중학교 과학영재 학생의 과학적 가설에 대한 인식과 가설설정 능력

Abstract

The purpose of this study was to get basic data for devising teaching methods to improve gifted middle school students' skills in formulating a hypothesis. The results of the study were the following. First, scientifically gifted middle school science students had an awareness that scientific knowledge was constructed by scientists, although incomplete and changed. However, they had a lack of awareness that scientific knowledge was not created by scientists, but was already existing in nature, and that scientists had an incorrect perception that they were discovering scientific knowledge. Second, almost all of the scientifically gifted middle school students thought they were well aware of scientific terminologies such as hypothesis, prediction, conclusion, and assumption. However, many of the scientifically gifted students could not distinguish the differences between hypothesis and prediction. They also had difficulties distinguishing between hypothesis and prediction in a specific inquiry situation. Third, in the awareness of scientific hypothesis', scientifically gifted middle school students thought that the hypothesis should be based on logical reasons and stated by showing the relations between variations. They also thought that hypotheses was incomplete and changeable, and should be testable. Fourth, scientifically gifted middle school students could formulate a scientific hypothesis as an answer to an inquiry to a problem. The causal relationship between one independent variable and one dependent variable was described and presented in a form that can be verified. A reasonable basis for the hypothesis was also presented. However, many students had difficulty in presenting a generalized inquiry problem from a given inquiry situation. Fifth, there was a significant difference between the statement that 'scientific knowledge does not change'. There were also differences in formulating hypotheses about the types of hypotheses as answers to an inquiry question, types of variables in the hypotheses, frequency of the experimentally testable hypothesis and the types of evidence for the hypothesis. In conclusion, we obtained an understanding of the awareness about the nature of scientific knowledge, cognition of inquiry process, scientific hypothesis, and skills in formulating a hypothesis of gifted middle school students. Therefore, there is a need for devising a new teaching method strategy to improve students' skill in formulating a hypothesis, and to has students experience an integrated process of scientific inquiry.

본 연구의 목적은 중학교 과학영재 학생의 과학적 가설에 대한 인식과 가설설정 능력을 조사함으로써, 중학교 과학영재 학생들을 위한 탐구과정과 가설설정을 올바르게 안내할 수 있는 교수 학습 전략을 마련하는 데 필요한 기초 자료를 제공하는 것이다. 이를 위하여 서울특별시에 소재한 S대학교 과학영재 교육원 4개 분과의 중학교 2학년 학생 70명(물리 분과 19명, 화학 분과 18명, 생물 분과 20명, 지구과학 분과 13명)을 대상으로 조사하였다. 본 연구에서 사용된 조사지는 중학생의 과학적 가설에 대한 인식과 가설설정 능력을 조사하기 위해 염혜민(2012)이 개발한 검사지를 수정하여 사용하였다. 조사 결과 수집된 70명의 자료를 분석에 사용하였으며, 검사지에 포함된 각 문항에 대한 학생 응답에 대하여 빈도와 백분율을 산출하여 학생의 응답 경향을 분석하였다. 또한 중학교 과학영재 학생들이 분과별로 과학적 가설에 대한 인식 및 가설 설정 능력에 차이를 보이는지 알아보기 위해 Extended Fishers exact test를 실시하였다. 과학 지식의 본성에 대한 인식 조사 결과는 다음과 같다. 첫째, 중학교 과학영재 학생들은 과학 지식은 타당한 근거에 기반하여 구성되고, 불완전하며, 변할 수 있다는 인식을 가지고 있었다. 하지만 과학 지식은 과학자에 의해 만들어지는 것이 아니라 자연에 이미 존재하고 있으며 과학자는 이를 발견하는 것이라는 옳지 않은 인식을 가지고 있었다. 둘째, 중학교 과학영재 학생들은 과학적 용어에 대한 인식에서 가정, 결론에 대해서는 명확하게 인식하고 다른 과학적 용어와 구별하는 데 어려움을 보이지 않았으나 다수의 학생이 가설과 예측의 정의를 구별하지 못할 뿐만 아니라, 구체적인 탐구 상황 속에서도 가설과 예측을 구별하는 데 어려움을 보였다. 과학적 가설에 대한 인식과 가설설정 능력 조사를 통해 얻은 결과는 다음과 같다. 첫째, 중학교 과학영재 학생들은 과학적 가설은 타당한 근거를 기반으로 하여, 변인 간의 관계를 진술해야하며, 검증될 필요가 있으며, 검증이 가능한 형태로 제시되어야 하며, 불완전하다는 올바른 인식을 가지고 있었다. 둘째, 중학교 과학영재 학생들은 실제로 가설을 설정하는 데 있어서 탐구 문제에 대한 답으로서 가설을 설정할 수 있었으며, 하나의 독립 변인과 하나의 종속 변인 사이의 인과적 관계를 진술하였고, 검증이 가능한 형태로 제시하였으며, 가설에 대해 타당한 근거를 제시하였다. 하지만 많은 학생들이 주어진 상황으로부터 일반적인 탐구 문제를 인식하는 데에는 어려움을 보였다. 학생들이 속한 과학 분과에 따라 과학 지식의 본성과 과학 탐구 과정에 대한 인식을 비교한 결과는 다음과 같다. 첫째, 중학교 과학영재 학생들은 과학 지식의 본성에 대하여 과학 지식은 발견되는 것이 아니라 생성되는 것이며, 타당한 근거에 기반하여야 하고, 불완전하다는 인식에는 분과별로 차이를 보이지 않았으나, 과학 지식이 변하지 않는다는 인식에 대해서 분과별로 차이를 보였다. 둘째, 과학적 용어를 들어보았는지, 들어보았다면 어디서 들어보았는지에 대해서는 분과별로 차이가 나지 않았으나, 얼마나 잘 알고있다고 생각하는지에 대해서 가정과 가설에 대해서 차이를 보였다. 학생들이 속한 분과에 따라 과학적 가설에 대한 인식과 가설설정 능력을 비교한 결과는 다음과 같다. 첫째, 증학교 과학영재 학생들은 과학적 가설에 대한 인식에서 과학적 가설은 타당한 근거가 필요하다는 인식에서 차이를 보였다. 둘째, 중학교 과학영재 학생들은 주어진 탐구 상황으로부터 과학적 가설을 설정하는 데 있어서 탐구 문제에 대한 답으로서 제시하였는지, 변인을 포함하는 방식은 어떠한지, 검증이 가능한지, 타당한 근거에 기반하는지에 대하여 과학분과별로 차이를 보였다. 연구 결과에 따라, 중학교 과학영재 학생의 특성을 고려한 과학 지식의 본성, 과학 탐구 과정, 과학적 가설에 대한 올바른 인식과 과학적 가설설정 능력 향상을 위한 교수‧학습 전략을 개발할 필요가 있다고 생각된다.