Ⅰ. 서론
국제 사회의 시민에게 요구되는 과학적 소양을 만족하기 위해서 탐구 중심 학습(inquiry-based learning)이 과학 교육의 중요한 요소로 부각되고 있다(Kang, 2014; Chung & Lee, 2015; Hume, 2009). 기존 의 절차적인 실험활동과는 달리 최근 탐구 중심 학습은 주로 학습자 스스로가 자연 세계를 조사하여 아이디어를 제안하고 과학적 사실들 을 근거로 주장을 정당화하는 일련의 개방적 문제 해결 방식을 택하 고 있다(Kim & Park, 2012; Jung & Moon, 2014; Hume, 2009). 이러 한 방식은 학생들이 과학자의 실제 연구 과정을 경험하게 함으로써 깊이 있는 탐구가 이루어지도록 한다(Jung, Ryu, & Chae, 2012;
Hofstein & Lunetta, 2003).
이러한 취지의 일환으로 교육부는 고등학교의 과학 전문교과인
‘과제 연구’라는 과목을 도입하였다. ‘과제 연구’는 과학 계열 고등학 교 학생 또는 일반계 고등학교에서 과학 과목 중점 교육 과정을 이수 하는 학생을 대상으로 하고 있다. 토론과 조사를 거쳐 특정 과학 과제 를 선정하여 실험 실습을 수행하고 결론을 도출하여 보고서를 작성하 는 일련의 연구 과정을 체험하여 과학자가 갖추어야 할 연구 수행 능력을 기르기 위한 과목이다(MOE, 2015). 과제 연구는 일반 교과와 는 달리 학습자가 학습의 전반적인 과정에서 주도적으로 탐구를 하게 되므로 학습자의 성취를 높여주는 것은 물론이며 내적 학습 동기를
유발하고 창의성 및 문제해결 능력 신장에도 매우 효과적이다(Kang, 2014; Kim, 2009; Park, Jeong, & Lee, 2011; Zion & Mendelovici, 2012).
과제 연구 수업에서 학생들은 주제 선정부터 실험 설계 및 결론 도출까지 지속적으로 개방적 탐구 상황에 노출된다. 이때 초기에 정 해진 탐구 문제에 따라 탐구 설계와 수행이 이루어지므로 가치 있는 과학적 탐구 문제를 발견하고 제안하는 것이 과학 탐구의 시작이라고 할 수 있다(Byun, Kim, & Yoon, 2011; Yoo & Kim, 2012). 탐구 문제를 세우는 것은 창의적이고 자기주도적인 과학 탐구를 결정하는 중요한 요소로서 여러 연구에서 탐구 문제 설정의 중요성이 지속적으 로 강조되어 왔다(Park, 2005; Cho & Han, 2015; Ryu & Park, 2008;
Zion & Mendelovici, 2012). 이와 더불어 발견한 문제를 발전시키는 과정에서도 창의성이 많이 발현되므로 탐구 문제를 구체화하는 과정 의 중요성 또한 제시되어 왔다(Hwang, 2016). 그러나 선행 연구에 따르면 학생들은 주도적으로 연구를 이끌어나가는 것을 어려워하며 특히 탐구를 설계하는 것보다 스스로 탐구 문제를 정하고 발전시키는 것을 어려워하는 것으로 나타났다(Kim, 2000; Kim & Oh, 2002;
Yang, 2005; Yoo & Kim, 2012; Jhun & Jeon, 2009).
Yang(2005)의 연구에 따르면 개방적 탐구 활동을 처음 접한 학생 들 중에서 50%의 학생이 스스로 탐구 문제를 도출하는 것이 가장 어렵다고 응답하였으며, 탐구 활동을 두 번째로 접한 학생들 중에서
고등학교 과제 연구 수업에서 탐구 문제 도출 과정 탐색
이지선, 김성원
* 이화여자대학교Exploring the Development of Research Questions from High School Research Project
Jisun Lee, Sung-Won Kim*
Ewha Womans University A R T I C L E I N F O A B S T R A C T
Article history:
Received 20 March 2018 Received in revised form 1 May 2018
19 June 2018
Accepted 21 June 2018
Research Projects allow students to experience of scientific research by conducting experiments on specific scientific subjects and writing reports. The process of research begins as students find and propose research questions and its importance has been consistently emphasized. In this study, we developed various strategies to support students to draw research questions and applied to each phase. We analyzed how students’ research questions were developed at different phases. The program consists of five phases, such as (1) Exploration, (2) Literature Review and Data Collection, (3) Modification and Extension, (4) Sharing and Evaluation, (5) Final Selection and Research Plan. The program was applied to high school Research Project for 12 hours. A total of 13 students were divided into four groups of 3-4 students and conducted researches. The results of each student’s research process and final research plans were then collected and analyzed. The overall quality of research questions produced by the students showed improvement in each phase. Each strategy improved in various aspects of the research questions at each level. Students were able to find their own area of interest in the ‘Exploration’ phase and then they began to suggest verifiable plans in the ‘Literature and Data Collection’ phase. They were able to find a variety of variables under the ‘Modification and Extension’ phase, whereas the precision of research questions improved in the ‘Sharing and Evaluation’ and the ‘Final Selection and Research Plan’ phase.
Keywords:
Research Project,
Finding Research Questions, Making Research Questions, Problem-finding
* 교신저자 : 김성원 ([email protected]) http://dx.doi.org/10.14697/jkase.2018.38.3.319
Journal of the Korean Association for Science Education
Journal homepage: www.koreascience.org
43.7%의 학생이 탐구를 설계하는 것이 가장 어렵다고 응답하였다.
또한 학생들이 탐구 문제를 발전시켜나가는 과정을 분석한 연구들에 의하면 학생들이 초기에 도출한 탐구 문제가 탐구 수행 도중 변경되 지 않고 마지막 단계까지 유지되는 것이 아니라, 연구 단계를 거치면 서 수정되거나 구체화되며 때로는 다른 주제로 변경되기도 하는 것으 로 보고되고 있다(Park, 2005; Yoo & Kim, 2012). 따라서 과학적 탐구 문제 도출을 돕기 위한 전략을 마련하고, 학생들이 어떠한 과정 을 거쳐 탐구문제를 설정하며 탐구 설계 시 이를 어떻게 발전시키는 지 알아보는 것은 매우 중요하다(Kim & Park, 2012; Park, 2005).
본 연구에서는 고등학교 과제연구 수업에서 학생들의 탐구 문제 도출을 돕기 위한 다양한 전략을 수업에 적용하고, 각 과정에 따라 학생들의 탐구 문제가 어떻게 변경되어 최종 탐구 문제까지 이어지는 지 탐구 문제의 도출과정을 구체적으로 살펴보고자 한다. 이로써 학 생이 주도적으로 탐구 문제를 설정하고 탐구를 설계할 수 있도록 돕 는 교수학습 전략에 대한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
Ⅱ. 연구 방법 1. 연구 대상
본 연구는 경기도에 위치한 일반 고등학교에 2016년도에 개설된
‘과제 연구’ 과목을 대상으로 진행되었다. 이 수업은 ‘클러스터’방식 으로 운영되었다. 경기도 교육청에서 2012년에 도입한 클러스터 수업 은 재학 중인 학교에서는 신청자가 적어 수강할 수 없는 심화과목이 나 전문과목을 인근 2∼4개 학교를 묶어 개설하는 방식이다. 본 수업 에는 주변 3개고 학생들 중 과제 연구 과목 수강을 희망한 고2 학생 13명이 참여하였으며 여학생은 6명, 남학생은 7명이다. 각 3∼4명씩 한 조를 이루어 총 네 개의 조가 수업에 참여하였다. 강의를 수강하는 학생들의 학업 성취도는 대체적으로 중상위권에 속한다. 특히 학생들
은 수강을 희망하여 수업에 자발적으로 참여하였기 때문에 수업에 대한 참여도가 매우 높은 편이다.
2. 과제연구 수업 커리큘럼
과제 연구 수업은 과학적 탐구 문제의 발견부터 실험의 수행 및 보고서 작성까지 연구의 일련의 과정을 학생들이 주도가 되어 수행하 며 실험, 조사, 토론 등 다양한 방법으로 자료를 수집, 해석, 평가하는 것을 목적으로 한다. 학생들은 1년 동안 스스로 과학적 탐구 문제를 설정하고, 이에 따른 탐구 계획을 세워 수행한 뒤 탐구 보고서를 작성 한다. 이때 본 연구에서는 탐구 문제를 설정하는 4주, 총 12차시간의 수업을 대상으로 연구를 진행하였다.
학생들의 탐구 문제 설정 과정을 돕기 위하여 과학자의 탐구 문제 발견 과정을 근거로 한 다양한 탐구 문제 발견 전략을 투입하였다.
사용한 전략에 따라 수업 과정을 총 다섯 단계로 구분하였다(Figure 1). 각 단계는 ‘개방적 문제 탐색’, ‘문헌 연구 및 자료 검색’, ‘탐구 문제의 변형 및 확장’, ‘탐구 문제의 공유 및 평가’, ‘최종 선정 및 연구 계획서 작성’단계로 명명하였다. 학생들은 순차적으로 다섯 단 계를 거치며 마지막 단계에서 최종 탐구 문제를 도출하게 된다.
첫 번째 ‘개방적 문제 탐색’ 단계는 일상 속의 특정 현상 또는 이론 에 대해 탐색하며 주제를 모색하는 단계이다. 완전한 개방적 상황에 서 일상과 관련된 문제를 발견하는 것은 창의적이고 다양한 문제발견 을 돕는다는 연구 결과에 따라(Hwang & Park, 2015), 이 단계에서는 일상 상황을 개방적으로 탐색하여 과학적 질문을 찾아보도록 하였다. 특히 브레인스토밍 및 브레인라이팅 기법을 통해 발산적 사고를 촉진 하여 다양한 문제를 찾을 수 있도록 하였다. 개방적 탐색을 통해서 학생들은 본인이 평소에 관심이 있는 분야를 설정하고 그와 관련된 개략적인 세부 주제들을 확인할 수 있으며, 일상생활 속에서 궁금한 질문들을 탐구의 주제로 설정할 수 있다.
Figure 1. Detailed phases of teaching-learning program
두 번째 단계는 ‘문헌 연구 및 자료 검색’단계이다. 주어진 현상과 관련된 문헌을 연구하여 기존의 지식과 불일치하는 점이나 미완성된 부분을 찾는 것은 탐구 문제 제안을 돕기 위한 전략 중 하나이다(Park, 2009). 본 단계에서 학생들은 개방적 문제 탐색 단계에서 설정한 탐구 문제 혹은 관심 주제와 관련된 기존의 연구와 문헌을 조사하고 자료 를 검색한다. 얻은 자료를 기반으로 기존의 아이디어를 구체화시키거 나 관심 주제와 관련된 새로운 아이디어를 얻어 탐구 문제를 발전시 키는 과정을 거친다.
세 번째 단계는 ‘탐구 문제의 변형 및 확장’단계이다. 주어진 상황 을 변화시켜보거나 상황 속에 숨겨진 변인을 찾는 것은 탐구 문제를 제안하는 데에 도움을 준다(Park, 2005). 설정한 탐구 주제와 관련된 기존 선행 연구와 실험을 찾고 그 소재나 조건, 측정⋅관찰⋅적용 범위를 기존의 것과 바꾸어 생각해보거나 상황에 영향을 줄 수 있는 또 다른 변인을 찾는다. 이를 통하여 기존에 발견하지 못했던 새로운 변인들을 찾아 탐구 문제를 확장시킬 수 있다.
과제 연구 수업의 목표 중 하나는 과학적 문제 해결 과정과 결과를 공동체 내에서 공유하고 발전시키기 위하여 자신의 생각을 주장하고 타인의 생각을 이해하며 과학적 의사소통 능력을 기르는 것이다 (MOE, 2015). 따라서 동료들에게 자신의 연구를 발표하거나 동료의 연구를 비판하는 활동은 매우 중요하며 이를 통하여 상호 발전할 수 있다. 이에 네 번째 단계인 ‘탐구 문제의 공유 및 평가’에서는 동료들 앞에서 자신이 속한 조의 탐구 문제를 발표하고 자유롭게 탐구에 대 한 질문을 주고받으며 동료피드백을 받도록 하였다. 이때 받은 피드 백을 바탕으로 탐구 문제를 수정하거나 보완하였다.
마지막 단계는 ‘최종 선정 및 연구 계획서 작성’단계로, 앞의 단계 를 거치며 선발한 탐구 문제 중 탐구할 가치가 있는 연구 문제는 무엇 인지를 고려하여 최종 탐구 문제를 선정하고 연구 계획서를 작성하는 단계이다. 연구 계획서는 연구 주제, 연구의 배경 및 필요성, 연구 문제 및 간략한 연구 방법을 포함하도록 하였다. 연구 계획서를 작성 하며 연구의 목적이나 방향을 더욱 명확히 하고 실험을 설계하면서 이에 따른 적절한 탐구 문제를 서술할 수 있다.
3. 자료 수집 및 분석 가 . 자료 수집
학생들의 탐구 문제 발전 과정을 살펴보기 위하여 학생들의 포트폴 리오와 조별 연구 계획서를 연구 자료로 수집하였다. 포트폴리오는 학생들이 매 수업 시간마다 작성한 활동지와 수집한 뉴스 자료 등을 포함한다. 활동지는 조별 혹은 개인별로 작성하였으며 자료의 요약과 질문을 통해 각 단계의 활동을 충실히 수행할 수 있도록 제작되었다. 활동지에 조별로 제시한 탐구 문제와 그 문제를 제시하게 된 근거를 작성하도록 하여 각 단계마다 탐구 문제가 어떻게 발전하였는지 알아 볼 수 있도록 하였다(Figure 2). 조별 연구 계획서는 조별로 작성하는 최종 과제로서 연구 제목, 연구의 배경 및 필요성, 연구 문제, 연구 방법과 의의 등을 포함하여 작성하도록 하였다. 활동지 및 수집한 자료가 포함된 포트폴리오, 연구 계획서를 수집하고 이를 분석하여 조별 탐구 문제가 구체적으로 어떠한 과정을 거쳐 발전하는지 알아보 고자 하였다.
Figure 2. Example of worksheet
나. 자료 분석 방법
수업 단계에 따라 학생들의 탐구 문제가 어떻게 발전하거나 수정 되는지 구체적으로 알아보기 위하여 탐구 문제의 변화를 살펴보았 다. 우선 각 조별로 어떠한 탐구 문제를 도출했는지를 살펴보고, 각 단계를 거치며 내용 또는 형식적인 측면에서 어떠한 변화가 일어났 는지를 알아보았다. 2인의 연구자가 조별 탐구 문제가 다음 단계로 넘어갈 때 단어나 주제, 표현, 변인 등 어떤 부분이 변화되었으며 어 떤 특징을 가지는지 개방적으로 분석하였다. 이후 각 단계에서 제시 된 탐구 문제에 나타나는 공통된 특징을 추려내어 단계별 탐구 문제 의 특징을 제시하였다. 도출된 결론이 자료에 의해 뒷받침되는지 확 인하기 위하여 학생들의 활동지와 조사 자료 등과 비교하여 정당화 하는 과정을 거침으로써 결론의 타당성을 높이고자 하였다. 분석의 전 과정에서 2인의 연구자가 수집된 자료를 공동으로 분석하였으며 반복된 논의를 통해 합의된 결론을 도출하였다. 또한 지속적인 세미 나를 통해 과학교육 전문가, 중등 과학교사 및 과학교육 전공 대학원 생 등 7인으로 구성된 집단에서 결과 해석과 논의의 타당성을 점검 받았다.
Ⅲ. 연구 결과
1. 모둠별 탐구 문제 선정 과정
각 모둠에서는 수업 단계에 따라 탐구 문제를 Table 3과 같이 제시 하였다. 각 모둠은 A조에서 D조까지 임의로 명명되었다. 한 단계에 여러 개의 탐구 문제를 제안하는 경우도 있었다.
가 . A조의 탐구 문제 도출 과정
A조는 환경 문제에 관심이 많았다. 일상 속의 먼지나 오염과 같은 환경 문제에 대해 탐색하고자 했다. A조가 개방적 문제 탐색에서 제 시한 첫 번째 탐구 문제는 ‘먼지는 왜 다시 생겨나는가?’였다. 이후 문헌 연구 및 자료 검색 단계로 넘어가면서 ‘수질 오염’이라는 주제로 좁히게 되었다. 따라서 세제나 비누로 인한 수질 오염을 정화하는 방안이나 세제의 종류에 따른 오염 정도를 비교하는 것을 탐구 문제 로 제안하였다. 이후 세 번째 단계에서 수질관리기를 이용해 녹조를 제거한 기존의 연구를 보고, 다양한 녹조 제거 방법(황토, 자외선, 광분해 흡착제) 중 어떠한 것이 가장 효과가 있는지 측정하고자 하였 다. 공유 및 평가단계에서 이를 발표하였을 때, 동료들로부터 ‘제시한 방법이 녹조를 어떻게 잘 제거하는가?’, ‘녹조는 어떻게, 왜 생기는 가?’와 같은 질문을 받았다. 이에 녹조의 발생 조건을 구체적으로 알 아보기 위하여 ‘어느 조건에서 녹조가 잘 나타나는가?’라는 탐구 문제 를 추가하게 되었다. 마지막 연구 계획서를 작성하면서 이를 구체화 시켜 ‘각 온도에 따른 녹조의 생장속도 및 발생정도는 어떠한가?’,
‘황토, 광분해 흡착제, 동물 플랑크톤, 자외선램프, 녹조 제거제 중 어느 것이 녹조제거에 지속적이고 효율적인가?’라는 탐구 문제를 제 안하였다.
나. B조의 탐구 문제 도출 과정
B조가 첫 번째 단계에서 제시한 탐구 문제는 ‘오염된 땅에 물만 줘도 정화될 수 있을까?’, ‘잘 때 왜 움찔거릴까?’ 등이었다. 이후 문헌 연구 및 자료 검색 단계에서 차가운 물과 뜨거운 물이 화재를 진압하 는 원리에 차이가 있다는 자료를 보게 되었고, 이를 실험적으로 증명 하기 위한 ‘물의 온도에 따라 화재 진압의 효과가 다를까?’라는 탐구 문제를 제안하였다. 또한 탐구 문제의 변형 및 확장 단계에서 물의 온도 외에도 순수한 물과 계면활성제를 섞은 물의 화재 진압의 차이 가 있는지 알아보기 위한 탐구 문제를 제시했다. 공유 및 평가 단계에 서는 두 가지 실험을 모두 진행할 수 있을 것 같다는 조언을 얻은 후 마지막 연구 계획서를 작성하면서 ‘물의 온도에 따른 화재 진압 속도에 차이가 있는가?’, ‘같은 온도에서 계면활성제와 물 중 어떤 것이 화재 진압 속도에 더 효율적인가?’라는 탐구 문제를 최종적으로 제안하였다.
다. C조의 탐구 문제 도출 과정
C조는 개방적 탐색 단계에서 ‘돈벌레는 어떻게 순간적으로 빠른 속력을 낼 수 있을까?’, ‘거미줄에 점성은 어떻게 생기는가?’와 같은 탐구 문제를 제시하는 등 곤충 관련 주제 관심이 많았다. 두 번째 단계에서 곤충과 관련된 자료를 찾아보며 ‘식충식물’이라는 소재를 찾게 되었고, 식충식물의 소화액을 조사한 연구를 참고하여 식충식물
개방적 문제 탐색 문헌 연구 및 자료 검색 탐구 문제의
변형 및 확장
탐구 문제의 공유 및 평가
최종 선정 및 연구 계획서 작성
A조 ① 먼지는 왜 다시 생겨나 는가?
① 세제, 비누로 인한 수질오 염의 정화하는 방안, 어떤 세제가 덜 오염되는가?
① 황토, 자외선, 광분해 흡 착제 중 어느 것이 효과적 인가?
① 어느 조건에서 녹조가 잘 나타나는가?
② 황토, 자외선, 광분해 흡착 제 중 어느 방법이 녹조제 거에 효과적인가?
① 각 온도에 따른 녹조의 생 장속도 및 발생정도는 어 떠한가?
② 황토, 광분해 흡착제, 동물 플랑크톤(zooplankton), 자외선램프, 녹조 제거제 (화학제품) 중 어느 것이 녹조제거에 지속적이고 효율적인가?
B조
① 오염된 땅에 물만 줘도 정 화될 수 있을까?
② 잘 때 왜 움찔거릴까?
③ 고통을 계속 느끼면 그 고 통에 적응할 수 있을까?
① 물의 온도에 따라 화재 진 압의 효과가 다를까?
① 물과 계면활성제의 화재 진압 효과 비교
① 물의 온도에 따른 화재 진 압 속도에 차이가 있는가?
② 물과 계면활성제의 화재 진압 효과는 어떠한가?
① 물의 온도에 따른 화재 진 압 속도에 차이가 있는가?
② 같은 온도에서 계면활성 제와 물 중 어떤 것이 화 재 진압 속도에 더 효율적 인가?
C조
① 돈벌레는 어떻게 순간적 으로 빠른 속력을 낼 수 있을까?
② 거미줄에 점성은 어떻게 생기는가?
③ 식물은 왜 햇볕 이외에 빛 에너지로는 광합성이 불 가능한가?
① 다양한 식충식물의 소화 가능 영양소는 어떤 종류 인가?
① 빛과 벌레, 토양에 따른 식 충 식물의 생장에 차이가 있는가?
② 곤충 종류에 따른 식충식 물의 생장에 차이가 있 는가?
① 빛과 곤충의 유무에 따른 식충식물의 생장속도는 어떠한가?
② 곤충의 종류에 따른 식충 식물의 생장속도는 어떠 한가?
③ 다양한 식충식물의 소화 가능 영양소는 어떤 종류 인가?
① 빛과 곤충의 유무에 따른 식충식물의 생장속도는 어떠한가?
② 곤충 종류에 따른 식충 식물의 생장속도는 어떠 한가?
③ 식충식물의 소화액에 소 화효소는 어떤 영양소를 분해시킬 수 있는가?
D조
① 세균을 어떻게 살균하는 것이 가장 효과적인가?
② 식물 추출액으로 세균을 살균할 수 있을까?
③ 동물들 사이에도 왕따가 있을까?
① 식물 추출액으로 만든 소 독제를 이용한 세균박멸 에 더 좋은 식물은?
① 식물 추출액으로 만든 살 균제 중 어떤 식물이 살균 력이 더 높은가?
① 식물 추출액과 에탄올 수 용액을 섞은 살균제 중 어 떤 식물이 살균력이 더 높 은가?
① 피톤치드, 로즈마리, 페퍼 민트 추출액을 이용한 살 균제의 살균 효과는 각각 어떠한가?
Table 3. Research questions of groups at each phase of teaching learning program
이 소화할 수 있는 영양소는 무엇인지 알아보는 연구를 계획하였다. 다음 단계에서는 식충식물의 ‘생장 환경’이라는 변인을 추가하여 빛, 벌레, 토양 등의 환경이 생장속도에 어떠한 영향을 미치는지를 알아 보고자 하였다. 또한 곤충의 종류를 독립변인으로 추가하여 곤충의 종류에 따른 식충식물의 생장속도를 알아보기 위한 탐구 문제를 제안 하였다. 다음으로 공유 및 평가 단계에서는 피드백에 따라 생장환경 변인 중 ‘토양’을 제외하였으며, 연구 계획서에서 최종으로 제시한 탐구 문제는 ‘빛과 곤충의 유무에 따른 식충식물의 생장속도는 어떠한 가?’, ‘곤충 종류에 따른 식충식물의 생장속도는 어떠한가?’, ‘식충식 물의 소화액에 소화효소는 어떤 영양소를 분해시킬 수 있는가?’이다.
라 . D조의 탐구 문제 도출 과정
D조는 한 가지 연구 문제를 지속적으로 구체화시켰다. 처음 개방 적 탐색 단계에서 ‘세균을 어떻게 살균하는 것이 가장 효과적인가?’,
‘식물 추출액으로 세균을 살균할 수 있을까?’와 같은 탐구 문제를 제시하였다. 이후 문헌 연구 및 자료 검색을 통해 식물 추출액으로 소독제를 만들 수 있음을 확인하고 ‘식물 추출액으로 만든 소독제를 이용한 세균박멸에 더 좋은 식물은?’이라는 탐구 문제를 제안하였다.
이후 탐구 문제의 변형 및 확장, 공유 및 평가 단계에서도 비슷한 탐구 문제를 제안하였으며 최종적으로 연구 계획서에는 ‘피톤치드, 로즈마리, 페퍼민트 추출액을 이용한 살균제의 살균 효과는 각각 어 떠한가?’라는 탐구 문제를 제안하였다.
2. 수업 단계별 탐구 문제의 발전 특징
탐구 문제의 발견을 돕기 위해 마련한 전략에 따라 탐구 문제가 어떻게 변화하였는지 알아보기 위하여 수업의 단계별로 탐구 문제의 특징을 살펴보았다. 총 다섯 개의 단계를 순차적으로 거치며 탐구 문제가 내용적 또는 형식적 측면에서 어떤 질적인 변화를 보이는지 분석하였다. 학생들이 제시한 탐구 문제는 각 단계별로 유사한 특징 을 나타내었다.
가 . 개방적 문제 탐색 단계
개방적 문제 탐색 단계에서 학생들은 일상 속의 궁금증 또는 관심 주제와 관련된 의문을 찾아 탐구 문제를 제시하였다. 그러나 제시된 탐구 문제는 대체적으로 탐구 문제의 형식을 제대로 갖추지 못한 것 으로 나타났다. 특히 이 단계에서 제시된 탐구 문제에는 변인이 거의
존재하지 않는 단순 의문문 형태의 진술이 많았다(Figure 3). 대부분 의 탐구 문제는 매우 간단한 답을 요구하거나, 일상적 현상에 대한 단순한 궁금증을 의문문의 형태로 재 서술한 것이었다.
이 단계에서 제시된 대부분의 탐구 문제는 과학적 탐구가 불가능하 거나 과학적 탐구를 통해 해결하기 매우 어려운 형태로 나타났다.
이는 과학적 사실에 기반을 두어 탐구 문제를 도출하기보다 일상생활 에서 마주한 현상에 대한 궁금증을 서술한 것에 그치기 때문으로 보 인다. 예를 들어 B조는 이가 썩었던 경험을 떠올리며 ‘고통을 계속 느끼면 그 고통에 적응할 수 있을까?’라는 탐구 문제를 제시하였지만 연관되는 과학적 사실을 구체적으로 제시하지는 않았다(Figure 4).
이 외에도 A조, D조가 제시한 ‘먼지는 왜 쌓이고 생기는가?’, ‘동물들 사이에도 왕따가 있을까?’등과 같이 탐구 문제가 과학적 실험을 설계 및 수행하기가 모호하고 탐구를 통해 답을 얻기 어려운 형태를 띠었다.
뿐만 아니라 대부분의 탐구 문제가 무엇을 알아보고자 하는지 그 목적이 분명하게 드러나지 않고 단어 및 개념이 모호하게 표현되었다.
특히 C조의 경우 ‘식물은 왜 햇볕 이외에 빛에너지로는 광합성이 불 가능한가?’와 같이 부정확한 과학 지식을 이용하여 탐구 문제를 제안 하기도 하였다. 학생들이 개방적으로 탐구 문제를 찾으면서 일상적인 현상에 대한 단순한 호기심을 의문문 형태로 전환한 수준에 그쳤기 때문에 변인이 나타나지 않거나 과학적 탐구 수행이 어려운 형태를 띤 것으로 판단된다.
나. 문헌 연구 및 자료 검색 단계
문헌 연구 및 자료 검색 단계에서 학생들은 이전 단계에서 제시한 탐구 문제와 관련한 정보를 수집하고 탐구 문제를 발전시키거나 새로 운 탐구 문제를 제시하였다. 자료 검색을 통해 답을 쉽게 찾을 수 있거나 탐구가 불가능하다고 판단되는 탐구 문제는 제외되고 하나의 탐구 주제가 확정되어 가는 양상을 보였다. 가장 큰 특징은 탐구 문제 에서 변인이 등장하기 시작했다는 것이다. 예를 들어 D조는 이전 단 계의 ‘식물 추출액으로 세균을 살균할 수 있을까?’라는 질문과 관련한 자료 검색을 통해 실제 식물 추출액과 에탄올을 이용하여 친환경 소 독제를 만들 수 있다는 사실을 알게 되었다. 이에 아이디어를 얻어서 다양한 식물의 추출액으로 만든 소독제 중 가장 살균 효과가 큰 것을 찾기 위한 탐구를 고안하게 되었다. 따라서 탐구 문제도 ‘식물 추출액 으로 만든 소독제를 이용한 세균박멸에 더 좋은 식물은?’이라고 제안 하였다. ‘식물 종류’에 따른 ‘세균박멸 효과’와 같이 이전 단계에서 제시한 탐구 문제에는 등장하지 않았던 변인이 새로이 등장하였다 (Figure 5).
기존 관심사와 관련한 문헌과 자료를 찾아보며 파생되는 새로운 주제를 발견한 경우도 있었다. C조의 경우 이전 단계에서 돈벌레가 어떻게 빠른 속력을 내는지, 거미줄에 점성은 어떻게 생기는지 또는 식물의 광합성과 같이 ‘곤충’과 ‘식물’에 관한 주제에 관심을 보였다.
이후 본 단계에서 곤충, 식물을 주제로 문헌 연구 및 자료 검색을 하며
‘식충식물’이라는 주제를 새롭게 발견하게 되었다. 식충식물이 곤충을 어떻게 소화할 수 있는지 알아보다가 식충식물에서 분비되는 소화액 이 곤충을 분해한다는 사실을 알게 되었다. 이에 C조는 식충식물의 소화액이 3대 영양소인 탄수화물, 단백질, 지방 중 어떤 영양소를 분해 할 수 있는지 알아보는 탐구 문제를 제안하게 되었다(Figure 6).
A조: 먼지는 왜 다시 생겨나는가?
B조: ① 오염된 땅에 물만 줘도 정화될 수 있을까?
② 잘 때 왜 움찔거릴까?
③ 고통을 계속 느끼면 그 고통에 적응할 수 있을까?
C조: ① 돈벌레는 어떻게 순간적으로 빠른 속력을 낼 수 있을까?
② 거미줄에 점성은 어떻게 생기는가?
③ 식물은 왜 햇볕 이외에 빛에너지로는 광합성이 불가능한가? D조: ① 세균을 어떻게 살균하는 것이 가장 효과적인가?
② 식물 추출액으로 세균을 살균할 수 있을까?
③ 동물들 사이에도 왕따가 있을까?
Figure 3. Research questions in exploration phase
Figure 4. Worksheet of group B in exploration phase
D조: ① 세균을 어떻게 살균하는 것이 가장 효과적인가?
② 식물 추출액으로 세균을 살균할 수 있을까?
③ 동물들 사이에도 왕따가 있을까?
D조: ① 식물 추출액으로 만든 소독제를 이용한 세균박멸에 더 좋은 식물은?
- 자료 검색을 통해 식물 추출액과 에탄올을 이용하여 소독제를 만들 수 있음을 알게 됨.
Figure 5. Research questions of group D in literature review and data collection phase
C조: ① 돈벌레는 어떻게 순간적으로 빠른 속력을 낼 수 있을까?
② 거미줄에 점성은 어떻게 생기는가?
③ 식물은 왜 햇볕 이외에 빛에너지로는 광합성이 불가능한가?
C조: ① 다양한 식충식물의 소화가능 영양소는 어떤 종류인가?
- ‘곤충’, ‘식물’과 관련한 자료 검색을 통해
‘식충식물’이라는 주제를 발견함
- 식충식물의 소화액이 곤충을 분해한다는 사실을 알게 됨
- 식충식물의 소화액이 3대 영양소를 분해할 수 있는지 궁금해짐
Figure 6. Research questions of group C in literature review and data collection phase
B조도 마찬가지로 이전 단계에서 제시한 탐구 문제와 관련하여 물의 정화 능력이나 물의 특징 등에 대하여 자료를 검색하다가 차가 운 물과 뜨거운 물의 진화 원리에 차이가 있다는 자료를 보게 되었다. 이에 ‘물의 온도에 따라 화재 진압의 효과가 다를까?’라는 탐구 문제 를 제안하게 되었으며, ‘물의 온도’나 ‘화재 진압 효과’와 같은 변인들 을 등장시켰다. A조 또한 이전 단계에서의 관심사인 일상 속 먼지나 오염과 같은 환경문제에 대하여 조사하다가 일상에서 매일 사용하는 세제가 수질오염의 주범이라는 사실에 착안하여 세제, 비누로 인한
수질 오염을 정화하는 방안이나 세제의 종류에 따른 오염 정도를 비 교하는 것을 탐구 문제로 제안하였다.
이전 단계에서 대부분의 탐구 문제가 일상에 관련한 단순 의문이었 으나 문헌 연구와 자료 검색을 거치며 변인이 등장하고, 과학적 탐구 가 가능한 수준의 탐구 문제 형식을 갖추기 시작하였다. 또한 기존의 주제에서 파생되는 새로운 주제를 찾아 탐구 문제를 제안하기도 하고, 자료 검색을 통해 쉽게 답을 찾을 수 있는 내용은 탈락시켰다. 본인이 가지고 있는 단순한 궁금증에 더하여 문헌과 자료 검색을 통해 체계 Figure 8. Worksheet of group C in modification and extension phase
C조: ① 다양한 식충식물의 소화가능 영양소는 어떤 종류인가?
C조: ① 빛과 벌레, 토양에 따른 식충식물의 생장에 차이가 있는가?
② 곤충 종류에 따른 식충식물의 생장에 차이가 있는가?
- 빛과 곤충 유무에 따른 식충식물의 생장속도 차이를 비교하는 기존 실험에 ‘토양의 질’이라는 새로운 요인을 추가함 - ‘곤충’이라는 변인을 ‘곤충의 종류’로 확장시켜 곤충 종류에
따라서도 식충식물의 생장에 차이가 있는지 알아보고자 함
Figure 7. Research questions of group C in modification and extension phase
화된 정보를 수집하고 배경 지식을 기반으로 탐구 문제를 제시하였기 때문에 이전 단계보다 크게 향상된 탐구 문제를 제안할 수 있었다.
다 . 탐구 문제의 변형 및 확장 단계
이 단계에서는 선행연구 혹은 기존 단계에서 제시한 탐구 문제의 소재 혹은 측정⋅관찰⋅적용 범위를 기존의 것과 바꾸어 생각해보거 나 상황에 영향을 줄 수 있는 또 다른 요인을 찾아보았다. 이 활동을 통해 학생들은 기존의 실험에 새로운 변인을 추가하거나 수정하며 탐구 문제를 확장시켰다. 예를 들어 C조는 빛과 곤충의 유무에 따른 식충식물의 생장속도를 비교해보는 기존 실험에 다양한 요인을 추가 혹은 확장시켰다(Figure 7). 기존의 빛과 곤충 외에 ‘토양의 질’이라는
새로운 요인을 추가하여 식충식물의 생장속도에 미치는 영향을 알아 보고자 하였다. 뿐만 아니라 빛, 곤충, 토양의 질과 같은 생장환경 외에도 파리, 모기, 하루살이 등과 같은 ‘곤충의 종류’에 따라 식충식 물의 생장에 차이가 있는지 알아보고자 하였다. 따라서 C조는 본 단 계에서 ‘빛과 벌레, 토양에 따른 식충식물의 생장에 차이가 있는가?’,
‘곤충 종류에 따른 식충식물의 생장에 차이가 있는가?’라는 2가지의 탐구 문제를 제시하였다(Figure 8).
A조는 수질을 정화시키는 방안에 대해 알아보던 중 녹조로 오염된 강물을 정화하는데 광분해흡착제를 이용하여 그 효과를 확인하는 기 존의 실험을 알게 된다. 이에 광분해흡착제 외에도 녹조를 제거할 수 있는 다양한 방안들을 찾아보다가 자외선이나 황토 또한 녹조 제 거에 효과가 있음을 찾아낸다. 따라서 다양한 방법의 녹조 제거 효과 A조: ① 세제, 비누로 인한 수질오염의
정화하는 방안, 어떤 세제가 덜 오염되는가?
A조: ① 황토, 자외선, 광분해 흡착제 중 어느 것이 효과적인가?
- 기존 광분해흡착제를 이용한 녹조 제거 실험에서 광분해흡착제 외에 황토, 자외선을 추가함 - 광분해흡착제, 황토, 자외선의 녹조 제거 효과를
비교하고자 함
Figure 9. Research questions of group A in modification and extension phase
A조: ① 황토, 자외선, 광분해 흡착제 중 어느 것이 효과적인가?
A조: ① 어느 조건에서 녹조가 잘 나타나는가?
② 황토, 자외선, 광분해 흡착제 중 어느 방법이 녹조제거에 효과적인가?
Q. 황토, 자외선, 광분해흡착제가 ‘무엇’에 효과적인지 서술하지 않았다.
Q. 그렇다면 녹조는 어떠한 환경에서 잘 생기는가?
B조: ① 물과 계면활성제의 화재 진압 효과 비교
B조: ① 물의 온도에 따른 화재 진압 속도에 차이가 있는가?
② 물과 계면활성제의 화재 진압 효과는 어떠한가?
Q. ‘화재 진압 효과’의 의미가 무엇인가? 피해 범위, 그을린 면적, 소화까지의 시간 등 무엇을 의미하는지 제시되어 있지 않다.
Q. 이전 단계에서 제시한 물의 온도에 따른 진압 속도 비교 실험도 함께 할 수 있을 것 같다.
C조: ① 빛과 벌레, 토양에 따른 식충식물의 생장에 차이가 있는가?
② 곤충 종류에 따른 식충식물의 생장에 차이가 있는가?
C조: ① 빛과 곤충의 유무에 따른 식충식물의 생장속도는 어떠한가?
② 곤충의 종류에 따른 식충식물의 생장속도는 어떠한가?
③ 다양한 식충식물의 소화가능 영양소는 어떤 종류인가?
Q. 빛과 벌레, 토양 등의 조건을 어떠한 방식으로 조절할 것인가?
밝기, 벌레 수, 토양 질 등을 조절할 것인지 그 유무에 따른 결과를 비교할 것인지 불분명하다.
Q. 곤충, 벌레 두 가지 단어를 혼용하는 이유는 무엇인가?
Q. 식충식물의 생장은 무엇으로 판단할 것인가?
Q. 이전 단계의 탐구 문제(소화가능 영양소 확인)도 동시에 진행할 수 있을 것 같다.
Figure 10. Research questions of group A, B and C in sharing and evaluation phase
를 비교하는 ‘황토, 자외선, 광분해 흡착제 중 어느 것이 효과적인가?’
라는 탐구 문제를 도출해낸다(Figure 9).
B조도 마찬가지로 ‘물의 온도’에 따른 화재 진압의 효과를 확인하 고자 하는 기존의 탐구 문제에 새로운 요소를 추가하여 ‘물과 계면활 성제’의 화재 진압 효과를 비교해보고자 하였다. 이처럼 탐구 문제의 소재나 조건을 바꾸어 생각해보고 상황에 영향을 미치는 요인을 찾아 보는 활동을 통하여 학생들은 기존에 생각하지 못했던 요인들을 고려 하거나 변인을 확장 또는 추가하였다.
라 . 탐구 문제의 공유 및 평가 단계
탐구 문제의 공유 및 평가 단계에서 학생들은 자신이 속한 조의 탐구 문제를 동료들에게 소개하고 간략한 연구 방법을 설명하였으며 이를 서로 평가하고 질문이나 조언을 자유롭게 주고받았다. 그 동안 의 탐구 문제가 어떤 과정을 통하여 도출되었는지도 함께 설명하였다. 동료 피드백 활동을 거쳐 도출된 탐구 문제는 이전 단계의 탐구 문제 보다 더욱 정확하고 구체적으로 서술되는 특징을 보였다(Figure 10).
그 예로 A조는 ‘황토, 자외선, 광분해 흡착제 중 어느 것이 효과적인 가?’라는 탐구 문제에서 ‘무엇에 효과적인지를 서술하지 않았다’는 지적에 ‘황토, 자외선, 광분해 흡착제 중 어느 방법이 녹조제거에 효과 적인가?’라는 정확한 표현으로 수정하였다. 또한 B조는 기존에 물의 온도에 따른 ‘화재 진압 효과’라는 표현을 사용하였으나, ‘화재 진압 의 효과가 그 피해의 범위를 말하는 것인지 불이 꺼지는 속도를 말하 는 것인지 불분명하다’는 지적에 ‘화재 진압 속도의 차이’라는 구체적 인 표현을 사용하였다. C조 또한 ‘빛과 벌레, 토양에 따른’ 식충식물의 생장속도를 알아본다는 표현에서 ‘빛과 곤충의 유무에 따른’이라는 표현을 사용하여 무엇을 알아보고자 하는지 더욱 명확히 표현하였다. 동료들에게 탐구 문제를 설명하고 이해시키는 과정이 탐구 문제를 더욱 구체적이고 정확하게 표현하도록 기여한 것으로 판단된다.
이 단계에서 또 한 가지 두드러지게 나타나는 특징은 탐구 문제가
여러 개로 제시되며 연구가 확장된다는 점이다. 학생들은 이전 단계 에서 제시했던 탐구 문제를 수합하거나 새로운 탐구 문제를 추가하여 여러 개로 제시하였다. 예를 들어 A조가 ‘황토, 자외선, 광분해 흡착제 중 어느 것이 효과적인가?’라는 탐구 문제를 발표하였을 때 동료들로 부터 A조가 제시한 방법이 어떤 원리로 녹조를 제거하는 지, 그렇다 면 녹조는 어떠한 환경에서 잘 생기는지에 관한 질문을 받게 되었다.
이에 녹조가 어떠한 환경에서 가장 잘 발생하는 지를 비교하고자 ‘어 느 조건에서 녹조가 잘 나타나는가?’라는 탐구 문제를 추가하였다.
또한 B조와 C조의 탐구 문제에 대해서 동료들은 이전 단계에서 제시 했던 탐구 문제도 동시에 실험이 가능할 것 같다는 의견을 제시하였 다. 이에 B조와 C조는 이전 단계에서 제시했지만 다시 제외했던 탐구 문제까지 목록에 추가하게 된다. 이처럼 탐구 문제를 동료들과 공유 하고 조언과 격려를 주고받는 활동을 통해 학생들은 탐구 문제를 더 욱 정확하고 구체적으로 서술하였으며 탐구 문제를 여러 개로 추가하 여 연구의 범위를 확대할 수 있었다.
마. 최종 선정 및 연구 계획서 작성 단계
마지막 단계에서는 탐구 문제를 최종적으로 선택하고 연구 계획서 를 작성하였다. 연구 계획서에는 연구의 배경 및 필요성과 실험 방법, 연구의 의의 등의 내용을 포함하도록 하였다. 학생들은 탐구 문제를 해결하기 위한 실험을 고안하고 계획하면서 탐구 문제를 조금씩 수정 하였다. 이 단계에서의 탐구 문제는 이전의 것들과 크게 달라지지 않았지만 변인이 더욱 구체적으로 서술되는 양상을 보인다. A조는
‘어느 조건에서 녹조가 잘 나타나는가?’라는 기존의 탐구 문제에서
‘각 온도에 따른 녹조의 생장속도 및 발생정도는 어떠한가?’라는 탐구 문제를 서술하였다(Figure 11). ‘어느 조건’이라는 포괄적인 표현 대 신 ‘각 온도’라는 변인을 구체적으로 제시하였으며, 녹조가 ‘잘 나타’
난다는 표현 대신 ‘생장속도 및 발생정도’라는 명확한 요인을 제시하 였다. 또한 녹조 제거에 효과적인 방법을 찾기 위해 ‘황토, 자외선, A조: ① 어느 조건에서 녹조가 잘 나타나는가?
② 황토, 자외선, 광분해 흡착제 중 어느 방법이 녹조제거에 효과적인가?
A조: ① 각 온도에 따른 녹조의 생장속도 및 발생정도는 어떠한가?
② 황토, 광분해 흡착제, 동물
플랑크톤(zooplankton), 자외선램프, 녹조 제거제(화학제품) 중 어느 것이 녹조제거에 지속적이고 효율적인가?
- ‘어느 조건에서’ → ‘각 온도에 따른’
- ‘잘 나타나는가’ → ‘생장속도 및 발생정도는 어떠한가’
- ‘황토, 자외선, 광분해 흡착제’ → ‘황토, 광분해 흡착제, 동물 플랑크톤(zooplankton), 자외선램프, 녹조제거제(화학제품)
Figure 11. Research questions of group A in final selection and making research plan phase
D조: ① 식물 추출액과 에탄올 수용액을 섞은 살균제 중 어떤 식물이 살균력이 더 높은가?
D조: ① 피톤치드, 로즈마리, 페퍼민트 추출액을 이용한 살균제의 살균 효과는 각각 어떠한가?
- ‘식물 추출액과 에탄올 수용액을 섞은 살균제’ →
‘피톤치드, 로즈마리, 페퍼민트 추출액을 이용한 살균제’
Figure 12. Research questions of group D in final selection and making research plan phase
광분해 흡착제’를 적용하는 것 외에도 ‘동물 플랑크톤(zooplankton), 녹조제거제(화학제품)’를 추가하였으며, ‘자외선’ 대신 ‘자외선램프’
라는 명확한 명칭을 사용한다.
D조도 마찬가지로 살균력을 비교하기 위한 탐구 문제 중 ‘식물 추출액’이라는 표현대신 ‘피톤치드, 로즈마리, 페퍼민트 추출액’라는 구체적인 변인을 제시하였다(Figure 12). 학생들이 연구 계획서를 작 성하는 과정에서 실험 방법을 직접 설계하고 실험 물품을 조사하면서 연구 문제에 포함된 변인도 더욱 명확하게 표현하게 된 것으로 보인다.
Ⅳ. 결론 및 논의
본 연구에서는 학생들의 탐구 문제 도출을 돕기 위한 여러 가지 전략을 단계별로 수업에 투입하고 학생들의 탐구 문제가 각 과정을 거치며 어떻게 변화하는지 알아보았다. 학생들의 탐구 문제는 일련의 과정을 거치며 점진적으로 명확해졌으며, 최종적으로 탐구 문제를 도출하고 그에 따른 연구 계획을 세울 수 있었다. 이처럼 수업에 투입 된 전략은 각각 탐구 문제의 다양한 측면의 발달을 촉진시키며 탐구 문제의 도출을 도왔다. 각각의 전략을 수업에 단계적으로 투입하고 각 전략을 충분히 수행할 수 있는 활동을 마련하여 학생들이 충분히 탐구 문제에 대해 탐색할 수 있는 기회를 제공해야 한다.
개방적 문제 탐색 단계에서는 학생들이 일상을 탐색하며 관심 있는 주제를 모색하였다. 이 단계의 탐구 문제는 과학 연구의 탐구 문제로 적절하지 않거나 단어 및 개념이 모호하게 표현되었지만 학생들이 본인의 관심 분야를 확인하고 아이디어를 얻는 기제로 작용하였다.
따라서 다양한 주제를 탐색하는 것이 매우 중요하나 제한된 수업시간 내에 본인의 평소 궁금증이나 일상에서의 의문들을 발견하기에는 한 계가 있었다. 그러므로 개방적 탐색 활동을 과제의 형태로 제시하는 등 수업시간 외에도 충분한 탐색이 이루어질 수 있는 시간을 제공해 야 한다.
문헌 연구 및 자료 검색 단계에서는 기존의 선행 연구 등의 자료를 통해 과학적 정보를 수집하고 이를 바탕으로 탐구 문제를 도출하였다. 이 과정을 거치며 관심 주제가 구체화되고 실현가능한 과학적 탐구 문제가 등장하기 시작했다. 정확한 과학적 정보를 습득하고 이를 기 반으로 검증 가능한 탐구 문제를 제안하게 되어 수준이 매우 향상되 는 것으로 보인다. 이 활동에서 얻은 탐구 문제는 대부분 최종 탐구 문제로 직결되었으며 연구의 방향을 정하는데 중추적인 역할을 하였 다. 따라서 교사는 학생들이 인터넷 검색 외에도 다양한 자료를 찾을 수 있도록 검색 가이드를 제공해야 한다. 논문 및 선행연구를 검색하 는 방법이나 관련 서적, 뉴스 자료를 활용하는 방법 등 다양한 형태의 자료를 체계적으로 수집할 수 있도록 사전에 지도하여야 한다.
탐구 문제의 변형 및 확장 단계에서는 선행 연구 혹은 기존의 탐구 문제에서 소재나 범위를 바꾸어 생각해보거나 새로운 요인을 찾아보 는 활동을 통하여 탐구 문제의 변인을 확장하거나 새로운 변인을 추 가시킬 수 있었다. 측정 범위나 종류 등의 여러 가지 조건들을 다양하 게 대입해보고 변화시켜보는 것이 상황에 영향을 줄 수 있는 추가적 인 변인들을 찾는 데에 도움이 되었다. 특히 완전히 새로운 변인을 찾는 것보다는 기존의 것들에 한두 가지 조건을 추가하거나 기존의 변인을 세분화하는 등 큰 틀에서 벗어나지 않는 것이 오히려 도움이 되었다. 예를 들어 ‘빛과 벌레’에 ‘토양’이라는 조건만을 추가하거나
‘곤충’을 ‘곤충의 종류’로 확장시키는 것만으로도 새로운 탐구 문제를 발견해낼 수 있었다. 또한 기존 연구나 추가적인 요인들을 찾기 위해 자료 검색을 필수적으로 해야 하므로 ‘문헌 연구 및 자료 검색’과
‘탐구 문제의 변형 및 확장’의 두 단계는 독립적으로 행해지는 것이 아니라 병렬적으로 함께 진행되거나 순환적으로 이루어지도록 하는 것이 좋다.
탐구 문제의 공유 및 평가 단계에서는 동료들에게 탐구 문제를 설명하고 질문을 주고받는 과정을 통해 탐구 문제를 더욱 정확하고 구체적으로 서술할 수 있었다. 그러나 자유롭게 피드백을 주고받도록 한 결과 대부분의 피드백이 탐구 문제를 얼마나 정확하게 서술했는지 에 초점이 맞추어졌다. 탐구의 실험적 실현가능성이나 탐구 주제의 가치, 필요성 등을 종합적으로 고려한 피드백이 주어질 수 있도록 교사가 최소한의 가이드를 제공해야 한다. 예를 들어 평가 준거가 포함된 활동지를 제공하고 의견을 서술하게 하는 것만으로도 큰 도움 이 될 것이다. 이는 피드백의 질적 보완을 위해 평가 준거를 제공해야 한다는 선행연구의 주장과도 일맥상통한다(Kim, 2011).
이처럼 다양한 전략이 종합적으로 주어졌을 때 탐구 주제를 정하고 탐구 문제를 점차 발전시켜 최종적으로 탐구를 설계해나갈 수 있었다.
따라서 여러 가지 전략을 투입하여 탐구 문제의 도출을 돕는 수업을 마련해야 한다. 특히 앞서 제시된 다섯 가지 단계 외에도 ‘예비실험’
단계를 포함할 것을 제안한다. 학생들의 탐구 문제는 초기에 도출된 대로 유지되는 것이 아니라 실험 수행 등의 연구 단계를 거치며 수정 되거나 변경되기도 한다(Park, 2005; Yoo & Kim, 2012). 그러므로 예비실험을 통해서 실험을 직접 수행해보고 탐구 문제가 실제 실험으 로 검증가능한지를 확인한 뒤 세부 사항들을 조정하는 과정이 필요하 다. 이는 실현가능한 탐구 문제를 도출하고 탐구를 설계하는 것에 도움이 될 것이다. 다만 본 연구의 대상은 경기도 소재의 고등학교 2학년 13명으로 한정되어있다. 이 학생들은 과제연구 수업의 수강을 자원한 학생들로 과학 및 탐구에 대한 흥미나 수업참여도가 높은 학 생들이므로 연구 결과를 일반화하는 데에 한계가 따른다.
국문요약
‘과제 연구’는 토론과 조사를 거쳐 특정 과학 과제를 선정하여 실험 실습을 수행하고 결론을 도출하여 보고서를 작성하는 일련의 연구 과정을 체험하기 위한 과목이다. 이때 가치 있는 과학적 탐구 문제를 발견하는 것은 연구의 시작이라고도 할 수 있으며 그 중요성이 지속 적으로 강조되어 왔다. 본 연구에서는 고등학교 과제연구 수업에서 학생들의 탐구 문제 도출을 돕기 위한 다양한 전략을 마련하여 단계 별로 적용하였다. 각 과정을 거치며 학생들의 탐구 문제가 어떻게 발전해 가는지 구체적으로 살펴보았다. 수업은 (1)개방적 문제 탐색, (2)문헌 연구 및 자료 검색, (3)탐구 문제의 변형 및 확장, (4)탐구 문제의 공유 및 평가, (5)최종 선정 및 연구 계획서 작성 단계로 이루 어져 있다. 이를 경기도에 위치한 일반고등학교 과제 연구 수업에 12차시 동안 적용하였다. 총 13명의 학생들은 3-4명씩 4개의 조를 이루어 연구를 수행하였다. 학생들의 연구 과정이 담긴 포트폴리오 및 연구 계획서를 수집하여 탐구 문제의 도출 과정을 조사하였다.
그 결과 학생들이 제시한 탐구 문제는 수업의 각 과정을 거치며 점차 구체화되었다. 또한 각 조가 도출한 탐구 문제는 수업의 각 단계에
따라 유사한 특징을 나타내었다. 개방적 문제 탐색 단계에서 관심 주제를 확인하고 문헌 연구 및 자료 검색을 통해 실현 가능한 과학적 탐구 문제를 제시하기 시작했다. 탐구 문제의 변형 및 확장을 통해 탐구 문제와 관련된 다양한 변인을 찾을 수 있었으며 이를 동료들에 게 공유하고 연구 계획서를 작성하면서 탐구 문제를 정확하고 구체적 으로 서술할 수 있었다. 탐구 문제 도출을 돕기 위한 전략을 다양하게 투입함으로써 탐구 문제의 여러 가지 측면을 발전시키고 학생이 주도 적으로 탐구 문제를 도출하도록 도울 수 있었다.
주제어 : 개방적 탐구, 탐구 문제, 탐구 문제 발견, 과제 연구, 프로젝트 수업
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