과학 우수아의 자기주도적 자유 탐구 수행을 위한 프로그램 개발과 학생들의 탐구 경험에 따른 효과 분석

Abstract

이 연구의 목적은 학생들 스스로 탐구 능력을 갖출 수 있도록 훈련하는 프로그램을 개발하여 학생들이 좀 더 성공적으로 자유탐구를 이끌어 낼 수 있는 방안을 마련하고자 하는 것이었다. 이를 위해 과학자들이 실제로 연구를 수행하는 탐구 모델을 기초로 하고 학생들이 자유탐구를 스스로 수행할 때 가장 어렵게 느끼는 과정에 대한 사전 연구 결과를 토대로 총 8개의 탐구 과정 -탐구문제선정, 탐구문제 구체화, 가설설정, 탐구방법 설계, 탐구활동 수행, 결과분석 및 결론도출, 보고서 작성 , 발표 및 평가-을 설정하였고 이 과정을 총 8차시의 프로그램으로 개발하였다. 개발된 프로그램은 과학우수아라고 평가되는 초등학교 5학년 학생 11명을 대상으로 수업을 실시하여 학생들이 각각의 탐구 과정을 이해하고 학습하도록 한 후 적용 효과를 알아 보았으며, 학생들을 탐구 경험이 많은 그룹과 탐구 경험이 적은 그룹으로 분류하여 프로그램 적용 효과의 차이를 비교 분석하였다. 프로그램 적용 후 학생들에게 나타난 효과를 알아보기 위해 학생들이 작성한 설문지와 개별적으로 실시한 자유탐구 보고서를 분석해 보았다. 그 결과 대부분의 학생들은 사전 연구에서 느꼈던 탐구 과정에 대한 어려움이 극복되었기 때문에 프로그램이 자기주도적인 자유탐구를 할 수 있게 하는데 있어 효과적이라고 생각하는 것으로 나타났다. 개별적으로 실시한 자유탐구 보고서에서도 프로그램을 학습하기 전보다 탐구능력이 향상됨을 볼 수 있었는데 특히 주제를 선정할 때 주어진 자료를 탐색하여 주제를 구체화시키는 부분이나 논리적인 가설을 설정하는 부분, 그리고 실험설계를 할 때 조건통제에 대한 고려를 하는 부분에서 향상이 있었음을 알 수 있었다. 또한 탐구 경험에 따른 탐구 수행력을 알아보기 위해 그룹별로 자유탐구를 실시한 후 작성한 두 그룹의 보고서를 비교 분석한 결과 탐구 과정중에 주제 선정의 단계, 과학적 원리의 단계, 가설 설정의 단계, 탐구 설계의 단계에서 탐구 경험이 많은 그룹이 더 체계적이고 과학적인 탐구 수행력을 보여 주는 것을 나타났다. 그리고 탐구 능력 평가를 실시하여 두 그룹간의 점수를 비교분석 해본 결과 탐구 경험이 많은 그룹의 학생들의 평균점수가 더 높게 나타났다. 이는 탐구 경험이 많은 그룹의 경우 자유탐구를 실시할 때 프로그램을 학습한 효과와 자신의 탐구 경험이 복합적으로 작용하여 탐구를 수월하게 한 것에 반해 탐구 경험이 적은 그룹은 자유탐구를 실시할 때 프로그램을 적용시키는 능력이 다소 떨어지는 것을 알 수 있었다. 두 그룹간에 개별 과정에 대한 점수를 비교 분석해보면 ‘탐구 과정에 대한 전반적 이해’와 ‘가설설정’ 단계에서는 큰 점수 차이를 보이지 않았으나 ‘주제 탐색’ 단계와 ‘자료해석’ 단계에서는 비교적 큰 점수 차이를 보여 주었고 ‘실험설계’ 단계에서는 오히려 탐구 경험이 적은 학생들의 점수가 더 높은 것으로 나타났다. 이는 오히려 학생들의 경험이 실험의 성공여부를 예측하게 하여 실패할 확률이 높은 실험은 배제시키다 보니 더 어려워하는 것으로 나타났다. 이상의 연구 결과를 볼 떄 학생들이 교사의 개입이나 도움이 없이 스스로 주도적인 탐구를 성공적으로 이끌어내기 위해 학생들에게 탐구 단계별로 학습할 수 있는 다양한 프로그램을 지속적으로 제공한다면 자유탐구에 대한 훌륭한 교수전략이 될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 실험탐구에 국한되지 않고 훨씬 더 다양한 유형의 자유탐구 과정이 개발된다면 학생들이 훨씬 더 다양한 형태의 탐구를 자율적이고 자기주도적으로 경험할 수 있으리라 예상된다.;This study aims at proposing measures that can successfully facilitate open inquiry in students by developing training programs that ensure students to enhance inquiry ability on their own. To this end, the study was based on the inquiry model actually used by scientists for research, and based on a preceding study on what was the most difficult process for students when they carried out an open inquiry, a total of eight inquiry processes were established, which in turn were developed to a program of eight sessions: selecting inquiry subjects; concretizing the subjects; building a hypothesis; designing an inquiry method; executing inquiry activities; analyzing results and drawing conclusion; writing a report; presentation and evaluation. Eleven students in fifth grade who were determined as gifted in science went through the program to learn and understand each inquiry process in class before application effect was measured, and in order to compare the difference of application effect of the program they were divided into two groups: one with more inquiry experience and the other with less experience. The effect of the program on the students was analyzed through a questionnaire that they were asked to fill out and through reports of the individually conducted open inquiry. The analysis indicated that the majority of the students deemed the program effective in conducting a self-directed open inquiry because the difficulties they had felt during the previous research were resolved. The report of the individually implemented open inquiry showed that their inquiry ability improved after they learned the program. More specifically, improvement was observed in concretizing subject by exploring given materials; in building logical hypothesis during subject selection; and in considering condition control during experiment design. Reports written by both groups following open inquiry were compared in order to study how inquiry experience affects performance capability. The comparison analysis demonstrated that the group with more inquiry experience had more systematic and scientific inquiry ability than its counterpart in inquiry processes of subject selection, scientific principle, hypothesis generation, and inquiry design. An inquiry ability assessment was also carried out and, a comparative analysis of the scores between the two groups revealed that the group of students with more inquiry experience showed higher average scores. The group with more experience carried out inquiry with more ease since they incorporated what they had learned from the programs to their own inquiry experience when carrying out their open inquiry activities, while the group with less inquiry experience had some difficulties in applying the program in their open inquiry activities. A comparison analysis of the scores on the individual processes of the two groups showed that there was a narrower difference in the “overall understanding of the inquiry process” and the “hypothesis generation” stages, while there was a large margin in the scores on the “topic exploration” and “data interpretation” stages, and the group with less experience earned relatively higher scores in the “experiment design” stage. This seems to be attributable to the students’ experience: More experience allowed them to predict the success of experiments and made the students anticipate difficulty with experiments that entailed higher chances of failure, encouraging the students to exclude them. Given the result of the study, if students are continually provided with a variety of programs that allow them to learn through each inquiry step in order to successfully facilitate self-initiated inquiry activities without any help or intervention from their teachers, the programs are expected to provide an excellent teaching strategy for open inquiry activity. Moreover, if diverse open inquiry curriculums are further developed, not limiting the subject to experimental inquiry, students are expected to experience more diverse forms of inquiry in an open, self-directed manner.