경험 귀추적 실험을 활용한 탐구 수업 전략이 고등학교 반응 속도 학습에 미치는 효과

Abstract

The purpose of this research was to investigate the effect of inquiry learning instruction using empirical abductive experiments in 「The rates of chemical reactions」of high school students' improvement of science achievement, scientific reasoning, science related attitude. A total of 173 subjects from 6 classes of the 11th grade at a girls' high school in Seoul, Korea participated in the study. They were randomly assigned to the treatment and control groups. The treatment group received 11 classes of inquiry learning instruction using empirical abductive experiments in 「The rates of chemical reactions」section of high school science. The exploration phase for the treatment group comprised of 5 empirical abductive inquiry experiments. And the control group received 11 classes of textbook oriented learning instruction with 4 deductive experiments. They were also assigned to the high level(those whose science score is above the average 70.82) and low level groups below the average(<70.82) in the previous final science exam. After the test period, common post-test evaluation instruments (science achievement test, scientific reasoning test, science related attitude test) were used, and ANCOVA analysis using SPSS v. 12.0 revealed the effects of three tests. Analyzing the scientific reasoning, they were to be classified into three thinking groups. The hypothetical-deductiveㆍtransitional(>5) and the empirical-inductive thinking groups(<4) in the order of score. The results of this study were as follows. Firstly, the adjusted mean of the treatment group was 6.24 higher than that of the control group and there was a significant difference between two groups for the students' science achievement test by ANCOVA(p<.05). In the higher level group, ANCOVA showed that the adjusted mean of achievement test for the treatment group was 7.14 higher than the one of the control group, and it was the significant difference between two groups(p<.05). However, in the low level group, there was no significant difference between two groups(p>.05), even though the adjusted mean of achievement test for the treatment group was 2.25 higher. Secondly, the adjusted mean of the treatment group was 8.42 higher than one of the control group and there was the significant difference between the two groups regarding the students' scientific reasoning test by ANCOVA(p<.001). In both of high and low level groups, ANCOVA revealed that the scores of scientific reasoning for the treatment group were significantly higher than those of the control group(p<.05). Also ANCOVA showed that the effect of scientific reasoning for the hypothetical-deductiveㆍthe transitional and the empirical-inductive thinking groups in the treatment was statistically significant compared to that of the control group(p<.05), (p<.001). Thirdly, there was significant difference between the two groups in terms of the science related attitude test by ANCOVA(p<.001). In the high level group, ANCOVA showed that the adjusted mean of the treatment group was 4.07 higher than the one of the control group. It also showed that in the low level group the adjusted mean of the treatment group was 7.00 higher than one of the control group. The scores of two level groups showed significant difference by ANCOVA(p<.001). According to the analysis, the treatment group that received the empirical abductive inquiry learning instruction had significantly better effects of learning 「The rates of chemical reactions」in the three tests given. It was found in the high level group that the treatment group had more positive changes in science-related attitudes, scientific reasoning and achievement. On the other hand, in the low level group, it was found that students of the treatment group had significant effect in science related attitudes and scientific reasoning, however, there was no statistical significance of achievement. Students in the low level group partly needed the treatment of learning based on textbook oriented formal instruction to gain understandings of terms for the achievement test. The empirical abductive inquiry learning instruction in 「The rates of chemical reactions」of high school in the study provided practical examples to other high school teachers. It is also necessary that more educators develop diverse inquiry learning instructions in order to improve science achievement, scientific reasoning and science related attitude on science learning. Also this result provided the very insightful point that educators make effective lesson plans for both high and low level students within the same class.;본 연구에서는 고등학교 1학년 과학「반응 속도」단원에서 경험 귀추적 실험을 활용한 탐구 수업 전략이 학업 성취도, 과학적 사고력, 과학 관련 태도에 미치는 효과를 알아보고자 한다. 연구 대상은 서울 소재 여자 고등학교 1학년 6개의 학급 학생 173명이며 연구 기간은 11주간이다. 실험집단에는 본 연구에서 개발한 「반응 속도」단원의 탐구 수업 전략 총 11차시를 도입하였다. 그 중 학생 중심의 탐구 활동에 해당하는 탐색 단계는 실험실에서 이루어지는 경험 귀추적 실험 5차시로 구성하였다. 반면 통제 집단에는 연역적 실험 4회를 포함하여 교과서 중심의 수업을 총 11차시 진행하였다. 수업 처치 후 사후 검사는 사전 검사와 동일한 검사지를 사용하여 과학 학업 성취도, 과학적 사고력, 과학 관련 태도에 대한 효과를 공변량 분석(ANCOVA, SPSS 12.0 통계 패키지)으로 알아보았다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과는 다음과 같다. 첫째, 과학 학업 성취도 변화에 있어서 전체 학생들의 경우는 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 6.24점 높게 나타났으며 통계적으로 유의미한 차이를 나타냈다(p<.05). 성취 상위 수준 학생들은 과학 학업 성취도 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 7.14점 높게 나타났으며 통계적으로 유의미한 차이를 나타냈다(p<.05). 이에 반해 하위 수준 학생들은 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 2.25점 높게 나타났으나 공변량 분석 결과 통계적으로는 유의미하지 않았다(p>.05). 둘째, 과학적 사고력 변화에 있어서 전체 학생들의 경우는 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 8.42점 높게 나타났으며 통계적으로 유의미한 차이를 나타냈다(p<.001). 성취 수준별로 살펴보면, 상위 수준과 하위 수준 학생들 모두 과학적 사고력 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 높게 나타났으며 통계적으로도 유의미한 차이를 나타냈다(p<.05). 과학적 사고력을 측정하기 위한 검사지의 정답 문항 수에 따라 인지 수준별로 소그룹을 나누어 분석하였는데, 가설 연역적ㆍ과도기적 사고 수준(p<.05), 경험 귀납적 사고 수준인 학생들(p<.001) 모두 과학적 사고력 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 높게 나타났으며 각각 통계적으로도 유의미한 차이를 나타냈다. 셋째, 과학에 대한 태도 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 높게 나타났으며 통계적으로는 유의미한 차이를 나타냈다(p<.001).성취 상위 수준 학생들은 과학에 대한 태도 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 4.07점 높게 나타났으며 하위 수준 학생들에게서도 역시 실험 집단의 교정평균이 통제 집단의 교정 평균보다 7.00점 높으며 상위 수준(p<.05)과 하위 수준(p<.001) 모두 통계적으로 유의미한 차이를 나타냈다. 이와 같이 경험 귀추적 실험을 활용한 탐구 수업 전략을 적용한 실험 집단의 학생들에게는 학업 성취도, 과학적 사고력, 과학에 대한 태도에 대한 효과가 통계적으로 유의미하게 나타났다. 한「반응 속도」단원 학습 전략을 경험한 학생들 중 긍정적인 태도 변화를 보였던 상위 수준 학생들은 과학적 사고력도 향상되었으며 그들의 과학 학업 성취도 효과 역시 통계적 유의성을 갖는 것으로 나타났다. 실제로 상위 수준 학생들 또는 가설 연역적 사고 수준 학생들의 경우에는 반응 속도 개념을 이해하는데 어떠한 수업 전략이건 큰 무리가 없을 것이다. 반면, 하위 수준 학생들은 과학과 관련된 태도에서 유의미한 향상이 있었으며 과학적 사고력에 대한 긍정적인 효과도 있어 보이나, 본 연구에서 개발한 11차시에 걸친 경험 귀추적 실험을 활용한 탐구 수업 전략을 통해서는 반응 속도 개념을 잘 이해하지는 못하는 것으로 나타났다. 반응 속도는 원래 학생들이 이해하기 어려워하는 개념이 많기 때문에 본 연구의 대상 개념으로 선택하였었다. 그러나 탐구 중심의 본 수업 전략은 하위 수준 학생들에게는 좋은 전략이 되지 못하였음을 알 수 있었다. 상당히 많은 경험을 제공하여 귀추해 보도록 하였음에도 불구하고 하위 수준 학생들의 반응 속도 개념 이해에 도움이 되지 못한다는 결과를 얻었기 때문이다. 다시 말해 이들 하위 수준 학생들의 반응 속도 개념 향상을 위해서는 본 연구 전략 보다 더 안내된 전략이어야 하거나, 보다 더 많은 경험의 과정을 거쳐야 하지 않을까라는 가설을 생각하게 된다. 또한 본 연구의 탐구 수업 전략은 「반응 속도」단원에 대한 학급 내 심화ㆍ보충 수준별 학습 전략을 만들 때 교사들이 유용하게 사용할 수 있을 것이라고 사료된다.