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문제 정의
- 이에 탐구중심 실험수업이 효과적으로 이루어질 수 있는 프로그램을 개발하고 적용하여, 탐구중심 실험을 수행하는 동안 학습될 것으로 생각되는 과학의 본성에 대한 이해와 과학의 정의적 영역에 미치는 영향을 알아 볼 필요가 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 과학교사교육의 생물학실험을 수강한 예비 과학교사들이 탐구중심 생물수업을 통해 과학의 본성에 대한 이해와 과학의 정의적 영역을 어느 정도 변화시키는 지를 탐색하는 데 목적을 두었다. 본 연구 결과는 과학교사교육에서 탐구중심 실험을 통해 보다 효율적으로 과학의 본성에 대한 이해와 과학의 정의적 영역을 증진하는 지도방법을 수립하는 데 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.
- 본 연구에서는 과학적 탐구과정의 내용과 특성, 과학지식의 산출 과정 등을 경험하도록 하기 위한 방법으로 통합 탐구과정 요소를 포함하는 생물프로그램을 구성하여 예비 과학교사의 실험수업에 투입하였다. 이 탐구중심 생물학실험을 적용한 실험집단과 관찰중심 생물학실험을 실시한 통제집단에서의 과학의 본성에 대한 관점과 과학의 정의적 영역에는 어떤 변화가 있는지 조사하여 탐구중심 생물학실험 수업의 효과성을 알아보았다.
- 이 연구에서는 보다 정확한 측정을 할수있는 컴퓨터 기반 실험 장치를 ‘광합성’과 ‘세포호흡’ 주제에 사용하여 탐구활동을 수행해 볼 수 있는 기회를 제공하였다.
- 본 연구에서는 과학적 탐구과정의 내용과 특성, 과학지식의 산출 과정 등을 경험하도록 하기 위한 방법으로 통합 탐구과정 요소를 포함하는 생물프로그램을 구성하여 예비 과학교사의 실험수업에 투입하였다. 이 탐구중심 생물학실험을 적용한 실험집단과 관찰중심 생물학실험을 실시한 통제집단에서의 과학의 본성에 대한 관점과 과학의 정의적 영역에는 어떤 변화가 있는지 조사하여 탐구중심 생물학실험 수업의 효과성을 알아보았다.
제안 방법
- 실험집단의 학생들은 실험계획을 조별로 수립하여 조별로 서로 다른 실험(5회, 6회)을 수행하거나, 학급전체의 의견을 반영하여 수정 보완한 후 학급 전체 모든 학생들이 동일한 실험(7회, 8회)을 수행하였다. 9회부터 10회까지는 식물의 구조를 관찰하여 지식을 확인하는 과정만을 진행하였다(Table 2). 수업시간의 약 70% 정도는 실험활동으로, 약 30%는 실험과 관련된 강의와 설명으로 진행하였다.
- 과학의 정의적 영역의 문항은 4단계 리커트 척도로 응답에 따라 4(매우 동의), 3(동의), 2(반대), 1(절대 반대)로 코딩하였고, 과학의 본성에 대한 문항은‘보통’이라는 항목을 추가하여 5단계 리커트 척도 5, 4, 3, 2, 1 로 코딩하였다. 개방형 설문은 예비 과학교사의 과학 탐구에 대한 인식 정도를 파악하여 생물프로그램을 수정하는데 사용하였다. 수업 처치 전에 실시한 사전검사로 두 집단의 동질성을 확인하고, 수업 처치 후에 실시한 검사로 탐구중심 생물학실험 수업의 효과를 확인하였다.
- 과학의 본성에 대한 학생들의 인식을 구체적으로 알아보기 위하여 하위영역별로 분석결과를 살펴보았다. 사전검사에서는 실험집단이 통제집단에 비해 과학의 본성 영역 중 문화적 견해에서만 평균이 낮았을 뿐 다른 영역에서는 모두 평균이 높았다.
- 과학의 정의적 영역의 문항은 4단계 리커트 척도로 응답에 따라 4(매우 동의), 3(동의), 2(반대), 1(절대 반대)로 코딩하였고, 과학의 본성에 대한 문항은‘보통’이라는 항목을 추가하여 5단계 리커트 척도 5, 4, 3, 2, 1 로 코딩하였다.
- 관찰과 상황 제시를 통해 문제를 인식하고(문제인식) 제기한 후 가설과 독립·종속·통제 변인을 설정하게(변인통제) 하여 실험을 하였으며 5회부터 8회까지는 설정한 가설을 검증할 실험방법을 설계(실험설계, 실험수행)하는 과정도 추가하였다.
- 관찰중심의 생물학실험을 실시한 통제집단과 탐구중심의 생물학실험을 실시한 실험집단의 과학의 본성에 대한 관점의 변화를 알아보기 위하여 실험수업을 실시하기 전과 실시한 후에 동일한 검사지로 과학의 본성에 대한 인식을 측정하였다. 두 집단의 동질성 여부를 알아보기 위한 사전검사에서 통제집단이 평균 3.
- 관찰중심의 생물학실험을 실시한 통제집단과 탐구중심의 생물학실험을 실시한 실험집단의 과학의 정의적 영역에 대한 변화를 알아보기 위하여 실험수업을 처치하기 전과 처치한 후에 동일한 검사지로 과학의 정의적 영역에 대한 검사를 실시한 후 그 결과를 분석하였다. 두 집단의 동질성 여부를 알아보기 위한 사전검사에서 통제집단이 평균 2.
- 탐구중심 생물학실험 수업을 처치하기 전과 후, 과학의 본성과 과학의 정의적 영역에 대한 검사를 객관식 리커트 척도로 실시하였다. 또한 과학 탐구에 대한 예비 과학교사의 인식 정도를 확인하기 위한 개방형 설문조사도 같이 병행하여 실시하였다. 이 연구의 검사는 지면으로 시행되었고, 검사 결과는 모두 컴퓨터 데이터로 옮기는 작업을 하였다.
- 생물학 수업에서 단원 내용을 분석하고, 이 연구에서 실시할 생물학실험의 주별 주제를 선정한 후 Laboratory Manual Biology (Sylvia, 2010), Thinking about Biology (Bres, & Weisshaar, 2008), BSCS (Kendall Hunt Publishing, 2006; 2007), 중등학교 교과서 등의 교재를 사용하여 실험 내용을 구성하였다. 또한 생물학 실험 수업을 통하여 예비교사의 과학적 탐구능력을 배양하기 위하여 관찰, 문제인식, 가설설정, 변인통제, 실험설계, 실험수행, 자료해석, 결론도출 등 통합 탐구과정 요소를 포함하는 탐구중심 생물프로그램을 개발하였다.
- 이 과정에서 과학적 탐구의 구성 요소와 각 요소의 의미를 인식하도록 하였다. 또한 실제 연구과정에서 접하게 되는 복잡한 변인통제, 자료작성 및 변환, 자료에 근거한 추론, 여러 유형의 실험 등을 경험할 수 있도록 하였다.
- 개방형 설문은 예비 과학교사의 과학 탐구에 대한 인식 정도를 파악하여 생물프로그램을 수정하는데 사용하였다. 수업 처치 전에 실시한 사전검사로 두 집단의 동질성을 확인하고, 수업 처치 후에 실시한 검사로 탐구중심 생물학실험 수업의 효과를 확인하였다. 모든통계 분석에는 PASW (Predictive Analytics Software) Statistics 18.
- 관찰과 상황 제시를 통해 문제를 인식하고(문제인식) 제기한 후 가설과 독립·종속·통제 변인을 설정하게(변인통제) 하여 실험을 하였으며 5회부터 8회까지는 설정한 가설을 검증할 실험방법을 설계(실험설계, 실험수행)하는 과정도 추가하였다. 실험집단의 학생들은 실험계획을 조별로 수립하여 조별로 서로 다른 실험(5회, 6회)을 수행하거나, 학급전체의 의견을 반영하여 수정 보완한 후 학급 전체 모든 학생들이 동일한 실험(7회, 8회)을 수행하였다. 9회부터 10회까지는 식물의 구조를 관찰하여 지식을 확인하는 과정만을 진행하였다(Table 2).
- 수업시간의 약 70% 정도는 실험활동으로, 약 30%는 실험과 관련된 강의와 설명으로 진행하였다. 실험활동과 설명 중에는 주제와 관련된 조별 토론 및 발표도 병행하였다. 한편 통제집단의 학생들은 유사한 식물 관련 주제로 실험활동에 참여하였으며, 기초탐구의 관찰만을 반영하고 통합탐구 요소를 반영하지 않은 실험과정을 구성하여 관찰중심의 실험수업을 진행하였다.
- 이 수업은 실험집단 대상으로 한 학기동안 주 1회, 2시간의 실험수업을 실시되었으며, 1회부터 8회까지는 통합탐구 요소를 반영한 실험과정을 구성하여 수업을 진행하였다. 관찰과 상황 제시를 통해 문제를 인식하고(문제인식) 제기한 후 가설과 독립·종속·통제 변인을 설정하게(변인통제) 하여 실험을 하였으며 5회부터 8회까지는 설정한 가설을 검증할 실험방법을 설계(실험설계, 실험수행)하는 과정도 추가하였다.
- 또한 과학 탐구에 대한 예비 과학교사의 인식 정도를 확인하기 위한 개방형 설문조사도 같이 병행하여 실시하였다. 이 연구의 검사는 지면으로 시행되었고, 검사 결과는 모두 컴퓨터 데이터로 옮기는 작업을 하였다. 과학의 정의적 영역의 문항은 4단계 리커트 척도로 응답에 따라 4(매우 동의), 3(동의), 2(반대), 1(절대 반대)로 코딩하였고, 과학의 본성에 대한 문항은‘보통’이라는 항목을 추가하여 5단계 리커트 척도 5, 4, 3, 2, 1 로 코딩하였다.
- 학생들은 인식한 문제에 대해 가설을 설정하는 방법이 서툴렀으며 변인을 통제하고 설정하는데도 미숙하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 처음에는 탐구과정의 일부 요소만을 적용한 실험수업을 수행하고, 점차 탐구과정 요소를 추가하여 생물프로그램을 구성, 진행하였다. 이 과정에서 과학적 탐구의 구성 요소와 각 요소의 의미를 인식하도록 하였다.
- 탐구중심 생물학실험 수업을 실시하기 전에 예비과학교사의 과학 탐구에 대한 인식 정도를 확인하기 위해서 설문조사를 실시하였다. 설문지 문항은‘생명과학은 무엇인가?’, ‘생명과학은 어떻게 연구하는가?’, ‘생명과학을 연구한다면 어떤 주제를 연구하고 싶은가?’, ‘이 주제를 선정한 이유는 무엇인가?’, ‘선정한 주제에 대해 문제를 제기하고 가설과 변인을 설정한 후 해결과정을 간략히 설계해 보자.
- 탐구중심 생물학실험 수업을 처치하기 전과 후, 과학의 본성과 과학의 정의적 영역에 대한 검사를 객관식 리커트 척도로 실시하였다. 또한 과학 탐구에 대한 예비 과학교사의 인식 정도를 확인하기 위한 개방형 설문조사도 같이 병행하여 실시하였다.
- 탐구중심 생물학실험 수업의 효과를 알아보기 위해 수업 처치 전과 후, 통제집단과 실험집단을 대상으로 과학의 본성과 과학의 정의적 영역에 대한 검사를 실시하였다.
- ’ 등 총 5문항으로 구성되었다. 학기 초에 과학 탐구에 대한 인식을 확인하기 위한 설문지를 과학의 본성 및 과학 정의적 영역에 대한 검사지와 같이 투입하여 설문을 실시한 후 답변한 설문조사의 내용을 분석하여 탐구중심 생물프로그램을 수정하였다. 그 동안 주어진 실험방법에 따라 수행하는데 익숙한 학생들에게 처음부터 모든 탐구과정 요소가 포함된 실험수업을 진행하기에는 어려움이 있을 수 있으며 이러한 우려는 설문조사 결과에서도 나타났다.
- 학기 초 강좌를 신청한 학생은 71명이었으며, 이 가운데 학기말까지 연구에 참여한 학생은 67명으로 물리교육과 13명, 화학교육과 11명, 생물교육과 21명, 지구과학교육과 22명이었다. 한 학기에 걸쳐 탐구중심 생물수업의 효과를 확인하기 위해서 참여자의 학년과 인적사항을 고려하여 물리교육과 생물교육을 실험집단(n=34)으로, 화학교육과 지구과학교육을 통제집단(n=33)으로 배정하였다(Table 1).
- 실험활동과 설명 중에는 주제와 관련된 조별 토론 및 발표도 병행하였다. 한편 통제집단의 학생들은 유사한 식물 관련 주제로 실험활동에 참여하였으며, 기초탐구의 관찰만을 반영하고 통합탐구 요소를 반영하지 않은 실험과정을 구성하여 관찰중심의 실험수업을 진행하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 광역시 소재 대학교 사범대학 과학교육계열 1, 2학년 학생 가운데 생물학실험(I)을 수강한 학생들을 연구대상으로 설정하였다. 학기 초 강좌를 신청한 학생은 71명이었으며, 이 가운데 학기말까지 연구에 참여한 학생은 67명으로 물리교육과 13명, 화학교육과 11명, 생물교육과 21명, 지구과학교육과 22명이었다.
- 생물학 수업에서 단원 내용을 분석하고, 이 연구에서 실시할 생물학실험의 주별 주제를 선정한 후 Laboratory Manual Biology (Sylvia, 2010), Thinking about Biology (Bres, & Weisshaar, 2008), BSCS (Kendall Hunt Publishing, 2006; 2007), 중등학교 교과서 등의 교재를 사용하여 실험 내용을 구성하였다.
- 본 연구는 광역시 소재 대학교 사범대학 과학교육계열 1, 2학년 학생 가운데 생물학실험(I)을 수강한 학생들을 연구대상으로 설정하였다. 학기 초 강좌를 신청한 학생은 71명이었으며, 이 가운데 학기말까지 연구에 참여한 학생은 67명으로 물리교육과 13명, 화학교육과 11명, 생물교육과 21명, 지구과학교육과 22명이었다. 한 학기에 걸쳐 탐구중심 생물수업의 효과를 확인하기 위해서 참여자의 학년과 인적사항을 고려하여 물리교육과 생물교육을 실험집단(n=34)으로, 화학교육과 지구과학교육을 통제집단(n=33)으로 배정하였다(Table 1).
데이터처리
- 수업 처치 전에 실시한 사전검사로 두 집단의 동질성을 확인하고, 수업 처치 후에 실시한 검사로 탐구중심 생물학실험 수업의 효과를 확인하였다. 모든통계 분석에는 PASW (Predictive Analytics Software) Statistics 18.0 프로그램을 사용하였고, 연구문제를 해결하기 위해 기술통계, 독립표본 t 검정을 실시하였다.
이론/모형
- 과학 정의적 영역에 대한 검사지는 서혜애 등(2008)의 연구에서 활용한 학생 흥미도 관련 27문항 중 15문항을 추출하여 구성하였으며, 이 연구에서 활용한 문항의 출처는 한국교육과정평가원에서 실시한 PISA 2006의 학생용 설문조사지의 문항을 참조하여 구성되었다. 과학의 정의적 영역은 ‘과학에 대한 즐거움’, ‘과학에 대한 자아 개념’, ‘과학 학습속도에 대한 인식’, ‘과학에 대한 자기 효능감’, ‘과학의 필요성’, ‘장래직업에 대한 과학의 필요성’ 등 6가지 하위요소로 구분되어져 있으며 각 문항에 대해 4단계 리커트 척도(1=절대 반대, 2=반대, 3=동의, 4=매우 동의)로 응답하도록 되어 있다.
- 과학의 본성을 측정하기 위해 Cobern과 Loving (1998)의 The Card Exchange: Introducing the philosophy of science의 문항을 사용하여 검사지를 구성하였다. 총 40문항으로 구성된 검사 도구는 한국어로 번역되었으며, 과학교육 전문가 1인과 과학교육 박사과정 4인이 검사지 번역을 검토하였다.
성능/효과
- 05). 과학의 본성에 대한 사후검사에서 통제집단과 실험집단의 평균을 비교한 결과 실험 강조, 과학주의, 균형적 견해에서는 실험집단이 통제집단보다 .05 ~ .15정도 평균이 높았다. 이론 강조와 문화적 견해에서는 두 집단의 평균이 비슷하였으며, 반과학 견해에서는 실험집단의 평균이 통제집단보다 .
- 그리고 과학에 대한 자기 효능감, 과학의 필요성, 장래직업에 대한 과학의필요성에 관한 사후검사에서는 실험집단이 통제집단보다 통계적으로 유의미한 결과를 보여준다(p<.01).
- 또한, 실험집단과 통제집단 모두 과학의 정의적 영역에 대한 사전검사에서는 유의미한 차이가 없었으나(p>.05) 탐구중심 생물학실험 수업 처치 후 실시한 사후검사에서는 과학의 정의적 영역 6개 하위요소 중 과학에 대한 자기 효능감, 과학의 필요성, 장래직업에 대한 과학의 필요성에 대하여 실험집단이 통제집단보다 통계적으로 유의미하게 향상되었다(p<.01).
- 실험수업 처치 후의 사후검사에서는 통제집단이 평균 3.30(표준편차 .173), 실험집단이 평균 3.34(표준편차 .262)로 실험집단의 평균이 조금 높았지만 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났다(p>.05).
- 연구 결과, 생물학실험에서 탐구중심 실험수업을 수행한 실험집단과 관찰중심 실험수업을 수행한 통제집단 모두 과학의 본성에 대한 사전검사에서는 유의미한 차이가 없었다(p>.05).
- 05). 이를 통해 탐구중심 생물학실험 수업이 학생들의 과학의 본성에 대한 관점 변화에 영향을 미치지 못했음을 알 수 있었다.
- 즐거움은 강의 위주의 수업으로만 과학지식을 익혔던 학생들에게 직접 관찰하고 측정하는 실행 위주의 실험수업을 실시함으로서 통제집단과 실험집단 모두에서 평균이 상승하였다. 자아개념은 실험집단에서 미미한 평균값의 상승이 있었으나 통제집단에서는 사후검사 점수가 사전검사보다 낮아졌다. 이것은 대학에서 배우는 과학과목의 수준이 중등학교보다 높아져 과학을 배우는 것이 쉽지 않다는 것을 느꼈기 때문으로 생각된다.
- 이것은 대학에서 배우는 과학과목의 수준이 중등학교보다 높아져 과학을 배우는 것이 쉽지 않다는 것을 느꼈기 때문으로 생각된다. 학습속도에 대한 인식에서는 실험집단의 평균이 약간 상승한 것에 비해 통제집단의 평균은 과학의 정의적 영역을 이루는 하위요소 중 가장 큰 평균 점수의 상승이 있었다. 문항 내용을 확인해 보면‘과학과목을 금방 배운다.
후속연구
- 이는 예비교사의 사고 변화에서 그치지 않고 그 이상의 교육적 효과를 잠재적으로 가지고 있으므로 여러 가지 점에서 교육적 상승효과를 가져올 것으로 기대된다. 따라서 예비교사 교육과정에서 과학의 본성을 보다 적극적으로 다룰 필요가 있으며 정의적 영역의 향상과 과학의 본성에 대한 이해를 높이기 위한 자료 개발과 지도방법에 대한 연구가 활발히 진행되어야 할 것이다.
- 프로그램 적용기간은 학생들의 과학의 정의적 영역과 과학의 본성에 대한 이해에 영향을 미치는 한 가지 요인으로 지적되고 있으므로 보다 장기적인 탐구중심 생물학실험 수업의 효과를 알아 볼 필요가 있을 것이다. 또한, 본 연구에서 밝혀진 결과는 검사지를 통해 얻어진 결과를 정량적인 방법으로 분석한 것이어서 탐구중심 실험수업을 통하여 예비 과학교사의 정의적 영역이 변화된 이유를 설명하는데 어려움이 있다. 또한 과학의 본성에 대한 관점이 수업처치 후 변화가 없는 이유에 대한 구체적인 정보를 얻을 수가 없다.
- 따라서 본 연구에서는 과학교사교육의 생물학실험을 수강한 예비 과학교사들이 탐구중심 생물수업을 통해 과학의 본성에 대한 이해와 과학의 정의적 영역을 어느 정도 변화시키는 지를 탐색하는 데 목적을 두었다. 본 연구 결과는 과학교사교육에서 탐구중심 실험을 통해 보다 효율적으로 과학의 본성에 대한 이해와 과학의 정의적 영역을 증진하는 지도방법을 수립하는 데 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.
- 본 연구는 탐구중심 실험수업을 2개월 동안에 예비과학교사를 대상으로 적용한 것이므로 탐구중심 생물 프로그램의 효과를 분석하는데 제한점이 될 수 있을 것이다. 프로그램 적용기간은 학생들의 과학의 정의적 영역과 과학의 본성에 대한 이해에 영향을 미치는 한 가지 요인으로 지적되고 있으므로 보다 장기적인 탐구중심 생물학실험 수업의 효과를 알아 볼 필요가 있을 것이다.
- 예비 과학교사의 정의적 영역과 과학의 본성에 대한 이해는 그들의 교육신념과 교육활동에 영향을 미칠 것이다. 이는 예비교사의 사고 변화에서 그치지 않고 그 이상의 교육적 효과를 잠재적으로 가지고 있으므로 여러 가지 점에서 교육적 상승효과를 가져올 것으로 기대된다. 따라서 예비교사 교육과정에서 과학의 본성을 보다 적극적으로 다룰 필요가 있으며 정의적 영역의 향상과 과학의 본성에 대한 이해를 높이기 위한 자료 개발과 지도방법에 대한 연구가 활발히 진행되어야 할 것이다.
- 또한 과학의 본성에 대한 관점이 수업처치 후 변화가 없는 이유에 대한 구체적인 정보를 얻을 수가 없다. 이러한 점은 후속연구에서 예비 과학교사의 심층면담이나 개방형 질문을 통하여 보다 심도 있게 연구될 필요가 있을 것이다. 예비 과학교사의 정의적 영역과 과학의 본성에 대한 이해는 그들의 교육신념과 교육활동에 영향을 미칠 것이다.
- 과학교사는 교사교육에서 탐구중심 실험을 충분히 경험하여 과학의 본성을 올바르게 이해하고 나아가 과학의 정의적 영역을 높은 수준으로 신장시켜야 할 것이며, 이로서 학교 과학교육을 보다 효과적으로 실천하는 능력을 갖추게 될 것이다. 이에 탐구중심 실험수업이 효과적으로 이루어질 수 있는 프로그램을 개발하고 적용하여, 탐구중심 실험을 수행하는 동안 학습될 것으로 생각되는 과학의 본성에 대한 이해와 과학의 정의적 영역에 미치는 영향을 알아 볼 필요가 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 과학교사교육의 생물학실험을 수강한 예비 과학교사들이 탐구중심 생물수업을 통해 과학의 본성에 대한 이해와 과학의 정의적 영역을 어느 정도 변화시키는 지를 탐색하는 데 목적을 두었다.
- 본 연구는 탐구중심 실험수업을 2개월 동안에 예비과학교사를 대상으로 적용한 것이므로 탐구중심 생물 프로그램의 효과를 분석하는데 제한점이 될 수 있을 것이다. 프로그램 적용기간은 학생들의 과학의 정의적 영역과 과학의 본성에 대한 이해에 영향을 미치는 한 가지 요인으로 지적되고 있으므로 보다 장기적인 탐구중심 생물학실험 수업의 효과를 알아 볼 필요가 있을 것이다. 또한, 본 연구에서 밝혀진 결과는 검사지를 통해 얻어진 결과를 정량적인 방법으로 분석한 것이어서 탐구중심 실험수업을 통하여 예비 과학교사의 정의적 영역이 변화된 이유를 설명하는데 어려움이 있다.
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