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문제 정의
- 따라서 본 연구는 일반계 고등학교에서 ‘주제 선정 단계’를 중심으로 한 과학과제 연구 수업을 실천하고, 실천에 근거한 교수·학습 지도 전략을 ‘수업 실천 매뉴얼’로서 개발하여 적용해 보는 것을 목적으로 하였다.
- 따라서 본 연구는 일반계 고등학교에서 ‘주제 선정 단계’를 중심으로 한 과학과제 연구 수업을 실천하고, 실천에 근거한 교수·학습 지도 전략을 ‘수업 실천 매뉴얼’로서 개발하여 적용해 보는 것을 목적으로 하였다. 이를 통해 학생들의 주제 선정 능력, 창의성, 과학적 태도에 어떤 변화가 있었는지를 확인함으로써 개발한 수업 실천 매뉴얼 활용의 효과성을 검토해 보고자 한다. 이는 학생 주도적인 연구 활동에서 학생과 교사가 가장 어려워하는 ‘주제 선정 단계’의 수업 안내서가 되어 과학과에서 최근 강조하고 있는 학생들의 역량 강화에 기여할 것이다.
제안 방법
- 이를 위해 과학 관련 과제 연구 수업에서 ‘주제 선정’ 단계의 지도방안, 지도 가이드, 매뉴얼 형태로 된 선행 연구 및 문헌을 조사하고, 공통적으로 제시하고 있는 단계들을 중심으로 차시계획을 수립하였다.
- 첫 번째 ‘계획’ 단계에서 학생들이 원하는 과제 연구주제를 선정할 수 있도록 지도하기 위해 수업에서 실제 적용할 수 있는 구체적인 수업 전략을 중심으로 개발하였다.
- 이와 같이 실험반과 대조반을 선정한 후 사전과 사후 검사로 수업 전후 과학적 문제발견 능력 및 과학에 대한 태도 변화를 비교하였다. 실험반에는 본 연구를 통해 개발된 Table 6의 수업 실천 매뉴얼에 따라 수업하였고, 대조반은 학생의 자율성을 강조하면서 일반 학교에서 과제 연구 과목을 지도할 때 활용하는 방법 및 과제 연구 수업 지도 계획(Kang, 2014)을 참고하여 Table 2와 같이 수업을 진행하였다.
- 이와 같이 실험반과 대조반을 선정한 후 사전과 사후 검사로 수업 전후 과학적 문제발견 능력 및 과학에 대한 태도 변화를 비교하였다. 실험반에는 본 연구를 통해 개발된 Table 6의 수업 실천 매뉴얼에 따라 수업하였고, 대조반은 학생의 자율성을 강조하면서 일반 학교에서 과제 연구 과목을 지도할 때 활용하는 방법 및 과제 연구 수업 지도 계획(Kang, 2014)을 참고하여 Table 2와 같이 수업을 진행하였다.
- 학생들이 작성한 연구주제 목록을 통해서 Table 3과 같은 분석 기준에 의거하여 학생들이 선정한 과학 연구 주제의 질을 비교·분석하였다.
- 주제 선정 단계 중심의 과제 연구 수업에 사용할 16차시 분량의 학생 활동지를 개발하였으며, 이 중 16차시에 학생들이 작성한 과학 연구 주제를 분석하였다. 실험반과 대조반 모두에게 16차시에 사용한 활동지를 작성하도록 하였다.
- 주제 선정 단계 중심의 과제 연구 수업에 사용할 16차시 분량의 학생 활동지를 개발하였으며, 이 중 16차시에 학생들이 작성한 과학 연구 주제를 분석하였다. 실험반과 대조반 모두에게 16차시에 사용한 활동지를 작성하도록 하였다. 학생들이 작성한 연구주제 목록을 통해서 Table 3과 같은 분석 기준에 의거하여 학생들이 선정한 과학 연구 주제의 질을 비교·분석하였다.
- 주제 선정 단계 중심 과제연구 수업의 창의성 측면에서의 효과를 알아보고, 수업 매뉴얼의 완성도를 높이기 위해서 과학적 문제발견 능력을 검사하였다. 검사지는 Kim et al.
- 주제 선정 단계 중심 과제연구 수업의 창의성 측면에서의 효과를 알아보고, 수업 매뉴얼의 완성도를 높이기 위해서 과학적 문제발견 능력을 검사하였다. 검사지는 Kim et al. (2011)이 과학영재교육프로그램의 효과성을 평가하기 위하여 개발한 것이며, 본 연구의 목적에 맞게 문제발견 능력 문항만을 활용하였다.
- ’라고 쓴 것을 적절한 문제로, 이미 주어진 상황을 정답의 형태로 제시하거나 제시된 자료에서 확인 가능한 것을 의문형으로 제시한 것을 적절하지 않은 문제로 판별하였으며 적절한 것으로 판명된 문제는 융통성, 정교성, 독창성의 3개 영역으로 평가하여 점수화 하였다(Kim et al., 2011).
- 과학에 대한 태도 검사지는 사전·사후 두 번의 검사를 위해 각 영역별로 5문항씩 추출, 35개의 문항으로 구성된 두 개의 검사지로 나누어져 있으며, 과학에 대한 긍정적인 태도를 표현하는 문항의 경우 매우 찬성 5점, 찬성 4점, 보통 3점, 반대 2점, 매우 반대 1점으로 채점하였다.
- 이 내용은 학생 연구 활동에서 ‘주제 선정’과 관련된 또는 ‘주제 선정 단계’에 접목시킬 수 있는 지도 방안, 전략, 수업 방법들이다. 이러한 이론적 바탕이 되는 내용들을 토대로 세부 수업 활동과 구체적인 수업 단계를 구성하여 교사 가 일반계 고등학교 학생들을 지도하고 실질적으로 수업을 운영할 수 있게 내용을 가공하여 주제 선정 단계 중심 수업 실천 매뉴얼을 개발하였다.
- Shin(2006)이 개발한 WHY NOTE는 오리엔테이션 시간에 개별 학생들에게 미리 나누어주고, 연구주제를 최종 선정할 때까지 개인이 보관하도록 한다. 일상생활 속에서 궁금증이 생길 때마다 WHY NOTE에 궁금증을 바로 기록할 수 있도록 안내하고 궁금증에 대한 답을 스스로 찾아 적어보게 한다.
- 이 단계는 과학 연구주제를 실제로 찾아보기 위해 다양한 정보원을 관찰, 탐색, 검색하는 단계이다. 주요 정보원은 각종 영상, 신문기사, 과학잡지,전통 지식, 속담, 일상생활, 교과서 실험으로 잡았으며, 여러 정보원으로부터 나만의 연구 거리를 찾아보게 한다. 영상의 경우 EBS 클립뱅크(clipbank.
- 15～16차시에서 학생들은 최종적으로 자신들이 연구해보고 싶은 과제연구 주제를 선정해야 한다. 다양한 정보원에서 연구주제를 찾은 경험을 토대로 모둠원들이 토의를 통하여 최종 연구주제를 1가지 결정하며,이 때 최종 결정한 연구주제가 현재 어느 정도까지 연구가 진행되었는지 선행연구를 조사한다. 주로 소개되는 검색 사이트는 학술연구 정보서비스(riss), DBpia, 국립중앙과학관 홈페이지, 네이버 학술정보(academic.
- 개발된 수업 실천 매뉴얼에 따른 과제연구 수업을 모두 진행한 후, 수업 적용 결과를 파악하기 위하여 학생들이 선정한 최종 연구주제를 분석하였다. 각 모둠은 2∼3명의 모둠원들로 구성되어 있으며, 실험반과 대조반 학생들의 연구 제목 및 연구 동기는 Table 11에 나타내었다.
- 실험반 학생들이 과제연구 수업 매뉴얼 중 연구주제를 선정하게 된 구체적인 단계를 조사해 본 결과 1조는 교과서 실험 속 나만의 연구주제 찾기 수업에서 ‘미세 먼지를 소재로 어떤 탐구를 할까’라는 실험을 선택하여 탐구한 후 최종 연구주제를 선정하였다.
- 그래도 선행연구 조사 활동을 수행하면서 모둠원들끼리 적극적으로 토의하면서 구체적으로 연구해 보고 싶은 방향을 찾아갔다. 5조도 학생들의 진로와 연관된 연구주제를 선정하였다. 특히 이 학생들은 교내 3D 프린터 동아리 학생들이 소속되어 있었으며, 그 학생들이 3D프린터와 관련하여 연구하려는 의지가 강하여 해당 학생의 주도 하에 연구주제를 최종적으로 선정하는 모습을 보였다.
- 마지막으로 선행연구를 조사한 후 발전시켰는가에 대한 기준을 적용하여 분석해 보았다. 실험반에서는 자신의 조에서 하고자 하는 연구 주제가 현재 어느 정도까지 연구가 진행되었으며 앞으로 연구주제를 어떤 방향으로 진행해 나가면 좋을지에 대해 고민하고 토의하는 수업을 15~16차시에 했다.
- 대조반은 학생들의 자율성을 많이 부여한 과학과제 연구주제 찾기 활동을 진행하였고, 실험반은 개발된 주제 선정 단계 과학과제 연구 수업 실천 매뉴얼에 따른 활동을 진행하였다. 과학에 대한 태도 사전 검사 결과인 Table 13을 보면 175점 만점 기준 대조반과 실험반의 평균은 각각 119.
- 본 연구에서는 일반계 고등학교에서 ‘주제 선정 단계’를 중심으로 한 과학과제 연구 수업 실천 매뉴얼을 개발해서 이를 수업에 적용하였다.
- 첫째, 일반계 고등학교 과제연구 수업에서 학생들이 어려워하는 주제 선정 단계를 효과적으로 지도하기 위해서 지도 교사를 위한 구체적이고 체계적인 수업 매뉴얼을 개발하였다. 매뉴얼은 크게 4단계로 구분되며, 오리엔테이션, 소논문 리뷰&발표,다양한 정보원에서 과학 연구주제 찾기, 최종 과학연구주제 작성 단계로 진행된다.
- 이 활동들을 통해 학생들은 과학적 의문을 찾아 연구주제로 발전시킬 수 있다. 나아가 개발된 수업 실천 매뉴얼을 효과적으로 구현하도록 최적화한 16차시 분량의 수업 활동지를 개발하였다.
대상 데이터
- 연구 대상은 경상북도 G시 읍면지역의 S고등학교 2학년 자연반 2개 학급으로 이들은 고등학교 1학년 과정에서 ‘과학’ 과목을 이수하여 관찰, 실험, 조사, 토론 등 다양한 활동의 과학적 탐구 방법과 과정을 이해하고 있기에 학생 주도의 탐구가 이루어지는 과제 연구 수행의 기본 소양은 갖추고 있을 것으로 판단하였다.
- 05). 그에 따라 2개 반 중 임의로 1개 반을 실험반, 또 다른 1개 반을 대조반으로 선정하였다(Table 1).
데이터처리
- 검사 결과는 PASW(Predictive Analytics Software) Statistics 18을 사용하여 기술통계 산출 후 집단의 정규성 여부를 확인하였으며 정규성을 만족하는 경우 대응표본 t-검정을, 정규성을 만족하지 않는 경우 Wilcoxon 부호-서열 검정을 실시하여 사전·사후 유의미한 차이를 조사하였다.
- 결과 분석의 타당도를 높이기 위해 연구자 간의 삼각검증을 실시하였다. 1차로 연구자 1인이 Kim et al.
- 과학에 대한 부정적인 태도는 이와 반대로 채점했다. 채점 결과를 바탕으로 PASW Statistcs 18을 사용하여 기술통계를 산출하였으며, 실험반과 대조반의 유의미한 차이를 살펴보기 위해 독립표본 t-검정을 실시하였다. 사전검사의 문항 내적 신뢰도(Cronbach α)는 .
- 학생들의 창의성을 확인하기 위해 수행한 과학적 문제 발견 능력 검사 결과 분석은 PASW Statistics 18을 사용하였으며, 기술통계를 산출한 결과 대조반은 데이터가 정규 분포를 이루지 않아 Wilcoxon 부호-서열 검정을 실시하였고 실험반은 데이터가 정규성을 만족하여 대응표본 t-검정을 실시하여 사전·사후 검사의 차이를 분석하였다(Table 12).
이론/모형
- 선정된 연구 대상 간의 동질성을 확인하기 위해 Kwon & Kim(1994)가 개발한 TSPS(Test of Science Process Skills)를 활용하여 과학 탐구 능력 검사를 실시하였다.
- 본 연구에서 개발하고자 하는 주제 선정 단계 중심의 수업 실천 매뉴얼 적용이 학생들의 과학에 대한 태도에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 Fraser(1981)가 개발한 TOSRA(Test of Science– Related Attitudes)를 우리나라 실정에 맞게 수정·보완한 Hur(1993)의 검사지를 사용해서 태도 검사를 하였다.
성능/효과
- 대조반의 경우 학생들에게 연구해 보고 싶은 주제를 자율적으로 찾게 하고 교사의 개입은 최소화하며 학생의 자율성을 최대한으로 보장해 주었는데, 최종 연구주제를 분석한 결과 전체 학생들 중과학과제 연구 활동을 바르게 이해하지 못한 학생들이 많은 것으로 나타났다. 그리고 활동을 진행하는 중에도 평소에 궁금한 것이 없다며 의욕적이지 못한 모습을 보였고, 학생의 자율성을 많이 부여하다 보니 멀티미디어실에서 활동을 하는 경우에는 활동에 적극적으로 참여하지 않고 컴퓨터로 개인적으로 하고 싶은 것을 하는 학생들이 많아 이 부분에 대해 지도와 감독이 계속 필요했다.
- 학생들의 창의성을 확인하기 위해 수행한 과학적 문제 발견 능력 검사 결과 분석은 PASW Statistics 18을 사용하였으며, 기술통계를 산출한 결과 대조반은 데이터가 정규 분포를 이루지 않아 Wilcoxon 부호-서열 검정을 실시하였고 실험반은 데이터가 정규성을 만족하여 대응표본 t-검정을 실시하여 사전·사후 검사의 차이를 분석하였다(Table 12). 그 결과 대조반의 과학적 문제 발견 능력은 총점 평균이 1.44점 하락한 반면 실험반은 총점 평균이 11.42점이나 증가하였다. 융통정, 정교성, 독창성의 영역별 점수에서도 비슷한 결과가 나왔는데 대조반에서는 영역별 점수가 각각 0.
- 과학에 대한 태도 점수의 사전·사후 검사 결과를 비교해 보면, 대조반의 경우 점수가 2.42점 하락했으나 실험반의 경우 7.16점 증가하는 것으로 나타났다.
- 약 2달 간의 수업 처치 후 과학에 대한 태도 사후 검사를 실시한 결과 대조반은 평균 116.86점,실험반은 126.96점으로 실험반이 10점이나 더 높게 나왔다. 이는 통계적으로 유의미한 차이라고 볼 수 있다(p<.
- 둘째, 일반계 고등학교 자연반 학생들에게 개발된 수업 실천 매뉴얼의 효과성을 분석한 결과, 실험반에서는 다양한 정보원을 통해 최종 연구주제를 선정했으며, 과학 연구 주제의 조건을 이해하고 연구 제목에 변인을 드러내 표현하였다. 그러나 대조 반의 경우 일부 학생들이 선정한 연구주제의 연구범위가 구체적이지 못하거나 학생 수준에서 연구할 수 있는 범위인지를 전혀 고려하지 않고 작성했으며, 학생들에게 자율성을 최대한 많이 부여하다 보니 과제연구 활동의 의미를 제대로 이해하지 못하고 선행 연구물을 그대로 작성해서 제출하는 모둠이 많았다.
- 셋째, 개발된 수업 실천 매뉴얼에 따른 수업을 경험한 학생들의 변화를 확인하기 위해 과학적 문제 발견 능력 검사와 과학에 대한 태도 검사 실시 결과 대조반에서는 두 검사에서 모두 유의미한 차이를 보이지 않았다. 그러나 실험반에서는 학생들의 창의성을 판단할 수 있는 과학적 문제발견 능력이 사전에 비해 점수가 크게 증가했으며, 하위 영역인 융통성, 정교성, 독창성 측면에서도 모두 점수가 증가하였다.
- 셋째, 개발된 수업 실천 매뉴얼에 따른 수업을 경험한 학생들의 변화를 확인하기 위해 과학적 문제 발견 능력 검사와 과학에 대한 태도 검사 실시 결과 대조반에서는 두 검사에서 모두 유의미한 차이를 보이지 않았다. 그러나 실험반에서는 학생들의 창의성을 판단할 수 있는 과학적 문제발견 능력이 사전에 비해 점수가 크게 증가했으며, 하위 영역인 융통성, 정교성, 독창성 측면에서도 모두 점수가 증가하였다. 또한 과학에 대한 태도 검사 결과에서도 통계적으로 유의미한 차이를 보여주었다.
- 셋째, 일반계 고등학교에서 ‘과제 연구’ 과목이 편성되지 않았을 경우 학교의 진로 시간(창의적 체험활동) 및 진로와 직업 교과 시간을 활용하여 해당 수업을 진행할 수 있다. 현재 많은 학교에서 과학 교사가 진로 시간이나 진로와 직업 교과를 맡았을 경우 학생들이 자율학습을 하는 형태로 수업이 진행되는 경우가 많다.
후속연구
- 교사가 ‘주제 선정 단계’에서 행할 수 있는 구체적인 행동 지침을 체계화시켜 놓는다면 훨씬 효율적으로 지도할 수 있을 것이고, 교사의 지도 역량을 높임으로써 일반계 고등학교에서 학생들의 과제 연구 활동을 더욱 활성화시킬 수 있는 방안이 될 것이다.
- 그러나 아직까지는 일반계 고등학교가 아닌 과학고, 과학중점학교, 국제고 학생을 대상으로 하는 경우가 많고 과제 연구를 적용할 때 겪는 실질적 어려움을 해결하는 데에 도움이 되는 처방적 방안 마련을 위한 연구도 부족한 실정이다. 따라서 학교 현장에서 과제 연구가 더 활발하게 이루어지기 위해서는 과제 연구의 일반계 고등학교 적용 방안과 과제 연구 실행 시 학생과 교사들이 겪는 어려움을 해결할 수 있는 방안에 대한 연구가 더 이루어져야겠다.
- 2조는 속담 속에 숨어있는 나만의 연구주제 찾기 수업 중 ‘자라보고 놀란 가슴 솥뚜껑 보고 놀란다’에서 궁금한 점을 찾았으며, 이에 대해 과학적으로 더 연구해보고 싶다는 의견을 제시했다.
- 그러나 대조반의 경우 2조와 3조, 5조에서는 변인들이 드러나 있었지만 1조와 4조에서는 독립변인과 종속 변인의 관계가 전혀 없었다. 특히 대조반의 2조와 3조는 모두 변인들의 관계가 보이긴 했지만 종속 변인이 각각 우리 몸의 변화, 우울증 치료 효과로 우리 몸의 변화라면 어떤 변화를 볼 것인지, 우울증 치료 효과가 있다 혹은 없다라고 이야기를 하기 위해서는 학생 수준에서 어떻게 진행할 것인지에 대해 추가로 깊이 있는 논의가 필요해 보였다. 학생들이 제출한 연구 주제 작성지에서는 이에 대한 논의 결과는 없었으며, 추가 면담을 진행했을 때도 답변을 하지는 못했다.
- 첫째, 본 연구에서 개발된 수업 실천 매뉴얼은 신규 및 초임교사에게 과제연구의 수업 안내서 및 지침서의 역할을 할 수 있을 것이다. 따라서 일반계 고등학교 신규 및 경력이 낮은 교사들이 개발된 수업 실천 매뉴얼을 활용할 수 있는 방안을 모색할 필요가 있다.
- 요즘에는 일반계 고등학교에서도 과제 연구 및 소논문 쓰기 활동에 대한 관심이 증대되고 있으며 대회에 참여하는 학교도 많다. 이러한 누적된 자료들을 체계적으로 관리할 수 있는 시스템이 개발된다면 학생들의 과학 탐구 및 연구 활동을 효과적으로 지원해 주는 방법이 될 것이다. 특히 일반계 고등학교 학생들에게는 개념의 수준이 너무 높아 읽고 이해하기조차 어려운 논문을 제시했을 때 오히려 활동 의욕이 떨어지는 모습을 보였다.
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