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문제 정의
- 실험 목적과 더불어 실험 목적에서 밝힌 사실과 관련된 내용을 자연현상이나 실생활에서 찾아 적도록 함으로써 학생들이 실험 목적을 보다 명확히 파악하는 것뿐만 아니라 실험 학습에 대한 동기부여와 개념 이해의 폭을 넓히는 데 도움을 주고자 하였다(White & Frederiksen, 1998).
- 일반물리실험2 강좌는 실험집단과 비교집단 모두 전자기와 광학 분야의 동일한 11개 실험으로 구성 되었으며, 수업이 진행되는 과정은 동일한 강의자에 의해 동일한 방법으로 진행되었고, 단지 전체 보고서의 양식 중 수업 이후 학생들이 작성하는 부분만 차이가 있다. 실험집단에게는 1차시 강의 소개를 하며 반성적 사고를 강조한 실험 보고서의 작성 방법에 대해 간단히 소개하였다.
- 이 연구는 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 사용하였을 때 학습자의 메타인지능력과 탐구능력이 향상되는 것을 밝힘으로써 대학생을 대상으로 하는 일반물리실험에서 이러한 실험보고서의 적용 가능성을 탐색하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 한 학기동안 일반물리실험에서 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 사용한 실험집단과 일반적인 실험 보고서를 사용한 비교집단의 메타인지능력과 탐구 능력의 변화를 비교하고, 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 사용한 학생들의 의견을 조사하였다.
- 이 연구에서는 학생들의 탐구능력을 조사하기 위해 White & Frederiksen(1998)이 개발한 ‘연구 평가를 위한 기준(Criteria for Judging Research)’을 번안한 Jeong(2011)의 탐구 단계별 반성적 자기평가 활동지를 바탕으로 학생들이 스스로 자신의 탐구능력을 평가하는 자기평가식 설문지를 개발하였다.
- 이 연구의 목적은 실험 준비 및 수행을 위한 추가적인 시간 사용이 필요 없이 학생들의 반성적 사고를 강조한 실험보고서의 적용 가능성을 탐색하는 것이다. 이 연구는 중·고등학교 학생이 아닌 예비과학교사인 대학생을 대상으로 진행되었다.
- 이를 위해 이 연구에서는 반성적 사고를 강조한 실험보고서 양식을 개발하였다. 반성적 사고는 다양한 의미로 해석이 가능하다.
제안 방법
- 각 문항에 대해 학생들은 자신의 의견을 솔직히 표현할 수 있도록 자유롭게 기술하도록 하였으며, 학생들이 기술한 내용을 본 연구의 연구자 1인을 포함한 과학교육을 전공하는 석사과정 2인이 긍정적, 부정적, 또는 중립적으로 분류하였다. 단, 탐구능력에 대한 효과는 Likert 척도를 사용하여 조사하였다.
- 886이었다. 문항 추출에 대해서는 과학교육 전문가 2인, 과학교육 전공의 석사 1인, 석사과정 2인을 통해 타당도를 검증하였다.
- 반성적 사고를 강조한 실험보고서는 Larson의 RERUN에서 학생들의 사고를 촉지하기 위해 제시문을 추가, 변형하였다. 예를 들어, 첫 번째 단계인 [Recall]은 Larson의 RERUN에서는 단순히 실험실에서 물리적으로 한 내용, 실험 절차를 기억해서 적도록 되어있는 반면, 본 연구에서 변형한 실험보고서에서는 단순한 실험 절차 이외에 이 실험 절차가 통해 무엇을 알아보기 위해 필요한 것인지 적도록 함으로써 학생들의 사고를 촉진시키고자 하였다.
- 설문지의 구성은 Table 1과 같이 반성적 사고를 강조한 실험보고서 작성이 복습과 메타인지, 탐구능력 향상에 효과적인지 여부를 묻는 문항과 이 형식이 실험보고서로서 적합한지, 교사가 된다면 이 실험보고서 형식을 도입할 의사가 있는지와 이 보고서 양식의 개선이 필요한지, 있다면 그 내용이 무엇인지를 묻는 내용으로 구성되었다.
- 추출한 내용의 검증은 과학교육 관련 전문가 2인, 과학교육 전공 석사 1인, 석사과정 2인과 함께 하였다. 원래 이 활동지는 학생들이 자기 자신의 탐구 활동을 5단계 Likert 척도를 사용하여 평가하고 그렇게 평가한 근거를 기술하는 9개의 문항으로 구성되어 있는데, 본 연구에서는 평가 근거를 기술하는 부분을 제외하고 5단계 Likert 척도로 평가하는 부분만 사용하였다. 학생들의 탐구능력 점수는 각 문항 당 5점, 총 45점 만점이다.
- 90로 나타냈다. 이 검사지는 원래 8개의 하위요소로 구성되어 있으나, 이 연구에서는 디버깅 전략을 제외하고 선언적 지식, 절차적 지식, 조건적 지식, 계획, 정보처리전략, 모니터링, 평가 등 7개의 하위요소에 관한 문항을 사용하였으며, 반성적 사고와 관련이 깊은 문항 중 내용이 유사한 문항을 제외하고 각 하위요소 당 3~4개씩 추출하여 모두 23개 문항을 사용하였다. 각 문항은 5단계 Likert 척도를 사용하고 있으며, 학생들의 메타인지 점수는 각 문항 당 5점, 전체 115점을 만점으로 하였다.
- 이 연구에서 사용한 반성적 사고를 강조한 실험 보고서는 Larson(1991)이 과학적 글쓰기를 위해 실험보고서 작성 양식으로 개발한 RERUN을 변형하여 사용하였다. RERUN은 다섯 단어의 첫 글자를 따서 만든 용어로, 각 단어는 다음과 같은 의미를 가지고 있다.
- 이 연구에서는 실험집단과 비교집단을 대상으로 학기초와 학기말, 두 차례에 걸쳐 메타인지 검사와 탐구능력 검사를 수행하여, 두 집단의 메타인지능력 및 탐구능력의 변화를 비교하였다.
- 이 연구에서는 한 학기동안 일반물리실험 강좌에서 반성적 사고를 강조하는 실험보고서 양식을 사용하여 실험보고서를 작성하게 하고 학생들의 메타인지능력과 탐구능력의 변화를 기존의 일반적인 실험보고서를 사용한 학생들과 비교하였다.
- Gupta(2001)가 주장한 바와 같이 실험 교육에서 중요한 목표 중 하나는 다음 실험을 더욱 잘하도록 만드는 일이다. 이를 위해 먼저 이론적으로 예상되는 결과와 실제 실험 결과 사이의 차이점에 대해 적도록 하였다. 이를 통해 학습자는 실험에서 오류가 있었는지 생각해 보며 자신의 실험 과정이 어떠했는지 평가해 볼 수 있다.
- 이 연구는 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 사용하였을 때 학습자의 메타인지능력과 탐구능력이 향상되는 것을 밝힘으로써 대학생을 대상으로 하는 일반물리실험에서 이러한 실험보고서의 적용 가능성을 탐색하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 한 학기동안 일반물리실험에서 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 사용한 실험집단과 일반적인 실험 보고서를 사용한 비교집단의 메타인지능력과 탐구 능력의 변화를 비교하고, 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 사용한 학생들의 의견을 조사하였다.
- 이를 통해 학습자는 실험에서 오류가 있었는지 생각해 보며 자신의 실험 과정이 어떠했는지 평가해 볼 수 있다. 이와 더불어 메타인지 중 지식의 향상을 위해 자신이 이해 못하는 부분을 따로 구분하여 적도록 하였다. 이는 반성적 사고의 4가지 차원(Lee & Im, 2011) 중 ‘지식’에 해당한다고 볼 수 있다.
- 집단별 사전검사의 차이를 보정한 상태에서 반성적 사고를 강조한 실험보고서 작성이 학생들의 메타인지능력에 미치는 영향을 일반적인 실험보고서를 사용하는 경우와 비교해보기 위해 사전검사를 공변인으로 하여 두 집단의 메타인지능력 사후검사를 비교한 공분산 분석을 실시하였으며, 그 결과는 Table 4와 같다.
대상 데이터
- 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 한 학기동안 사용한 실험집단을 대상으로 실시한 설문 결과는 Table 7과 같다. 실험집단 20명 중 19명이 설문조사에 응하였다.
- 재수강을 하거나 복학하여 지난 1학기에 일반물리실험1 강좌를 수강하지 않은 학생과 출석 및 성적 불량으로 2학기 F학점을 받은 학생은 연구의 대상에서 제외하였다. 실험집단은 지구과학교육을 전공하는 20명으로 이 연구에서 개발한 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 작성하였으며, 비교집단은 화학교육 또는 생물교육을 전공하는 22명으로 지난 학기에 사용한 일반적인 실험보고서 양식을 사용하였다. 지난 일반물리실험1 강좌에 대한 실험집단과 비교집단의 실험보고서 작성을 평가한 점수와 실험 내용을 기반으로 실시한 지필평가 점수에 대한 평균은 모두 유사하였으며 통계적인 차이를 보이지 않았다.
- 이 연구는 중·고등학교 학생이 아닌 예비과학교사인 대학생을 대상으로 진행되었다.
- 이 연구의 대상은 2015학년도 2학기 일반물리실험2 강좌를 수강하는 예비과학교사인 대학교 1학년 학생이며, 이들은 지난 한 학기동안 일반물리실험1강좌를 수강하며 일반적인 실험보고서 양식을 사용하여 실험보고서를 작성한 경험이 있다. 재수강을 하거나 복학하여 지난 1학기에 일반물리실험1 강좌를 수강하지 않은 학생과 출석 및 성적 불량으로 2학기 F학점을 받은 학생은 연구의 대상에서 제외하였다.
- 한 학기동안 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 작성한 학생들이 이러한 실험보고서를 사용하는 것에 대해 어떻게 평가하는지 알아보기 위해 실험집단을 대상으로 설문조사를 실시하였으며, 실험집단 20명 중 1명을 제외하고 19명이 설문에 응답하였다.
데이터처리
- 각 집단별 탐구능력에 대한 사전검사와 사후검사의 결과가 차이가 통계적으로 유의미한지 알기 위하여 대응표본 t 검증을 실시하였으며, 그 결과는 Table 6과 같다.
- 반성적 사고를 강조한 실험보고서 작성의 효과를 알아보기 위해 실험보고서 작성 전, 집단의 동질성을 확인하기 위하여 실험집단과 비교집단의 메타인지능력과 탐구능력의 사전점수에 대해 독립표본 t검증을 실시하였고, 반성적 사고를 강조한 실험보고서와 일반적인 실험보고서 작성이 메타인지능력과 탐구능력에 미치는 영향을 알아보기 위해 집단별로 사전검수와 사후검사에 대한 대응표본 t 검증을 실시하였다. 또한 두 집단의 메타인지능력과 탐구능력의 변화가 차이가 있는지를 확인하기 위해 사전검사를 공변인으로 하고 두 집단의 사후검사에서 메타인지능력과 탐구능력을 비교하는 공분산 분석을 실시하였다. 이와 같은 통계분석은 SPSS 18.
- 반성적 사고를 강조한 실험보고서 작성의 효과를 알아보기 위해 실험보고서 작성 전, 집단의 동질성을 확인하기 위하여 실험집단과 비교집단의 메타인지능력과 탐구능력의 사전점수에 대해 독립표본 t검증을 실시하였고, 반성적 사고를 강조한 실험보고서와 일반적인 실험보고서 작성이 메타인지능력과 탐구능력에 미치는 영향을 알아보기 위해 집단별로 사전검수와 사후검사에 대한 대응표본 t 검증을 실시하였다. 또한 두 집단의 메타인지능력과 탐구능력의 변화가 차이가 있는지를 확인하기 위해 사전검사를 공변인으로 하고 두 집단의 사후검사에서 메타인지능력과 탐구능력을 비교하는 공분산 분석을 실시하였다.
이론/모형
- 이 연구에서는 학생들의 메타인지능력을 조사하기 위해 Schraw & Dennison(1994)이 개발한 메타인지 검사지(Meta-cognitive Awareness Inventory, MAI) 중 일부 문항을 번역하여 사용하였다.
성능/효과
- 438). 또한 두 집단의 5개의 탐구능력 하위요소에 대한 사전검사의 결과도 모두 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다. 탐구능력의 사후검사의 결과도 사전검사에서와 같이 총점(t=0.
- 또한 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 사용한 실험집단에 대한 설문 결과, 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 사용한 과반의 학생들이 이 보고서가 학습에 대한 복습이나 메타인지능력, 탐구능력에 모두 긍정적인 효과가 있다고 생각하는 것으로 나타났으며, 이 보고서의 형식에 대한 적합성도 적절하며, 향후 자신이 교사가 된 후 이 보고서 형식을 도입할 의사가 있다고 응답하였다. 이 보고서 형식에 대해 개선이 필요한 부분으로 각 항목에 대해 무엇을 작성할지 좀 더 명확히 제시할 필요가 있다는 의견과 작성된 내용에 대해 논의하는 시간이 필요하다는 의견 등이 있었다.
- 500). 메타인지 능력의 하위요소의 실험집단은 선언적 지식, 조건적 지식, 계획, 평가 등 4개 요소의 점수가 유의미하게 상승한 반면, 비교집단은 모니터링의 점수가 유의미하게 하락하였다.
- 일반적인 실험보고서를 사용한 경우 학생들의 메타인지능력에 대한 변화가 나타나지 않은 반면, 반성적 사고력을 강조한 실험보고서를 적용한 실험집단의 경우 학생들의 메타인지능력이 유의미하게 향상하였다. 메타인지능력 사전검사를 공변인으로 한 공분산 분석 결과, 일반적인 실험보고서를 사용한 집단에 비해 반성적 사고력을 강조한 집단의 메타인지능력이 유의미하게 향상하였다.
- 메타인지능력 총점의 공분산 분석 결과, 실험집단의 메타인지능력이 비교집단에 비해 유의미하게 향상되었으며(F=5.206, p<.05), 집단에 의해 설명되는 사후검사의 분산은 11.8%인 것으로 나타났다.
- 3%인 것으로 나타났다. 모수추정 결과, 사전검사에 의해 조정된 이후 실험집단의 모니터링 사후점수가 비교집단보다 1.14점 높은 것으로 나타나 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 작성하는 것이 모니터링에 효과적인 것으로 나타났다.
- 8%인 것으로 나타났다. 모수추청 결과, 사전검사에 의해 조정된 이후 실험 집단의 교정 평균은 비교집단보다 5.13점 높은 것으로 나타났다. 즉, 반성적 사고를 강조한 실험보고서 작성이 일반적인 실험보고서 양식을 사용하는 것에 비해 학생들의 메타인지능력 향상에 도움이 되는 것으로 나타났다.
- 비교집단의 경우도 탐구능력의 총점이 유의미하게 향상하였으며(t=4.12, p<.001), 쓰기와 의사소통(t=0.61, p=.550)을 제외한 과학의 이해(t=2.22, p<.05), 탐구과정의 이해(t=3.17, p<.01), 관련짓기(t=4.12, p<.001), 신중한 판단(t=2.40, p<.05) 등 나머지 4개의 하위요소의 점수가 모두 유의미하게 향상되었다.
- 실험집단은 총점(t=2.50, p<.05) 및 관련짓기(t=2.46, p<.05)와 신중한 판단(t=2.78, p<.05)에서 통계적으로 유의미한 향상을 보였다.
- 실험집단의 메타인지능력의 총점은 4.75점만큼 통계적으로 유의미하게 상승한 반면(t=2.55, p<.05), 비교집단의 총점은 유의미한 차이를 보인지는 않았으나 1.05점 하락하였다(t=0.69, p=.500).
- 이상의 결과로 볼 때, 대학생의 대상으로 한 일반물리실험에서 이와 같은 반성적 사고를 강조한 실험보고서의 교육적 효과와 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 그렇지만 보고서 양식 사용에 대한 안내를 보다 자세히 하여 학생들이 이 보고서 양식을 사용하는 데 가질 수 있는 어려움을 줄이기 위한 노력이 필요하며, 보고서 작성 내용에 대한 적절한 피드백 제공 방안도 마련되어야 할 필요가 있다.
- 이와 같이 두 집단의 탐구능력이 모두 유의미하게 향상된 것을 확인하였는데, 이러한 두 집단의 변화의 정도가 차이를 보이는 것인지 확인하기 위하여 집단별 사전검사의 차이를 보정한 상태에서, 즉 사전검사를 공변인으로 하여 두 집단의 탐구능력 사후검사를 비교한 공분산 분석을 실시하였으나, 두 집단의 탐구능력의 총점 및 5개의 하위요소에 대한 사후검사에서 모두 유의미한 차이를 보이지 않았다. 즉, 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 사용한 집단과 일반적인 실험보고서를 사용한 집단 모두 탐구능력에 있어서 유의미한 향상을 보였으며, 두 집단의 향상 정도에서는 차이가 나타나지 않았다.
- 13점 높은 것으로 나타났다. 즉, 반성적 사고를 강조한 실험보고서 작성이 일반적인 실험보고서 양식을 사용하는 것에 비해 학생들의 메타인지능력 향상에 도움이 되는 것으로 나타났다. 하위요소 중 모니터링에 대한 집단의 효과가 통계적으로 유의미하였으며 (F=7.
- 이와 같이 두 집단의 탐구능력이 모두 유의미하게 향상된 것을 확인하였는데, 이러한 두 집단의 변화의 정도가 차이를 보이는 것인지 확인하기 위하여 집단별 사전검사의 차이를 보정한 상태에서, 즉 사전검사를 공변인으로 하여 두 집단의 탐구능력 사후검사를 비교한 공분산 분석을 실시하였으나, 두 집단의 탐구능력의 총점 및 5개의 하위요소에 대한 사후검사에서 모두 유의미한 차이를 보이지 않았다. 즉, 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 사용한 집단과 일반적인 실험보고서를 사용한 집단 모두 탐구능력에 있어서 유의미한 향상을 보였으며, 두 집단의 향상 정도에서는 차이가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 실험보고서 양식과는 상관없이 실험수업 자체가 학생들의 탐구능력에 긍정적인 영향을 끼친다고 것으로 해석할 수 있다.
- 실험집단은 지구과학교육을 전공하는 20명으로 이 연구에서 개발한 반성적 사고를 강조한 실험보고서를 작성하였으며, 비교집단은 화학교육 또는 생물교육을 전공하는 22명으로 지난 학기에 사용한 일반적인 실험보고서 양식을 사용하였다. 지난 일반물리실험1 강좌에 대한 실험집단과 비교집단의 실험보고서 작성을 평가한 점수와 실험 내용을 기반으로 실시한 지필평가 점수에 대한 평균은 모두 유사하였으며 통계적인 차이를 보이지 않았다.
- 탐구능력의 총점은 사전검사의 경우, 실험집단이 31.60점으로 비교집단의 30.77점보다 0.83점 높았으나 통계적인 유의미한 차이는 아니었다(t=0.78, p=.438). 또한 두 집단의 5개의 탐구능력 하위요소에 대한 사전검사의 결과도 모두 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다.
- 하위요소 중 모니터링에 대한 집단의 효과가 통계적으로 유의미하였으며 (F=7.033, p<.05), 집단에 의해 설명되는 모니터링의 사후검사의 분산은 15.3%인 것으로 나타났다.
후속연구
- 그렇지만 보고서 양식 사용에 대한 안내를 보다 자세히 하여 학생들이 이 보고서 양식을 사용하는 데 가질 수 있는 어려움을 줄이기 위한 노력이 필요하며, 보고서 작성 내용에 대한 적절한 피드백 제공 방안도 마련되어야 할 필요가 있다. 더불어 이러한 양식의 반성적 사고를 강조한 보고서를 중·고등학교의 실험에 적용하는 방안에 대한 후속 연구가 필요하다.
- 따라서 실험보고서 준비를 위해 교사의 추가적인 수고와 시간 소요를 줄이고 또한 학생들이 실험을 수행하는 데 있어서도 기존의 실험에 비해 추가적인 시간이 필요하지 않은, 그러면서도 학생들의 사고력을 촉진할 수 있는 새로운 실험보고서 양식의 개발이 필요하다.
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