초등학생 과학수업에서 창의적 문제해결학습의 과학흥미, 과학탐구능력 및 과학성취도 비교

Abstract

과학의 발달은 인간의 삶의 모습들을 변화시켰다. 국가의 과학 기술력이 선진국을 가늠하는 지표가 될 만큼 과학 기술은 우리 생활에서 매우 중요한 의미를 갖는다. 이에 학교 교육에서는 과학 과목을 국민 공통 기본 교육과정으로서 초등학교 3학년부터 고등학교 1학년까지의 학생을 대상으로 하여, 국민의 기본적인 과학적 소양을 기르기 위하여 자연을 과학적으로 탐구하는 능력과 과학의 기본 개념을 습득하고, 과학적인 태도로 기르기 위한 과목으로 그 성격을 정의하였다. 나아가 자연 현상과 사물에 대해 흥미와 호기심을 가지고 기본적인 탐구능력과 지식을 습득하여 창의적으로 문제를 해결할 수 있는 능력을 길러주는 것을 과학 교과의 주목적으로 하였다. 즉, 과학 교육은 과학 지식의 습득 이외에도 과학 탐구능력과 과학에 대한 흥미 등의 정의적 태도, 창의적 문제해결 능력에 초점을 맞추고 있다. 그러나 학교 현장에서는 과학 수업이 교사용 지도서에 제시된 다양한 탐구학습 모델을 적용하여 탐구능력, 흥미, 창의적 문제해결 향상을 위한 수업보다는 도입, 전개, 정리의 전통적 강의식 수업 과정을 제시하는 경우가 많았다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로 본 연구는 Treffinger에 의해 고안된 창의적 문제해결(Creative Problem Solving: CPS)수업을 제시하였다. 창의적 문제해결(CPS)이란, 발산적 사고와 수렴적 사고를 반복적으로 활용하여 문제를 발견하고 그 문제와 관련된 자료를 음미하고 구체적인 문제를 진술함으로써 창의적으로 다양한 아이디어를 생성하고 해결안을 결정하는 사고 과정이다 이에 본 연구의 목적은 초등학교 6학년 과학 수업에 창의적 문제해결 모형을 적용한 수업 집단과 전통적 강의 수업 집단 간의 과학흥미, 과학탐구능력과 과학성취도의 차이가 있는지 비교하는 데 있다. 연구 목적에 따라 제안된 구체적인 문제는 다음과 같다. 1. 초등학교 6학년 과학 과목에서 창의적 문제해결 수업 집단과 전통적 강의 수업 집단 간의 과학흥미에는 유의한 차이가 있는가? 2. 초등학교 6학년 과학 과목에서 창의적 문제해결 수업 집단과 전통적 강의 수업 집단 간의 과학탐구능력에는 유의한 차이가 있는가? 3. 초등학교 6학년 과학 과목에서 창의적 문제해결 모형을 적용한 수업 집단과 전통적 강의 수업 집단 간의 과학성취도에는 유의한 차이가 있는가? 본 연구를 위해 서울특별시 C초등학교 6학년 학생 144명을 대상으로 사전 과학흥미도, 사전 과학탐구능력 검사, 사전 과학성취도 평가를 실시하였다. 임의로 실험반과 통제반을 나누어 총 8주간 과학전담교사가 5개 반의 과학 수업을 실시하였다. 생명, 지구, 에너지 영역의 3개 단원을 다루었으며 각 단원은 7∼8차시로 구성되어 있어 실험 기간에는 주당 3시간으로 총 23차시 수업을 하였다. 두 집단의 수업을 마친 후 사후 과학흥미도, 사후 과학탐구능력, 사후 과학성취도 평가를 실시하여 각각의 사전 검사 결과와 비교하였다. 본 연구의 결론을 정리하면 다음과 같다. 첫째, 창의적 문제해결수업을 받은 집단과 전통적 강의수업 집단 간의 과학흥미는 F 통계값은 .427, 유의확률은 .514로써 유의수준 .05에서 유의한 차이가 없었다. 과학 흥미가 낮은 학생들에게는 단순히 듣고 이해하는 활동이 주가 되는 강의식 수업보다 학습자의 적극적인 참여와 활동을 기대하며, 특히 사고도구를 활용한 다양한 아이디어의 탐색과 같은 과정을 필요로 하는 창의적 문제해결수업은 오히려 학습의 부담을 느끼게 하는 것일 수 있었을 것이라 사료된다. 둘째, 창의적 문제해결수업을 받은 집단과 전통적 강의수업 집단 간의 과학탐구능력은 F 통계값은 4.189 유의확률은 .043으로써 유의수준 .05에서 유의한 차이가 있었다. 창의적 문제해결수업이 발산적 사고와 수렴적 사고를 반복적으로 사용하는 과정에서 과학 문제를 해결하기 위한 사고과정인 과학탐구능력 즉, 기초탐구능력(관찰, 분류, 측정, 추리, 예상), 통합탐구능력(자료변환, 자료해석, 가설설정, 변인통제, 일반화)을 사용할 기회가 많아져서 창의적 문제해결수업이 학생들의 과학탐구능력 향상에 도움이 된 것으로 보인다. 이는 곧 창의적 문제해결수업이 과학과의 기본 목표인 과학탐구능력을 기르는 데에 적합한 학습 모형이라 할 수 있다. 셋째, 창의적 문제해결수업을 받은 집단과 전통적 강의수업 집단 간의 과학성취도에는 F 통계값은 4.215 유의확률은 .042으로써 유의수준 .05에서 유의한 차이가 있었다. 이는 창의적 문제해결수업이 학습자의 수업 참여를 높여 학습자 중심의 사고활동을 가능하게 하였고, 문제를 반복하여 사고하는 과정에서 과학지식, 개념, 원리를 이해하는데 효과적이었다고 할 수 있다. 즉, 창의적 문제해결수업이 학생들의 과학지식, 개념, 원리 이해 여부를 평가하는 과학성취 수준을 높이는데 효과적인 수업 방법이 될 수 있음을 시사한다. 본 연구는 창의적 문제해결수업을 교과교육에 적용하여 해당 교과에서 기대하는 궁극적인 학습목표를 달성하는데 효과적인 학습모형임을 제시했다는 점에 연구의 의의가 있다 할 수 있다. 그러나 본 연구는 다음과 같은 제한점을 지니고 있어 다음과 같은 제언으로 후속연구를 기대한다. 첫째, 본 연구에 사용된 CPS는 브레인스토밍, 시네틱스, 6색 모자 등의 사고도구를 활용하였다. 그러나 과학흥미가 낮은 학생들에게 사고도구를 활용한 아이디어 제시 등의 다양한 수업활동 자체가 부담스러워 흥미 향상에 장애가 되었을 수 있다. 따라서 CPS에 활용된 사고도구에 대한 학습자의 만족도에 대한 연구가 필요하다. 둘째, 본 연구에서 창의적 문제해결수업은 차시별로 과학실, 일반 교실, 도서실 등에서 진행되었다. 이로 인하여 본 연구의 수업은 학습 분위기가 산만하여 수업에 대한 몰입을 방해하는 요소를 가지고 있었다. 이에 대해 초등학교 사회과에서는 창의적 문제해결을 위한 블렌디드 수업모형을 개발하고 운영방안을 모색하는 연구들이 제시되었다(이상수, 이유나, 2007; 이종연, 구양미, 2007). 이와 같이 과학과에서도 창의적 문제해결수업을 면대면 학습과 온라인 학습 환경에서 할 수 있는 블렌디드 수업모형 개발하는 후속 연구가 필요하다. 셋째, 본 연구는 6학년 5개반 중 실험반과 통제반을 임의로 선정하여 집단을 나누고 이에 대한 처치 효과를 검증하기 위하여 ANCOVA를 사용하여 비교하였다. 그런데 과학성취도의 경우 사전 성취도검사와 사후 성취도 검사에서 최대값이 모두 100으로, CPS 수업에 의한 효과보다는 수업 처치 이전의 실력에 의한 것일 수 있다는 의견이 있을 수 있다. 이에 대해 비록 기술통계량 내용에는 나타나 있지 않으나 실험반 학생들의 과학성취도가 사전성취도 검사보다 사후 검사에서 높아진 경우가 더 많으며, 통제반의 경우에는 점수 변동이 없는 경우가 더 많았다. 넷째, 본 연구는 초등학교 6학년 과학 학습에 CPS를 적용하였다. 이를 확대하여 초등학교 저, 중, 고학년 과학 교육과정, 나아가 중, 고등학교 과학수업에서 CPS를 적용하여 과학탐구능력, 과학적 태도, 과학 성취도를 비교하여 CPS 적용의 일반화를 모색할 필요가 있다.;The purpose of this research is to compare science interest, science process skill, and science achievement of 6th grade students between the group in the creative problem solving(CPS) applied lecture and the group in textbook-based lecture. The research questions are as follows: 1. In 6th grade science class, is there any difference in the science interest between CPS group and textbook-based group? 2. In 6th grade science class, is there any difference in the science process skill between CPS group and textbook-based group? 3. In 6th grade science class, is there any difference in the science achievement between CPS group and textbook-based group? For this research, 144 sixth grade students in Seoul elementary school participated. They first took science interest pre-test, science process skill pre-test, and science achievement pre-test. Then they were randomly divided into two groups; CPS group and textbook-based group. For 8 weeks the science teacher taught 3 chapters which were domain of life, earth, and energy. Each chapter being designed for 7 to 8 class hours and the experiment period being 3 hours per week, total 23 class hours were spent for the lectures. After 8 weeks, students took the science interest post-test, science process skill post-test and science achievement post-test. Statistical analysis for the data was ANCOVA. The major findings of this research are as follow: 1. There was no significant difference in the science interest between CPS and textbook-based group (F=.427, p > .05) 2. There was significant difference in the science process skill between CPS and textbook-based group (F=4.189, p < .05) 3. There was significant difference in the science achievement between CPS and textbook-based group (F=4.215, p < .05) Therefore this research shows that CPS could be one of the effective models for achieving the goal in science; science interest, science process skill, and science achievement.