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문제 정의
- 특히, 2007 개정 과학과 교육과정에서는 학생들의 과학에 대한 흥미를 높이고, 창의력을 신장시키기 위한 한 방안으로 학생 스스로 관심 있는 주제를 선정하여 탐구 활동을 수행하는 ‘자유탐구’를 신설하였다(Ministry of Education and Science Technology, 2007). 자유탐구는 학생 자신이 해결할 가치가 있다고 생각하거나, 흥미를 가지고 있는 문제를 찾아 적절한 탐구 방법을 사용하여 문제를 해결하게 하는 것을 목적으로 한다.
- B-F 단계에서는 문제해결에 사용한 방법을 장단점을 토대로 다른 영역에 확장하거나 적용할 수 있는 방안을 모색한다. 즉, 학생들은 문제해결에 사용 했던 방법을 관련된 새로운 상황들에 적용하려고 시도한다. 본 연구에서는 학생들에게 탐구 계획서에 구체적인 일정과 탐구 내용 및 방법을 구체화하고, 확장 · 적용 방안을 적게 하였다.
제안 방법
- ’ 등과 같이 탐구 주제에 적절한 탐구 방법(관찰, 측정, 변인 통제 등)을 다양화하고, 비교 · 평가 과정을 통해 적합한 탐구 방법을 선택 하였다.
- 2007년 개정 과학과 교육과정에 의한 초등학교 5학년 과학 교사용지도서(Ministry of Education and Science Technology, 2011)와 선행연구를 바탕으로 총 8차시의 수업을 구안하였으며, 공휴일과 학교 행사 등으로 인해 자유탐구 활동을 지속적으로 수행하기 어려운 점(Shin & Kim, 2010)을 고려하여 3~4월에 걸쳐 개인별로 자유탐구 활동을 실시하였다.
- 공동 연구자 중 한 사람이 수업을 직접 진행하면서 학생들의 자유탐구 수행 과정을 관찰하여 태도와 행동 특징들을 기록하였다. 그리고 자유탐구 일지와 탐구 결과 발표만으로는 드러나지 않는 학생의 특성이나 상태를 더 구체적이고 심층적으로 파악할 필요가 있는 경우에는, 자유탐구 과정 중 어느 것이 얼마나, 어떻게, 왜 변했는지 등 연구에 유의적절하다고 판단되는 것들에 대해서는 상황에 따라 추가 질문을 하였다.
- 실제 과학은 학생이 비록 수준은 낮더라도 실제 과학자가 하는 것과 같은 방식으로 과학을 하게 하는 것으로, 다음과 같이 요약할 수 있다(Chinn & Malhotra, 2002; Ziman, 2000). 과학자는 자신이 흥미나 관심을 가지고 있는 현상에서 다양한 호기심 질문(curiosity question)을 찾아낸 다음, 사전 지식을 바탕으로 해결할 가치가 있다고 판단되는 질문을 선택하여 가설을 설정하고, 통제된 실험을 설계하여 수행함으로써 그 가설을 검증한다. 다음으로 동료 검토와 출판 과정을 통해 그 결과가 다른 과학자들에게 전파된다.
- 과학자들의 실제과학적 측면을 반영한 뇌기반 진화적 접근법에 따라 학생 자신이 선택한 호기심 문제를 해결하기 위한 방법들을 다양하게 고찰하여 나열(B-D)한 후, 이들을 비교 · 평가하고, 현실적으로 가장 적합하다고 판단하는 것을 선택하여 실행(B-E)하게 한 다음, 사용한 방법을 확장 · 적용 (B-E)하게 하는 과정에서 나타난 특징들을 분석한 결과는 다음과 같다.
- 과학자들은 자신이 연구할 주제를 결정하거나 해결할 문제를 구체화한 다음에는 그 주제를 연구하거나 문제를 해결할 방법들을 다양한 방식으로 모색하고, 그 중에서 가장 적절한 것을 선택하여 실행하며, 사용한 방법을 확장 · 적용하여 관련된 내용을 더 알아내거나 심화시킨다(Campbell, 1960; Hull, 1988; Simonton, 2011). 과학적 활동에 내재된 이러한 진화적 속성을 토대로 하는 뇌기반 진화적 접근법에 따른 자유탐구의 두 번째 요소와 단계 (B-DEF)로서, 학생들이 자신의 자유탐구 문제를 해결할 방법으로 다양화한 것들에 핵심적으로 수반 되는 탐구기능을 Table 2와 같이 기초 탐구기능과 통합 탐구기능으로 범주화하였다.
- 뇌기반 진화적 접근법에 따른 과학 자유탐구에 대한 학생들의 이해를 돕기 위해 주제 선정, 탐구 방법 선정, 탐구 계획서 작성, 탐구 결과 해석, 탐구 보고서 작성의 각 단계마다 학생들에게 ‘민국이의 자유탐구 일지’라는 구체적인 자유탐구 시나리오를 예시로 제시하였다.
- 과학 자유탐구를 더 효과적으로 지도할 수 있는 방안을 모색하기 위해서는, 행동 영역의 각 단계 활동의 의미와 가치에 대한 학생들의 인식도 구체적이고, 체계적으로 조사할 필요가 있다. 본 연구는 과학 태도 및 학업성취도를 주요 변인으로 하여 학생들의 자유탐구 행동영역을 분석하였다. 그러나 과학 태도 및 학업성취도 외에 호기심 문제 해결 방법의 다양화, 비교 · 선택 · 실행, 확장 · 적용 단계에 영향을 미치는 요인들을 조사 · 분석하는 후속 연구가 필요하다.
- 본 연구에서는 학생들에게 탐구 계획서에 구체적인 일정과 탐구 내용 및 방법을 구체화하고, 확장 · 적용 방안을 적게 하였다.
- 사전-사후 태도 검사 도구를 이용하여 자유 탐구 활동 후 학생의 태도 변화를 정량적으로 분석하였으며, 자유탐구 수행 과정 관찰, 심층 면담, 자유탐구 일지 분석 등 타당도와 신뢰도를 높일 수 있는 다양한 방법으로 자료를 수집 · 분석하였다.
- 이 논문에서는 초등학교 학생들이 자유탐구에서 자신이 선택한 흥미 주제나 호기심 문제를 해결하기 위한 방법들을 얼마나, 어떻게 다양하게 고안해 내고(B-D), 이들 중 어떤 것을 왜 선택하여 실행하며(B-E), 사용한 방법을 어떻게 확장 · 적용하는가 (B-F)를 정량적 · 정성적으로 분석하였다.
- 이 단계는 자신이 다양하게 고안해낸 방법론적 아이디어들을 유용성이나 현실적 여건 등을 고려하여 비교 · 평가하여 실행 하는 단계로서, 각 방법의 직접 실행이나 평가는 크게 ‘비교 · 평가 → 선택 → 실행’ 방식과 ‘실행→ 비교 · 평가 → 선택’이라는 두 가지 방식으로 이루어질 수 있는데, 시간 · 비용 많이 소요되거나 위험성이 있는 경우 Campbell(1974)과 Popper(1963) 가 제안하는 대리 시행이나 대리 테스트를 실시할 수 있으므로, 이 연구에서는 전자의 방식을 적용하였다.
- 이러한 차이의 원인이 흥미와 지식 중 무엇을 기반으로 한 것인지 알아보기 위해 학생 개별 사례를 분석하였다. 태도와 학업성취도 모두 ‘상’에 속하는 B1-1 유형의 학생은 다양화한 탐구 방법 중 탐구주제에 부합하는 방법을 선택하여 적절한 탐구 일정에 따라 탐구 계획을 구체적으로 작성하였다.
- 자유탐구를 실시하기 전에 뇌기반 진화적 요소를 반영한 전체적인 자유탐구 과정에 대한 시나리오와 각 단계별로 상응하는 양식으로 일지를 개발 하였다. 자유탐구 시나리오와 자유탐구 일지를 각 단계마다 투입하여 학생들에게 이 자유탐구의 각 단계와 내용을 자세하게 안내하였다.
- 전체적으로 과학 태도 점수와 학업성취도가 높은 집단일수록 자신의 탐구 방법을 체계화하여 탐구 계획서를 구체적으로 제시하였다. 태도와 학업성취도 변인 모두 탐구 방법의 구체화와 확장 · 적용에 중요하게 작용함을 알 수 있다.
- 정의적 영역의 A-E 단계에서 선택한 흥미 주제나 호기심 문제를 해결할 탐구 계획을 세울 때 알아내고 싶은 방법들을 모두 적어 보고 (B-D), 각 방법의 장 · 단점, 현실성, 유용성 등을 고려하여 비교한 후, 자신의 탐구 주제에 적절한 탐구 방법을 한 가지 선택하여 실행하게 하였다(B-E).
- 탐구 계획서를 탐구 방법, 탐구 내용, 탐구 일정, 확장 · 적용 방식 등이 적절하고 구체적인가에 따라 상(3점), 중(2점), 하(1점)로 구분하여 분석하였다.
- 탐구 방법에 핵심적으로 수반되는 탐구기능으로 학생들이 가장 많이 선택한 관찰의 구체적인 방법에 대한 응답을 통해 관찰의 질적 차이를 알아보았다. Martin-Hansen(2002)은 관찰자는 관찰 대상의 모양, 느낌, 냄새, 온도, 색 등을 볼 뿐 아니라, 무엇인가를 하기 전과 후에 나타나는 변화도 보기 때문에, 관찰에는 시각적인 것뿐 아니라, 촉각과 후각 등 인간의 오감이 모두 사용되는 것으로 정의하고, 관찰 대상의 상태뿐 아니라 변화도 관찰의 대상이 되는 것으로 보았다.
- 학생들이 다양화하고 선택한 탐구 방법의 특징을 알아보기 위해 다양화한 탐구 방법의 주제 부합성과 합리성을 토대로 탐구 방법의 개수에 따라 1점씩 부여하였다. 초등 과학 교육을 전공한 현장교사 3인이 채점하였고, 채점자간 상관계수는 .
대상 데이터
- 이 학교가 속한 학군은 학생의 학업성취도가 비교적 낮고, 가정 형편이 여유 있는 편은 아니어서 대부분 학교 수업에 의존하는 편이다. 2007 개정 과학과 교육과정의 시행에 따라 이전 학년에서 자유탐구 활동을 해본 경험이 있는 4, 5학년 중에서 발달 단계상 4학년과 비교하여 과학 탐구 능력과 구체적 조작 능력이 높고, 연구자가 관찰과 면담을 위한 접근의 용이성과 자료 수집의 가능성 등을 고려하여 5학년을 선정하였다.
- 본 연구는 서울 소재 S 초등학교 5학년 4개 반 (106명)을 대상으로 하였다. 이 학교가 속한 학군은 학생의 학업성취도가 비교적 낮고, 가정 형편이 여유 있는 편은 아니어서 대부분 학교 수업에 의존하는 편이다.
- 학생들이 다양화하고 선택한 탐구 방법의 특징을 알아보기 위해 다양화한 탐구 방법의 주제 부합성과 합리성을 토대로 탐구 방법의 개수에 따라 1점씩 부여하였다. 초등 과학 교육을 전공한 현장교사 3인이 채점하였고, 채점자간 상관계수는 .75이상이었다. 탐구 방법의 다양화와 선택 과정에서 나타나는 특성들을 과학 태도와 학업성취도 수준에 따라 상세히 알아보기 위해 Table 3과 같이 9개 집단(B1~B9)으로 범주화하였다.
이론/모형
- 본 연구는 뇌기반 진화적 요소를 반영한 자유탐구 활동을 통해 Lim et al.(2012)에서와 마찬가지로 학생의 태도와 탐구 수행 과정을 알아보기 위하여 정량적 검사 도구와 정성적 검사 도구를 함께 사용하였다. 사전-사후 태도 검사 도구를 이용하여 자유 탐구 활동 후 학생의 태도 변화를 정량적으로 분석하였으며, 자유탐구 수행 과정 관찰, 심층 면담, 자유탐구 일지 분석 등 타당도와 신뢰도를 높일 수 있는 다양한 방법으로 자료를 수집 · 분석하였다.
- 이 논문에서는 뇌기반 진화적 접근법에 따른 초등학교 학생들의 과학 자유탐구 중에서 정의적 영역의 활동(A-DEF)을 분석한 Lim et al.(2012)의 연구와 연계하여, 행동적 영역인 B-DEF에 초점을 맞추어 분석하였다.
- 2007년 개정 과학과 교육과정에 의한 초등학교 5학년 과학 교사용지도서(Ministry of Education and Science Technology, 2011)와 선행연구를 바탕으로 총 8차시의 수업을 구안하였으며, 공휴일과 학교 행사 등으로 인해 자유탐구 활동을 지속적으로 수행하기 어려운 점(Shin & Kim, 2010)을 고려하여 3~4월에 걸쳐 개인별로 자유탐구 활동을 실시하였다. 학생들의 자유탐구는 전체적으로 Lim(2009, 2012)이 제시한 뇌기반 진화적 접근법에 따른 과학교수학습 모형과 창의적 과학 문제해결 지도 모형을 토대로 수행되었고, 핵심적인 요소와 단계들은 Table 1과 같다. 뇌기반 진화적 접근법에 따른 과학 자유탐구에 대한 학생들의 이해를 돕기 위해 주제 선정, 탐구 방법 선정, 탐구 계획서 작성, 탐구 결과 해석, 탐구 보고서 작성의 각 단계마다 학생들에게 ‘민국이의 자유탐구 일지’라는 구체적인 자유탐구 시나리오를 예시로 제시하였다.
성능/효과
- 둘째, 초등학교 학생들이 다양화하고 선택한 호기심 문제에 대한 해결 방법은 주로 인과적 설명보다 서술적 설명을 추구하는 것들이었다.
- 셋째, 호기심 문제를 해결할 방법을 제시한 수와 적절한 탐구방법을 선택하는 것에는 과학 태도와 학업성취도 요인이 모두 관련되는데, 두 요인이 모두 높은 학생일수록 호기심 주제에 적절한 탐구 방법을 다양하게 제시 · 적용하였고, 학업성취도가 ‘하’인 집단은 주제에 적절한 탐구 방법을 선택하고, 확장 · 적용하는 데 어려움을 겪었다.
- 이것으로 보아 탐구 방법을 구체화하고 확장 · 적용하는 데는 흥미와 지식이 따로 영향을 미치는 것이 아니라, 흥미와 지식이 모두 복합적으로 영향을 미친다고 할 수 있다.
- 전체적으로, 과학 태도 점수와 학업 성취도가 높을수록 주제에 적절한 탐구 방법을 다양하게 제시 하였고, 학업성취도가 ‘하’인 집단은 주제에 적절한 탐구 방법을 선택하는 데 어려움을 겪었다.
- 첫째, 학생들은 교과서에 제시된 전형적인 탐구 활동에 익숙해져 있고, 자율적 탐구에 대한 경험이 적어서 기초 탐구 기능을 선호하였으며, 그 중 관찰을 자신의 주제에 적절한 탐구 방법으로 선택한 학생이 가장 많았다. 이는 관찰이나 측정의 탐구 방법이 쉽고, 결과가 정확하기 때문이며, 학생들은 주로 편리성과 정확성을 기준으로 자신의 탐구 방법을 선택하였다.
- 태도는‘하’, 학업성취도는 ‘상’에 속하는 B7 유형의 학생은 연구 대상 106명 중 4명으로 소수에 불과하지만, 학생별로 차이가 커서 탐구 방법을 다양화한 학생이 있었으나, 일부 학생은 자유탐구 일지를 불성실 하게 작성하여 태도 점수는 비슷하지만, 학업성취도가 더 낮은 집단보다 다양화 점수가 낮았다.
후속연구
- 그러나 과학 태도 및 학업성취도 외에 호기심 문제 해결 방법의 다양화, 비교 · 선택 · 실행, 확장 · 적용 단계에 영향을 미치는 요인들을 조사 · 분석하는 후속 연구가 필요하다.
- 또한, 과학자들의 과학적 활동은 과학자 개인 수준에서 수행되기도 하지만, 비슷한 전공 분야나 인접한 학문 분야에 종사하는 여러 과학자들이 공동으로 수행하는 경우도 많기 때문에, 뇌기반 진화적 접근법에 따른 자유탐구를 개인과 소집단 형태로 수행하게 하여 그 특성과 효과들을 밝히고, 이러한 자유탐구 경험이 과학의 본성, 특히 과학과 과학적 활동의 진화적 속성에 대한 학생들의 인식에 미치는 영향에 관한 체계적 연구도 필요하다.
- 이 학생들은 자유탐구에 대한 의욕이 매우 낮았고 탐구 방법을 다양화하지 못했다. 탐구 의욕과 다양화 정도가 구체적으로 어떤 관계가 있는가에 대해서는 체계적인 후속 연구가 필요하다.
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