[논문]초등학생을 위한 과학인성 검사 도구 개발

남일균; 임성민

doi:10.14697/jkase.2018.38.6.825

초등학생을 위한 과학인성 검사 도구 개발
Development of Survey Tool for the Scientific Character of Elementary Student 원문보기

한국과학교육학회지 = Journal of the Korean association for science education, v.38 no.6, 2018년, pp.825 - 838

초록
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이 연구는 초등학교 과학 교수학습 맥락에서 발현되는 초등학생의 인성적 특성을 파악하여 과학교육과 인성교육을 효과적으로 접목하는 초등학생용 과학인성 측정 도구를 개발하려는 목적으로 수행되었다. 이를 위해 과학인성을 구체적인 과학 교수학습의 맥락에서 실천할 수 있는 역량으로 정의하는 선행연구의 이론적 모형을 차용하였으며, 이에 기반하여 초등학생의 과학 교수학습 맥락 속에서 추구하는 덕목을 실천 할 수 있는 역량을 측정하는 '초등학생 과학인성 검사 도구'를 개발하고, 개발한 검사 도구의 타당성과 신뢰성을 검증하였다. 탐색적 및 확인적 요인분석 결과 초등학생 과학인성 검사 도구는 과학적 문제해결능력, 자기관리역량, 자기성찰역량, 의사소통역량, 대인관계역량, 공동체참여역량, 세계시민의식, 환경윤리의식 등의 8개 하위 구인으로 구성됨을 확인하였고 문항은 최종 28개문항으로 정리되었다. 최종 정리된 과학인성 검사 도구의 각 하위 구인별 신뢰도 계수는 최소 0.5 이상이고 검사 도구 전체로는 0.878의 신뢰도 지수를 나타내며, 산출된 하위 구인들과 전체 과학인성 점수 사이에 양호한 수준에서 상관이 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 이 연구에서 개발한 검사 도구가 과학인성교육의 성과를 평가하는 도구로서 유용할 수 있음을 보여준다. 이 연구는 과학교과를 통해 기를 수 있는 인성의 구인들을 구체적인 과학 교수학습 맥락을 고려하여 체계적으로 밝히고 이를 평가하는 도구를 제안했다는 점에서 의미 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to develop a survey tool of scientific character for elementary student which connects science education and character education effectively by figuring out traits of elementary students' character being presented in teaching and learning context of elementary school science. For this, we adapted the theocratical model from the previous research which defined scientific character as the competencies being able to practice in concrete teaching and learning context of science. Based on this model, we developed the survey tool as 'Scientific Character Inventory for Elementary Student' to assess elementary students' scientific character as the competences to practice the virtues being pursued in the context of elementary school science and verified its reliability and validity. As a result of an exploratory and confirmatory factor analysis, we confirmed all the items could be summarized into 28 items and eight constructs such as scientific problem-solving, self-management, self-reflection, communication, interpersonal skill, community participation, global citizenship, and environmental ethics awareness. We found that minimum reliability coefficient of constructs was over than 0.5 and reliability coefficient of the total items was 0.878. And also, there was modest relationship between each construct and the total score of scientific character. These results show that the developed survey tool can be useful in evaluating the effectiveness of science character education. This study is meaningful in that it systematically reveals constructs of scientific character which can be raised in concrete context of science teaching and learning so as to suggest the survey tool to assess this.

주제어

표/그림 (7)

그림 Figure 1. Research process
표 Table 1. Structure of Scientific Character(Jung, Nam & Im, 2018)
표 Table 2. Structure of preliminary survey tool for scientific character
표 Table 3. Factor loadings, eigenvalues, and percentage of variance for preliminary survey items (n=512)
표 Table 4. Framework of Scientific Character Inventory for Elementary Student
표 Table 5. Internal consistency of Scientific Character Inventory for Elementary Student
표 Table 6. Factor correlation matrix obtained by factor analysis using varimax and oblique rotation on the 28 items

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구는 초등학교 과학 교수학습 맥락에서 발현되는 초등학생의 인성적 특성을 파악하여 과학교육과 인성교육을 효과적으로 접목하는 초등학생용 과학인성 측정 도구를 개발하려는 목적으로 수행되었다. 이를 위해 과학인성을 과학교육에서 추구하는 덕목을 구체적인 과학 교수학습의 맥락에서 실천할 수 있는 (학습자의) 역량으로 정의하는 선행연구의 이론적 모형을 차용하였으며(Jung, Nam, & Im,2018), 이에 기반 하여 초등학생의 과학 교수학습 맥락 속에서 추구하는 덕목과 이를 실천 할 수 있는 역량으로서 초등학생의 과학인성을 측정하는 검사 도구를 개발하고 개발한 검사 도구의 타당도와 신뢰도를 검증하였다.
이 연구에서는 이와 같은 과학인성의 정의와 이론적 구조를 채용하되, 초등학교 학생의 관점에서 과학수업을 통해 맺게 되는 다양한 관계의 차원을 고려하여 과학인성을 구체화하고 조사 문항을 구성하고자 하였다.
이 연구에서는 일반적인 인성의 담론을 넘어 인성을 구체적인 맥락에서의 역량으로 간주하는 관점을 채택하여 초등학교 과학 교수학습맥락에서 과학인성을 개념화하였다. 초등학생용 과학인성의 검사의 구인들은 모두 초등학생들의 자연스러운 과학 교수학습의 맥락에서 발현될 수 있는 가치로서, 의사소통과 대인관계처럼 일반적인 인성역량으로 해석할 수 있는 인성의 가치들과 더불어 과학적 문제해결역량과 환경윤리의식과 같이 보다 과학 교수학습 맥락의 특수성에 기인한 가치들을 함께 포함한다.
이에 이 연구에서는 대상 학습자와 이들의 과학 교수학습의 맥락을 충분히 고려한 과학인성의 이론적 구인을 바탕으로 학생들의 과학인성을 체계적으로 측정할 수 있는 검사 도구를 개발하고자 하였다. 특히 이러한 논의를 고려하여 이 연구에서는 대학입시나 학업성적의 부담으로부터 상대적으로 자유롭고 다양한 인성교육의 적용이 가능하다고 생각되는 초등학생을 대상으로 하는 과학인성 검사 도구를 개발하여 제안하고자 하였다.
이에 이 연구에서는 대상 학습자와 이들의 과학 교수학습의 맥락을 충분히 고려한 과학인성의 이론적 구인을 바탕으로 학생들의 과학인성을 체계적으로 측정할 수 있는 검사 도구를 개발하고자 하였다. 특히 이러한 논의를 고려하여 이 연구에서는 대학입시나 학업성적의 부담으로부터 상대적으로 자유롭고 다양한 인성교육의 적용이 가능하다고 생각되는 초등학생을 대상으로 하는 과학인성 검사 도구를 개발하여 제안하고자 하였다.

제안 방법

과학인성 하위 구인의 일관성을 확보하기 위해, 먼저 각 문항의 변별도를 확인하였다. 각 문항의 평균, 표준편차, 문항-총점간 상관과 문항 내적 일치도를 확인하였다. 문항 변별도의 확인 과정에서, 4점 리커트 척도의 평균이 3.
3 미만인 문항을 제거하여 10개의 하위 요인들은 8개의 요인들로 해석하였다(Gorsuch, 1983; Kline, 1994). 과학인성 예비검사의 탐색적 요인분석 결과, 과학인성 검사 도구의 이론적 구조가 유효함을 확인하였기에, 연구자간 협의를 거쳐 본 검사 개발 과정에서 과학 인성의 이론적 구인은 유지하되 다음 2가지를 수정하였다. 즉, 본 검사 개발의 단계에서는 자기보고식 검사의 응답 신뢰도 향상을 위해 각 구인별로 1개 문항은 부정문항으로 교체하는 동시에 5단계 리커트 척도를 4단계 척도로 수정하여 본 검사지를 개발하였다.
과학인성 하위 구인의 일관성을 확보하기 위해, 먼저 각 문항의 변별도를 확인하였다. 각 문항의 평균, 표준편차, 문항-총점간 상관과 문항 내적 일치도를 확인하였다.
4명의 교사들은 그들의 교수 경험을 기반으로 각 문항이 과학교수학습 맥락에서 덕목과 역량과 관련되는지에 대한 동의 정도를 표시하였고, 동의 정도가 낮은 문항은 그 이유를 기록하였다. 그런 이유에 대해서는 이후 연구자와 심층 면담을 통해 관련된 교수 경험을 공유하였다.
먼저 첫 단계인 과학인성 검사 도구 초안 개발을 위해서 연구자들은 한국교육개발원에서 개발한 학생용 인성검사 도구의 기본틀에 따라(KEDI, 2014b), 즉 인성 관련 덕목을 실천할 수 있는 역량에 대한 자신의 행동이나 생각을 자기보고식으로 답변하는 리커트 척도 형태로 검사 도구를 구성하였다. 다만, KEDI(2014b)의 검사 도구가 일반적인 인성 덕목과 역량에 대해 문항을 구성한 것과 달리 이 연구에서는 과학인성의 개념화를 바탕으로 과학인성의 하위 덕목과 역량을 구분하고 과학 교수학습 맥락에서의 인성 관련 가치들이 충분히 드러날 수 있도록 총 40개의 문항 초안을 개발하였다.
또한 과학교사들은 그들의 학생들이 과학탐구를 통해 비판적 사고를 하기 원하며 학생들이 그들의 탐구과정에 대하여 반성하고 질문을 하는 것에 가치를 둔다.다만, 과학교사들이 그들의 수업에서 학생들의 행동으로 관찰하기 어려운 가치들의 경우는 학생들의 생각을 묻는 방법을 사용하여 문항을 개발하였다. 이러한 과정을 통하여 이론적으로 설정된 8개 과학인성의 하위 구인별(Table 1)로 5개씩 총 40개의 5단계 리커트 척도 문항들로 1차 검사 도구를 개발하였다.
이중 불성실한 답변을 한 5명의 응답을 제외한 86명의 응답을 분석하여 문항 변별도와 내적 일치도 그리고 문항-총점간 상관을 확인하였다. 또, 과학인성 검사의 이론적 구인의 타당성을 확인하기 위해 탐색적 요인분석을 실시하였고 분석된 결과를 통해 초등학생용 과학인성 예비검사의 이론적 구인을 확인함과 동시에 문항을 수정하였다.
이러한 이유는 연구자와 교사간의 심층면담을 통해 공유하였으며 연구자간 협의를 거쳐 그러한 이유가 타당하다고 해석된 경우 그 문항은 삭제하였다. 또한 이러한 심층면담의 과정에서 교사들의 과학교수 경험을 근거로 몇 개의 문항을 수정하였다. 이러한 과정을 통해 문항 초안은 총 35개로 조정되었으며, 이후 초등학생들의 수준에 적합한지를 알아보기 위해 초등학교 3학년, 5학년 학생 2명에게 시범검사를 실시하여 검사에 소요되는 시간을 확인하고 심층면담을 통해 각 문항의 해석이 원활한지 확인하였다.
이후 선정된 문항들은 표현을 수정하여 학생들의 인성 교육의 관점에서 과학교사들이 과학수업 시간에 관찰 할 수 있는 내용과 가치를 내포하도록 문항을 개발하였다. 또한 학생용 인성검사 문항 이외에도 각각의 과학인성의 이론적 구인을 고려하여 과학 교수학습의 맥락 속에 고유하게 내재된 가치를 나타낼 수 있는 문항들은 추가로 개발하였다.
먼저 과학인성의 이론적 구인을 중심으로 한국교육개발원(KEDI,2014b)의 인성검사 도구 문항을 참고하여 초등학교 과학 교수학습맥락을 반영한 40개의 과학인성검사 예비문항을 개발하고 현직교사 4명의 검토와 심층면담을 통해 안면타당도를 확보하였다. 시범 검사를 통한 표현 수정을 거쳐 과학인성 예비검사지를 개발하고 초등학교 3,4,5,6학년 86명의 예비검사 응답을 분석하여 문항변별도를 확인하고 탐색적 요인분석을 통해 검사 도구의 이론적 구인을 확인하였다.
먼저 과학인성의 이론적 구조(Table 1)에 따라 기존에 개발된 학생용 인성 검사의 문항들(KEDI, 2014b)을 각 문항이 측정하고자 하는 내용을 확인하여 과학인성의 문항으로 변형 가능한 것과 그렇지 못한 것으로 분류하였다. 즉 일반 인성의 덕 중에서 과학 교수학습의 맥락에서 교사들이 관찰할 수 있다고 생각되는 학생들의 행동이나 생각과 관련 될 수 있는 문항을 확인하였다.
먼저 첫 단계인 과학인성 검사 도구 초안 개발을 위해서 연구자들은 한국교육개발원에서 개발한 학생용 인성검사 도구의 기본틀에 따라(KEDI, 2014b), 즉 인성 관련 덕목을 실천할 수 있는 역량에 대한 자신의 행동이나 생각을 자기보고식으로 답변하는 리커트 척도 형태로 검사 도구를 구성하였다. 다만, KEDI(2014b)의 검사 도구가 일반적인 인성 덕목과 역량에 대해 문항을 구성한 것과 달리 이 연구에서는 과학인성의 개념화를 바탕으로 과학인성의 하위 덕목과 역량을 구분하고 과학 교수학습 맥락에서의 인성 관련 가치들이 충분히 드러날 수 있도록 총 40개의 문항 초안을 개발하였다.
모든 문항들의 산출된 문항-총점간 상관은 0.3 이상이었고 검사 도구의 신뢰도인 문항내적 일관성을 검토하기 위해 신뢰도 계수(Cronbach α)를 산출하고, 해당 문항을 제외하였을 때 신뢰도 계수의 변화를 파악하였다(Coulson, 1992;van Aalderen-Smeets & van der Molen, 2013).
문항 변별도 검사를 통해 확정된 32개 문항들의 응답에 대하여 확인적 요인분석을 통해 과학인성 검사 도구에 가정된 이론적 구조를 탐색하였고 이를 통해, 과학인성 검사 도구의 타당도를 확보하였다. 확인적 요인분석은 주성분 분석방법을 사용하였고, 회전 방식은 베리맥스 방식을 이용하였다.
문항 초안 개발 후, 각 문항은 초등 과학교과 지도 경험이 10년 이상인 4명의 초등 교사들의 검토를 통해 안면타당도를 확보하였다. 4명의 교사들은 과학 교수학습 맥락의 덕목과 역량과 관련하여 각 문항의 타당성에 대한 동의의 정도를 리커트 척도로 답하였고 낮은 점수를 보인 문항에 대해서는 그렇게 생각하는 이유를 기록하였다.
이러한 과정을 통해 문항 초안은 총 35개로 조정되었으며, 이후 초등학생들의 수준에 적합한지를 알아보기 위해 초등학교 3학년, 5학년 학생 2명에게 시범검사를 실시하여 검사에 소요되는 시간을 확인하고 심층면담을 통해 각 문항의 해석이 원활한지 확인하였다. 문항의 해석에 어려움이 있다고 답변한 경우 그 이유를 확인하여 문항의 표현을 학생들이 이해하기 쉽도록 수정하였다.
수정 보완된 과학인성 검사 도구 초안을 1개 초등학교 3, 4, 5, 6학년각 1개 반 총 91명의 학생들에게 투입하여 예비 조사를 실시하였다. 이중 불성실한 답변을 한 5명의 응답을 제외한 86명의 응답을 분석하여 문항 변별도와 내적 일치도 그리고 문항-총점간 상관을 확인하였다.
먼저 과학인성의 이론적 구인을 중심으로 한국교육개발원(KEDI,2014b)의 인성검사 도구 문항을 참고하여 초등학교 과학 교수학습맥락을 반영한 40개의 과학인성검사 예비문항을 개발하고 현직교사 4명의 검토와 심층면담을 통해 안면타당도를 확보하였다. 시범 검사를 통한 표현 수정을 거쳐 과학인성 예비검사지를 개발하고 초등학교 3,4,5,6학년 86명의 예비검사 응답을 분석하여 문항변별도를 확인하고 탐색적 요인분석을 통해 검사 도구의 이론적 구인을 확인하였다. 이후 자기보고식 검사문항의 단점을 보완하기 위해 부정문항을 추가하고 4단계 리커트 척도로 문항을 수정한 검사 도구를 2개 초등학교 3,4,5,6학년 학생들에게 투입하여 총 512명의 응답 결과를 분석하였다.
즉 일반 인성의 덕 중에서 과학 교수학습의 맥락에서 교사들이 관찰할 수 있다고 생각되는 학생들의 행동이나 생각과 관련 될 수 있는 문항을 확인하였다. 연구자들은 각각 학생용 인성 검사지의 각 문항에 대해 과학인성 검사 도구로의 사용 가능성에 대해 의견을 기록하였고 의견 불일치 문항들은 협의를 거쳐 최종 문항들을 선정하였다. 이후 선정된 문항들은 표현을 수정하여 학생들의 인성 교육의 관점에서 과학교사들이 과학수업 시간에 관찰 할 수 있는 내용과 가치를 내포하도록 문항을 개발하였다.
0 이상인 요인 수를 확인하고 스크리 도표를 참고하여 적절한 요인의 수를 확인하였다. 요인별로 묶여진 문항들을 대표하는 내용의 명확성을 고려하되 문항의 요인별 부하량을 확인하여 반복적인 분석을 실시하였다. 탐색적 요인분석 결과와 확인적 요인분석의 결과를 비교분석하는 동시에 요인에 배치된 문항들이 나타내는 의미와 문항의 부하량에 따라 적절한 요인으로 해석하는 과정을 통하여 하위구인을 재구조화하였다.
이후 새롭게 구조화된 요인의 문항들은 각 문항의 내용과 그 문항들로 이루어진 요인의 집합적인 내용을 당초 설정한 이론적 틀과 비교분석하여 확정하는 과정을 거쳤다. 이 과정에서 일부 요인에 대해서는 요인분석 결과에 보다 잘 부합하도록 명칭을 부분적으로 수정하였다(Table 3). 제1요인의 경우 탐색적 및 확인적 요인분석 결과 모두 이론적 틀과 동일하게 같은 요인으로 묶였는데, 당초 명칭인 ‘문제해결역량’이라는 명칭에서 일반적인 문제해결이 아닌 과학에서 요구하는 문제해결역량임을 강조하기 위하여 ‘과학적 문제해결역량’으로 명칭만 수정하였다.
이러한 과정을 거쳐 초등학교 과학 교수학습의 맥락과 관련되지 않을 것으로 간주되는 가치와 관련된 문항들은 연구자간 협의를 거쳐 삭제하거나 수정하였고 내용이 비슷한 2개 문항들은 1개 문항으로 조정하였다. 동시에, 초등 교사들의 과학 교수 경험과 과학인성에 대한 그들의 생각과 이해에 비추어 새로운 문항들이 제안되기도 하였다.
다만, 과학교사들이 그들의 수업에서 학생들의 행동으로 관찰하기 어려운 가치들의 경우는 학생들의 생각을 묻는 방법을 사용하여 문항을 개발하였다. 이러한 과정을 통하여 이론적으로 설정된 8개 과학인성의 하위 구인별(Table 1)로 5개씩 총 40개의 5단계 리커트 척도 문항들로 1차 검사 도구를 개발하였다.
또한 이러한 심층면담의 과정에서 교사들의 과학교수 경험을 근거로 몇 개의 문항을 수정하였다. 이러한 과정을 통해 문항 초안은 총 35개로 조정되었으며, 이후 초등학생들의 수준에 적합한지를 알아보기 위해 초등학교 3학년, 5학년 학생 2명에게 시범검사를 실시하여 검사에 소요되는 시간을 확인하고 심층면담을 통해 각 문항의 해석이 원활한지 확인하였다. 문항의 해석에 어려움이 있다고 답변한 경우 그 이유를 확인하여 문항의 표현을 학생들이 이해하기 쉽도록 수정하였다.
4명의 교사들은 과학 교수학습 맥락의 덕목과 역량과 관련하여 각 문항의 타당성에 대한 동의의 정도를 리커트 척도로 답하였고 낮은 점수를 보인 문항에 대해서는 그렇게 생각하는 이유를 기록하였다. 이러한 이유는 연구자와 교사간의 심층면담을 통해 공유하였으며 연구자간 협의를 거쳐 그러한 이유가 타당하다고 해석된 경우 그 문항은 삭제하였다. 또한 이러한 심층면담의 과정에서 교사들의 과학교수 경험을 근거로 몇 개의 문항을 수정하였다.
이렇게 개발된 예비 과학인성 검사지는 과학인성의 이론적 구인의 타당성을 확인하기 위하여 1개 초등학교 3,4,5,6학년의 각 한 개 반씩 총 91명의 초등학생들에게 투입하였고 불성실하게 응답한 5명을 제외한 86명의 응답을 분석하였다. 이론적 구인의 타당도를 확인하기 전에, 각 문항에 대한 평균, 표준편차, 최소, 최대 응답을 확인하여 문항 변별도를 확인하였다. 그 결과 5개 문항의 평균이 4점 이상이었지만 5점 리커트 척도에서 반응이 편포된 것으로 볼 수 있는 정도인(Park & Huh, 2012) 4.
이를 바탕으로 연구자들은 ‘초등학생 과학인성 검사 도구(Scientific Character Inventory for Elementary Scientific Character Inventory for Elementary Student)’를 제안하였다(Appendix).
이를 위해 과학인성을 과학교육에서 추구하는 덕목을 구체적인 과학 교수학습의 맥락에서 실천할 수 있는 (학습자의) 역량으로 정의하는 선행연구의 이론적 모형을 차용하였으며(Jung, Nam, & Im,2018), 이에 기반 하여 초등학생의 과학 교수학습 맥락 속에서 추구하는 덕목과 이를 실천 할 수 있는 역량으로서 초등학생의 과학인성을 측정하는 검사 도구를 개발하고 개발한 검사 도구의 타당도와 신뢰도를 검증하였다.
이와 동시에 검사 도구의 신뢰도인 문항 내적 일관성의 검토를 위해 신뢰도 계수(Cronbach α)를 산출하였고,해당 문항을 제외 시 신뢰도 계수의 변화를 파악하여 문항 선정의 기초자료로 활용하였다.
수정 보완된 과학인성 검사 도구 초안을 1개 초등학교 3, 4, 5, 6학년각 1개 반 총 91명의 학생들에게 투입하여 예비 조사를 실시하였다. 이중 불성실한 답변을 한 5명의 응답을 제외한 86명의 응답을 분석하여 문항 변별도와 내적 일치도 그리고 문항-총점간 상관을 확인하였다. 또, 과학인성 검사의 이론적 구인의 타당성을 확인하기 위해 탐색적 요인분석을 실시하였고 분석된 결과를 통해 초등학생용 과학인성 예비검사의 이론적 구인을 확인함과 동시에 문항을 수정하였다.
이후 수정된 문항들을 이용한 검사지를 제작하여 3학년과 5학년 학생 각 2명에게 투입하여 그들이 검사에 임하는 모습과 소요 시간을 관찰하였다. 이후 2명의 학생들과 심층 면담을 통해 평가과정에서 문항을 이해하는데 어려움이 있었는지를 확인하였고 몇 개의 문항들은 원래 측정하고자 한 내용을 유지하되 가독성을 높이도록 표현을 수정하였다.
연구자들은 각각 학생용 인성 검사지의 각 문항에 대해 과학인성 검사 도구로의 사용 가능성에 대해 의견을 기록하였고 의견 불일치 문항들은 협의를 거쳐 최종 문항들을 선정하였다. 이후 선정된 문항들은 표현을 수정하여 학생들의 인성 교육의 관점에서 과학교사들이 과학수업 시간에 관찰 할 수 있는 내용과 가치를 내포하도록 문항을 개발하였다. 또한 학생용 인성검사 문항 이외에도 각각의 과학인성의 이론적 구인을 고려하여 과학 교수학습의 맥락 속에 고유하게 내재된 가치를 나타낼 수 있는 문항들은 추가로 개발하였다.
이러한 과정을 거쳐 총 40개 문항은 35개로 축소되었다. 이후 수정된 문항들을 이용한 검사지를 제작하여 3학년과 5학년 학생 각 2명에게 투입하여 그들이 검사에 임하는 모습과 소요 시간을 관찰하였다. 이후 2명의 학생들과 심층 면담을 통해 평가과정에서 문항을 이해하는데 어려움이 있었는지를 확인하였고 몇 개의 문항들은 원래 측정하고자 한 내용을 유지하되 가독성을 높이도록 표현을 수정하였다.
시범 검사를 통한 표현 수정을 거쳐 과학인성 예비검사지를 개발하고 초등학교 3,4,5,6학년 86명의 예비검사 응답을 분석하여 문항변별도를 확인하고 탐색적 요인분석을 통해 검사 도구의 이론적 구인을 확인하였다. 이후 자기보고식 검사문항의 단점을 보완하기 위해 부정문항을 추가하고 4단계 리커트 척도로 문항을 수정한 검사 도구를 2개 초등학교 3,4,5,6학년 학생들에게 투입하여 총 512명의 응답 결과를 분석하였다. 수정한 검사 도구에 대한 문항별 평균, 표준편차, 응답점수의 분포, 문항-총점간 상관 및 문항 내적 일치도를 확인하였고 확인적 요인분석을 실시하여 검사 문항의 신뢰도와 구인타당도를 검증하였다.
초등학생용 과학인성 검사 도구의 문항 초안을 개발하고 이에 대해초등교사 4명의 검토와 심층면담을 통해 안면타당도를 확보하였고 초등학생 2명의 시범 검사를 통해 문항의 표현을 수정하였다. 이후 초등학생 91명을 대상으로 예비 조사를 실시하였고 이중 성실히 답변한 86명의 응답을 분석하여 문항 변별도를 확인하고 탐색적 요인분석을 통해 검사 도구의 이론적 구인의 타당성을 확인함과 동시에 검사 문항을 수정하였다.
이후 탐색적 요인분석을 통해 수정된 과학인성 검사 도구는 사회문화적 배경이 다르다고 가정한 도심과 농촌지역의 2개 초등학교를 의도적으로 표집하여 3, 4, 5, 6학년 각 3개 반 총 670명의 초등학생들에게 투입하고 본 조사를 실시하였다. 그 중 불성실한 답변을 제외한 512명의 응답 결과를 예비 조사와 같은 과정을 거쳐 분석하였다.
이후, 문항-총점간 상관과 신뢰도 계수를 확인하였다. 문항-총점간 상관이 0.
이후, 주성분추출분석방법을 사용한 탐색적 요인분석을 실시하였다. 예비검사 문항은 KMO적합성 지수와, Bartlett 검증 결과 모두 유의하여(KMO = 0.
제1요인의 경우 탐색적 및 확인적 요인분석 결과 모두 이론적 틀과 동일하게 같은 요인으로 묶였는데, 당초 명칭인 ‘문제해결역량’이라는 명칭에서 일반적인 문제해결이 아닌 과학에서 요구하는 문제해결역량임을 강조하기 위하여 ‘과학적 문제해결역량’으로 명칭만 수정하였다.
먼저 과학인성의 이론적 구조(Table 1)에 따라 기존에 개발된 학생용 인성 검사의 문항들(KEDI, 2014b)을 각 문항이 측정하고자 하는 내용을 확인하여 과학인성의 문항으로 변형 가능한 것과 그렇지 못한 것으로 분류하였다. 즉 일반 인성의 덕 중에서 과학 교수학습의 맥락에서 교사들이 관찰할 수 있다고 생각되는 학생들의 행동이나 생각과 관련 될 수 있는 문항을 확인하였다. 연구자들은 각각 학생용 인성 검사지의 각 문항에 대해 과학인성 검사 도구로의 사용 가능성에 대해 의견을 기록하였고 의견 불일치 문항들은 협의를 거쳐 최종 문항들을 선정하였다.
과학인성 예비검사의 탐색적 요인분석 결과, 과학인성 검사 도구의 이론적 구조가 유효함을 확인하였기에, 연구자간 협의를 거쳐 본 검사 개발 과정에서 과학 인성의 이론적 구인은 유지하되 다음 2가지를 수정하였다. 즉, 본 검사 개발의 단계에서는 자기보고식 검사의 응답 신뢰도 향상을 위해 각 구인별로 1개 문항은 부정문항으로 교체하는 동시에 5단계 리커트 척도를 4단계 척도로 수정하여 본 검사지를 개발하였다. 이는 대부분 선행된 인성관련 검사 도구 개발 연구가 학생들에게 인성에 대한 그들의 생각이나 그들의 행동에 대하여 자기 스스로 답하도록 하는 것이기에 초등학생들의 인성관련 응답에 대한 긍정왜곡 현상과 홀수 문항 리커트 척도 선택 검사지의 중심화 응답경향에 대한 비판을 고려한 조치였다(Haeffel & Howard, 2010).
초등학생용 과학인성 검사 도구의 문항 초안을 개발하고 이에 대해초등교사 4명의 검토와 심층면담을 통해 안면타당도를 확보하였고 초등학생 2명의 시범 검사를 통해 문항의 표현을 수정하였다. 이후 초등학생 91명을 대상으로 예비 조사를 실시하였고 이중 성실히 답변한 86명의 응답을 분석하여 문항 변별도를 확인하고 탐색적 요인분석을 통해 검사 도구의 이론적 구인의 타당성을 확인함과 동시에 검사 문항을 수정하였다.
4 초과로 나타났다(Tabachnick & Fidell, 2007). 총 35개의 과학인성 예비검사 문항은 주성분 분석을 통해 총 10개의 요인으로 추출되었다. 요인 회전은 사각 회전(Direct Oblimin)과 직각 회전(Varimax rotation) 모두를 사용하여 비슷한 결과를 확인하였다.
요인별로 묶여진 문항들을 대표하는 내용의 명확성을 고려하되 문항의 요인별 부하량을 확인하여 반복적인 분석을 실시하였다. 탐색적 요인분석 결과와 확인적 요인분석의 결과를 비교분석하는 동시에 요인에 배치된 문항들이 나타내는 의미와 문항의 부하량에 따라 적절한 요인으로 해석하는 과정을 통하여 하위구인을 재구조화하였다.
한편, 이 연구에서는 과학교육에서 길러야할 과학인성의 이론적 구인을 밝히고 측정하기 위해 응답자의 자기보고에 의존하는 표준화된 설문 방법을 채택하였다. 이러한 방법은 다른 자료 수집 방법에 비해 신뢰도, 타당도가 높고 실시 및 채점에 소요되는 시간, 노력이 적게 들어 대규모 실시에 용이하다(Tuttle & Becker, 1981).
확인적 요인분석 과정에서 적절한 요인 수를 결정하기 위해 고유치 1.0 이상인 요인 수를 확인하고 스크리 도표를 참고하여 적절한 요인의 수를 확인하였다. 요인별로 묶여진 문항들을 대표하는 내용의 명확성을 고려하되 문항의 요인별 부하량을 확인하여 반복적인 분석을 실시하였다.

대상 데이터

이후 탐색적 요인분석을 통해 수정된 과학인성 검사 도구는 사회문화적 배경이 다르다고 가정한 도심과 농촌지역의 2개 초등학교를 의도적으로 표집하여 3, 4, 5, 6학년 각 3개 반 총 670명의 초등학생들에게 투입하고 본 조사를 실시하였다. 그 중 불성실한 답변을 제외한 512명의 응답 결과를 예비 조사와 같은 과정을 거쳐 분석하였다. 각 문항의 평균 점수와 표준편차, 리커트 척도의 출현 횟수 그리고 문항총점간 상관의 분석을 통해 문항의 적절성을 확인하였으며, 확인적 요인분석을 실시하고 그 결과를 해석하여 검사 도구의 구인타당도를 확보하였다.
이렇게 개발된 예비 과학인성 검사지는 과학인성의 이론적 구인의 타당성을 확인하기 위하여 1개 초등학교 3,4,5,6학년의 각 한 개 반씩 총 91명의 초등학생들에게 투입하였고 불성실하게 응답한 5명을 제외한 86명의 응답을 분석하였다. 이론적 구인의 타당도를 확인하기 전에, 각 문항에 대한 평균, 표준편차, 최소, 최대 응답을 확인하여 문항 변별도를 확인하였다.
총 35개의 문항으로 수정된 과학인성 검사 도구의 통계적 검증을 위해 이를 중소도시의 도심 지역과 농촌 지역에 소재한 2개 초등학교 3,4,5,6학년의 각 3개 학급씩 총 670명의 초등학생에게 투입하여 그 결과를 분석하였다. 이중 불성실하게 답변한 158명의 응답을 제외한 총 512명의 응답을 분석하였다.
총 35개의 문항으로 수정된 과학인성 검사 도구의 통계적 검증을 위해 이를 중소도시의 도심 지역과 농촌 지역에 소재한 2개 초등학교 3,4,5,6학년의 각 3개 학급씩 총 670명의 초등학생에게 투입하여 그 결과를 분석하였다. 이중 불성실하게 답변한 158명의 응답을 제외한 총 512명의 응답을 분석하였다.

데이터처리

그 중 불성실한 답변을 제외한 512명의 응답 결과를 예비 조사와 같은 과정을 거쳐 분석하였다. 각 문항의 평균 점수와 표준편차, 리커트 척도의 출현 횟수 그리고 문항총점간 상관의 분석을 통해 문항의 적절성을 확인하였으며, 확인적 요인분석을 실시하고 그 결과를 해석하여 검사 도구의 구인타당도를 확보하였다. 이후 최종적으로 정리된 과학인성 검사 도구에 대해서는 내적 일치도, 문항-총점간 상관과 산출된 구인들의 상관 계수를 통하여 개발한 검사 도구의 신뢰도와 타당도를 확인하였다.
이후 자기보고식 검사문항의 단점을 보완하기 위해 부정문항을 추가하고 4단계 리커트 척도로 문항을 수정한 검사 도구를 2개 초등학교 3,4,5,6학년 학생들에게 투입하여 총 512명의 응답 결과를 분석하였다. 수정한 검사 도구에 대한 문항별 평균, 표준편차, 응답점수의 분포, 문항-총점간 상관 및 문항 내적 일치도를 확인하였고 확인적 요인분석을 실시하여 검사 문항의 신뢰도와 구인타당도를 검증하였다.
확인적 요인분석은 주성분 분석방법을 사용하였고, 회전 방식은 베리맥스 방식을 이용하였다. 요인분석을 실시하기 전, 분석될 표본의 상관행렬 크기가 요인분석에 적합한지 확인하기 위해 KMO 측정치를 통한 표본 적정성 검토와 Bartlett의 구형성(sphericity) 검정을 실시하였다. 요인분석에 적절하기 위해서 KMO 적합성 지수는 최소 0.
최종적으로 확보된 하위 구인들의 내적 일치도를 확보하기 위해 문항-총점간 상관과 신뢰도 계수(Cronbach α)를 확인하였다.

이론/모형

이 연구는 지금까지 인성 관련 과학교육연구들의 한계를 극복하고 구체적인 과학 교수학습 맥락에서 과학교육의 덕목을 정의한 Jung,Nam, & Im(2018)의 과학인성의 이론적 개념화를 채용하였다.
문항 변별도 검사를 통해 확정된 32개 문항들의 응답에 대하여 확인적 요인분석을 통해 과학인성 검사 도구에 가정된 이론적 구조를 탐색하였고 이를 통해, 과학인성 검사 도구의 타당도를 확보하였다. 확인적 요인분석은 주성분 분석방법을 사용하였고, 회전 방식은 베리맥스 방식을 이용하였다. 요인분석을 실시하기 전, 분석될 표본의 상관행렬 크기가 요인분석에 적합한지 확인하기 위해 KMO 측정치를 통한 표본 적정성 검토와 Bartlett의 구형성(sphericity) 검정을 실시하였다.

성능/효과

01). 8개 하위 구인들과 전체과학인성의 점수 간 상관계수는 0.619에서 0.794사이로 산출되어 보다 양호한 수준에서 상관이 있음을 확인하였다. 더불어, 비록 세계시민의식의 상관계수는 다른 요인들 간의 상관계수보다 상대적으로 낮기는 하였지만 모든 요인들은 통계적으로 유의한 상관을 보였다.
33으로 확인되어 이들 문항은 삭제하였다. 결과적으로 문항 변별도 확인 과정에서 3문항이 탈락하였고 확인적 요인분석을 위한 통계분석 과정에서 2개 문항이 추가로 제거되어 총 35문항 중 5개의 문항이 삭제되었다.
그 결과 5개 문항의 평균이 4점 이상이었지만 5점 리커트 척도에서 반응이 편포된 것으로 볼 수 있는 정도인(Park & Huh, 2012) 4.375 보다는 높거나 1.875 보다 낮은 반응을 보이는 문항은 없는 것으로 확인되었고 모든 문항들은 높은 분산을 보여 주어, 각 문항들은 응답자들의 다양한 과학인성의 차이를 구분 할 수 있는 것을 확인하였다.
794사이로 산출되어 보다 양호한 수준에서 상관이 있음을 확인하였다. 더불어, 비록 세계시민의식의 상관계수는 다른 요인들 간의 상관계수보다 상대적으로 낮기는 하였지만 모든 요인들은 통계적으로 유의한 상관을 보였다.
003씩 전체 신뢰도 계수가 증가함을 확인하였다. 또한, 이 두 문항이 속한 하위 구인들의 신뢰도 계수가 각각 0.0098, 0.121 증가하였고 2개 문항을 동시에 제거 시, 전체문항의 신뢰도 계수는 0.889가 됨을 확인하여 최종적으로 2번과 11번 문항 또한 제거하였다.
마지막 제8요인의 경우 환경윤리의식 3문항에 기존 자기관리역량에 속한 1문항이 하나의 구인으로 나타났는데, 이 구인에 속하는 모든 문항들이 모두 과학수업 또는 실험에서 사용하는 ‘물건’이나‘생물’ 등 학생을 둘러싼 외부 환경과 관련되어 있다는 점에서 당초구인대로 ‘환경윤리의식’으로 해석하였다.
모든 문항의 문항–총점간 상관 지수는 각 문항들이 공통적인 속성을 측정한다는 것을 보여주었고 8개 하위 구인들과 전체 과학인성의 점수 간에 양호한 수준에서 상관이 있음을 확인하였다.
분석된 응답 자료에 대한 KMO 적합정 지수는 .905로 1에 가까운 값이 산출되어 요인분석을 적용하기에 적절한 것으로 확인되었고 구형성 가정 역시 Bartlett 검증에 의해 유의수준 .001을 기준으로 영가설이 기각되었으므로(χ2=4663.201, p<0.001) 요인분석을 수행하기에 적절하다고 확인하였다.
연구 결과, 초등학생용 과학인성 검사 도구는 과학적 문제해결능력, 자기관리역량, 자기성찰역량, 의사소통역량, 대인관계역량, 공동체참여역량, 세계시민의식, 환경윤리의식의 8개 하위 구인으로 구성됨을 확인하였고 문항은 최종 28개로 정리되었다. 최종 정리된 과학 인성 검사 도구의 각 하위 구인별 신뢰도 계수(Cronbach α)는 과학적 문제해결역량 0.
각 문항의 평균 점수와 표준편차, 리커트 척도의 출현 횟수 그리고 문항총점간 상관의 분석을 통해 문항의 적절성을 확인하였으며, 확인적 요인분석을 실시하고 그 결과를 해석하여 검사 도구의 구인타당도를 확보하였다. 이후 최종적으로 정리된 과학인성 검사 도구에 대해서는 내적 일치도, 문항-총점간 상관과 산출된 구인들의 상관 계수를 통하여 개발한 검사 도구의 신뢰도와 타당도를 확인하였다. 각 연구 절차에 따라 수행한 주요 연구 결과는 Ⅲ장에 제시하였다.
이와 동시에 검사 도구의 신뢰도인 문항 내적 일관성의 검토를 위해 신뢰도 계수(Cronbach α)를 산출하였고,해당 문항을 제외 시 신뢰도 계수의 변화를 파악하여 문항 선정의 기초자료로 활용하였다. 전체 문항의 신뢰도는 0.883이었고 2번, 11번 문항을 각각 제거할 경우 0.002, 0.003씩 전체 신뢰도 계수가 증가함을 확인하였다. 또한, 이 두 문항이 속한 하위 구인들의 신뢰도 계수가 각각 0.
제2요인의 경우 기존 자기관리역량 2문항과 세계시민의식 1문항이 공통요인으로 묶였으나 당초세계시민의식으로 분류한 문항이 자기관리역량으로도 해석 가능하다고 판단하여 결과적으로 ‘자기관리역량’으로 명명하였다.
최종 정리된 과학 인성 검사 도구의 각 하위 구인별 신뢰도 계수(Cronbach α)는 과학적 문제해결역량 0.597, 자기관리역량 0.618, 자기성찰역량 0.500, 의사소통역량 0.566, 대인관계역량 0.670, 공동체참여역량 0.572, 세계시민의식 0.637, 환경윤리의식 0.564이었고 전체 과학인성 문항의 신뢰도 계수는 0.878이었다.
최종적으로 과학인성 검사 도구의 문항들은 총 28문항으로 정리되었으며 이는 과학적 문제해결역량, 자기관리역량, 자기성찰역량, 의사소통역량, 대인관계역량, 공동체참여역량, 세계시민의식, 환경윤리의식 등 8개 하위 구인으로 구조화되었다(Table 4). 이를 바탕으로 연구자들은 ‘초등학생 과학인성 검사 도구(Scientific Character Inventory for Elementary Scientific Character Inventory for Elementary Student)’를 제안하였다(Appendix).

후속연구

특히 인성의 요소들은 각각의 내용과 특징에 따라 적합한 평가 방법들을 저마다 가지고 있기에 인성평가는 언제나 다양한 방법을 통해 이루어져야 한다(Fowers,2014). 따라서 표준화된 자기보고식 검사를 적용하는 이 연구의 한계를 극복하기 위해 관찰과 면담 등 다양한 평가 방법의 적용과 실천에 대한 후속 논의가 필요하다.
특히 Jung, Nam, & Im(2018)은 일반적 인성의 구인과 과학교육의 맥락에서 인성적 구인들을 비교 분석하여 과학교육에서 추구하는 덕목과 과학 교수학습 맥락에서의 실천을 고려하여 ‘과학인성(scientific character)’의 개념을 제안하였다. 이러한 구인에 대한 적절한 정의와 함께 보다 효과적인 교육의 실천을 담보하기 위해서는 타당한 평가 개발에 대한 연구가 후속되어야 한다.
초등학생용 과학인성의 검사의 구인들은 모두 초등학생들의 자연스러운 과학 교수학습의 맥락에서 발현될 수 있는 가치로서, 의사소통과 대인관계처럼 일반적인 인성역량으로 해석할 수 있는 인성의 가치들과 더불어 과학적 문제해결역량과 환경윤리의식과 같이 보다 과학 교수학습 맥락의 특수성에 기인한 가치들을 함께 포함한다. 이와 같이 과학교과를 통해 기를 수 있는 인성의 구인을 과학교과의 맥락을 고려하여 체계적으로 밝힌 결과는 앞으로 과학교과와 같은 구체적인 교과교육 맥락에서 효과적인 인성교육의 추진에 많은 도움이 되리라 기대한다(Park, 2014).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Jung, Nam & Im(2018)은 과학인성을 무엇으로 정의하였는가?	따라서 과학 교수학습의 맥락에서는 그 맥락과 특히 관련된 과학의 고유한 인성적 가치와 학습자의 특성,그리고 학습자와 과학의 가치가 만나게 되는 다양한 과학 교수학습의 상황 모두를 고려한 접근이 필요하다. 이와 같이 과학을 가르치고 배우는 실천의 맥락인 과학 교수학습 상황에서는 어떤 학습자가 어떠한 과학의 활동으로 어떻게 인성의 가치를 내면화 하는지를 총체적으로 살펴야 하고, 이러한 이유를 고려하여 Jung, Nam & Im(2018)은‘과학인성(scientific character)’을 ‘과학교육에서 추구하는 덕목을 구체적인 과학 교수학습의 맥락에서 실천할 수 있는 (학습자의) 역량’으로 정의하였다.
	초등학교 교육과정에 편성된 14개의 교과의 특징은 무엇인가?	한편, 초등학교 교육과정에 편성된 14개의 교과는 각 교과의 사회, 문화, 역사 그리고 학문적 맥락을 바탕으로 고유하게 정립된 교과 목표와 내용으로 구성되어 있다. 하지만, 기본적으로는 ‘홍익인간의 이념 아래 모든 국민으로 하여금 인격을 도야하고 자주적 생활능력과 민주시민으로서 필요한 자질을 갖추게’한다는 교육기본법 제2조의 교육이념에 따라 모든 교과는 나름의 인성교육을 실천해왔다고 볼 수 있다(Nam & Im, 2017).
	과학학습자는 과학의 고유한 가치와 대면함으로써 어떻게 성장하는가?	과학의 고유한 가치와 대면한 과학학습자는 되도록 자세한 관찰을 수행하고 도출된 실험결과를 비판적으로 바라보며 수행한 탐구과정을 비판적으로 성찰하도록 지도받는다. 또한 측정과 재측정을 반복하며 얻게 된 원자료를 존중하고 거짓 없이 해석하는 등 과학을 수행하는 도덕적 주체로서 성장하게 된다(Elgin, 2011; Osborne, Erduran, & Simon, 2004;Yerrick & Roth, 2005).

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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