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문제 정의
- 따라서 이 연구에서는 정규 수업시간에 고등학생들을 대상으로 과학 글쓰기 활동을 적용할 필요가 있다고 판단하고, 과학적 사고력 함양을 위한 교수․ 학습 방법으로 과학 글쓰기가 강조되고 있는 점을 고려하여 생명 과학Ⅰ 수업에서 과학 글쓰기 활동이 학생들의 과학적 사고력에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 하였다. 이를 위해 생명 과학Ⅰ 수업에 활용 가능한 6차시의 과학 글쓰기 활동지와 과학적 사고력 평가도구를 개발하였다.
- 이를 고등학교 1학년 학생을 대상으로 생명 과학Ⅰ수업에 적용하여 학생들의 과학적 사고력의 변화를 과학적 사고력 영역, 평가 준거, 수행 수준 분포 측면에서 분석하였다. 이러한 연구를 통해 과학 수업에서 학생들의 과학적 사고력 함양을 위한 과학 글쓰기 활동의 교수․학습 방법에 대한 시사점을 제공하고자 하였다.
- 실험집단의 학생들은 수업의 도입 단계에서 전시 수업 시간에 작성한 과학 글쓰기의 첨삭을 통해 전시 학습 내용을 확인하게 하였다. 이때 학생들은 전시 수업 확인과 함께 자신의 과학 글쓰기 활동의 문제점과 개선 방향을 확인하도록 하였다. 반면 통제집단은 교사의 설명을 통해 전시 수업 내용을 확인하도록 하였다.
제안 방법
- 따라서 이 연구에서는 정규 수업시간에 고등학생들을 대상으로 과학 글쓰기 활동을 적용할 필요가 있다고 판단하고, 과학적 사고력 함양을 위한 교수․ 학습 방법으로 과학 글쓰기가 강조되고 있는 점을 고려하여 생명 과학Ⅰ 수업에서 과학 글쓰기 활동이 학생들의 과학적 사고력에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 하였다. 이를 위해 생명 과학Ⅰ 수업에 활용 가능한 6차시의 과학 글쓰기 활동지와 과학적 사고력 평가도구를 개발하였다. 이를 고등학교 1학년 학생을 대상으로 생명 과학Ⅰ수업에 적용하여 학생들의 과학적 사고력의 변화를 과학적 사고력 영역, 평가 준거, 수행 수준 분포 측면에서 분석하였다.
- 이를 위해 생명 과학Ⅰ 수업에 활용 가능한 6차시의 과학 글쓰기 활동지와 과학적 사고력 평가도구를 개발하였다. 이를 고등학교 1학년 학생을 대상으로 생명 과학Ⅰ수업에 적용하여 학생들의 과학적 사고력의 변화를 과학적 사고력 영역, 평가 준거, 수행 수준 분포 측면에서 분석하였다. 이러한 연구를 통해 과학 수업에서 학생들의 과학적 사고력 함양을 위한 과학 글쓰기 활동의 교수․학습 방법에 대한 시사점을 제공하고자 하였다.
- 광주광역시 소재 일반계 남자 고등학교 1학년 6개 학급 224명의 학생을 연구 대상으로 하였다. 실험집단 3개 학급과 통제집단 3개 학급을 선정하여 사전검사를 실시한 후 실험집단에서는 과학 글쓰기를 활용한 수업을 진행하였고, 통제집단에서는 강의식 수업을 진행하였다. 수업이 끝난 후 수업 처치의 효과에 대해 알아보기 위하여 사전검사와 동일한 검사지를 이용하여 사후검사를 실시하였다.
- 실험집단 3개 학급과 통제집단 3개 학급을 선정하여 사전검사를 실시한 후 실험집단에서는 과학 글쓰기를 활용한 수업을 진행하였고, 통제집단에서는 강의식 수업을 진행하였다. 수업이 끝난 후 수업 처치의 효과에 대해 알아보기 위하여 사전검사와 동일한 검사지를 이용하여 사후검사를 실시하였다.
- 과학 글쓰기 활동이 정규 과학 수업에서 이루어질 수 있도록 생명 과학Ⅰ 교과서에 제시된 각 단원의 학습 내용과 관련지어 과학 글쓰기 활동 주제를 선정하였다. 그리고 하나의 활동지에는 귀납적·연역적·비판적·창의적 사고력을 요구하는 과학 글쓰기 문항을 1개씩 포함시켰다.
- 염색체, DNA, 유전자의 그림을 제시하고 이들의 구조에 대해 글로 쓰게 하고(귀납적 사고력을 요구하는 ‘관찰하여 글쓰기’), 세포 주기를 나타내는 그림과 동요 ‘구슬비’의 악보를 제시하고 동요의 가사를 세포 주기에 관한 내용으로 바꿔 써보게 하였으며(창의적 사고력을 요구하는 ‘형식 바꿔 쓰기’), GMO에 대한 신문 기사에서 씨없는 수박이 GMO가 아닌 이유를 설명하는 부분을 빈 칸으로 제시하고 이 부분에 들어갈 말을 쓰게 하고(연역적 사고력을 요구하는 ‘완성하는 글쓰기’), GMO의 장점과 단점 및 GMO의 개발과 이용에 대한 자신의 입장을 쓰게 하였다(비판적 사고력을 요구하는 ‘PMI를 활용한 글쓰기’).
- 이 연구에서는 과학 글쓰기 활동이 과학적 사고력에 미치는 영향을 알아보고자 하였으므로 학생들의 과학적 사고력의 변화를 평가할 수 있는 도구가 필요하다. 이를 위해 과학 글쓰기를 활용한 과학적 사고력 평가 도구를 개발하였다. 과학적 사고력 평가 도구는 검사지와 평가 기준으로 구성하였다.
- 귀납적 사고력과 연역적 사고력의 평가 준거는 ‘결론’, ‘근거’, ‘설명’으로 설정하였고, 비판적 사고력의 평가 준거에서는 ‘결론’ 대신 ‘주장’을 설정하였고, 자신의 주장의 타당성을 높이기 위해 추가적으로 제시하는 ‘부연’과 자신의 주장이나 관점과 반대되는 입장을 제시하는 ‘반증’을 추가하여 구성하였다.
- 검사지는 ‘녹색 황금 캐는 미세 조류 농장’이라는 제목의 제시문과 4개의 문항으로 구성하였다. 제시문은 과학 동아 기사를 선정하여 재구성하였고, 학생들이 과학 내용 지식보다는 주어진 제시문을 읽고 과학적 사고력의 각 범주에 해당되는 능력을 활용하여 답하도록 질문을 구성하였다. 4개 문항의 내용 및 각 문항에서 요구하는 과학적 사고력, 각 문항에 적용된 과학 글쓰기 유형을 표2에 제시하였다.
- 이상과 같은 검사지와 평가 기준의 설정을 위해 천재훈(2006)의 과학적 사고력 검사도구와 송윤미 (2012)의 과학 글쓰기 평가 루브릭을 참고하여 연구자가 검사지와 평가 기준의 초안을 작성한 후 생물교육 전공자 6인이 검토하여 그 내용을 수정·보완하였고, 일반계 고등학교 1학년 한 학급 학생들을 대상으로 적용하여 학생들의 응답 내용을 고려하여 질문 표현과 평가 기준을 수정․보완하였다.
- 과학 글쓰기 활동을 활용한 수업은 총 6차시를 실시하였다. 실험집단의 학생들은 수업의 도입 단계에서 전시 수업 시간에 작성한 과학 글쓰기의 첨삭을 통해 전시 학습 내용을 확인하게 하였다. 이때 학생들은 전시 수업 확인과 함께 자신의 과학 글쓰기 활동의 문제점과 개선 방향을 확인하도록 하였다.
- 0 통계 프로그램을 이용하여 독립 표본 t-검정을 통해 유의미도를 산출하였다. 학생들의 과학적 사고력 영역의 평가 준거별 수행 수준 분포를 알아보기 위해 백분율을 산출하였다.
- 연역적 사고력을 활용한 과학 글쓰기에서 실험집단의 동일한 학생의 사전검사에서의 답안과 사후검사에서의 답안을 분석한 결과(그림4와 그림5 참조), 사전검사에서는 미세 조류에서 바이오 디젤을 추출하는 방법을 근거로 제시하고 결론을 제시하지 않은 반면, 사후검사에서는 결론을 먼저 제시하고 이에 대한 근거를 서술하였으며 이를 타당하게 하기 위해 설명도 함께 제시하였다.
- 비판적 사고력을 활용한 과학 글쓰기에서 실험집단의 동일한 학생의 사전검사에서의 답안과 사후검사에서의 답안을 분석한 결과(그림6과 그림7 참조), 사전검사에서는 자신의 주장을 모호하게 제시하였고 ‘부연’과 ‘반증’을 제시하지 않은 반면에, 사후검사에서는 자신의 주장을 명확하게 제시하고 이에 대한 ‘근거’를 서술하였으며 자신의 주장을 타당하게 뒷받침하기 위해 ‘설명’으로 바이오 연료가 친환경적이지 않은 이유, 미세 조류를 활용한 바이오연료가 친환경적인 이유 등을 제시하고 있고, 비싼 생산 단가를 언급함으로써 ‘반증’을 제시하였다.
- 과학 글쓰기 활동이 학생들의 과학적 사고력에 미치는 영향을 알아보기 위해 본 연구에서는 과학적 사고력 검사 도구와 과학 글쓰기 활동지를 개발하여 생명 과학Ⅰ 수업 시간에 적용한 후, 그 결과를 분석하였다.
- 또한 학생들이 수업 시간에 여러 유형의 과학 글쓰기 활동을 접하여 과학 글쓰기 활동에 친숙해질 수 있도록(Prain & Hand, 1999) 다양한 과학 글쓰기 유형으로 활동지를 구성하였다.
대상 데이터
- 광주광역시 소재 일반계 남자 고등학교 1학년 6개 학급 224명의 학생을 연구 대상으로 하였다. 실험집단 3개 학급과 통제집단 3개 학급을 선정하여 사전검사를 실시한 후 실험집단에서는 과학 글쓰기를 활용한 수업을 진행하였고, 통제집단에서는 강의식 수업을 진행하였다.
데이터처리
- 과학적 사고력 사전검사와 사후검사 결과 자료는 SPSS 21.0 통계 프로그램을 이용하여 독립 표본 t-검정을 통해 유의미도를 산출하였다. 학생들의 과학적 사고력 영역의 평가 준거별 수행 수준 분포를 알아보기 위해 백분율을 산출하였다.
이론/모형
- 그리고 창의적 사고력의 평가 준거는 Guilford (1956)의 창의성 구성 요소에 따라 ‘유창성’, ‘융통성’, ‘독창성’, ‘정교성’으로 구성하였다.
- 이 평가 도구에서는 평가 영역을 과학적 사고력의 네 범주인 귀납적ㆍ연역적ㆍ비판적ㆍ창의적 사고력으로 구분하여 구성하였고, 각 평가 영역에 대해 평가 기준을 설정하였는데, 평가 기준은 평가 준거와 수행 수준으로 구성되어 있다. 평가 준거는 귀납적ㆍ연역적ㆍ비판적 사고력의 경우 툴민의 논리적 접근법(Toulmin, 1958)에 따라 설정하였다. 귀납적 사고력과 연역적 사고력의 평가 준거는 ‘결론’, ‘근거’, ‘설명’으로 설정하였고, 비판적 사고력의 평가 준거에서는 ‘결론’ 대신 ‘주장’을 설정하였고, 자신의 주장의 타당성을 높이기 위해 추가적으로 제시하는 ‘부연’과 자신의 주장이나 관점과 반대되는 입장을 제시하는 ‘반증’을 추가하여 구성하였다.
성능/효과
- 통제집단의 경우 사후검사의 평균이 사전검사에 비해 낮아진 반면, 실험집단의 평균은 높아졌다. 두 집단의 사전․ 사후 평균의 변화 정도를 통계적으로 검증해보면 통제집단은 유의미한 차이가 없었으나, 실험집단은 유의수준 .01에서 유의미한 차이가 있었다. 즉 과학 글쓰기를 활용한 수업을 통해 학생들의 과학적 사고력이 향상되었음을 알 수 있다.
- 과학적 사고력 검사 결과를 과학적 사고력의 영역에 해당되는 귀납적 사고력, 연역적 사고력, 비판적 사고력, 창의적 사고력으로 구분하여 분석한 결과, 실험집단에서는 귀납적·연역적·비판적·창의적 사고력 영역에서 모두 평균 점수가 수업 처치하기 전보다 높아졌고, 통계적으로도 유의미한 차이가 있었다(표 4 참조).
- 귀납적 사고력의 평가 준거는 ‘결론’, ‘근거’, ‘설명’인데, 각 평가 준거에 대한 실험집단과 통제집단의 사전-사후검사 결과를 살펴보면, 평가 준거 ‘근거’와 ‘설명’에서 실험집단의 평균이 통계적으로 유의미하게 높았다(표 5 참조).
- 귀납적 사고력의 평가 준거별 수행 수준 분포를 백분율로 분석한 결과, 실험집단의 경우 사후검사에서 평가 준거 ‘근거’의 수행 수준 ‘상’에 해당하는 학생들의 수가 증가하였다(표 6 참조).
- 연역적 사고력의 평가 준거는 ‘결론’, ‘근거’, ‘설명’인데, 각 평가 준거에 대한 실험집단과 통제집단의 사전-사후검사 결과를 살펴보면, 실험집단은 평가 준거 ‘결론’과 ‘설명’에서 사후검사의 평균이 사전검사의 평균보다 통계적으로 유의미하게 높게 나타났다(표 7 참조).
- 사전검사에서는 미세 조류를 활용한 바이오 연료가 주목받고 있다는 결론을 쓰고 그에 대한 근거로 화석 연료의 지나친 사용이라고만 제시한 반면에, 사후검사에서는 농작물을 이용한 바이오 연료의 단점, 미세 조류를 활용한 바이오 연료의 장점 등 그 근거를 다양하게 제시하였고 이에 대한 설명도 함께 제시하였다. 따라서 과학 글쓰기 활동을 활용한 수업이 귀납적 사고력을 활용한 글쓰기에서 타당한 근거와 함께 결론을 제시하는 능력을 향상시키는데 효과가 있는 것으로 생각된다.
- 연역적 사고력의 평가 준거별 수행 수준 분포를 분석한 결과, 실험집단은 사후검사에서 사전검사보다 평가 준거 ‘결론’과 ‘설명’에서 수행 수준 ‘상’에 해당하는 학생들의 수가 증가하였으며, ‘근거’에서는 수행 수준 ‘중’과 ‘하’에 해당하는 학생들의 수가 증가하였다(표 8 참조).
- 비판적 사고력의 평가 준거별 수행 수준 분포를 분석한 결과, 실험집단의 경우 모든 평가 준거에서 수행 수준 ‘상’에 해당하는 학생들의 수가 증가하였다(표 10 참조).
- 창의적 사고력의 평가 준거는 ‘유창성’, ‘융통성’, ‘독창성’, ‘정교성’인데, 각 평가 준거에 대한 실험집단과 통제집단의 사전-사후검사 결과를 분석한 결과를 살펴보면, 실험집단은 모든 평가 준거에서 평균이 높아졌으며, 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(표 11 참조).
- 창의적 사고력을 활용한 과학 글쓰기에서 실험집단의 동일한 학생의 사전검사에서의 답안과 사후검사에서의 답안을 분석한 결과(그림8과 그림9 참조), 사전검사에서는 조류 농장에서 바이오 연료를 생산하여 자동차의 연료로 공급한다는 상식적이고 상투적인 아이디어를 단순 나열하여 제시하였다. 반면사후검사에서는 자신을 미세 조류 바이오 연료 사장이라고 가정한 참신한 아이디어를 조류 농장 운영, 바이오 디젤 자동차 개발, 화석에너지 고갈에 해당하는 항목으로 정교하게 서술하였다.
- 학생들의 창의적 사고력의 평가 준거별 수행 수준의 분포를 분석한 결과, 실험집단의 사후검사 결과를 살펴보면 모든 평가 준거에서 수행 수준 ‘중’, ‘상’에 해당하는 학생들의 수가 증가하였고, ‘하’에 해당하는 학생들의 수는 감소하였다.
- 비판적 사고력의 평가 준거별 분석 결과에서는 평가 준거 ‘주장’, ‘근거’, ‘설명’, ‘반증’에서 유의미한 향상이 있었으며, 평가 준거 ‘부연’에서 향상 정도가 낮았다.
- 셋째, 과학적 사고력의 각 영역의 평가 준거별 분석 결과, 귀납적 사고력의 경우 실험집단은 평가 준거 ‘근거’와 ‘설명’에서 유의미한 향상을 보였으며, 연역적 사고력에서는 평가 준거 ‘결론’과 ‘설명’에서 유의미한 향상을 보였다.
- 첫째, 생명 과학Ⅰ 수업에 과학 글쓰기 활동을 적용한 결과, 과학 글쓰기를 활용한 수업을 통해 학생들의 과학적 사고력이 향상되었다. 이러한 결과를 볼 때 과학 글쓰기는 학생들에게 과학적 사고력을 함양시키는 데 효과적인 학습 방법으로 판단된다.
- 둘째, 과학적 사고력 검사의 영역별 분석 결과, 과학 글쓰기를 활용한 수업을 받은 학생들은 연역적 사고력, 귀납적 사고력, 비판적 사고력, 창의적 사고력 영역에서 유의미한 향상을 나타내었다.
- 과학 글쓰기 수업 후 과학적 사고력 검사 결과, 학생들의 전체적인 과학적 사고력은 향상되었으나, 과학적 사고력의 각 영역별 평가 준거 측면에서 향상 정도는 차이가 있었다. 이는 과학적 사고력이 학생들의 다양한 변인에 의해 영향을 받으며, 과학 글쓰기 활동지의 유형과 주제, 형식에 따라 강조되는 과학적 사고력 평가 준거가 달라질 수 있기 때문으로 해석된다.
- 비판적 사고력의 평가 준거는 ‘주장’, ‘근거’, ‘설명’, ‘부연’, ‘반증’인데, 각 평가 준거에 대한 실험집단과 통제집단의 사전-사후검사를 분석한 결과를 살펴보면, 사후검사에서 실험집단은 비판적 사고력의 평가 준거 ‘주장’, ‘근거’, ‘설명’, ‘반증’에서 사전검사보다 평균이 높아졌으며, 이는 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(표 9 참조).
- 창의적 사고력에서는 평가 준거 ‘창의성’, ‘융통성’, ‘독창성’, ‘정교성’에서 유의미한 향상을 나타내었다.
후속연구
- 이 연구에서는 과학 글쓰기 활동이 과학적 사고력에 미치는 영향을 알아보고자 하였으므로 학생들의 과학적 사고력의 변화를 평가할 수 있는 도구가 필요하다. 이를 위해 과학 글쓰기를 활용한 과학적 사고력 평가 도구를 개발하였다.
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