과학 탐구과정 안내 수업과 자유탐구 활동에서 나타난 중학교 과학영재 학생의 탐구과정에 대한 인지구조 변화

Abstract

본 연구는 과학 탐구과정 안내 수업과 자유탐구 활동에서 나타난 중학교 과학영재 학생의 탐구과정에 대한 인지구조 변화를 분석하여 효과적인 탐구 지도 자료 개발을 위한 기초 자료를 마련하고자 하는데 목적을 두고 있다. 중학교 과학영재 학생을 대상으로 과학 탐구과정 개념에 대한 인식과 탐구과정에 대한 개념체계도를 조사하여 사전 인지구조를 확인하였다. 그리고 본 연구에서 개발한 표준 개념체계도와 학생이 수업 전, 수업 후, 자유탐구 활동 후 작성한 개념체계도를 비교하여 탐구과정을 올바르게 작성했는지 여부를 O와 X로 기록하였다. 이것을 바탕으로 탐구과정 안내 수업과 자유탐구 활동을 통해서 각 탐구과정에 대한 인지구조가 어떤 유형으로 변화하였는지 확인하였다. 탐구과정 안내 수업과 자유탐구 활동을 통해서 올바르게 잘 학습된 탐구과정과 그렇지 못한 탐구과정의 특징을 분석하였고, 탐구과정 안내 수업과 자유탐구 활동에서 녹음·녹화 자료와 활동지를 수집하여 올바르게 학습되지 못한 탐구과정의 적용 사례를 조사하였다. 과학 탐구과정과 관련된 개념 인식 조사 결과 학생들은 잠정적인 답(85.7%), 독립변인(71.5%), 종속변인(71.4%), 가설 기각(61.9%) 그리고 가설 지지(61.9%)에 관한 개념을 들어본 적 없거나 들어봤어도 잘 모른다고 응답하였다. 중학교 과학영재 학생은 공통적으로 익숙하지 않은 개념과 관계된 탐구과정에 대한 개념체계도를 잘 그리지 못했고, 가설과 예측 그리고 자료 정리와 같은 친숙한 개념으로 이뤄진 탐구과정에 대해 일부 잘못된 개념체계도를 그렸다. 탐구과정 안내 수업 후 각 탐구과정의 인지구조는 A(X→X), B(X→O), C(O→O)의 변화 유형을 가졌다. A의 변화 유형으로 확인된 변인과 가설의 관계에 해당하는 탐구과정은 수업 전 개념체계도에 표현되지 못했고, 안내 수업 활동에서 제대로 적용되지 못했으며, 탐구과정 안내 수업 후 작성한 개념체계도에서도 정확하게 표현되지 못했다. B의 변화 유형으로 확인된 탐구과정은 탐구과정 안내 수업 후 새롭게 인식하였거나 잘못 알고 있던 것을 교정하여 명확하게 인식된 경우로, 대표적인 예로 변인 통제를 들 수 있다. 변인 통제와 관련된 내용은 수업 전 개념체계도에 표현되지 못했지만, 안내 수업 활동에서 변인 통제의 필요성을 강조하는 모습이 관찰되었고, 수업 후 개념체계도에 표현되었다. 그러나 변인 통제의 의미와 필요성을 올바르게 인식한 학생이더라도 탐구 주제에 따른 적절한 변인 통제 방법을 새롭게 고안하는데 어려움을 겪었다. 자유탐구 활동 후 각 탐구과정의 인지구조는 B→D(X→O→X), A→A(X→X→X), C→C(O→O→O) 그리고 B→C(X→O→O)의 변화 유형을 가졌다. B→D와 A→A의 변화 유형으로 확인된 변인과 가설의 관계, 변인간의 관계에 대한 탐구과정은 학생들이 자유탐구를 진행하면서 어려워한 부분이었고, 자유탐구 후에도 정확하게 개념체계도에 표현되지 못했다. 반면, C→C와 B→C의 탐구과정은 탐구과정에 대한 전반적인 절차와 정의 그리고 필요성에 대한 내용으로 자유탐구 후 정확하게 개념체계도에 표현되었다. 자유탐구 후 개념체계도에 표현된 변인 통제와 관련된 탐구과정의 경우, 변인 통제에 대한 절차적 지식을 알고 있는 학생이더라도 자유탐구 활동에서 통제변인을 다양하게 추출하고, 통제변인을 일정하게 유지하는 방법을 고안하는데 어려움을 겪었다. 이러한 연구 결과는 탐구과정 중 학생들이 이해하고 적용하는 과정에서 어려워 한 변인과 가설의 관계와 변인 통제를 효과적으로 지도 할 수 있는 교수 방법의 개발에 도움을 줄 것으로 생각된다.