중등학생들의 미생물 관련 탐구보고서의 과학 탐구과정 분석

Abstract

최근 미생물의 사회적 유용성이 증대되고, 미생물 연구가 중요하나 중등학생들의 교육과정에서는 상대적으로 미생물 학습이 미비하다. 따라서 학생들은 미생물과 사회 속 과학 문제를 잘 연결시키지 못하는 경향이 있다. 이러한 문제를 일부 해소하기 위해서 2007개정 과학과 교육과정에서는 자유탐구를 신설하였다. 이를 통해 학생들은 미생물을 소재로 자유탐구를 할 수 있지만, 여전히 탐구에 필요한 절차적 지식이 부족하여 탐구 과정의 어려움이 예상된다. 미생물 자유탐구의 세부적인 단계별 지도 방안을 마련하기 위해서는 학생들의 탐구 동기와 탐구 과정의 특징을 먼저 파악할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 적극적인 탐구 활동이 일어날 것으로 기대되는 비형식 교육기관 중에서 서울과학전시관의 과학전람회에서 입상한 중등학생들의 작품을 분석하였다. 본 연구의 분석틀은 2007개정에서부터 2015개정 과학과 교육과정 상에 제시된 과학 탐구 및 자유탐구 관련 지도 내용과 서울과학전람회 심사 기준 그리고 추가적인 선행 연구들을 참고하여 개발하였다. 본 연구에서는 연구 내용으로 중등학생의 미생물 관련 자유탐구보고서에 나타난 탐구 동기와 탐구 과정을 분석하였다. 탐구 동기와 과학적 의문 생성 유형, 가설 설정, 예비실험 수행, 대조군과 실험군 설정 항목의 경우는 빈도로 분석하였고, 그 외 탐구 과정은 4점 리커트 척도로 한 평가준거에 의한 분석을 하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, 미생물 소재의 탐구이기 때문에 학생들은 전반적인 탐구 과정에서 환경 통제를 잘하는 것으로 나타났다. 세부 실험 과정에서 오염에 대한 통제 방법을 상세히 언급하여 수행하거나 반복 실험을 수행하여 오염에 의한 결과의 오차를 최소화 하였다. 미생물은 환경 조건에 민감하므로 실험 과정에서부터 다양한 통제변인을 고려하도록 하는 지도가 필요하다. 둘째, 입상한 학생들은 탐구에서 다양한 미생물을 활용하였다. 일반학생들은 학교현장에서 주로 세균을 이용한 관찰 실험이 많으나(교육과학기술부, 2011), 입상한 학생들은 세균, 곰팡이, 박테리오파지 등의 다양한 종류의 미생물을 이용하였다. 또한 적극적 조사활동을 통해 사용하는 미생물의 특징이나 기능에 대한 이해를 하고 이를 잘 활용하는 모습을 보였다. 학생들은 다양한 미생물을 이용하여 탐구하면서 미생물의 특성과 기능을 스스로 학습할 기회를 가진다. 셋째, 과학탐구대회에서는‘실용성’항목이 중요하므로 학생들은 이를 의식하여‘미생물의 유용성’을 활용하고자 하는 탐구를 많이 하였다. 의문 생성 유형 결과에서 유용미생물의 효과나 반대로 항균효과를 예상하는 예측적 의문(26.1%)이 미생물 소재와 연관이 있다고 생각되었으나 전반적 탐구에서 결과물의 효용에 초점을 둔 방법적 의문(30.4%)을 더 많이 하였다. 또한 학생들은 문제해결을 위한 학문적 의문에서 시작하는 과학 탐구를 하기 보다는 결과물에 치중하여 탐구하는 경향이 있어 명확한 탐구 동기를 서술하지 못하기도 하였다(21.2%). 교사는 학생들에게 관찰 상황에서 다양한 유형의 의문을 생성해내도록 지도해야 하며, 결과물보다는 탐구 과정을 염두 하여 의미 있는 탐구 동기를 서술하도록 해야 한다. 넷째, 탐구보고서의 결과 부분에서 많은 수의 결과자료를 나열하므로 학생들이 불필요한 실험 수행을 많이 하고 있었다. 이는 과학탐구대회에서 입상한 학생들이지만, 실험 설계를 제대로 하지 못하고 주먹구구식의 실험을 수행하기 때문이다. 따라서 학생들에게 효과적 실험 설계를 하도록 안내하는 수업이 필요하다. 다섯째, 탐구 대회에서 입상한 학생들이 탐구 단계에 따른 내용을 잘 구별하여 인식하지 못하였다. 결과단계에 서론의 내용이나 실험 방법의 일부를 반복하여 서술하기도 하였다. 단계별로 서술 내용이 명확하여야 이론적으로 타당하여지므로 이를 위해 체계적 연구 보고서 쓰기의 사전 교육이 중요하겠다. 본 연구는 탐구 대회의 입상 보고서를 분석하여 대상의 수준이 비교적 높다고 판단되므로 이를 토대로 제시된 지도방안을 실제 학교 현장에 적용했을 때 학생들의 탐구력에 긍정적인 영향을 미칠지 파악하는 연구를 추후에 할 수 있을 것이다.;In recent years microorganism has become socially more useful. Despite the extended importance of microorganism investigation, rather less attention has been paid to microorganism in the curriculum of middle and high school. As a result, students find it difficult to connect microorganism with the scientific issues in their community. To resolve this issue, the Revised Science Education Curriculum in 2007 has newly created the free inquiry course. Although students may gain more opportunities to conduct research on microorganism independently through the course, they are still expected to have much difficulty doing research because of their lack of procedural knowledge. In order to establish teaching methods for the specific stages of free inquiry on microorganism, students' motivation and the features of their research procedure need to be investigated first. With this purpose, this paper analyzed the research reports awarded in the Science Fair of Seoul Science Exhibition, one of the informal educational institutions involving students' active participation in the research. In this paper, its analytic framework was developed through investigation of guide for science research and free inquiry of the Revised Education curriculum from 2007 to 2015, the evaluation criteria of Seoul Science Exhibition, and some previous research. Then it analyzed the research motivation and the procedure exhibited in the free inquiry on microorganism conducted by secondary students. Different types of research motivation and scientific question, establishment of hypothesis, conduction of preliminary experiment, and scientific control were analyzed in terms of the frequency, and the rest of the research procedure was analysed by the evaluation measures using 4-point Likert scale. Following are the results of the paper. First, carrying out research on microorganism, students showed good control of environment in the overall research process. To prevent the error in the results, most students carefully controlled the pollution, and some of them repeated the experiment. It is important to teach students that because microorganisms are very sensitive to their environmental condition, researchers need to consider various controlled variables designing the research process. Second, awarded students used a variety of microorganisms in the free inquiry. While students, in school, observe bacteria mainly(Ministry of Education, Science and Technology 2011), students receiving the award used many kinds of microorganisms such as bacterial, fungal, and bacteriophage. In addition, they seem to have the understanding of the characteristics and function of the microorganisms used in their research through active investigation, and they are good to use them. Students need to be provided with more experience to free inquiry with a variety of microorganisms, so that they can learn the nature and function of many microorganisms on their own. Third, students chose the research questions where they can take advantage of the 'usefulness of micro-organisms,' considering that‘practicality’is a feature importantly regarded in the scientific inquiry contest. Looking at the type of scientific question of the reports, although it was thought that predictive questions, such as prediction of beneficial effect of microorganisms or antimicrobial properties of some materials(26.1%), has the most association with the microorganism research, there were many reports which have methodological questions focused on the utility of the results(30.4%). Also, students didn't describe a clear motivation of their research(21.2%), because they tend to focus on the outcome rather than inquiry process originated from their academic question. Teachers should lead their students create various types of questions in the observed situation and describe meaningful motivation considering their scientific questions rather than outcomes. Fourth, students concluded their reports with listing a lot of research data, and many of the research process appear to be unnecessarily conducted. Even though they received award in scientific inquiry tournament, students seem to have designed their experiment as a rule of thumb. It is therefore necessary to give a lesson to guide them to learn how to design an effective experiment. Finally, students could not distinguish what should be included in each stages of the research procedure. To be specific, some part of introduction or experimental method was redundantly described in the results: step-by-step information need to be written clearly so that it can be regarded as theoretically feasible. Thus, it is important to execute systematic education for research report writing. This paper analysed the awarded reports, which means that the subject students were limited to only the highest level. Additionally, the effect of the instruction based on this investigation will be tested in the near future.