[논문]초등과학에서 브레인라이팅 활용 수업이 학생의 실험설계능력과 과학적 의사소통능력에 미치는 효과

이우민; 최선영

doi:10.15267/keses.2019.38.4.475

초등과학에서 브레인라이팅 활용 수업이 학생의 실험설계능력과 과학적 의사소통능력에 미치는 효과
The Effect of Brainwriting Instruction on Students' Experimental Design and Scientific Communication Ability in Elementary Science Class 원문보기

초등과학교육 = Journal of Korean elementary science education, v.38 no.4, 2019년, pp.475 - 483

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The purpose of this study was to investigate the effect of brainwriting instruction on students' experimental design and scientific communication ability in elementary science class. For this purpose, a brainwriting learning for science class was developed and applied. The objects of this study were the 4th graders of both an experimental class (24 students) and a comparative class (24 students) at the N elementary school located in Incheon city. The results of the study were as follows; First, as a result of examining the difference in the experimental design ability between experimental group and comparative group, the experimental group showed higher than the comparative group, it was statistically significant difference(p<.05). Second, a scientific communication ability of the experimental group after applying this program was higher, it was statistically significant differences (p<.05).

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Number of students in the experiment and comparison classes
표 Table 2. Science class steps with brainwriting
표 Table 3. DCT’s experimental design capability analysis framework
표 Table 4. The results of t-test on experimental design ability of science classes using brainwriting
표 Table 5. The results of t-test on scientific communication ability and subvariables in science classes using brainwriting

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 집단 구성원의 활발한 상호작용과 참여를 이끌어 낼 수 있는 브레인라이팅 기법을 초등 과학 수업에 적용해 보고, 학생들의 실험설계능력, 과학적 의사소통능력에 미치는 효과에 대해 알아보고자 한다.
본 연구는 초등학교 4학년을 대상으로 과학 수업에서 브레인라이팅을 활용한 수업이 학생들의 실험설계능력, 과학적 의사소통능력에 어떠한 영향을 주는지 알아보고자 하였으며, 그 결과를 간단하게 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

해당단원은 다양한 혼합물을 여러 방법으로 분리해 보고, 도구를 사용하여 분리하는 것의 좋은 점에 대해 학생들이 생각해 보고 활발한 의사소통이 이루어질 것이라 예상되어 선정하였다. 2019년 5월 초부터 6월 초까지 약 5주간에 걸쳐서 이루어졌으며, 수업 처치 후 실험설계능력, 과학적 의사소통능력 사후 검사를 실시한 후 결과를 분석하였다.
검사 도구의 측정 준거는 4가지의 과학적 의사소통능력 유형과 12가지의 과학적 의사소통능력 형태를 반영한 것이다. 과학적 의사소통 유형을 과학적 설명과 과학적 주장 유형으로 나누고, 과학적 설명 유형은 서술과 설명 유형으로, 과학적 주장 유형은 근거와 정당화 유형으로 나누어 검사를 실시하였 다. 총 24개 문항으로 구성되어 있으며, 각 문항당 2점씩 총 48점 만점으로 하였다.
범주화 된 카드를 묶어 이를 정리할만한 문제해결방법을 모둠보드판에 적는다. 그 후 소집단 별로 가장 많은 카드가 나온 것을 중심으로 문제해결방법을 선택하여 브레인라이팅 학습지에 정리하여 발표한다.
의사소통 형태는 과학교육에서 일반적으로 사용하고 있는 형태들을 비슷한 것끼리 범주화하여 재분류하고, 상위 범주를 글, 수, 표, 그림으로 구분하였다. 그리고 각각의 상위 형태에 포함되는 하위 형태를 3개씩 분류하여 모두 12가지로 제시하였다. 이 연구에서의 신뢰도는 .
이 연구를 통해 브레인라이팅 기법은 기존의 선행연구에서와 같이 국어과와 사회과뿐만 아니라, 과학과에서도 실험설계활동을 통해 학생들의 자유롭고 창의적인 사고의 기회를 제공하는데 효과적임을 알았다. 또한 이 연구에서는 효과적인 브레인라이팅을 적용하기 위해서는 학생들의 생각을 잘 정리 하는 것이 중요한데, 이를 위해 과학생각카드와 같은 방법을 활용하도록 하였다. 이와같이 과학수업에서 브레인라이팅 기법이 효과적으로 적용될 수 있는 다양한 교수학습 활동의 계발이 모색될 필요가 있다.
실험반은 브레인라이팅을 활용한 과학수업을, 비교반은 교사용 지도서에 따른 안내된 과학 수업으로 실시하였다. 본 연구는 4학년 1학기 5단원 ｢혼합물의 분리｣를 중심으로 지도안과 활동지를(Appendix 1) 작성하여 실시하였다. 해당단원은 다양한 혼합물을 여러 방법으로 분리해 보고, 도구를 사용하여 분리하는 것의 좋은 점에 대해 학생들이 생각해 보고 활발한 의사소통이 이루어질 것이라 예상되어 선정하였다.
브레인라이팅을 활용한 수업은 기존 브레인라이팅 토의·토론 수업 모형(정문성, 2004)을 중심으로 현장교사 3명과 과학교육 전문가와 함께 협의하여, 초등과학 수업에 적용할 수 있도록 수정 보완하여 Table 2에서 보는 바와 같이 문제인식, 탐색, 실행, 평가 4단계로 재구성하였다.
실험반은 브레인라이팅을 활용한 과학수업을, 비교반은 교사용 지도서에 따른 안내된 과학 수업으로 실시하였다. 본 연구는 4학년 1학기 5단원 ｢혼합물의 분리｣를 중심으로 지도안과 활동지를(Appendix 1) 작성하여 실시하였다.
서답형 문항인 2, 3, 4, 9, 21, 22, 23, 24번 문항은 1~2점으로 부분점수를 주었다. 의사소통 형태는 과학교육에서 일반적으로 사용하고 있는 형태들을 비슷한 것끼리 범주화하여 재분류하고, 상위 범주를 글, 수, 표, 그림으로 구분하였다. 그리고 각각의 상위 형태에 포함되는 하위 형태를 3개씩 분류하여 모두 12가지로 제시하였다.
문제해결방법을 바탕으로 한 실험 결과를 발표한다. 이때 브레인라이팅을 통해 설계한 실험의 잘된 점과 잘못된 점에 대해 설명하고, 나머지 모둠은 경청하며 발표 모둠의 문제해결방법과 결과를 평가한다
협동학습구조(Kagan, 1994)의 모둠 구성 방법에 의거 이질적인 모둠 구성을 위해 학기초 실시한 진단평가 결과를 바탕으로 상, 중, 하 집단을 골고루 배치하였다. 구조중심 협동학습이 학업성취도와 학습태도(이경희, 2003), 과학과 학업성취도와 학습태 도(안명심, 2009), 자아효능감(김세철, 2005), 말하기 능력(황영숙, 2007) 향상에 효과적이라는 결과가 있다.

대상 데이터

본 연구는 인천광역시에 위치한 N초등학교 4학년 2개 학급 중 비교반(24명)과 실험반(24명) 각각 1학급으로 대상자의 특성은 Table 1과 같다.
본 연구의 안면 타당도는 선행 연구(Adams & Callahan, 1995)에서 검증된 바 있다. 실험설계능력 검사의 평가요소는 총 19가지이며, 각 평가 요소별 점수체계는 3점 척도로 하여 총점은 38점이다. 0점은 해당 항목에 대한 언급이 없는 경우이고 1점은 제시되었으나 정확하고 완벽하지 못한 상황을 나타내며, 2점은 정확하며 완벽에 가깝게 제시를 하였을 경우이다.

데이터처리

실험설계능력과 과학적 의사소통능력의 효과를 알아보기 위해 SPSS v.25 통계프로그램을 이용하여 t 검정을 실시하여 분석하였다.

이론/모형

과학적 의사소통능력을 검사하기 위해 전성수(2013)가 개발한 ‘과학적 의사소통능력 검사지(SCST, Scientific Communication Skills Test)’를 사용하였다.

성능/효과

과학적 의사소통능력의 전체적인 변화는 사전검사에서 비교반과 실험반의 평균이 비슷하였고, 이는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 그러나 사후검사에서는 실험반이 비교반보다 평균이 높았고, 이는 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p<.
그러나 과학적 주장형은 사전검사에서 비교반이 실험반보다 높았으나 통계적으로 유의한 차이가 없었는데 비 해, 사후검사에서는 오히려 실험반이 비교반보다 높았고, 이는 통계적으로 유의한 차이가 있었음을 알 수 있었다(p<.05).
이 연구에서는 보다 심사숙고된 다양하고 독창적인 아이디어를 창출해낼 수 있고, 발표력이 부족하여 침묵하는 다수의 의견을 끌어내 토론에 참여시킬 수 있다는 브레인라이팅(김숙혜, 2007)의 장점을 십분 활용하여 학생들의 과학 활동에 참여시킬 수 있었다고 생각할 수 있다. 그리고 교사가 제시하는 실험방법에 따라 맹목적인 과학실험이 아니라, 브레인라이팅을 활용해 학생들 간 활발한 의사소통을 통해 실험방법을 생각하고 실험을 하는 과정에서 성공과 실패를 경험할 수 있었다. 또한 과학생각카드에는 과학적인 근거를 바탕으로 구체적인 의견을 제시할 수 있도록 안내함으로써 학생들이 주도적으로 과학 수업에 참여하는 브레인라이팅을 통해 학생들 간에 의사소통을 할 기회가 증가되면서 과학적 의사소통능력이 향상되었다고 생각할 수 있다.
둘째, 학생들의 과학적 의사소통능력의 변화에 있어서도 실험반이 비교반에 비해 사후검사의 평균이 높았고, 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 보아 효과적이었음을 알 수 있었다.
실험설계 능력에 대한 사전검사 결과, 실험반과 비교반의 평균이 비슷하였고 이는 통계적으로 유의한 차이가 없었으나, 사후검사에서는 브레인라이팅을 활용한 실험반 학생들의 실험설계 능력의 평균이 높았고, 이는 통계적으로 유의한 차이가 있음을 알 수 있었다(p<.01).
이상의 결과는 브레인라이팅 기법이 과학 학습 전략으로써 학생의 실험설계 능력과 과학적 의사 소통 능력 향상에 효과가 있음을 알 수 있었다. 이 연구를 통해 브레인라이팅 기법은 기존의 선행연구에서와 같이 국어과와 사회과뿐만 아니라, 과학과에서도 실험설계활동을 통해 학생들의 자유롭고 창의적인 사고의 기회를 제공하는데 효과적임을 알았다. 또한 이 연구에서는 효과적인 브레인라이팅을 적용하기 위해서는 학생들의 생각을 잘 정리 하는 것이 중요한데, 이를 위해 과학생각카드와 같은 방법을 활용하도록 하였다.
실험형식은 실험의 계획을 기술하는 데 있어서 형식적인 부분으로 볼 수 있으며, 논리적 흐름의 세 단계 이상의 과정, 변인의 선택 및 조작 방법의 계획, 환경적·생물적 변인 통제 계획, 실행 가능성 고려, 안전 수칙의 고려를 포함한다(Fowler, 1990). 이들 중 논리적 흐름의 세 단계 이상의 과정을 포함함, 실험의 반복 계획이 포함됨, 측정의 반복 계획이 포함됨에서 비교반과 큰 차이를 보이는 것으로 나타났다. 과학주장은 수행된 실험을 통해 문제에 대한 자신의 주장을 펼치는 것과 관련된 것으로 자료 해석 계획, 실험 및 측정의 반복 계획, 실험설계 내용이 가설과 부합함을 포함한다(Fowler, 1990).
이를 실험설계 능력 하위요소로 구분하여 살펴보면, 실험형식과 과학주장의 영역에서 실험반 학생들이 사후 검사에서 평균이 비교반보다 높았으며, 통계적으로 유의한 차이가 있음을 알 수 있었다(p<.01).
05). 이를 하위영역으로 살펴보면, 과학적 설명형에 있어서 사전검사에서 실험반이 비교반보다 약간 높았으나 통계적으로 유의한 차이가 없었고, 사후검사에서도 실험반이 비교반보다 높았으나 통계적으로 유의한 차이가 없었음을 알 수 있었다. 그러나 과학적 주장형은 사전검사에서 비교반이 실험반보다 높았으나 통계적으로 유의한 차이가 없었는데 비 해, 사후검사에서는 오히려 실험반이 비교반보다 높았고, 이는 통계적으로 유의한 차이가 있었음을 알 수 있었다(p<.
이상의 결과는 브레인라이팅 기법이 과학 학습 전략으로써 학생의 실험설계 능력과 과학적 의사 소통 능력 향상에 효과가 있음을 알 수 있었다.
첫째, 브레인라이팅을 적용한 후 실험설계 능력에 대한 변화를 알아본 결과, 사전검사에서는 차이가 없었으나 사후검사에서 실험반이 비교반보다 평균이 높았고, 이는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 보아 효과가 있었음을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	브레인라이팅이란 무엇인가?	이것은 학생들의 의사결정과 창의력 개발을 위한 토론 기법으로 널리 사용되고 있고, 학생들의 의사소통능력과 창의력 향상에도 효과가 있음이 보고되었다(송창석, 2011). 브레인라이팅은 전체 또는 소집단의 구성원들이 문제 해결을 위한 방법이나 대안을 창출하기 위하여 여러 장의 카드에 자신의 의견을 작성하여 제출하고, 이를 진행자(교사)나 소집단 구성원(학생)들이 일정한 분류 기준에 따라 수집된 카드를 분류하여 게시판 또는 전지에 부착하는 의견 수렴․발표의 한 방법이다(Rohrbach, 1969; Levitt & Housley, 2002). 브레인라이팅 과정을 통해서 제시되고, 수렴된 의견은 그것 자체가 문제 해결의 방법이나 대안이 될 수 있 고, 주제별 토론 또는 그룹토론의 소주제로 활용될 수 있다(송창석, 2011).
	브레인스토밍수업이 강의식 수업에 비해 가지는 장점은 무엇인가?	하지만 이와 관련한 브레인라이팅에 관한 국내의 연구는 미흡하고 국어, 사회과에 치중되어 있는 것이 사실이다. 대신 브레인라이팅과 유사한 브레인스토밍 수업에 관한 연구를 살펴보면 브레인스토밍 기법을 활용한 수업이 강의식 수업보다 창의적 사고력 신장에 효과가 있고 (유봉현, 2001; 정우정, 2000), 브레인스토밍 수업을 받은 학습자들이 그렇지 않은 학습자보고 학습동기가 높고, 특히 자신감과 만족감이 높다(최경실, 2005) 는 결과가 있다. 브레인라이팅은 브레인스토밍과 아이디어 산출 방법이 다를 뿐, 같은 발산적 사고 기법으로 다양한 아이디어 창출하는 원리는 동일하다고 볼 수 있다(김미소, 2018).
	실험설계능력 검사도구인 Diet Cola Test는 어떤 검사인가?	실험설계능력 검사도구인 Diet Cola Test(Fowler, 1990)는 과학 능력에 초점을 맞춘 것으로 과학적 창의력을 과학적 탐구의 실제와 가장 가깝게 구현 한 것이다. 이 검사는 학생들에게 흥미있는 과학관련 상황을 제시하고, 이를 해결하기 위한 실험을 설계하는 개방형 검사이다. 본 연구의 안면 타당도는 선행 연구(Adams & Callahan, 1995)에서 검증된 바 있다.

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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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