과학영재의 창의성 신장을 위한 CNP 모형의 개발과 적용
황 요 한 박 종 석
경북대학교 경북대학교
9)
창의성은 다양한 사고, 실험 수업, 열린 상황 등의 여러 조건과 체계적인 교육프로그램으 로 신장시킬 수 있다. 이 연구에서는 과학영재의 창의성 신장 프로그램으로 CNP 모형을 개발하였다. 이 모형은 문제발견, 문제구체화, 문제해결 능력 영역을 강조하며, 과학적 문 제발견, 통합적 탐구 기능과 탐구적 과학글쓰기를 포함한다. 개발된 6단계의 CNP 모형을 적용하기 위해 수업지도안과 학생 활동지를 별도로 개발하였다. K 대학교 과학영재 교육 원 학생들에게 이 모형을 적용한 결과, 학생들은 독창성과 유창성이 향상되었고, 창의적으 로 문제를 해결하였다. 또한 각 단계에서 창의적 문제발견 및 문제구체화, 문제해결 능력 이 신장되었다. 이에 개발된 CNP 모형은 과학영재의 창의성 신장에 효과적임을 알 수 있 었다.
주제어: CNP(Curiosity Note Program) 모형, 통합적 탐구 기능, 탐구적 과학 글쓰기, 창의 성, 과학영재
I. 연구의 필요성 및 목적
과학교육에서 창의성은 중요한 요소 중 하나로 과학과 교육과정에서도 교육의 목표 로 설정되어있다(교육인적자원부, 2007). 그러나 창의성이 과학교육의 중요한 목표임에 도 불구하고, 일반 학교 교육에서 창의성 교육을 실시하는 데는 여러 가지 어려움이 따 른다. 일부 현장에서는 학생들의 성적 향상에 집중하기 때문에, 창의성을 ‘혼란’으로 간 주하면서 창의성에 대한 강한 반감을 가지기도 한다(Deming, 1982). 여러 연구에서는 창의성 교육이 잘 이루어지지 않는다고 보고하고 있다(김영채, 2004; 강순희 2008). 특 히, 많은 현장의 교사들은 창의성 수업이 이루어지지 못하는 이유로 수업진도와 평가,
교신저자: 박종석([email protected])
*이 논문은 2009년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임(No. 2009-0072174).
Journal of Gifted/Talented Education 2010. Vol 20. No 3, pp. 847～866
학급당 과다한 학생 수, 지식 중심의 교과 내용, 교사의 준비 부족 등을 언급하였다(정 완호, 김영신, 권용주, 박윤복, 2000; 최경희, 조연순, 조덕주, 1998).
한편, 최경희 외(1998)는 창의적 문제해결 능력 배양을 위한 다섯 가지 조건으로, 다 양한 사고를 허용하는 질문, 학생이 중심이 되는 발산적 사고가 가능한 실험 수업, 학 생들이 스스로 사고하고 새로운 상황이나 실생활에 적용할 수 있는 기회를 주는 수업, 지식 중심의 교수-학습 방법에서 벗어남, 창의적 문제해결 능력 배양에 방해가 되는 요 인의 개선을 언급하였다. 이러한 조건은 수업진도와 평가에 대한 제한이나 과다한 학생 수로 구성된 일반 학교 교육과는 맞지 않는다. 그러나 과학영재 교육은 주로 방과 후에 소규모로 이루어지기 때문에 일반 학교 교육에 비해 교육과정에 구애받지 않으며, 시수 조절이 자유로워 그만큼 창의성 교육을 실시하는데 적절하다.
특히 과학영재 교육의 목적이 ‘실질적 탐구(authentic inquiry)활동에서 과학자와 같이 독립적이고, 창의적이며, 자율적(autonomy)으로 탐구할 수 있는 능력을 갖춘 학습자를 양 성하는 것’(Betts, 2004; Treffinger, 1975; Watters & Diezmann, 2003)에 있기 때문에 과학 영재 교육에서 창의성 교육은 매우 중요하다.
Renzulli(2003)는 영재들은 어떤 문제나 질문에 대한 아이디어와 해결방안을 많이 제 시하고, 때로는 독창적이고 뛰어난 방법을 제시하기도 한다고 하였다. 신지은 외(2002) 는 과학영재들은 창의적 사고능력이 뛰어남을 언급하였으며, 임재령, 유구식, 나동진 (2003)과 김용진, 김재영, 권치순(2005)은 과학영재들은 뛰어난 창의력을 소유하고 있다 고 하였다. 이처럼 창의성을 지닌 과학영재들에게 필요한 것 중 하나는 그들이 가진 창 의성을 발현시키고 신장시키는 것이다.
실제로 미래사회를 이끌어갈 창의적 문제해결자 양성 목적으로 과학영재 교육에서 창의성 개발을 강조하고 있다(Chun, Shin, Lee, & Choe, 2008). 하지만, 과학영재를 포 함한 영재학생들을 위한 많은 프로그램은 속진 중심의 교육내용만을 제시하거나, 지나 치게 어려운 문제풀이 중심의 프로그램이고, 지식이나 이해 수준으로만 구성되는 등(한 기순, 2006) 창의성 신장을 위한 교육이 잘 시행되지 못하고 있다.
이는 창의성 신장을 위한 교수 방법이나 학습 자료가 부족하기 때문이다. 과학영재 교육을 위한 교수-학습 자료의 개발에 있어, 창의적 문제해결력의 신장이라는 목표를 이룰 수 있는 자료 개발이 잘 안 되고 있다(조석희, 2004). 서혜애, 김순남, 조석희, 정 현철(2004)은 영재 교육과정에 학생들의 창의성 및 고차원적 사고력 증진을 위한 내용 이 포함되어야 한다고 말하고 있으며 창의적이고 개방적인 사고를 유도하는 활동을 권 장하고 있다. 하지만 과학교육에서 창의적 사고 능력과 같은 고등 사고력을 신장시키기 위한 수업 전략 연구가 매우 부족하다(박은미와 강순희, 2007). 그러기 때문에 과학영 재를 포함한 영재수업에서는 영재를 위한 맞춤형 교수-학습 방법이 계획되어야 한다(서 혜애 외, 2004). 따라서 과학영재 교육에서 과학영재들의 교육적 요구는 물론 창의성과
같은 그들의 잠재능력을 육성할 수 있는 양질의 체계적인 교수-학습 모형이 제공되어야 한다(박수경과 김광휘, 2005; Watters & Diezman, 2003). 그렇다면 창의성 신장을 위한 교수-학습모형은 어떤 요소들이 필요한가? Adolf(1982)는 사고할 수 있는 질문과 과학 적 방법을 사용하여 창의적 사고를 증진시킬 수 있다고 하였다. 또한 최경희 외(1998) 는 창의성 신장을 위하여 개념적 지식뿐만 아니라 절차적 지식(탐구방법)에 대한 구체 적인 연구 및 이러한 탐구방법이 활용되는 적절하고 개방적인 문제 상황이 주어질 필 요가 있다고 하였다. 또한, Wallace과 Kang(2004)은 과학영재들은 흥미를 가진 영역에 서 실제 문제에 대해 문제와 해답을 찾는 활동을 통해 창조적인 생산자가 될 수 있다 고 하였다. 다른 한편, 자율성이 발휘될 수 있는 자유로운 상황에서 과학영재들은 창의 성을 개발할 수 있다(Erez, 2004). Linn, Slotta, & Baumgartner(2000)는 과학 탐구활동 개발의 원리에 ‘자율 탐구활동을 촉진하기 위해서(Promotes Autonomous Inquiry)’라고 명시하면서 탐구활동에서의 자율성을 강조하고 있다.
이들 연구로부터 과학영재들의 창의성을 신장시킬 수 있는 교수학습 방안 중 하나로 과학적 방법을 사용하여 자율적으로 탐구할 수 있게 해줄 수 있는 교수-학습 모형의 필 요성을 제안할 수 있다. 많은 연구자들은 학생들이 과학 탐구활동을 통해서 자연 사물 을 단순히 관찰하는 것뿐 아니라 창의적으로 설명하며, 설명 과정에서 다양한 아이디어 와 문제를 생성하고, 스스로 해결할 수 있게 하는 프로그램을 개발해왔다(Bandiera &
Brino, 2006; Linn et al., 2000; Linn, Clark, & Slotta, 2003; Windschitl & Buttemer, 2000). 이들 연구로부터 과학영재들의 창의성 신장을 위해서는 스스로 문제를 발견함으 로부터 시작되는 탐구활동의 전 과정을 자율적으로 수행해가는 과정이 중요함을 알 수 있다.
이에 이 연구에서는 과학영재의 창의성 신장을 위해 학생들의 자율적 탐구를 강조한 교수-학습 모형으로 Curiosity Note Program (CNP)모형을 개발하고, 이를 과학영재 수업 에 적용하여 창의성 신장에 적절한지 알아본다.
II. 연구내용 및 방법 1. CNP 모형 개발 기준 설정과 연구과정
과학영재 교육의 주요 목표는 과학영재들의 창의적 문제 발견 ․ 해결 능력을 향상시키 고, 자기 주도적으로 학습하는 능력을 향상시키며, 과학에 대한 태도를 긍정적으로 변 화시키는 것이다(서혜애 외, 2004; 조석희, 2004). 이에 과학영재 교육에서 과학영재에 게 적절한 교수-학습모형을 개발하기 위해 다음과 같은 세 가지 기준을 세웠다.
첫째, 과학적 문제를 스스로 발견할 수 있도록 돕는 모형 개발
둘째, 과학영재들이 자율적으로 탐구를 실시할 수 있게 안내할 수 있는 모형 개발
셋째, 과학자들의 탐구과정과 같이 탐구할 수 있게 안내할 수 있는 모형 개발 이 세 가지 기준에 적합한 모형의 주요소에 대한 이론적 배경을 탐색하고 적절한 교 수전략을 문헌 연구와 토론을 통해 결정한다.
[그림 1] CNP 모형개발을 위한 연구과정
과학영재 교육에서 창의성 신장에 적합한 자율적 탐구를 강조한 모형 개발을 위해 과학영재교육의 목표에서 말하고 있는 문제발견 능력과 문제구체화 능력, 문제해결 능 력을 CNP 모형의 주요소로 선정하고 이들 주요소 학습에 필요한 교수전략을 문헌조사 를 통해 선정하였다. 모형 개발을 위해 선정한 교수전략은 Curiosity Note (CN), 통합적 탐구 기능(Integrated Process Skills, IPS), 탐구적 과학 글쓰기(Science Writing Heuristic, SWH)이며, 이 교수전략들은 CNP 모형의 각 단계를 구성하는 구성 요소이다. 세 가지 교수전략을 조합하여 CNP 모형의 각 단계를 구성하였다. 문제발견 과정에는 CN, 문제 구체화와 문제해결 과정에는 IPS와 SWH 교수전략을 응용하였다. 이 세 가지 교수전략 을 조합시켜 6단계 CNP 모형을 구성하였다. 개발한 모형은 과학교육 전문가 1인과 과 학교육학을 전공하는 석 · 박사 대학원생 및 현직 교사들에게 의뢰하여 모형의 타당성을 검증받았다.
2. 모형 적용을 위한 틀 개발 가. 수업 진행 과정 틀 개발
개발한 CNP 모형에 맞추어 수업에 적용할 수 있도록 수업 진행 과정 틀을 개발하 여, 각 단계별로 필요한 활동을 선정함으로써 수업에 적용할 수 있도록 하였다.
나. CNP 모형 활동지 개발
CNP 모형 수업 진행 과정 틀에 맞추어 학생들이 활용할 수 있는 활동지를 개발하였
기간 학년 남 여 전체
1기(8주) 1, 2 10 7 17
9 7 16
2기(14주) 3 5 · 5
주차 CNP 적용단계 수업 내용 비고
오리엔테이션 1 단계 첫 번째 적용 시에만 수행
1주차 2, 3 단계 주제토론 및 실험설계 45분 3차시 수업
과제 4 단계 과제나 주중 수업에서 실시
2주차 5, 6 단계 실험수행 및 결론도출 45분 3차시 수업
다. 활동지 개발에는 수업진행 과정 틀에 들어가 있는 모든 내용과 각 단계에서 중요한 점이나 유의점을 포함시켰으며, 학생들의 흥미를 지속할 수 있는 형태로 제작하였다.
3. 적용 및 분석 가. 적용 대상
개발한 CNP 모형이 과학영재의 창의성 신장에 효과가 있는지 알아보기 위해서 K 대학교 과학영재교육원의 중학과정 교육생(사사과정 포함)들에게 두 차례로 나누어 적 용하였다. 적용 대상은 표 1과 같다.
<표 1> CNP 모형 적용 대상자 구성
첫 번째 CNP 모형 적용은 두 개 반에 각각 세 번과 네 번 적용하여 18차시와 24차 시 수업을 수행하였다. 7개의 탐구주제로 7종류의 탐구학습이 수행되었다. 두 번째는 CNP 모형의 적절성을 재검증을 하기 위해 사사 과정생 5명에게 7번(42차시)을 적용하 였다.
나. 수업
CNP 모형을 수업에 적용할 때는 개발된 활동지를 활용하였다(부록). CNP 모형을 적 용한 수업은 전체 6차시로 이루어진다(<표 2> 참조).
<표 2> CNP 모형이 적용된 수업
다. 관찰 및 면접 결과의 분석 방법
과학영재들의 창의성 신장을 검증하기 위해 과학교육 전문가와 과학영재 교육원의 강사 및 조교들이 CNP 모형이 적용된 수업에서 각 단계별로 학생들의 행동을 관찰하
고 대화를 분석하였다. 학생들이 과학적 문제를 어떻게 발견하고, 발견한 문제를 어떻 게 구체화시키며, 스스로 해결해나가는지에 초점을 두고 질적 분석하였다. 학생들의 대 화 간 창의적 요소가 나타나는 지를 찾아내기 위해 학생-학생 간 또는 학생-교사 간 대 화를 녹취하거나 속기하여 질적 분석하였다. 그리고 면접을 통해 CNP 모형이 적용된 수업이 누적되면서 학생들이 어떤 변화를 겪었는지 알아보았다. 또한 문제해결과정에서 유창성 변화 정도를 알아보기 위해 간단한 검사를 사전사후에 실시하였다. 나아가 CNP 모형으로 수업을 하면서 독창성과 유창성을 중심으로 문제발견, 구체화, 해결 과정에서 창의성 요소가 어떻게 신장되는지를 질적 분석하였다.
III. 연구 결과 및 논의 1. CNP 모형의 개발을 위해 사용된 교수전략
CNP 모형의 개발을 위해, 자율탐구와 문제인식과 같은 중요한 관련 이론들을 문헌 연구한 결과, 모형 개발의 근거가 될 수 있는 세 가지 교수전략을 도출하였다. 이 세 가지 이론 및 전략은 Curiosity Note와 통합적 탐구 기능, 그리고 탐구적 과학 글쓰기이 다.
가. Curiosity Note(CN) 1) CN의 속성
문제발견은 창의적 성취를 위한 가장 중요한 요소이다(Getzels & Csikszentmihalyi, 1976). 창의적 문제해결이 기존 문제해결과 다른 것은 새로운 문제를 학생이 스스로 찾 아내는 과정을 강조한다는 것이다(Treffinger, Isaksen, & Dorval, 2000). CNP 모형에서는 문제발견 부분을 강조하는데, 이것을 위해 사용되는 학습 자료가 CN이다. CN은 Why Note(신수금, 2006)를 보완하여 새롭게 개발된 학습 자료이다. CN은 학생의 과학적 태 도 향상과 흥미 지속을 위해 만들어진 Why note의 특징을 토대로 일상생활 속에서의 과학적 문제발견 능력 개발, 개인적 문제해결 과정을 통한 과학적 사고력 증대 및 심화 된 과학적 지식의 습득이란 목적을 두고 보완되었다.
2) CNP 모형에서 CN의 적용
이 연구에서는 학생을 자율적 연구자로 보는 자율탐구를 강조한다. 학생을 자율적인 연구자로 보는 개념의 뿌리가 되는 것은 존 듀이(John Dewey)의 경험 중심 교육철학이 다. 듀이는 교육이란 기존의 지식을 습득하는 것이 아니라 학생들이 그들 주변의 세상 에 대하여 흥미를 가지게 하고 새로운 태도를 개발하는 과정이라고 하며, 학생들이 스
Curiosity Note의 구성(제목만) Curiosity Note 작성법 1. 왜 이런 현상이 일어날까?
2. 언제 궁금증을 느꼈어요?
3. 어떤 상황에서 궁금증을 느꼈어 요?
4. 해결 했어요^^-해결 내용 5. 궁금증을 해결하는데 걸린 시간
이 어느 정도 인가요?
6. 궁금증을 해결하는데 어디에서(혹 은 누구에게) 도움을 얻었나요?
7. 궁금증을 해결하는 과정에서 새 롭게 나타난 궁금증이 있나요?
아래에 적어주세요^^
1. 특별히 자료를 찾는 것이 아니라, 학교 생활하면 서, 혹은 집에 가는 길이든, 언제든지 “왜, 어떻 게…이런 일이 생길까?”라는 궁금증이 생기면 즉 시 노트한다.
2. 궁금증이 일어나지 않으면, 어떤 사물이나 현상을 관찰할 때, “왜 이런 현상이 일어날까?”와 유사한 궁금증을 가지도록 노력한다.
3. 궁금증의 내용을 확인해보고, 제시된 방법과 그 외 의 다른 방법들을 사용하여, 궁금증을 해결해본다.
4. 궁금증을 해결하면서 또 다른 어떤 궁금증이 생길 수도 있다. 그러면 그것도 적는다.
5. 궁금증을 해결한 방법, 해결을 위해 사용한 도구, 해결하는데 걸린 날짜 등을 양식에 맞게 적는다.
스로의 주변 환경을 관찰하는 능력의 향상을 강조한다(Dewey, 1901; Moore, 2001; 정현 철 외, 2004 재인용). CN은 듀이가 말하는 교육 내용을 잘 포함하고 있다. 이 연구에서 는 학생들이 자율탐구를 수행하는데 있어서 중요한 부분인 문제발견 과정을 CN을 통 해 시작하게 하였다. CNP 모형은 CN을 통해서 발견되는 질문을 해결해 나가도록 개발 되었다. CN의 구성과 작성법은 표 3과 같다.
<표 3> Curiosity Note의 구성 및 작성법
나. 통합적 탐구기능
과학탐구에서 문제발견만큼 중요한 것이 문제해결이다. 과학영재 교육에서 자율탐구 를 제안한다는 것은 과학영재들이 스스로 문제를 해결할 수 있는 과정을 제공한다는 것이다.
자율탐구를 수행하기 위해 통합적 탐구기능의 단계를 제안할 수 있다. 통합적 탐구 기능의 단계를 통해 과학적 탐구를 수행할 수 있다. 또한 실험설계 능력을 기를 수 있 게 해주는 것도 중요하다. 실험설계는 학교 과학실험 수업에서 학생들에게 그 기회가 잘 제공되지 않지만(양일호 등, 2006a, 2006b), 과학탐구에서 실험설계는 빠질 수 없는 중요한 부분이다. 이 연구에서 개발한 CNP 모형은 통합적 탐구기능의 단계에 따라 진 행되며, 학생들이 직접 실험설계를 수행하게끔 구성되어 있다.
다. 탐구적 과학 글쓰기
탐구능력의 배양뿐만 아니라 과학적 지식 획득도 중요하다. 탐구를 통해 과학적 지 식을 획득하려면, 먼저 탐구에 대한 이해를 명확하게 하고, 탐구를 적절하게 수행할 수
있게끔 안내해주어야 한다. SWH는 과학탐구에 있어서 토론과 글쓰기를 강조한다. 토론 을 통해 학생들이 탐구에 대한 이해를 명확히 할 수 있으며, 글쓰기를 통해 자신의 사 고와 그 변화를 정리할 수 있다. 또한, 글쓰기는 과학 교과에서 이해를 명확하게 하는 데 효과적이다(Burke, Greenbowe, & Hand, 2006; Hohenshell & Hand, 2006).
2. CNP 모형의 개발
가. CN의 활용
CNP 모형의 처음 부분은 문제발견 단계로 이 단계에서 CN이 활용된다. 학생들은 CNP 모형이 적용된 탐구학습을 시작할 때, 개발된 모형의 첫 번째와 두 번째 단계에 적용된 CN을 통해 탐구를 시작한다.
나. 통합적 탐구기능(IPS)과 탐구적 과학글쓰기(SWH)의 조합
IPS와 SWH 요소들을 조합하여 CNP 모형을 개발하였다. 전체적으로 통합적 탐구기 능의 순서대로 진행하게 함으로써, 과학자적 탐구가 잘 이루어지도록 하였다. 또한, 각 단계에 SWH 요소를 고루 배치해서 SWH의 특징인 토론과 협상, 글쓰기가 각 단계에 서 적절하게 사용될 수 있도록 하였다. 모형 개발 후 실제 사용된 활동지에도 토론의 활성화를 위해 나의 생각, 그룹의 생각, 학급의 생각을 각 단계에서 작성하게 되어있다.
[그림 2] CNP 모형 개발을 위한 IPS과 SWH의 조합
[그림 2]의 1단계는 CNP 모형에 대한 소개 단계이며, 2단계에 CN을 활용하는 문제발 견 과정을 적용시켰다. 3단계와 5단계, 6단계가 실제적으로 탐구와 토론을 진행시켜 나 가는 단계이다. IPS와 SWH의 각 탐구과정 중 유사한 단계를 묶어 전체적으로 IPS의 탐 구과정을 따르되, SWH의 토론과 자료 활용 내용을 적용하여 탐구단계를 진행하도록 하
였다. 또한 4단계는 SWH에서 교사가 학생들에게 제시하는 이론적인 내용을 조사하는 단계이다. 자율탐구로 이루어지기 때문에 주중 과제나 주중 수업으로 실시한다. 이 단계 에서 학생들은 탐구에 대한 이론 부분을 조사하며, SWH의 단계 중 읽기 자료를 준비하 는 단계이다.
다. 6단계 CNP 모형
개발된 CNP 모형은 [그림 3]과 같이 6단계로 구성되어 있다. [그림 3]의 왼쪽 부분 이 CNP 모형의 주요 단계이다. 첫 번째 Introduction 단계는 과제로 제시하는 CN 작성 에 대한 소개, 두 번째 Finding out question 단계는 문제발견과 문제인식, 세 번째 Discussion & Determination 단계는 실험설계까지의 탐구활동, 네 번째 Study related theory 단계는 설계된 실험의 수정 및 보완, 또는 결론 도출 및 일반화와 과학적 지식 획득을 위한 자료수집, 다섯 번째 Inquiry activity 단계는 실험 수행 전 확인 및 실험 수행 및 결과해석, 여섯 번째 Conclusion 단계는 결론도출 및 일반화, 반성의 단계이다.
[그림 3] 6단계 CNP 모형
라. CNP 모형의 각 단계별 특징
개발한 CNP 모형의 각 단계별 특징과 수업 시 유의사항을 정리하면 다음과 같다.
1) 1단계 : Introduction - 오리엔테이션 - CN 작성법 소개
- CNP 모형은 학생들이 스스로 발견한 문제를 해결해가는 모형이므로 먼저 문제를 발견하는 것이 중요.
- 과학적 질문을 찾아낼 수 있게 도와주는 CN을 작성하는 방법을 안내.
- CN의 예시로 작성된 자료와 작성법을 함께 제공함으로써 과제로 수행하는 데 어 려움이 없도록 함.
2) 2단계 : Finding out question
- CN을 작성함으로써 가지게 되는 학생들의 궁금증을 탐구를 통하여 해결하게끔 유도.
- 학생들이 주중 조사해온 궁금증 중 탐구로 수행할 문제 선정을 위한 토론학습 과 정.
- 이 단계에서 학생들은 궁금증의 검증가능성을 토론을 통해 결정함으로써 토론학 습을 경험.
- 첫 번째 적용 시 토론학습이 원활히 이루어지지 않을 수 있으므로, 교사의 안내가 필요함.
- 학생들의 탐구 활동 수준에 맞으면서, 학생들이 궁금해 하는 주제가 선정되도록 초기 적용시 교사의 토론 참여가 필요함.
[그림 4] 'Finding out question' 과정
3) 3단계 : Discussion & Determination
- 2단계에서 결정된 주제로 토론을 통해 실험제목‧가설‧변인을 결정하고, 실험을 직 접 설계.
- 과학영재들의 자율적인 탐구능력 향상을 위해 중요한 단계.
- 가설과 예상의 다른 점을 주지시키고, 변인과 원인이 잘 적용된 가설을 세우게 함 으로써 탐구능력 향상에 도움을 주도록 안내.
- 학년에 따라 변인에 대한 정확한 이해가 없을 수 있으므로 안내가 필요함.
- 실험 설계 시 검증할 수 있는 적절한 실험이 설계되고 있는지 검토 및 안내.
학생들이 가설을 설정하는 것을 매우 어려워하거나(박은미와 강순희, 2006), 세운 가
설이 현상의 결과에 영향을 미치는 독립변인과 관련이 없거나, 변인간의 관계를 잘 찾 아내지 못하고(박종원, 2001), 어떤 경우에는 변인자체를 잘 찾아내지도 못하는 경우가 종종 나타난다. 이 때문에 세 번째 단계에서 일어나는 활동은 실제로 중 · 고등학교 현 장에서 거의 실시되지 않고 있지만, 자율적 과학 탐구 능력 향상을 위해 꼭 실시되어야 하는 과정이다. Discussion & Determination (D&D) 단계에 해당하는 부분을 [그림 5]에 음영으로 표시하였다.
[그림 5] Discussion & Determination 단계의 위치
4) 4단계 : Study Related Theory
- 일반 실험수업에서는 볼 수 없는 과정.
- 주간 과제로 실시하게 하거나, 수업 사이에 시간을 배정하여, 중간 수업으로 실시.
이 단계를 설정한 이유는 참고자료의 조사를 통해, 설계상에 오류를 실험 수행 전에 적절하게 수정하고 일반화 과정에서 필요한 참고자료를 조사하며, 6단계의 반영과 반성 과정에서 사고의 변화나 과학적 지식획득을 위한 자료가 필요하기 때문이다.
[그림 6] Study related theory 단계의 위치
5) 5단계 : Inquiry activity
- CNP 모형의 두 번째 수업의 첫 단계.
- 첫 번째 수업에서 결정된 실험을 수행.
- 4단계에서 수정된 내용을 적용하여 실험을 실시.
이 모형에서 이 단계를 일반 수업과 다르게 강조하는 점은 다음과 같다.
- 실험 준비상태, 가설, 변인을 잘 인지하고 있는지 여부를 확인.
- 4단계에서 조사한 참고자료를 통해 실험이 수정된 것이 있다면 반영.
- 가설검증 관련된 것 이외에도 모든 현상을 자세히 관찰하여 작성하게 함.
- 관찰능력 향상.
- 결과를 변환‧해석할 때, 주어진 틀이나 문항 없이, 어떻게 변환할 지 고민하고 토 론을 통해 결과를 적절하게 해석하게 함으로써, 스스로 결론을 도출해 나갈 수 있는 능력습득.
6) 6단계 : Conclusion
- 5단계에서 얻은 실험 결과를 근거로 삼아 주장하는 형태로 결론을 내림.
- 토론을 통한 학습과정을 경험.
- 개인이 내린 결론을 그룹에서 토론함으로써, 정교화 과정을 거침.
- 결론에 대한 학급 토론을 하기 전에, 학생들은 4단계에서 조사해 온 참고 자료를 활용하여 과학적 이론과 법칙을 적용하여 결론을 보충함.
- 주입이나 암기식의 방법이 아닌 스스로 탐구하고 조사하는 방법을 통해 과학적 지식을 획득함.
[그림 7] Conclusion 과정
2. CNP 모형을 적용을 위한 수업 진행 과정 틀 개발 가. 수업 진행 과정 틀 개발
모형을 적용하는 첫 수업에서는 소개 단계를 실시한 후, 두 번째 적용부터는 소개 단계와 과제 수행 단계는 차시에 포함시키지 않는다. 토론 및 실험설계 수업 3차시에서
2, 3단계를 실시하고, 실험수행 및 결론도출 수업 3차시에서 5, 6단계를 실시하여 전체 6차시로 수업을 진행한다. 주당 3차시 수업으로 두 주간에 걸쳐서 한 번의 모형을 적용 한다. 각 차시는 45분 수업으로 진행하고 차시 사이에 5분간의 휴식시간을 배정할 수 있다. 수업은 개발한 학생 활동지를 활용한다.
[그림 8] CNP 모형을 적용한 수업 진행 과정 틀
나. CNP 모형 활동지 개발
첫 번째 수업 활동지는 4장, 두 번째 수업 활동지는 5장이다. 활동지는 수업진행 과 정 틀에 들어가 있는 모든 내용과 각 단계에서 중요한 점이나 유의점을 포함하고 있으
시기 사전(개) 사후(개) 증감률(%)
1기(8주) 5 12 240
6 14 230
2기(14주) 9 20 220
며, 학생들의 흥미를 지속할 수 있는 형태로 제작하였다. 또한 수업 진행 과정 틀의 구 체적 질문이 포함되어 있다(부록 참조).
3. 수업 관찰과 학생 면접 결과
학생들은 문제발견, 문제구체화, 문제해결 과정에서 다음과 같은 창의성이 신장되는 것으로 나타났다.
가. 문제발견 과정에서의 창의성 신장
문제발견 과정에서 학생들은 CN을 사용하여 자신의 궁금증을 주당 3개씩 찾아내도 록 안내되었다. 창의적 문제발견에서 유창성을 강조하였기 때문이다. 첫 번째 적용 시 에 학생들은 그들의 과학적 호기심을 찾는 것 자체를 어려워하였다. 이는 학생들이 일 상생활에서 자신들의 환경을 과학적 대상으로 잘 고려하지 않기 때문이다. 한편, 일부 학생들은 많은 궁금증을 도출하였으나, 그 중 과학적인 궁금증은 거의 없었다. 그러나 CNP 모형을 적용한 수업을 3번 이상 경험한 후부터는 학생들은 이전에 비해 과학적 궁금증을 더 많이 찾아내었으며, 독창적인 궁금증도 많이 찾아내었다. 학생들의 유창성 정도 변화를 알아보기 위해서 CNP 모형을 적용한 수업의 사전과 사후에 ‘나무를 보았 을 때 떠오르는 궁금증을 모두 적어 보세요’라는 간단 검사를 실시하였다. 학생들이 작 성한 궁금증의 수는 사전보다 사후에 대단히 많이 증가된 것을 알 수 있다.
<표 4> 유창성에 대한 간단검사 결과(1명당 평균 궁금증 수)
또한 작성한 궁금증의 질적 측면에서도 사후에 작성한 내용에서 독창적인 것이 많았 으며, 변인 조절 능력이나 과학적 탐구 관련 내용이 증가되었다. 예를 들어 ‘뜨겁다’라 고 느끼는 기준이 되는 온도는 사람별로 어떤 차이가 있을까? 개미가 호르몬과 같은 향이 나는 볼펜이 그은 선을 따라간다고 하는데 각 펜별로 어떤 차이가 있을까? 물이 온도가 낮은 환경에서 응고될 때 처음 물의 온도와 압력, 주위의 온도 등 다른 조건에 있어 얼기 시작하는 온도와 어는 시간은 어떤 차이가 있을까? 등 독창적인 궁금증이 나타났다. 이로부터 CNP 모형을 적용한 수업이 학생들의 독창성이나 유창성의 신장에 도움이 되었으며, 창의적 문제발견 능력 향상에 도움이 되었다고 말할 수 있다.
나. 문제구체화 과정에서의 창의성 신장
문제구체화 과정은 'Discussion and Determination' 단계에 가장 많이 적용된다. 학생 들은 CN을 사용하여 찾아낸 궁금증을 토론을 통해 과학적 문제로 인식하는 과정을 경 험하였다. 문제구체화 과정에서 학생들은 인식한 문제를 해결하기 위해 가설을 세우고, 실험을 설계하게 된다. 이 과정에서 학생들은 모형 적용 초기에는 한 가지 가설을 세우 는 데도 시간이 많이 소요되어, 실험설계를 제시간에 마치지 못하였다. 그러나 수업이 거듭될수록 한 가지 문제에 대하여 다양한 가설을 세우거나 다양한 변인을 사용하여, 실험을 구체화하고 정확하게 가설을 검증할 수 있는 실험을 설계하였다. 이 단계에서 교사가 생각하지도 못했던 독창적인 방법이나 가설도 구상되었다. 이로부터 학생들의 유창성과 독창성이 신장되는 것을 볼 수 있었다.
실제로 첫 번째 적용 수업에서 가설의 정의조차 정확하게 이해하지 못한 학생들은 가설이 무엇인지 설명을 들은 후에도 가설을 적절하게 설정하지 못했다. 그러나 여러 번의 수업 후에 학생들은 다양하고 독창적인 가설을 세웠다. 일부 학생들은 교사가 전 혀 생각하지 못했던 가설을 설정하는 경우도 있었다. 실험설계의 경우에도 가설 설정의 경우와 같이 첫 번째 수업에서는 겨우 3～4줄의 실험과정을 작성하던 학생들이, 수업이 3번 이상 이루어진 후에는 구체적 실험과정과 실험설계를 창의적으로 구성해 내었다.
다. 문제해결 과정에서의 창의성 신장
실험 수행과정에서부터 일반화 과정까지를 포함하는 문제해결 과정에서 학생들은 CNP 모형 4단계에서 조사한 관련 이론과 지식을 사용하여 그들이 설계한 실험을 수정 하는 과정에서부터 창의성을 나타내었다. 조사한 관련 지식을 이용하여 실험을 수정하여 실험을 더 쉽게 설계 하였으며, 실제 실험 중에는 실험을 즉석에서 수정하여 실시하기도 하였다. 이러한 태도는 기존의 요리책 방식의 실험에서는 나타나지 않는 창의적 문제해 결 능력이 신장된 결과라고 볼 수 있다. 또한, CNP 모형 활동지에 실험 시 관찰내용을 적는 란에, 첫 번째 수업에서는 학생들은 자신들의 실험 결과에 관련된 내용 외에는 관 찰내용을 작성하지 못하였는데, 여러 번 수행한 후에는 다양한 현상이나 조건들을 기록 하고 그림으로까지 표현하였다. 이렇게 관찰한 내용들은 또 다른 창의적 문제발견의 사 례가 되었다. 한편, 학생들은 자신의 주장과 근거를 바탕으로 결론을 작성하였는데, 이 과정에서 학생들은 더 나은 토론을 위해 자신의 실험 결과를 통해 독창적인 주장을 펼치 거나, 다양한 실험결과를 통해 유창하게 자신의 주장과 근거를 제기하였다. 이런 점은 학생들의 창의성이 신장되었다는 것을 보여준다. 실제로, 처음 적용 시에는 학생들은 자 신들의 결과를 명확히 작성하지 못할 뿐 아니라, 주장과 근거의 형태도 잘 나타내지 못 하며 한 줄 정도로 결과를 적었다. 하지만 여러 번 경험한 후에 학생들은 명확하게 가설 검증과 관련 있는 주장과 실험 결과를 이용하여 그에 적절한 근거를 작성하였다.
IV. 결론 및 제언
정현철 외(2004)는 영재교육에서 영재의 특성을 고려했을 때 가장 중요하게 다루어 야 할 수업의 형태가 자율연구라고 하였다. 영재교육의 목적에서 볼 수 있듯이 영재의 특성인 자율성은 창의성과도 연관이 있기에 자율성을 강조한 수업은 창의성의 신장에 도 도움이 된다. 이 연구에서는 자율연구와 유사한 자율적 탐구를 강조하여 과학영재들 의 창의성을 신장시킬 수 있는 CNP 모형을 개발하였다. 이 모형은 CN에서 찾아낸 과 학적 문제를 통합적 탐구기능과 탐구적 과학 글쓰기가 적용된 단계를 따라 학생들이 스스로 실험을 설계하고, 수행하여 결론을 도출하는 자율탐구 교수학습 모형이다. 자율 탐구를 진행하는 동안 학생들은 독창적인 사고를 하게 되며, 기존의 틀에서 벗어나 다 양한 사고를 할 수 있게 되므로 창의성이 신장될 수 있다. CNP 모형을 적용한 과학영 재 수업에서 학생들의 창의적 문제발견 능력과 문제구체화 능력, 문제해결 능력 그리 고, 과학적 탐구능력도 신장되었다. 학생들은 이들 능력의 신장 과정에서 유창성과 독 창성도 신장되었다. 즉, CNP 모형이 적용된 수업에서 학생들은 다양한 상황에서 다양 한 문제를 인식하며, 그 문제로부터 다양한 가설을 세워 실험을 설계하고, 그 문제를 해결함으로써 각 단계에서 창의성을 신장시킬 수 있었다.
CNP 모형은 처음 적용할 때는 많은 어려움이 있을 수 있다. 예를 들어, 학생들은 가 설설정이나 변인통제, 문제인식 과정 등을 수행해본 경험이 많지 않아서 이를 수행하는 데 어려움을 겪는다. 그래서 이 연구에서는 CNP 모형을 활용한 수업 과정을 개발하고, 수업 시 사용할 활동지도 개발하였다. 이는 과학영재 수업을 하는 교사들에게 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
이 연구에서는 소규모 과학영재들에게 CNP 모형을 적용하여 수업하였다. 앞으로 CNP 모형을 좀 더 많은 대상에 장기적으로 적용하여 그 효과를 검증해서 개선하고 보 완한다면 과학영재 교육의 중요한 요소 중 하나인 창의성 신장 교육에 기여할 수 있을 것이다.
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= Abstract =
Development And Application of CNP Model for the Enhancing Creativity of Scientifically Gifted Students
Yohan Hwang
Kyungpook National University
Jongseok Park
Kyungpook National University
Enhancing creativity is possible to offer systematic education programs and several conditions as variable thinking, experiment lesson, opened-situation. We developed CNP model as program for enhancing creativity. The CNP model emphasizes that parts of problem finding, embodying and solving ability and includes scientific problem finding tool, Integrated Process Skills and Science Writing Heuristic. The CNP Model is comprised of six step. We developed teachers' guide and student's worksheets for application. Result of applied CNP model to students of scientifically gifted education center in K University, students were able to enhanced originality and fluency and had solved problems by creative way. And creative problem finding, embodying and solving ability were increased. Therefore, the CNP model was effective in enhancing the creativity of scientifically gifted.
Key Words: Curiosity Note Program(CNP) model, Integrated Process Skills, Science Writing Heuristic, creativity, scientifically gifted
1차 원고접수: 2010년 11월 5일 수정원고접수: 2010년 12월 3일 최종게재결정: 2010년 12월 9일
부록 1. Curiosity Note
부록 2. CNP 모형을 적용한 수업의 활동지 가. 홀수 주차 3차시 활동지 - 토론 및 실험 설계
나. 짝수 주차 3차시 활동지 - 실험 수행 및 결론 도출
![[그림 4] 'Finding out question' 과정](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/4681075.502034/10.651.66.572.90.885/그림-finding-out-question-과정.webp)
![[그림 6] Study related theory 단계의 위치](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/4681075.502034/11.651.134.537.670.832/그림-study-related-theory-단계의-위치.webp)
