과학 학습 부진아의 지구과학 문제 풀이 과정 특성

Abstract

이 연구의 목적은 과학 학습 부진아의 탐구 능력과 과학에 대한 인식을 알아보고 지구과학 문제 풀이 과정에서 나타나는 특성을 분석하는 것이다. 연구 대상자는 연구 목적에 따라 구분 되는데 탐구 능력을 알아보기 위한 연구대상은 경기도 중소 도시의 D 중학교 3학년 학생 175명이며, 이 중에서 2011년 1학기 과학 원점수가 하위 30%인 학생 중 문제 풀이를 실시할 예비 검사 대상자 2명과 본 검사 대상자 14명을 선정했다. 검사 도구는 권재술 외(1994)가 개발한 과학 탐구 능력 검사지를 175명에게 사용했는데, 이는 기초 탐구 능력(관찰, 분류, 측정, 예상, 추리)과 통합 탐구 능력(가설설정, 자료 해석, 변인통제, 일반화)로 구성된 것이다. 2008년부터 2011년 학업 성취도 평가 과학 문항을 지식과 탐구 유형별로 분류한 뒤 7개의 문항을 최종 선정한 지구과학 문제를 연구 대상 16명에게 풀도록 했다. 문제 풀이 과정은 연구 대상들이 발성 사고법을 이용해 지구과학 문제 풀이를 하면서 나타나는 사고 과정을 녹화하고 이를 글로 옮겨 기록했으며, 인지 과정을 확인하기 위해 회상적 면담을 병행했다. 문제 풀이 단계는 문제 이해, 계획, 풀이, 검토 단계로 범주화했는데 이 과정을 통해 연구 대상의 단계별 문제 풀이 과정 특성이 드러났다. 이 외에도 연구 대상의 지구과학 문제 풀이 과정에서 드러난 다양한 선개념, 지구과학 각 분야의 문제 풀이 과정 특성을 알아 보았고, 그 결과는 다음과 같다. 문제 풀이 단계에서 연구 대상들은 문제 풀이 성공 여부과 별개로 문제 해결 과정의 실패자 특성이 나타났다. 문제 이해 단계에서 그들은 문제를 어렵게 이해하고, 계획 단계가 거의 없으며, 잘못된 과학 지식으로 답을 구하거나, 답지를 보며 추측하는 특성을 보였다. 문제가 주는 정보를 적극적으로 끌어내지 않으며 문제 풀이 후 검토 단계도 생략하는 편이었다. 지구과학에 관한 다양한 선개념도 드러났는데 문제 내용(태양계와 우리 은하, 지구 내부 구조, 조석 현상, 광물의 특성, 강수량과 증발량 등)에 대한 특징을 부분적으로 또는 잘못 이해하고 있는 경우가 많았다. 학습 부진 유형에 따른 문제 풀이 과정 특성도 나타났는데 노력형 부진아는 문제에 오래 집중하면서도 문제 계획 없이 답지를 하나하나 보며 선행 지식과의 관련성만을 찾는 반면, 과학 학습 동기가 낮거나 자기 통제력이 낮은 유형은 문제에 오래 집중하기 힘들어 하며 선행 지식과 관련성을 찾는 데 오랜 시간을 들이지 않고 임의 선택하는 경우가 많았다. 연구 대상들은 대부분 과학을 어렵게 인식하는데, 재미있는 현상이나 실험 등을 통해 흥미를 보이는 반면, 추상적 개념이나 수학적 사고력이 필요한 개념 이해나 문제 적용 상황에서는 지루함이나 어려움을 느끼고 있었다. 결론적으로, 과학 학습 부진아는 탐구 능력의 부족과 과학 지식 정보 부족으로 문제 풀이 과정에서 오류를 범하는 것으로 볼 수 있으며, 관련 과학 정보의 습득과 탐구 능력을 향상할 수 있는 흥미롭고 다양한 활동을 통해 성공 경험을 많이 줄 수 있는 기회를 수업 상황에서 제공할 필요가 있다.;This research is to analyze characteristics of low achievers(LA)' earth science problem solving process and their science achievement. One hundred and seventy five 11th grade students were collected from 'D' middle school in Gyeonggi-do. Among these 175 students, two students and 14 students were selected for pilot-study and main study, respectively. They are all included within lower 30% of science achievement test in the 1st semester of 2011. They were tested in two parts, science knowledge items and scientific inquiry items. Items for testing science knowledge were selected from national scholastic achievement tests from 2008 to 2011 and items for testing scientific inquiry were from Kwon(1994)'s. Kwon's test items for scientific inquiry are classified into basic inquiry (observation, classification, measurement, expectation, reasoning) and advanced inquiry (hypothesis, data analysis, controlling variables, generalization). Each interviewers solved 7 items. These items were chosen by classified knowledge and research type from scholastic achievement test from 2008 to 2011. Interviewer's problem solving process was recorded by video-tape in order to see the thinking process so he(she) speaks aloud while solving items. Simultaneously retrospective interview was used together to understand his(her) cognitive process. Problem solving process was categorized into several steps, understanding problem, planning, solving, reviewing steps. During these processes, interviewers' various pre-conceptions in the field of earth science were identified. Interviewers' problem solving processes showed the beginners' characteristic. In the step of understanding item, they tended to recognize it as a difficult item and didn't have much planning time. They also tended to solve the item with wrong science knowledge and guess the answer based on the answer sheet. They didn't use the informations in the items and usually skipped the review step. Also various pre-conceptions in earth science appeared, which they fully misunderstood or partly understood concepts, for example, solar system and galaxy, inner shape of the Earth, tides, characteristic of mineral, and precipitation and evaporation. They also showed the typical characteristics of low achievers in problem solving process. Hardworking low achievers were able to concentrate in solving items for a long time but had no plan on how to solve it. They appeared the relevance of preconceptions for them. Low achievers with low motivation of science study or low self-controlling capacity tended to feel difficulty in concentrating on problem solving and did not spend much time to find a relevance of preconceptions, but just to randomly choose answers. Most of interviewers felt science subject difficult. Whereas they showed interest in funny phenomenon or experiment, they felt bored and difficult in problem solving situation which need an specific concept or mathematical thinking. Differences between groups were also shown among achievement levels. The upper 25% level, middle 50% level and lower 25% student's achievement differences showed meaningful. In conclusion, low achievers' lack of science concept and inquiry skills caused their failure in problem solving, which suggests to offer them as many interesting and various activities as possible to have a successful experience in science knowledge and inquiry.