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웹기반 탐구수업에서 스캐폴딩 유형에 따른 학업성취도와 과학 탐구능력의 차이

Title
웹기반 탐구수업에서 스캐폴딩 유형에 따른 학업성취도와 과학 탐구능력의 차이
Other Titles
The Differences in Academic Achievement and Science Inquiry Skills according to the Types of Scaffolding in Web-based Inquiry Learning
Authors
임윤진
Issue Date
2008
Department/Major
교육대학원 교육공학전공
Publisher
이화여자대학교 교육대학원
Degree
Master
Abstract
The ultimate goal of science education is to foster men who can solve problems on their own by understanding scientific knowledge and obtaining ways to do inquiry(the Ministry of Education, 1999; National Research Council). For this, science education is emphasizing the process of getting knowledge on their own that is, having students learn the inquiry process rather than delivering scientific knowledge to students. Students can heighten the science inquiry skills to solve new problems through the inquiry process by combining a scientific reasoning skill and a thinking ability. A new environment of an inquiry-based learning on the web has been provided to students as the Internet technology development is applied to education. An inquiry-based learning on the web is a learning-teaching activity in which the principles of inquiry learning are carried out online(Back Yeungkyun, 2003; Lim, 2001). An inquiry-based learning on the web is a very meaningful learning environment in that learners can enhance their science inquiry skills through the inquiry process in which they participate on their own. In an inquiry-based learning on the web, a teacher is a facilitator and a guide in learning. In particular, an inquiry-based learning on the web in science education requires a teacher a more responsibility. It is because a teacher should have a leadership in order to support inquiry by coping with students' personal needs, unpredictable classroom situation and an alternative explanation(Holbrook & Kolodner, 2000; Wallace, 2000). Also, in considering difficulties of limited time in classroom, students' not being accustomed to an inquiry-based learning and differences in students' ability, scaffolding is an indispensable element which a teacher should be equipped with. When and which types of scaffolding should be provided has to be considered(Lim, 2004). However, most studies on scaffolding on the web are about utilizing tools of the web which can support learners through question prompt, self-reflection note, concept map, and so on. In other words, studies on proper types of scaffolding by a teacher in an inquiry-based learning on the web in a classroom are insufficient. This study conducted WISE(Web-based Inquiry Science Environments) to the eleventh graders in physicsⅠclassroom. Two groups were given explanation scaffolding and cue scaffolding each. This study tries to find out a proper type of scaffolding in an inquiry-based learning on the web after examining the impacts on scholastic achievement and the science inquiry skills. The research questions of this study were proposed as follow: 1. Is there any meaningful difference in the 'scholastic achievement' according to the types of scaffolding(explanation scaffolding, cue scaffolding) in an inquiry-based learning on the web? 2. Is there any meaningful difference in the 'science inquiry skills' according to the types of scaffolding(explanation scaffolding, cue scaffolding) in an inquiry-based learning on the web? 3. What differences exist in each element of the inquiry process according to the types of scaffolding(explanation scaffolding, cue scaffolding) in an inquiry-based learning on the web? The subjects were four eleventh classes at high school located in Seoul. One of them was provided with explanation scaffolding while the other was provided with cue scaffolding. The experiment lasted 3 weeks and 6 lessons. It was conducted on 144 students in total, explanation cue on 72 students and cue explanation on 72 students. Two types of scaffolding, explanation scaffolding and cue scaffolding, were chosen in consideration of the fact that this study is based on an inquiry-based learning on the web and the scaffolding is given in the form of language by teachers. In order to compare the difference in scholastic achievement and the science inquiry skills according to the types of scaffolding, the learning achievement and scientific inquiry skill were examined before and after the treatments. The data were treated with independent sample t test and Multivariate Analysis of Variance, using the SPSS win 15.0 program. The significance level was set at α=.05. The results of this study were summarized as follows. First, there was no statistically significant difference in scholastic achievement between the explanation scaffolding group and the cue scaffolding group (t=-1.866,p=.064). Therefore, the type of scaffolding does not bring about meaningful difference in improving scholastic achievement in an inquiry-based learning on the web. Second, although there was no significant difference in the science inquiry skills(t=-.684, p=.495) before the treatment, there was significant difference (t=-.2.923, p=.004) after the treatment, examining the influence of the types of scaffolding on an inquiry-based learning on the web. Cue scaffolding is superior to explanation scaffolding, if we consider that the average of explanation scaffolding was 15.88 and the one of cue scaffolding was 18.77. Third, it was examined which element of the inquiry process influences a lot on the improvement in the science inquiry skills. As a result, it was showed that among 12 elements which consist the science inquiry skills, elements such as setting up a hypothesis(F=4.086, p=.045), designing an experiment(F=6.008, p=.015), reasoning(F=9.086, p=.003), conclusion (F=8.769, p=.004), generalizing and forming a model(F=15.223, p=.000), evaluation (F=6.176, p=.014) influenced meaningfully.;오늘날 과학교육의 궁극적인 목표는 과학의 지식 체계를 이해하고 탐구 방법을 습득하여 생활 주위에서 일어나는 문제를 스스로 해결할 수 있는 과학적 소양인으로 성장시키는 데 있다(교육부, 1999; National Research Council, 1996). 이를 위하여 과학교육에서도 학생들에게 단순히 과학 지식만을 전달하기보다는 지식을 스스로 찾을 수 있는 과정 즉, 탐구 과정을 학습하게 하는 것을 강조하고 있다. 학습자는 과학적 추론 능력과 사고 기능을 결합하여 과학을 능동적으로 이해하는 탐구 과정을 통해 미래에 발생하게 될 새로운 문제를 과학적 방법으로 해결할 수 있는 탐구 능력을 신장시킬 수 있기 때문이다. 한편, 인터넷 테크놀로지의 발달이 교육 현장에 적용되기 시작하면서 웹기반 탐구학습의 새로운 환경이 학습자에게 제공되게 되었다. 웹기반 탐구학습은 탐구학습의 원칙을 온라인상에서 수행하는 교수-학습 활동이다(백영균, 2003; Lim, 2001). 웹기반 탐구수업은 학습자에게 스스로 참여할 수 있는 탐구 과정을 통해 탐구능력을 배양할 수 있다는 있다는 점에서 매우 의미 있는 학습 환경이라 할 수 있다. 이러한 웹기반 탐구 수업에서 교사의 역할은 학습의 촉진자와 안내자이다. 특히, 과학 교실 수업에서의 웹기반 탐구 수업은 교사에게 더 많은 책임을 요구하게 된다. 탐구를 지향하는 과학 교실에서 교사는 학생들의 개인적인 필요, 예측할 수 없는 교실 상황, 대안적 설명에 유연하게 대처하여 탐구를 지원해주는 리더십이 필요하기 때문이다(Holbrook & Kolodner, 2000; Wallace, 2000). 또한, 제한된 수업시간, 학습자들이 탐구 학습에 익숙하지 않음, 다양한 학습자들의 개인 수행 능력 차이 등의 어려움을 고려할 때 스캐폴딩은 교실 현장에서 교사가 반드시 갖추어야 하는 필수요소로 볼 수 있다. 이러한 스캐폴딩은 언제 제공해야 하는지, 어떤 유형의 스캐폴딩이 제공되어야 하는지가 반드시 고려되어야 한다(Lim, 2004). 그러나, 웹기반 탐구수업에서 스캐폴딩에 관한 연구들을 살펴보면 질문 프롬프트, 성찰 노트, 개념도 등 주로 웹상에서 학습자를 지원할 수 있는 웹의 기능의 활용에 관한 것이 대부분이다. 다시 말해, 교실 현장수업에서 진행되는 웹기반 탐구수업에서 교사에 의해 제공되는 적절한 스캐폴딩 유형에 관한 연구는 미비하다. 이에 본 연구는 고등학교 2학년을 대상으로 물리Ⅰ 교과에서 웹기반 탐구수업 프로그램 WISE(Web-based Inquiry Science Environment)를 교실 수업에 실시하고, 실험대상을 두 집단으로 나누어 각각 설명제공형 스캐폴딩과 단서제공형 스캐폴딩을 제공하였다. 학업성취도와 과학 탐구능력에 어떠한 차이가 있는지 실험 검증 후 교실 현장의 웹기반 탐구수업에서 교사에 의해 제공되는 스캐폴딩의 적절한 유형을 찾고자 한다. 본 연구에서 규명하고자 한 연구 문제는 다음과 같다. 1. 웹기반 탐구수업에서 스캐폴딩 유형(설명제공형, 단서제공형)에 따라 학업성취도에 차이가 있는가? 2. 웹기반 탐구수업에서 스캐폴딩 유형(설명제공형, 단서제공형)에 따라 과학탐구능력에 차이가 있는가? 3. 웹기반 탐구수업에서 스캐폴딩 유형(설명제공형, 단서제공형)에 따라 과학탐구과정요소별로 어떤 차이가 있는가? 연구 방법으로는 서울시에 위치하고 있는 인문계 고등학교에 재학 중인 고등학교 2학년에서 4학급을 무작위로 선정하여 2학급에는 웹기반 탐구수업에서 교사가 설명제공형 스캐폴딩을 제공하고 나머지 2학급에는 단서제공형 스캐폴딩을 제공하였다. 실험처치는 3주간 6차시에 걸쳐 이루어졌다. 각 학급의 인원수는 36명으로 설명제공형 스캐폴딩을 제공받은 학생은 모두 72명, 단서제공형 스캐폴딩을 제공받은 집단의 학생은 모두 72명으로 총 144명을 대상으로 하였다. 스캐폴딩의 유형은 선행 연구를 바탕으로 본 연구가 과학 교과의 웹기반 탐구수업이며 스캐폴딩이 교사에 의해 언어로 제공되는 점을 고려하여 설명제공형 스캐폴딩과 단서제공형 스캐폴딩의 두 가지 유형으로 선정하였다. 스캐폴딩 유형에 따라 학업성취도와 과학 탐구능력 차이를 비교하기 위하여 실험 처치 전에 사전 학업성취도와 사전 과학탐구능력 검사를 실시하였으며, 학습 직후 사후 학업성취도와 사후 과학탐구능력 검사를 실시하였다. 수집된 자료는 SPSS win 15.0 프로그램을 사용하여 연구문제에 따라 독립표본 t검정과 다변량분산분석(Multivariate analysis of variance)을 실시하였다. 유의수준 .05에서 실험 검증한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, 설명제공형 스캐폴딩을 받은 집단과 단서제공형 스캐폴딩을 제공받은 집단의 학업성취도 차이를 검정한 결과 통계적으로 유의미하게 나타나지 않았다(t = -1.866, p = .064). 따라서 스캐폴딩의 유형이 웹기반 탐구수업에서 학업성취도 향상에 유의미한 차이를 나타낸다고 볼 수 없다. 둘째, 웹기반 탐구수업에서 스캐폴딩의 유형이 과학탐구능력에서 미치는 영향을 검토한 결과 사전 과학탐구능력 결과에서 유의미하게 차이가 나타나지 않았지만(t = -.684, p = .495), 사후 학업성취도 결과에서는 유의미한 차이를 나타내었다(t = -2.923, p = .004). 이는 스캐폴딩의 유형에 따라 웹기반 탐구학습에 미치는 영향에 차이가 나타난다고 볼 수 있다. 설명제공형 스캐폴딩을 받은 집단의 평균이 15.88점, 단서제공형 스캐폴딩을 받은 집단의 평균이 18.17점으로 단서제공형 스캐폴딩이 유의미하게 우세한 효과를 나타내었다. 셋째, 과학탐구능력의 향상의 차이에 어떤 탐구과정 요소가 영향을 많이 미치는지 분석하였다. 그 결과, 과학탐구능력을 구성하고 있는 12개의 탐구과정 요소 중 가설 설정(F = 4.086, p = .045), 실험 설계(F = 6.008, p = .015), 추리(F = 9.086, p = .003), 결론(F = 8.769, p = .004), 일반화와 모델 형성(F = 15.223, p = .000), 평가(F = 6.176, p = .014) 등의 요소가 유의미한 차이에 영향을 미친 것으로 나타났다.
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