과학 실천 기반 수업이 중학생의 과학과 핵심역량 함양에 미치는 효과

Abstract

본 연구는 중학교 1학년 학생들에게 과학 실천 기반 수업을 적용하였을 때, 학생들의 과학과 핵심역량 함양에 대한 인식이 어떻게 달라지는지 보는 것을 목적으로 한다. 이를 알아보기 위하여 비교반은 교사 중심으로 과학 지식을 전달하는 일반적인 과학 수업을 진행하고, 실험반은 8가지 과학 실천을 기반으로 학생이 과학 지식을 구성하는 수업을 진행하였다. 비교반과 실험반은 각각 42명과 50명이 참여하였다. 두 반 모두를 대상으로 사전에 과학과 핵심역량 인식 검사지를 실시하였고 사후에는 설문 문항을 추가한 과학과 핵심역량 인식 설문·검사지를 실시하였다. 보다 구체적으로 역량에 대한 인식 변화를 알아보기 위해 실험반 학생 중 20명을 대상으로 개인 면담을 진행하였다. 본 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 과학 실천 기반 수업을 경험한 실험반 학생들의 과학과 핵심역량 전체가 비교반보다 유의하게 향상되었다(p<.05). 비교반에서 탐구 기능은 사전에 배운 과학 지식을 확인하기 위해 사용되었기 때문에 학생은 수동적 학습자가 되었다. 그러나 학습자가 스스로 과학 지식을 구성해나가는 과학 실천 기반 수업에서는 학생이 능동적 학습자가 될 수 있다. 검사지 결과로부터 학습자가 능동적으로 학습하는 과학 실천 기반 수업이 학생의 과학 지식 학습뿐만 아니라 과학과 핵심역량 함양에 도움을 줌을 알 수 있다. 둘째, 비교반과 비교하였을 때, 실험반 학생들의 과학과 핵심역량 하위요소인 과학적 사고력이 유의미하게 향상되었다(p<.05). 문항분석 결과 실험반 학생들은 주장을 할 뿐만 아니라 이를 뒷받침하는 증거도 함께 제시함을 알 수 있었다. 또한 다른 사람의 주장과 증거의 관계가 올바른지 판단하는 경험이 학생들이 비판적으로 판단하는 사고를 함양할 수 있도록 도와주었다고 생각된다. 다양하고 독창적인 탐구 질문을 만드는 탐구 활동은 학생들이 창의적으로 생각할 수 있도록 도와준 것으로 보인다. 셋째, 비교반과 비교하였을 때 실험반 학생들의 과학적 탐구능력이 유의미하게 향상되었다(p<.05). 실험반 수업에서 학생들은 탐구 질문 생성, 실험 설계, 자료 해석 등의 탐구 기능을 수행하였을 뿐만 아니라 모델을 직접 개발하고 사용하였다. 이와 같이 능동적으로 과학 탐구에 참여한 경험이 과학적 탐구능력 함양에 영향을 준 것으로 생각된다. 넷째, 실생활과 관련된 문제를 해결하고 반성적 사고를 할 때 필요한 과학적 문제해결력이 향상되었다(p<.05). 면담에 참여한 학생들은 일상생활에서 문제상황을 발견하였을 때 이를 해결하기 위하여 과학적 지식과 사고를 활용하고 있다고 대답하였다. 자신에게 주어진 정보가 문제를 해결하기 위해 필요한 정보인지 검토하여 보고 해결 과정을 뒤돌아보는 반성적 사고를 함양하게 되었음이 검사지 결과와 면담 결과에서 나타났다. 다섯째, 과학 실천 기반 수업을 경험한 실험반 학생들의 과학적 의사소통 능력이 비교반보다 유의미하게 향상되었다(p<.05). 탐구의 모든 과정에 포함된 논의 과정 속에서 학생들은 주장과 증거를 제시할 뿐만 아니라 다른 사람의 주장을 반박하고 이해하였다. 이를 통해 과학적 의사소통 능력이 함양된 것으로 보인다. 면담에서 학생들은 상대방을 설득하기 위해 표, 그래프 등을 사용한다고 대답하여 검사지 결과를 뒷받침하였다. 여섯째, 실험반 학생들의 과학적 참여와 평생 학습 능력 함양이 유의미하게 향상되었다(p<.05). 과학기술의 발전에 따른 사회적 문제에 대한 관심 문항 점수가 관련 문항 중에서 가장 높게 향상되었는데, 이는 수업을 통해 학생들이 과학 관련 사회적 문제에 관심을 갖게 되었음을 의미한다고 볼 수 있다. 협업 관련 문항 향상 점수는 실험반과 비교반이 크게 차이가 나지 않았다. 그러나 면담에 참여한 모든 학생들은 개인 수행보다 공동 수행을 선호한다고 대답하였다.;The Korean Ministry of Education (MOE) put into effect ‘2015 revised national science curriculum’ on March 1, 2018. Also, the MOE put an emphasis on science core competencies which students should cultivate from science lesson, and suggested inquiry for developing core competencies. Science core competencies are ‘scientific thinking’, ‘scientific process skills’, ‘scientific problem solving abilities’, ‘scientific communication skills’, and ‘scientific collaboration and learning for the sake of learning’. The class based on science practices is composed of eight practices, using the inquiry methods that scientists explore nature with, to not only help students be able to construct scientific concepts by themselves but also to cultivate core competencies. The purpose of this study is to see how students' perceptions about the cultivation of science core competencies are changing when applying a class based on science practices to first year middle school students. For this purpose, on the subjects of 42 students in the control group, a general science class was carried out in which teachers conveyed scientific knowledge and, if necessary, experimentation and discussion are conducted. In the experimental group, in order for the student to construct scientific knowledge, the teachers conducted 27 science class sessions based on 8 science practice based class for 50 students. In both groups, a preliminary survey of science studies core competencies was conducted, and after the experiment, this study conducted a questionnaire survey of the core competencies of science studies which added the questionnaire. More specifically, to understand the change in perception of competencies, a total of 20 students from the experimental group were interviewed in person. The results of this study are as follows. First, the overall science subjects' core competencies of experimental group students who experienced class based on science practices was significantly increased higher than that of the control group (p<.05). To help students reach their class goals at the stage of constructing the class, the experimental group teachers selected eight kinds of science practices to meet the progress of each class so that students could learn actively. It can be seen that the class based on science practices constructed in this way helps students to develop not only science knowledge but also science studies core competence. Second, a sub‐factor of the experimental group students' science core competencies, the scientific thinking ability, was significantly improved when compared to the control group (p<.05). As a result of the item analysis, the students in the experimental group not only claimed but also provided evidence supporting this. In addition, hearing the opinions of others, they judged whether the relationship between argument and evidence was correct. It is thought that this experience helped students to develop an idea that logically and critically judges the relationship between argument and evidence. Inquiry activities that create diverse and original inquiry questions seem to have helped students to think creatively. Third, when compared with the control group, the scientific inquiry ability of the experimental group students was improved (p<.05). In the experimental group, students not only performed inquiry functions such as inquiry question generation, experimental design, and data analysis, but also developed and used models directly. It is believed that the experience of participating actively in scientific inquiry affected the cultivation of scientific inquiry ability (p<.05). Fourth, the scientific problem‐solving ability needed to solve problems related to real life and have reflective thinking was improved. The students who participated in the interviews supported the results of the test by talking about cases using scientific knowledge and thinking in daily life. When reviewing information or looking back at the solution process to resolve the problem, the results of the survey and the results of the interviews showed that the respondents developed the necessary reflective thinking. Fifth, the experimental group students who experienced a class based on science practices had significantly improved their scientific communication ability (p<.05) as compared with the control group. In the course of the discussions involved in all the processes of inquiry, students not only presented claims and evidence, but also refuted and understood others' claims. It seems that scientific communication ability is cultivated through this. In the interview, students answered that they used tables, graphs, etc. to persuade the other party, which supported the results of the test. Sixth, the scientific participation of students in the experimental group and cultivation of lifelong learning ability were significantly improved (p<.05). The scores of interest items on the social problems due to the development of science and technology were improved the highest among the related items, which elaborates that students came to get interested in science‐related social issues through the class. There was no significant difference in improvement scores for collaboration‐related questions between the experimental group and the control group. However, as all students who participated in the interviews answered that they preferred co‐performance rather than individual performance, it is judged that the ability to improve collaborative capacity is not revealed in the item improvement scores.