디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업이 초등학생의 역량에 미치는 영향 The Effects of Scientific Inquiry Class Using Data Measured with Digital Inquiry Tools on Elementary School Students' Competencies원문보기
이 연구에서는 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업에서 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 이를 위해 경남 S시의 초등학교 5학년 3개 학급을 실험집단, 3개 학급을 통제 집단으로 선정하였다. 통제집단은 전통적인 강의식 수업을 하였고, 실험집단은 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업을 하였다. 수업 후 검사를 통해 다음과 같은 결과를 얻었다. 첫째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생들의 지식정보처리 역량 향상에 도움을 주었다. 둘째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 협력적 문제 해결력을 신장시켰다. 이상의 결과로부터 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력 향상을 위해 필요함을 알 수 있었다. 이번 연구를 바탕으로 향후 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구를 활성화할 수 있는 구체적인 교수·학습 환경에 관한 연구가 필요하다.
이 연구에서는 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업에서 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 이를 위해 경남 S시의 초등학교 5학년 3개 학급을 실험집단, 3개 학급을 통제 집단으로 선정하였다. 통제집단은 전통적인 강의식 수업을 하였고, 실험집단은 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업을 하였다. 수업 후 검사를 통해 다음과 같은 결과를 얻었다. 첫째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생들의 지식정보처리 역량 향상에 도움을 주었다. 둘째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 협력적 문제 해결력을 신장시켰다. 이상의 결과로부터 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력 향상을 위해 필요함을 알 수 있었다. 이번 연구를 바탕으로 향후 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구를 활성화할 수 있는 구체적인 교수·학습 환경에 관한 연구가 필요하다.
The purpose of this study is to investigate the effects of elementary school students' knowledge and information processing competence and collaborative problem-solving ability in scientific inquiry class using data measured with digital inquiry tools. To this end, three classes of 5th grade element...
The purpose of this study is to investigate the effects of elementary school students' knowledge and information processing competence and collaborative problem-solving ability in scientific inquiry class using data measured with digital inquiry tools. To this end, three classes of 5th grade elementary schools in S-city, Gyeongnam were selected as experimental groups and three classes as control groups. The control group conducted traditional lecture-style classes, and the experimental group conducted scientific inquiry classes using scientific data. The following results were obtained through questionnaires after class. First, science inquiry classes using scientific data helped elementary school students improve their knowledge and information processing competence. Second, scientific inquiry classes using scientific data improved elementary school students' cooperative problem-solving ability. From the above results, it was found that scientific inquiry classes using scientific data are needed to improve the knowledge information processing competence and cooperative problem solving ability of elementary school students. Based on this research, it is necessary to study a specific teaching and learning environment that can activate scientific inquiry class using data measured with digital inquiry tools in the future.
The purpose of this study is to investigate the effects of elementary school students' knowledge and information processing competence and collaborative problem-solving ability in scientific inquiry class using data measured with digital inquiry tools. To this end, three classes of 5th grade elementary schools in S-city, Gyeongnam were selected as experimental groups and three classes as control groups. The control group conducted traditional lecture-style classes, and the experimental group conducted scientific inquiry classes using scientific data. The following results were obtained through questionnaires after class. First, science inquiry classes using scientific data helped elementary school students improve their knowledge and information processing competence. Second, scientific inquiry classes using scientific data improved elementary school students' cooperative problem-solving ability. From the above results, it was found that scientific inquiry classes using scientific data are needed to improve the knowledge information processing competence and cooperative problem solving ability of elementary school students. Based on this research, it is necessary to study a specific teaching and learning environment that can activate scientific inquiry class using data measured with digital inquiry tools in the future.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 2015 개정 교육과정이 추구하는 핵심역량인 지식정보처리역량을 과학 수업에서 함양하는 방안으로 과학 탐구 과정에서 측정하고자 하는 물리량을 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 과학데이터로 정의하고, 이를 활용하는 과학 탐구 수업이 초등학생들의 역량에 어떤 영향을 주는지 알아보고자 하였다. 이를 위해 다음과 같이 2가지 역량에 관해서 연구 문제를 선정하였다.
본 연구에서는 초등학생들을 대상으로 디지털 탐구 도구로 측정한 데이터를 활용한 과학 탐구 수업이 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다.
이 연구에서는 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업에서 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 이를 위해 경남 S시의 초등학교 5학년 3개 학급을 실험집단, 3개 학급을 통제집단으로 선정하였다.
제안 방법
1단계 ‘과학데이터 탐구 주제 탐색’에서는 모둠별 인터넷 검색으로 생활 속 과학데이터와 관련된 문제를 탐색하도록 한다. 검색어를 학생들이 스스로 정하여 조사하고, 조사 과정과 결과를 마인드맵으로 표현하여 탐구 문제를 선정하도록 한다.
본 연구는 경남 S시의 초등학교 5학년 6개 학급 중 실험 집단(3개 학급) 76명, 통제 집단(3개 학급) 76명 총 152명을 대상으로 하였다. 교사에 의한 차이와 수업 시간에 따른 변인을 통제하기 위해 모든 수업을 동일한 연구자가 진행하고, 오전 시간에 실시하였다.
3단계 ‘과학데이터 탐구 평가’에서는 각 모둠에서 탐구한 결과를 바탕으로 결론을 도출하고 발표 자료를 제작한다. 그리고 발표를 통해 과학데이터 탐구 결과를 공유하면서 자기평가와 동료평가를 하고, 교사 피드백을 제공한다.
먼저 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업의 단계를 개발하였다. 그리고 이 과학 탐구 수업이 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력에 미치는 영향을 알아보기 위해 실험 설계로 실험집단과 통제집단을 설정하였다. 수업은 초등학교 5학년의 ‘날씨와 우리 생활’ 단원을 8차시 분량으로 통제집단은 교과서 중심의 강의식 수업을 하였고, 실험집단은디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용한 과학 탐구 수업을 하였다(Table 1).
924였으며 실험집단과 통제 집단의 사전검사 점수를 독립표본 t-검정으로 검사한 결과, 두 집단이 통계적으로 유의미한 차이가 없어 동질 집단으로 간주하였다. 그리고 협력적 문제해결력 설문지는 Kwon(2017a)이 개발한 문항에 초등학생 수준에 맞는 3문항을 추가하고 수정하였다(Table 4). 12개 문항에 대한 Cronbach´s α 계수는 0.
이때 실험집단은 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력 사전검사 점수를 바탕으로 이질적인 모둠으로 편성하였다. 두 집단 모두 수업 전과 후에 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력 검사를 하였고, 실험집단의 학생들을 대상으로는 협력적 문제해결력의 각 요소가 과학 탐구 수업의 어떤 단계에서 향상되었는지와 그 이유를 서술형 질문지로 조사하였다.
먼저 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업의 단계를 개발하였다. 그리고 이 과학 탐구 수업이 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력에 미치는 영향을 알아보기 위해 실험 설계로 실험집단과 통제집단을 설정하였다.
수업은 초등학교 5학년의 ‘날씨와 우리 생활’ 단원을 8차시 분량으로 통제집단은 교과서 중심의 강의식 수업을 하였고, 실험집단은디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용한 과학 탐구 수업을 하였다(Table 1).
여기서 학생들은 다양한 디지털 탐구도구들의 상세 정보와 상품평, 가격 등을 종합적으로 고려하여 최적의 디지털 탐구도구를 선택한다. 이후 자신들이 선택한 디지털 탐구도구에 대한 설명서와 검색 정보를 통해 정확한 사용법을 스스로 터득하고, 과학데이터 수집을 위한 탐구 과정을 설계한다. 그리고 그 과정에 따라 디지털 탐구도구로 과학데이터를 수집한 뒤 분석하고 결과를 정리한다.
지식정보처리역량 설문지는 지식정보처리역량의 요소(Jeong & Son, 2020)로 분류하고, Lee(2019)의 검사 도구를 초등학생의 수준에 맞게 일부 수정하여 구성하였다(Table 3).
이를 위해 경남 S시의 초등학교 5학년 3개 학급을 실험집단, 3개 학급을 통제집단으로 선정하였다. 통제집단은 전통적인 강의식 수업을 하였고, 실험집단은 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업을 하였다. 수업 후 검사를 통해 다음과 같은 결과를 얻었다.
대상 데이터
본 연구는 경남 S시의 초등학교 5학년 6개 학급 중 실험 집단(3개 학급) 76명, 통제 집단(3개 학급) 76명 총 152명을 대상으로 하였다. 교사에 의한 차이와 수업 시간에 따른 변인을 통제하기 위해 모든 수업을 동일한 연구자가 진행하고, 오전 시간에 실시하였다.
이 연구에서는 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업에서 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 이를 위해 경남 S시의 초등학교 5학년 3개 학급을 실험집단, 3개 학급을 통제집단으로 선정하였다. 통제집단은 전통적인 강의식 수업을 하였고, 실험집단은 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업을 하였다.
데이터처리
검사지의 15개 문항에 대한 Cronbach´s α 계수는 0.924였으며 실험집단과 통제 집단의 사전검사 점수를 독립표본 t-검정으로 검사한 결과, 두 집단이 통계적으로 유의미한 차이가 없어 동질 집단으로 간주하였다.
본 연구에 사용된 검사 도구들은 모두 SPSS 22.0으로 통계 처리하였고, 협력적 문제해결력의 요소가 과학 탐구 수업의 어떤 단계에서 향상되었는지와 그 이유를 알아보는 서술형 질문은 학생들의 답변에서 공통된 부분을 추출하여 정리하였다.
이론/모형
본 연구의 과학 탐구 수업 단계는 Suh (2019), Lee (2019), Jeong & Son (2019)의 모형을 참고하여 데이터 처리 과정을 중심으로 Figure 1과 같이 구성하였다.
성능/효과
첫째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생들의 지식정보처리역량 향상에 도움을 주었다. 둘째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 협력적 문제 해결력을 신장시켰다. 이상의 결과로부터 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력 향상을 위해 필요함을 알 수 있었다.
둘째, 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용한 과학 탐구 수업은 초등학생의 협력적 문제해결력 향상에 도움이 되었다. 협력적 문제해결력의 하위 요소 중 ‘의사소통, 자기 행동 반성, 목표 설정’에서 통계적으로 유의한 차이가 있었다.
디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업을 적용한 실험집단과 일반 강의를 한 통제 집단의 협력적 문제해결력 검사 결과는 모든 하위 영역에서 실험집단의 평균값이 높았고, 이는 독립표본 t-검정으로 유의수준 5%에서 유의한 차이가 있음을 알 수 있었다(Table 7). 이는 과학 수업에서 협업을 통해 초등학생들의 협력적 문제해결력이 향상된 연구(Lee, Park, & Ju, 2019)의 결과와 일치하며, 과학 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 협력적 문제해결력이 향상될 수 있음을 확인할 수 있다.
디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업을 적용한 실험집단과 일반 강의를 한 통제집단의 지식정보처리역량 검사 결과는 모든 하위 영역에서 실험집단의 평균값이 높았고, 이는 독립표본 t-검정으로 유의수준 5%에서 유의한 차이가 있음을 알 수 있었다(Table 5). 하위 영역별로 살펴보면, ‘문제인식, 해결 및 평가’ 영역에서 통계적으로 유의미한 차이가 있었다.
이 검사 결과를 다시 지식정보처리역량의 요소별로 독립표본 t-검정한 결과 ‘수집, 분석, 조직’에서 유의수준 5%에서 유의한 차이가 나타났다(Table 6).
이러한 연구 결과로부터 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용한 과학 탐구 수업은 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력 향상에 영향을 준다는 결론을 내릴 수 있었다. 본 연구에서는 2가지 역량에 관한 효과를 알아보았지만, 향후 더 많은 역량과 효과를 알아보는 연구가 수행되어야 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업이 활성화되는 계기가 될 것이다.
둘째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 협력적 문제 해결력을 신장시켰다. 이상의 결과로부터 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력 향상을 위해 필요함을 알 수 있었다. 이번 연구를 바탕으로 향후 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구를 활성화할 수 있는 구체적인 교수·학습 환경에 관한 연구가 필요하다.
지식정보처리역량의 ‘문제 인식, 해결 및 평가’ 영역과 ‘수집, 분석, 조직’의 요소에서 통계적으로 유의한 차이가 있었다.
수업 후 검사를 통해 다음과 같은 결과를 얻었다. 첫째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생들의 지식정보처리역량 향상에 도움을 주었다. 둘째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 협력적 문제 해결력을 신장시켰다.
첫째, 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용한 과학 탐구 수업은 초등학생들의 지식정보처리역량 향상에 도움이 되었다. 지식정보처리역량의 ‘문제 인식, 해결 및 평가’ 영역과 ‘수집, 분석, 조직’의 요소에서 통계적으로 유의한 차이가 있었다.
후속연구
이러한 연구 결과로부터 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용한 과학 탐구 수업은 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력 향상에 영향을 준다는 결론을 내릴 수 있었다. 본 연구에서는 2가지 역량에 관한 효과를 알아보았지만, 향후 더 많은 역량과 효과를 알아보는 연구가 수행되어야 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업이 활성화되는 계기가 될 것이다. 또 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업에 관한 다양한 교수·학습 방법, 과학실 환경 조성 등에 관한 연구가 필요하다.
이상의 결과로부터 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력 향상을 위해 필요함을 알 수 있었다. 이번 연구를 바탕으로 향후 디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구를 활성화할 수 있는 구체적인 교수·학습 환경에 관한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지식정보처리역량은 무엇인가?
이러한 사회에서 데이터는 물질을 대체할 서비스 경제의 필수 자본으로 여겨지고 있으며(NIA, 2018), 2015 개정 교육과정 총론에서는 이와 관련하여 6가지 핵심역량을 제시했는데 그 중 지식정보처리역량은 과학 교과와 관련성이 높다. 2015 개정 교육과정에 따르면 지식정보처리역량은 학습과 삶에서 마주하는 문제에 대해 적절한 매체를 활용하여 다양한 정보와 자료를 수집, 분석, 처리하여 합리적으로 해결하는 능력을 의미한다. 하위 요소로는 문제 인식, 해결방안 탐색, 해결방안 실행 및 평가, 매체 활용 능력 등이 있다(MOE, 2015).
2015 개정교육과정 총론에서 제시한 6가지 핵심역량 중 과학 교과와 관련성이 높은 것은 무엇인가?
인공지능, 사물인터넷, 클라우드, 빅데이터 등의 지능정보통신기술은 산업의 구조적 변화를 일으키고, 사회 전반에 걸쳐 엄청난 영향을 미칠 것으로 전망된다(MOE, 2016). 이러한 사회에서 데이터는 물질을 대체할 서비스 경제의 필수 자본으로 여겨지고 있으며(NIA, 2018), 2015 개정 교육과정 총론에서는 이와 관련하여 6가지 핵심역량을 제시했는데 그 중 지식정보처리역량은 과학 교과와 관련성이 높다. 2015 개정 교육과정에 따르면 지식정보처리역량은 학습과 삶에서 마주하는 문제에 대해 적절한 매체를 활용하여 다양한 정보와 자료를 수집, 분석, 처리하여 합리적으로 해결하는 능력을 의미한다.
디지털 탐구도구로 측정한 데이터를 활용하는 과학 탐구 수업에 대한 연구 결과는 어떻게 되는가?
수업 후 검사를 통해 다음과 같은 결과를 얻었다. 첫째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생들의 지식정보처리 역량 향상에 도움을 주었다. 둘째, 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 협력적 문제 해결력을 신장시켰다. 이상의 결과로부터 과학데이터를 활용하는 과학 탐구 수업은 초등학생의 지식정보처리역량과 협력적 문제해결력 향상을 위해 필요함을 알 수 있었다.
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