중학교 광합성 단원에서의 과학 그리기 활동을 통해 나타난 개념 구조 변화와 과학 창의성 분석

Abstract

Learners suffer difficulties when they are learning scientific knowledge because science concepts have abstract and complex nature. Scientific drawing activity as Instruction-Learning methods to embody abstract scientific concepts has a variety of educational effect, but there is little research analyzing its effects through the scientific picture. Therefore, this study aims to develope an scientific drawing activity that can be utilized in the photosynthesis lesson, and to analyze conceptual structure change and scientific creativity appeared through scientific drawing activity with a scientific picture. This study of scientific drawing activity was carried out with 74 first grade students of middle school. There was a total of 3 class hours. Analysis tools for modifying the level classification framework of scientific conceptual understanding(Köse, 2008) and creative expression evaluation items in painting(Park & ​​Kim, 2002) were used. Collected data was analysed by descriptive statistic, correlation analysis in use of SPSS 18.0. The results from this study are as follows. First, ‘Stage of eliciting idea’ showed that most students have partial science concepts about photosynthesis or have a variety of misconceptions. Also most students well organize their non-scientific preconception to scientific concept toward ‘Stage of configuring idea’ and ‘Stage of applying idea’. But the results show that some students make no self-conceptualization to process applying in real life although they know the scientific concept of photosynthesis in ‘Stage of expanding idea’. This results mean that there is a need to solve scientific problems for the students by extending their own scientific concepts by best using the relatively open-ended questions in ‘Stage of expanding idea’ after providing sufficient opportunity that students can configure a non-scientific preconceptions to complete scientific concept in ‘Stage of configuring idea’. Second, scientific creativity is shown higher score results as a whole in the students' scientific picture ‘Stage of configuring idea’, ‘Stage of applying idea’ and ‘Stage of expanding idea’ after class than ‘Stage of eliciting idea’ before class. However ‘Stage of expanding idea’ is shown lower score results than ‘Stage of configuring idea’ and ‘Stage of applying idea’. This results mean that if learners have self-internalized the science concept, scientific creativity is well expressed, but if not, scientific creativity is not good expressed of scientific picture in steps for configuring and applying ideas. Third, in this study, the analysing result of relationship between students' understanding level of concepts and scientific creativity appearing through the scientific drawing activity is that the correlation with the understanding degree and each sub-element of scientific creativity(sensitivity, fluency, originality, flexibility, elaboration) was all high in relatively low degree of openness question. However the correlation with the understanding degree and each sub-element of scientific creativity was all low except of flexibility in relatively high degree of openness question(p<.05). Therefore, elements of the various aspects including openness of the problems need to be considered as configured for scientific drawing activities to improve the students' scientific creativity. Fourth, results of the perception research about scientific drawing activities inform that scientific drawing activity has a variety of educational effect. However students who feel difficulty or have low affinity for scientific drawing activity showed a negative reaction. Therefore, there is need to configure more easily and variety scientific drawing activity considering the characteristics of the students. It is suggested, therefore, scientific drawing activities can be expected to be effective Instruction-Learning method to check and evaluate students' scientific creativity. In addition, if steps for applying and expanding ideas would be provided after students’ complete self-internalization of the scientific concept as be in scientific drawing activity, this activity can be expected to have a positive effect of improving students' scientific creativity.;과학 개념은 추상적이고 복합적인 성격을 지니기 때문에 학습자들은 과학지식을 학습할 때 많은 어려움을 겪는다. 추상적인 과학 개념을 구체화하기 위한 교수-학습 방법으로서 과학 그리기 활동은 다양한 교육적 효과가 있지만, 과학 그림을 통해 그 효과를 분석한 연구는 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 광합성 단원에서 활용할 수 있는 과학 그리기 활동 수업을 구성하고, 과학 그리기 활동을 통해 나타나는 학습자의 개념 구조 변화와 과학 창의성을 분석하고자 하였다. 중학교 1학년 74명을 대상으로 하였고, 3차시에 걸쳐 과학 그리기 활동을 적용한 수업을 진행하였다. 분석 도구는 Köse(2008)의 과학적 개념 이해 수준 분류틀과 박숙희, 김춘의(2002)의 그림 그리기에서의 창의적 표현력 평가항목을 수정·보완하여 사용하였다. 수집된 자료는 SPSS 18.0을 이용하여 개념 이해 수준, 과학 창의성 하위 요소, 과학 그리기 활동에 대한 학생 인식조사를 기술통계 분석하였으며, 개념 이해 정도와 과학 창의성 간의 관계는 상관분석 하였다. 본 연구의 결과 및 결론은 다음과 같다. 첫째, ‘생각 이끌어내기 단계’에서는 대부분의 학생들이 광합성에 대한 부분적인 과학 개념을 가지고 있거나, 다양한 오개념을 나타냈으며, ‘생각 구성하기 단계’, ‘생각 응용하기 단계’로 갈수록 대부분의 학생들이 자신의 비과학적 선개념을 과학적 개념으로 잘 구성하였음을 보였다. 그러나 ‘생각 확장하기 단계’에서는 일부 학생들이 광합성에 대한 과학적 개념은 알고 있지만 실생활에 적용하는 과정까지 자기 개념화를 시키지 못한 결과를 보였다. 이는 과학 그리기 활동의 ‘생각 구성하기 단계’에서 학생들이 비과학적 선개념을 완전한 과학적 개념으로 구성할 수 있는 충분히 기회를 제공한 뒤, ‘생각 응용하기 단계’와 ‘생각 확장하기 단계’에서의 비교적 개방적인 문항을 잘 활용하여 학생들이 자신이 가지고 있는 과학적 개념을 확장하여 과학적 문제 해결에 활용할 수 있도록 할 필요성이 있음을 의미한다. 둘째, 학생들의 과학 그림에 나타난 과학 창의성은 전반적으로 수업 전 ‘생각 이끌어내기 단계’보다 수업 후 ‘생각 구성하기 단계’, ‘생각 응용하기 단계’, ‘생각 확장하기 단계’에서 더 높은 점수 결과를 보였다. 그러나 ‘생각 확장하기 단계’가 ‘생각 구성하기 단계’와 ‘생각 응용하기 단계’보다 낮은 점수의 결과를 보였다. 이는 학습한 광합성 관련 과학 지식을 기존의 인지 구조에 통합하고 재구성하여 그림으로 표현하는 과정에서 과학 창의성이 잘 나타날 수 있지만, 과학 개념의 자기화가 잘 이루어지지 않은 경우에는 개념을 응용하고 확장하는 단계에서 과학 창의성이 그림으로 잘 표현되지 못함을 보여준다. 셋째, 과학 그림에 나타난 학생들의 개념 이해 정도와 과학 창의성의 상관관계를 분석한 결과, 문제의 개방도가 비교적 낮은 문항에서의 개념 이해 정도는 과학 창의성의 각 하위요소인 민감성, 유창성, 독창성, 융통성, 정교성과의 높은 상관관계를 보였지만, 문제의 개방도가 비교적 높은 문항에서는 개념 이해 정도와 과학 창의성의 각 하위요소와의 상관관계가 융통성을 제외하고는 모두 낮은 편이었다(p<.05). 따라서 학생들의 과학 창의성 향상을 위한 과학 그리기 활동에서 문제의 개방도를 포함한 다양한 측면의 요소들을 고려할 필요가 있다. 넷째, 과학 그리기 활동에 대한 학생들의 인식조사는 학생들이 과학 그리기 활동의 다양한 교육적 효과에 대해 긍정적으로 인식하고 있다는 것을 보여주었다. 그러나 과학 그리기 활동 자체에 대해 어려움을 느끼거나 선호도가 낮은 학생들의 경우, 그 효과 인식에 있어서도 부정적인 반응을 보였다. 따라서 과학 그리기 활동을 적용하는 방법에 있어서 학생들의 특성을 고려하여 좀 더 다양하고 쉽게 참여할 수 있는 과학 그리기 활동을 구성할 필요성이 있음을 알 수 있다. 이상 제시된 결과 및 결론을 종합해보면 과학 그리기 활동은 학생들의 과학 창의성을 확인하고 평가할 수 있는 효과적인 교수-학습 방법이 될 수 있다. 또한 과학 그리기 활동을 함에 있어서 과학적 개념에 대한 학생들의 완전한 자기 내면화가 이루어진 뒤에 과학 개념을 응용하고 확장할 수 있는 단계를 제공한다면 학생들의 과학 창의성 향상에도 긍정적인 효과를 줄 것이라 기대할 수 있다.