과학 수업에서 나타난 초등 과학 우수아의 증거 평가 과정 분석

Abstract

이 연구에서는 초등학교 6학년 과학 우수아들의 실험 활동에서 증거 평가 과정 중 발생하는 개념 변화 과정을 분석해 보고 소집단 토론을 통한 증거평가 과정에서 토론 전 개별 의견과 토론 후 조별 의견에 대한 신뢰 정도를 분석하였다. 본 논문의 연구대상은 서울시에 거주하는 초등학교 6학년 남학생 6명이었으며 이들 학생들은 스스로 과학 성적이 우수하다고 자신감이 형성되어 있었다. 학생들의 선발은 사설 과학 영재교육기관에서 실시한 입학 시험 검사를 통과한 학생들을 대상으로 하였다. 본 연구는 먼저 연구주제를 선정한 후 문헌 조사를 통해 증거 평가와 관련하여 증거 평가 유형 및 최근 연구 동향을 파악한 다음, 초등학교 6학년 과학 우수아들이 참여할 수업 내용을 실험과 함께 증거 평가를 할 수 있도록 물리 분야의 ‘힘과 운동’에서 수업주제 5개를 선정하여 실험 활동이 포함된 내용 4회(1회당 2.5차시)와 토론 활동이 포함된 내용 1회로 구성하여 수업을 실시하였다. 본 연구를 위한 첫 수업을 실시하기 전 '힘과 운동'에 관한 주제에 대해 학생들의 사전 개념 테스트를 질문지를 통해 실시하였고, 수업 중에는 학생들이 수업 주제에 대한 개념을 얼마나 정확하게 인지하고 있는지 문항을 개발하여 질문지에 설명하게 하였다. 학생들이 실험 전 결과에 대한 예상과 실험 후의 결과를 비교하여 증거를 어떻게 받아들이는지 증거 평가를 실시하였고, 동시에 수업 중에 인지한 과학 개념에 대한 문항을 작성하게 하여 정확한 이해 여부를 알아보았다. 또한 수업이 끝나고 2주후 개념에 관한 검사를 다시 실시하여 개념 변화 및 지속성에 대해 사전 개념 질문지, 증거 평가 질문지, 개념 확인 질문지, 수업 중 관찰 기록지를 종합적으로 분석하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 수업 중 이루어지는 학습 개념이 정확하게 정립되었거나 학생의 잘못 형성된 기존 선개념이 올바르게 수정된 경우는 대부분의 실험에 대한 예상과 결과가 일치하였고, 학생들이 수업중에 개념을 부정확하게 이해했거나 기존 선개념이 수정되지 않은 경우는 실험에 대한 예상과 결과가 불일치하였다. 예외적인 경우로 개념을 정확하게 이해했지만 실험에서 나타난 결과가 자신의 예상과 불일치한 이유를 실험과 이론의 오차 분석이라는 타당한 근거를 바탕으로 분석한 경우가 있었고, 반면에 개념을 정확히 이해하지 못하였을 때는 실험에 대한 예상과 결과가 예외 없이 불일치하였다. 실험 수업에 대한 증거 평가 결과로는 학생들은 대부분의 실험 수업에서 습득해야 할 개념이해와 관계없이 증거 평가에서 결과를 무조건적으로 수용하였고, 그 외에 실험에서의 오차분석을 근거로 자신의 예상을 수용하면서 증거를 거부한 경우, 수업중 개념을 실험에 적용하지 못하여 증거를 거부한 경우가 있었다. 둘째, 학생들의 토론을 통한 증거 평가 과정에서 토론 전과 후 개별 및 조별 의견에 대한 신뢰 정도 그리고 증거 평가 분석 결과를 살펴보면, 학생들은 자신의 개별적인 의견보다는 토론을 통해 수렴된 조별 의견을 '여러 사람이 모인 의견이 더 편견이 적고 사실적 지식이 많을 것'이라는 이유로 신뢰하였다. 또한 소집단 토론을 통한 증거 평가에서도 학생들은 대체로 교사가 제시한 증거를 수용하기도 했지만, 수렴된 조의견과 증거가 같은 내용임을 파악하지 못 하는 경우와 증거를 무시하고 개별 의견을 수용하는 경우도 나타났다. 위와 같은 연구 결과를 볼 때, 학생들에게 증거를 분석하는 방법을 제시하고 증거 평가를 통해 올바른 개념 변화로 이어지지 않은 학생들에게는 학습 환경이나 외부에서 제시된 정보와 기존 개념간의 인지적 갈등을 적극적으로 발생시키고, 학습전에 형성된 선개념과의 상호작용이 활발하게 일어날 수 있는 문제의 제시, 혹은 과학적 사고를 유도하면서 개념에 대한 다양한 예시를 제공하는 수업 모형의 개발이 필요하다. 또한, 과학 수업에서 학생들에게 좀 더 많은 기회의 토론 수업을 제공함과 동시에 토론에 참여하는 학생들의 의사 소통의 어려움을 해소할 수 있는 훈련과 상대방 학생과 의견이 달랐을 때 타당하게 설득하고 주장하는 방법의 제시도 필요하다. 그리고, 학생들의 개념이 수업이전에 형성된 사전 개념과 실험이나 교사의 설명에서 제시된 증거가 상호작용을 통해 어떻게 변화하는지 분석하고, 학생 개개인의 특성에 맞는 학습 모형에 대한 연구와 이에 따른 교육 현장에서의 지도에 많은 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.;This study investigated whether a group of sixth-grade students, who were gifted in science, understood the concepts introduced in class and the type of evidence evaluation introduced in their laboratory activities, followed by an analysis of the extent of the students’ reliability on both individual and group opinions before and after discussing the results in an evidence evaluation activity. The subjects of this paper were six male students in sixth grade living in Seoul who proudly regarded their science grades to be outstanding. The subjects were selected among those who passed an entrance exam conducted by a private educational science institute for gifted students. The focus of this study was chosen prior to fully comprehending the facts regarding evidence evaluation, including the type of evidence evaluation and the latest research trends available through related literature on the subject. Five physics-related topics from "Force and Motion" were selected followed by lessons consisting of four sessions that included laboratory activities, and one session that included a group discussion in order for the students to conduct evidence evaluation based on what they learned from the activities from the laboratory-based curriculum. Before conducting the first class for this study, the students took a pre-assessment test on the subject of "Force and Motion" in the form of a questionnaire. During class, a number of questions developed for this research project were given to the students to answer in order to figure out whether they correctly understood the subject. The students compared their predictions prior to their experiments with the results after the activities, and conducted evidence evaluation assessments to examine how well they understood the evidenceat the same time, they were given a number of questions about the scientific concepts they learned in class in order to evaluate whether or not they understood those concepts correctly. In addition, two weeks after all the sessions were completed, an assessment test on their level of understanding was administered again, and any changes and/or continuity of their comprehension levels were comprehensively analyzed through the pre-assessment questionnaire, evidence evaluation questionnaire, concept checking questionnaire, and observation records recorded during class. The results are as follows: First, in most cases where the students correctly understood the concepts delivered during class and were able to rectify any misconceptions that they held prior to being introduced to the new curriculum, their predictions and the experiment results coincided. While in cases where the student misunderstood the concepts and any pre-existing misconceptions were not corrected during class, their predictions and the results did not match. One case was an exception where the student correctly understood the conceptsyet the results did not coincide with his prediction. That student explained this based on a reasonable ground–error analysis of experiment and theory. On the other hand, when the students did not correctly understand the concepts, their predictions and the results of the experiments were invariably inconsistent. The results of the evidence evaluation assessment of the laboratory activities indicated that the majority of the gifted students unconditionally accepted the results of the experiments regardless of their understanding of the concepts which they were expected to achieve in class. Some of the students accepted their predictions while denying the evidence based on an error analysis of the experiment, and others refused to recognize the evidence because they were not able to apply the concepts to the experiment during class. Second, as for the evidence evaluation results through discussions, the level of reliability of individual or group opinions before and after the discussion, and the analyzed results of the evidence evaluation revealed that the students tended to place more confidence in the group opinions derived through the discussions over the individual ones. This was because they considered "the ideas that went through consultation were less biased and contained more factual knowledge." In addition, the evidence evaluation results through small group discussions demonstrated that most of the students accepted the evidence presented by the teacher; however, some of them failed to understand that the agreed group opinion and the evidence were the same, while other students accepted individual ideas and ignored the evidence. Judging from the abovementioned results, the researcher’s suggestions for the students that were not able to grasp the target concept through the evidence evaluation after they were given the methods to analyze the evidence are as follows: actively initiate cognitive conflicts between the information acquired from a learning environment inside or outside the classroom, and the existing concept; provide questions requiring student interaction with previously formed concepts before learning and develop a model of instruction which offers a variety of examples about various concepts while triggering the scientific reasoning. Also, it is necessary to provide the following: more opportunities to have discussions during science class training in how to resolve communication difficulties of those who participate in a debate; and strategies of how to make a convincing argument in order to persuade others with differing opinions. It is expected that this study on how gifted science students’ previously formed concepts can change by interacting with experimental evidence and understanding the teachers’ explanation. The understanding of each student’s thinking process presented in the evidence evaluation can offer assistance in developing a learning model that takes into consideration the characteristics of each individual student while educating students at school by using the learning model developed above.