[논문]귀추전략 과학수업이 초등학생의 과학적 개념 이해와 초인지에 미치는 영향

김희연; 강버들; 유병길

doi:10.13000/jfmse.2016.28.4.1133

귀추전략 과학수업이 초등학생의 과학적 개념 이해와 초인지에 미치는 영향
The Effects of Science Classes Using Abductive Strategies Applied to Elementary School Students on Scientific Concept Understanding and Meta-cognition 원문보기

水産海洋敎育硏究 = Journal of fisheries and marine sciences education, v.28 no.4 = no.82, 2016년, pp.1133 - 1142

김희연 (개화초등학교) , 강버들 (부경대학교) , 유병길 (부산교육대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to verify the effects of science classes using abductive strategies on the scientific concept understanding and meta-cognition. The subjects included two classes of sixth graders from K Elementary School in B Metropolitan City and they divided into two groups. Research group was composed of 21 students(10 boys, 11 girls) and comparative group was composed of 21 students(11 boys, 10 girls). In order to achieve aims of this study, proper contents to apply abductive strategies were selected from the first semester science curriculum for sixth graders. Also five-steps study papers were designed to elicit abductive reasoning. While the research group received 20 times of reframed science lessons using abductive strategies, the comparative group received common science lessons according to the teachers' manual. The results of this study are as follows. First, science classes using abductive strategies were effective for the scientific concept understanding. Also there were statistically significant differences between the research group and the comparative group in overall science sub-domain. In the process of hypothesis formulating, students tried to find out scientific causes thoroughly to present the optimal explanation and they concentrated on the analysis of each scientific concept. It is thought that this process contributed to better understanding in scientific concepts. Second, science classes using abductive strategies were effective for improving meta-cognition. There were statistically significant differences between the two groups and especially in monitoring that is one of sub-factors of meta-cognition. It indicates that hypothesis formulating process gave positive effect on meta-cognition by stimulating critical thinking and manifesting elaboration.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 절차를 체계화한 귀추전략을 이용한 과학수업을 정규교과과정 속에서 진행하였을 때, 초등학생의 과학적 개념 이해와 초인지에 미치는 영향은 어떠한지를 알아보고자 한다. 아울러 이것을 바탕으로 과학수업에 활용 가능한 다양한 귀추전략 프로그램 개발을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.
(2009)은 과학적 개념이 관찰한 사실을 바탕으로 형성된다고 보았다. 본 연구에서는 과학적 개념을 관찰한 사실을 바탕으로 자료들 간의 유의미한 관계를 구성한 추상적 관념으로 정의하고자 한다. 또한, 이것은 초등 과학 핵심 성취기준을 참고로 하여 추출해 낸 과학적 내용 요소의 이름과 정의, 속성, 가치, 예시 등을 의미 한다.
본 연구에서는 귀추법을 ‘놀라운 현상을 관찰하여 생긴 의문점과 관련된 경험을 떠올려 원인을 찾아봄으로써 새로운 가설을 생성하는 논리적 추론’으로 정의하고자 한다.
본 연구에서는 귀추전략을 이용한 과학수업이 초등학생의 과학적 개념 이해와 초인지에 미치는 영향을 알아보았으며, 그 결론은 다음과 같다.
따라서 본 연구는 절차를 체계화한 귀추전략을 이용한 과학수업을 정규교과과정 속에서 진행하였을 때, 초등학생의 과학적 개념 이해와 초인지에 미치는 영향은 어떠한지를 알아보고자 한다. 아울러 이것을 바탕으로 과학수업에 활용 가능한 다양한 귀추전략 프로그램 개발을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다. 이와 같은 목적을 이루기 위해 설정한 연구문제는 다음과 같다.

가설 설정

05). 따라서 실험집단과 비교집단은 초인지에 있어서 동질집단임을 가정하고, 실험을 처치하였다.

제안 방법

검사지는 과학교육 전문가 5인과 논의하여 내용타당도를 검증받았고, 실험집단과 비교 집단에게 동일하게 통제된 조건에서 과학적 개념 이해 검사지로 사전·사후 검사를 실시하였다.
과학적 개념 이해의 정도를 파악하기 위하여 본 연구의 적용 단원으로 선정된 내용의 학습 위계를 분석하고 핵심 성취기준을 중심으로 과학적 개념을 추출하여 과학적 개념 검사지를 자체 개발하였다. 검사지는 과학교육 전문가 5인과 논의하여 내용타당도를 검증받았고, 실험집단과 비교 집단에게 동일하게 통제된 조건에서 과학적 개념 이해 검사지로 사전·사후 검사를 실시하였다.
귀추전략을 이용한 과학수업이 초등학생의 과학적 개념 이해와 초인지에 미치는 영향을 비교·분석하기 위하여 본 연구진이 개발한 20차시의 귀추전략 학습지를 15주 동안 귀추전략 과학수업에 투여하였다.
둘째, 본 연구는 귀추전략에 기반을 둔 가설 생성 활동에 초점을 맞추어 진행하였다. 지나치게 가설의 정당성 확인에 주목하여 탐구의 과정이 불균형을 이루고 있는 상황에서 상대적으로 소홀했던 가설 생성을 부각시켜 균형을 잡고자 했기 때문이다.
초등학생들에게도 가설 설정활동을 용이하게 경험시킬 수 있다(Joung & Song, 2006)는 연구를 바탕으로 분석할 때, 귀추법 양식을 제공하는 것이 바람직한 형태의 가설 생성을 돕는 하나의 방안이 될 수 있다. 따라서 귀추적 사고를 진행시킬 간단한 양식이 필요함을 공감하고, 귀추 전략 학습지를 개발하여 학습의 과정에 활용하였다.
05). 따라서 실험집단과 비교집단은 과학적 개념 이해에 있어서 동질집단으로 간주하고, 실험을 처치하였다.
초인지에 대하여 Kim(1996)은 인지 현상 전반에 대한 지식으로 보았고, Song(2011)은 인지 사고를 지시하고 통제하는 조작들을 의미한다고 보았다. 본 연구에서는 초인지를 초인지의 사용과 관련된 측면에 특히 주목하여 초인지를 계획, 모니터, 조절, 평가의 하위요소를 가진 초인지적 기능으로 한정하여 사용하였다.
비교집단의 수업처치를 위하여 연구집단과의 차이를 유발할 수 있는 교사 요인, 환경 요인 등을 통제하는 사전 수업 협의를 주 2회 실시하였다. 비교집단에게 연구집단과 동일한 차시의 과학 수업을 진행하되, 과학과 교사용 지도서에 제시된 수업 모형과 순서에 따른 일반적인 수업을 진행하였다. 실험집단과 비교집단에 각각 사전·사후검사를 실시하였다.
비교집단의 수업처치를 위하여 연구집단과의 차이를 유발할 수 있는 교사 요인, 환경 요인 등을 통제하는 사전 수업 협의를 주 2회 실시하였다. 비교집단에게 연구집단과 동일한 차시의 과학 수업을 진행하되, 과학과 교사용 지도서에 제시된 수업 모형과 순서에 따른 일반적인 수업을 진행하였다.
실험집단과 비교집단에 각각 사전·사후검사를 실시하였다.
학습지는 Kim(2012)의 귀추를 이용한 가설 설정 활동지를 참고로 재구성 하되, 귀추의 각 단계가 명시적으로 드러나도록 부각시켰다. 특히 가설 생성에 대한 강한 동기를 부여하고자 현상의 관찰과 관련된 다양하고 놀라운 상황을 영상, 사진, 만화 등의 다양한 형식으로 제공한 후, 학생들에게 작성하도록 하였다. 학습지에도 관련된 일련의 사진을 삽입하여 귀추의 사고 과정에 계속해서 놀라움의 감정을 유지하도록 하였다.
학습지는 Kim(2012)의 귀추를 이용한 가설 설정 활동지를 참고로 재구성 하되, 귀추의 각 단계가 명시적으로 드러나도록 부각시켰다. 특히 가설 생성에 대한 강한 동기를 부여하고자 현상의 관찰과 관련된 다양하고 놀라운 상황을 영상, 사진, 만화 등의 다양한 형식으로 제공한 후, 학생들에게 작성하도록 하였다.
특히 가설 생성에 대한 강한 동기를 부여하고자 현상의 관찰과 관련된 다양하고 놀라운 상황을 영상, 사진, 만화 등의 다양한 형식으로 제공한 후, 학생들에게 작성하도록 하였다. 학습지에도 관련된 일련의 사진을 삽입하여 귀추의 사고 과정에 계속해서 놀라움의 감정을 유지하도록 하였다.

대상 데이터

본 연구는 B시 소재 K초등학교 6학년 2개 학급을 각각 실험집단과 비교집단으로 선정하여 진행되었다. 자세한 사항은 [Table 1]과 같으며, 총 42명을 대상으로 하였다.
본 연구는 B시 소재 K초등학교 6학년 2개 학급을 각각 실험집단과 비교집단으로 선정하여 진행되었다. 자세한 사항은 [Table 1]과 같으며, 총 42명을 대상으로 하였다.

데이터처리

실험집단과 비교집단에 각각 사전·사후검사를 실시하였다. 본 연구를 위하여 수집한 자료는 SPSS 22 통계프로그램을 이용하여 분석하였다.

이론/모형

(1991)의 학습 동기화 전략에 대한 질문지(MSLQ)를 바탕으로 Song(2011)에 의해 수정·보완된 검사문항을 활용하였다.
본 연구에서는 이 과정에서 나타나는 절차적 체계를 갖춘 추론의 방법적 측면을 부각시키기 위하여, 귀추법을 통해 가설을 생성하는 일련의 과정을 ‘귀추전략’이라는 용어를 사용하였다.

성능/효과

선행연구를 바탕으로 다음과 같은 3가지 원칙에 유의하여 가설 생성의 5단계를 설정하였다. 3가지 원칙은 첫째, 귀추적 사고의 첫 단계인 유사 경험과의 관련성을 포함할 것, 둘째, 명료한 행동차원으로 용어를 정리할 것, 셋째, 초등학생이 이해하기 쉬운 용어로 짧게 제시할 것이다.
결론적으로 귀추전략을 이용한 과학수업이 초인지 향상에 효과가 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과에 대해 초인지의 활용 능력은 향상될 수 있으며, 초인지 능력은 교수 및 학습이 가능하다는 연구(Song, 2011; Gunstone, 1994)를 토대로 분석해 볼 필요가 있다.
과학을 하위 영역별로 구분하여 두 집단의 사후 검사 결과를 보면, 지구과학, 생물, 물리, 화학 전 영역에 걸쳐 통계적으로 유의미한 차이가 있는(p<.05) 것으로 분석되므로 귀추전략을 이용한 과학수업이 과학적 개념 이해에 긍정적으로 영향을 준다는 것을 알 수 있었다.
과학적 개념 이해 사전 검사의 t-검정 결과, 실험집단과 비교집단은 유의미한 차이가 없었다(p>.05).
귀추적 추론의 과정 속에서 가설을 생성하기 위해 의문 상황과 유사한 경험을 떠올리며 적절한 원인을 찾는 단계에 진입하게 되는데, 이때 일상적 상황에 대한 과학적 접근이 집중적으로 이루어지게 된다. 그리고 과학적 개념 요소들을 하나씩 짚어가며 가설로서의 타당성을 깊이 있게 탐색하는 일련의 과정이 과학적 개념 이해 향상에 유효하게 작용한 것으로 분석된다. 실제로 가설을 세우기 위해서 다양한 생각을 하게 되면서 과학적 개념을 더 쉽고 명확하게 이해하는데 도움이 되었다는 학생들의 응답 분석 결과도 이를 뒷받침한다.
둘째, 귀추전략을 이용한 과학수업은 학생들의 초인지 향상에 효과가 있었다. 초인지의 하위 요소별로 분석해 보면 계획, 조절, 평가 요소 모두 향상되었는데, 특히 모니터 요소에서 유의미한 차이를 보였다.
또 Oh & Oh(2011)의 연구 결과에 의하면, 가설을 형성하는 귀추적 탐구과정은 증거와 이론에 비추어 새로운 가설이 계속 등장하고 그것들을 지속적으로 다듬어가는 과정이며, 증거와 이론을 고려하는 반성적 과정이 순환적으로 반복됨으로서 가설의 정교화에 기여한다고 하였다. 따라서 귀추전략을 이용한 과학수업이 초인지 향상에 효과가 있으며, 가설을 생성하는 과정에 비판적 사고의 활성화와 정교성의 발현을 통해서 초인지에 긍정적인 영향을 주는 것으로 분석된다.
셋째, 학습자의 사고 과정을 돕기 위해 귀추전략 학습지를 활용하여 효과를 보았으나, 동일한 형태의 학습지 투입이 장기화된다면 의존도가 높아지고 도리어 형식에 갇힌 일관된 생각을 조장할 수도 있다. 따라서 학습자의 인지 수준에 따라 차별화된 접근 방식으로 학습지를 개발하여 최선의 투입 방법과 투입 기간을 탐색하고 그 효과성을 검증해 보는 연구는 학교 현장에 실질적인 도움이 될 것이다.
이러한 결과를 종합하여 볼 때, 귀추전략을 이용한 과학수업은 학생들의 과학적 개념에 대한 이해를 돕고, 초인지 신장에 유의미한 영향을 주는 것으로 판단된다. 따라서 귀추전략은 과학 교육에 있어 효과성 있는 방법으로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
이와 더불어, 귀추전략을 이용한 과학 수업을 실시한 실험집단에서 검사의 사전·사후 평균값을 비교할 때 그 향상도가 비교집단에 비해 크게 나타났다.
첫째, 귀추전략을 이용한 과학수업은 학생들의 과학적 개념 이해에 효과가 있었다. 이는 귀추의 핵심인 가설 생성 능력의 신장과 관련이 있는 것으로 보인다.
초인지 사전 검사에 대한 t-검정을 실시한 결과, 두 집단 사이에 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났다(p>.05).
초인지를 하위 요소별로 구분하여 두 집단의 사후 검사 결과를 분석해보면 계획, 조절, 평가 요소는 통계적으로 유의미한 차이가 나타나지 않았으나, 모니터 요소는 실험집단과 비교집단 사이에 유의미한 차이가 있었다(p<.05).
둘째, 귀추전략을 이용한 과학수업은 학생들의 초인지 향상에 효과가 있었다. 초인지의 하위 요소별로 분석해 보면 계획, 조절, 평가 요소 모두 향상되었는데, 특히 모니터 요소에서 유의미한 차이를 보였다. 이것은 모니터 요소 본연의 특징이 자신의 인지 활동을 의식적으로 관찰하고 검토하는 능력과 인지 활동에 대한 평가·통제 및 조절하는 능력을 포함하는 종합적인 성격을 지니고 있기 때문이다.
초등학생은 대부분 구체적 조작기 수준에 있는 학습자이기에 귀추전략 투입의 효과성에 의문을 던지며 적극적인 시도를 하지 않는 것으로 보인다. 하지만 본 연구에서는 단계적인 지도 과정을 통하면 초등학생에게도 인지적 측면이나 정의적 측면에 있어 유의미한 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 더욱이 귀추법은 과학적 탐구의 시작을 여는 핵심적인 추론 과정이므로, 형식적 조작기로의 이행이 시작되는 초등학교 고학년 학생들에게 적극적으로 소개될 필요가 있다.

후속연구

실험집단과 비교집단 모두 사전․사후 검사에서 일관되게 초인지 점수의 평균이 상승하였는데, 이러한 결과는 중, 고등학생의 초인지, 자기효능감, 구성주의적 과학학습 환경에 대한 인식을 분석한 Kim(2011)의 연구에서 학년이 올라갈수록 초인지가 향상된다는 결과와 일치한다. 다만, 선행 연구에서는 중학생과 고등학생의 차이를 비교한 학교급 단위의 분석이고, 본 연구는 15주 동안 나타난 변화 양상을 비교하여 분석한 것이라는 차이를 감안할 필요가 있다. 특히 시간의 경과에 따라 인지 수준의 발달로 자연스럽게 초인지 수준이 두 집단 모두 높아질 것이라 예상되지만, 특히 초인지 사후 평균 점수에서 두 집단 간 유의미한 차이가 있었다는 점은 눈여겨 볼 점이다(p<.
더욱이 귀추법은 과학적 탐구의 시작을 여는 핵심적인 추론 과정이므로, 형식적 조작기로의 이행이 시작되는 초등학교 고학년 학생들에게 적극적으로 소개될 필요가 있다. 따라서 귀추전략의 핵심적 단계는 유지하되, 초등학생의 인지 수준을 고려하여 다양한 활동 유형이나 내용 구성 등 그 접근법에 있어 더욱 쉽고 재미있는 방법을 모색하는 연구가 필요하다.
하지만 가설 생성 활동이 충분히 안정적으로 진행된다면, 더 나아가 가설 검증 활동으로 자연스럽게 연결되어 하나의 순환적 연결고리가 구성되어야만 온전한 과학적 탐구과정이 이루어질 것이다. 따라서 추후에는 초등학생을 대상으로 하여 가설의 생성과 그 검증 과정으로 까지 확대하여 과학적 탐구를 진행하는데 있어 효과적이고 체계적인 단계별 지도 전략을 개발할 필요가 있다.
지나치게 가설의 정당성 확인에 주목하여 탐구의 과정이 불균형을 이루고 있는 상황에서 상대적으로 소홀했던 가설 생성을 부각시켜 균형을 잡고자 했기 때문이다. 하지만 가설 생성 활동이 충분히 안정적으로 진행된다면, 더 나아가 가설 검증 활동으로 자연스럽게 연결되어 하나의 순환적 연결고리가 구성되어야만 온전한 과학적 탐구과정이 이루어질 것이다. 따라서 추후에는 초등학생을 대상으로 하여 가설의 생성과 그 검증 과정으로 까지 확대하여 과학적 탐구를 진행하는데 있어 효과적이고 체계적인 단계별 지도 전략을 개발할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	급변하는 현실에서 귀납이나 연역적 사고 과정만으로는 쉼 없이 쏟아지는 정보들을 새롭고 의미 있는 지식으로 신속하게 구성해 나가기에는 역부족인 면이 있는 이유는 무엇인가?	급변하는 현실에서 귀납이나 연역적 사고 과정만으로는 쉼 없이 쏟아지는 정보들을 새롭고 의미 있는 지식으로 신속하게 구성해 나가기에는 역부족인 면이 있다. 왜냐하면 변화는 점점 가속화되어 가는 데 수 많은 사례를 통해 검증된 규칙을 기다리거나, 필연적인 결론만 붙잡고 있는 것은 다양하고 복잡한 문제 상황들을 해결하는 과정에서 개방적이고 적극적인 사고 활동에 제약을 주기 때문이다. 한 차원 더 높은 유연한 대응과 적합한 문제 상황으로의 적응을 위해서는 사고 체계의 전환이 필요하다.
	탐구과정에서 사고 체계의 근간이 되는 두 가지 논리적 추론은 무엇인가?	인지적 갈등은 변화를 이끄는 핵심 동력이며, 인지 갈등으로 비롯된 끊임없는 탐구과정을 통해 현대사회에 필요한 변화와 발전이 이루어지고 있는 것이다. 탐구과정에서 사고 체계의 근간이 되는 두 가지 논리적 추론은 객관적인 관찰을 통해 진리로서의 규칙을 추구하는 귀납법과 전제로부터 결론의 참을 증명하는 연역법이다. 그러나 귀납법은 현재 상태에 부합하는 많은 사례를 제시하여 규칙을 뒷받침하므로 왜 그러한지에 대한 이유를 제시하지 못한다는 한계를 지니고 있다.
	과학의 본성은 어떤 체계를 변화시키는 데 있는가?	과학의 본성은 인지적 갈등을 통해 사고 체계를 변화시키는 데 있다. 인지적 갈등은 변화를 이끄는 핵심 동력이며, 인지 갈등으로 비롯된 끊임없는 탐구과정을 통해 현대사회에 필요한 변화와 발전이 이루어지고 있는 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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