고등학교 과학영재를 위한 사사 연구(R&E)프로젝트 학습 모형의 개발과 적용

Abstract

The purpose of this study was to develop R&E project based learning model that can be used effectively to develop scientifically gifted students' research performance. This study have passed through the process of R&E project based learning recognition survey with a questionnaire and interview on sophomores of KSA(Korea Science Academy) in 2004 and identified the problem. And through the preceding research, I understood strength and weakness of existing learning models, then, developed R&E project based learning model referred to the scientists' research process. For 2 years since 2004, this model was applied to 2 teams of freshmen and sophomores in KSA for the verification of the effect. The results of this study are as follows. Firstly, The problems investigated from the survey of actual conditions in R&E learning performance were as next. KSA students were lacked in project learning experience, related knowledge, and meta-cognitive activity experience. And they didn't have any research technique for research progress, and didn't know phased research procedure. Still, R&E project learning was going on above the common level of the gifted high school students. Secondly, this study developed the R&E project based learning model that can improve scientifically gifted students' research performance. The purpose of this model is to experience and adapt themselves to research process and scientific consideration of experts in the field of science by performing a real inquiry activity similar to that of scientists' and comparing experts' scientific consideration with their own thoughts. R&E project learning process makes the continuous cognitive monitoring possible, because mentee as a learner takes mentor's scaffolding which means mentor's active supports on mentee's learning. Mentee follows the procedure of exploring, generating and selecting question, planning, performing, formulating conclusions, presentation and discussion, and makes progress of research through the meta-cognitive activity. The peculiarity of this model is to emphasis on the stage of plan evaluation and elaboration out of other meta-cognitive activities as a teaching strategy of R&E project based learning. That is, gifted students undergo cognitive monitoring processes like planning, elaboration, inspection and evaluation by the performing. Elaboration stage is learning by expert's critical question and indicating additional material, expanding thoughts in the face of various thinking by peer-checking and discussion, and reconstruction or adjustment of plan based on right evidences. Through such research process, students' peer interaction was more emphasized as well as mentor-mentee interaction. This study applied R&E project based learning model which emphasized meta-cognitive activity to KSA students. The results showed that students carried out difficult science research very competently. Through cooperative research performance and elaboration process with allotment a portion of the work according to one’s ability, research ability(expecially designing experiment and forming conclusions) of gifted students was advanced. And students' ability of meta-cognitive self-regulation which include inspection and evaluation was activated and trained. Other advances were found in students' research skill and quality of research products with students' intimate peer interaction. However, research performance cannot go on above the common level of the gifted high school students until students perform their research with sincerity. The results from application of R&E project based learning model to scientifically-gifted high school students suggests that project learning come out well. And gifted students' research ability was advanced. Therefore, the learning model developed in this study can be a valid suggestion of R&E project based learning performance process.;최근 영재교육이 활성화되면서 영재교육의 성패를 결정하는 프로그램에 대해 관심이 높아지고 영재교육에 적합한 프로그램이 다양하게 개발되어 적용되고 있다. 그 중에서 R&E 프로젝트 학습은 고등학교 과학영재의 창의적 문제해결력을 향상시키기 위해 개발한 프로그램이다. 그런데 R&E 프로젝트 학습에 적합한 모형이나 학습의 효과성을 검증하는 연구는 매우 드물다. 따라서 고등학교 과학영재들의 R&E 프로젝트 학습 수행 과정의 문제점을 파악하여 영재학생들의 연구 기능 향상에 효과적으로 사용할 수 있는 R&E 프로젝트 학습 모형을 개발하는 것이 필요하다. 이를 위하여 한국과학영재학교 2학년 74명을 대상으로 R&E 프로젝트 수행에 대한 학습자의 인식을 설문 조사를 하여 R&E 프로젝트 학습에 대한 문제점을 파악하였다. 그리고 문헌 연구를 통해 기존의 학습 모형의 장점과 단점을 파악하고 과학자의 연구 과정을 참고하여 R&E 프로젝트 학습에 적합한 모형을 개발하였다. 이것을 2004년부터 2년 동안 한국과학영재학교 1학년(3명)과 2학년(4명) 각 한 팀씩 두 팀에게 적용하였다. 적용 방법은 주제를 먼저 영재고 학생들에게 제시하고 이 주제의 연구를 희망한 학생들로 팀을 구성하였다. 그리고 사전에 학생들을 인터뷰를 하고 연구 과정동안 참여 관찰하면서 비디오 촬영과 녹음, 학생들의 R&E 연구 일지, 연구 결과 보고서, 사후 인터뷰를 통해 자료를 수집하여 학생들의 회의 프로토콜을 분석하여 모형 적용의 효과를 검증하였다. 연구 수행 결과는 첫째, 한국과학영재학교 R&E 프로젝트 학습 수행의 문제점은 프로젝트 학습 경험과 주제 관련 지식이 부족하다는 점과 학생들은 연구 수행에 필요한 단계별 연구 진행 방법과 기술을 모르고 메타인지 활동이 부족함이 발견되었다. 둘째, 위에서 열거한 문제점을 해결하기 위해 개발한 R&E 프로젝트 학습 모형의 특징은 연구 초보자인 영재학생들에게 부족한 메타인지 활동을 구성 요소에 포함시켜 학생의 연구 수행 과정을 끊임없이 인지 모니터링을 하도록 한 것이다. 인지 모니터링 과정은 계획, 정교화 과정, 수행을 통한 점검, 평가 활동으로 정교화 과정을 강조하였다. 이를 위한 구체적인 전략은 학생 계획에 대한 토론을 통해 다양한 사고에 대면하여 아이디어를 확장하는 것이다. 즉 멘토의 비판적 질문과 추가 제시한 자료를 학생들이 학습하고 멘토와 동료의 상호점검과 토론을 통해 생각을 명료화시키고 깊이 이해하여 자신의 아이디어를 확장한다. 그 결과 연구 수행의 목적에 맞게 계획을 전문가 수준으로 수정하게 하는 것이다. 이런 메타인지 활동의 정교화 과정을 통해 사사교육의 핵심 요소인 멘토와 멘티의 상호작용에 동료간의 상호작용을 좀 더 활성화시켜 영재학생들에게 부족한 연구 계획을 점검하고 수정하는 메타인지 능력을 연구 기능과 함께 향상하도록 하였다. 그리고 관련 지식과 경험이 부족한 학생들이 어려운 수준의 연구를 잘 수행하도록 멘토의 스캐폴딩과 코칭을 구성요소에 포함한 것이다. 셋째, 개발한 R&E 프로젝트 학습 모형을 고등학교 과학영재들에게 적용한 결과 프로젝트 학습을 성공적으로 수행하였다. 또한 연구 기능 중에서 정교화 과정을 통해 타당도와 신뢰도를 갖춘 문항을 만들어 실험설계와 실험데이터에서 의미를 찾아내어 결과를 해석하여 결론을 도출하는 능력이 향상되었다. 이 과정에서 점검하고 평가하는 메타인지적 자기 조정 사고가 활성화되어 연구에 대한 자신감과 자기 모니터링 능력이 향상되었다. 즉 학생들은 자신의 장점과 단점을 잘 파악하여 연구 수행과정과 학습내용을 내면화하였다. 이것은 각 개인의 장점을 살린 협동 연구 수행에서의 역할 분담이 연구 결과의 질적인 향상과 함께 학생들의 연구 능력을 동반 상승하는 시너지효과를 가져온 것이다. 결론적으로 고등학교 영재학생들의 교수 학습에 메타인지 활동을 도입하여 인식시키고 활용하도록 안내한다면 학생들은 무의식적으로 또는 암묵적으로 메타인지적 능력이 향상될 뿐만 아니라 과학적 연구 방법의 정확성과 객관성을 경험함으로서 연구 기능도 향상시킬 수 있다는 가능성을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 개발한 학습 모형이 R&E 프로젝트 학습 수행 과정에 적합함을 알 수 있었으나 학생들이 연구를 성실하게 수행하지 않으면 연구 과정과 결과가 부실할 수 있다는 한계가 있다. 앞으로 고등학교 과학영재학생들의 R&E 프로젝트 학습을 위한 평가 연구가 더 이루어져야 하고 지속적으로 모형을 적용해 보는 연구가 필요하다.