'생각하는 과학' 활동을 경험한 중학생들의 변인 통제 전략과 변인의 효과를 추론하는 능력에 대한 분석 Analysis of the Ability to Infer the Effects of Variables and Variable-Controlling Strategy in Middle School Students who experienced 'Thinking Science' Activities원문보기
이 연구에서는 '생각하는 과학' 활동을 경험한 중학생들이 이를 경험하지 못한 통제집단과 비교하여 변인 통제 전략의 적용과 변인의 효과를 추론하는 능력에 대해 분석하였다. 연구 결과 변인 통제 전략 유형은 조작변인의 인식과 변인 통제의 여부에 따라 변인 통제전략 성공형, 변인 통제전략 미완성형, 부분통제형, 통제 불가능형, 변인 통제전략 실패형으로 구분하였다. 실험집단이 통제집단에 비해 변인 통제 전략을 보다 정화하고 효과적으로 사용하였다. 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과 추론 능력을 분석한 결과 가역적 사고가 가능한지의 여부와 변인의 효과를 추론할 수 있는지에 따라 변인효과 추론 가능형, 변인효과 추론 불가능형, 가역적 사고 불가능형으로 구분하여 유형화하였다. 실험집단 학생들이 변인효과 추론 가능형에서 통제집단보다 두 배 이상 많았다. 보상논리 조작을 포함하는 가역적 사고가 가능한 학생들은 형식적 조작기 이상의 학생들에게서 가능하였다. 직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과를 추론하는 능력은 두 집단 모두 형식적 조작기 후기에 도달한 인지 수준의 비율과 비슷하였으며, 추론에 성공한 학생들의 비율은 실험집단이 통제집단 학생들 보다 1.5배 정도 더 많았다. 따라서 변인 통제능력과 변인을 추론하는 능력을 향상시키기 위해서는 '생각하는 과학' 활동 프로그램이 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.
이 연구에서는 '생각하는 과학' 활동을 경험한 중학생들이 이를 경험하지 못한 통제집단과 비교하여 변인 통제 전략의 적용과 변인의 효과를 추론하는 능력에 대해 분석하였다. 연구 결과 변인 통제 전략 유형은 조작변인의 인식과 변인 통제의 여부에 따라 변인 통제전략 성공형, 변인 통제전략 미완성형, 부분통제형, 통제 불가능형, 변인 통제전략 실패형으로 구분하였다. 실험집단이 통제집단에 비해 변인 통제 전략을 보다 정화하고 효과적으로 사용하였다. 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과 추론 능력을 분석한 결과 가역적 사고가 가능한지의 여부와 변인의 효과를 추론할 수 있는지에 따라 변인효과 추론 가능형, 변인효과 추론 불가능형, 가역적 사고 불가능형으로 구분하여 유형화하였다. 실험집단 학생들이 변인효과 추론 가능형에서 통제집단보다 두 배 이상 많았다. 보상논리 조작을 포함하는 가역적 사고가 가능한 학생들은 형식적 조작기 이상의 학생들에게서 가능하였다. 직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과를 추론하는 능력은 두 집단 모두 형식적 조작기 후기에 도달한 인지 수준의 비율과 비슷하였으며, 추론에 성공한 학생들의 비율은 실험집단이 통제집단 학생들 보다 1.5배 정도 더 많았다. 따라서 변인 통제능력과 변인을 추론하는 능력을 향상시키기 위해서는 '생각하는 과학' 활동 프로그램이 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.
The purpose of this study was to analyze variable-controlling strategy (below vcs) and the ability to infer the effect of variables in Middle school students who experienced 'Thinking Science' activities in a CASE program. For this study, 71 9th grade students experienced in CASE program for 2 years...
The purpose of this study was to analyze variable-controlling strategy (below vcs) and the ability to infer the effect of variables in Middle school students who experienced 'Thinking Science' activities in a CASE program. For this study, 71 9th grade students experienced in CASE program for 2 years were selected as the experimental group and 72 students were selected as the control group. All students were tested with Science Reasoning TaskVII. The five types of variable-controlling strategy were extracted from students' response. According to the result of this study, the students experienced in CASE program was more successful in the variable-controlling strategy of length, quality, and shape than the control group. The types of reasoning ability of the variable effect intuitively were categorized as possibility of reasoning, impossibility of reasoning, and impossibility of reversible thinking. It has shown that the reasoning ability of the experimental group was higher than that of the control group in the length and thickness variable effect. The results of this study implied that the variable controlling activities in CASE program could be effective for learning variable controlling, and eventually, for the development of reasoning ability of the variable controlling effect. In the ability to infer the effects of variables to get difficult Intuitively, both groups were similar to the rate of cognitive level reached to the formal operation in generalization, and the student of experimental group was 1.5 times faster than the control group.
The purpose of this study was to analyze variable-controlling strategy (below vcs) and the ability to infer the effect of variables in Middle school students who experienced 'Thinking Science' activities in a CASE program. For this study, 71 9th grade students experienced in CASE program for 2 years were selected as the experimental group and 72 students were selected as the control group. All students were tested with Science Reasoning TaskVII. The five types of variable-controlling strategy were extracted from students' response. According to the result of this study, the students experienced in CASE program was more successful in the variable-controlling strategy of length, quality, and shape than the control group. The types of reasoning ability of the variable effect intuitively were categorized as possibility of reasoning, impossibility of reasoning, and impossibility of reversible thinking. It has shown that the reasoning ability of the experimental group was higher than that of the control group in the length and thickness variable effect. The results of this study implied that the variable controlling activities in CASE program could be effective for learning variable controlling, and eventually, for the development of reasoning ability of the variable controlling effect. In the ability to infer the effects of variables to get difficult Intuitively, both groups were similar to the rate of cognitive level reached to the formal operation in generalization, and the student of experimental group was 1.5 times faster than the control group.
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문제 정의
그러나 SRT Ⅶ 검사지에서 사용하는 변인 통제 문항은 완벽하게 통제되지 않는 조건에서 시범 실험을 수행한 결과로부터 변인 통제의 효과를 추론하여 종속변인에 대한 결론을 도출하는 것이다. 이러한 경우 통제되지 않은 변인 가운데 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과를 보상 논리 조작이 가능한 가역적 사고를 통하여 연역적으로 추론할 수 있어야 문제해결이 가능하다.
따라서 본 연구에서는 CASE 프로그램의 교수∙학습 교재인 ‘생각하는 과학’ 활동을 경험한 학생들과 이를 경험하지 못한 학생들을 비교하여 변인 통제 문제해결 과정에서 효과적으로 변인 통제 전략을 적용하는지, 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과와 직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과를 연역적으로 추론하는 능력은 어떠한가를 분석하여 변인 통제의 문제해결능력의 향상을 위한 처치 프로그램과 교수 학습 전략에 대한 시사점을 찾고자 하였다.
이 연구에서는 ‘생각하는 과학’ 활동을 경험한 중학생들이 이를 경험하지 못한 통제집단과 비교하여 변인 통제 전략의 적용과 변인의 효과를 추론하는 능력에 대해 분석하였다.
이 연구에서는 학생들의 인지발달 수준을 검사하는 도구인 SRT Ⅶ을 활용하여 CASE 프로그램의 ‘생각하는 과학’의 모든 활동을 경험한 중학생들과 이를 경험하지 못한 중학생들의 변인 통제 전략의 적용과 변인의 효과 추론 능력에 대해서 알아보았다.
SRT Ⅶ은 금속막대가 휘어지는 데 영향을 미치는 길이, 굵기, 재질, 모양, 추의 무게 등의 다섯 가지 변인들의 효과를 분류해 낼 수 있는 능력을 조사하기 위한 것으로 12개의 문항으로 구성되어있다. 학생들이 실험을 할 때 변인들을 통제해야하는 필요성을 아는지, 효과적으로 변인 통제 전략을 적용하는지를 검사한다. 그리고 학생들이 직관적으로 알 수 있는 변인들, 즉 길이, 굵기, 추의 무게 등의 효과를 연역적으로 추론하는 능력과 직관적으로 얻기 힘든 변인들, 즉 모양과 재질의 효과를 연역적으로 추론하는 능력을 검사한다.
가설 설정
S1: 그냥, 둥근 막대가 네모 막대보다 더 잘 휠거라고 생각했어요. 네모는 각이 져있어서 잘 휠거같지 않아요.
S2: 실험4에서 철보다 구리 길이가 더 짧으니까..
S: 그렇긴 한데요 어려워요.
S: 실험 4가 첨으로 모양이 틀린 것 갖고 실험하잖아요..
T: 둥근 막대 B가 네모 막대 E 보다 잘 휘어진다고 적었는데, 그 이유에 대한 설명이 없어요. 왜 그렇게 생각했나요?
T: 왜 둥근 막대 B가 네모 막대 E 보다 잘 휘어진다고 생각했어요?
T: 왜 막대 모양의 효과는 답을 쓰지 않았나요?
T: 왜 비슷한 정도로 휘어져야 한다고 생각했어요?
제안 방법
직관적으로 얻기 힘든 모양 변인에 대해 표 1에 제시된 바와 같이 6(a)와 (b) 문항에 대한 학생들의 응답을 가지고 변인의 효과 추론 능력을 분석하였다.
표 1에서 보여주는 바와 같이 SRT Ⅶ을 사용한 검사의 각 문항의 응답 결과를 수집하고 조사하여 변인 통제 전략과 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과, 그리고 직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과를 추론하는 능력을 분석하였다. 그리고 변인 통제 전략의 적용과 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과와 직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과 추론 능력에 대해서 학생들의 응답을 유형화하여 살펴보았다. 직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과 추론 분석에서는 변인이 재질인 경우, 학생에 따라서는 구리와 철의 단단함의 차이를 지식적으로 알고 있으면 직관적으로 알 수 있는 변인이 되므로 본 연구의 변인의 효과 추론 분석에서는 제외하였다.
이 검사의 문항별 지침에서는 문항을 읽어주고 단지 하나의 변인만을 원인으로 답하면 안 된다는 것을 주의시킨다. 그리고 재질과 굵기 효과를 모두 감안해서 답을 했을 경우는 정답처리 한다. 예를 들어 “X는 구리라서 잘 휘어지지만, 두껍기 때문에 조금 휘어진다.
학생들이 실험을 할 때 변인들을 통제해야하는 필요성을 아는지, 효과적으로 변인 통제 전략을 적용하는지를 검사한다. 그리고 학생들이 직관적으로 알 수 있는 변인들, 즉 길이, 굵기, 추의 무게 등의 효과를 연역적으로 추론하는 능력과 직관적으로 얻기 힘든 변인들, 즉 모양과 재질의 효과를 연역적으로 추론하는 능력을 검사한다. 표 1은 SRT Ⅶ의 12개 문항 중 본 연구의 분석에 사용된 문항으로 각 문항이 어떤 능력을 측정할 수 있는지를 나타내었다.
변인 통제 전략을 묻는 문항은 표 2에 제시된 길이, 굵기, 재질, 모양 등이 다른 9개의 다양한 막대의 그림을 보면서 변인 통제 문제를 해결할 수 있도록 제시되었다. 표 1에 제시된 바와 같이 길이의 효과, 재질의 효과, 모양의 효과에 각각 해당하는 1(c), 4(c), 6(c) 문항에 대한 학생들의 응답을 가지고 변인 통제 전략을 분석하였다.
실험집단과 통제집단 학생들 모두에게 인지발달 검사도구 SRT Ⅶ을 투입하여 CASE 프로그램의 ‘생각하는 과학’ 활동을 경험한 중학생들과 경험하지 못한 학생들의 변인 통제 전략과 변인의 효과를 추론하는 능력에 대해 분석하였다.
이 검사지의 평가 지침서에서는 모양에 대한 효과를 추론하기 위해서는 공통적으로 들어있는 C를 기준으로 C와 B 그리고 C와 E의 실험 결과를 들어 설명하거나 실험 4와 5를 설명을 하면 형식적 조작 후기 수준으로 평가한다. 예를 들어 “실험 4에서 E는 C보다 덜 휘어지고 실험 5에서는 C는 B와 같은 정도로 휘어진다.
첫째, 가역적 사고가 가능한지의 여부와 둘째, 여러 가지 실험 결과를 비교해 보고 막대 모양의 효과를 도출해 낼 수 있는 실험만을 추출해 낼 수 있는지의 여부와 셋째, 실험 결과를 종합하고 보상 논리를 적용하여 변인의 효과를 추론 할 수 있는지에 따라 유형화할 수 있었다. 이러한 과정을 완벽하게 소화하여 문제를 해결한 변인효과 추론 가능형(A), 가역적 사고는 가능하였으나 변인의 효과를 추론하지 못한 변인효과 추론 불가능형(B), 가역적 사고를 하지 못하는 가역적 사고 불가능형(C)으로 유형화하였다. 직관적으로 얻기 힘든 모양 변인의 효과 추론에 대한 응답 결과는 그림 5에 나타내었다.
이렇게 변인 통제 전략을 잘 적용하지 못함으로써 실패하는 이유를 알아보기 위하여 검사지의 응답을 분석한 후 면담을 실시하였다. 그 결과, 유형B 학생은 가능한 3쌍 중에 일부만 찾아낸 경우로 집중력의 부족이거나 모든 쌍을 찾지 않는 실수에 의한 것이었으며 유형C는 1~2쌍은 올바르게 적었으나 나머지는 틀린 쌍을 고른 경우로 김선자 등(2005)이 밝힌 것과 같이 선행신념을 강하게 가지고 있어서 특정 변인을 변화시켰기 때문임을 알 수 있었다.
직관적으로 알 수 있는 변인을 길이와 굵기 변인으로 분류하여 표 1에 제시된 바와 같이 각각 1(a)와 2(c) 문항에 대한 학생들의 응답을 가지고 변인의 효과 추론 능력을 분석하였다. 이 가운데 굵기 변인에 해당하는 문항은 다음과 같다.
실험집단이 통제집단에 비해 변인 통제 전략을 보다 정화하고 효과적으로 사용하였다. 직관적으로알 수 있는 변인의 효과 추론 능력을 분석한 결과 가역적 사고가 가능한지의 여부와 변인의 효과를 추론할 수 있는지에 따라 변인효과 추론 가능형, 변인효과 추론 불가능형, 가역적 사고 불가능형으로 구분하여 유형화하였다. 실험집단 학생들이 변인효과 추론 가능형에서 통제집단보다 두 배 이상 많았다.
첫째, 변인 통제 전략의 적용에 있어서 CASE 프로그램을 경험한 학생들이 변인의 구별, 변인 통제의 필요성에 대한 인식과 복합변인 통제에 대한 경험으로 인해 실험집단이 통제집단보다 더 효과적으로 변인 통제 전략을 사용하였다. 조작변인이 길이, 재질과 모양으로 갈수록 실험집단과 통제집단의 차이는 더 크게 벌어졌으며 두 집단 모두 문제 해결에 어려움을 느끼는 것으로 나타났다.
변인 통제 전략을 묻는 문항은 표 2에 제시된 길이, 굵기, 재질, 모양 등이 다른 9개의 다양한 막대의 그림을 보면서 변인 통제 문제를 해결할 수 있도록 제시되었다. 표 1에 제시된 바와 같이 길이의 효과, 재질의 효과, 모양의 효과에 각각 해당하는 1(c), 4(c), 6(c) 문항에 대한 학생들의 응답을 가지고 변인 통제 전략을 분석하였다. 이 가운데 길이의 효과에 대한 문항은 다음과 같다.
표 1에서 보여주는 바와 같이 SRT Ⅶ을 사용한 검사의 각 문항의 응답 결과를 수집하고 조사하여 변인 통제 전략과 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과, 그리고 직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과를 추론하는 능력을 분석하였다. 그리고 변인 통제 전략의 적용과 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과와 직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과 추론 능력에 대해서 학생들의 응답을 유형화하여 살펴보았다.
대상 데이터
프로그램을 투입한 후, 1년이 지난 중학교 3학년 학생 가운데 대도시와 중소도시에서 각각 1개 학교씩 총2개 학급의 73명을 군집표집하여 실험집단으로 선정하였다. 그리고 실험학교와 유사한 환경에 있는 대도시와 중소도시에서 각각 1개 학교씩 총2개 학급의 74명을 역시 군집표집하여 통제집단으로 선정하였다.
대도시와 중소도시의 중학교 1학년을 대상으로 2년 동안 CASE 프로그램을 투입하여 ‘생각하는 과학’ 활동을 경험하게 하였다. 프로그램을 투입한 후, 1년이 지난 중학교 3학년 학생 가운데 대도시와 중소도시에서 각각 1개 학교씩 총2개 학급의 73명을 군집표집하여 실험집단으로 선정하였다. 그리고 실험학교와 유사한 환경에 있는 대도시와 중소도시에서 각각 1개 학교씩 총2개 학급의 74명을 역시 군집표집하여 통제집단으로 선정하였다.
이론/모형
실험 집단과 통제 집단 학생들의 인지 수준은 SRT Ⅶ 검사 결과 자료로부터 측정하여 일반적으로 분류해온 인지수준 발달 단계를 세분화한 Genevan 척도(Adey & Shayer, 1994)를 사용하여 구분하였다.
성능/효과
CASE 프로그램의 ‘생각하는 하는 과학’ 활동을 통해 실제적 경험을 한 중학생들이 이를 경험하지 못한 학생들과 비교하여 변인 통제 전략을 더 효과적으로 적용하였으며, 변인의 효과를 추론하는 능력에서도 큰 차이를 보였다.
직관적으로 알 수 있는 길이와 굵기 변인의 효과 추론 능력은 실험집단 학생들이 변인효과 추론 가능형에서 통제 집단보다 두 배 이상 많았으며 두 변인의 추론 유형의 분포는 거의 비슷하게 나타났다. 가역적 사고는 가능하지만 변인효과 추론 불가능형에 속한 학생들은 두 개의 변인을 동시에 변화시켰으므로 완벽한 변인 통제가 이루어지지 않아 결과를 알 수 없다고 생각하는 학생들의 비율이 높았다.
직관적으로 알 수 있는 변인의 효과를 추론하는 능력은 가역적 사고가 가능한지의 여부와 실험 결과를 보고 보상 논리를 적용하여 변인의 효과를 추론 할 수 있는지에 따라 유형화할 수 있었다. 가역적 사고를 통하여 변인의 효과를 추론할 수 있는 변인효과 추론 가능형(A), 가역적 사고는 가능하였으나 변인의 효과를 추론하지 못한 변인효과 추론 불가능형(B), 가역적 사고를 하지 못하는 가역적 사고 불가능형(C)으로 유형화하였다. 가역적 사고를 하지 못하는 경우는 변인의 효과 추론을 전혀 하지 못하였다.
대체적으로 직관적으로 얻기 힘든 모양 변인의 효과를 추론하는 능력은 형식적 조작기 후기 수준이어야 해결이 가능한 문제로 판단된다. 가역적 사고를 하지 못하는 학생들은 직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과 추론을 전혀 하지 못하는 것으로 나타났다.
이렇게 변인 통제 전략을 잘 적용하지 못함으로써 실패하는 이유를 알아보기 위하여 검사지의 응답을 분석한 후 면담을 실시하였다. 그 결과, 유형B 학생은 가능한 3쌍 중에 일부만 찾아낸 경우로 집중력의 부족이거나 모든 쌍을 찾지 않는 실수에 의한 것이었으며 유형C는 1~2쌍은 올바르게 적었으나 나머지는 틀린 쌍을 고른 경우로 김선자 등(2005)이 밝힌 것과 같이 선행신념을 강하게 가지고 있어서 특정 변인을 변화시켰기 때문임을 알 수 있었다. 예를 들면, 모양의 경우는 차이가 없다는 판단을 하여 BE쌍을 추가한 경우가 있었다.
넷째, 변인 통제 전략의 적용은 변인 통제 실험 설계와 연관이 있는데 길이와 재질인 경우 실험집단에서 완벽하게 수행한 경우는 61.4~64.0%로 높게 나타난 반면 제시된 실험 결과로부터 변인 통제 관계를 추론할 수 있는 학생은 32.9~46.6%로 낮게 나타났다. 제시된 여러 가지 실험 결과로부터 완전한 변인 통제 관계를 제시할 수 있는 학생은 대부분 변인이 통제된 실험을 설계할 수 있으나, 실험설계에서 변인 통제를 할 수 있어도 증거제시에서는 변인 통제에 어려움을 겪는 것으로 나타난 연구 결과(김선자, 2005)와 동일하다고 볼 수 있다.
두 집단의 인지 수준을 t-검증한 결과, 두 집단은 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다(표3). 두 집단의 평균 인지 수준을 보면 실험집단이 7.
두 집단의 인지 수준을 t-검증한 결과, 두 집단은 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다(표3). 두 집단의 평균 인지 수준을 보면 실험집단이 7.01, 통제집단이 6.36으로 실험 집단이 통제 집단보다 0.65 정도의 큰 차이를 보였다. 실험 집단 학생들의 인지 수준이 평균적으로 형식적 조작기 전기 이상임을 나타내며, 통제집단은 아직 평균적으로 과도기에 머물고 있음을 설명한다.
둘째, 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과를 추론하는 능력은 가역적 사고가 가능한지의 여부와 변인의 효과를 추론 할 수 있는지에 따라 변인효과 추론 가능형, 변인효과 추론 불가능형, 가역적 사고 불가능형으로 구분하여 유형화할 수 있었다. 가역적 사고를 하지 못하는 학생들의 비율은 두 집단 모두 구체적 조작기와 과도기에 속하는 비율의 합과 거의 같았으며 통제 집단은 학생들의 반 이상이 가역적 사고 불가능형에 속하였다.
또한 실험집단과 통제집단에서 가역적 사고가 형성되어 있는 학생들 중 변인의 효과를 추론할 수 있는 학생들의 비율은 ‘생각하는 과학’ 활동을 경험한 학생들이 2배 이상 월등히 높았다.
모양 변인의 효과 추론 그림에서 나타낸 바와 같이 실험집단의 32.9%만이 모양 변인의 효과를 추론하는데 성공하였으며 통제집단은 20.3%로 매우 낮게 나타났다. 이 결과를 인지 수준 분포와 비교해 보면, 형식적 조작기 후기에 도달한 실험집단 학생은 28.
부분 통제형(C), 변인 통제 불가능형(D), 실패형(E)에 대부분의 학생들이 분포해있으며 상대적으로 통제집단 학생들의 비율이 높았고 무응답의 비율도 높은 편이었다. 변인 통제 불가능형(D)과 변인 통제 전략 실패형(E)은 실험집단이 38.3%, 통제집단이 44.6%로 많은 학생들이 어려움을 느끼는 것을 알 수 있었다.
이는 모양과 같이 익숙하지 않은 변인인 경우 상황의존적이 되어 길이와 같이 익숙한 변인에서 적용했던 동일한 전략을 사용하는데 어려움을 겪는 것으로 보여 진다. 변인 통제 전략 유형으로는 조작변인의 인식과 변인 통제의 여부에 따라 변인 통제전략 성공형, 변인 통제전략 미완성형, 부분 통제형, 통제 불가능형, 변인 통제전략 실패형으로 구분하여 유형화할 수 있었다. 부분통제형의 경우에서는 선행신념을 강하게 가지고 있어서 특정 변인을 변화시켰기 때문이었으며 통제 불가능형과 실패형의 경우는 변인 구별에 실패하였고 4가지에 달하는 복합변인의 통제에도 어려움을 느끼고 있었다.
이렇게 세 가지 단계로 학생들의 응답을 분석하여 5가지로 유형화 할 수 있었다. 변인 통제 전략을 효과적으로 적용하여 가능한 쌍의 답을 모두 제시한 변인 통제 성공형(A), 가능한 답의 일부만 제시한 변인 통제 부분 성공형(B), 통제변인을 일부만 통제한 부분 통제형(C), 통제변인을 전혀 통제하지 못한 통제 불가능형(D), 조작변인을 인식하지 못한 변인 통제 전략 실패형(E) 등으로 유형화 할 수 있었다. 이를 간단히 도식화하여 그림 2에 나타내었다.
둘째, 조작변인을 제외한 모든 변인들을 통제하여야 함을 인식한다. 셋째, 무게를 포함한 굵기, 재질, 모양 등의 4가지 독립변인들의 변인 값을 보고 이러한 변인 통제에 적합한 모든 가능한 쌍을 찾아서 동일한 무게를 표시하여 정확하게 제시한다.
셋째, 직관적으로 얻기 힘든 모양 변인의 효과 추론의 경우, 두 집단 모두 추론 가능형이 모두 매우 낮게 나타났으나 실험집단이 약 1.5배 정도 많았으며 형식적 조작 후기의 인지수준 비율과 유사하였다. 변인 효과 추론 불가능형에 속한 경우 모양의 효과를 도출해낼 수 있는 관련실험을 추출해내지 못한 경우가 대부분이었으며 직관적으로 얻기 힘든 변인을 자신의 선행신념으로 인하여 직관적으로 알 수 있다고 생각하는 경우가 있었다.
연구 결과 변인 통제 전략 유형은 조작변인의 인식과 변인 통제의 여부에 따라 변인 통제전략 성공형, 변인 통제전략 미완성형, 부분통제형, 통제 불가능형, 변인 통제전략 실패형으로 구분하였다. 실험집단이 통제집단에 비해 변인 통제 전략을 보다 정화하고 효과적으로 사용하였다. 직관적으로알 수 있는 변인의 효과 추론 능력을 분석한 결과 가역적 사고가 가능한지의 여부와 변인의 효과를 추론할 수 있는지에 따라 변인효과 추론 가능형, 변인효과 추론 불가능형, 가역적 사고 불가능형으로 구분하여 유형화하였다.
이 연구에서는 ‘생각하는 과학’ 활동을 경험한 중학생들이 이를 경험하지 못한 통제집단과 비교하여 변인 통제 전략의 적용과 변인의 효과를 추론하는 능력에 대해 분석하였다. 연구 결과 변인 통제 전략 유형은 조작변인의 인식과 변인 통제의 여부에 따라 변인 통제전략 성공형, 변인 통제전략 미완성형, 부분통제형, 통제 불가능형, 변인 통제전략 실패형으로 구분하였다. 실험집단이 통제집단에 비해 변인 통제 전략을 보다 정화하고 효과적으로 사용하였다.
3%로 매우 낮게 나타났다. 이 결과를 인지 수준 분포와 비교해 보면, 형식적 조작기 후기에 도달한 실험집단 학생은 28.8%, 통제집단은 16.2%이었는데 여기에 소수의 형식적 조작기 전기의 학생들이 포함되어서 이보다는 약간 높은 정도의 비율로 나타났음을 알 수 있다. 대체적으로 직관적으로 얻기 힘든 모양 변인의 효과를 추론하는 능력은 형식적 조작기 후기 수준이어야 해결이 가능한 문제로 판단된다.
이러한 결과를 통해, 세 경우 모두 실험집단에서 성공형이 높게 나타난 것은 CASE 프로그램을 경험한 학생들이 변인의 구별, 변인 통제의 필요성에 대한 인식과 복합변인 통제에 대한 경험 등을 통하여 적절한 변인 통제 전략을 통제집단에 비해 정확하고 효과적으로 사용하고 있음을 알 수 있다. 그리고 길이와 재질의 경우는 성공형의 비율이 실험집단에서 형식적 조작기에 속한 학생들의 비율과 비슷한 분포를 보이고 있다.
첫째, 변인 통제 전략의 적용에 있어서 CASE 프로그램을 경험한 학생들이 변인의 구별, 변인 통제의 필요성에 대한 인식과 복합변인 통제에 대한 경험으로 인해 실험집단이 통제집단보다 더 효과적으로 변인 통제 전략을 사용하였다. 조작변인이 길이, 재질과 모양으로 갈수록 실험집단과 통제집단의 차이는 더 크게 벌어졌으며 두 집단 모두 문제 해결에 어려움을 느끼는 것으로 나타났다. 이는 모양과 같이 익숙하지 않은 변인인 경우 상황의존적이 되어 길이와 같이 익숙한 변인에서 적용했던 동일한 전략을 사용하는데 어려움을 겪는 것으로 보여 진다.
조작변인이 길이인 경우(그림 3a), 가능한 쌍의 답을 모두 제시한 변인 통제 성공형(A)이 가장 많았는데 CASE 프로그램을 경험한 학생들은 63.0%가 효과적으로 변인 통제 전략을 사용 하였고 통제 집단은 49.7%가 성공하여 두 집단간에 큰 차이를 보이지 않았다. 조작변인이 재질인 경우(그림 3b)는 변인 통제 전략 성공형(A)이 실험집단에서는 61.
가역적 사고를 하지 못하는 학생들의 비율은 두 집단 모두 구체적 조작기와 과도기에 속하는 비율의 합과 거의 같았으며 통제 집단은 학생들의 반 이상이 가역적 사고 불가능형에 속하였다. 직관적으로 알 수 있는 길이와 굵기 변인의 효과 추론 능력은 실험집단 학생들이 변인효과 추론 가능형에서 통제 집단보다 두 배 이상 많았으며 두 변인의 추론 유형의 분포는 거의 비슷하게 나타났다. 가역적 사고는 가능하지만 변인효과 추론 불가능형에 속한 학생들은 두 개의 변인을 동시에 변화시켰으므로 완벽한 변인 통제가 이루어지지 않아 결과를 알 수 없다고 생각하는 학생들의 비율이 높았다.
직관적으로 알 수 있는 변인의 효과를 추론하는 능력은 가역적 사고가 가능한지의 여부와 실험 결과를 보고 보상 논리를 적용하여 변인의 효과를 추론 할 수 있는지에 따라 유형화할 수 있었다. 가역적 사고를 통하여 변인의 효과를 추론할 수 있는 변인효과 추론 가능형(A), 가역적 사고는 가능하였으나 변인의 효과를 추론하지 못한 변인효과 추론 불가능형(B), 가역적 사고를 하지 못하는 가역적 사고 불가능형(C)으로 유형화하였다.
보상논리 조작을 포함하는 가역적 사고가 가능한 학생들은 형식적 조작기 이상의 학생들에게서 가능하였다. 직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과를 추론하는 능력은 두 집단 모두 형식적 조작기 후기에 도달한 인지 수준의 비율과 비슷하였으며, 추론에 성공한 학생들의 비율은 실험집단이 통제집단 학생들 보다 1.5배 정도 더 많았다. 따라서 변인 통제능력과 변인을 추론하는 능력을 향상시키기 위해서는 ‘생각하는 과학’ 활동 프로그램이 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.
직관적으로 얻기 힘든 변인의 효과를 추론하는 능력은 다음 과정을 통해서 분석하였다. 첫째, 가역적 사고가 가능한지의 여부와 둘째, 여러 가지 실험 결과를 비교해 보고 막대 모양의 효과를 도출해 낼 수 있는 실험만을 추출해 낼 수 있는지의 여부와 셋째, 실험 결과를 종합하고 보상 논리를 적용하여 변인의 효과를 추론 할 수 있는지에 따라 유형화할 수 있었다. 이러한 과정을 완벽하게 소화하여 문제를 해결한 변인효과 추론 가능형(A), 가역적 사고는 가능하였으나 변인의 효과를 추론하지 못한 변인효과 추론 불가능형(B), 가역적 사고를 하지 못하는 가역적 사고 불가능형(C)으로 유형화하였다.
첫째, 두 개의 변인을 동시에 변화시켰으므로 완벽한 변인 통제가 이루어지지 않아 결과를 알 수 없다고 생각하는 학생들의 비율이 높았다. 이런 유형의 학생들은 변화시킨 두 변인들의 관계를 통하여 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과를 추론하고자하는 생각을 전혀 가지고 있지 않았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
변인 통제 전략 유형은 조작변인의 인식과 변인 통제의 여부에 따라 어떻게 구분되는가?
이 연구에서는 '생각하는 과학' 활동을 경험한 중학생들이 이를 경험하지 못한 통제집단과 비교하여 변인 통제 전략의 적용과 변인의 효과를 추론하는 능력에 대해 분석하였다. 연구 결과 변인 통제 전략 유형은 조작변인의 인식과 변인 통제의 여부에 따라 변인 통제전략 성공형, 변인 통제전략 미완성형, 부분통제형, 통제 불가능형, 변인 통제전략 실패형으로 구분하였다. 실험집단이 통제집단에 비해 변인 통제 전략을 보다 정화하고 효과적으로 사용하였다.
직관적으로 알 수 있는 변인의 효과 추론 능력을 분석한 결과 가역적 사고가 가능한지의 여부와 변인의 효과를 추론할 수 있는지에 따라 어떻게 구분하여 유형화하였는가?
실험집단이 통제집단에 비해 변인 통제 전략을 보다 정화하고 효과적으로 사용하였다. 직관적으로 알 수 있는 변인의 효과 추론 능력을 분석한 결과 가역적 사고가 가능한지의 여부와 변인의 효과를 추론할 수 있는지에 따라 변인효과 추론 가능형, 변인효과 추론 불가능형, 가역적 사고 불가능형으로 구분하여 유형화하였다. 실험집단 학생들이 변인효과 추론 가능형에서 통제집단보다 두 배 이상 많았다.
우리나라 과학과 교육과정에서 기초탐구능력과 문제 해결의 직접적인 도구로 쓰이는 고차원적인 능력인 통합 탐구능력에는 어떤 요소가 포함되어있는가?
우리나라 과학과 교육과정에서 기초탐구 기능으로는 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상과 같은 탐구 활동 요소를 포함하고 있으며 통합탐구 기능에는 문제인식, 가설 설정, 변인 통제, 자료변환 및 해석, 결론 도출, 일반화와 같은 탐구 활동 요소가 포함된다.
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