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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 학습자의 과학적 의사소통능력과 과학 탐구 능력, 논리적 사고력과 같은 과학적 능력이 학습자의 성취능력에 어떠한 영향을 미치고, 과학적 능력들 간의 구조적인 영향과 과학적 능력별 학업성취도에 미치는 영향, 학업성취도 유형에 따른 과학적 능력이 영향을 주는 정도에 대해 연구하였다. 따라서 과학 탐구능력과 논리적 사고력이 과학적 의사소통능력에 영향을 미친다는 가설아래 각각의 능력들의 하위 영역과 기능별로 세부적인 상관관계를 분석하여, 이러한 과학적 능력들이 과학 교과나 전체 교과의 학업 성취도에 어떤 영향력을 미치고 있는지 알아봄으로써 향후 과학 교육에서 요구되는 과학적 능력을 모색하는데 기초적인 자료를 제시하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 학습자의 과학적 의사소통능력과 과학 탐구 능력, 논리적 사고력과 같은 과학적 능력이 학습자의 성취능력에 어떠한 영향을 미치고, 과학적 능력들 간의 구조적인 영향과 과학적 능력별 학업성취도에 미치는 영향, 학업성취도 유형에 따른 과학적 능력이 영향을 주는 정도에 대해 연구하였다. 따라서 과학 탐구능력과 논리적 사고력이 과학적 의사소통능력에 영향을 미친다는 가설아래 각각의 능력들의 하위 영역과 기능별로 세부적인 상관관계를 분석하여, 이러한 과학적 능력들이 과학 교과나 전체 교과의 학업 성취도에 어떤 영향력을 미치고 있는지 알아봄으로써 향후 과학 교육에서 요구되는 과학적 능력을 모색하는데 기초적인 자료를 제시하고자 한다.
- 본 연구는 초등학생들의 과학적 의사소통능력이 논리적 사고력과 과학 탐구능력에 영향을 받는다는 가설아래 각각의 과학적 능력들의 관계적 영향력을 분석하고, 이러한 과학적 능력이 과학 교과와 전체 교과의 학업 성취 수준과 평가 유형에 따른 학업 성취도와의 관계를 밝히는 데 그 목적이 있다. 연구를 위해 과학 탐구능력, 과학적 의사소통능력, 논리적 사고력 검사를 모두 실시한 초등학생 6학년 64명의 과학 성취도 평가, 과학 서술형 평가, 전체 교과의 성취도 평가와의 관계를 분석하였다.
제안 방법
- 그리고 연구 대상의 학교에서 시행된 2학기 말 성취도 평가에서 전체 교과의 학업 성취도 점수와 과학 교과의 학업 성취도 점수를 수집하였다. 과학 서술형 평가는 2012학년도 경북 교육청에서 개발한 과학과 서술형 평가 문항 개발 매뉴얼에 제시된 문항을 선별하여 사용하였으며, 이상의 성취도 평가들의 점수에 대한 각각의 과학적 능력의 상관관계를 분석하였다.
- 우선 연구 대상의 과학 탐구능력, 과학적 의사소통 능력, 논리적 사고력과 학업 성취도의 수준을 파악하고 이들의 상관관계를 비교하였다. 그리고 과학적 능력들이 교과의 종류와 학업 성취도 평가 유형에 영향을 알아보기 위해 과학적 능력의 인과 모형을 구성하여 구조적인 효과를 분석하였으며, 과학적 의사소통능력과 과학 탐구 능력, 논리적 사고력의 하위 요소 간의 상관관계를 비교함으로써 과학적 의사소통능력에 영향을 미치는 과학적 능력의 요소들을 알아보았다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
- 연구 결과는 SCST, TSPS, GALT를 개발하기 위해 측정 준거로써 제시된 기능이나 능력별 연구 대상의 성취 점수를 바탕으로 분석하였다. 그리고 연구 대상의 학교에서 시행된 2학기 말 성취도 평가에서 전체 교과의 학업 성취도 점수와 과학 교과의 학업 성취도 점수를 수집하였다. 과학 서술형 평가는 2012학년도 경북 교육청에서 개발한 과학과 서술형 평가 문항 개발 매뉴얼에 제시된 문항을 선별하여 사용하였으며, 이상의 성취도 평가들의 점수에 대한 각각의 과학적 능력의 상관관계를 분석하였다.
- 본 연구에서 과학적 능력을 크게 과학적 의사소통능력, 과학 탐구능력, 논리적 사고력으로 선정하고 선행 연구에서 이미 개발되어 사용되고 있는 검사도구 중 이러한 능력을 측정하기 위해 가장 널리 사용되고 있는 검사도구를 선정하였다. 본 연구에서 사용된 검사도구는 과학적 의사소통능력 검사도구인 SCST(Jeon, 2013), 과학 탐구능력 검사도구인 TSPS(Kwon & Kim, 1994)과 논리적 사고력 검사도구인 GALT(Roadranka et al.
- 40이다. 본 연구에서 사용한 GALT 검사도구는 21개의 문항 중 각 논리별 2개 문항씩 모두 12문항으로 이루어진 축소판을 사용하였으며, 정답에 해당하는 문항 수에 따라 인지발달 단계를 표와 같이 구분하였다.
- 학습자의 과학 및 전체 교과의 학업 성취도를 측정하기 위한 평가로 연구대상이 속한 학교의 학기 말 성취도 평가와 경북 교육청에서 개발한 과학과 서술형 평가 문항 개발 매뉴얼에 있는 문항을 활용하였다. 본 연구에서 사용한 과학 지필 평가인 경우 6학년 2학기에 학습한 에너지와 도구, 연소와 소화 단원의 내용으로 선택형 9문항, 단답형 8문항으로 구성되어 있으며, 전체 교과의 성취 평가인 경우는 학기 말 성취도 평가로 치른 국어, 수학, 사회, 과학, 영어, 음악, 미술 교과의 성취점수를 분석하였다. 과학 서술형 평가는 날씨의 변화와 여러 가지 기체의 단원에 대한 학업 성취도를 측정하는 평가로 모든 평가 문항이 서술형 문항으로 구성되어 있다.
- 과학 탐구능력이란 과학자들이 조사하고 연구에 필요한 능력으로, 학습자가 어떤 문제에 부닥쳤을 때 과학적 탐구방법에 의해 스스로 문제를 해결하는 능력이다(Kwon & Kim, 1994). 본 연구에서는 과학적 탐구능력을 기초탐구능력과 통합탐구능력으로 구분하여 제시한 TSPS(Test of Science Process Skills)를 사용하였으며, 하위 탐구 요소로 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상, 자료변환, 자료해석, 가설설정, 변인통제, 일반화로 구분하여 분석하였다. TSPS는 각각의 탐구요소마다 3개의 범교과적인 내용인 문항으로 구성되어 있으며 문항 내용의 이해를 돕기 위해 그림을 가능한 많이 사용하였으며, 측정의 편리성을 위하여 4지 선택형로 30문항 선다형 평가이며, 측정시간은 40분 이내이다.
- , 1983)이다. 연구 결과는 SCST, TSPS, GALT를 개발하기 위해 측정 준거로써 제시된 기능이나 능력별 연구 대상의 성취 점수를 바탕으로 분석하였다. 그리고 연구 대상의 학교에서 시행된 2학기 말 성취도 평가에서 전체 교과의 학업 성취도 점수와 과학 교과의 학업 성취도 점수를 수집하였다.
- 이 연구는 경남의 C시 Y초등학교의 74명의 6학년 학생을 대상으로 실시하였으며, 그 중 본 연구가 진행되면서 과학적 의사소통능력 검사, 과학 탐구능력 검사, 논리적 사고력 검사를 모두 시행한 최종 64명의 학생들을 대상으로 하였다. 연구 대상의 과학 교과 성취도 평가, 과학 교과 서술형 평가, 전체 교과의 학기 말 성취도 평가의 점수 자료를 바탕으로 각각의 과학적 능력간의 상관관계와 과학적 능력과 학업성취도의 상관관계를 분석하였다.
- 본 연구는 초등학생들의 과학적 의사소통능력이 논리적 사고력과 과학 탐구능력에 영향을 받는다는 가설아래 각각의 과학적 능력들의 관계적 영향력을 분석하고, 이러한 과학적 능력이 과학 교과와 전체 교과의 학업 성취 수준과 평가 유형에 따른 학업 성취도와의 관계를 밝히는 데 그 목적이 있다. 연구를 위해 과학 탐구능력, 과학적 의사소통능력, 논리적 사고력 검사를 모두 실시한 초등학생 6학년 64명의 과학 성취도 평가, 과학 서술형 평가, 전체 교과의 성취도 평가와의 관계를 분석하였다. 우선 연구 대상의 과학 탐구능력, 과학적 의사소통 능력, 논리적 사고력과 학업 성취도의 수준을 파악하고 이들의 상관관계를 비교하였다.
- 연구를 위해 과학 탐구능력, 과학적 의사소통능력, 논리적 사고력 검사를 모두 실시한 초등학생 6학년 64명의 과학 성취도 평가, 과학 서술형 평가, 전체 교과의 성취도 평가와의 관계를 분석하였다. 우선 연구 대상의 과학 탐구능력, 과학적 의사소통 능력, 논리적 사고력과 학업 성취도의 수준을 파악하고 이들의 상관관계를 비교하였다. 그리고 과학적 능력들이 교과의 종류와 학업 성취도 평가 유형에 영향을 알아보기 위해 과학적 능력의 인과 모형을 구성하여 구조적인 효과를 분석하였으며, 과학적 의사소통능력과 과학 탐구 능력, 논리적 사고력의 하위 요소 간의 상관관계를 비교함으로써 과학적 의사소통능력에 영향을 미치는 과학적 능력의 요소들을 알아보았다.
- 학습자의 학업 성취도 수준을 바탕으로 과학적 의사소통능력과 과학 탐구능력, 논리적 사고력과의 상관관계를 비교하였다. 먼저 선행연구를 살펴보면 과학 탐구능력과 과학 학업 성취도의 상관관계를 연구한 Walksoz &Yearny(1984)에서는 이 둘의 계수가 0.
대상 데이터
- 이 연구는 경남의 C시 Y초등학교의 74명의 6학년 학생을 대상으로 실시하였으며, 그 중 본 연구가 진행되면서 과학적 의사소통능력 검사, 과학 탐구능력 검사, 논리적 사고력 검사를 모두 시행한 최종 64명의 학생들을 대상으로 하였다. 연구 대상의 과학 교과 성취도 평가, 과학 교과 서술형 평가, 전체 교과의 학기 말 성취도 평가의 점수 자료를 바탕으로 각각의 과학적 능력간의 상관관계와 과학적 능력과 학업성취도의 상관관계를 분석하였다.
이론/모형
- 본 연구에서 논리적 사고력을 측정하기 위해 사용한 GALT(Group Assessment of Logical Thinking)검사도구는 Lawson이 개발한 검사도구(Lawson, 1978)와 TOLT(Tobin and Capie, 1980) 검사도구의 일부를 활용하여 Roadranka et al(1983)이 개발한 것이다. GALT에서 정의하고 있는 6개의 논리 유형 즉 보존 논리, 비례 논리, 변인 통제 논리, 확률 논리, 상관 논리, 조합 논리를 하위 논리라고 정의하고, 이들 일련의 사고 능력을 통틀어 논리적 사고력이라 정의하였다.
- 본 연구에서 사용된 검사도구는 과학적 의사소통능력 검사도구인 SCST(Jeon, 2013), 과학 탐구능력 검사도구인 TSPS(Kwon & Kim, 1994)과 논리적 사고력 검사도구인 GALT(Roadranka et al., 1983)이다.
- 학습자의 과학 및 전체 교과의 학업 성취도를 측정하기 위한 평가로 연구대상이 속한 학교의 학기 말 성취도 평가와 경북 교육청에서 개발한 과학과 서술형 평가 문항 개발 매뉴얼에 있는 문항을 활용하였다. 본 연구에서 사용한 과학 지필 평가인 경우 6학년 2학기에 학습한 에너지와 도구, 연소와 소화 단원의 내용으로 선택형 9문항, 단답형 8문항으로 구성되어 있으며, 전체 교과의 성취 평가인 경우는 학기 말 성취도 평가로 치른 국어, 수학, 사회, 과학, 영어, 음악, 미술 교과의 성취점수를 분석하였다.
성능/효과
- 학습자의 과학 교과 지필 평가, 과학 교과 서술형 평가, 전체 교과 지필 평가의 성취 수준은 Table 8에 나타내었다. 과학 교과에 대한 학업 성취도는 전체 교과의 학업 성취도보다 높았으며, 성취도 평가 유형에 따른 과학 교과의 성취도는 큰 차이는 없었다.
- 과학 탐구능력과 가장 높은 상관관계를 갖는 전체 교과 평가에서는 과학 교과 평가보다 더 많은 탐구 요소에서 상관관계를 나타내었다. 과학 탐구능력과 과학 교과 평가와의 관계에서 상관을 보이지 않았던 자료변환, 과학 서술형 평가에서 상관관계가 낮았던 일반화에서도 유의미한 상관관계를 나타내었다. 과학 탐구능력요소에 따라 성취도 평가와 다른 수준의 상관관계를 띄는 것은 지필 평가로서 과학적 지식이 아닌 탐구와 같은 능력을 측정하는 데 한계가 있을수 있다는 것을 의미한다.
- 초등학교 수준에서는 사실과 현상을 서술하는 능력과 제시된 근거를 정당화하는 능력이 많이 요구되고 있는 것으로 보인다. 과학교과에 대한 지필평가인 경우 의사소통 형태 중에서 글과 관련된 상관관계가 서술형 평가보다 낮고 수에 대한 상관관계가 높은 것으로 나타났다. 과학 지필 평가인 경우 대다수의 문항이 선택형으로 이루어져 있으므로 글로 표현하는 능력보다 수에 대한 이해 능력이 더 요구되는 것으로 판단된다.
- 과학교과 지필, 과학교과 서술형, 전체교과 지필 평가에서의 학습자 수준은 모든 과학적 의사 소통능력의 하위 요소와 높은 상관관계를 가지고 있다. 과학적 의사소통능력 유형과 성취도 평가의 상관관계에서도 전반적으로 높은 상관 관계를 보이고 있으며, 특히 전체 교과와의 관계에서 과학적 의사소통 능력의 서술과 설명 영역이 매우 높은 상관관계를 나타냈다. 초등학교 수준에서는 사실과 현상을 서술하는 능력과 제시된 근거를 정당화하는 능력이 많이 요구되고 있는 것으로 보인다.
- 550)를 보이고 있다. 과학적 의사소통능력과 과학 탐구능력이 가장 높은 0.550의 상관계수를 가지며 과학적 의사소통능역과 논리적 사고력은 0.461, 과학 탐구능력과 논리적 사고력은 0.488의 상관계수를 나타내었다.
- 과학 탐구능력과 논리적 사고력이 성취도 평가에 미치는 직접적인 영향보다 과학적 의사소통능력을 통한 간접적인 영향이 더 큰 것으로 나타난다. 그리고 전체 교과의 성취도 수준을 58%를 과학적 의사소통능력으로 설명할 수 있는 것으로 과학교과 지필평가의 37%, 과학교과 서술형 평가의 41%보다 훨씬 높은 영향력을 나타내고 있음을 알 수 있다.
- 둘째, 과학 탐구능력과 논리적 사고력, 과학적 의사소통능력과 학습자의 학업 성취도의 상관관계는 매우 높게 나타났다. 상관계수가 가장 낮은 논리적 사고력과 과학 서술형 평가의 상관이 0.
- 선행연구에서도 나타나듯이 국외의 학습자보다 국내의 학습자가 낮은 변인통제 능력 수준을 가지고 있다. 변인통제 요소는 과학 탐구능력과 논리적 사고력에 모두 포함되어 있는 공통 요소이지만 과학적 의사소통능력과 학업 성취도 수준과의 상관관계에서 모두 낮게 나타났다. 이 결과는 국내의 학습자의 낮은 변인통제 능력을 신장하기 위한 교육 학습 프로그램이 마련되어야 함을 시사한다.
- 특히 전체 교과 평가에서 논리적 사고력이 과학적 의사소통능력과 과학 지필평가, 과학 탐구능력과 과학 지필평가보다 상관 계수가 높게 나타났다. 보존 논리, 확률 논리, 조합 논리에서는 모든 평가와 유의미한 상관관계를 보이고 있으나, 과학 탐구능력과 마찬가지로 변인 통제와의 상관계수는 유의미한 상관관계가 나타나지 않았으며, 특히 논리적 사고력 중 상관 논리와 학업 성취도와는 무의미한 관계로 나타났다. 비례 논리인 경우에는 과학 지필평가와 전체 교과 평가와의 상관은 있으나 서술형 평가에서는 상관관계가 낮은 것으로 나타났다.
- (1985)에 의하면 논리적 사고력은 과학 교과에 대한 성적보다 전체 교과에 대한 성적에 높은 상관관계를 가짐에 따라 과학 교과 이외의 학습에도 논리적 사고력이 중요한 학습의 요인이 된다는 결과와 일치한다. 본 연구 결과에서는 과학적 의사소통능력이 과학 탐구능력과 논리적 사고력에 비해 학업 성취도 수준과 더 높은 상관관계를 가지고 있음은 과학적 의사소통능력이 현재 시행중인 교육과정의 성취수준과 부합되는 면이 많고 범교과적인 학습 요인임을 시사한다. Jeon(2014)의 연구에서 전체 교과에 대한 높은 성취 수준을 가진 학습자가 낮은 수준의 학습자보다 과학적 의사소통능력의 대부분의 하위 영역에서 우수함에도 불구하고, 학습자의 교과 성취 수준에 상관관계가 낮은 과학적 의사소통능력의 하위 영역이 존재한다는 것은 과학적 의사소통능력과 교과의 성취도 수준이 서로 완전히 일치하지 않음을 의미한다고 볼 수 있다.
- 보존 논리, 확률 논리, 조합 논리에서는 모든 평가와 유의미한 상관관계를 보이고 있으나, 과학 탐구능력과 마찬가지로 변인 통제와의 상관계수는 유의미한 상관관계가 나타나지 않았으며, 특히 논리적 사고력 중 상관 논리와 학업 성취도와는 무의미한 관계로 나타났다. 비례 논리인 경우에는 과학 지필평가와 전체 교과 평가와의 상관은 있으나 서술형 평가에서는 상관관계가 낮은 것으로 나타났다. 논리적 사고력의 하위 논리와 평가별 상관관계는 공통적인 양상을 보이는데 변인 통제 논리의 경우 지필 평가로서 측정하기 어렵거나, 평가 제작 단계에서 충분히 고려되지 않고 있는 것으로 보인다.
- 셋째, 과학 탐구능력과 논리적 사고력이 과학적 의사소통능력에 영향을 주어 학업성취도 수준에 영향을 끼칠 것이라는 모형을 통해서 과학적 의사소통능력이 전체 교과 성취 수준에 가장 큰 영향력을 가지고 있음을 알 수 있다. 과학적 의사소통능력의 함양은 초등학교 전체 교과에서 지향하고 있는 교육목표와 부합할 가능성이 크며, 이러한 과학적 의사소통능력을 함양하기 위해서는 과학 탐구능력과 논리적 사고력 등과 같은 과학적 능력의 신장이 우선되어야 함을 시사한다.
- 연구 대상의 과학 탐구능력 점수는 총점 30점을 기준으로 평균 점수가 16.58점이며 가장 낮은 학습자가 7점, 가장 높은 학습자는 26점을 나타내었다. Kim(2012)의 초등학생 과학 탐구능력 비교 조사에서는 1994년의 6학년 학생의 과학 탐구능력 점수가 18.
- Table 3은 연구 대상의 과학적 의사소통능력, 과학 탐구능력, 논리적 사고력의 평균 점수를 나타낸 것이다. 연구 대상의 과학적 의사소통 능력의 평균 점수는 전체 48점 만점을 기준으로 25.89점이다. 연구 대상의 과학적 의사소통능력 수준을 Jeon(2013)에 제시된 과학적 의사소통능력의 9단계 평정 기준에 의하여 9단계로 분류하면 Table 4와 같다.
- 과학 탐구능력과 과학 지필 평가, 과학 서술형 평가, 전체 교과 평가는 높은 상관관계를 가지며, 과학 탐구능력의 요소에 따라 그 상관관계의 차이는 Table 11에 나타내었다. 예상과 자료 해석은 모든 성취도 평가 유형에서 높은 상관관계를 가지고 있으며, 추리와 일반화 능력도 성취도 평가와 유의미한 상관관계를 보였다. 하지만 관찰, 분류, 가설 설정, 변인 통제와 같은 요소는 성취도 평가와 직접적인 상관이 없으며, 측정은 과학 서술형 평가에서, 자료변환은 전체 교과 평가에서, 일반화는 과학 지필형 평가와 전체 교과 평가에서만 영향을 주고받는 것으로 나타났다.
- 58이하이었다. 전체 6개의 각 논리 유형별 타당도 계수는 0.45~0.88이며, 평균 난이도는 0.40이다. 본 연구에서 사용한 GALT 검사도구는 21개의 문항 중 각 논리별 2개 문항씩 모두 12문항으로 이루어진 축소판을 사용하였으며, 정답에 해당하는 문항 수에 따라 인지발달 단계를 표와 같이 구분하였다.
- 첫째, 과학적 의사소통능력과 과학 탐구능력, 논리적 사고력은 서로 높은 상관관계를 가진다. 이는 과학 교육의 목표에 부합하는 이들 과학적 능력들이 서로 밀접한 관계를 가지며 서로 영향을 주고 있다는 것을 말한다.
- Table 9에서처럼 과학적 의사소통능력과 과학 탐구능력, 논리적 사고력은 과학 교과의 성취도 평가뿐만 아니라 전체 교과의 성취도와도 높은 상관관계를 가지고 있다. 특히 교육 현장에서 일반적으로 행해지고 있는 선다형과 서답형이 혼합된 성취도 평가보다 서술형 평가에서 더욱 높은 상관관계를 가지고 있는 것으로 나타났다. 그리고 교과 측면에서도 과학 교과뿐만 아니라 국어, 수학, 과학, 사회, 영어, 음악, 미술 교과를 포함한 전체 성취도 평가에서 더 높은 상관관계를 나타내고 있다.
- 과학교육에서 중요한 능력으로 여겨왔던 논리적 사고력은(Kim & Kim, 2009) 과학적 의사소통능력과 과학 탐구능력에 비해 성취도 평가와 낮은 상관 계수를 보이고 있지만, 유의미한 상관관계를 가진 것으로 나타났다. 특히 전체 교과 평가에서 논리적 사고력이 과학적 의사소통능력과 과학 지필평가, 과학 탐구능력과 과학 지필평가보다 상관 계수가 높게 나타났다. 보존 논리, 확률 논리, 조합 논리에서는 모든 평가와 유의미한 상관관계를 보이고 있으나, 과학 탐구능력과 마찬가지로 변인 통제와의 상관계수는 유의미한 상관관계가 나타나지 않았으며, 특히 논리적 사고력 중 상관 논리와 학업 성취도와는 무의미한 관계로 나타났다.
- 예상과 자료 해석은 모든 성취도 평가 유형에서 높은 상관관계를 가지고 있으며, 추리와 일반화 능력도 성취도 평가와 유의미한 상관관계를 보였다. 하지만 관찰, 분류, 가설 설정, 변인 통제와 같은 요소는 성취도 평가와 직접적인 상관이 없으며, 측정은 과학 서술형 평가에서, 자료변환은 전체 교과 평가에서, 일반화는 과학 지필형 평가와 전체 교과 평가에서만 영향을 주고받는 것으로 나타났다. 과학 탐구능력과 가장 높은 상관관계를 갖는 전체 교과 평가에서는 과학 교과 평가보다 더 많은 탐구 요소에서 상관관계를 나타내었다.
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