메타인지를 활용한 직접적 탐구 기능 수업 전략에 대한 연구

Abstract

The purpose of this study was to improve students' scientific thinking through a direct teaching strategy of inquiry skills applying meta-cognition. To achieve this aim, a meta-cognitive enhancing learning model was developed and applied to design a direct instruction program of inquiry skills. And the program was implemented in 10th and 11th-grade science classrooms. This study consisted of three parts. <Part Ⅰ> of the study examined the correlation among knowledge of inquiry skills, meta-cognitive ability, students' science achievement, and scientific thinking. Then, regression analysis on scientific thinking was conducted with other three variables. Results indicated that scientific thinking had meaningful and positive correlation with knowledge of inquiry skills(r=.524), meta-cognition(r=.398), and science achievement(r=.522). The result of multiple regression analysis showed that all of the three variables had 38% explanation power about scientific thinking. In <Part Ⅱ>, a questionnaire was distributed to 9th, 10th, and 11th-grade of students in order to evaluate and compare their understanding of inquiry skills. The questionnaire consisted of 3 sections: knowledge of inquiry skills, utilization of inquiry skills, and perception of inquiry skills. In the result, most students, regardless of their school years, showed that they have low level of understanding especially on integrated inquiry skills. However, there was statistically significant difference in their knowledge of integrated inquiry skills between middle(9th) school students and high(10th and 11th) school students and also in utilization of integrated inquiry skills between 9th-grade students and 11th-grade students(p<.05). Namely, the higher grade they are in the more knowledge on integrated inquiry skills they have and the more frequently they use integrated inquiry skills. In terms of perception on inquiry skills, there was no significant difference among the groups. <Part Ⅲ> reported the effectiveness of the direct instruction of inquiry skills applying meta-cognitive strategy based on the results of <Part I> and <Part II>. The 10th and 11th-grade students were assigned to four groups, taught by 1) direct instruction of inquiry skills applying meta-cognitive strategy(DIM), 2) instruction that increases perception of inquiry skills applying meta-cognitive strategy(IM), 3) instruction that increases perception of inquiry skills without meta-cognitive strategy(In), and 4) lecture-based traditional teaching(a control group). After about three months of implementation, students' meta-cognitive ability, knowledge of inquiry skills, utilization and perception of inquiry skills, and scientific thinking were analyzed. The analysis showed that DIM was the most effective strategy in improving meta-cognition ability, knowledge of inquiry skills, utilization and perception of inquiry skills, and scientific thinking. Compared to the control group, the students even in the In group obtained higher achievements in the areas of knowledge of inquiry skills, utilization and perception of inquiry skills, but not of scientific thinking. Therefore, this study suggests that students should learn inquiry skills and meta-cognitive skills directly in order to improve their scientific thinking. If science teachers do not have enough time to teach inquiry skills directly, it is important for them to at least frequently mention inquiry skills and meta-cognitive skills in regular class.;과학 학습에서 탐구는 다른 교과와 구분되는 가장 특징적인 것으로 학생들의 과학적 사고력 향상을 위한 탐구 수업에 대한 연구는 꾸준히 이루어져 왔다. 학생들의 과학적 사고력 향상을 위한 탐구 수업 전략의 대부분은 학생들에게 탐구 과정을 반복적으로 경험하도록 함으로써 탐구 기능을 습득할 수 있도록 하는 형태로, 여기에는 학생들에게 탐구 과정을 반복적으로 경험하도록 하면 탐구 기능은 저절로 학습된다는 관점이 깔려있다. 그러나 학생들이 탐구 과정을 통해 탐구 기능을 스스로 학습하는 것에는 한계가 있으며 탐구 기능을 효과적으로 가르치기 위해서는 탐구 기능의 정의, 사용 목적, 사용 방법 등을 직접적으로 가르쳐야 한다는 연구들이 있다. 그리고 이러한 탐구 기능에 대한 학습이 과학적 사고력 향상으로 이어지도록 하기 위해서는 탐구 기능의 활용을 모니터하고 조절하여 탐구 기능의 효과적인 사용을 도울 수 있는 메타인지 전략도 동시에 가르치는 것이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 학생들의 메타인지 능력을 향상시킬 수 있는 메타인지 강화 수업 모형을 개발하고, 탐구 기능을 직접적으로 교수할 수 있는 프로그램과 정규 교과시간에 학생들에게 탐구 기능에 대한 인식을 증진시킬 수 있는 수업 전략을 만들었다. 그리고 이러한 프로그램과 수업 전략으로 학생들에게 탐구 기능을 가르칠 때 탐구 기능의 사용을 계획, 모니터, 조절, 평가하는 것에 도움을 줄 수 있도록 메타인지 강화 수업 전략을 부가적으로 사용하여 학생들의 과학적 사고력을 향상시키고자 하였다. 이를 위해 본 논문에서는 탐구 기능에 대한 지식, 메타인지 능력, 과학 학업 성취도, 논리적 사고로서의 과학적 사고력의 상관관계와 과학적 사고에 대한 회귀분석을 실시하여 과학적 사고를 향상시키기 위해 필요한 요인들을 알아보고자 하였으며(연구 I), 중학생과 고등학생에게 탐구 기능에 대한 지식과 활용 및 인식 검사지를 투입하여 탐구 기능을 활용함에 있어서 학생들의 부족한 부분과 학년에 따른 탐구 기능에 대한 지식과 활용 및 인식의 차이를 알아보고자 하였다(연구 II). 마지막으로 메타인지 강화 수업 모형을 개발하고 탐구 기능에서 학생들에게 가르쳐야 할 하위 요소들을 추출한 후, 이를 토대로 탐구 기능을 직접적으로 교수할 수 있는 프로그램과 탐구 기능 인식 증진 정규 교과 수업 전략을 개발하였다. 그리고 이러한 프로그램과 수업 전략에 부가적으로 메타인지 강화 수업 전략을 사용하였을 때 이러한 수업이 메타인지 능력과 탐구 기능에 대한 지식과 활용 및 인식, 과학적 사고력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다(연구 III). <연구 Ⅰ>의 결과 논리적 사고로서의 과학적 사고력은 탐구 기능에 대한 지식(r=.524), 메타인지(r=.398), 과학 학업 성취도(r=.522) 모두와 유의미한 정적 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, 다중 회귀 분석을 실시한 결과 이들 변인 전체가 과학적 사고력을 설명해 주는 설명력은 약 38%로 나타났다. <연구 Ⅱ>의 결과 학생들은 탐구 기능을 잘 변별하지 못하고 탐구 기능의 사용 목적 및 방법에 대해 잘 알지 못하며 특히, 통합적 탐구 기능에 대한 이해가 부족한 것으로 나타났다. 기초적 탐구 기능에 대한 이해는 통합적 탐구 기능에 비하여 높은 것으로 나타났으나 '예상', '추리' 등과 같은 일부 기초적 탐구 기능에 대한 이해가 부족한 것으로 나타났다. 학년이 증가할수록 '탐구 기능에 대한 지식 점수'는 증가하는 것으로 나타났다. 이는 학생들의 인지 능력의 향상과 학습에 의한 효과라고 볼 수도 있다. 하지만 기초적 탐구 기능에 대한 지식은 중3과 고1사이에 유의미한 차이가 없는 반면, 통합적 탐구 기능에 대한 지식이 중3과 고1사이에 유의미한 차이가 나타난 것은 중3 학생들이 탐구 기능 각각의 정의 및 사용 방법, 목적 등에 대해 직접적으로 배울 기회가 없었던 것에 원인이 있을 가능성이 있다. 즉, 기초적 탐구 기능은 탐구 수업을 통해 간접적으로 습득이 가능하지만 통합적 탐구 기능은 보다 높은 사고력을 요하므로 직접적인 교수 없이는 스스로 습득하는데 무리가 있다는 것을 보여주는 결과라 할 수 있다. '탐구 기능에 대한 활용 및 인식' 점수도 학년이 높아질수록 증가하는 경향을 보였으며, 하위 영역 중 '탐구 기능의 활용' 정도는 탐구 기능에 대한 이해가 높을수록 높게 나타나는 것으로 나타났다. 학생들은 통합적 탐구 기능에 비해 상대적으로 자신에게 익숙한 기초적 탐구 기능을 많이 활용하고 있는 것으로 나타났으며, 학년이 증가할수록 탐구 기능에 대한 활용 정도가 높은 것으로 나타났다. 이는 탐구 기능에 대한 지식이 증가할수록 탐구 기능을 많이 활용할 가능성을 보여주는 것이다. 하위 영역 중 '탐구 기능에 대한 인식' 점수는 학년에 따른 경향성을 찾을 수 없었다. <연구 Ⅲ>의 결과 메타인지를 활용한 탐구 기능에 대한 직접적 수업이 탐구 기능에 대한 지식과 활용 및 인식, 메타인지, 과학적 사고력을 향상시키는데 가장 효과적인 것으로 나타났으며, 정규 수업 시간에 탐구 기능에 대한 인식을 증진시키는 수업만으로도 탐구 기능에 대한 지식과 활용 및 인식을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 메타인지 전략을 활용하지 않고 탐구 기능에 대한 인식만을 증진시키는 수업으로는 메타인지와 과학적 사고력을 의미 있게 향상시킬 수 없었다. 따라서 학생들의 과학적 사고력 향상을 위해서는 학생들에게 탐구 기능을 직접적으로 교수해야 하며 탐구 기능을 직접적으로 가르칠 시간적 여유가 없는 경우에는 정규 수업 시간에 탐구 기능에 대해 지속적으로 언급하여 학생들의 탐구 기능에 대한 인식을 증진시키는 노력이 필요하다. 또한, 학생들이 탐구 기능의 장점, 효과, 적용 가능 범위 등에 대하여 인식하고 탐구 기능의 사용을 모니터하고 조절할 수 있도록 메타인지 전략을 동시에 가르칠 때 학생들의 과학적 사고력을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.