[논문]초등 과학영재학생들의 자유탐구 산출물 특성 분석

양현정; 강훈식

doi:10.15267/keses.2020.39.2.243

초등 과학영재학생들의 자유탐구 산출물 특성 분석
Analysis on the Characteristics of Free Inquiry Products for Scientifically-Gifted Elementary School Students 원문보기

초등과학교육 = Journal of Korean elementary science education, v.39 no.2, 2020년, pp.243 - 254

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzed the characteristics of "free inquiry" products for scientifically-gifted elementary school students. To do this, 5~6 graders (n=99) at a gifted science education institutes in Seoul were selected. The products (n=82) of "free inquiry" submitted by the students in 2018 and 2019 were analyzed according to their contents and method types. The analysis of the results showed that the free inquiry outputs of scientifically-gifted students tended to not include the scientific knowledge of the upper grades than the corresponding students. In the outputs, the scientific knowledge in different grades were often not linked. There were relatively many cases of convergence of knowledge in various science and/or non-science subjects and knowledge of 'physics', whereas knowledge of 'earth science' were the least. The outputs were more often aimed at "finding scientific facts" than "development and invention" and tended to target non-living things rather than living things. The scientifically-gifted students tended to conduct free inquiry using 'experimental-centered inquiry' by themselves rather than by group. They were also most likely to conduct experiments only once, and did not clearly write down the period of their inquiry. Educational implications of these findings are discussed.

주제어

표/그림 (10)

표 Table 1. The characteristics of the participants
표 Table 2. Criteria for analysis
표 Table 3. Analysis by the curriculum connection of free inquiry (n=82)
표 Table 4. Analysis by the academic fields of free inquiry (n=82)
표 Table 5. Analysis by the purpose of free inquiry (n=82)
표 Table 6. Analysis by the object of free inquiry (n=82)
표 Table 7. Analysis by the group of free inquiry (n=82)
표 Table 8. Analysis by the activities of free inquiry (n=82)
표 Table 9. Analysis by the reiterating times of free inquiry' experiment (n=80)
표 Table 10. Analysis by the period of free inquiry (n=82)

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 탐구 수행 과정에서 요구되는 과학 지식 수준이 과학과 교육과정의 어느 학년에 해당하는지, 다른 학년 과학 지식과의 연계성이 있는지를 유형화하였다. 기존의 탐구 동기 분석을 넘어 실제 산출물에서 드러나는 탐구 목적을 유형 화하고 분석함으로써, 학생들의 자유탐구 목적을 파악할 수 있었다. 학생들이 탐구하는 대상과 탐구를 수행하는 집단의 형태를 분석하여 특성을 파악할 수 있었고, 실험 반복 횟수 및 탐구 기간을 파악하여 탐구의 질적 완성도를 확인할 수 있는 기준을 제시하였다.
우선 이 연구는 학생들의 자유탐구 산출물을 분석하는 방향에 대한 구체적인 시사점을 제공할 수 있다. 즉, 이 연구에서는 기존 연구와 달리 자유탐구 산출물을 탐구 내용과 방법에 따라 체계적으로 유형화하였다.

제안 방법

‘탐구 기간’은 탐구를 수행한 기간에 따라 ‘1주이내’, ‘1주∼1개월 이내’, ‘1개월∼6개월 이내’, ‘6개월∼1년 이내’로 세분하였고, 산출물에 나타나지 않은 경우 ‘미기재’로 분류하였다.
이와 관련하여 지금까지는 초등 과학영재들이 수행한 창의 산출물의 특징을 분석한 연구(황선우, 2016)가 진행된 바 있었다. 그러나 이 연구에서는 탐구 유형과 탐구 동기, 내용 영역과 수준 등의 일부 측면만을 단편적으로 분석하였다. 즉, 탐구유형을 과학자의 문제해결 방법을 그대로 탐구한 순 실습형, 자료를 조사한 자료 조사형, 직접 실험을 설계한 탐색적 탐구형으로만 분류하여 과학영재학생들의 보다 적극적이고 자율적인 탐구를 분류하기에는 한계가 있었다.
분석의 신뢰도를 높이기 위해 과학영재교육 석사 과정 교사 1인과 과학교육 전공 교사 1인의 분석자가 분석 기준을 숙지한 후, 일부 자유탐구 산 출물을 각자 분석하여 결과를 비교하고, 의견이 불일치하는 부분에 대하여 합의하는 과정을 수차례 진행하였다. 모든 분석 기준에 대하여 합의한 후에는 분석자 중 1인이 모든 자유탐구 산출물을 엑셀파일 상에서 일차적으로 분석하였다. 이 분석 결과에 대하여 다른 1명의 분석자가 자신의 생각과의 일치 여부를 표시하고, 불일치하는 내용에 대해서는 자신의 생각을 적었으며, 불일치하는 내용에 한하여 모든 분석자가 합의하여 분석하였다.
모든 연구자가 공동으로 결과를 해석하고 논의 하였으며, 이것의 타당성을 여러 명의 과학영재교육 전문가와 초등 교사가 참여한 세미나 및 초등 과학영재교육 석사 과정 교사 1명의 서면 검토를 통하여 점검받아 수정하였다.
분석의 신뢰도를 높이기 위해 과학영재교육 석사 과정 교사 1인과 과학교육 전공 교사 1인의 분석자가 분석 기준을 숙지한 후, 일부 자유탐구 산 출물을 각자 분석하여 결과를 비교하고, 의견이 불일치하는 부분에 대하여 합의하는 과정을 수차례 진행하였다. 모든 분석 기준에 대하여 합의한 후에는 분석자 중 1인이 모든 자유탐구 산출물을 엑셀파일 상에서 일차적으로 분석하였다.
즉, 선행 연구를 분석하여 분석 기준 초안을 작성한 후, 초등 과학영재교육 석사 과정 교사 3명과 과학영재교육 전문가 와의 세미나를 통해 검토 및 수정하였다. 수정된 분석 기준에 따라 일부 자유탐구 산출물을 분석하고 논의하는 과정을 반복하여 최종 분석 기준을 확정하였다.
우선 문헌 연구를 실시하여 자유탐구 산출물에 대한 분석 기준을 고안하였다. 즉, 선행 연구를 분석하여 분석 기준 초안을 작성한 후, 초등 과학영재교육 석사 과정 교사 3명과 과학영재교육 전문가 와의 세미나를 통해 검토 및 수정하였다.
모든 분석 기준에 대하여 합의한 후에는 분석자 중 1인이 모든 자유탐구 산출물을 엑셀파일 상에서 일차적으로 분석하였다. 이 분석 결과에 대하여 다른 1명의 분석자가 자신의 생각과의 일치 여부를 표시하고, 불일치하는 내용에 대해서는 자신의 생각을 적었으며, 불일치하는 내용에 한하여 모든 분석자가 합의하여 분석하였다.
이 분석 기준은 우선 자유탐구 산출물을 ‘탐구내용’ 측면과 ‘탐구 방법’ 측면으로 대분하였다.
이 연구에서는 초등 과학영재학생의 자유탐구산출물을 탐구 내용 및 방법에 따라 분석하였다. 탐구 내용에 따른 분석 결과, 해당 학생보다 상위학년의 과학 지식을 포함한 경우보다 포함하지 않은 경우가 많았으며, 학년 간 과학 지식을 연계한 경우보다 연계하지 않은 경우가 많았다.
이에 이 연구에서는 초등 과학영재학생들이 작성한 자유탐구 산출물을 내용 및 방법 특성에 따라 세분화하여 분석하였다.
자유탐구 산출물의 분석 기준은 자유탐구 산출물 분석 연구(김재윤과 임희준, 2011; 박종선 등, 2011; 황선우, 2016) 및 과학영재학생의 창의 산출물 분석 연구(김민지와 강훈식, 2019)의 분석 기준을 참고하여 개발하였다. 또한 초등 과학영재교육석사 과정 교사 3명 및 과학영재교육 전문가와의 수차례 세미나를 통해 최종 분석 기준(Table 2)을 완성하였다.
우선 문헌 연구를 실시하여 자유탐구 산출물에 대한 분석 기준을 고안하였다. 즉, 선행 연구를 분석하여 분석 기준 초안을 작성한 후, 초등 과학영재교육 석사 과정 교사 3명과 과학영재교육 전문가 와의 세미나를 통해 검토 및 수정하였다. 수정된 분석 기준에 따라 일부 자유탐구 산출물을 분석하고 논의하는 과정을 반복하여 최종 분석 기준을 확정하였다.
우선 이 연구는 학생들의 자유탐구 산출물을 분석하는 방향에 대한 구체적인 시사점을 제공할 수 있다. 즉, 이 연구에서는 기존 연구와 달리 자유탐구 산출물을 탐구 내용과 방법에 따라 체계적으로 유형화하였다. 그리고 탐구 수행 과정에서 요구되는 과학 지식 수준이 과학과 교육과정의 어느 학년에 해당하는지, 다른 학년 과학 지식과의 연계성이 있는지를 유형화하였다.
학생들은 자유탐구 산출물을 한글 문서나 파워 포인트 문서로 제출하였고, 학생들이 제출한 2018학년도와 2019학년도 자유탐구 산출물을 분석 기준에 따라 분석한 후 결과를 해석하고 논의하였다.

대상 데이터

5배수를 선발하고, 과학적 창의성 및 인성과 관련된 개별면접 평가로 최종 합격자를 선발하고 있다. 선정된 학생들이 해당 년도에 개별 또는 집단으로 수행하여 제출한 자유탐구 산출물 중에서 과학과 관련이 없거나, 완성되지 않은 것을 제외한 82개의 산출물을 분석 대상으로 하였다. 연구 대상 학생들의 구체적인 정보는 Table 1과 같다.
이 연구는 2018학년도와 2019학년도에 서울교육대학교 과학영재교육원에서 과학영재교육을 받고 있는 초등학교 4∼6학년 학생 99명을 연구 대상으로 선정했다.

데이터처리

또한 각 기준에 따른 분석이 통계적으로 의미가 있는지를 알아보기 위하여 χ2검증을 실시하였다.
분석 결과는 각 항목별로 빈도수와 백분율을 구하여 제시하였다. 이때 2018년과 2019년의 결과 양상이 비슷하여 학년도별로 제시하지 않고, 전체 합 으로만 제시하였다.

성능/효과

‘탐구 목적’에 따른 분석 결과(Table 5), ‘과학적 사실 탐구’가 70개(85.4%)로 ‘개발 및 발명(14.6%)’보다 훨씬 많이 나타났으며, 그 비율 차이는 통계적으로 유의미하였다(p<.05).
구체적인 예로는 ‘천연지시약의 보관 기간과 방법에 따라 지시약으로서의 성질이 변화되는 과정 탐구’, ‘여러 액체에 따른 약의 용해 속도 비교’, ‘얼음이 녹는 속도에 영향을 주는 요인’ 등이 있었다.
분석 결과, 비생물을 탐구 대상으로 하는 경우가 전체의 70% 이상으로 상당수를 차지하고 있음을 알 수 있었다. 초등학생들에게는 생물을 채집하거나 비교적 오랜 기간 기르며 관찰하는 것이 어렵기 때문에(이양락, 2004), 이러한 결과가 나타난 것으로 해석할 수 있다.
식물을 탐구한 사례에는 ‘로즈마리와 아이 비를 이용한 교실 공기 정화 능력 최대화하기’가 있었고, 동물을 탐구한 사례에는 ‘구피 어항의 위해 요소 관리를 위한 수질 분석 및 수초에 의한 수질 개선 효과’가 있었다.
기존의 탐구 동기 분석을 넘어 실제 산출물에서 드러나는 탐구 목적을 유형 화하고 분석함으로써, 학생들의 자유탐구 목적을 파악할 수 있었다. 학생들이 탐구하는 대상과 탐구를 수행하는 집단의 형태를 분석하여 특성을 파악할 수 있었고, 실험 반복 횟수 및 탐구 기간을 파악하여 탐구의 질적 완성도를 확인할 수 있는 기준을 제시하였다. 따라서 이 연구에서 제시한 분석 기준은 향후 초, 중등 일반 및 과학영재학생들의 자유탐구 산출물을 체계적으로 분석하는 데 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

후속연구

따라서 이 연구에서 제시한 분석 기준은 향후 초, 중등 일반 및 과학영재학생들의 자유탐구 산출물을 체계적으로 분석하는 데 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
또한 탐사·탐방탐구 사례를 발굴하여 제시하거나, 캠프, 박물관 및 과학관 견학 등 영재교육의 탐방 프로그램과 연계하여 탐사·탐방 중심 탐구를 수행할 수 있는 기회를 제공할 수 있을 것이다.
탐구 대상이 생물인 경우에는 학생들이 탐구 대상을 존중하면서 탐구를 진행할 수 있도록 지도할 필요도 있다. 또한 특정 탐구 목적이나 방법에 치중하여 자유탐구를 진행하는 경향이 있었으므로, 좀 더 다양한 탐구 목적과 방법을 활용하여 자유탐구를 진행하도록 지도해야 할 것이다. 이를 위해 비교적 적게 나타난 자유탐구 목적이나 방법을 적극 활용 할 수 있는 방안을 모색하여 적용할 필요가 있다.
그럼에도 이 학생들의 역량과 경제적 환경이 전국 초등 과학영재교육 대상자 중 최상위권임을 고려할 때, 이 학생들의 자유탐구 산출물을 분석한 결과와 이에 기반하여 도출한 시사점은 의미가 있다고 생각할 수 있다. 이 연구에서는 초등 과학영재학생들의 자유탐구 산출물을 통해확인이 가능한 생명윤리 측면에 한하여 연구윤리측면을 분석하였으므로, 추후에는 연구 수행과정윤리, 생각과 표현의 윤리 등의 좀 더 다양한 연구윤리 측면(이진 아와 유미현, 2013)에서 자유탐구 수행 과정과 산출물의 특성을 분석하는 연구가 필요하다.
이 연구의 결과는 일반 및 과학영재학생들의 자 유탐구 지도 방안을 모색하는 데 실질적이고 의미있는 정보를 제공할 수도 있다. 즉, 이 연구에서는 초등 과학영재학생들이 수행한 자유탐구 결과물의 특성을 다양한 관점에서 상세히 분석했으므로, 이 연구의 결과를 활용하여 초등 과학영재교육에서 자유탐구를 효과적으로 지도할 수 있을 것이다.
이 연구의 결과는 일반 및 과학영재학생들의 자 유탐구 지도 방안을 모색하는 데 실질적이고 의미있는 정보를 제공할 수도 있다. 즉, 이 연구에서는 초등 과학영재학생들이 수행한 자유탐구 결과물의 특성을 다양한 관점에서 상세히 분석했으므로, 이 연구의 결과를 활용하여 초등 과학영재교육에서 자유탐구를 효과적으로 지도할 수 있을 것이다. 예를 들어 여러 학년의 과학 지식 간 연계성이 부족한 것으로 나타났으므로, 초등 과학영재학생들이 단순한 속진 학습을 넘어 정규 교육과정에서 배운 과학 개념을 심화시키거나, 상위 학년의 개념과 연계하여 탐구할 수 있는 주제를 선정하도록 지도할 필요가 있다.
한편, 이 연구는 특정 집단에 한정하여 자유탐구산출물을 분석하였으므로, 이 연구의 결과를 일반화하기는 어렵다. 그럼에도 이 학생들의 역량과 경제적 환경이 전국 초등 과학영재교육 대상자 중 최상위권임을 고려할 때, 이 학생들의 자유탐구 산출물을 분석한 결과와 이에 기반하여 도출한 시사점은 의미가 있다고 생각할 수 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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