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문제 정의
- 과학적 탐구를 효과적으로 지도하기 위한 다양한 교육적 접근(오창호, 2008; 박은이와 홍훈기, 2010)이 이루어지고 있지만, 아직 영재교육 프로그램 개발에 있어서 과학적 탐구를 어떠한 과정과 방법으로 지도해야 할지에 대한 연구는 활발히 진행되지 않고 있는 실정이다(이효녕과 조현준, 2009). 따라서 그 방안으로 과학적 탐구의 특징을 반영하고 있는 실제 과학적 탐구(Authentic Scientific Inquiry:이하 ASI) 프로그램을 제안하고자 한다.
- 따라서 본 연구는 과학적 탐구의 특성을 반영한 ASI 프로그램이 과학 영재학생들의 과학 창의적 문제해결력과 과학 학습 동기에 미치는 영향을 알아보고자 하였으며, 다음과 같이 연구문제를 설정하였다.
- 본 연구는 과학적 탐구의 특성을 반영한 ASI 프로그램이 과학 영재학생들의 과학 창의적 문제해결력과 과학 학습 동기에 미치는 효과를 알아보았다. 지금까지 연구 결과를 바탕으로 결론과 제언을 밝히면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 초등학교 영재학생들을 위한 과학적 탐구 프로그램을 적용한 집단이 프로그램 적용 전․후에 과학 창의적 문제해결력, 과학 학습 동기에 어떤 차이를 보이는지 살펴보았다.
제안 방법
- ASI 영재 프로그램을 개발하기 위해 실제 과학자들이 수행하는 탐구과정을 토대로 개발되어진 과학적 탐구모델에 관한 국 · 내외 선행연구를 검토하였다.
- 야외 관찰 계획을 세우고, 개인별로 담당구역을 정하여 색깔, 무늬, 입자의 크기, 촉감, 굳기, 마모도 등의 암석의 특징을 관찰하고 그 특징을 관찰 노트에 날짜, 장소, 번호와 함께 기록하였다. 개인별로 탐구 노트에 기록된 암석의 번호와 채집한 날짜, 채집한 장소, 특징 등의 토대고 분류하고, 우리 고장에는 어떤 암석이 어떻게 분포하고 있는지 표와 그림, 그래프 등을 사용하여 보고서로 정리하고, 산출물을 만들었다.
- 과학적 탐구 프로그램이 영재학생들의 과학 창의적 문제해결력과 과학 학습 동기에 미치는 효과를 알아보기 위해 연구집단에서 실험처치 후 연구집단과 비교집단의 과학탐구능력, 과학 창의적 문제해결력, 과학적 태도의 사전검사 점수를 공변인으로 사후검사 점수에 대한 공변량 분석을 실시하였다. 연구문제의 유의성을 검증하기 위한 진단기준을 유의 수준 .
- 만들어진 산출물과 보고서를 다른 친구들에게 발표하기 위해 발표자료를 프레젠테이션이나 포스터 형태로 만들고, 발표를 위한 시나리오를 작성하여 친구들에게 발표하고 정보 공유와 함께 동료평가와 자기평가를 실시하였다. 본 프로그램에서 만들어진 학생 산출물들은 그림 3과 같다.
- 만들어진 탐구 문제와 관련된 결과를 예상해 보고, 문제 해결을 위한 탐구 계획(장소, 시기, 준비물, 관찰내용 등)과 역할 분담 등을 토의하여 구체적으로 세우도록 하였다.
- 먼저 사전탐구 활동으로 주변에서 볼 수 있는 다양한 암석 사진을 제공하여 우리 주변에 암석 활용에 대해 이해하게 하였다. 암석 표본의 여러 암석을 관찰해 보며 화성암, 퇴적암, 변성암에 속하는 암석의 종류와 그 특징을 알아보았고, 모형 현무암 만들기, 화성암 결정만들기, 변성암 생성원리 알기 등의 실험을 실시하였다.
- 본 연구의 독립변인은 초등과학 영재를 위한 과학적 탐구 프로그램이고, 종속변인은 영재학생들의 과학창의적 문제해결력, 과학 학습 동기 검사 점수이다. 한편 본 연구에서는 영재원 운영 특성상 실험 집단과 비교집단으로 구분하여 수업을 처치하기에는 한계점이 있었다.
- 본 연구의 절차는 선행 연구 조사, 프로그램 개발, 사전검사, 프로그램 적용, 사후 검사, 결과 처리 및 분석 순으로 진행하였다. 구체적인 연구 절차는 그림 2와 같다.
- 둘째, 문제해결을 위한 계획을 스스로 세우게 한다. 셋째, 증거를 토대로 문제의 해답을 찾도록 한다. 넷째, 연구결과를 다른 사람에게 발표하여 정당화 할 수 있게 하였다.
- 먼저 사전탐구 활동으로 주변에서 볼 수 있는 다양한 암석 사진을 제공하여 우리 주변에 암석 활용에 대해 이해하게 하였다. 암석 표본의 여러 암석을 관찰해 보며 화성암, 퇴적암, 변성암에 속하는 암석의 종류와 그 특징을 알아보았고, 모형 현무암 만들기, 화성암 결정만들기, 변성암 생성원리 알기 등의 실험을 실시하였다. 지질 답사 시 탐구 노트를 작성하는 방법과 관찰시 주의할 점에 대해서도 알아보고, 학교 안에 있는 암석의 색깔, 줄무늬, 입자의 크기와 특징, 촉감, 굳기, 마모도 등을 관찰하여 관찰 노트에 기록하고 분류하여 보았다.
- 암석과 관련된 알고 있는 것, 알고 싶은 것 등을 개념도로 나타내어 보고, 다양한 탐구문제를 왜(why 형), 무엇이(what형), 어떻게(how형)가 들어가는 형태로 다양하게 만들어 보게 한 다음 모둠별로 실현이 가능한 탐구 문제를 선택하도록 하였다. 그 때 선택된 문제들이 ‘우리 고장에는 어떤 암석들이 있는가?’, ‘우리 고장에서 암석을 관찰하기 좋은 곳은 어디가 있는가?’, ‘우리 주변에 암석이 사용되는 것에는 어느 것이 있는가?’등이 만들어졌다.
- 야외 관찰 계획을 세우고, 개인별로 담당구역을 정하여 색깔, 무늬, 입자의 크기, 촉감, 굳기, 마모도 등의 암석의 특징을 관찰하고 그 특징을 관찰 노트에 날짜, 장소, 번호와 함께 기록하였다. 개인별로 탐구 노트에 기록된 암석의 번호와 채집한 날짜, 채집한 장소, 특징 등의 토대고 분류하고, 우리 고장에는 어떤 암석이 어떻게 분포하고 있는지 표와 그림, 그래프 등을 사용하여 보고서로 정리하고, 산출물을 만들었다.
- 본 연구는 2010년 6월부터 10월까지 경남C교육지원청영재원 초등과학반 20명의 학생들을 대상으로 실시하였다. 이 연구를 수행하기 위해 개발된 영재교육 프로그램을 16차시 동안 적용한 후 그 효과를 검증하였다.
- 암석 표본의 여러 암석을 관찰해 보며 화성암, 퇴적암, 변성암에 속하는 암석의 종류와 그 특징을 알아보았고, 모형 현무암 만들기, 화성암 결정만들기, 변성암 생성원리 알기 등의 실험을 실시하였다. 지질 답사 시 탐구 노트를 작성하는 방법과 관찰시 주의할 점에 대해서도 알아보고, 학교 안에 있는 암석의 색깔, 줄무늬, 입자의 크기와 특징, 촉감, 굳기, 마모도 등을 관찰하여 관찰 노트에 기록하고 분류하여 보았다.
- 초등 과학 영재학생을 위한 ASI 프로그램이 과학 창의적 문제해결력에 미치는 효과를 알아보기 위해 프로그램 적용 전과 후에 과학 창의적 문제해결력 검사를 실시하고 그 결과를 비교하였다. 구체적인 검사 결과는 표 6과 같다.
- 초등 과학 영재학생을 위한 ASI 프로그램이 과학 학습 동기에 미치는 효과를 알아보기 위해 프로그램 적용 전과 후에 과학 학습 동기 검사를 실시하고 그 결과를 비교하였다. 구체적인 검사 결과는 표 8과 같다.
대상 데이터
- 본 연구는 2010년 6월부터 10월까지 경남C교육지원청영재원 초등과학반 20명의 학생들을 대상으로 실시하였다. 이 연구를 수행하기 위해 개발된 영재교육 프로그램을 16차시 동안 적용한 후 그 효과를 검증하였다.
- 본 연구는 2010년 6월부터 10월까지로 시교육청 영재교육원 학생들을 대상으로 16차시를 적용하였으며, 과학적 탐구 프로그램의 적용 과정은 표 5와 같다.
- 과학에서의 창의적 문제해결력에 작용하는 사고 기능을 확산적 사고기능과 비판적 사고기능으로 나누고, 확산적 사고기능의 하위 평가요소는 ‘유창성’, ‘융통성’, ‘독창성’이며, 비판적 사고기능의 하위 평가요소는 ‘적절성’, ‘신뢰성’, ‘정교성’을 평가하도록 구성되어 있다. 본 연구에서 채점은 연구자와 교직경력이 10년 이상으로 영재교육과 과학교육 전문가인 초등교사 2인에게 채점을 의뢰하였다. 채점자들간의 채점의 일관성 정도를 산출하기 위하여 Person의 적률상관계수를 이용하여 과학 창의적 문제해결력에 대한 채점자간 신뢰도를 산출하였으며 본 연구의 신뢰도는 Cronbash's α =.
이론/모형
- 과학 창의적 문제해결력 검사는 조연순 등(2000)이 개발한 ‘과학 창의적 문제해결력 검사도구’를 사용하였다.
- 과학 학습 동기 검사는 Glynn 외(2007)가 제시한 SMQ(Science Motivation Questionnaire)를 활용하였다. SMQ는 총 30문항으로 구성되어 있으며, 문항의 형식은 Likert식 5점 척도로 “전혀 그렇지 않다”는 1점, “대체로 그렇지 않다”는 2점, “보통이다”는 3점, “대체로 그렇다”는 4점, “매우 그렇다”는 5점으로 채점하였으며, ‘평가에 대한 두려움’은 역수로 계산하였다.
성능/효과
- 과학 창의적 문제해결력 하위요소에서 ‘신뢰성’, ‘정교성’을 제외한 ‘유창성’, ‘융통성’, ‘독창성’, ‘적절성’에서 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 둘째, 초등 과학 영재학생을 위한 ASI 프로그램이 영재학생들의 과학 학습 동기 향상에 효과가 있는 것으로 나타났다. 과학 학습 동기 하위요소에서 ‘외적동기’, ‘자기효능감’을 제외한 ‘내적동기’, ‘개인목표와의 연관성’, ‘자기결단’, ‘평가에 대한 두려움’에서 효과가 있었다.
- 본 연구결과를 종합해 볼 때, 초등 과학 영재학생을 위한 ASI 프로그램은 영재학생들의 과학 창의적 문제해결력과 과학 학습 동기를 기르는데 효과가 있는 것으로 나타나 일선 영재수업에 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 특히, ASI 프로그램은 학생들이 실제적인 과학적 탐구의 과정을 경험할 수 있도록 탐구 단계를 과학자들의 탐구 과정과 유사한 방법으로 구성하였으며, 이러한 활동을 통해 과학 학습에 대한 긍정적인 태도를 갖게 하고 과학에 대한 흥미와 동기를 증가시킬 수 있었다.
- 위 표에서 제시된 영재학생들의 과학 학습 동기 수준은 Glynn(2007)의 연구에서 제시한 90-119에 해당되는 높은 학습동기수준을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 사전 검사 점수를 사후 검사 점수와 비교해 보면, 사전 검사 평균은 95.90, 사후 검사의 평균 104.85로 사전 검사에 비해 8.95점 향상된 것으로 나타났다. 이러한 점수 차이가 통계적으로 유의한가를 알아보기 위해 사전 · 사후 검사 점수에 대한 대응표본 t검정으로 분석한 결과 유의수준 .
- 위 표에서 제시된 사전 검사 점수를 사후 검사 점수와 비교해 보면, 사전 검사 평균은 50.75, 사후 검사의 평균 54.85로 사전 검사에 비해 4.1점 향상된 것으로 나타났다. 이러한 점수 차이가 통계적으로 유의한가를 알아보기 위해 사전·사후 검사 점수에 대한 대응표본 t검정으로 분석한 결과 유의수준 .
- 000). 이러한 결과를 통해 초등 과학 영재학생을 위한 ASI 프로그램이 과학 창의적 문제해결력 향상에 효과가 있음을 알 수 있었다.
- 이러한 점수 차이가 통계적으로 유의한가를 알아보기 위해 사전 · 사후 검사 점수에 대한 대응표본 t검정으로 분석한 결과 유의수준 .05에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p=.000).
- 이러한 점수 차이가 통계적으로 유의한가를 알아보기 위해 사전·사후 검사 점수에 대한 대응표본 t검정으로 분석한 결과 유의수준 .05에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p=.000).
- 이상에서 살펴본 과학적 탐구 모델에 나타난 탐구의 과정의 특징은 일정한 순서에 따라 순차적으로 진행되지 않으며, 실제 과학자들의 탐구 과정은 일반적인 문제해결 과정이나 탐구 과정에서 규정하고 있는 과정이나 순서를 따르지 않은 것으로 나타났다. 이러한 결과를 토대로 영재학생들이 스스로 문제를 개발하고 해결계획을 수립하여 탐구하는 진행 과정을 통해 학생들이 실제적인 과학적 탐구의 과정을 경험할 수 있도록 탐구 단계를 다음과 같이 설정하였다.
- 채점자들간의 채점의 일관성 정도를 산출하기 위하여 Person의 적률상관계수를 이용하여 과학 창의적 문제해결력에 대한 채점자간 신뢰도를 산출하였으며 본 연구의 신뢰도는 Cronbash's α =.81로 나타났다.
- 첫째, 초등 과학 영재학생을 위한 ASI 프로그램이 영재학생들의 과학 창의적 문제해결력 향상에 효과가 있는 것으로 나타났다. 과학 창의적 문제해결력 하위요소에서 ‘신뢰성’, ‘정교성’을 제외한 ‘유창성’, ‘융통성’, ‘독창성’, ‘적절성’에서 효과가 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 둘째, 본 연구는 초등과학 영재학생을 위한 ASI 프로그램을 개발하고 짧은 기간 동안에 적용한 것이므로 프로그램의 효과를 분석하는데 제한점이 있을 수 있다. 프로그램의 적용기간은 학생들의 과학 학습 동기와 같은 정의적 영역과 창의적 문제 해결력의 변화에 영향을 미치는 한 요인이 될 수 있으므로 보다 장기적으로 ASI 프로그램을 과학영재 학생들에게 적용한 후 그 효과를 알아볼 필요가 있다.
- 또한, 하위영역별 결과에서 외적동기, 자기효능감에서 통계적으로 유의미한 차이가 나타나지 않은 점 등은 정의적 영역에 대한 학생들의 변화는 단기간의 탐구활동으로 쉽게 바뀌기 어렵다는 임길선(2004)과 서지나(2011)의 연구결과를 다시 확인할 수 있었다. 따라서 연구 대상이나 적용 기간을 확대함으로서 긍정적인 효과를 기대할 수 있을 것으로 보인다.
- 첫째, 과학 영재교육 프로그램 개발에 있어서 과학적 탐구를 어떠한 과정과 방법으로 지도해야 할지에 대한 연구가 아직까지 활발하게 진행되지 않고 있는 실정이며, 초등 영재학생들의 수준에서는 아직까지 개방형 탐구에 많은 어려움을 호소하는 학생들이 많다. 따라서 탐구 활동 수행 과정에서 실제적으로 학생들이 느끼는 어려움에 대하여 교사가 효율적으로 지도할 수 있는 방법에 대한 후속연구가 이루어질 필요가 있다. 또한, 학생들이 설정한 탐구문제를 해결방안을 찾아 과학적 탐구 방법을 통해 해결하는 탐구의 전 과정을 경험할 수 있는 다양한 모형과 전략들에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 따라서 탐구 활동 수행 과정에서 실제적으로 학생들이 느끼는 어려움에 대하여 교사가 효율적으로 지도할 수 있는 방법에 대한 후속연구가 이루어질 필요가 있다. 또한, 학생들이 설정한 탐구문제를 해결방안을 찾아 과학적 탐구 방법을 통해 해결하는 탐구의 전 과정을 경험할 수 있는 다양한 모형과 전략들에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 이러한 선행 연구 결과를 바탕으로 본 연구에서 개발한 과학영재를 위한 과학적 탐구 프로그램의 특징을 첫째, 학생 스스로 생활주변에서 탐구 문제를 제기할 수 있는 기회를 제공한다. 둘째, 문제해결을 위한 계획을 스스로 세우게 한다.
- 본 연구의 독립변인은 초등과학 영재를 위한 과학적 탐구 프로그램이고, 종속변인은 영재학생들의 과학창의적 문제해결력, 과학 학습 동기 검사 점수이다. 한편 본 연구에서는 영재원 운영 특성상 실험 집단과 비교집단으로 구분하여 수업을 처치하기에는 한계점이 있었다. 본 연구의 실험설계를 도식화 하면 그림 1과 같다.
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