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미래문제해결 모형을 적용한 과학수업에서 중학교 영재들의 과학지식과 과학에 대한 태도 및 과학창의인성 분석

Title
미래문제해결 모형을 적용한 과학수업에서 중학교 영재들의 과학지식과 과학에 대한 태도 및 과학창의인성 분석
Other Titles
Analysis of Scientific Knowledge, Attitude towards Science, and Science Creativity-Character of the Gifted Middle School Students during the Science Class with applied Future Problem Solving Model.
Authors
김세현
Issue Date
2014
Department/Major
대학원 과학교육학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Doctor
Advisors
최경희
Abstract
본 연구는 과학 교과에서 글로벌이슈 교육이 왜 필요한지에 대한 질문에서 시작되었다. 또한 과학의 문제를 넘어 사회, 윤리, 환경 등 다양한 영역과 맞물려 쟁점을 초래하는 이슈에 대해 현재의 흐름을 파악하고 미래를 예측해 보는 교육활동이 필요하다고 생각되었다. 이러한 맥락으로 진행된 본 연구에서는 미래문제해결 모형을 적용한 글로벌이슈 중심의 과학수업을 통해 중학교 영재들의 과학지식, 과학에 대한 태도, 문제 발견과 해결 과정에서 나타나는 과학창의인성과 관련된 요소를 분석하였다. 그리고 이러한 내용을 수행하기 위하여 문헌연구, 예비연구, 본 연구로 구성하여 진행하였으며, 경기도 소재 지역공동 영재학급 1학년 20명을 대상으로, 연구문제에 따라 양적 연구와 질적 연구를 혼합하는 방법을 적용하여 자료를 수집하고 분석하였다. 수업에서 활용된 과학창의인성 프로그램은 미래문제해결 모형을 기반으로 설계되었고, 예비연구에 적용되었던 미래문제해결 6단계 모형을 5단계로 수정하여 지식학습(개념탐구), 문제발견(글로벌이슈 탐색, 핵심문제 선정), 문제해결(해결아이디어 제안, 실행계획 개발) 등 3과정 5단계로 이루어진 총 7회 20차시로 운영되었다. 자료 수집 및 분석은 다음과 같이 이루어졌다. 첫 번째 연구문제인 중학교 영재들의 미래문제해결 모형을 적용한 글로벌이슈 중심 과학수업을 통한 과학지식의 변화를 살펴보기 위해 과학지식 검사지를 개발하여 개념탐구 단계의 전과 후에 검사를 실시하고 두 종속표본 t-검정으로 분석하였다. 또한 문제해결 과정에서 학생들의 지구온난화와 관련된 과학지식 구성 과정 및 활용 등을 살펴보기 위해 수업활동지를 중심으로 모둠활동 녹음자료, 산물스케치, 수업평가지 등의 질적 자료를 분석하였다. 두 번째 연구문제인 중학교 영재들의 미래문제해결 모형을 적용한 글로벌이슈 중심 과학수업을 통한 과학에 대한 태도의 변화를 알아보기 위해 과학에 대한 태도 검사지를 개발하여 전체 수업의 전과 후에 검사를 실시하고 두 종속표본 t-검정으로 분석하였다. 또한 이와 관련된 학생들의 질적 변화를 살펴보기 위해 수업성찰일지를 중심으로 모둠활동 녹음자료, 수업평가지, 교사관찰일지, 수업활동지 등의 자료를 활용하였다. 마지막으로, 미래문제해결 모형을 적용한 글로벌이슈 중심 과학수업의 문제 발견과 해결 과정에서 나타난 중학교 영재들의 과학창의인성 요소를 살펴보기 위해서 각 단계별로 수행된 개인 및 모둠 수업활동지, 모둠활동 녹음자료, 수업성찰일지, 교사관찰일지 등의 질적 자료를 검토하였으며 전체적인 관점에서 과학창의인성 요소를 발견하고 해석할 수 있도록 노력하였다. 그리고 이러한 질적 자료들에 대해서는 모두 전사하여 매트릭스로 자료를 재정리하였으며, 각 모둠의 사례 비교와 다양한 질적 자료들의 반복적인 비교 등의 질적 분석 과정을 거쳐 과학창의인성 요소를 분석하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다. 첫째, 미래문제해결 모형을 적용한 글로벌이슈 중심 과학수업에 의한 중학교 영재들의 사전과 사후의 과학지식에 차이가 있는 것으로 분석되었다. 지구온난화에 대한 정의를 내리는데 있어서도 지구온난화의 인위적 요인과 자연적 요인을 함께 생각하고 지구온난화의 영향까지 고려하는 경향을 보였다. 또한 학생들은 문제해결 과정에서 기존의 과학개념을 사용하여 이슈를 찾고 수용하는 경향을 보였으며 실행계획을 개발 단계에서도 알고 있는 지식을 활용하는 것을 볼 수 있었다. 둘째, 미래문제해결 모형을 적용한 글로벌이슈 중심 과학수업에 의한 중학교 영재들의 사전과 사후의 과학에 대한 태도에 차이가 있는 것으로 분석되었다. 또한 과학에 대한 태도의 질적 변화를 살펴본 결과, 학생들은 과학수업을 통해 과학 관련 글로벌이슈에 대한 관심을 보였다. 그리고 새로운 개념을 배워서 재미있었다는 의견이 있었고, 수업 활동에서의 흥미 유발은 문제해결과 관련된 창의적 수행에 도움을 주는 경향이 있었다. 한편 일부 학생들은 문제를 발견하거나 해결아이디어를 제시하는 등의 사고활동이 어려웠다는 의견을 제시하였다. 셋째, 미래문제해결 모형을 적용한 글로벌이슈 중심 과학수업의 문제 발견과 해결 과정에서 나타난 중학교 영재들의 과학창의인성 요소를 귀납적으로 분석한 결과, 확산적 사고 및 비판적 사고를 통한 문제해결력, 아이디어 교류와 협력 등의 과학창의성 요소와 자연환경의 부정적 변화에 대한 염려, 생물보호, 인류의 생존, 교육 및 법에 의한 행동실천 의지, 생명윤리, 과학자의 책임 있는 기술개발 등의 인성 요소가 발견되었다. 학생들은 문제 발견과 해결 과정의 각 단계에서 아이디어를 생성하고, 생성된 아이디어를 분석 및 평가하여 가장 중요하다고 생각되는 아이디어를 수렴하였다. 이 과정에서 문제재정의를 통해 기존의 발상을 변화시키고, 글로벌이슈와 관련된 가정에 대한 의문은 모둠의 문제 발견과 해결에 중요한 역할을 하였다. 학생들의 토의 과정에서는 지식이 교류되고 생각이 공유되는 등의 의사소통이 이루어지는 경향이 있었다. 그리고 적절한 역할 분담과 수업 참여 격려 등의 팀워크에는 리더십이 주요하게 작용하였고, 이러한 리더십은 학생들의 창의적 문제해결에 도움을 주었다고 생각된다. 또한 학생들은 아이디어를 분석하고 평가하는 의사결정 과정에서 자연환경의 부정적인 변화를 염려하고 인류의 생존에 중점을 두는 경향을 보였다. 또한 과학기술 개발의 도구로 생명체 사용을 염려하였고, 환경보호를 위한 교육과 국제사회의 노력, 과학기술은 자연과 인류에게 피해를 주지 않도록 개발되어야 한다는 내용을 제시하였다. 따라서 이러한 연구결과를 살펴볼 때, 일반 중학교에서의 영재들의 창의성 교육을 위한 학습 환경 변화와 창의성 교육 프로그램 개발이 필요하고, 미래문제해결 모형을 적용한 과학수업이 정규 교육과정에도 적용되어 일반 학생들의 과학에 대한 통합적 이해를 도울 필요가 있다. 또한 과학 통합 교육을 구현할 교사의 전문성 제고와 수업에 대한 교사의 자기성찰 및 평가가 강화될 필요가 있다.;This study aimed to analyze factors of scientific knowledge, attitude towards science, and science creativity-character. For this purpose, the science class with applied FPS model which focused on global issues was conducted to 20 gifted first year students of middle school from the community class. Qualitative data including questionnaire, class activity paper, recordings of group activities, reflective journal on classes, and observation journal of the teacher were used to analyze the changes in data from the preliminary test and follow up test on the scientific knowledge and attitude towards science of the gifted students. Science creativity-character was analyzed inductively by employing qualitative data which were used in group activities to find and solve the problem. The conclusion drawn from this study is as below. First, the scientific knowledge of the gifted middle school students has significantly changed through the science class which focused on global issues and FPS model was applied to. Students investigated and tested data, and inferred through interpreting data by connecting the phenomenon, reason, and effect of global warming, which was the core content in order to understand the concept of global warming; it was thought that this activity influenced the change in their scientific knowledge. It was also found that the learned knowledge was used in the process of problem finding and solving. Second, the attitude towards science of the gifted middle school students have significantly changed through the global issue centered science class with applied FPS model. From the analysis on the qualitative changes in the attitude towards science of the students, it was realized that they tended to become interested in global issues related to science with the opinions that it was interesting to learn new concept. On the other hand, some students found it hard to understand the concept related to global warming covered in the science class of this study, and they found it difficult to come up with a new concept for the solution to the issues. Third, from the inductive analysis on the science creativity-character of the gifted middle school students in the global issue centered science class where FPS model was applied, creativity in science factors such as problem solving skills through divergent thinking and critical thinking, exchange of ideas, and cooperation, and personality factors such as sympathy and decision making from the moral perspective, will to practice ethical behavior, bioethics, and scientists' responsible development in technology were found. Students produced ideas in each step of problem finding and solving process, and collected ideas which were thought to be the most important by analyzing the generated ideas. In this process, they changed the existing idea through the redefinition of the problem, and the question on the assumption related to global issues played an important role in problem solving skills of groups. Students tended to make communication by exchanging their knowledge and sharing their ideas during the discussion. It is considered that leadership affected mainly the teamwork such as appropriate division of roles and encouragement to participate in classes, and the leadership helped students with creative problem solving. In addition, students were concerned about using living things as a tool to develop science and technology, and they collected the ideas that science and technology should be developed not to cause damage to nature and humanity as well as an agreement of the international community and the education for the protection of environment. Based on the research results, this study suggests that it is necessary to change learning environment for creativity education for the gifted students in general middle schools and develop an educational program for creativity, and to help ordinary students with integrated understanding of science by applying the science class which adopted future problem solving model to regular school curriculum. It is also necessary to improve the professionalism of teachers who will realize integrated science education.
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