경험 귀추적 탐구 실험을 활용한 순환 학습 전략의 개발 및 적용 효과

Abstract

본 연구는 중학교 3학년 ‘물질 변화에서의 규칙성’ 단원에 적합한 경험 귀추적 순환 학습 전략을 개발하고 14차시의 수업 처치를 통해 탐색 단계, 용어 도입 단계, 개념 적용 단계를 거치는 동안 학생들의 학업 성취도, 과학적 사고, 과학에 관련된 태도에 대한 효과를 측정해 봄으로써 탐구 수업 전략의 효과를 알아보고자 하는데 목적이 있다. 본 수업 전략은 학생 중심의 탐색 단계가 교사 중심의 용어 도입보다 항상 앞선 탐구 학습으로 구성했으며, 탐색 단계는 실험실에서 이루어지는 경험 귀추적 탐구 실험 5차시와 교실에서 이루어지는 탐구 활동 1차시로 총 여섯 번 이루어지는데 학생들의 오개념을 고려하여 구성하였다. 연구 대상은 경기도 안산시 소재 남녀 공학 중학교 3학년 4개의 학급 163명이며 경험 귀추적 순환 학습 수업 전략을 도입한 집단을 실험 집단으로, 교과서 위주의 강의식 수업 후 확인 실험을 도입한 집단을 통제 집단으로 나누어 실험 설계를 하였다. 과학 학업 성취도, 과학적 사고력, 과학에 관련된 태도 검사지를 사용하여 사전 검사 실시 후 실험 집단과 통제 집단에 각각 중학교 3학년 ‘물질 변화에서의 규칙성’ 단원을 내용으로 14차시에 해당하는 순환 학습 전략에 의한 수업과 연역적인 수업 방법으로 수업 처치를 하였다. 수업 처치 후 사전 검사지와 동일한 검사지를 사용하여 사후 검사를 실시하였다. 검사 결과는 SPSS 12.0 통계 패키지를 사용하여 사전 검사 결과를 공변인으로 하는 공변량 분석(ANCOVA)을 통해 자료를 분석하였다. 특히, 본 수업 전략이 어떤 집단에게 효과적인지 알아보기 위해 이전 학기 과학 성적의 평균 이상인 학생을 상위 수준, 평균 이하인 학생을 하위 수준 소집단으로 하여 그 효과도 분석했다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과는 다음과 같다. 첫째, 과학 학업 성취도 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 4.60점 높게 나타났으나 통계적으로는 유의미한 차이를 나타내지 않았다(p>.05). 둘째, 성취 수준이 상위 수준과 하위 수준인 학생들 모두 과학 학업 성취도 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 높게 나타났으며 공변량 분석 결과 상위 수준 학생에게는 통계적으로 유의미한 차이를 나타내지 않았으나(p>.05) 하위 수준인 학생들에게는 통계적으로도 유의미한 차이를 나타냈다(p<.05). 셋째, 과학적 탐구 사고력 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 1.73점 높게 나타났으며 통계적으로 유의미한 차이를 나타내지 않았다(p>.05). 넷째, 성취 수준이 상위 수준인 학생들은 과학적 탐구 사고력 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 0.42점 낮게 나타났으나 이는 통계적으로는 유의미한 차이를 나타내지 않았다(p>.05). 그러나 하위 수준 학생에서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단보다 4.66점 높게 나타났으며 통계적으로 유의미한 차이를 나타냈다(p<.05). 다섯째, 과학에 대한 태도 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 2.29점 높게 나타났으며 통계적으로도 유의미한 차이를 나타냈다(p<.05). 여섯째, 성취 수준이 상위, 하위인 학생 모두 과학에 대한 태도 변화에 있어서 실험 집단의 교정 평균이 통제 집단의 교정 평균보다 높게 나타났으며 공변량 분석 결과 상위 수준 학생에게는 통계적으로 유의미한 차이를 나타내지 않았으나(p>.05) 하위 수준인 학생들에게는 통계적으로도 유의미한 차이를 나타냈다(p<.05). 이와 같이, ‘물질 변화에서의 규칙성’ 단원의 경험 귀추적 순환 학습 수업 전략은 이전 학기 학기말 과학 성적이 평균 점수 이상인 상위 수준 학생들 보다는 하위 수준 학생들에게 과학 학업 성취도, 과학적 사고력, 과학 관련 태도의 유의미한(p<.05) 효과가 있었다. 그리고 상위 수준 학생에게도 순환 학습 수업 전략이 통계적으로 유의미한 차이를 보이지는 않았지만 긍정적인 변화를 보여주었다. 수업의 탐색 단계에서 어렵고 미시적인 화학 개념을 구체적 조작물을 이용해 거시적으로 풀어주니 하위 학생들은 흥미를 느끼며 필요한 시간 동안 충분한 개념 반복이 이루어지고 있어서 이해할 수 있어서 태도가 좋아지고, 사고력과 성취도도 효과적인 향상이 있는 것으로 사료된다. 반면, 상위 수준 학생들은 교과서 위주의 수업에서도 스스로 높은 사고 수준을 이용해 미시적인 입자 개념의 이해가 가능하며 선행 학습이 많이 되어있다. 따라서 본 수업 전략이 상위 수준 학생의 사고나 사전 개념에 특별한 자극을 주지 못할 정도로 평이하고 계속 반복되는 개념이 지루하게 느껴질 수 있기 때문에 유의미한 효과가 나타나지 않은 것으로 사료된다. 따라서 본 연구 결과는 수준별 심화·보충 과정의 보충 학습 수업을 구성하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.;This study aims for the developing empirical abductive learning cycle model on 「the rules of material change」section and the investigating effectiveness on middle school students' improvement to science achievement, scientific reasoning, attitudes related to science. 163 students in 9th grade at a co-educational junior high school in Ansan, Kyunggi, Korea were the subjects of this study. They are randomly assigned to the control group and the treatment group.The members of treatment group carried out experiments for themselves. After that, they were taken lessons on their work by the teacher. The members of control group were taken traditional text-based lessons firstly, then they carried out deductive experiment. The two groups have learnt 'the rules of material change' section of middle school Science3 for14 class periods during the second semester. Evaluation instruments used in a pre-testand a post-test were science achievement test, classroom test of scientific reasoning, attitudes related to science test. And ANCOVA was done by using SPSS 12.0 statistic program. The results of this study were as follows. Firstly, there was no significant difference (p>.05)between two groups on students` science achievements test by ANCOVA analysis. Secondly, especially in the low level group, the analysis by ANCOVA showed that the scores of students' science achievements test for the treatment group were significantly higher than those of the control group(p<.05). But in the high level group, there was no significant difference(p>.05) between two groups about students` science achievements test by ANCOVA analysis. Thirdly, there was no significant difference (p>.05) between two groups on students` scores of scientific reasoning test by ANCOVA analysis. Fourthly, especially in the low level group, the analysis by ANCOVA showed that the scores of classroom test of scientific reasoning for the treatment group were significantly higher than those of the control group(p<.05). But in high level group, there was no significant difference(p>.05) between two groups on classroom test of scientific reasoning by ANCOVA analysis. Fifthly, there was a significant difference(p<.05) between two groups about students` attitudes related to science by ANCOVA analysis. Sixthly, especially in low level group, the analysis by ANCOVA showed that the scores of attitudes related to science test for the treatment group were significantly higher than those of the control group (p<.05). But in high level group, there was no significant difference (p>.05) between two groups on attitudes related to science test by ANCOVA analysis. According to the analysis, in the low level group, it was found that students of the treatment group who received the instruction of empirical abductive learning cycle approaches showed many positive change in achievement, scientific reasoning, attitudes related to science than those of the control group.