석사학위 논문
공통 과학에서 시범 실험이 과학에 대한 태도에 미치는 영향
공통 과학 물질 단원을 중심으로
- -
국민대학교 교육대학원
화학교육전공
정민선
2006
공통 과학에서 시범 실험이 과학에 대한 태도에 미치는 영향
공통 과학 물질 단원을 중심으로
- -
지도교수 박찬량
이 논문을 석사학위 청구 논문으로 제출함
년 월 일
2007 6
국민대학교 교육대학원
화학교육전공
정민선
2006
정민선의
석사학위 청구논문을 인준함
년 월 일
2007 6
심사위원장 ( 인 ) 심 사 위 원 ( 인 ) 심 사 위 원 ( 인 )
국민대학교 교육대학원
목 차
국문요약 서론
I. ··· 1
연구의 목적 및 필요성
1. ··· 1 연구 문제
2. ··· 2 연구의 제한점
3. ··· 3
이론적 배경
II. ··· 4
시범 실험
1. ··· 4 모형
2. POE ··· 21 순환 학습 모형
3. ··· 24 선행 연구의 고찰
4. ··· 30
연구 방법
III. ··· 33
연구 대상
1. ··· 33 연구 기간
2. ··· 33 연구 설계
3. ··· 34 검사 도구
4. ··· 35 연구 절차
5. ··· 37 자료 처리 및 분석
6. ··· 37
연구 결과
IV. ··· 39
시범 실험이 과학의 가치에 대한 인식에 미치는 효과 1. ··· 39
시범 실험이 과학 교육에 대한 인식에 미치는 효과 2. ··· 40
시범 실험이 과학 교과에 대한 흥미 및 만족에 미치는 효과 3. ··· 41
시범 실험이 과학 수업에 대한 흥미 및 만족에 미치는 효과 4. ··· 43
결론 및 제언 V. ··· 45
결론 1. ··· 45
제언 2. ··· 46
참고문헌 ··· 48
Abstract ··· 52
부록 ··· 54
표목차
표 연구 대상
[ Ⅲ-1] ··· 33 표 단계별 연구 내용
[ Ⅲ-2] ··· 34
표 연구의 설계
[ Ⅲ-3] ··· 35 표 과학에 대한 태도 검사도구의 영역별 검사 문항
[ Ⅲ-4] ··· 36 표 과학의 가치에 대한 인식
[ Ⅳ-1] ··· 39 표 과학 교육에 대한 인식
[ Ⅳ-2] ··· 40 표 과학 교과에 대한 흥미 및 만족
[ Ⅳ-3] ··· 42 표 과학 수업에 대한 흥미 및 만족
[ Ⅳ-4] ··· 43
그림목차
그림 시범실험을 이용한 순환적 학습 모델
[ Ⅱ-1] ··· 8 그림 순환 학습의 나선형적 구조
[ Ⅱ-2] ··· 30
국문 요약
공통 과학에서 시범 실험이 과학에 대한 태도에 미치는 영향
공통 과학 물질 단원을 중심으로
- -
정 민 선
국민대학교 교육대학원 화학교육전공
본 연구는 고등학교 공통 과학 화학에 해당하는 「물질」 단원을 중심 으로 수업의 도입단계에서 간단한 시범 실험을 적용하여 교사가 수업을 실시했을 때 학생들의 과학에 관련된 태도에 어떤 영향을 미치는지 알아 보고자 실시하였다. 본 연구의 대상은 일반계 고등학교 1학년 남학생 2학 급, 여학생 2학급 총 120명을 대상으로 과학에 대한 태도 관련 검사 도구 를 투입하여 사전 검사를 실시하고 그 중 남 여․ 2개 학급은 시범 실험을 적용한 수업을 실시하고 다른 학급은 전통적인 수업을 실시하였다. 수업 처치 후 두 개의 실험 집단과 통제 집단에게 사후 검사를 실시하고 그 결 과를 통계 프로그램(spss 12.0)을 이용하여 분석하였다.
본 연구의 검사 결과는 다음과 같다.
과학 교육에 대한 인식은 전통적 수업을 적용한 통제 집단에 비해 시범 실험을 적용한 수업 처치 집단이 양성 모두에게 효과가 있는 것으로 나타 났다. 남학생 실험 집단은 p=0.038(<0.05), 여학생은 p=0.002(<0.05) 수 준으로 유의미한 결과를 얻었다. 화학 교과 수업에 대한 흥미와 만족도에 관련한 문항에서는 실험 집단의 남학생 p=0.008(<0.05), 여학생 의 유의도를 나타냈다 특히 남학생 보다는 여학생에게 p=0.000(<0.001) .
인식면과 흥미 및 만족면에서 보다 긍정적인 효과를 나타낸다는 결과를 얻을 수 있었다.
따라서 학생들에게 교사가 시연하는 시범 실험 수업이 학생들의 수업 동기 유발과 동시에 지적 호기심을 자극할 수 있으며 과학은 ‘어렵고 따 분하다’라고 생각하는 선입견을 없앨 수 있을 것이다. 더불어 단원의 특 색에 맞게 시범 실험을 적절히 활용한다면 보다 효과적인 수업을 기대해 볼 수 있다.
I. 서론
1. 연구의 목적 및 필요성
경제협력개발기구(OECD)는 2000년 회원국 27개국을 포함한 32개국의 만 세 학생들을 대상으로 실시한 학업성취도 국제비교연구
15 ‘ ( PISA :
결과를 공개하였다 국내에 Programme for International Assesment )' .
서는 고교 1년생 4,902명, 중 3년생 46명, 고교 2년생 28명 등 총 4,982 명이 참여하였다. 연구 결과 우리나라 학생 전체의 학업 성취도는 읽기 6 위, 수학 2위, 과학 1위로 3과목 모두 참여 국가의 평균 수준을 훨씬 웃 돌았다 한국과학교육학회( ,2001). 이와 같이 우리 나라 고교생의 전반적인 과학, 수학, 읽기 과목의 학업 성취도는 OECD 회원국 가운데 상위권에 드 는 것으로 나타났다.
그러나 1999년 중학교 2학년 학생을 대상으로 실시된 ‘과학과목에 대 한 기대와 태도’에 대한 설문 조사결과 학생들의 과학에 대한 자신감은 매우 낮고 과학이 어렵기 때문에 좋아하지 않는 다는 것을 알 수 있었다.
또한 과학을 공부하는 목적에 대한 응답을 분석한 결과 우리 나라 중학생 들은 과학을 공부하는 목적이 오직 상급학교에 진학하기 위해서 이지, 장 래의 직업을 위한 것은 아닌 것으로 나타났다. 즉 수학과 마찬가지로 과 학을 공부하는 이유는 과학이 상급학교에 진학하기 위한 중요한 과목이기
때문인 것으로 나타났다 김성숙외( ,1999).
과학에 대한 흥미, 자연 현상에 대한 호기심 없이는 과학의 개념획득이 나 탐구 방법의 체득이 성공적으로 이루어지기 어렵다. 과학 학습에서 학 습자의 흥미나 호기심을 불러일으킬 수 있다면 그 학습은 이미 성공한 것 이나 다름없다. 이와 같은 정의적 영역 교육의 중요성에도 불구하고 전통 적으로 과학 교육은 지식, 이해 등의 인지적 목표와 능력을 강조한 반면 에 정의적 영역의 교육을 소홀히 하여 학생들은 과학에 대한 잘못된 인식 과 태도를 갖게 되었으며 중등학교에서의 학업성취도는 높으나 과학에 대 한 태도가 크게 낮아지는 경향을 보이고 있다.
이 연구는 선행 연구 결과를 바탕으로 과학 학습 방법 중에 하나인 시 범 실험이 고등학교 10학년 공통 과학 물질 단원에서 학생들의 정의적 영 역에 미치는 영향을 알아보고 이와 관련된 교수 학습의 효과적인 접근 방 법을 찾고자 한다.
2. 연구 문제
본 연구에서는 일반계 고등학교 10학년 공통 과학 교과의 물질 단원을 중심으로 시범 실험을 적용하여 학생들의 과학에 대한 태도가 어떻게 변 하는지 조사하여, 화학 학습 개선 방법에 주는 시사점을 살펴보고자 한 다.
이 연구에서 알아보고자 하는 구체적인 연구 문제는 다음과 같다.
시범 실험이 고등학교 학생들의 과학에 대한 인식에 어떤 효과를 보
⑴
이는가?
시범 실험이 고등학교 학생들의 과학에 대한 흥미 및 만족도에 어떤
⑵
효과를 보이는가?
시범 실험이 양성 학생들의 과학에 대한 태도에 미치는 효과는 차이
⑶
가 있는가?
3. 연구의 제한점
이 연구는 시범 실험이 일반계 고등학교 10학년 학생들의 과학에 대한 태도 변화와 학업성취도에 미치는 영향을 알아보는데 중점을 두었으며 다 음과 같은 제한점을 지닌다.
첫째, 검사 방법은 지필 검사에 의존 하였으므로 학생들의 성실성에 영 향을 받을 수 있다.
둘째, 중 소도시 평준화 지역의 일반계 고등학교 학생․ 1학년 4개 반으 로 남학생 57명, 여학생 63명으로 총 120명을 연구 대상으로 하였으므로 전체 고등학생들에게 일반화시키기에는 제한점이 있다.
셋째, 본 연구는 단원을 고등학교 공통 과학의 물질 단원으로 한정하였 으므로 그 결과를 다른 과목이나 과학과의 다른 단원에 까지 일반화하는 데 제한점을 갖는다.
II. 이론적 배경
이 장에서는 본 연구의 목적에 따라 설정된 연구 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 이론적 배경을 찾아보았다.
1. 시범 실험 (Demonstration)
과학 수업에서 많이 활용하는 시범 실험은 과학적 현상과 주제에 관한 구체적인 예시를 보여줌으로써 학생들에게 흥미와 관심을 불러일으키거 나, 새로운 문제에 대한 갈등을 야기하기 위해 사용되는 교사 위주의 실 험 형태이다. 교사가 일련의 절차에 따라 실험 도구를 다루며 실험을 보 여줌으로써, 학습자가 실험 과정을 직접 수행하지 않고 실험에서의 변화 를 관찰하거나 학습 자료로써 실험 결과를 이용하는 것이다.
차 교육 과정의 과학과의 총괄 목표는 자연 현상과 사물에 대하여
7 ‘
흥미와 호기심을 가지고 과학의 지식 체계를 이해하며, 탐구 방법을 습득 하여 올바른 자연관을 가진다.’이다 이문원 등( , 고등학교 과학 교사용 지도서, 2002). 이와 같이 7차 교육 과정에서는 과학과의 교수 학습 목표- 는 개념 탐구, 과학에 대한 호기심 유발, 탐구 능력의 신장 등을 강조하 고 이러한 과학 교과의 교육 목표를 효과적으로 달성하기 위하여서는 실 험에 의한 탐구 학습 위주의 수업 전략을 세워서 실천하는 것이 무엇보다
도 중요하다고 하겠다.
가. 시범 실험과 과학 교육
(1) 시범 실험의 필요성
오늘날 대부분의 과학 교육 과정에서는 탐구 활동의 중요성을 강조하게 되었으며, 현재 우리 나라 교육과정에서도 탐구력의 배양이 과학 교육 목 표에 포함되어 있다. 과학 수업 형태 중의 하나인 시범 실험은 매우 유용 한 학습 지도 전략으로 이용할 수 있다(Trowbridge & Bybee, 1986). 시 범 실험은 탐구 학습에서 학습자의 학습 동기 유발을 위한 수단, 선행 조 직자 모형의 선행 조직자 조희형과 박승재( , 1995), 개념 변화를 위한 갈 등 상황의 제공 수단(Gunston & Champagne, 1991), 탐구 학습에서 문제 인식 상황을 제공하기 위한 수단 남정희( , 1996) 등 교수 학습 과정에서․ 다양한 방법으로 사용되고 있다. 또한 시범 실험은 경제성과 안정성 조희( 형과 박승재, 1980), 학습 동기 유발, 갈등 상황의 제공, 학습 시간의 절 약 등의 측면에서 장점을 지니고 있으며, 학생들의 주의를 오개념과 관련 된 특정 상황에 집중시킬 수 있고, 오개념을 퇴치하기 위한 수업 방법으 로도 시범 실험이 매우 효과적이다(Benbow, 1994).
(2) 시범 실험의 기능
과학은 말로 듣는 것 보다 직접 보는 경우 그리고 보기만 하는 것 보다 는 스스로 실행해 보면 더 쉽게 이해되며, 어떤 학습 주제는 실례나 관련 된 현상을 구체적인 형식으로 보이지 않고 설명만으로는 이해시키기 어려 우므로 시범 실험은 매우 유용한 학습 전략으로 활용할 수 있다 시범 실험은 교사 위주의 수업 형태로서 (Trowbridge & Bybee, 1986).
대개 관찰과 입증이 관련되어 있으며(Trowbridge & Bybee, 1986), 학생 들이 학습한 지식과 정보를 확인하게 하고, 관찰 결과를 바탕으로 한 귀 납적 과정을 통해 새로운 정보에 도달하게 된다(Falk, 1980).
콜레트와 치아페트(Collette & Chiappetta, 1989)에 따르면 시범 실험 은 수업에서 다음과 같은 역할을 할 수 있다.
첫째, 시범 실험은 사고를 유발(Initiating thinking)시킨다. 즉 학생 들은 현재 가지고 있는 지식으로 설명할 수 없는 시범 실험을 관찰 하였 을 때, 학생은 그 현상을 설명하기 위해 탐색적인 사고 활동을 하게 된 다. 학생들의 예상과 일치하지 않는 변칙 사례는 학생들의 흥미와 호기심 을 자극하고 고차원적 사고와 유의미 학습을 촉진하는 역할을 하는데, 이 는 시범 실험의 가장 큰 특징이자 장점이다. 예를 들어, 밀도 개념과 관 련된 떠오르는 잠수부(Cartesian Diver) 실험은 학생들의 흥미를 유발할 뿐 아니라, 작동 원리를 알기 위해서는 밀도 개념을 이해해야 한다.
둘째, 개념과 원리를 쉽게 보일 수 있다. 물론 새로운 사고를 유발시키 지는 않지만, 이론적으로 배운 개념, 원리, 법칙 등을 실제로 확인할 수
있도록 한다. 시범 실험을 통하여 학생들이 알아야 할 개념을 분명히 전 달하고, 동시에 이를 예증하는 현상을 제시할 수 있다. 가르쳐야 할 개념 이 추상적 개념일 경우, 특히 시범 실험이 유용하다. 예를 들어, 이온의 농도와 전기 전도도 사이의 관계를 가르칠 때, 말로만 설명하는 것보다 직접 시범 실험을 보여준다면 학생들이 이해하기가 훨씬 용이할 것이다.
셋째, 학생으로 하여금 자발적으로 질문을 유발시키고 답을 할 수 있도 록 한다. 즉 새로운 현상에 접하였을 때 학생들은 자발적으로 다른 경우 에는 어떻게 될 것인지를 쉽게 질문할 수 있다. 그리고 실제로 확인해 봄 으로써 답도 쉽게 얻을 수 있다. 이것은 학생의 질문에 대한 답변을 시범 실험으로 보여주는 것을 의미한다. 예를 들어, 잠수병에 대해 학생이 질 문했을 때, 말로써만 설명하지 않고 진공 펌프 속에 물이 담긴 비커를 넣 어두는 시범 실험을 보여주면서 학생들의 이해를 유도할 수 있다. 이러한 방법이 자주 쓰이지는 않는데, 교사에게 다양한 레퍼토리가 존재해야 가 능하고 교사의 순간적인 순발력이 요구되기 때문이다.
넷째, 배운 내용을 상기시키고, 정리하며 오랫동안 기억하는데 도움을 줄 수 있다. 즉, 배운 내용을 상기시키고 정리하기 위해 기록 위주의 요 약보다 주요활동을 교사가 시범 실험해 보인다면 학생들이 보다 쉽게 파 악하고 오랫동안 기억할 수 있을 것이다. 시범 실험은 주로 도입 단계에 서 사용되지만, 때로는 정리 단계에서 사용할 수도 있다. 그 시간의 수업 이나 실험에서 중요한 아이디어나 개념을 강조할 때, 또는 단원의 끝 부 분에서 핵심적인 내용을 요약할 때 시범 실험을 사용한다면 학생들에게
들어 산소는 다른 물질을 연소시키는데 사용되지만, 비누거품을 이용하여 수소기체를 거품 안에 모은 후 성냥불을 대어 수소가 직접 연소하면서 폭 발하는 현상을 시범해 보인다면 대부분의 학생이 그 경험을 오랫동안 기 억할 것이다.
(3) 시범 실험을 이용한 학습 모델
시범 실험을 이용한 학습 전략에서 사용되는 학습 모델은 예상 관찰 설- - 명(Champagne et al, 1980; Gunstone & White, 1981)의 과정을 거치도록 한 선형적 모델과, 순환 학습의 한 형태로 관찰 탐색 토의- - (Miller, 1993) 의 과정을 거치도록 하는 순환적 모델이 있다([그림 Ⅱ-1]).
시범 실험을 이용한 순환적 학습 모델 [그림 Ⅱ-1]
탐색
토의 관찰
1)
선형적 학습 모델에서는 관찰한 현상 및 현상에 대한 변화로부터 교사
1) 최병순 (2004). 화학 교재 연구 및 지도 자유아카데미 , , p168
와 학생 간의 소크라테스식 대화를 통하여 과학적 개념을 도출해가므로 교사와 학생 간의 질의 응답의 질과 양이 학습 목표 성취의 관건이 된다.
순환적 학습 모델에서도 소크라테스식 대화법을 사용하지만, 탐색과 토의 활동을 통하여 학습자 스스로 특정 개념에 대한 이해를 구성할 수 있는 기회를 제공함으로써 좀 더 학생 중심의 학습 모델로 발전했다고 볼 수 있다. 순환적 학습 모델에서의 각 단계별 교사와 학생의 활동은 다음과 같다.
관찰 활동 단계에서 교사는 학습 주제나 특정 개념과 관련 있는 시범 실험을 시연하고 학생들은 현상의 변화를 관찰한다.
탐색 단계에서 교사는 학생들의 사고 예상하기( , 추리하기 를 안내하여) 학습자가 학습 주제나 특정 개념에 대한 이해를 구성할 수 있도록 원인적 질문을 제공한다. 이 때, 학생들은 원인적 질문에 대한 답을 생각하면서 습득해야 할 개념에 대하여 스스로 목표 개념을 구성한다.
토의 활동 단계에서는 조별 또는 학급별 토론을 통하여 학습자 개인의 생각을 발표하게 하며, 자신의 생각과 다른 사람의 생각을 비교하여 구성 원 간의 합의된 결론을 도출한다.
시범 실험에 대한 관찰 탐색 토의 과정이 끝난 다음 교사는 학습 주제- - 나 목표 개념에 대하여 설명을 제시하고, 개념 적용을 유도할 수 있는 질 문이나 추가적인 활동을 제공한다.
(4) 시범 실험의 장점과 단점
시범 실험은 여러 가지 장점과 단점을 지니고 있으며, 특히 직접 실험 에 대하여 여러 가지의 상대적인 장점과 단점이 있다(Simpson &
시범 실험은 실험을 수행하는데 시간과 비용이 적게 소 Anderson, 1981).
요될 뿐만 아니라 도구의 구입 가능성이 높으며, 위험성이 감소되고, 학 생들의 사고를 더 쉽게 유도할 수 있고 보다 더 분석적이며 통합적으로 생각하게 할 수 있다는 장점이 있는 반면, 시범 실험에 대한 가시도 확보 와 자료에 대한 친숙도 등에 대한 여러 가지 문제점이 있다고 한다 이러한 시 (Collette & Chiappetta, 1989; Trowbridge & Bybee, 1986).
범 실험의 특성이 과학 교육 현장에서 시범 실험을 활용해야 할 이유를 정당화 하는 이론적 근거가 되기도 하며, 실험실에서 이루어지는 실험과 구분하는 기준이 될 수 있다(Trowbridge & Bybee, 1986). 시범 실험이 갖는 장점은 그것을 과학 학습 지도 현장에서 활용해야 할 이유가 되며, 단점은 그것이 한정된 상황이나 여건에서만 그 효과를 내는 원인이 된다 (Collette & Chiappetta, 1989).
시범 실험의 장점과 단점에 대한 연구자들의 견해 진위교 등( , 1992; 조 희형과 박승재, 1999; Collette & Chiappetta, 1989; Trowbridege &
를 종합하여 정리하면 다음과 같다
Bybee, 1986) .
가
( ) 시범 실험의 장점
1) 구체적인 자료와 조심스럽게 계획된 질문들을 사용하여 학습의 내 적, 외적 조건을 배열함으로써 학생들의 사고를 안내할 수 있다. 2) 시범 실험에서는 학급의 모든 학생들이 값비싼 도구나 시약을 가질
필요가 없기 때문에, 실험을 수행하는데 비용이 저렴하며 도구의 구 입 가능성이 높다.
3) 교사가 실험 재료와 기구를 준비하여 시범 실험을 시연하므로 실험 장치를 설치하고, 자료를 수집 배포하며․ , 지시 사항을 전달하는 등 에 소비하는 시간을 절약하여 수업 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아 니라 위험성이 감소되고, 실험이나 기타의 학습 방법보다 수업을 통 제하기 쉽다.
4) 특정 개념이나 학습 주제와 관련 있는 사건이나 현상을 시연하며, 질의응답과 설명을 적절히 수행함으로써, 수업에 대한 학생들의 흥 미와 관심을 불러일으킬 수 있으며 학생들을 수업에 능동적으로 참 여시킬 수 있다.
5) 시범 실험은 일련의 요소들을 통합할 수 있다.
6) 특정 사례나 사건에 대한 설명이 훨씬 용이하다.
7) 시범 실험은 구체적 예나 사례를 제시함으로써 학습자에게 언어적 기술을 듣는 것보다는 시범 실험에서의 절차를 보게 하여 구체적으 로 설명할 수 있고, 확실한 이해를 조성할 수 있다.
8) 시범 실험은 대규모의 학급에도 효과적으로 적용할 수 있다.
9) 시범 실험은 학습자의 자신감을 고취시킬 수 있으며 학습자의 성취 수행을 위한 모형이나 표준을 제공할 수 있다.
10) 시범 실험은 학생과 교사간의 상호 작용을 통하여 중립적 사고의 기 반을 형성시킴으로써 학생들의 오인을 분석하고 해결할 수 있다.
나
( ) 시범 실험의 단점
1) 시범 실험으로부터 새로운 개념을 형성하기 위해서는 도구, 과정, 결과를 자세히 알아야 하지만, 학생 모두가 도구와 과정을 자세히 관찰할 수 있는 시범 실험이 흔하지 않다.
2) 시범 실험에 사용되는 자료나 도구에 친숙하지 못하면 간단한 장치 도 복잡하게 느낄 수 있다.
3) 시범 실험이 빨리 진행될 경우 학생들은 시범 실험이 실행되는 과정 이나 일어난 변화를 제대로 이해하지 못하여 혼동을 일으키거나 요 점을 파악하지 못한다.
4) 시범 실험은 학생들이 활동적으로 참여할 수 있는 기회가 거의 없기 때문에, 정신적으로 참여시키기 어렵다. 따라서 학생들의 흥미를 유 지시키게 하기 위해서는 질문 절차나 다른 기술을 사용해야 한다.
5) 복잡한 기구나 절차를 필요로 하는 정교한 시범 실험 장치 또는 전 문가가 사용하는 장치는 학생들에게 그럴듯하게 보이지만, 학생들에 게 의문점을 불러일으키지 못하거나 시범 실험의 목적을 잘못 이해 하게 할 수 있다.
6) 시범 실험에 관한 토의에 적극적인 학생은 극소수에 불과하며, 대부 분의 학생들은 시범 실험에 자신이 관련되어 있다고 생각하지 않기 때문에 토의 조절이 어렵다.
7) 시범 실험은 언제나 준비가 필요하다.
8) 시범 실험에서 학생들은 보기만 하기 때문에 사실상 실험이 정신적 으로 이루어지므로 직접 경험할 수 있는 기회가 감소되어 과정적 지
식을 소홀히 할 우려가 있다.
9) 옥외 시범 실험은 날씨의 영향을 받으며, 반복이 어려운 경우가 많 다.
(5) 시범 실험의 형태
시범 실험도 다른 모든 교수법과 마찬가지로 특정한 절차에 따라 수행 되며, 절차의 종류도 다양하다. 시범 실험은 실험실의 실험이나 교실에서 의 강의와 분명히 구별되는 방법이므로, 시범 실험에만 독특한 형태를 지 니기도 한다.
가
( ) 시범을 보이는 사람에 따라
시범 실험에서 가능하면 학생들을 능동적으로 참여시키는 것이 학생들 의 흥미를 쉽게 끌 수 있을 뿐 아니라 학습의 효과도 커진다. 시범 실험 을 실시하는 방식을 중심으로 그 유형을 살펴보면 다음과 같다 (Trowbridge & Bybee, 1996).
1) 교사 시범 실험
교사가 준비하고 직접 실험하는 방식으로서 다른 방법보다 조직적이고 세련되게 실시할 수 있다.
2) 교사 학생 시범 실험-
학생들이 교사를 돕는 팀 접근법이다. 학생들은 교사보다 친구가 하는 실험에 더 관심을 기울이는 경향이 있다.
3) 학생 단체 시범 실험-
학급을 몇 개의 분단으로 나누고, 각 분단이 실험하는 형식이다. 이 방 법을 사용하면 학생들을 적극적으로 참여시킬 수 있다는 장점이 있다.
4) 개별 학생 시범 실험
학생이 대표로 실험하는 방법으로서, 상급 학생이 하급 학생 앞에서 실 험하는 것이 가장 효과적이라고 한다.
5) 초청 인사 시범 실험
시범 실험에 전문적인 자질을 지닌 다른 과학 교사나 전문가 과학자 가( ) 실험을 하는 방법으로서, 타성적인 교수 학습 방법을 벗어날 수 있다는- 장점이 있다.
나
( ) 시범 실험의 목적에 따라
시범 실험은 실시하는 목적에 따라 예시 시범 실험과 조사 시범 실험으 로 구분할 수 있다( Falk, 1980).
1) 예시 시범 실험
과학은 말로 듣는 것 보다 직접 보는 경우 그리고 보기만 하는 것보다 스스로 실행해 보면 더 쉽게 이해되며, 어떤 학습 주제는 실례나 관련된 현상을 구체적 형식으로 보이지 않고는 이해시키기 어렵다 조희형( , 박승 새, 1995). 예시 시범 실험은 나트륨의 불꽃 반응 색깔을 보여주는 것과 같이 특정한 행동의 변화를 기대하지 않으므로, 목표를 행동 동사로 진술 하기 어렵다. 이러한 방식은 일반적으로 학생들이 수행하기 어렵거나 위 험한 기술 및 기능을 보여주고자 할 때 유용하다.
2) 조사 시범 실험
조사 시범 실험은 탄화수소가 연소하면 물과 이산화탄소가 발생하는 실 험적 증거를 제시하는 것과 같이 탐구 기능의 함양, 과학 실험을 통한 개 념적 이해 증진, 문제에 대한 흥미 유발, 성취도의 요약 및 평가 등의 목 적에 유용하다. 많은 경우 학생들은 학습 이전에 이미 나름대로의 경험을 통하여 학습 내용과 관련된 옳지 않은 지식을 갖고 있는 경우가 많다. 학 생들이 가지고 있는 잘못된 생각을 교정시키기 위한 방안으로 인지 갈등 전략을 이용한 수업 방법이 사용된다. 이때, 그들의 생각이나 지식 혹은 사고에 의해서는 해결할 수 없는 문제 상황을 시범 실험으로 제기하여 인 지적 갈등을 일으킴으로써, 효과적으로 문제를 인식시킬 수 있을 뿐만 아 니라 내적 학습 동기를 유발할 수 있다.
(6) 시범 실험 시 고려 사항
시범 실험을 이용한 수업 전략을 효과적으로 활용하기 위해 교사가 고 려해야 할 사항에 관한 연구 결과들을 종합하며 보면, 시범 실험의 계획 단계에서부터 철저한 준비가 이루어져야 하며 수업 과정의 각 단계에서부 터 철저한 준비가 이루어져야 하며 수업 과정의 각 단계에서 다음의 사항 을 필히 고려해다 한다고 말하고 있다(Collette & Chiappetta, 1989;
Shepardson et al, 1994; O'brien, 1991;Trowbridge &by bee, 1986).
가
( ) 첫째, 시범실험의 계획 단계에서 고려할 사항을 정리하면 다음과 같다.
1) 시범실험의 목적, 즉 어떤 개념을 설명할 것인가를 명확히 한다. 가) 제시하는 현상이 여러 가지 개념을 효과적으로 시연할 수 있을지라
도 한번에 여러 가지 개념을 가르침으로서 학생들의 개념적 능력에 어려움을 주지 않도록 한다.
나) 학습해야 할 주제나 원리가 너무 복잡하면, 더 작은 단위의 개념으 로 나누어 각 개념에 대한 시범 실험을 제시한다.
다) 여러 개의 시범 실험을 연속적으로 사용할 때에는 단일 개념과 관 련된 시범 실험을 사용한다.
2) 시범 실험을 어떤 시기에 어떤 계열성을 가지고 제시할 것인가를 고 려한다. 시범 실험은 다음과 같은 경우에 사용된다.
가) 관찰을 자극하고 학생들의 오개념을 드러내게 하는 질문을 하기 위해 사용한다.
나) 학생들이 개념을 구성 또는 재구성하는 것을 돕기 위해 사용한다.
다) 토의한 개념들을 설명하고 이를 이해하고 있는지 확인하기 위해 사 용한다.
라) 실험 활동에 앞서 실험 기술이나 과정 기능을 간단히 보여주기 위해 사용한다.
3) 시범 실험이 시작되기 전에 어떤 학습 활동이 이루어졌는가를 고려 한다.
4) 주어진 자료를 어떻게 설계할 것인가를 고려한다.
가) 지엽적이고 비본질적인 것은 삭제하여 가장 간단한 장치가 되도록 설계한다(Whitehead 1949).
나) 학습자의 학습 배경이나 개념적 이해 수준에 적합한 것을 선택한 다.
다) 생활 주변의 소재를 이용함으로써 과학이 생활 속에서 이루어지고 있음을 인식하게 한다.
5) 한 개념에 대하여 이용할 만한 시범 실험이 여러 가지 있을 때, 어 느 것이 가장 흥미를 유발시킬 수 있는가? 어느 것을 어떻게 제시할 때 가장 인지적 갈등을 유발시킬 수 있는가(Driver et al., 1985;
어느 것이 가장 적은 비용이 드는가 Osborne " Freyberg, 1985), , 어느 것이 가장 안전한가를 고려한다.
6) 놀라운 상황에서 쇼맨십이나 유머를 어떻게 적용할 것인가를 고려한 다(McComack, 1990; Shakhashiri, 1989).
가) 시약과 시범 실험 기구 및 장치는 최소화하도록 하고 라벨을 붙여 잘 정돈한다.
나) 시연되어야할 개념에 적절하지 않은 필요 이상 긴 시간이 요구되는 단계는 삭제한다.
다) 교사는 시범 실험을 시연하기 전에 미리 연습하여 숙달된 상태가 되도록 한다(Shakhashiri, 1989).
8) 학생들을 동기화하고, 관찰과 사고 과정을 안내할 수 있는 질문과 실제적 적용을 가능하게 하기 위해 다음 사항을 고려한다.
가) 시연하는 시범 실험에 결정적인 질적 양적 질문은 무엇인가?
나) 칠판이나 OHP위에 자료 수집표가 준비되어야 하는가?
다) 어떤 잠재적 질문이나 실험 변인이 학생들에게 추가적 문제점을 부 여할 수 있을까?
라) 소크라테스식 대화나 협동학습을 어떻게 적용해야 할까?
마) 시범 실험은 15%는 흥미를 유발시키는데, 20%는 학생들에게 관찰하 는 것을 가르치기 위해, 20%는 원리를 가르치기 위해, 45%는 학생 들이 사고 할 수 있도록 하기 위해 이루어진다는 것을 고려한다.
9) 학생들이 구성한 개념을 검증하고 확장하기 위해 어떤 질문과 실제 적 적용을 어떻게 해야 할 것인지 고려한다.
10) 시범 실험이 진행되는 동안 시범 실험에 학생들이 자발적으로 참여 를 유도할 수 있는 단계를 고려한다.
11) 적용할 평가 기술을 결정한다.
나
( ) 둘째, 시범 실험 시연 단계에서 고려해야 할 사항을 정리하면 다음 과 같다.
1) 안정성과 시계(視界)를 확보하기 위해 테이블을 깨끗이 정리한다. 2) 보안경, 장갑, 환풍 장치, 소화기 등의 안전 장치를 사용한다. 3) 학생들이 무엇에 주목해야할 것인가, 이전에 논의되었던 내용과 시
범 실험이 어떤 연계성을 갖는가를 연결시킬 수 있도록 간단한 도입 단계를 제공한다.
4) 시범 실험을 수행할 때, 학생들이 보고, 듣고, 냄새 맡는데 지장이 없는지 점검한다(OHP, 전등, 지시약, 염료 등을 이용하여 문제점을 보완한다).
5) 시범 실험을 실시할 때, 너무 많은 과학적 용어를 사용하지 말고, 학생들이 대답을 하기 전에 감각적으로 충분히 느낄 수 있을 정도의 시간(3초 이상 을 제공 한다) .
6) 학생들이 관찰에 의해 개념과 이론적 원리를 알 수 있도록 학생들의 사고를 안내한다.
가) 문제를 불러일으키는 질문을 하고 학생들이 대답을 생각할 수 있도 록 충분한 시간을 제공한다(Liem, 1989; McComack, 1990).
7) 학생들이 사려 깊은 질문을 할 수 있는 분위기를 제공, 학생들의 질 문에 대답할 수 없을 때 자신의 무지를 인정하고 과학적 추론을 사 용하여라.
가) 교사는 학습자가 협동적 대화에 참여할 수 있는 분위기를 조장함으
다(Cobb,1990).
8) 시범 실험이 계획했던 대로 시연되지 못하였을 때, 실험이 잘못된 것이 아니라 실험자의 실수임을 말하여라.
다
( ) 셋째, 시범 실험 시연 후의 활동을 정리하면 다음과 같다.
1) 학생들로 하여금 시범 실험 과정에서 일어난 것과 학습한 학습 주제 또는 개념을 요약하게 한 다음 수업의 결과를 평가한다.
2) 시범 실험의 관찰을 통한 개념의 이해를 공고히 하기 위해 추가적 용어, 수학적 관계식, 실험활동 등을 제공한다. 이러한 활동은 학습 자가 새로운 지식과 기존 지식 사이에 동화와 조절을 하는 것을 도 울 수 있을 뿐만 아니라 새로운 지식의 장기 기억을 촉진한다.
시범 실험을 보다 효율적으로 실행하기 위해서는 교사 스스로 실행한 시범 실험을 항상 평가하고, 그 결과로부터 피드백 되어야 한다 박승재( , 시범 실험을 교사 스스로 평가할 수 있는 방법과 자료는 여러 가 1995).
지로 개발되어 있으며 (Abruscato, 1988; Collette & Chiappetta, 1989;
평가의 준거는 시범 실험을 이용한 수업의 Trowbride & Bybee, 1986),
각 단계에서 교사가 준비할 사항 또는 고려해야 할 사항으로 설정되어 있 다.
2. POE 모형
최근 과학 교육에서는 개념 이해에 효과적인 과학 수업의 한 방안으로 활동에 대한 관심이 높아지고 있다 는 와
POE . POE White Gunstone(1992) 에 의해 제안된 방법으로 3단계 활동으로서 예측(prediction), 관찰
설명 의 약자이다 활동은 실제 상황에
(observation), (explanation) . POE
서 과학 개념에 대한 학생들의 이해 정도를 탐색하기 위해 Champagne, 에 의해 처음으로 개발 되었다
Klopfer, Anderson(1980) (White, 1988).
전형적인 POE 활동은 학습한 내용에 관련된 익숙한 상황을 학생들에게 제 시하여 학생들이 특정한 현상의 결과를 예측하고 관찰한 내용을 기술한 후 예측과 관찰 사이의 갈등을 해결하는 과정으로 이루어진다.
활동에서 가장 두드러진 특징은 예측 과정에서 찾을 수 있다 사
POE .
실, 실험 결과가 학생들이 예측한 것과 일치한다면 POE 활동이 너무 단순 할 수도 있을 것이다. 그러나 어떤 활동에서는 예측과 반대의 결과가 나 오기도 한다. 이런 활동을 불일치 사례(discrepant event)라고 하며, 불 일치 사례는 할생들에게 정신적인 불균형(imbalance), 비평형
혹은 개념적인 갈등 을 유발한
(disequilibrium), (conceptual conflict)
다. POE의 예측 과정에서는 불일치 사례가 제시된 후 학생들에게 “예측 한 것과 실제로 관찰한 것 사이의 불일치”에 대해 설명하도록 한다 활동은 심층적인 학습을 장려한다 학생들은 예측을
(White, 1988). POE .
해봄으로써, 그리고 자신의 예측과 관찰한 결과가 일치하지 않은 이유에
대해 생각하고 설명해 봄으로써, 단순히 지식을 암기하여 회상하는 것에 비해 과학 개념이나 법칙, 그리고 더 나아가 자연 현상에 대해 깊이 있는 이해를 할 수 있다.
가. POE 활동의 과정
(1) 예측 단계 (prediction)
예측 단계에서는 학생들이 현상의 결과를 예측하고 자신의 예측을 정당 화시킬 수 있는 이유를 제시하도록 한다. 예측을 하기 위해서는 학생들이 상황의 성격을 정확히 이해해야 하므로, 주어진 상황을 이해하는데 필요 한 질문은 충분히 허락해야 한다. 예측이나 그 근거는 가능하면 글로 표 현하도록 하는 것이 좋은데. 자신의 생각을 글로 써 봄으로써 학생들의 사고가 보다 정교해지기 때문이다. 예측을 하면서 생각하거나 쓰는 중이 어서 관찰을 하지 못하는 일이 없도록, 예측이 끝난 것을 반드시 확인한 후 관찰 단계로 넘어가야 한다.
예측 단계에서는 모든 학생들이 자신의 예측을 뒷받침할 수 있는 근거 를 제시하는 것이 중요하다. 앞으로 일어날 일에 대해 근거를 가지고 말 하는 것이 예측(prediction)이라면, 특별한 근거 없이 단순히 짐작하여 말하는 것은 추측(guess)이다. POE에서 중요한 것은 학생들이 추측이 아 닌 예측을 하도록 유도하는 것이다. 예를 들어, 초등학교 1학년 학생에게 전기 회로 문제를 제시한다면 제대로 된 예측을 기대하기 어려울 것이다.
그 학생이 주어진 상황에 관련된 과학 지식을 사용하여 추론하는 것이 불 가능하기 때문이다. 예측을 하기 위해서는 학생들이 주어진 상황의 성격 을 정확히 이해해야하므로 주어진 상황을 이해하는 데 필요한 질문은 충 분히 허락해야 한다.
(2) 관찰 단계 (observation)
활동의 관찰 단계에서 교사는 실험 활동을 안내하고 학생들은 실
POE ,
험의 결과를 관찰한다. 관찰 단계에서는 학생들에게 각자 자신의 관찰 결 과를 쓰도록 한다. 자신의 기존 생각과 모순되는 현상을 접할 경우, 학생 들은 사례 자체를 무시하거나 오히려 기존 생각을 지지하는 증거로 왜곡 하여 받아들일 수도 있다(Chinn & Brewer, 1993). 따라서 관찰 내용을 각 자 쓰도록 함으로써, 관찰한 현상에 대한 학생들의 다양한 반응을 명확히 알 수 있다.
학생에 따라 관찰 결과를 다르게 해석할 가능성을 예방하기 위해서는 현상의 결과가 가능하면 분명한 것이 좋을 것이다. 한편, 관찰 결과의 기 록은 학생들이 자신의 생각을 보다 명료화 ․ 정교화시키는 역할을 할 수 도 있다. 교사는 관찰 결과를 기록할 때 학생들이 관찰 즉시 기록하도록 지도해야 한다. 만약, 관찰하면서 그 때마다 기록하지 않으면 동료 학생 의 말을 듣고서 자신의 관찰을 변화시킬 수도 있다.
(3) 설명 단계 (explanation)
결과가 예측과 동일하다면 이유를 근거를 들어 설명하도록 하고, 만약 실 험 결과가 예측과 다르게 나왔다면 왜 그런 결과가 나왔는지 이유를 설명 하도록 한다.
이 단계에서 교사는 학생들이 가능한 한 모든 가능성을 고려할 수 있도 록 도와야 한다. 교사는 학생들의 의미를 정확히 파악해야 하며, 다양한 질문을 통하여 학생들이 자신의 생각을 분명히 할 수 있도록 유도해야 한 다. 학생들이 제시한 설명은 관련된 개념에 대한 이해도를 파악하는데 유 용한 자료가 될 수 있다. POE를 개념 이해를 위한 수업에 적용할 경우, 설명 단계를 학생들 간의 토론으로 진행하는 것도 효과적이다 노태희( , 강 석진, 김혜경, 채우기, 노석구, 1997). 학생들 간의 토론을 진행할 경우 자신과 타인의 견해 차이를 비판적 관점으로 반성할 수 있고, 자기 신념 의 근거를 검토할 수 있는 기회가 주어지며, 자신의 추론을 내면화하는 데도 도움을 준다.
3. 순환 학습 모형
순환 학습 모형은 Karplus, Atkin, Lawson 등을 중심으로 연구 개발된 프로그램에 도입된 학습 SCIS(Science Curriculum Improvement Study)
모형이다. 이 모형은 학생 스스로 구체적인 경험을 통해서 개념을 획득하 도록 하며, 동시에 학생의 사고력의 신장을 돕기 위한 탐구 지향적 학습 모형이다(Karplus, 1977).
순환 학습이라는 용어와 순환 학습의 세 단계를 지칭하는 탐색
창안 발견 이라는 용어는
(Explorttion), (Inventation), (Discovery) 1965 년에 시작하여 10년에 걸쳐 개발된 초기 SCIS 프로그램에는 없었으며, 중 기 SCIS 프로그램의 교사용 지도서(SCIS,1970)에 처음 제시되었다. 그러 나 그 보다 훨씬 이전에 Karplus와 Thier(1967), Lawson(1958)에 의하여 용어는 조금씩 다르나 유사한 세 단계는 이미 사용되고 있었다. 한참 후 인 1977년 다시 Karplus 등(1977)에 의해 탐색(explorttion), 개념 도입
개념 적용 으로 사용하
(concept introduction), (concetpt application)
였다. 그 이후 Lawson에 의해 광범위하게 사용되고 정교화 되어 탐색
용어 도입 개념 적용
(explorttion), (term introduction), (concept 으로 많이 사용하고 있다
application) (Lawson, 1955).
의 인지발달 이론에 기초를 두고 있는 순환학습 모형은 탐색단계 Piaget
를 가장 중요시하고 있다. 이 단계에서는 관찰 및 실험 활동을 통하여 학 생 스스로 새로운 개념을 발견할 수 있도록 유도함으로써 학생들의 탐구 능력 신장에 기여할 뿐 아니라 올바른 과학 개념을 획득하기에 유용하다 최병순 대부분의 전통적 학습 방법이 이미 알려진 개념의 확인 ( , 1990).
및 검증실험으로 이루어지는 것과는 달리 순환 학습에서는 새로운 개념의 도입이 강조되고 있다. 개념 적용 단계에서는 탐색 및 개념 단계를 통해 학습한 개념, 원리 또는 사고 양식이 다시 새로운 상황이나 문제에 적용 된다.
가. 순환 학습의 세 가지 단계
(1) 탐색 단계(Exploration)
탐색 단계에서, 학생들은 새로운 문제 상황에서 스스로의 활동과 상호 작용을 통해 배운다. 따라서 학습 과정에서 학생들에게 사물, 현상, 사건 에 대하여 구체적인 경험을 갖도록 하며 자유롭게 생각할 수 있고, 자신 의 생각을 시도해 볼 수 있는 탐구의 기회를 마련해 주어야 한다. 학생들 은 사물을 관찰하고 이를 직접 경험함으로써 다음 단계의 학습에 필요한 토대를 얻게 될 뿐만 아니라, 기존의 사고 형태로는 해결할 수 없는 의문 을 일으키게 되고, 그 결과 자기 조절을 요하는 비평형 인지갈등 이 형성( ) 된다. 이 인지적 비평형 상태는 심리적으로 불안정한 상태이기 때문에 안 정한 평형의 상태가 되려는 강한 추동력을 갖는다. 그러므로 이 시점에서 개념 도입을 하면 자기 조절을 용이하게 할 수 있다. 탐색 단계의 목적은 바로 이 인지적 비평형 상태의 유도와 후속 학습에 필요한 선경험을 갖게 하는 것이다. 또한 탐색 단계는 학생으로 하여금 이전에 학습한 내용을 적용해 보도록 하고, 흥미를 가지게 하며, 호기심을 만족하도록 해주어야 한다. 그리고 교사는 학생들과의 개별 접촉을 통해 학생들이 현재 이해하 고 있는 수준이 어느 정도이며, 또 잘못 알고 있는 것이 무엇인지를 파악 하도록 노력해야 한다.
탐색 단계에서 교사는 다양한 관점의 질문을 통하여 학생들이 새로운
경험을 자신의 기존 지식에 관련시키는 것을 도울 수 있다 또한 개별적인. 조사와 토의로 이루어지는 소그룹 활동도 매우 중요하다. 이것은 상호작 용적인 환경에서 학생들에게 다양한 견해가 존재한다는 것을 인식시킬 수 있을 뿐만 아니라, 학생 개개인이 자신의 생각을 알게 하는 데 도움이 된 다. 이 단계에서 교사는 학생들이 지니고 있던 선개념이 토의되고, 그 개 념들이 잘못된 개념임을 학생들이 스스로 깨달을 수 있는 기회를 제공해 야 한다. 또한 비평형의 해결과정에서, 다양하고 구체적인 자료를 제공하 여 친근감 있는 경험으로 학생들 스스로 자율 조절 기능을 통해 새로운- 현상에 대한 규칙성을 발견하여 개념을 획득할 수 있도록 하여야 한다.
학습 활동은 학생 스스로에 의하여 이루어지고 교사는 단지 학습의 안내 자로써 생각, 토의를 촉진시키는 허용적인 학습 분위기를 조성하여야 한 다.
(2) 용어 도입(Term introduction)
두 번째 단계인 용어 도입은 학생의 경험에 새로운 지식이나 사고양식 을 적용할 수 있도록 새로운 용어나 개념을 도입하는 단계이다. 용어 도 입에 의해 인지적 비평형 상태는 평형의 상태, 즉 문제 해결 또는 이해의 상태가 된다. 이는 Piaget가 말하는 조절, 즉 인지구조의 형성과 같은 의 미를 갖는다. 이런 의미에서 이 단계를 창안(invention) 단계라고 부르기 도 한다.
자율 조절에 도움이 되는 이 단계는, 항상 탐색 단계에 이어지는 단계 로 탐색 활동 동안 발견된 규칙성과 직접적으로 관련 있는 개념 또는 용 어의 도입으로 시작한다. 용어는 교사, 교과서, 영상자료 또는 또 다른 매체에 의해 도입될 수 있다. 용어가 설명되기 전에 학생들은 될 수 있는 대로 새로운 사고 형태를 발달시키기 위해 많은 경험을 할 수 있어야 한 다. 이 단계는 특히 학생들이 학습할 형식적 용어와 개념이 이미 학생들 이 이해하고 있는 구체적 개념을 내포하고 있을 때 효과적이다. 그러나 구체적 조작 수준에 있는 학생들은 교사에 의해 개념도입이 이루어져도 새로 도입된 개념이나 사고양식을 즉각적으로 잘 조정하여 탐색 단계에서 해결하지 못한 경험을 제대로 처리하는데 실패한다. 즉 비평형 상태가 계 속되거나 문제해결이 그 문제에만 국한될 수 있다. 따라서 도입된 지식이 나 사고 양식을 연습하고 공고히 할 수 있는 추가적인 학습 경험이 필요 하다.
(3) 개념 적용(Concept application)
개념 적용에서 학생들은 새로운 개념 또는 사고 형태를 새로운 상황에 적용해보는 기회를 갖게 된다. 개념적용 단계는 새로운 개념을 강화하고 익숙하게 하며 적용의 폭을 확장시키는 데 필요하다. 이 단계는 자율 조 절과 새로운 사고형태를 안정화시키기 위해 충분한 시간과 경험을 필요로 한다. 일상생활에의 적용에서 개개인의 해석이 서로 다름을 비교하는 기
회를 갖는 것은 학생들의 사고를 더욱 정교화 시키는데 도움이 된다. 여 러 번의 다양한 적용이나 응용이 없으면, 새로운 개념의 의미는 한정되어 버려, 구체적 상황으로부터 그것을 추상화하거나 다른 상황에 일반화하는 데 실패할 수도 있다. 다시 말하면, 적용 활동은 개념의 재조직화가 늦게 이루어지는 학생, 또는 도입단계에서 교사의 설명과 자신의 경험을 적절 히 관련시키지 못하는 학생들에게 더 도움이 될 수 있다. 또한 새로운 탐 구의 출발점이 될 수도 있다.
개념 적용 방법으로는 새로 도입된 개념이 일상 현상에서 적용되는 예 를 토의하게 하거나, 그 개념이 적용되는 다른 문제 상황이나 시험 과제 등을 부여하는 방법 등이 있다. 이러한 학습 활동에서는 가능하면 소집단 토의 형태를 취해서 다른 학생들이 제기하는 문제들이나 그 문제들에 대 한 서로 다른 해석들을 비교하게 함으로써 학생 개개인이 자신의 사고를 정교하도록 돕는 사회적 상호작용 환경을 마련하여 주는 것이 좋다.
순환 학습의 나선형적 구조 [그림 Ⅱ-2]
2)
4. 선행 연구의 고찰
진성욱과 이제용(1998)은 생활 주변 자료를 활용한 수업이 기존의 수업 과 비교해 볼 때 과학 지식의 향상에는 유의미한 차이가 없었으나 자료 변환, 자료 해석 같은 통합 탐구 능력 신장에 효과적이었으며 학생의 흥 미와 호기심을 자극하여 과학적 태도를 향상시킨다고 하였다.
황명식(2003)은 현상 제시 시범 실험을 활용한 수업이 과학 학습 태도
2) 최병순 (2004). 화학 교재 연구 및 지도 자유아카데미 , , p180
중 과학 교과에 대한 태도에서 유의미한 태도 변화를 나타내었다고 하였 다.
는 대학교의 일반 화학 강의에서 시범 실
Miller(1993) Ohio Wesleyan
험 탐색 토의 과정을 거치도록 한 시범 실험을 이용한 수업 집단과 전통- - 적 강의식 수업 집단 사이의 관계를 비교하여 본 결과, 시범 실험을 이용 한 집단이 전통적 강의식 수업 집단에 비해 상당히 높은 성취도를 나타내 었다. 시범 실험을 이용한 수업은 과학 개념의 형성에 효과가 있었을 뿐 아니라, 학습자들이 학습 활동에 자발적으로 참여하게 되었으며, 창의성 있는 질의응답을 할 수 있는 능력이 현저히 향상되었다.
는 시범 실험은 교사 중심 수업 방법으로 학생들의 주의를 Benbow(1994)
오개념과 관련된 특정 상황에 집중시킬 수 있고, 시범 실험에서 얻는 오 개념과 관련된 실험 결과가 항상 일정하여 오개념 퇴치와 개념 형성 및 개념 변화 정도에 있어서 직접 실험에 비해 효과적일 것이라고 가정하였 다. 이러한 가정 아래 Marryland 초등학교 1학년 5개 반을 대상으로 각각 시범 실험, 시범 실험 -언어적 설명, 직접 실험, 직접 실험 언어적 설명- , 언어적 설명의 다섯 가지 방법을 이용하여 수업을 실시한 결과, 시범 실 험과 언어적 설명을 병행하여 수업을 실시한 집단의 개념 형성 정도와 개 념 변화 정도, 개념 보존 정도가 나머지 다른 방법을 이용한 수업 집단에 비해 의미 있게 높았다.
이봉주(1997)는 화학 평형에 관련된 과학적 개념의 형성 정도와 형성된 오인의 유형에 있어서 시범 실험을 이용한 수업과 언어적 설명식 수업 사
을 대상으로 연구한 결과, 객관식 문항에 대한 정답률은 시범 실험을 이 용한 집단이 언어적 설명식 수업 집단에 비해 0.05유의도 수준에서 의미 있게 높았다. 그러나 서술형 문항에 대한 정답률은 두 집단간에 의미 있 는 차이를 나타내지 않았다.
이희탁(2004)은 시범 실험 수업을 받은 학생들이 전통적인 방법에 의한 수업을 받은 학생들보다 과학에 대한 학습 태도 변화가 유의미하게 나타 나 매우 긍정적인 효과가 있었다. 특히 과학 교육에 대한 태도와 과학 교 과에 대한 태도 변화가 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다. 활동이 왕성하고 과학에 대한 흥미와 호기심이 높아지고 학습 활동에 능동적으로 참여하였으며 발표와 토의가 활발하게 이루어 졌다. 따라서 학생들의 흥 미와 호기심 유발을 위하여 시범 실험을 활용한 수업을 하는 것이 효과적 이다.
III. 연구 방법
1. 연구 대상
본 연구는 전라남도 여수시 소재 일반계 고등학교 1학년 4개 학급을 대 상으로 남학생 2개 학급, 여학생 2개 학급을 연구 대상으로 삼았다.
연구 대상 총인원은 120명이고 남학생 57명, 여학생 63명으로 하였으 며, 비교 집단을 동일 집단으로 하기 위해 1학기 중간고사 과학 성적을 참조하여 실험 집단과 통제 집단으로 나누었다.
자세한 내용은 다음 [표 Ⅲ-1]과 같다.
연구 대상 [표 Ⅲ-1]
성별 집단 학급수 학생수 1학기 중간고사 과학 성적
남학생 실험 집단 1 29 67.80
통제 집단 1 28 66.32
여학생 실험 집단 1 31 67.51
통제 집단 1 32 68.24
2. 연구 기간
본 연구를 위한 시범 실험의 현장 적용은 2006년 6월부터 9월 까지 7차 시에 걸쳐 실시되었다. 본 연구는 기초 연구, 예비 연구, 본 연구, 결과 분석으로 나누어 수행되었는데 각 단계별 연구 내용을 살펴보면 [표 Ⅲ
와 같다 -2] .
단계별 연구 내용 [표 Ⅲ-2]
연구 단계 연구 내용 연구 기간
기초 연구
기초 자료 조사
․
연구의 설계 및 계획 수립
․
문헌 및 선행 연구 조사
․
과학 관련 태도 검사 도구 선정
․
2005.12~2006.2
예비 연구 ․ 과학과 교육 과정 분석 및 단원 선정 수업 지도안 작성 및 보완
․ 2006.2~2006.4
본 연구
연구 대상 선정
․
과학 과련 태도 사전 검사 실시
․
시범 실험을 이용한 수업 실시
․
과학 관련 태도 사후 검사 실시
․
2006.5~2006.10
결과 분석 ․ 검사 결과 통계 처리 및 분석 연구 결과 및 결론
․ 2006.11~2006.12
3. 연구 설계
이 연구는 일반계 고등학교 1학년 양성 학생을 대상으로 공통 과학 물 질 단원을 중심으로 학생들이 어려워하는 개념을 쉽게 이해할 수 있도록 개발된 시범 실험 자료들을 활용한 수업과 전통적으로 이루어지는 수업에 서 과학에 대한 태도에는 어떤 영향이 있는지 알아보기 위하여 [표 Ⅲ-3]
과 같이 연구 설계를 하였다.
연구의 설계 [표 Ⅲ-3]
G1 : F O1 X1 O2
G2 : F O1 X2 O2
G3 : M O1 X1 O2
G4 : M O1 X2 O2
G1, G3 : 실험 집단 (Experimental Group) G2, G4 : 통제 집단 (Control Group) X1 : 시범 실험을 활용한 수업 X2 : 전통적인 수업
O1 : 사전 검사 과학에 대한 태도 검사지( ) O2 : 사후 검사 과학에 대한 태도 검사지( )
여학생 F :
남학생 M :
4. 검사 도구
이 연구에 사용된 사전 사후 과학에 대한 태도 변화를 조사하기 위한․ 측정도구로는 허명(1993)이 번역한 Fraser(1981)의 TOSRA(Test Of 와 이희탁 의 시범 실험을 활용한 물 Science Related Attitudes) (2004) ‘
리 수업이 고등학생의 학습 태도에 미치는 효과’에 사용된 설문지 문항 을 참고로 과학 또는 실험 수업에 관련된 정의적 영역 위주의 문항을 본 연구자가 선별하여 재구성하였다. 이 검사 도구는 4개 범주로 각 범주에 개 문항으로 총 문항이고 모두 척도로 되어 있다 척
10 40 , Likert . Likert
도 문항은 대체적으로 강한 긍정이나 강한 부정을 나타내는 문장들로 구 성된다(Kerlinger, 19920).
교사의 시범 실험이 학생들의 정의적 영역 중 과학 교육에 대한 인식 및 흥미도에 어떠한 영향을 주는지 알아보기 위한 검사지의 영역별 범주 및 하위 요소는 [표 Ⅲ-4]와 같다.
검사지 결과 분석은 문항 응답에 따라 점수 배점을 긍정정인 문항의 경 우 ‘매우 그렇다’5점, ‘그렇다’4점, ‘보통이다’3점, ‘아니다’2 점, ‘전혀 아니다’1점으로 하였고, 부정적인 문항의 경우에는 역채점을 하였다. 또한 과학에 대한 태도 검사지는 부록에 제시하였다.
과학에 대한 태도 검사도구의 영역별 검사 문항 [표 Ⅲ-4]
범 주 문항 번호 문항수
인 식
과학의 가치에 대한 인식
1. 3*, 5, 10, 11, 15
20, 27, 32*, 39*, 40 10 과학 교육에 대한 인식
2. 1, 2, 8*, 12, 13*
24, 26, 31*, 33*, 35 10 흥
미 도
과학 교과에 대한 흥미 및 만족
3. 4, 7*, 17*, 18*, 19*
21*, 23*, 25*, 28, 37* 10 과학 수업에 대한 흥미 및 만족
4. 6, 9*, 14*, 16*, 22*
29, 30*, 34, 36, 38* 10 표는 역채점 문항
*
5. 연구 절차
이 연구에서는 시범 실험이 공통 과학 화학 단원 수업에 미치는 효과를 알아보기 위하여 앞에서 설정한 연구 문제에 맞추어 다음과 같은 절차로 연구를 실시하였다.
시범 실험을 이용한 수업에 관한 자료 수집
↓
시범 실험 자료 및 수업 지도안 개발
↓
사전 검사의 실시
↓
시범 실험을 통한 수업 전개
↓
사후 검사의 실시
↓ 결과 분석
6. 자료 처리 및 분석
이 검사의 자료 처리 분석은 SPSS 12.0 프로그램으로 전산 처리 하였 다. 연구 문제 별로 유의도 판정을 하고 비교 분석 하였으며, 사전과 사 후 검사에서 시범 실험을 통한 학생들의 과학에 대한 태도와 학습 성취도
에 유의미한 차이를 보이는지 알아보기 위하여 t 검증을 실시하였다. 연구 문제 분석은 사전 사후에 유의미한 차이가 있는지 알아보았고․ , 남 녀 학생별로 차이가 있는지 알아보았다.
IV. 연구 결과
1. 시범 실험이 과학의 가치에 대한 인식에 미치는 효과
과학의 필요성, 과학의 신뢰성, 과학 지식의 상대성, 과학의 사회적 문 제 해결 등에 대한 학생들의 생각을 알아보는 ‘과학의 가치에 대한 인 식’영역의 사전 사후 검사 결과는․ [표 Ⅳ-1]과 같다.
과학의 가치에 대한 인식 [표 Ⅳ-1]
성별 대상 검사 평균(M) 표준편차(SD) t p
남학생
실험반 사전 30.6552 6.19490
-2.802 0.009 사후 32.9655 4.76957
통제반 사전 31.3929 5.25878
1.952 0.061 사후 29.2500 5.53524
여학생
실험반 사전 30.4516 3.26434
-4.675 0.000 사후 32.1613 3.63407
통제반 사전 30.9310 3.93638
0.987 0.332 사후 30.1724 4.31003
p<0.05
남학생의 경우 과학에 대한 태도의 첫 번째 하위 영역인 ‘과학의 가치 에 대한 인식’검사 결과를 살펴보면 사전 검사에서는 실험 집단과 통제 집단의 평균이 0.7377차이로 평균이 비슷했으나 사후 검사에서는 실험 집
면 통제 집단의 평균은 하락하였다. 실험 집단의 유의도는 p<0.05 수준에 서 유의미하게 나왔다.
여학생의 경우 사전 검사에서는 실험 집단과 통제 집단의 평균이 차이로 평균이 비슷했으나 사후 검사에서는 실험 집단의 평균이 0.1794
점 정도 높게 나왔다 실험 집단의 평균은 향상한 반면 통제 집단
1.9889 .
의 평균은 하락하였다. 실험 집단의 유의도는 p<0.05 수준에서 유의미하 게 나왔다.
2. 시범 실험이 과학 교육에 대한 인식에 미치는 효과
과학 교육에 대한 만족과 흥미, 과학 교육에 대한 태도, 과학적 탐구 등에 대한 생각을 알아보는 ‘과학 교육에 대한 인식’영역의 사전 사후․ 검사 결과는 [표 Ⅳ-2]와 같다.
과학 교육에 대한 인식 [표 Ⅳ-2]
성별 대상 검사 평균(M) 표준편차(SD) t p
남학생
실험반 사전 24.4828 5.94391
-2.180 0.038 사후 26.2069 6.04967
통제반 사전 26.4286 5.53393
2.296 0.031 사후 24.0357 5.49398
여학생
실험반 사전 27.8710 4.80792
-3.465 0.002 사후 29.4516 4.58140
통제반 사전 27.5862 5.01795
0.201 0.842 사후 27.5172 4.99014
p<0.05
남학생의 경우 검사 결과를 살펴보면 사전 검사에서는 실험 집단과 통 제 집단의 평균이 1.9458점으로 통제 집단의 평균이 조금 높게 나왔으나 사후 검사에서는 실험 집단의 평균이 2.1712점 정도 높게 나왔다. 실험 집단의 평균은 향상한 반면 통제 집단의 평균은 하락하였다. 실험 집단의 유의도는 p=0.038으로 , 통제 집단은 p=0.031으로 나타났다. 실험 집단과 통제 집단의 평균은 변동이 있었으나 유의도는 p<0.05 수준에서 신뢰값을 얻어 수업처치에 의한 긍정적인 변화가 발생하였다.
여학생의 경우 사전 검사에서는 실험 집단과 통제 집단의 평균이 차이로 평균이 비슷했으며 사후 검사에서는 실험 집단과 통제 집단 0.2848
의 평균이 1.9344점의 차이를 나타내었다. 실험 집단의 평균은 향상한 반 면 통제 집단의 평균은 변화가 없었다. 실험 집단은 유의도는 p<0.05 수 준에서 유의미하게 나타났다.
3. 시범 실험이 과학 교과에 대한 흥미 및 만족에 미치는 효과
내용의 실용성, 수준의 적정성, 과학 과목에 대한 만족, 흥미, 객관성 과 증거의 중시 등에 대한 학생들의 생각을 알아보는 ‘과학 교과에 대한 흥미 및 만족에 미치는 효과’영역의 사전 사후 검사 결과는․ [표 Ⅳ-3]과 같다.
과학 교과에 대한 흥미 및 만족 [표 Ⅳ-3]
성별 대상 검사 평균(M) 표준편차(SD) t p
남학생
실험반 사전 29.4828 5.07530
-2.869 0.008 사후 32.0000 5.32514
통제반 사전 30.8214 6.04951
-0.778 0.443 사후 31.2857 5.27648
여학생
실험반 사전 30.0968 4.79135
-5.089 0.000 사후 32.9032 5.46110
통제반 사전 30.3448 5.32699
-0.722 0.477 사후 30.7586 4.93280
p<0.05 남학생의 경우 과학에 대한 태도의 세 번째 하위 영역인 ‘과학 교과에 대한 흥미 및 만족’검사 결과를 살펴보면 사전 검사에서는 실험 집단과 통제 집단의 평균이 1.3386점의 평균 차이를 보였고 사후 검사에서는 실 험 집단과 통제 집단의 평균이 0.7143점의 차이를 보였다. 실험 집단의 유의도는 p=0.008으로 p<0.05 수준에서 의미있게 나타났으나, 통제 집단 은 p<0.05 수준에서 유의미한 차이를 나타내지 않았다.
여학생의 경우 사전 검사에서는 실험 집단과 통제 집단의 평균이 0.248 차이로 평균이 비슷했으며 사후 검사에서는 실험 집단과 통제 집단의 평 균이 1.5446점의 차이를 나타내어 실험반의 평균이 향상되었다. 유의도는
수준에서 유의미한 차이를 나타내었다
p<0.05 .
4. 시범 실험이 과학 수업에 대한 흥미 및 만족에 미치는 효과
과학적 탐구, 과학 수업에의 참여도, 과학 수업에 대한 만족과 흥미 등 에 대한 학생들의 생각을 알아보는 ‘과학 교과에 대한 흥미 및 만족에 미치는 효과’영역의 사전 사후 검사 결과는․ [표 Ⅳ-4]과 같다.
과학 수업에 대한 흥미 및 만족 [표 Ⅳ-4]
성별 대상 검사 평균(M) 표준편차(SD) t p
남학생
실험반 사전 24.3448 5.58234
-3.477 0.002 사후 26.6207 4.79146
통제반 사전 25.5357 5.13869
-0.777 0.444 사후 26.0714 4.68195
여학생
실험반 사전 27.0000 4.98665
-4.692 0.000 사후 29.6774 3.60913
통제반 사전 27.5517 6.09793
0.428 0.627 사후 27.2414 4.85986
p<0.05 남학생의 경우 검사 결과를 살펴보면 사전 검사에서는 실험 집단과 통 제 집단의 평균이 1.1909점 정도의 차이를 보였으나, 사후 검사에서는 실 험 집단의 평균이 0.5493점 정도의 차이를 나타냈다. 유의도는 p<0.05 수 준에서 유의미하게 나왔다.
여학생의 경우 사전 검사에서는 실험 집단과 통제 집단의 평균이 차이로 평균이 비슷했으나 사후 검사에서는 실험 집단의 평균이 0.5517
점 정도 높게 나왔다 실험 집단의 평균은 향상한 반면 통제 집단의
2.436 .
평균은 미미한 수준에서 하락하였다. 실험 집단의 p=0.000으로 유의도는 수준에서 시범 실험에 의한 수업 처치가 효과적인 것으로 나타났 p<0.05
다.
V. 결론 및 제언
1. 결론
이 연구는 현장 수업에서 학생들의 흥미와 호기심을 유발하는 시범 실 험이 학생들의 과학에 대한 태도 변화에 얼마나 효과가 있는지 알아보기 위해 관련 단원인 공통 과학 물질 단원에서 7차시 동안 시범 실험 수업을 실시 한 후 사전 검사와 사후 검사를 통해 과학 관련 태도의 변화를 알아 보는 것을 연구의 목적으로 하였다.
연구에서 수행한 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다.
첫째, 과학에 대한 인식은 시범 실험을 수업에 적용한 실험 집단과 전 통적 수업을 적용한 통제 집단을 비교했을 때 양성 모두에게 효과가 있는 것으로 나타났다. 통제 집단에 비해 남학생 실험 집단은 p=0.009(<0.05) 여학생 실험 집단은 p=0.000(<0.05)으로 시범 실험의 적용이 학생들의 과 학의 가치에 대한 인식에 미치는 효과에 긍정적 영향을 미치는 것으로 나 탔다. 과학 교육에 대한 인식에서도 실험 집단 남학생은 p=0.038(<0.05), 여학생 집단은 p=0.002(<0.05)로 유의미한 결과를 얻었다. 과학과 과학 교과에 대한 인식에 긍정적인 영향을 미친 것으로 보아 시범 실험의 적용 은 학생들의 정의적 영역에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
둘째, 시범 실험을 적용한 실험 집단은 전통적 수업을 실시한 통제 집 단에 비해 과학 교과와 과학 수업에 대한 흥미와 만족도에 각 각 효과적
학생은 p=0.008(<0.05), 여학생은 p=0.000(<0.05)로 유의미한 결과를 나 타냈으며, 과학 수업에 대한 흥미도 항목에서는 남학생은 p=0.002(0.05), 여학생은 p=0.000(<0.001)의 유의미한 결과를 나타냈다. 교과와 수업에 대한 만족도는 과학 성취도나 과학 탐구 능력에 많은 영향을 주는 것으로 학교 현장에서 학생들의 지적 호기심을 자극할 수 있는 시범 실험 자료를 제작 개발하여 적용한다면 학생들의 과학에 대한 태도의 신장을 기대할․ 수 있을 것이다.
셋째, 과학에 대한 태도에 시범 실험이 미치는 효과를 알아보기 위해 남여학생들의 사전 사후 검사의 결과를 비교한 결과 남여 학생 모두에게․ 의미있는 영향을 나타내었다. 특히 남학생 보다는 여학생에게 인식면과 흥미 및 만족면에서 보다 긍정적인 효과를 나타낸다는 결과를 얻을 수 있 었다.
본 연구에서 얻어진 결론으로는 학생들에게 교사가 시연하는 시범 실험 수업이 학생들의 화학 교과에 대한 인식 및 화학 수업에 대한 흥미와 만 족도에 많은 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 단원의 특색에 맞고 효율적이고 재미있는 시범 실험을 개발하여 수업에 적절히 활용한다면 보 다 효과적인 수업을 기대해 볼 수 있다.
2. 제언
이 연구를 통하여 효과 적인 화학 수업을 위하여 다음과 같은 사항을 제언하고자 한다.
첫째, 각 학년별 과학 단원과 차시를 분석하여 과학에 대한 흥미와 호 기심을 자극할 수 있는 다양한 시범 실험 자료의 개발이 필요하다.
둘째, 화학 교과 교육 전문가와 실험 기구 제작자들의 협동 연구를 통 해 현장에서 쉽게 활용할 수 있는 시범 실험 기구가 제작 및 보급 되어야 겠다.
셋째, 이 연구에서는 교사의 시범 실험이 학생들의 화학 학습의 정의적 영역에 미치는 영향이 어떠한가에 대해서만 알아보았는데 차후에는 이러 한 수업 방법이 학생들의 학업 성취도와는 어떤 관계가 있는지 연구할 필 요가 있을 것이다.
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