1
9강.과학영재교육 방향
경인교육대학교 신명경
영재프로그램의 방향
영재프로그램의 방향을 살펴보면 다음과 같이 나열할 수 있다.
속진
중요한 개념의 통합
고차원적 사고를 유발하는 발문 열린 문제, 열린 사고 기회의 제공 창의성의 강조-도전적인 문제의 제공 학습자 중심의 실생활 사례의 응용
메타인지와 자기주도적 학습행태의 강조 다학문간 연계의 강조
3
수업의 모듈화
영재수업을 기획할 때에는 다음과 같은 점을 고려할 필요가 있다.
-학생의 수준과 수요도, 수업상황에 대한 보다 심도있는 고려와 배려 -교사 전문성의 수준향상을 통해 구현
-다학문간 접근이 가능
-주어진 교육과정에서도 교사에 따른 편차가 커짐 -지속적인 교육프로그램의 발전을 꾀할 수 있음
과학구성요소
태도, 기능, 지식
과학태도: 지적, 감성적 모두 포함 예) 호기심,합리성, 객관성, 판단유보,비판적, 개방성, 겸손과 회의, 협동심, 실패의 긍정적 수용
과학과정기능: 평생학습기능으로 이어져야 -지식을 어떻게 습득하는가를 아는 것
-과정기능요소: 기초과정기능(관찰,분류,시공간관계사용, 수사용, 의사소통, 측 정, 추정, 예상, 추리, 조작, 일반화, 재현) 통합과정기능(변인동정, 통제),조작 적 정의, 가설설정, 실험, 그래프 작성, 데이터해석, 모델설정, 조사, 의사결 정)
-통제된 탐구: 독립변인, 종속변인, 통제변인 (Activity: 벌이야기)
5
영재판별도구로 쓰이는 “벌 이야기”소개
Diet Cola Test 채점 기준(Fowler, 1990)
유의 사항
▪각 항목에 해당하는 기능(skill)이 나올 때마다 1점씩 부여한다.
▪같은 기능이 두 번나오면 2점을 부여한다.
▪아무것도 쓰지 않았거나, 실험을 기술하는 데 실패한 경우에만 0점이 주어진다.
평가 준거
1. 3 단계 이상의 순차적 실험과정을 기술하고 있는가?(
2. 실험 시 안전 사항을 고려하고 있는가?(safety)
3. 문제나 질문을 진술하고 있는가?(defining operationally)
4. 결과를 예측하고, 가설을 설정하고 있는가?(predicting and formulating hypothesis) 5. 실험 준비물 목록을 작성하고 있는가?(experimenting)
6. 실험의 각 용어들을 정의하고 있는가?(defining operationally) 7. 관찰 계획이 있는가? (1.observing)
8. 측정 계획이 있는가?(3. measuring)
9. 데이터 수집 계획이 있는가?(formulating model) 10. 데이터 해석을 위한 계획이 있는가?(interpreting)
11. 데이터에 근거하여 결론을 도출하기 위한 계획이 있는가?(interpreting) 12. 변인을 확인하고 있는가?(controlling variables)
13. 변인을 통제하기 위한 수단을 계획하고 있는가?(controlling variables) 14. 반복 실험을 계획하고 있는가?(
우리나라 대학부설 영재원에 다니는 천여명의 학생을 대상으로 연구한 결과이다. 대다수의 결과가 매우 저조함을 볼 수 있 다. 높은 비율을 나타내는 항목은 단순한 인지만으로 해결하는 과정에 해당됨을 알 수 있고, 기획이나 자료해석 등의 복잡 한 탐구과정은 매우 낮다.
3-s tepped des ign s afety rule
des cription of problem
formulating hy pothes is
lis t of material defining
experiment jargons
obs ervation plan meas uring plan
data collection plan
interpreting plan
inferring plan
controlling variables reiterating
experiment plan
defining variables
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
7
남여학생의 비교값을 보면 별차이가 나지 않음을 알 수 있다. 오히려 여학생들이 더욱 실험설계에 있어서 우수한부분이 많 다.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
3- st ep pe d de si gn sa fe ty ru le
de sc rip tio n of p ro bl em fo rm ul at in g hy po th es is
lis t o f m at er ia l
de fin in g ex pe rim en t j ar go ns
ob se rv at io n pl an m ea su rin g pl an
da ta c ol le ct io n pl an in te rp re tin g pl an
in fe rri ng p la n de fin in g va ria bl es
co nt ro llin g va ria bl es re ite ra tin g ex pe rim en t p la n
male female
영재원에 다닌 기간에 따른 비교이다. 영재원에 더 오래 다녀도 실험 설계능력은 크게 나아지지 않고 있다.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
3- st ep pe d de sig n sa fe ty ru le
de sc rip tio n of p ro ble m fo rm ula tin g hy po th es is
lis t o f m at er ia l
de fin in g ex pe rim en t ja
rg on s
ob se rv at io n pla n m ea su rin g pla n
da ta c olle
ct io n pla n in te rp re tin g pla n
in fe rrin g pla n
de fin in g va ria ble s co nt ro llin g va ria ble
s
re ite ra tin g ex pe rim
en t p la n
less than 1yr
less than 2yr
over 2 years
9
초등학생과 중등학생(영재원에 재학중인)의 비교값에서도 큰 차이가 나지 않는다.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
3- st ep pe d de si gn sa fe ty ru le
de sc rip tio n of p ro bl em fo rm ul at in g hy po th es is
lis t o f m at er ia l
de fin in g ex pe rim
en t j ar go ns
ob se rv at io n pl an m ea su rin g pl an
da ta c ol le ct io n pl an in te rp re tin g pl an
in fe rri ng p la n de fin in g va ria bl es
co nt ro llin g va ria bl es re ite ra tin g ex pe rim
en t p la n
elementary s econdary
Diet cola test는 과학영재교육에서 다음과 같은 시사점을 제공한다.
-과학영재교육에서 중요한 것은 학생들이 문제를 구조화하고 자신의 실험을 구 안하는 것이다.
-단순한 지식을 습득하고 재생해서 답을 맞추는 식의 이해는 과학영재교육의 적절한 방향이 아니다.
-과학영재교육에서 선행학습이나.어려운 개념을 설명하는 것이 주가 되는 것은 문제가 있다. 과학탐구의 핵심이라고 할 수 있는 질문의 구조화와 실험설계 는 중요한 과학영재교육의 방향이다. 이 연구 결과 우리의 영재교육의 방향 에서 과학실행에 대한 실습, 과학탐구의 총체적 경험이 더욱 중요함을 알 수 있다.
11
예시: 수업모듈 개발의 과정
- 날씨를 주제로한 수업모듈을 기획하는 교사의 상황을 다음과 같이 구 조화 할 수 있다. 과학영재수업을 기획하는 과정에서 벤치마킹할 수
있는 과정이라 생각되어 소개한다.
모듈과정
I.아래의 주요 질문에 대해 토의를 한다
아이들은 이 주제에 관련된 어떤 내용을 알고 있을까?
우리의 아이들을 미니 기상학자로 만들길 원하는가?
구성주의적 접근을 위해 무엇을 해야할까?
구성주의 단원에 적합한 결과들이 있는가?
학생들로부터 어떤 구체적 결과를 얻어내고자 하는가?
이 모듈의 특성은 무엇인가?
II. 날씨와 관련된 주제들의 웹을 만든다
13
V. 핵심질문을 설명하는 선택된 대개념
A.날씨는 물질과 에너지 사이의 상호작용의 결과다 B.날씨는 인간에 영향을 또 인간은 날씨에 영향을 … C.기후의 영향은 지구의 형태를 바꾸어왔다
D.지구의 형태는 지역의 기후와 날씨에 영향을 미친다.
VI.모듈 제목을 토의해보자(Brainstormed)
VIII. 개념도
IX.Hook를 어떻게 할지 논의 X. 모듈주제들의 최종 웹과 계획 XI. 모듈에 대한 과학자의 자문
1.날씨에 영향을 미치는 것은?
2.날씨 상태에 영향을 미치는 기후는 시간에 따라 어떻게 변화하는가 3.날씨를 예측하는 주요 변수들을 측정하는데 어떤 기술이 활용되는지.
4. 날씨가 우리생활에 직접적인 영향을 미치는가?
어떻게?
5.날씨가 지구전체를 대상으로하는 이슈들에 영향을 미친다면 어떻게 ? (자연재해냐 인재냐)
III. 핵심질문을 만들자
각 참여자가 3-4개의 질문을 만들고 각자의 질문을 보면서 비슷 한 것끼리 묶어가며 대질문을 만들어보자 : 예를 들면
15
IV. 결정된 핵심질문의 평가
선택과 토의:-사전 사후 검사
-학생들이 평가를 하기위한 개념들
-사례연구는 각 상황에 맞는 문제해결을 요하는 우수한 평가를 제공한다.
평가: 모둠단위로 이루어진다. 수업: 아래 질문들중 하나의 사례에 대한 질 문 하나를 개발한다.
사례연구: 지구의 평균대기온도가 섭씨 2도정도 내년에 상승할 것이다.
1. 이것이 우리 지역에 어떤 영향을 미치는가(습도, 기압, 바람, 열 등) :핵심 질문1
2.이러한 온난화추세가 주는 암시는 무엇이고 인류에 미치는 영향은 ? : 핵 심질문 2,3,4,
3. 이 사례연구의 예측은 어떻게 만들어 졌는가 : 핵심질문 1,3,
4.자연자해와 인재는 온도의 예상된 상승에 연관이 있는가?: 핵심질문 1,2,5
모듈의 개요
1.제목 2.목차
3.Rationale/간단한 기술/Sources/다학문적 측면 4.내용을 정리한 웹 및 설명
5.어떻게 모듈을 이용할지 방안에대한 이야기 6.조사-4개정도의 학생활동내용을 준비
7.마지막 활동은 학생들이 뭔가 해보는 것으로 (발표와 직접 행동으로 옮기는 것등)
8. 참고문헌 (학생참고문헌/ 교사참고문헌) 9. Resource People
10. 만든이/모듈의 활용
11.모듈 제작 일지(처음 시작한날, 모임의 과정, 기획안 제작일, 최종 마무리가 된 일자 등등)
17
과학영재수업에서 활용할 수 있는
과학탐구의 비계제공을 위한 과학글쓰기
단계 1: 동기화
학생들은 모두 과학노트를 준비하게 한다. 과학시간이 되면 학생들은 과학노트 를 자동적으로 꺼내어 오늘의 날짜를 쓴다. 교수-학습 계열에서의 첫 번째 단계는 학생들이 활동에 대해 흥미를 가지게 하는 동기화과정이다. 어떤 질 문을 할지, 어떤 조사를 해야할지 등에 대해 다양하게 브레인 스토밍하는 과 정이 포함된다. 이 과정에서는 이전에 했던 조사탐구과정이나 자신이 알고 있는 지식을 어떻게 활용하고 연계되는지를 알아보는 것이 중요하다.
이 단계에서는 학생들이 탐구조사해야할 내용과 관련한 토의를 하도록 한다.
토의가 원활하게 진행하기 위해서는 학생들이 탐구해야할 중심 질문을 써보 도록 하는 것도 도움이 된다. 예를 들어 ‘전자석의 세기’와 관련된 활동이 라면 ‘전자석의 세기에 영향을 주는 것은 무엇일까?’라는 포괄적인 질문을 학생들에게 던지고, 이를 구체적인 실험활동을 위한 질문이 되게끔 토의하 게 한다. 학생들은 ‘에나멜선을 더 많이 감으면 전자석은 세어질까?’와 같 은 구체적인 질문으로 발전시키게 된다. 이때, 학생들은 개별화된 질문을 만 드는 것보다는 모둠별로 질문을 함께 만들어 보도록하면 더 효과적이다.
탐구계획 -탐구 질문
변화시킬(조작) 변인 관찰할 /측정할 변인
-예상: 위의 두 변인을 포함한다.
-탐구과정 조작변인
통제해야할(같게 만들어야할 ) 변인 관찰할/측정할 변인
-관찰 혹은 측정한 변인? 무엇? 언제? 얼마동안?
-기록하기
-이 실험은 몇 번 정도 더 반복할까?
19
단계2: 조사활동
이 조사활동 단계에서는 학생들이 스스로 탐구를 해보는 과정을 포함한다. 이 단계를 통해 학생들은 구체적인 실험 자료 즉 실험 데이타를 관찰과 측정을 통해 얻게 된다. 실험재료를 가지고 탐구를 하면서 다양한 활동을 해보게 된 다. 이 과정에서는 자료를 기록하는 이상의 복잡한 쓰기활동은 강요되지 않 는다. 물론, 실험을 통해 관찰한 사실을 그림으로 그릴 수도 있다. 학생들이 탐구조사활동을 하는 동안 교사는 모둠별로 다니면서 활동을 보조하게 된 다. 일방적인 지시나, 일률적인 실험이나 탐구의 방법을 강요하는 것은 이 전 단계의 학생의 동기화단계의 활동내용을 무시하는게 되므로 주의해야한 다.
단계 3: 반성의 나눔
각 모둠 별로 탐구 활동이 끝나고 나면, 학생들은 전체 토의를 하게 된다. 이 단 계에서는 다양한 모둠 활동의 결과와 각 모둠에서 찾아낸 증거를 바탕으로 탐구문제에 대한 잠정적인 결론을 발표하고 이를 토의한다. 이 과정에서 학 생들은 자신의 모둠에서 나온 결과와 비교하고, 자신의 과학적 주장을 정교 화하거나 수정하는 작업을 하게 된다. 이 과정을 통해 학생들은 자신의 탐구 내용을 반영한 반성적 글쓰기를 하게 되는데 만일 글쓰기가 주저된다면 학 생들에게 오늘 탐구한 내용을 동생이나 후배들에게 이야기로 들려주는 상황 을 설정하고 글쓰기를 하도록 하면 도움이 된다.
21
반성의 나눔이라는 반성적 토의 단계에서는 다음과 같은 활동을 할 수 있다.
학생들이 알 필요가 있는 새로운 용어를 설명할 수 있다. 특히 과학용어가 서툰 학생들을 위해서는 자세한 용어 설명이 도움이 되기도 한다.
중요한 용어나 어휘를 여러번 반복해서 강조할 수 있다.
학생들이 모둠별 혹은 자신의 탐구문제에 대해 완벽한 문장으로 진술 할 수 있도록 한다. 이를 토 의를 통해 발표하게 하는 것도 발표가 저조할 경우 사용할 수 있는 방법이다.
과학적 어휘와 사고를 사용하는 예시문을 제시할 수 있다. 예를 들어 학생들이 과학적 주장을 만들 때, 자신의 문장을 지지할 수 있는 증거가 무엇인지 물어 보는 것도 도움이 된다. 이 때, 다음과 같 은 문장틀을 제시하면 쉽게 작성할 수 있다. “나는 ______________________라고 생각한다. 내가 그렇게 생각하는 이유는 __________________________”(
나는
가는 철사가 두꺼운 것보다 저항이 더 클거라고 생각한다.내가 그렇게 생각하는 이유는
우리가 가는 철사를 쓸 때, 전구가 희미해지 는 것을 보았기 때문이다. 두꺼운 철사를 사용하면 전구가 더 밝아진다.“)수업 중에 각 모둠에서 얻은 자료를 표나 그래프로 전환하는 것에대해 모형을 제시할 수 있다.
필요하다면 학생들이 학습한 것을 가시화할 수 있는 시각적 조직자를 만들어 본다. (예를 들어, 표, T-charts, system-parts map, 흐름도)
단계 4: 적용
교수-학습 계열의 마지막 단계는 학생들이 자신들이 수업에서 얻은 내용이 어 떻게 실제 생활에서 나타나는 지 혹은 또 다른 심화된 탐구나 연구로 이어지 는 지를 인터넷이나 책을 통해 알아보는 단계이다. 학생들은 자신의 과학노 트에 토의를 통해 나타난 중요 아이디어를 적어본다.
23
