귀추에 근거한 가설-연역적 수업 프로그램이 창의적 사고와 비판적 사고 및 과학적 태도에 미치는 영향

Abstract

This research was conducted with an intention to develop a teaching program that possesses an extended goal to elevate higher thinking ability within the science class, and to investigate its effect. The research was proceeded over three parts; Part I was carried out with a purpose to develop a teaching strategy which assists the students' process of generating a hypothesis. Namely, it investigated effects that have on generating a hypothesis if various similar experimental experiences were offered to stimulate the abductive thinking while they were performing an assignment. About 80% of students raised causal questions when they first examined a certain questioning situation and this response correlated with increasing their cognitive levels. The final hypothesis which the students generated after providing various similar experimental experiences related with a certain questioning situation were compared and analyzed from the commenced one, in qualitatively and quantitatively. The result of frequency analysis on generating the hypotheses before and after the offer of similar experimental experiences showed a meaningful difference(p<.001). The number of succeeded students both in finding causal variables and generating a hypothesis greatly increased as offering of similar experimental experiences. The ratio of the succeeded students who generated the final hypothesis from recognizing the causal variable increased with the cognitive levels. Based on the result of Part I, it was needed that offering similar experimental experiences which might assist the students' abductive thinking when classes related to hypothesis-generation in middle and high school. However, it was required a stepwise teaching strategy which would improve abductive reasoning ability as well as offering similar experimental experiences when considering many students still failed finding causal variables and that contributed to generate a hypothesis. Part II was implemented in order to examine the relation of the scientific attitude that a scientist must possess with the hypothesis generating ability resulted from an integrated skill of inquiry. Overall, both middle and high school students recognized positive scientific attitudes relatively. Among subcategories, recognition of cooperation ranked the highest, followed by open-mindedness, endurance, curiosity, and voluntariness, which were higher than the average. But the recognition of critical-mindedness and creativity were lower than the average and these were consistently shown through the grade 8 to the grade 11 students. Therefore, it is suggested that an effort to change the students' recognition on critical-mindedness and creativity in class. In their assignments designed to measure their hypothesis-generating abilities, the students scored relatively high in the assignments which either they had already learned or learned related materials previously in science classes. However, they scored low in the unfamiliar assignments, with relatively large deviation. In correlation analysis, the relation of scientific attitudes with the scientific hypothesis-generating ability appeared a positive correlation(r=.427, p<.001)). In the investigation of the correlation of each subcategory, it indicated that the correlations of hypothesis-generating ability with critical-mindedness and creativity were much higher than voluntariness, curiosity, endurance, and cooperation while open-mindedness showed a relatively low correlation. In the analysis of the influencing factors that affects the scores of hypothesis-generating ability, the critical-mindedness, creativity, and voluntariness were appeared to have meaningful power of explanations, and these factors predicted the 20.3% of the hypothesis-generating ability variance. The result of the analysis on the relation of scientific attitudes with the scientific hypothesis-generating ability suggested that the positive attitudes toward critical-mindedness, creativity and voluntariness improved scientific hypothesis generating ability. Part III was enforced with an intention to develop a teaching program that has an extended goal to elevate higher thinking ability within the science class, and to investigate the effect of the program. The hypothetico-deductive teaching model based on abduction was developed, and its' program was designed that could directly be put into the practical use, and applied it in class. The application of the hypothetico-deductive teaching program based on abduction had a positive effect on the students' improvement in creative thinking ability(p<.05). Among the subcategories, it showed a meaningful improvement statistically in fluency and flexibility while originality showed statistically insignificant(p<.05). This means that it is the ability to produce various appropriate ideas that were distant from staleness or conventionality in regarding solving the assigned situation because there weren't any meaningful improvement in originality. Also, it appeared that the application of the hypothetico-deductive teaching program based on abduction had a positive influence in improving the critical thinking ability though there was insignificant difference in each of the subcategory of the critical thinking ability(p<.05). This positive result indicated the critical thinking ability was required in order to prove that the cause of a certain questioning situation be proven correctly and the examples be concretely presented in the process of generating a hypothesis. The positive results in both the creative thinking ability and critical thinking ability indicated that divergent and convergent abilities were revealed in solving scientific inquiry. Also, the application of the hypothetico-deductive teaching program had a positive influence in scientific attitudes(p<.01). Among the subcategories, critical-mindedness, cooperation, endurance, and creativity showed statistically meaningful improvements, but there was not a meaningful improvement in open-mindedness, voluntariness, and curiosity(p<.05). After completing the program the opinions of the students who participated in this research by a poll were gathered, and analyzed. The students felt uneasy and had a lot of difficulties during the program activity because they had to keep on thinking newly, critically, and scientifically, but they admitted that they gained the ability to think on their own when the program was completed. Upon result from Part III the hypothetico-deductive teaching program based on abduction improved the students' creative thinking and critical thinking and showed positive effects in their scientific attitudes. However, since this research dealt with various materials and entire contents in the science curriculum and each theme per about 120minutes were spent, a further research should be required in order to confirm on the program application with the normal science curriculum within the regular hour of class in middle and high school education.;본 연구는 과학 교과 내에서 고등 사고력의 향상까지 목표를 확장한 수업 프로그램을 개발하고, 그 프로그램의 효과를 알아보기 위한 목적으로 실시하였다. 본 연구는 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ의 세 부분으로 진행되었는데, 연구 Ⅰ은 가설을 설정하는 과제를 수행함에 있어서 귀추적 사고를 자극할 수 있도록 다양한 유사 경험을 제공해주는 것이 가설 설정에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여 수행하였다. 먼저 미지의 상황에서 학생들이 의문점을 느끼는 정도를 알아본 결과, 전체 학생의 약 80%에 해당하는 많은 학생들이 새로운 현상을 관찰하였을 때 인과적 의문점을 제기하였다. 미지의 상황에서 인과적 질문을 제기하는 학생들의 비율은 인지 수준이 높을수록 증가하였다. 이어서 의문 상황에 대하여 학생들이 설정한 최초 가설과 다양한 유사 경험이 제공된 후에 변화된 최후 가설을 양적, 질적으로 비교 분석하였다. 유사 경험의 제공 전후의 가설 설정에 대한 빈도 분석 결과는 유의미한 차이를 나타내었고(p<.001), 다양한 유사 경험의 제공 후에 인과적 변인을 찾은 학생과 인과적 변인을 찾고 변인간의 관계를 과학적으로 설명함으로써 가설 설정에 성공한 학생의 수가 크게 증가하였다. 학생들의 인지 수준에 따라 최후 가설의 설정 정도를 비교한 결과, 인지 수준이 높아짐에 따라 최후 가설에서 변인을 찾은 학생과 가설 설정에 성공한 학생들의 비율이 증가하였다. 연구 Ⅰ의 결과, 중&#12539;고등학교 현장에서 가설 설정과 관련된 수업을 실시하고자 할 때는 학생들의 귀추적 사고에 도움을 줄 수 있도록 유사 경험의 제시가 필요할 것으로 보인다. 그러나 다양한 유사 경험의 제공 후에도 많은 학생들이 인과적 변인을 찾거나 가설을 설정하는데 실패한 것으로 보아, 성공적으로 가설을 설정하기 위해서는 단순히 유사 경험을 제공하는 것뿐만 아니라 귀추적 추론 능력을 향상시킬 수 있는 단계적 수업 전략이 함께 필요한 것으로 판단된다. 연구 Ⅱ는 과학자적인 탐구 자세가 요구되는 과학적 태도와 통합적인 탐구력을 필요로 하는 과학적 가설 설정 능력 사이의 관계를 알아보기 위하여 실시하였다. 과학적 태도 검사 결과, 중ㆍ고등학교 학생들은 전체적으로 과학적 태도에서 비교적 긍정적인 인식을 나타내었다. 하위 범주별로 살펴보면 협동성이 가장 높게 나타났으며 개방성과 끈기성, 호기심, 자진성은 평균보다 높게 나타났으나, 비판성과 창의성은 평균보다 낮게 나타났다. 비판성과 창의성에서 낮은 인식을 보이는 현상이 중학교 2학년부터 고등학교 2학년까지 4개 학년에 거쳐 일관되게 나타난 것으로 보아, 학교 현장에서 비판성과 창의성에 대한 학생들의 인식을 전환시키려는 노력이 요구된다고 할 수 있다. 과학적 가설 생성 능력을 측정하는 과제에서는 학생들이 과학 수업을 통하여 그 내용을 이미 학습하였거나 관련 소재에 대한 학습이 있었던 과제에 대해서는 비교적 높은 점수를 나타냈으나, 생소한 소재에 대해서는 낮은 점수를 나타냈으며 상대적으로 편차도 컸다. 과학적 태도와 과학적 가설 생성 능력 사이의 관계를 알아보기 위한 상관 분석 결과, 과학적 태도와 과학적 가설 생성 능력 사이에는 정적 상관관계(r=.427)가 나타났다(p<.001). 하위 범주별 상관을 조사해보면 비판성의 상관이 가장 높고 창의성, 자진성, 호기심, 끈기성, 협동성 순으로 나타났으며, 개방성의 경우에는 비교적 낮은 상관을 나타내었다. 중학생과 고등학생, 남학생과 여학생으로 나누어 분석해 본 결과도 모두 과학적 태도와 과학적 가설 생성 능력 사이에 유의미한 정적 상관관계가 나타났다(p<.001). 끝으로 과학적 가설 생성 능력에 영향을 미치는 요인들의 영향력을 분석해 본 결과, 비판성과 창의성, 자진성만이 유의미한 설명력을 지닌 것으로 나타났으며, 이러한 요인들이 가설 설정 능력 변량의 20.3%를 유의미하게 예언하는 것으로 나타났다. 과학적 태도와 과학적 가설 생성 능력 사이의 관계 분석 결과는 학생들이 비판성, 창의성, 자진성의 측면에서 긍정적인 태도를 지닐 때 과학적 가설 생성 능력의 향상을 가져올 수 있다는 사실을 시사해준다. 연구 Ⅲ은 과학 교과 내에서 고등 사고력의 향상까지 목표를 확장한 수업 프로그램을 개발하고, 그 프로그램의 적용에 따른 효과를 알아보는 것을 목적으로 실시하였다. 먼저, 가설-연역적 방법론에 따라 수업 모형을 개발하고, 개발한 모형을 직접 활용할 수 있도록 귀추에 근거한 가설-연역적 수업 프로그램을 고안하여 학교 현장에 적용하였다. 귀추에 근거한 가설-연역적 수업 프로그램의 적용은 학생들의 창의적 사고력의 향상에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다(p<.05). 하위 범주별로는 유창성과 융통성에서는 통계적으로 유의미한 향상을 가져오는 것으로 나타났으나 독창성에 있어서는 유의미한 향상이 나타나지 않았다(p<.05). 이는 미지의 현상에 대한 과학적 원인을 추론하고 설명하는 과정에서 요구되는 능력은 단순히 상투적이거나 진부하거나 또는 기정사실과 거리가 먼 독특한 아이디어를 생산해 내는 능력이 아니라, 주어진 상황에 적절한 아이디어를 다양하게 생산하는 능력이라는 사실을 알려준다. 귀추에 근거한 가설-연역적 수업 프로그램의 적용은 비판적 사고력의 향상에도 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다(p<.05). 그러나 비판적 사고를 구성하는 하위 범주별로는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 수업 프로그램의 적용이 비판적 사고력에서도 긍정적인 효과를 나타낸 것은 과학적 의문 상황에서 원인을 밝히고, 자신이 주장하는 원인이 옳음을 증명하고, 그러한 증명을 구체화하기 위하여 사례를 들어 보이기 위해서는 비판적인 사고가 작용함을 알 수 있다. 귀추에 근거한 가설-연역적 수업 프로그램의 적용이 창의적 사고뿐만 아니라 비판적 사고력에서도 긍정적인 효과를 나타낸 것은 과학적 상황의 문제를 해결하는 과정에서는 확산적 사고와 수렴적 사고가 함께 작용함을 알 수 있다. 즉, 비판적인 사고를 위하여 이유나 원인을 밝히고, 주장을 전개하고, 사례를 들어 보일 때는 다분히 창의적인 사고가 함께 작용하며, 그러한 창의를 위하여 정형화된 사고의 틀을 깨고 절차를 뛰어넘기 위해서는 기존의 기준에 대한 비판이 작용함을 알 수 있다. 이러한 결과는 창의적 사고나 비판적 사고와 같은 고등 사고력의 향상이 교과 교육을 통해서도 가능함을 보여준다. 귀추에 근거한 가설-연역적 수업 프로그램의 적용은 과학적 태도에도 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다(p<.01). 하위 범주별로는 비판성과 협동성, 끈기성, 창의성에서 통계적으로 유의미한 향상을 가져오는 것으로 나타났으나, 개방성, 자진성, 호기심에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다(p<.05). 끝으로 수업 프로그램이 종료된 후에 설문 조사를 통해서 수업 프로그램에 대한 연구 대상 학생들의 의견을 묻고 결과를 분석하였다. 학생들은 수업 프로그램을 진행하는 과정에서 과학적인 생각, 새로운 생각, 비판적인 생각을 계속해야 하는 것에 어려움을 느끼고 부담스러워했으나, 수업 프로그램이 종료된 후에는 스스로 생각하는 능력이 생겼다고 진술하였다. 연구 Ⅲ의 결과 귀추에 근거한 가설-연역적 수업 프로그램은 학생들의 창의적 사고력과 비판적 사고력을 향상시키며, 과학적 태도에도 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 하지만, 이 연구에서 실시한 수업 프로그램은 다양한 소재와 범과학 교과적인 내용을 다루었고 1주제 당 120분 내외의 긴 시간이 소요되었으므로, 과학의 정규 교과 시간에 정규 학습 내용을 가지고 다루었을 때 동일한 효과를 나타낼 수 있는지에 대한 검증은 이루어지지 않았다.