과학사를 활용한 고등학교 자유탐구 연구계획서 글쓰기 프로그램의 개발 및 적용

Abstract

2007 개정 교육과정에는 기존 탐구 학습의 한계에서 벗어나 학생들이 자기 주도적으로 과학탐구를 수행하는 자유탐구가 도입되었다. 그러나 기존 탐구 학습과 달리 학생의 주도적 역할이 갑자기 커짐에 따라 과학적이고 타당한 탐구를 설계하고 수행하는데 어려움을 겪게 되었다. 따라서 본 연구는 개방도가 높은 자유탐구를 수행하기 위해 과학사를 활용한 개념적 탐구 학습을 통해 탐구과정에 익숙해지고, 과학적 사고력을 향상시키는 연구계획서 글쓰기 프로그램을 개발하여 고등학교 학생들의 과학탐구 기능, 비판적 사고 기능, 탐구과정 중에 일어나는 비판적 사고 수준에 미치는 효과를 알아보고자 하였다. 고등학교 2학년 89명을 대상으로 하였고, 검사 도구는 권재술과 김범기(1994)의 과학탐구능력 검사지(TSPS), Watson & Glaser(1980)의 비판적 사고 기능 검사지(WGCTA)를 사용하였다. 자유탐구 과정 수행 중 비판적 사고 수준에 미치는 효과를 알아보기 위해 강순희(2010)의 탐구 능력 평가 준거틀을 참고하여 박인숙(2012)이 개발한 창의적 문제 해결 능력 측정 도구를 수정하여 연구계획서를 분석하였다. 수집된 자료는 SPSS 18.0을 이용하여 기술통계, t 검정으로 분석하였다. 본 연구 결과로부터 얻은 결론은 다음과 같다. 첫째, 개발된 프로그램은 과학사를 활용한 개념적 탐구 수업의 형태로 안내된 탐구를 하는 과정에서 실험을 계획하고, 비판적 사고를 활용하여 연구계획서를 작성하도록 구성되었다. 이 프로그램은 크게 ‘탐구 길라잡이’, ‘과학자 연구계획서 쓰기’, ‘자유탐구 연구계획서 쓰기’의 세 단계로 구성되었다. ‘탐구 길라잡이’ 단계는 과학적 탐구과정 기능에 대한 전반적인 내용을 학습하고, ‘과학자 연구계획서 쓰기’ 단계는 ‘문제인식하기’, ‘따라하기’, ‘초고쓰기’, ‘반성하기’, ‘완성하기’의 다섯 단계로 구성되어 있으며, 과학자의 연구 주제를 가지고, 연구계획서 쓰기틀 활동지를 따라 실험을 계획한 뒤 연구계획서를 작성하도록 구성되었다. 특히 ‘따라하기’ 단계에서 사용하는 연구계획서 쓰기틀은 ‘문제확인’, ‘변인활성화’, ‘확장’, ‘문제해결’의 네 단계로 구성되어 있으며, 각 단계에는 탐구문제에 따른 변인을 설정하고, 그에 따른 실험을 적절히 계획하도록 도움을 주기 위해 탐구과정에서의 비판적 사고 수행 준거가 의문문 형태로 제시되어 있다. ‘자유탐구 연구계획서 쓰기’ 단계는 탐구 주제를 선정하고, 연구계획서 쓰기틀과 연구계획서를 작성하도록 구성되었다. 둘째, 개발된 프로그램을 적용한 결과, 과학탐구 능력에 유의미한 효과가 있었다(p<.01). 기초탐구 능력에서 관찰, 분류, 추리, 예상은 유의미하게 향상되었지만(p<.01), 측정은 유의미한 변화가 나타나지 않았다(p>.05). 통합탐구 능력에서 자료해석, 가설설정, 변인통제, 일반화는 유의미하게 향상되었지만(p<.05), 자료변환은 유의미한 변화가 나타나지 않았다(p>.05). 직접 실험을 하지 않고, 탐구를 계획하는 과정에서도 과학 탐구 능력이 향상된다고 볼 수 있으며 탐구를 수행하는 과정에서 활용되는 측정과 자료변환은 탐구 수행 중에 직접 경험하는 것이 더 적합하다고 생각된다. 셋째, 개발된 프로그램을 적용한 결과, 비판적 사고 기능에 유의미한 효과를 보였다(p<.01). 특히, 가정의 인지, 해석, 논증평가의 영역에서 유의미한 효과를 보였고(p<.05), 추론과 연역의 영역에서는 유의미한 효과가 나타나지 않았다(p>.05). 과학자의 탐구과정을 경험하고, 실험을 계획하는 가운데 비판적 사고를 활용함으로써 비판적 사고 기능이 향상된 것으로 보인다. 넷째, 개발된 프로그램을 적용한 결과, 탐구과정 수행 중에 일어나는 비판적 사고 수준이 유의미하게 향상된 것으로 나타났다(p<.01). 연구계획서에 나타난 문제인식, 가설설정, 실험설계 단계에서의 비판적 사고 수준은 모두 유의미하게 향상 되었다(p<.01). 이것은 연구계획서 쓰기틀의 각 단계에 제시된 비판적 사고 수행 준거 질문들이 변인을 구분하여 설정하고, 그에 따른 실험설계가 적절히 구성되도록 도움을 준 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서 개발한 자유탐구 연구계획서 글쓰기 프로그램은 과학탐구능력, 비판적 사고 기능, 탐구과정 수행 중의 비판적 사고 수준에 효과적인 프로그램으로 판단된다.;The inquiry has been highlighted as an important goal of science education. But it has not been properly implement in the field of school. So since 2007 Revision Educational curriculum, ‘Free inquiry’ has been introduced. Beyond the limits of the existing inquiry learning, ‘Free inquiry’ gets students to experience self-directed scientific inquiry. However, there were various difficulties as the self-directed role of the student grows suddenly. The purpose of this study, therefore, is to develop the writing program for 'Free inquiry research proposal' with the history of science, in preparation for the conduct of 'free inquiry'. And the program was applied to verify the effect on the level of critical thinking, the students' scientific inquiry skills, and critical thinking skills. Participants of this program, 89 students, were a second grader of E autonomous women private high school in Seoul. The translation of critical thinking skills Questionnaire (WGCTA) and Science Process Skills Questionnaire (TSPS) were used as assessment tool. To investigate the effect of the program on the level of critical thinking while performing free inquiry process, research proposal was analyzed according to the evaluation criteria modifing the gangsunhui's tools. Collected data was analysed by descriptive statistics, t-test with SPSS 18,0. The results and conclusions of this study are as follows. First, 'writing program for Free inquiry research proposal' was developed by taking advantage of the history of science. Through this, the students plan their own experiments, and write a research proposal, compared with the experiments of the actual scientists, and experience scientists' inquiry process. A instruction consists of 'presenting problems', 'to follow', 'draft', 'compare', 'complete' steps. For 'presenting problems' step, the scientist's research topics are presented. For 'To follow' step, ideas are formed in accordance with the guidelines of a 'research proposal framework sheets'. For 'draft' step, students write a research proposal on the basis of ideas generated. For 'compare' step, students compare actual scientists' inquiry process with their research proposal. For 'Complete' step, the research proposal is modified and supplemented by the lack of parts found in the 'Compare' step. The 'research proposal framework sheets' consist of 4 sub-steps : 'identify problems', 'set variables', 'establish the hypothesis', and 'experimental design'. At each sub-step, Performance standard on critical thinking are presented in the form of question. Second, the results of applying the program showed a significant effect on the inquiry capabilities (p<.01). On the basic inquiry skills, 'Observation', 'classification', 'reasoning', and 'expect' improved significantly(p<.01), but 'Measurements' did not show a significant change (p>.05). On the integrated inquiry skills, 'data interpretation', 'building up hypothesis', 'control variables', 'Generalization' improved significantly (p<.05), but 'data conversion' did not show a significant change (p>.05). Third, the result of applying the program, showed a significant effect on the critical thinking skills (p<.01). In particular, 'recognition of assumption', ' interpretation', and 'argument evaluation' showed significant effects (p<.05), but 'deductive' and 'reasoning' did not have a significant effect (p>.05). Fourth, the result of applying the program had significantly improved the level of critical thinking that occur during the execution of the inquiry (p<.01). Written research proposals present significant improvement in steps 'identify problems', 'establish the hypothesis', and 'experimental design' (p<.01), In critical thinking skill in accordance with the evaluation factors, 'Validity', 'verifiability', 'accuracy', 'consistency', 'importance' and 'precision' showed a significant improvement on all evaluation factors (p<.01). In this way, 'writing program for Free inquiry research proposal' is considered as an effective program to improve the level of critical thinking that takes place in the planning steps of free inquiry process.