'생각하는 과학' 활동을 경험한 초등학생들의 논리적 사고력 신장에 대한 연구

Abstract

The purpose of this study is to know how the 'Thinking Science' activity affects improvement of the logical thinking skill targeting forth-fifth graders in elementary school. Furthermore, both a logical thinking skill test and thinking-logic type analysis about students were implemented. Moreover effects of the 'Thinking Science' activity about mathematics and science scholastic achievement were analyzed. These researches were provided as reference data for a generalization plan of the 'Thinking Science' activity and a teaching plan on level difference of the logical thinking skill that active teachers distinguished. The 'Thinking Science' activity that was developed by long-term studies at King's College in the UK was adapted to reality of domestic education. In addition, inquiry instruction of various experiments and practice was conducted to arouse students' interest and encourage free thought through home-study materials that were suitable for each thinking-logic type and were produced directly. A logical content was analyzed through the logical thinking test, the GALT abridged edition. A test result was compared and analyzed by conducting pro-testing and post-testing of both experimental group who performed the 'Thinking Science' activity and comparative group who didn't perform the 'Thinking Science' activity. In addition, mathematics and science grade in a midterm examination and final examination of first semester and second semester was compared and analyzed in order to know relations between the 'Thinking Science' activity and scholastic achievement. The results of the analysis in this study are below. First, forth-fifth graders in elementary school are ten-twelve years old children who should be in the formal operational period according to the Piaget's cognitive developmental stages of Piaget. However, most students are in the concrete operational period. Since conceptual content in logic type questions of the logical thinking skill test contains mathematical and scientific questions that forth-fifth graders aren't able to solve. Second, there is considerably meaningful improvement of the logical thinking skill according to comparison of pre-testing and post-testing when forth-fifth graders do the weekly 'Thinking Science' activity for 100 minutes in one semester(15weeks). There isn't much opportunity that students think and experience because of a curriculum. When there were a lot of time to think through the 'Thinking Science' activity and many questions, students solved question through recognition conflict. As a result, it shows that arousing interest about science and having considerable time to realize by oneself through a diversity of experiments and practice promoted significant improvement of the logical thinking skill. Third, when conceptual sections of a logic type that students dealt with at first time were reinforced academically through the 'Thinking Science' activity several times, a specific type in the post-logical thinking skill test had higher growth except for a little difference. Moreover, the varied and repetitive the 'Thinking Science' activity was more effective when students first dealt with mathematic and scientific concept, logic and thinking of sixth grade in elementary school. Forth, Improvement of mathematics and science scholastic achievement had meaningful effects since experimental group and comparative group took a identical training in a existing curriculum and then only experimental group conduct the 'Thinking Science' activity. Unlike existing activities, various activities such as time, discussion and performance to think sufficiently had a positive effect on ability to solve the problem with the logical thinking skill growth. Through this study, the 'Thinking Science' activity has an influence on growth of the logical thinking skill. Furthermore, a variety of application training and continuous activities are required to improve much more logic thinking skill. Additional follow-up study that is able to be generalized by applying various categories should be progressed, while the number of people or grade in experimental group and comparative group was limited in this study. Efforts for steady and lasting activities such as several positive oversea cases and generalization of the 'Thinking Science' activity to accelerate cognitive development speed are required. If varied research activities to understand a insufficient logic type are provided by taking into account the logical thinking level for students during science class, the phenomenon that many students reach the formal operational period will be accelerated gradually.;본 연구의 목적은 초등학교 4학년과 5학년을 대상으로 ‘생각하는 과학(Thinking Science)' 활동을 했을 때 논리적 사고력의 신장에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 하였다. 학생들의 논리적 사고력 검사를 실시하였고, 이를 바탕으로 사고 논리 유형을 분석하였다. 또한 수학과 과학 학업 성취도 검사를 통해 수학과 과학 학업 성취도에는 어떤 영향을 미치는지도 알아보았다. 본 연구를 통해 ’생각하는 과학‘ 활동의 보편화 구상과 현장 교사들이 학생들의 논리적 사고력 수준별 차이를 감안하고, 더 나은 수업 이 될 수 있도록 하는 방안 구상의 참고 자료로 제공하고자 본 연구를 진행하였다. ‘생각하는 과학’ 활동은 영국의 King's College에서 장기간의 연구에 의해 개발된 프로그램이며 이것을 국내 교육 현실에 맞게 편역된 내용을 사용하였다. 또한 각각의 사고 논리 유형에 맞게 직접 개발한 학습지를 통해 학생들로 하여금 과학적 흥미를 불러일으키고, 자유롭게 생각할 수 있도록 다양한 실험 및 실습의 탐구 수업을 시행하였다. 학생들의 논리적 사고력을 분석하기 위해 논리적 사고력 검사지인 GALT 축소본을 사용하여 논리 내용을 분석하고, ‘생각하는 과학’ 활동을 실시한 실험 집단과 활동을 하지 않은 비교 집단의 사전, 사후 검사를 통해 검사 결과를 비교, 분석하였다. 또한 ‘생각하는 과학’ 활동을 했을 때 학생들의 학업 성취도와의 연관성을 알아보기 위해서 학교 자체 1학기와 2학기의 중간고사, 기말고사 수학과 과학 성적을 비교 분석하였다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 초등학교 4학년과 5학년들의 나이는 만10세~12세로 Piaget의 인지 척도로 보면 모두가 과도기 조작 수준이어야 한다고 나와 있다. 하지만 학생들의 대부분이 구체적 조작기로 그렇지 못했다. 우리나라 초등학교 교과 과정상 논리적 사고력 검사지의 논리 유형 문제를 풀기 위한 개념적인 내용이 대부분의 4학년, 5학년이 풀기에는 습득하지 못한 수학, 과학적인 부분이 포함되어 있기 때문인 것으로 해석된다. 둘째, 한 학기(15주)동안 매주 1회 100분씩 ‘생각하는 과학’ 활동을 통하여 초등학교 4학년과 5학년 학생들의 논리적 사고력의 신장을 사전, 사후 검사를 통해 비교해 본 결과 논리적 사고력이 매우 유의미하게 향상됨을 알 수 있었다. 교육 과정상 학생들이 생각을 하면서 과학을 접할 수 있는 기회는 많지 않았다. ‘생각하는 과학’ 활동을 통해서 생각하는 시간이 많이 주어지고, 문제가 주어지면 인지 갈등을 통해 문제를 해결하기 위한 활동을 했다. 그 결과 다양한 실험과 실습 활동을 통해 과학에 대한 흥미를 높이고, 스스로 생각하며 알아나가는 시간을 많이 가질 수 있었던 것이 논리적 사고력의 유의미한 향상을 도모할 수 있었던 것으로 해석된다. 셋째, 논리 유형에 따라 약간의 차이를 보이고 있으나 ‘생각하는 과학’ 활동 시 학생들이 처음 접하는 논리 유형의 개념적인 부분들은 여러 차례에 걸쳐 학습적 강화를 시키니 사후 논리적 사고력 검사 시 특정 유형에 더 높은 신장률을 보였다. 논리 유형 중 초등학교 6학년 과정에 나오는 조합이나 확률과 같은 수학, 과학적 개념과 논리, 사고들을 처음 접한 부분에서 학생들에게 다양하고, 반복적인 ‘생각하는 과학’ 활동을 통해 훈련시키니 효과가 더 높았다. 넷째, 기존의 학교 교과 내용 과학 수업은 실험 집단과 비교 집단 동일하게 진행되었고, 실험 집단에게만 ‘생각하는 과학’ 활동을 진행시킨 결과 수학, 과학 학업 성취도 성적 향상에도 유의미한 영향을 준 것으로 나타났다. 그 이유는 기존의 활동과는 달리 충분히 생각할 시간과 토론, 과제 수행 등의 다양한 활동을 통해 논리적 사고력 신장으로 문제를 푸는 문제 해결력에도 긍정적인 영향을 준 것으로 해석된다. 이 연구를 통해 ‘생각하는 과학’ 활동이 학생들의 논리적 사고력 신장에 많은 도움을 주었으며, 더 나아가 논리적 사고력이 더 많이 신장되기 위해서는 지속적인 활동과 함께 사고 논리 유형들을 신장시킬 수 있는 다양한 응용 훈련이 뒷받침 되어야 할 것이다. 또한 본 연구에서는 실험 집단과 비교 집단의 인원이나 학년의 제한을 받았지만 많은 인원과 학년에도 적용하여 일반화 시킬 수 있는 추가적인 후속 연구가 진행되어야 한다. 단일성을 띈 수업이 아니라 외국의 여러 긍정적 사례들처럼 꾸준하고, 지속적인 활동과 앞으로도 인지 발달 가속화에 도움이 되는 ‘생각하는 과학’ 활동의 보편화를 위한 노력도 필요하다. 학생들의 논리적 사고력 수준을 고려하여 과학 수업 진행 시 부족한 논리 유형들을 이해할 수 있도록 다채로운 탐구 활동으로 보완해 나가면 형식적 조작기로 도달하는 학생들이 많아지는 가속화가 순조롭게 진행될 것이다.