다.
The main purpose of this study was to develop a teaching program, especially designed to improve the skills of control variables. The secondary purpose was to investigate the effect of the program on enhancing students' scientific reasoning and understanding. The program was designed based on the 3-...
The main purpose of this study was to develop a teaching program, especially designed to improve the skills of control variables. The secondary purpose was to investigate the effect of the program on enhancing students' scientific reasoning and understanding. The program was designed based on the 3-step learning model: i.e. students recognize the necessity of controlling the variables (step 1), perform their own experiments (step 2), and reflect on their variables control process (step 3). The program included 9 topics of increasing difficulty. In results, Lawson's SRT scores increased in both experimental and control groups after application of the program, but the difference was not statistically significant. After the application, there was an increase in type A and type B which implied that students' skills of control variables was improved. In addition, responses of students in the experimental group to the open-ended items showed that it was challenging for them to think scientifically and critically when controling variables, but they ended up feeling proud of their achievement after the program.
The main purpose of this study was to develop a teaching program, especially designed to improve the skills of control variables. The secondary purpose was to investigate the effect of the program on enhancing students' scientific reasoning and understanding. The program was designed based on the 3-step learning model: i.e. students recognize the necessity of controlling the variables (step 1), perform their own experiments (step 2), and reflect on their variables control process (step 3). The program included 9 topics of increasing difficulty. In results, Lawson's SRT scores increased in both experimental and control groups after application of the program, but the difference was not statistically significant. After the application, there was an increase in type A and type B which implied that students' skills of control variables was improved. In addition, responses of students in the experimental group to the open-ended items showed that it was challenging for them to think scientifically and critically when controling variables, but they ended up feeling proud of their achievement after the program.
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문제 정의
본 연구에서는 이러한 연구들을 참고로 하여, 학생들의 변인 통제 능력을 강화시킬 수 있는 과학적 경험을 제공하는 수업 프로그램을 개발하고자 하였다. 또한 이 수업 프로그램을 실제로 학생들에게 적용하였을 때 학생들의 과학적 사고력과 변인 통제 유형에 어떤 변화가 나타나는지 알아보고자 하였다.
본 연구는 학생들의 변인 통제 능력을 강화할 수 있는 수업 모형과 수업 프로그램을 개발하고, 과학적 사고, 변인 통제 유형 변화에 미치는 영향을 알아보기 위하여 진행하였다. 이를 위해 사전·사후에 로슨 SRT, 변인 통제 유형 분류 검사를 실시하였다.
본 연구에서는 이러한 연구들을 참고로 하여, 학생들의 변인 통제 능력을 강화시킬 수 있는 과학적 경험을 제공하는 수업 프로그램을 개발하고자 하였다. 또한 이 수업 프로그램을 실제로 학생들에게 적용하였을 때 학생들의 과학적 사고력과 변인 통제 유형에 어떤 변화가 나타나는지 알아보고자 하였다.
제안 방법
변인 통제 강화 모형을 학교 현장에서 실질적으로 활용할 수 있도록 구체화한 수업 프로그램을 개발하고 적용 하였다. 수업 프로그램을 적용할 때 다음과 같은 점에 초점을 맞추었다.
변인 통제 유형: 프로그램 적용 전과 후에 변인 통제 유형 분류 검사지26를 이용하여 수업 투입 후 학생들의 변인 통제 유형 변화를 분석하였다. 변인 통제 유형 분류 검사지는 학생들이 ‘계단 빨리 왕복하기’라는 실험 활동을 계획하면서 조작 변인과 종속 변인을 찾아내고, 주어진 상황에 알맞게 변인을 통제하도록 구성되어 있다.
본 연구에서 개발한 모형에 따른 수업이 연구 대상 학생들의 과학적 사고에 미치는 영향을 알아보기 위하여 실험 집단과 통제 집단의 사전·사후의 로슨 SRT 점수를 비교하고 그 변화를 분석하였다. 보다 정확한 결과를 얻기 위하여 실험 집단 학생 30명과 통제 집단 학생 30명의 응답 내용 중에서 불성실하게 답변하거나 응답하지 않은 경우를 제외하였다.
실험 집단과 통제 집단에 모두 사전 검사를 실시한 후에 실험 집단에만 수업 프로그램을 투입하고 두 집단 모두에 사후 검사를 실시하였다. 2009년 3월에 실험 집단과 통제 집단을 선정하고 두 집단에 대하여 사전 검사를 실시하였다.
본 연구는 학생들의 변인 통제 능력을 강화할 수 있는 수업 모형과 수업 프로그램을 개발하고, 과학적 사고, 변인 통제 유형 변화에 미치는 영향을 알아보기 위하여 진행하였다. 이를 위해 사전·사후에 로슨 SRT, 변인 통제 유형 분류 검사를 실시하였다. 실험 집단의 과학적 사고력 총점이 상승하였으나 통계적으로 유의미하지 않았다.
대상 데이터
2009년 3월에 실험 집단과 통제 집단을 선정하고 두 집단에 대하여 사전 검사를 실시하였다. 3월부터 10월까지 실험 집단 학생들에게 계발 활동 수업 시간을 이용하여 총 9개 주제의 변인 통제 강화 수업 프로그램을 실시하였다. 같은 기간에 통제 집단 학생들은 정규 교육 과정에 따른 수업만 받았다.
이 연구는 서울시에 소재한 중학교 2학년 학생 60명을 대상으로 사전-사후 검사 통제 집단 설계(pretest-posttest control group design)에 의해서 진행되었다. 실험 집단은 계발활동으로 ‘과학반’을 신청한 30명의 학생을 대상으로 하였으며, 통제 집단은 같은 학년의 학생 중에서 계발 활동을 신청하지 않은 학생 30명을 무선 표집하였다. 실험 집단의 학생들은 한 모둠 당 3~4명이 되도록 구성하였는데, 과학적 사고력 수준에 따라 이질적으로 편성하였다.
이 연구는 서울시에 소재한 중학교 2학년 학생 60명을 대상으로 사전-사후 검사 통제 집단 설계(pretest-posttest control group design)에 의해서 진행되었다. 실험 집단은 계발활동으로 ‘과학반’을 신청한 30명의 학생을 대상으로 하였으며, 통제 집단은 같은 학년의 학생 중에서 계발 활동을 신청하지 않은 학생 30명을 무선 표집하였다.
이론/모형
과학적 사고력: 수업 적용 전·후에 학생들의 논리적 사고 측면의 과학적 사고력의 변화를 알아보기 위하여 본 연구에서는 Lawson6이 개발한 Classroom Test of Scientific Reasoning(로슨 SRT)을 번역하여 사용하였다. 이 검사는 과학에 관련된 소재로 구성되어 있으며, 보존 논리, 비례 논리, 분류 논리, 변인 통제 논리, 확률 논리, 조합 논리, 상관 논리의 7가지 논리 요소에 대해 검사할 수 있다.
실험 집단의 학생들은 한 모둠 당 3~4명이 되도록 구성하였는데, 과학적 사고력 수준에 따라 이질적으로 편성하였다. 이 연구에서 사용한 교수법은 정규 교육 과정이 아니라 변인 통제 능력의 향상을 목적으로 수행한 간섭적인 교수인 ‘intervention’이다.
성능/효과
넷째, 중학교 2학년 정규 과학 수업에서는 ‘변인’이라는 용어를 도입하지 않기 때문에, 학생들은 실험에서 변인을 조작하고, 통제하여 결과를 얻어내더라도 ‘변인’에 대한 내용을 습득하고 있다고 인지하지 못한다. 이러한 사실은 학생들의 설문 내용에는 ‘변인이 무엇인지’에 대해 알게 되었다는 응답을 통해서도 확인할 수 있었다.
둘째, 프로그램 활동을 마친 후 실시한 설문에서 학생들은 모둠원과의 활동에 대해 어려움을 호소하였다. 가장 과학적인 생각을 필요로 하는 단계에 대한 답변과 가장 많은 토론이 요구되었던 단계에 대한 답변이 비슷한 것으로 보아, 학생들은 생각을 많이 해야 하는 활동을 수행하면서 모둠원과 토의하여 해결하려고 시도한 것이라 여겨진다.
따라서 수업 진행 중에 교사는 학생들의 토론이 활발히 이루어지도록 하기 위해 모둠원 사이에 자유롭게 의견을 나눌 수 있는 분위기를 마련하는 것뿐만 아니라 학생들에게 적당히 어려운 주제를 선정하는 것도 중요함을 알 수 있다. 또한 변인 통제 능력은 실험의 설계 단계뿐만 아니라 탐구과정 전체에 전반적으로 요구되는 능력이므로, 이 능력 수준도 고려하여 모둠을 구성하면 학생들이 모둠 활동을 하는데 도움이 될 것으로 생각된다.
약 8개월의 수업 전략 적용으로 과학적 사고력이 향상 되는 것은 어려우나 설문 조사 결과에 비추어보았을 때 학생들이 스스로 실험을 계획하고 수행하는 활동을 통해서 과학 탐구 활동을 재미있게 느끼고 낯선 문제 상황을 접했을 때 흥미를 가지고 적극적으로 대처하려는 긍정적인 태도를 갖게 된 것으로 여겨진다. 또한 학생들의 과학적 사고 점수나 변인 통제 유형 변화 결과를 보았을 때, 실험 설계를 반복하여 수행하는 것은 과학적 사고 점수와 별도로 실질적으로 학생들이 실험을 설계하고 수행할 때 변인을 찾고 통제하는 능력의 향상에 도움이 될 수 있다고 생각된다.
실험 집단의 과학적 사고력 총점이 상승하였으나 통계적으로 유의미하지 않았다. 사전과 동일한 과제로 변인 통제 유형 분류 검사를 실시하여 학생들의 변인 통제 유형 변화를 알아본 결과, 프로그램 적용 후 실험 집단의 학생들 중 대다수가 변인 통제를 잘 하는 유형인, 불필요 변인을 배제하고 통제 변인을 일정하게 유지하며 조작 변인이나 종속 변인을 구분하여 설계할 수 있는 유형A나 유형B에 속하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 통계적으로는 유의미한 결과를 얻지는 못했지만 실제 학생들의 변인 통제 수행 능력은 긍정적으로 변화하였음을 암시해 주고 있다.
셋째, 본 연구에서 개발한 변인 통제 강화 프로그램이 변인 통제 능력 변화에 긍정적인 효과를 보이나 통계적으로 유의미한 결과를 얻지는 못하였다. 이는 과학적 사고력이나 변인 통제 능력과 같은 사고력은 단기간의 프로그램 적용으로는 향상되기 어렵다는 기존의 연구 결과와 일치한다.
약 8개월의 수업 전략 적용으로 과학적 사고력이 향상 되는 것은 어려우나 설문 조사 결과에 비추어보았을 때 학생들이 스스로 실험을 계획하고 수행하는 활동을 통해서 과학 탐구 활동을 재미있게 느끼고 낯선 문제 상황을 접했을 때 흥미를 가지고 적극적으로 대처하려는 긍정적인 태도를 갖게 된 것으로 여겨진다. 또한 학생들의 과학적 사고 점수나 변인 통제 유형 변화 결과를 보았을 때, 실험 설계를 반복하여 수행하는 것은 과학적 사고 점수와 별도로 실질적으로 학생들이 실험을 설계하고 수행할 때 변인을 찾고 통제하는 능력의 향상에 도움이 될 수 있다고 생각된다.
첫째, 변인이 잘 통제된 과학 실험은 집단으로 실시되는 과학 교육에서는 유용하다. 그러나 조작 변인, 종속 변인, 통제 변인이 모두 주어지고 실험 과정대로 따라 하기만하면 결과가 나오는 실험만으로는 학생들의 변인 통제 능력을 향상시키기는 어렵다.
그러나 조작 변인, 종속 변인, 통제 변인이 모두 주어지고 실험 과정대로 따라 하기만하면 결과가 나오는 실험만으로는 학생들의 변인 통제 능력을 향상시키기는 어렵다. 학생들은 실험에 관련되는 변인이 무엇인지, 독립 변인과 종속 변인이 무엇인지, 독립 변인 중에서 조작 변인과 통제 변인이 무엇인지 정확하게 파악하는 훈련을 반복해야만 변인을 인지하고, 통제할 수 있는 능력이 개발된다. 따라서 변인 통제 능력을 향상시키기 위해서는 교과서에 제시되어 있는 실험을 수행하면서 ‘필요한 변인 찾기’나 ‘조작 변인이나 종속 변인, 통제 변인 찾기’ 등의 활동을 추가하는 등 개선이 필요하다.
후속연구
이러한 사실은 학생들의 설문 내용에는 ‘변인이 무엇인지’에 대해 알게 되었다는 응답을 통해서도 확인할 수 있었다. 따라서 변인 통제 능력을 위한 본 프로그램의 수업 전략과 같이 과학적 탐구 과정이 무엇이고, 올바르게 탐구하는 방법이 어떤 것인지를 직접적으로 교수하는 활동을 개발할 필요가 있다.
학생들은 실험에 관련되는 변인이 무엇인지, 독립 변인과 종속 변인이 무엇인지, 독립 변인 중에서 조작 변인과 통제 변인이 무엇인지 정확하게 파악하는 훈련을 반복해야만 변인을 인지하고, 통제할 수 있는 능력이 개발된다. 따라서 변인 통제 능력을 향상시키기 위해서는 교과서에 제시되어 있는 실험을 수행하면서 ‘필요한 변인 찾기’나 ‘조작 변인이나 종속 변인, 통제 변인 찾기’ 등의 활동을 추가하는 등 개선이 필요하다.
이는 학생들의 인지발달 가속효과는 1년 이상의 긴 시간을 필요로 한다는 연구30,31와 비슷한 결과를 보이는 것이다. 따라서 본 연구에서 개발한 변인 통제 강화 프로그램의 적용이 학생들의 과학적 사고력에 미치는 영향을 알아보기 위해서는 좀 더 다수의 학생들을 대상으로 하여 장기적으로 연구를 진행해야할 것으로 생각된다.
또한 이 결과는 일부 지역의 특정 학생들만을 대상으로 한 것이기 때문에 일반화할 수 없다. 따라서 프로그램에 의해 나타나는 효과를 통계적으로 입증하고 일반화하기 위해서는 실험 집단의 학생 수와 프로그램 적용 기간을 늘리고, 성별, 지역별, 학급별, 학년별에 따라 대상을 달리하여 추가 연구를 해야 할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
변인 통제는 무엇인가?
우리는 과학 수업을 통해서 자연 현상과 사물에 대하여 흥미와 호기심을 가지고 탐구하면서 과학의 기본 개념을 이해하게 되고, 과학적 사고력과 창의적 문제 해결력을 길러 일상생활의 문제를 창의적이고 과학적으로 해결하는 데 필요한 과학적 소양이 길러지기를 기대한다.1 일상생활의 문제를 해결하기 위해서는 주어진 상황에서 변인을 찾아내고, 이를 어떻게 통제할지 계획할 수 있어야 한다. 이러한 수행 과정을 변인 통제라 한다.
학생들이 변인 통제를 잘하지 못하는 이유는 무엇에 따라 달라지는가?
많은 연구에서 학생들은 변인 통제를 잘하지 못하는 것으로 나타났다. Ross는 학생들이 변인 통제를 이해하고 적용하면서 느끼는 어려움이 변인 통제를 활용하는 과제가 어느 정도로 복잡한가, 수행 과정이 얼마나 자세하게 주어졌는가, 변인 통제 능력을 적용하는 상황이 그 동안 수업에서 주어졌던 상황과 얼마나 다른가에 따라 달라진다고 하였다.13 학생들은 실험 활동과 관련된 변인이 무엇인지 파악하지 못하거나, 변인 통제를 고려하지 않기도 한다.
변인 통제와 같은 과학적 사고력에 영향을 미치는 요인에 어떤 것이 있는가?
변인 통제와 같은 과학적 사고력에 영향을 미치는 요인에 대한 연구에 따르면 학습자 요인 이외에 가정환경이나 부모의 기대 수준과 같은 가정 요인, 교사 특성, 교사와 학생의 상호 작용, 과학적 경험 등의 학습 환경 요인등이 학습에 영향을 미치는 것으로 나타났다.18 또한 변인통제 논리를 학습하는데 가장 적합한 시기가 언제인지를 알아보는 연구에서는 그 시기를 명확하게 판단하기 어렵지만,19 변인 통제와 같은 고차원 사고 기능의 학습은 성취 수준에 관계없이 모든 학생에게 가능하다고 여기기도 한다.
참고문헌 (31)
Ministry of Education, Science and Technology. National Curriculum of Science; Ministry of Education, Science and Technology: Seoul, Korea, 2007.
American Association for the Advancement of Science (AAAS). Science...A process approach (SAPA II). Delta Education, Inc. 1990.
Yang, I. H.; Kwon, Y. J.; Jang, S. H.; Lee, H. J.; Choi, H. D. Elementary School Scientific Inquiry Process Skills - The Integrated Process; Korea National University of Education: Chung Buk, Korea, 2006.
Cho, H. H.; Choi, K. H. Instruction-Learning and Performance Assessment of Science; Kyoyookkwahaksa: Seoul, Korea. 2000.
Adey, P.; Shayer, M. Really raising standards: Cognitive intervention and academic achievement; Routledge: London. 1994.
Lawson, A. E. Science teaching and the development of thinking; Wadsworth Publishing Company: Belmont, CA, 1995.
Inhelder, B.; Piaget, J. The growth of logical thinking from childhood to adolescence; Routledge & Kegan Paul: London, 1958.
Nam, J. H.; Kim, S. H.; Kang, S. H.; Park, J. Y.; Choi, B. S. J. Korea Assoc. Sci. Edu. 2002, 22, 110.
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