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문제 정의
- 따라서 이 연구에서는 초등학생들의 창의성 신장을 위해 수업 흐름은 CPS 모형의 단계를 따르며, 수업 내용은 과학수사의 요소를 활용한 교육프로그램을 구성하였다. 수업의 전략적 측면에서는 과학 탐구기능과 창의적 사고를 할 수 있도록 구성하여 초등 영재의 과학 창의적 문제해결력 신장을 위한 과학수사 프로그램을 개발하고, 적용하여 그 효과성을 확인하고자 하였다.
- 이 연구에서는 과학수사의 교육 요소를 활용하여 초등 영재의 과학 창의적 문제해결력 신장을 위한 과학수사 프로그램을 개발․적용하고, 그 효과를 확인하고자 하였다.
제안 방법
- 과학영재를 대상으로 하는 이 연구에서는 CPS 모형 단계에 맞게 문제를 해결하도록 하되, 활동의 특성이나 필요에 따라 일부 단계를 뛰어넘거나 생략할 수 있도록 유연하게 구성하였다. CPS 모형의 관심 영역 발견, 자료 탐색, 문제 인식 단계에서는 과학 탐구 기능 중 주로 문제인식 능력을 기를 수 있도록 하였으며, 아이디어 발견 단계에서는 가설 설정 능력을, 계획하기 단계에서는 실험 설계 능력을 기를 수 있도록 하였다. 마지막 실행 단계에서는 해결책 도출 능력을 기를 수 있도록 하였다(Kim, 2006).
- 과학수사 프로그램은 주제별로 3~6시간씩 묶어 총 6차시(18시간)로 구성하였다[Table 2]. 각 차시는 CPS 모형을 기반으로 하는 프로그램 개발의 틀에 따라 구성하였으며, 학생들이 문제 발견, 가설 설정, 실험 설계, 해결책 도출 과정을 경험하면서 발산적 사고와 수렴적 사고를 균형 있게 사용하도록 하였다.
- 개발한 과학수사 프로그램이 학생들의 과학 창의적 문제해결력의 신장에 효과가 있는지 알아보기 위하여 수업 적용 전과 후에 과학 창의적 문제해결력 검사를 실시하였다. 사전 검사와 사후 검사 평균 차이가 통계적으로 유의미한지 확인하기 위하여 SPSS 18.
- 검사 결과를 토대로 과학 창의적 문제해결력의 하위 요소인 창의적 사고와 과학 탐구 기능의 점수를 분석하였다. 과학수사 프로그램의 적용 후 과학 창의적 문제해결력 점수는 49.
- 과학 탐구 기능은 통합 탐구 기능인 문제 인식, 가설 설정, 실험 설계, 해결책 도출 능력을 바탕으로, 창의적 사고인 발산적 사고와 수렴적 사고를 기를 수 있도록 구성하였다(Fig. 2).
- 과학수사 프로그램 종료 후, 설문지를 활용하여 과학수사 프로그램에 대한 학생들의 평가를 실시하였다. 학생들은 프로그램의 구성과 진행에 있어 체계적이고 구조적이었음에 동의하였다.
- 과학수사 프로그램이 진행되는 동안 학생들의 변화 과정을 살피기 위하여 점수 변화가 뚜렷한 학생들을 선정하고, 그 학생들의 활동지를 정성분석 하였다. 정성분석의 대상을 선정하기 위하여 학생별 과학 창의적 문제해결력의 사전․사후 점수를 살펴보았다.
- 구체적으로 과학 지식으로는 과학수사와 관련된 문헌 분석을 통해 추출한 4가지 교육적 요소(미세증거물, 혈액 & 혈액형, 지문, DNA 지문)를 대상으로 하였다.
- 학생 A는 수업 초기에 사건과 관련된 용의자들에 대한 분석을 할 때 다른 학생들과는 달리 알리바이만으로 용의자에서 제외시킬 수 있는 6명의 학생을 정확하게 찾아냈다. 그렇게 결정한 이유 또한 타당성, 검증가능성, 중요성을 고려하여 서술하였다. 이를 통해 수업 초기에 학생 A의 수렴적 사고 능력이 상당히 높은 수준에 있었음을 알 수 있다.
- 따라서 이 연구에서는 초등학생들의 창의성 신장을 위해 수업 흐름은 CPS 모형의 단계를 따르며, 수업 내용은 과학수사의 요소를 활용한 교육프로그램을 구성하였다. 수업의 전략적 측면에서는 과학 탐구기능과 창의적 사고를 할 수 있도록 구성하여 초등 영재의 과학 창의적 문제해결력 신장을 위한 과학수사 프로그램을 개발하고, 적용하여 그 효과성을 확인하고자 하였다.
- 0을 이용하여 t-검정 분석을 하였다. 또한, 프로그램이 진행되는 동안 학생들의 창의적 문제해결력의 변화 과정을 살피기 위하여 학생 활동지와 설문지를 정성분석하였다. 수업이 끝난 후 과학수사 프로그램에 대한 의견을 알아보기 위해 설문하였다.
- 과학수사 프로그램의 개발에 앞서 과학수사와 관련된 문헌 분석을 통하여 초등 영재 고학년 학생들이 학습할 만한 교육 요소들을 선정하였다. 문헌 분석을 토대로 초등 영재 학생의 수준에 적합한 주제들을 미세증거물, 혈액, 지문, DNA 지문으로 선정하였다.
- 또한, 프로그램이 진행되는 동안 학생들의 창의적 문제해결력의 변화 과정을 살피기 위하여 학생 활동지와 설문지를 정성분석하였다. 수업이 끝난 후 과학수사 프로그램에 대한 의견을 알아보기 위해 설문하였다.
- 과학 창의적 문제해결력은 과학의 지식과 탐구 기능을 기반으로 발산적 사고와 수렴적 사고를 통해 문제를 해결해 나가는 것을 말한다. 이 연구에서는 과학 창의적 문제해결력의 3요소를 과학 지식, 창의적 사고, 과학 탐구 기능으로 보았고, 과학 창의적 문제해결력 신장을 위해 이 3요소를 기반으로 프로그램을 구성하였다.
- 이 연구에서는 영재학급의 특성상 실험집단, 통제집단을 따로 설정하지 못하고, 단일집단 사전·사후 검사 설계 방법을 사용하였다.
- 이러한 선행연구 분석을 토대로 과학 창의적 문제해결력의 3요소를 과학의 지식, 과학탐구 기능, 그리고 창의적 사고로 보았다. 구체적으로 과학 지식으로는 과학수사와 관련된 문헌 분석을 통해 추출한 4가지 교육적 요소(미세증거물, 혈액 & 혈액형, 지문, DNA 지문)를 대상으로 하였다.
- 과학수사 프로그램이 진행되는 동안 학생들의 변화 과정을 살피기 위하여 점수 변화가 뚜렷한 학생들을 선정하고, 그 학생들의 활동지를 정성분석 하였다. 정성분석의 대상을 선정하기 위하여 학생별 과학 창의적 문제해결력의 사전․사후 점수를 살펴보았다. 개인 분석은 사전․사후 점수 향상 폭이 가장 큰 학생 M, 사후 점수가 가장 높은 학생 C, 사전, 사후 모두 상 집단에 속한 학생 A, 그리고 사전․사후 점수 향상 폭이 낮은 학생 R을 대상으로 하였다[Fig.
- 첫째, 초등학교 영재들의 수준과 능력에 적합한 과학수사의 교육 요소들을 선정하고, CPS 모형을 기반으로 하는 프로그램 개발 틀에 따라 초등 영재를 위한 6차시(18시간) 분량의 과학수사 프로그램을 개발하였다.
- 프로그램이 진행될수록 점차 용의자의 폭을 좁혀 나가도록 하기 위하여, 교육 요소(증거물)가 일반성을 띄는 것에서부터 사람 개인의 개별성과 특이성이 심화되는 것(미세증거물→혈흔 & 혈액형→지문→DNA 지문) 순으로 배치하였다.
대상 데이터
- 개인 분석은 사전․사후 점수 향상 폭이 가장 큰 학생 M, 사후 점수가 가장 높은 학생 C, 사전, 사후 모두 상 집단에 속한 학생 A, 그리고 사전․사후 점수 향상 폭이 낮은 학생 R을 대상으로 하였다(Fig. 3).
- 과학수사 프로그램의 개발에 앞서 과학수사와 관련된 문헌 분석을 통하여 초등 영재 고학년 학생들이 학습할 만한 교육 요소들을 선정하였다. 문헌 분석을 토대로 초등 영재 학생의 수준에 적합한 주제들을 미세증거물, 혈액, 지문, DNA 지문으로 선정하였다.
- 연구대상은 경기도 S초등학교 부설 영재학급 6학년 18명으로, 여학생 10명과 남학생 8명으로 구성되었다. 대상 학생 중 4명은 1년간 영재교육을 받았고, 교육에서 상위 30% 내에 속하여 자동 진급된 학생이었다.
- 이러한 결과가 천장효과(ceiling effect) 때문일 수도 있으나, 학생 A는 수렴적 사고 능력이 이미 수업 초기부터 높은 수준에 도달해 있어 수업 프로그램의 영향을 덜 받은 것으로 추정된다. 학생 A는 수업 초기에 사건과 관련된 용의자들에 대한 분석을 할 때 다른 학생들과는 달리 알리바이만으로 용의자에서 제외시킬 수 있는 6명의 학생을 정확하게 찾아냈다. 그렇게 결정한 이유 또한 타당성, 검증가능성, 중요성을 고려하여 서술하였다.
데이터처리
- 개발한 과학수사 프로그램이 학생들의 과학 창의적 문제해결력의 신장에 효과가 있는지 알아보기 위하여 수업 적용 전과 후에 과학 창의적 문제해결력 검사를 실시하였다. 사전 검사와 사후 검사 평균 차이가 통계적으로 유의미한지 확인하기 위하여 SPSS 18.0을 이용하여 t-검정(t-test)으로 분석하였다.
- 사전·사후 검사의 평균 차이가 통계적으로 유의미한지 확인하기 위하여 SPSS 18.0을 이용하여 t-검정 분석을 하였다.
이론/모형
- 과학 창의적 문제해결력 신장이라는 교육 목표의 효율적 달성을 제고하기 위하여 교육프로그램은 기본적으로 CPS 모형(Isaksen et al., 1994)을 기반으로 하였다. 과학영재를 대상으로 하는 이 연구에서는 CPS 모형 단계에 맞게 문제를 해결하도록 하되, 활동의 특성이나 필요에 따라 일부 단계를 뛰어넘거나 생략할 수 있도록 유연하게 구성하였다.
- 이 연구에서는 영재학급의 특성상 실험집단, 통제집단을 따로 설정하지 못하고, 단일집단 사전·사후 검사 설계 방법을 사용하였다. 이 연구에서 개발된 과학수사 수업 프로그램이 과학 창의적 문제해결력에 미치는 효과를 측정하기 위해 Park(2010)이 개발한 과학 창의적 문제해결능력 검사지를 활용하였다. 사전·사후 검사의 평균 차이가 통계적으로 유의미한지 확인하기 위하여 SPSS 18.
- 이에 이 연구에서는 초등 영재들의 과학 창의적 문제해결력을 측정하기 위하여 Park and Kang(2012)의 과학 창의적 문제해결능력 검사 도구를 활용하였다(Table 1).
성능/효과
- 과학 창의적 문제해결력의 하위 요소인 창의적 사고(발산적 사고, 수렴적 사고)와 과학 탐구 기능(문제 인식, 가설 설정, 실험 설계, 해결책 도출)에서 유의미한 효과가 있었다(p<.05).
- 과학 탐구 기능에서 문제인식에 해당하는 점수는 사전에 비해 사후에 2.17점이 상승하였으며, 가설 설정 점수는 3.33점, 실험 설계는 4.50점, 해결책 도출은 3.39점으로 향상되었다. 대응표본 t-test 분석 결과, 과학 탐구 기능의 각 요소들은 사전-사후의 점수가 유의미한 차이(p<.
- 과학수사 프로그램의 적용 후 과학 창의적 문제해결력 점수는 49.83점으로 사전 점수 36.44점에 비하여 13.39점 향상되었다(Table 3).
- 그러나 수업 후기에는 창의적인 답을 다양하게 창출하였고[Table 6], 또한 교사의 질문에 다른 학생들에 비해 창의적으로 빠르게 답하였다. 구체적으로, 혈흔과 관련하여 실험 가능한 문제를 생성하는 활동에서 실험 가능한 문제를 잘 생성하였고, 지문을 쉽게 관찰하는 방법, DNA를 간단히 관찰하는 방법 등 다른 학생들이 다소 답하기 어려워하는 문제에 대해서도 비교적 쉽게 독창적인 답을 산출하였다. 프로그램 중반 이후 학생 M은 영재학급 홈페이지에 수업 성찰 일지를 3회에 걸쳐 올리면서 수업에 관하여 스스로 피드백을 하려고 노력하였다.
- 넷째, 프로그램에 대한 학생들의 평가 설문을 분석한 결과, 과학수사 프로그램이 초등 영재의 과학 창의적 문제해결력을 향상시킬 수 있는 프로그램이라는 긍정적인 평가를 받았다. 학생들은 수업을 통해 지적 호기심과 흥미가 유발되고, 고정관념을 탈피할 수 있었고, 다양한 각도에서 사고할 수 있었다고 응답하였다.
- 대응표본 t-test 분석 결과 창의적 사고의 하위 요소들은 사전-사후의 점수가 유의미한 차이(p<.05)를 나타내었다.
- 대응표본 t-test 분석 결과, 과학 탐구 기능의 각 요소들은 사전-사후의 점수가 유의미한 차이(p<.05)를 나타내었다.
- 수업 후반부에도 학생 A는 초기와 마찬가지로 다양한 아이디어를 산출할 수 있는 발산적 사고가 활발하게 이루어짐을 확인할 수 있었다. 더욱이 과학 탐구 기능을 확인하고자 하는 실험 설계 활동 (혈흔과 관련된 실험 설계)에서도 타당성, 검증가능성, 정확성, 일관성, 정밀성 측면에서의 고려가 충분히 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다. 이런 결과로 보아 과학수사 프로그램의 구성에 과학탐구기능의 요소를 포함시킨 것이 주어진 문제를 탐구하는데 필요한 기본적인 탐구기능의 학습에도 효과적이었음을 알 수 있다.
- 둘째, 개발한 과학수사 프로그램은 초등 영재의 과학 창의적 문제해결력이 신장되는 효과가 있었다. 과학 창의적 문제해결력의 하위 요소인 창의적 사고(발산적 사고, 수렴적 사고)와 과학 탐구 기능(문제 인식, 가설 설정, 실험 설계, 해결책 도출)에서 유의미한 효과가 있었다(p<.
- 둘째, 개발한 프로그램이 초등 영재의 과학 창의적 문제해결력 신장에 미치는 효과를 확인한다.
- 수업을 시작할 때부터 수업 주제에 대한 관심과 만족도가 높은 학생이었다. 또한 수업 시간이 지속되면서 반복 되는 높은 횟수의 발표를 통해 수업 내용에 대한 자신감을 보여주었다. 학생 C의 사전, 사후 과학 창의적 문제해결력의 요소별 점수를 보았을 때, 눈에 띄는 점은 사전 점수에서 창의적 사고와 과학 탐구 기능은 전반적으로 평균보다 높은 점수를 받았으나, 가설 설정 영역에서만 전체 평균인 8.
- 주제에 대한 학생들의 높은 흥미가 호기심을 자극하고, 적극적인 참여를 유도하였다. 또한 허용적인 수업 분위기와 학생 스스로 문제를 해결해 나가는 수업의 구조가 학생들의 과학 창의적 문제해결력 증진을 도왔음을 알 수 있었다.
- 67점이 향상되었다. 수렴적 사고의 하위 요소를 살펴보면 타당성은 1.94점, 검증 가능성과 정확성은 1.33점, 일관성은 0.94점, 중요성은 0.89점, 정밀성은 0.5점이 향상되었다. 대응표본 t-test 분석 결과 창의적 사고의 하위 요소들은 사전-사후의 점수가 유의미한 차이(p<.
- 수업 후기에도 초기와 마찬가지로 수렴적 사고와 발산적 사고가 잘 드러나는 응답들을 하였다. 수업 후기 3~4차시 활동에서 가설을 설정하고 실험을 설계하는 것을 어려움 없이 해나가는 것을 확인할 수 있다. 사전 지식이 충분하지 않은 5~6차시 전기영동 수업 시간에는 제시된 자료의 내용을 꼼꼼하게 기록하면서 기존에 가지고 있는 지식에 새로운 정보들을 조합해 나가는 모습을 볼 수 있었다.
- 이를 통해 수업 초기에 학생 A의 수렴적 사고 능력이 상당히 높은 수준에 있었음을 알 수 있다. 수업 후반부에도 학생 A는 초기와 마찬가지로 다양한 아이디어를 산출할 수 있는 발산적 사고가 활발하게 이루어짐을 확인할 수 있었다. 더욱이 과학 탐구 기능을 확인하고자 하는 실험 설계 활동 (혈흔과 관련된 실험 설계)에서도 타당성, 검증가능성, 정확성, 일관성, 정밀성 측면에서의 고려가 충분히 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다.
- 더욱이 과학 탐구 기능을 확인하고자 하는 실험 설계 활동 (혈흔과 관련된 실험 설계)에서도 타당성, 검증가능성, 정확성, 일관성, 정밀성 측면에서의 고려가 충분히 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다. 이런 결과로 보아 과학수사 프로그램의 구성에 과학탐구기능의 요소를 포함시킨 것이 주어진 문제를 탐구하는데 필요한 기본적인 탐구기능의 학습에도 효과적이었음을 알 수 있다.
- 이를 통해 과학수사 프로그램이 초등 영재학생들의 특성에 맞게 접근하고 있으며, 학생들의 관심도를 높이고 과학적 원리를 경험하게 하여 다각 도로 사고하게 하는 체계적인 수업이었음을 알 수있었다(Fig. 4).
후속연구
- 과학수사 분야는 간학문적 성격을 지닌 학문이다. 그러므로 과학의 여러 학문 분야뿐 아니라, 언어, 사회 등 그 밖의 여러 학문들과의 통합적인 구성을 통해 보다 확장된 학문 융합 적인 프로그램을 구성해 볼 수도 있을 것이다.
- 실제로 과학수사 프로그램이 진행되는 동안 학생들은 자기 자신을 과학자처럼 생각하면서 적극적으로 참여하였다. 다만 이 연구에서 개발한 과학수사 프로그램이 과학 창의적 문제해결력 신장에 있어서 유의미한 효과가 있었으나, 학생별로 효과의 폭이 상이하므로 과학수사에 대한 학생들의 사전 이해도나 관심에 따른 다양한 수준의 프로그램 개발이 요구된다. 과학수사 분야는 간학문적 성격을 지닌 학문이다.
- 첫째, 초등 영재의 과학 창의적 문제해결력 신장을 위한 과학수사 프로그램을 개발한다.
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