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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 초등 과학과의 5학년 ‘지구와 우주’ 영역의 교과내용인 지구와 달, 태양계와 별에 관련된 ‘행성과 계절의 별자리’라는 주제를 가지고 초등과학영재(3학년)를 대상으로 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램을 구안하여 초등과학영재 학습에 직접 활용함으로써 초등과학영재의 메타인지와 과학탐구능력에 효과가 있는지 알아보기 위해 수행되었다.
- 본 연구는 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재학생의 메타인지와 과학탐구능력에 미치는 효과를 알아보기 위하여 첫째, 초등과학영재를 위한 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램을 어떻게 구안하고 적용할 것인가? 둘째, SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 메타인지에 어떤 효과가 있는가? 셋째, SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 과학탐구능력에 어떤 효과가 있는가? 라는 연구 과제를 가지고 연구를 수행하였다.
제안 방법
- SGIM을 적용한 천문학습 프로그램에서의 소집단 구성은 소집단 협동학습 형태로 구성하였다. 이형철 외(2008)의 선행연구 결과에 의하면 협동학습에서 학습능력과 성별 등이 각기 다른 이질적인 학생들이 동일한 학습목표를 향하여 소집단 내에서 함께 활동할 때 과학탐구능력에 긍정적인 효과가 있다고 하였다.
- SGIM을 적용한 천문학습 프로그램은 학교 교육과정에서 편성된 천문영역의 학습목표와 학습내용을 기초로 계획단계(3차시) - 탐구수행(4차시) - 결과발표(2차시) 등의 소집단 탐구기법의 탐구절차로 구분하여 학습내용을 구성하였다.
- SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 기초탐구능력에 미치는 효과는 과학탐구능력 사전검사를 실시한 후, 검사점수 기준으로 상, 중, 하위 집단별로 구분하여 자료를 수집한 후 그 효과를 분석하였다. 기술통계 자료로 중심으로 그 효과를 살펴보면<표 19>와 같다.
- SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 통합탐구능력에 미치는 효과를 알아보기 위해 과학탐구능력 사전점수 기준으로 상, 중, 하 집단별로 구분하여 자료를 수집하여 분석하였다. 그 효과를 살펴보면 <표 22>와 같다.
- 메타인지 검사는 Scraw와 Sperling (1994)이 개발한 검사를 옥수경(2008)이 초등학교 수준에 맞게 어휘를 번안한 후 사용한 것을 활용하였다. 검사문항의 구성은 메타인지의 하위범주를 메타인지적 지식과 메타인지적 조절의 하위범주로 구분하고 각각의 하위요소에 선언적 지식 7문항, 절차적 지식 2문항, 조건적 지식 5문항, 계획 6문항, 정보관리 전략 7문항, 문제해결과정 모니터링 6문항, 결과 수정 전략 3문항, 검토 4문항 등의 총 40문항으로 구성되어 있다. 설문 문항에 대한 신뢰도는 α=.
- 다만 단일집단 내의 인지적 능력의 수준별 집단의 변화를 자세히 알아보기 위해 과학탐구능력 점수를 기준으로 상, 중, 하위 집단으로 구분하여 변화를 알아볼 수 있도록 과 같이 실험 설계하였다.
- 둘째, 본 연구는 단위학교 초등과학영재학급을 대상으로 수행되어졌기 때문에 연구반을 가지고 세 그룹으로 나누어 자료를 수집하고 분석하였다. 따라서 본 연구가 좀 더 신뢰로운 연구결과를 얻기 위해서는 연구반과 비교반을 선정하여 더 많은 초등과학영재학생들을 대상으로 연구를 수행할 필요가 있다.
- 이형철 외(2008)의 선행연구 결과에 의하면 협동학습에서 학습능력과 성별 등이 각기 다른 이질적인 학생들이 동일한 학습목표를 향하여 소집단 내에서 함께 활동할 때 과학탐구능력에 긍정적인 효과가 있다고 하였다. 따라서 본 연구에서는 모둠원의 구성을 과학탐구능력점수 기준으로 상, 중, 하로 구분하고 성별을 고려하여 각 수준별 구성원들이 균등하게 참여할 수 있도록 조직하였다. 또한 탐구활동을 원활히 하기 위해서는 협동 학습의 4가지 기본 원리를 적용하여 긍정적인 상호의존, 개인적인 책임감 부여, 동등한 참여, 동시 다발적 상호작용이 가능하도록 초등과학영재학급 학생들을 4인 1조 총 5모둠으로 구성하고 문제를 해결할 수 있도록 한다.
- 본 연구의 실험설계는 단일집단 전후검사를 기본설계로 계획되었다. 따라서 이 실험의 독립변수 X는 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램으로 설정하였으며, 종속변인 O는 메타인지점수와 과학탐구능력 점수의 변화로 설정하였다. 다만 단일집단 내의 인지적 능력의 수준별 집단의 변화를 자세히 알아보기 위해 과학탐구능력 점수를 기준으로 상, 중, 하위 집단으로 구분하여 변화를 알아볼 수 있도록 <표 3>과 같이 실험 설계하였다.
- 따라서 탐구수행 및 중간점검 절차는 먼저 전체학습을 통하여 천체망원경의 사용법을 익히고, 모둠별로 계획된 순서에 의하여 필수 주제인 달과 토성을 천체망원경으로 관측하였고 선택주제는 안시관측과 쌍안경을 사용하여 각각의 천체관측 대상을 관측 할 수 있도록 하였으며, 관측결과는 자료의 작성과 수집이 동시에 이뤄질 수 있도록 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 모둠원의 구성을 과학탐구능력점수 기준으로 상, 중, 하로 구분하고 성별을 고려하여 각 수준별 구성원들이 균등하게 참여할 수 있도록 조직하였다. 또한 탐구활동을 원활히 하기 위해서는 협동 학습의 4가지 기본 원리를 적용하여 긍정적인 상호의존, 개인적인 책임감 부여, 동등한 참여, 동시 다발적 상호작용이 가능하도록 초등과학영재학급 학생들을 4인 1조 총 5모둠으로 구성하고 문제를 해결할 수 있도록 한다.
- 천문학습 프로그램에서 평가는 모둠별 평가와 자기학습평가로 실시하였다. 모둠별 평가는 탐구주제와 절차의 과학성 및 창의성, 동기유발 수준과 참여정도, 발표 방법의 창의성 등을 기준으로 자유롭게 기술하는 상호평가 방식으로 실시하였고 자기평가는 학생들 스스로 얼마나 자기 주도적으로 자발성을 가지고 탐구를 수행하였는지에 주안점을 두고 평가하였다.
- 소집단 구성원들이 협력하여 선택한 과제해결을 위한 계획을 세우는 단계이다. 모둠의 구성을 이끔이, 점검이, 칭찬이, 섬김이 등으로 역할을 분담하였다. 천문학습의 계획수립은 언제, 어디서, 무엇을, 왜, 어떻게 등의 항목에 맞추어 작성할 수 있도록 하였으며, 필수 주제(2)와 선택주제(2)를 1인 2주제(필수, 선택 각각 1주제)로 각각 분담하여 정보를 수집하고 관측이 가능한 시간과 장소 그리고 천체관측 대상물의 순서와 관측수단을 선정하여 모둠별로 관측순서가 중첩되지 않도록 하였고 천체관측 시 주의할 사항을 조사하여 기록할 수 있도록 하였다.
- 본 검사지는 초등학교 학생을 대상으로 한 4지 선다형태의 문항으로 총 30문항으로 이루어져 있고, 과학탐구능력을 기초탐구 능력과 통합탐구능력으로 구분하고 있으며 자세한 사항은 와 같다.
- 본 연구를 위하여 연구반의 실험처치를 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램을 실행하였다. 실험기간은 2011년 6월 1일부터 7월14일까지 6주간 실행하였고, 실험처치 프로그램의 내용은 초등학교 과학과 ‘지구와 우주’ 영역에서 ‘지구와 달’, ‘태양계와 별’ 단원의 내용 중 계절적 환경과 학생수준을 고려하여 행성과 계절의 별자리에 관한내용으로 제한하였다.
- 본 연구의 실험설계는 단일집단 전후검사를 기본설계로 계획되었다. 따라서 이 실험의 독립변수 X는 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램으로 설정하였으며, 종속변인 O는 메타인지점수와 과학탐구능력 점수의 변화로 설정하였다.
- 연구반은 SGIM을 적용하여 천문학습 프로그램을 매주 1시간 또는 2시간에 걸쳐 실시하였으며 SGIM의 탐구절차에 따라 계획단계(3차시), 탐구수행(4차시), 결과발표(2차시) 등으로 계획하여 실시하였다. 사후검사는 7월 14일에 메타인지 및 과학탐구능력 검사를 각각 실시하였다.
- 실험기간은 2011년 6월 1일부터 7월14일까지 6주간 실행하였고, 실험처치 프로그램의 내용은 초등학교 과학과 ‘지구와 우주’ 영역에서 ‘지구와 달’, ‘태양계와 별’ 단원의 내용 중 계절적 환경과 학생수준을 고려하여 행성과 계절의 별자리에 관한내용으로 제한하였다. 수업처지 이전 6월 1일에 메타인지 및 과학탐구능력 검사지로 사전검사를 실시하였다. 연구반은 SGIM을 적용하여 천문학습 프로그램을 매주 1시간 또는 2시간에 걸쳐 실시하였으며 SGIM의 탐구절차에 따라 계획단계(3차시), 탐구수행(4차시), 결과발표(2차시) 등으로 계획하여 실시하였다.
- 실험기간은 2011년 6월 1일부터 7월14일까지 6주간 실행하였고, 실험처치 프로그램의 내용은 초등학교 과학과 ‘지구와 우주’ 영역에서 ‘지구와 달’, ‘태양계와 별’ 단원의 내용 중 계절적 환경과 학생수준을 고려하여 행성과 계절의 별자리에 관한내용으로 제한하였다.
- 수업처지 이전 6월 1일에 메타인지 및 과학탐구능력 검사지로 사전검사를 실시하였다. 연구반은 SGIM을 적용하여 천문학습 프로그램을 매주 1시간 또는 2시간에 걸쳐 실시하였으며 SGIM의 탐구절차에 따라 계획단계(3차시), 탐구수행(4차시), 결과발표(2차시) 등으로 계획하여 실시하였다. 사후검사는 7월 14일에 메타인지 및 과학탐구능력 검사를 각각 실시하였다.
- 연구의 효과적인 수행을 위하여 연구의 절차는 선행연구와 교육과정분석을 통하여 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램을 개발한 후 울산광역시 소재 M초등학교에서 운영하는 초등과학영재반(초등 3학년) 학생들을 연구대상으로 하여 6주 9차시 수업을 적용하였으며, 수업 전, 후에 메타인지와 과학탐구능력 사전, 사후검사를 실시하여 그 효과를 분석하였다. 연구의 추진결과는 다음과 같다.
- 이를 반영하여 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램의 목표 설정 또한 총괄목표와 하위목표의 지식, 탐구, 태도 등으로 분류하여 와 같이 설정하였다.
- 자료의 수집을 위하여 실험처치 전 2011년 6월 1일에 40분간 메타인지검사와 과학탐구능력의 사전검사를 실시하였고 실험처치 후 7월 14일 40분간 메타인지와 과학탐구능력 검사지를 활용하여 사후검사를 실시하여 자료를 수집하였다.
- 자료의 수집을 위해 메타인지검사를 40분간 실시하였으며, 각 문항은 Likert 5점 척도로 구성하였으며 하위 요소별 각 문항은 과 같다.
- 최종보고서 발표는 모둠별로 다양한 학습결과를 학급 모두와 공유하는 단계이다. 작성한 보고서를 바탕으로 모둠별로 발표 자료를 다양하게 준비하고 보고서 내용은 실물 화상기를 이용하여 발표할 수 있도록 하였다. 필수 주제는 같지만 선택주제는 각각 다르기 때문에 모둠에서는 필수 주제와 선택주제에 관한 학습 내용과 학습방법을 정리하여 발표할 수 있도록 하였다.
- 천문학습 프로그램에서 평가는 모둠별 평가와 자기학습평가로 실시하였다. 모둠별 평가는 탐구주제와 절차의 과학성 및 창의성, 동기유발 수준과 참여정도, 발표 방법의 창의성 등을 기준으로 자유롭게 기술하는 상호평가 방식으로 실시하였고 자기평가는 학생들 스스로 얼마나 자기 주도적으로 자발성을 가지고 탐구를 수행하였는지에 주안점을 두고 평가하였다.
- 모둠의 구성을 이끔이, 점검이, 칭찬이, 섬김이 등으로 역할을 분담하였다. 천문학습의 계획수립은 언제, 어디서, 무엇을, 왜, 어떻게 등의 항목에 맞추어 작성할 수 있도록 하였으며, 필수 주제(2)와 선택주제(2)를 1인 2주제(필수, 선택 각각 1주제)로 각각 분담하여 정보를 수집하고 관측이 가능한 시간과 장소 그리고 천체관측 대상물의 순서와 관측수단을 선정하여 모둠별로 관측순서가 중첩되지 않도록 하였고 천체관측 시 주의할 사항을 조사하여 기록할 수 있도록 하였다. 시간과 장소는 천문학습의 제한적인 특성상 적절한 시기와 장소를 교사가 선정하여 제시하였다.
- 천문학습의 탐구주제를 선정하는 단계로 천문학습의 필요성과 학습내용을 간단히 소개받은 후 모둠별 필수 주제인 달과 행성(토성), 선택 주제인 별자리 중에서 각각 탐구주제를 선정할 수 있도록 하였다. 필수 주제는 지구의 위성인 달과 학습기간 동안 실제 관측 가능한 행성인 ‘토성’으로 선정하도록 하였고 학급 전체가 공통으로 필수 주제에 대한 탐구계획의 수립 및 탐구활동이 이루어질 수 있도록 한다.
- 첫째, SGIM을 적용한 천문학습 프로그램의 구안은 학교 교육과정에서 편성된 천문영역의 학습목표와 학습내용을 기초로 소집단 탐구기법의 탐구절차에 따라 계획단계(3차시) - 탐구수행(4차시) - 결과발표(2차시) 등으로 구분하여 주제선정 및 소집단 구성, 탐구계획 수립, 탐구수행 및 중간점검, 최종 보고서 작성, 최종 보고서 발표, 평가 등 6단계로 프로그램을 구성하여 적용하였다.
- 최종보고서 작성은 모둠별로 천문학습 계획에 따라 천체관측보고서(Ⅰ)은 직접 수집한 천체관측 대상에 대한 정보수집을 주요 내용으로 하여 작성하도록 하였고 천체관측보고서(Ⅱ)는 천체관측을 통하여 직접 관찰한 내용과 모습을 순서에 맞게 개인별로 정리하여 작성 하도록 하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 울산광역시 교육청에서 운영하는 단위학교영재학급 중 울산광역시 북구에 소재하는 M초등학교에 설치된 초등과학영재학급(3학년)을 연구 대상으로 선정하였다. 초등과학영재학급은 2011년 3월 2부터 3월 25일까지 재학생 151명을 대상으로 교사관찰추천과 다단계 선발과정에 의해 선발된 20명의 인원으로 구성되어 있으며, 남학생 13명 여학생 7명으로 구성되어 있다.
- 천문학습의 계획수립은 언제, 어디서, 무엇을, 왜, 어떻게 등의 항목에 맞추어 작성할 수 있도록 하였으며, 필수 주제(2)와 선택주제(2)를 1인 2주제(필수, 선택 각각 1주제)로 각각 분담하여 정보를 수집하고 관측이 가능한 시간과 장소 그리고 천체관측 대상물의 순서와 관측수단을 선정하여 모둠별로 관측순서가 중첩되지 않도록 하였고 천체관측 시 주의할 사항을 조사하여 기록할 수 있도록 하였다. 시간과 장소는 천문학습의 제한적인 특성상 적절한 시기와 장소를 교사가 선정하여 제시하였다.
- 본 연구는 울산광역시 교육청에서 운영하는 단위학교영재학급 중 울산광역시 북구에 소재하는 M초등학교에 설치된 초등과학영재학급(3학년)을 연구 대상으로 선정하였다. 초등과학영재학급은 2011년 3월 2부터 3월 25일까지 재학생 151명을 대상으로 교사관찰추천과 다단계 선발과정에 의해 선발된 20명의 인원으로 구성되어 있으며, 남학생 13명 여학생 7명으로 구성되어 있다.
데이터처리
- 단 과학탐구능력의 집단 내 인지 사고의 수준별 집단의 변화를 분석하기 위해 과학탐구능력 사전검사 점수를 기준으로 상, 중, 하위 집단으로 구분하고 각각의 과학탐구능력의 변화를 변량분석(ANOVA)을 통하여 그 결과를 분석하였다. 다음으로 메타인지 검사는 문항별로 리커트척도에 의한 점수를 1점에서 5점까지 부여하고 총 40문항을 메타인지적 지식과 메타인지적 조절의 하위범주별 요소의 점수 변화를 종속표본 t검증을 실시하여 분석하였고 집단 내 인지사고의 수준별 집단의 변화를 분석하기 위해 과학탐구능력 사전검사 점수를 기준으로 분류한 상, 중, 하위 집단별로 메타인지 점수의 변화를 변량분석(ANOVA)으로 분석하였다.
- 자료의 분석을 위하여 과학탐구능력 검사는 문항별로 1점을 부여하고 총 30점 만점으로 채점하고, 기초탐구능력과 통합탐구능력의 하위요소별로 점수의 변화를 종속표본 t검증을 실시하여 자료를 분석하였다. 단 과학탐구능력의 집단 내 인지 사고의 수준별 집단의 변화를 분석하기 위해 과학탐구능력 사전검사 점수를 기준으로 상, 중, 하위 집단으로 구분하고 각각의 과학탐구능력의 변화를 변량분석(ANOVA)을 통하여 그 결과를 분석하였다. 다음으로 메타인지 검사는 문항별로 리커트척도에 의한 점수를 1점에서 5점까지 부여하고 총 40문항을 메타인지적 지식과 메타인지적 조절의 하위범주별 요소의 점수 변화를 종속표본 t검증을 실시하여 분석하였고 집단 내 인지사고의 수준별 집단의 변화를 분석하기 위해 과학탐구능력 사전검사 점수를 기준으로 분류한 상, 중, 하위 집단별로 메타인지 점수의 변화를 변량분석(ANOVA)으로 분석하였다.
- 자료의 분석을 위하여 과학탐구능력 검사는 문항별로 1점을 부여하고 총 30점 만점으로 채점하고, 기초탐구능력과 통합탐구능력의 하위요소별로 점수의 변화를 종속표본 t검증을 실시하여 자료를 분석하였다. 단 과학탐구능력의 집단 내 인지 사고의 수준별 집단의 변화를 분석하기 위해 과학탐구능력 사전검사 점수를 기준으로 상, 중, 하위 집단으로 구분하고 각각의 과학탐구능력의 변화를 변량분석(ANOVA)을 통하여 그 결과를 분석하였다.
이론/모형
- 메타인지 검사는 Scraw와 Sperling (1994)이 개발한 검사를 옥수경(2008)이 초등학교 수준에 맞게 어휘를 번안한 후 사용한 것을 활용하였다. 검사문항의 구성은 메타인지의 하위범주를 메타인지적 지식과 메타인지적 조절의 하위범주로 구분하고 각각의 하위요소에 선언적 지식 7문항, 절차적 지식 2문항, 조건적 지식 5문항, 계획 6문항, 정보관리 전략 7문항, 문제해결과정 모니터링 6문항, 결과 수정 전략 3문항, 검토 4문항 등의 총 40문항으로 구성되어 있다.
- 본 연구에서 과학탐구능력을 검사하기 위하여 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학탐구능력 검사지를 사전 ․ 사후 검사지로 사용하였다. 본 검사지는 초등학교 학생을 대상으로 한 4지 선다형태의 문항으로 총 30문항으로 이루어져 있고, 과학탐구능력을 기초탐구 능력과 통합탐구능력으로 구분하고 있으며 자세한 사항은 <표 2>와 같다.
성능/효과
- SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 기초탐구능력에 미치는 효과는 긍정적인 효과가 미치지 못하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 기초탐구능력 점수에 유의미한 차이가 있는 것으로 나타난 이용섭과 이건의(2011), 신명렬과 이용섭(2011b)의 연구결과와 다르게 나타났으나 신명렬과 이용섭(2011a)의 연구결과와 같게 나타났다.
- SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 통합탐구능력에 미치는 효과는 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났으며, 수준별 집단은 중위 집단에 효과적인 것으로 나타났다. 이러한 결과는 이용섭과 이건의(2011)의 연구결과와 비슷하나 신명렬과 이용섭(2011b)와 다르게 나타났다.
- 메타인지의 사전-사후 검사점수의 평균과 표준편차 결과를 기술통계와 t검증결과 자료로 나타내면 <표 16>과 같다. 그 결과 학급전체의 메타인지 검사 점수의 평균과 표준편차는 모두 향상되었고 집단별로 사전, 사후점수의 평균과 표준편차에서는 상위 집단의 평균 점수에서 향상이 있는 것으로 나타났다. 메타인지의 t검증결과는 t=3.
- 상위집단에서는 관찰과 측정영역에서 평균점수의 향상이 나타났고, 중위집단에서는 측정영역에서 평균점수의 향상이 나타났으며, 하위집단에서는 관찰, 측정, 추리, 예상 등네 영역에서 평균점수의 향상이 나타났다. 그러므로 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 기초탐구능력 중 하위요소에 미치는 영향은 대체적으로 측정영역에 긍정적인 변화가 있었으며, 집단별로 살펴보면 상, 중위 집단보다 하위집단에 좀 더 긍정적인 효과를 미치는 것을 알 수 있다.
- 이것은 SGIM을 적용한 학습에서는 소집단 협력활동을 통하여 자료를 분석하고 의견을 조율하는 과정을 통하여 일반화하는 활동이 활성화 되었기에 통합탐구능력에 긍정적인 효과가 있었던 것으로 사려 되며, PBL 기반 학습은 문제중심활동을 통하여 관찰과 측정 등의 탐구활동에 초점을 맞추어 학습이 진행됨으로 기초탐구능력에 긍정적인 효과가 있는 것으로 분석되었다. 다만 초등과학영재학급을 상, 중, 하 집단으로 구분하여 분석한 결과 전체집단에서 상, 중위 집단보다 하위 집단에서 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 그러므로 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램은 초등과학영재들의 과학탐구능력에는 긍정적인 영향을 미쳤다고 판단되지만 세부적으로는 기초탐구능력을 향상시킬 수 있는 방법을 모색하고 상위집단의 과학탐구능력 향상을 위한 방법 또한 모색해야 할 것이다.
- 둘째, SGIM을 적용한 천문학습 프로그램은 초등과학영재학생들의 메타인지에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 초등과학영재학생 메타인지 결과검증에서 t=3.
- 이러한 결과는 이용섭과 이건의(2011)의 연구결과와 비슷하나 신명렬과 이용섭(2011b)와 다르게 나타났다. 따라서 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램은 소집단내의 구성원들의 상호작용을 통해 다양한 분석과 탐구활동이 가능한 통합탐구능력에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
- 따라서 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 메타인지와 과학탐구능력에 긍정적인 효과가 미치는 것으로 판단되며, 특히 메타인지는 상위집단에 긍정적인 영향을 주고 과학탐구능력은 하위집단에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 이러한 연구결과는 박인숙(2010), 박종호 외(2001), 옥수경(2008) 등의 연구결과와 유사하다. 또한 집단내 인지사고의 수준별 집단의 변화를 살펴보면 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 메타인지의 하위범주 중 메타인지적 조절에 더 효과가 있는 것으로 보인다.
- 메타인지적 조절의 사전, 사후 검사점수의 평균과 표준편차를 살펴보면 상, 중, 하위집단 모두 고른 향상을 보이고 있으며 하위집단에 비해 상, 중위 집단의 향상이 많은 것으로 나타났다. 메타인지적 조절의 t검증결과는 t=3.
- 메타인지의 하위요소별로 상, 중, 하 집단에 미치는 효과를 알아보기 위한 사전-사후 검사 점수의 평균과 표준편차를 나타내 보면 <표 17>과 같다. 메타인지적 지식과 메타인지적 조절 모두 평균점수의 향상이 있었지만 메타인지적 조절에서 두드러진 변화가 나타나고 있으며, 집단별로 살펴보면 상위집단에 좀 더 많은 평균점수의 향상이 나타났다.
- 메타인지적 지식의 하위요소별로 사전, 사후 검사점수의 평균과 표준편차를 살펴보면 선언적 지식, 절차적 지식, 조건적 지식 등 세 영역 모두에서 고른 평균점수의 향상이 있었다. 집단별 검사점수의 평균의 변화를 살펴보면 하위 집단을 제외한 상위 집단의 평균 점수가 향상이 있었다.
- 본 연구에서 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 메타인지에 미치는 효과는 t=3.371, p=.001로 p<.05에서 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 메타인지의 하위요소 중 메타인지적 조절(t=3.986, p=.001)에 좀 더 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 메타인지적 조절에 미치는 효과는 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 박인숙(2010), 옥수경(2007) 등의 연구결과와 비슷하게 나타났으며, 특히 집단 수준별로 살펴보면 상, 중위 집단의 변화가 좀 더 효과적인 것으로 나타났다.
- 집단별 기초탐구능력의 하위요소 검사점수의 평균과 표준편차를 살펴보면 <표 20>와 같다. 상위집단에서는 관찰과 측정영역에서 평균점수의 향상이 나타났고, 중위집단에서는 측정영역에서 평균점수의 향상이 나타났으며, 하위집단에서는 관찰, 측정, 추리, 예상 등네 영역에서 평균점수의 향상이 나타났다. 그러므로 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 기초탐구능력 중 하위요소에 미치는 영향은 대체적으로 측정영역에 긍정적인 변화가 있었으며, 집단별로 살펴보면 상, 중위 집단보다 하위집단에 좀 더 긍정적인 효과를 미치는 것을 알 수 있다.
- 집단별로 통합탐구능력의 하위요소 검사점수의 평균과 표준편차를 살펴보면 <표 23> 과 같다. 상위집단은 자료해설, 가설설정, 변인통제에서 평균점수의 향상이 나타났고 중위 집단에서는 자료변환, 가설설정, 변인통제, 일반화에서 평균점수의 향상이 나타났으며, 하위집단에서는 자료해석, 가설설정, 자료변환, 변인통제, 일반화 등 모든 영역에서 고른 평균점수의 향상이 나타났다.
- 셋째, SGIM을 적용한 천문학습 프로그램은 초등과학영재학생들의 과학탐구능력에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 초등과학영재학생의 과학탐구능력 결과검증에서 t=3.
- 본 연구는 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재학생의 메타인지와 과학탐구능력에 미치는 효과를 알아보기 위하여 첫째, 초등과학영재를 위한 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램을 어떻게 구안하고 적용할 것인가? 둘째, SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 메타인지에 어떤 효과가 있는가? 셋째, SGIM을 적용한 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 과학탐구능력에 어떤 효과가 있는가? 라는 연구 과제를 가지고 연구를 수행하였다.
- 셋째, SGIM을 천문학습 프로그램이 초등과학영재의 과학탐구능력 신장에 어떤 효과가 있는가?
- 셋째, 본 연구에서 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램은 초등과학영재학생의 과학탐구 능력 수준별 상, 중, 하위 집단에서 하위 집단에 많은 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 차기 연구과제로 상위집단과 중위집단에 긍정적인 효과를 주기 위해서 동질집단으로 소집단을 구성하여 연구를 수행할 필요가 있다.
- 이러한 연구결과는 이용섭과 이건의(2011)의 연구결과와 유사하였으나 신명렬과 이용섭(2011b)의 연구와는 다르게 나왔다. 이것은 SGIM을 적용한 학습에서는 소집단 협력활동을 통하여 자료를 분석하고 의견을 조율하는 과정을 통하여 일반화하는 활동이 활성화 되었기에 통합탐구능력에 긍정적인 효과가 있었던 것으로 사려 되며, PBL 기반 학습은 문제중심활동을 통하여 관찰과 측정 등의 탐구활동에 초점을 맞추어 학습이 진행됨으로 기초탐구능력에 긍정적인 효과가 있는 것으로 분석되었다. 다만 초등과학영재학급을 상, 중, 하 집단으로 구분하여 분석한 결과 전체집단에서 상, 중위 집단보다 하위 집단에서 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 이상과 같이 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램은 기초탐구능력보다 통합탐구능력에서 좀 더 긍정적인 효과가 있었지만, 과학탐구능력에서 유의미한 차이가 없다는 연구결과를 얻을 수 있었다. 이러한 연구결과는 이용섭과 이건의(2011)의 연구결과와 유사하였으나 신명렬과 이용섭(2011b)의 연구와는 다르게 나왔다.
- 이상과 같이 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램은 초등과학영재학생의 메타인지와 과학탐구능력을 효과적으로 신장시킬 수 있으며 학습자 인지적 사고와 초인지적 사고 발달에 긍정적이고 효과적인 교수학습방법임을 시사하고 있다. 그러나 연구의 추진과정에서 드러난 몇 가지 문제점과 시사점에 대해 제언하고자 한다.
- 이러한 연구결과는 메타인지적 지식에 있어 유의미한 차이가 있었다는 옥수경(2008)과 박인숙(2010)의 연구결과와는 다르게 나타났다. 이와 같이 연구결과가 다르게 나타난 것은 선행연구는 19차시와 34차시로 비교적 장기간 프로그램이 적용되었던 반면에 본 연구에서는 6주 9차시로 단기간에 적용된 한계에 인한 것으로 좀 더 기간을 늘려 적용한다면 충분한 효과가 있을 것으로 분석되었다.
- 첫째, SGIM을 익힐 수 있는 시간이 프로그램 내에 배정되어야 하겠다. 천문학습 수업을 진행할 때, SGIM의 적용능력이 미숙하여 모둠별 탐구활동이 위축되고 주어진 시간에 탐구활동을 끝내지 못하는 경우가 있었다.
- 학급전체의 기초탐구능력은 t검증결과(t=.620, p=.543) 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났으며, 집단별로 살펴보면 에는 상, 중, 하위 집단 모두 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 그 효과를 살펴보면 <표 22>와 같다. 학급전체의 통합탐구능력 검사 점수의 t검증결과(t=3.382, p=.003) 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 집단별로 살펴보면 중위 집단의 t검증결과(t=3.
후속연구
- 다만 초등과학영재학급을 상, 중, 하 집단으로 구분하여 분석한 결과 전체집단에서 상, 중위 집단보다 하위 집단에서 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 그러므로 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램은 초등과학영재들의 과학탐구능력에는 긍정적인 영향을 미쳤다고 판단되지만 세부적으로는 기초탐구능력을 향상시킬 수 있는 방법을 모색하고 상위집단의 과학탐구능력 향상을 위한 방법 또한 모색해야 할 것이다.
- 고차원적 사고의 하위 범주를 크게 인지 사고와 메타인지 사고로 분류할 수 있다(김영채, 2004a; 박인숙, 2010)고 할 때 사고 능력의 신장을 목표로 하는 수업에서는 지식을 습득하는 인지 사고와 이를 점검하고 조절할 수 있는 메타인지를 강화할 수 있어야 한다. 그러므로 과학문제해결력을 중심으로 하는 과학탐구능력을 인지 사고 능력으로, 과학적 지식에 대한 지식과 과학적 지식의 습득 과정을 조절 및 점검해주는 능력을 메타인지로 설정하여 그 변화를 알아보는 것도 의미 있는 연구가 될 것이다.
- 둘째, 본 연구는 단위학교 초등과학영재학급을 대상으로 수행되어졌기 때문에 연구반을 가지고 세 그룹으로 나누어 자료를 수집하고 분석하였다. 따라서 본 연구가 좀 더 신뢰로운 연구결과를 얻기 위해서는 연구반과 비교반을 선정하여 더 많은 초등과학영재학생들을 대상으로 연구를 수행할 필요가 있다.
- 첫째, 초등과학영재를 위한 SGIM을 적용한 천문학습 프로그램을 어떻게 구안하고 적용할 것인가?
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