과학적 탐구 기반의 보편적 탐구 모형 개발

Abstract

The purpose of this study is to develop a scientific inquiry model that can be applied to various subjects. The ability to be emphasized in the uncertain future is the ability to solve any problem and the ability to take initiative, which can be cultivated through scientific inquiry activities based on constructivism. In the future, inquiry activities will be more emphasized in education. Thus, it is time to develop an inquiry model of 'education through science' that can be applied in various subjects. Scientific inquiry is a holistic process of recognizing and solving problems in various fields and utilizing the acquired knowledge. In order to find the essential meaning of scientific inquiry, related literature research was studied and the applied field was examined. In order to see various fields, the Korean curriculum was analyzed by subject, era, and school level. This paper consists of three studies. [Study 1] examined scientific inquiry by era. [Study 2] examined scientific inquiry by school level. Based on the two studies, [Study 3] developed an inquiry model applicable to various subjects. Finally, various conditions for the management of the model were suggested. [Study 1] examined the middle school curriculum from the 1st to the 2015 curriculum. A total of 10 curriculums, 132 subjects, and 599 specific goals were used as coding frameworks for the six sub-elements of scientific inquiry ability defined by KSES, and etic coding was carried out. As a result of coding, 81.8% of all targets were coded, and most of the curriculum goals were related to scientific inquiry ability. The curriculum with the most goals related to scientific inquiry ability was the 7th (94.5%), and the lowest was the 1st (69.6%). Through all subjects included in the middle school curriculum, at least one scientific inquiry ability could be developed. As for the sub-factor, data interpretation and data conversion ability (38.6%) was the most common, and modeling ability (1.0%) was the least. For more than half a century, the detailed goals of Korean middle school subjects differed in the ability of scientific inquiry, which was emphasized depending on the subject and the era, but they were all related to the ability of scientific inquiry. Although the times have changed, the goal of developing scientific inquiry ability has not changed, suggesting that it is a goal that will not change even in the future era when increasingly subdivided and rapid changes are expected. [Study 2] examined 3,394 achievement standards specified in the 2015 elementary, middle, and high school curriculum. A total of 6,205 predicates were analyzed by etic coding in the developed analysis frame. As a result of coding, 6,196 items (99.9%) were coded, so almost all activities were related to scientific inquiry activities, and rarely (2.9%) to problem-recognizing activities, focusing on problem-solving activities or activities using acquired knowledge(97.0%). The characteristics of 10 subjects that were continuously taught through elementary, middle, and high school were identified. As the school level increased, activities to recognize problems and activities to solve problems decreased, and activities to utilize knowledge increased, confirming changes in scientific inquiry activities. Scientific inquiry activities were progressing segmentally by subject. When segmented activities are reconstructed according to the stage of scientific inquiry, there is a possibility that scientific inquiry can proceed in various fields. [Study 3] developed an inquiry model for 'education through science' that can be applied in various subjects. An initial model was established through literature research, and internal and external validation processes were conducted. The developed TSU model goes through three stages: problem recognition(Thinking), problem solving(Solving), and knowledge utilization(Using). The TSU model has the characteristics of being able to select six elements, such as topic setting, research design, research execution, result arrangement, knowledge application, and communication, and spirally circulating. For the development of the model, on-site teachers from various fields participated to review the internal validity, and based on the model, an inquiry class was organized and external validation was applied to the three teams. As a result of external validation, it was not significantly different from the previous inquiry classes, and the experiences in each element were consistent with the results of other previous studies. The inquiry model developed in this study has the significance of tying various inquiry models together and being applicable to various subjects. The results of [Study 1] and [Study 2] identified that scientific inquiry can be applied by era, subject, and age, and through [Study 3], a model corresponding to 'education through science' was developed. In order to be universally used as an inquiry model that can apply scientific inquiry in various fields, the opening of inquiry subjects as subjects, the cultivation of teachers' expertise, and the provision of a place for utilizing inquiry results were proposed as an introduction. This thesis emphasizes the necessity of '(scientific) inquiry' as a subject for education necessary for the future era, education in which students can take an interest and actively participate, and a holistic education including problem-solving ability.

본 연구의 목적은 다양한 교과에 적용할 수 있는 탐구 모형의 개발에 있다. 불확실한 미래에 강조되는 능력은 어떤 문제라도 해결할 수 있는 능력과 주도적인 능력으로 이는 구성주의를 바탕으로 하는 과학탐구 활동을 통해 함양할 수 있다. 미래에 탐구 활동은 더욱 강조될 것이며, 이에 따라, 다양한 교과에서 적용될 수 있는 과학을 통한 교육의 탐구 모형이 필요한 시점이다. 과학적 탐구는 분야와 상관없이 인식한 문제를 체계적이고 객관적인 방법으로 해결하고, 얻은 지식을 활용하는 총체적인 과정으로, 문제인식, 문제해결, 지식활용의 단계를 거친다. 과학적 탐구의 본질적 의미를 찾기 위해 관련 문헌 연구을 연구하고, 적용되는 현장을 살펴보았다. 다양한 분야를 보기 위해 우리나라 교육과정을 교과별, 시대별, 학교급별로 분석하였다. 본 논문은 과학적 탐구가 다양한 분야의 시대별 특징을 살펴보는 [연구 1], 학교급별의 특징을 살펴보는 [연구 2]로 과학적 탐구의 보편적 적용 가능성을 탐색하였고, 보편적으로 적용이 가능한 탐구 모형을 개발한 [연구 3]으로 구성되어 있으며, 해당 모형을 적용하기 위한 제반 사항들을 시론으로서 제언하였다. [연구 1]은 중학교 교육과정을 1차부터 2015 교육과정까지 살펴보았다. 총 10개의 교육과정, 132개의 교과, 599개의 세부목표를 KSES에서 정의한 과학적 탐구능력의 6가지의 하위요소를 코딩틀로 삼아 에틱 코딩을 진행하였다. 코딩 결과, 전체 세부목표 중, 81.8%의 세부목표가 코딩되었고, 대다수의 교과 목표가 과학적 탐구능력과 관련이 있었다. 과학적 탐구능력과 관련된 목표가 가장 많은 교육과정은 7차(94.5%)였으며, 가장 낮은 교육과정은 1차(69.6%)였다. 중학교 교육과정에 포함된 모든 교과를 통해 최소 한 가지의 과학적 탐구능력을 함양할 수 있었다. 하위요소로는 자료해석 및 자료변환 능력(38.6%)이 가장 많았고, 모델링 능력(1.0%)이 가장 적었다. 반세기 이상 우리나라 중학교 교과의 세부목표는 교과와 시대에 따라 강조되는 과학적 탐구능력은 차이가 존재했지만, 모두 과학적 탐구능력과 관련이 있다는 특징이 있었다. 시대가 변해도 과학적 탐구능력을 함양하는 목표는 변하지 않았고, 이는 점점 더 세분화되고, 급격한 변화가 예상되는 미래시대에도 변하지 않을 목표임을 시사하고 있다. [연구 2]는 2015의 초·중·고 교과 교육과정에 명시된 성취기준 3,394개를 살펴보았다. 총 술어 6,205개를 개발한 분석틀에 에틱 코딩으로 분석하였다. 코딩 결과, 6,196개(99.9%)가 코딩됨으로 거의 모든 활동이 과학적 탐구 활동과 관련되어 있었고, 문제를 인식하는 활동에 드물게(2.9%), 문제해결을 위한 활동이나 얻은 지식을 활용하는 활동에 집중(97.0%)되었다. 초·중·고를 관통하며 연속적으로 배우는 10개 교과의 특징을 확인하였다. 학교급이 높아질수록 문제를 인식하는 활동과 문제해결을 위한 활동은 감소하고, 지식을 활용하는 활동은 증가하여 과학적 탐구 활동의 변화를 확인할 수 있었다. 교과별로 과학적 탐구활동이 분절적으로 진행되고 있었다. 분절적인 형태의 활동은 과학적 탐구 단계에 맞춰 재구성 될 때, 다양한 분야에서 과학적 탐구가 진행될 수 있다는 가능성이 있었다. [연구 3]은 다양한 교과에서 적용할 수 있는 과학을 통한 교육을 위한 탐구 모형을 개발하였다. 문헌연구를 통해 초기 모형을 구축하였고, 내적타당화와 외적타당화 과정을 거쳤다. 개발한 TSU 모형은 문제인식(Thinking), 문제해결(Solving), 지식활용(Using)의 세 단계를 거친다. TSU 모형은 주제설정, 연구설계, 연구수행, 결과정리, 지식적용, 의사소통 등 6가지 요소의 선택이 가능한 특징과 나선형으로 순환한다는 특징을 갖는다. 모형 개발을 위해 다양한 분야의 현장교사가 참여하여 내적타당성을 검토하였고, 해당 모형을 기반으로 탐구 수업을 구성하여 세 팀에 적용하는 외적 타당화를 진행하였다. 외적 타당화 결과, 지금까지 했던 탐구수업과 크게 다르지 않았으며, 각 요소에서 경험하는 것들은 다른 선행연구의 결과와 일치하였다. 해당 연구에서 개발한 탐구 모형은 다양한 탐구 모형들을 하나로 묶었다는 점과 다양한 교과에 적용이 가능하다는 의의를 지닌다. [연구 1]과 [연구 2]의 결과는 시대별, 교과별, 연령별로 과학적 탐구가 적용이 가능하다는 것을 파악하였고, [연구 3]을 통해 '과학을 통한 교육'에 해당하는 모형을 개발하였다. 다양한 분야에서 과학적 탐구를 적용할 수 있는 탐구 모형이 보편적으로 사용되기 위해서 교과로서의 탐구 과목 개설, 교사의 전문성 함양, 탐구결과의 활용의 장 마련 등을 시론으로써 제언하였다. 본 논문은 미래시대에 필요한 교육, 학생들이 관심을 갖고 주도적으로 참여할 수 있는 교육, 문제해결 능력을 포함하는 전인적인 교육을 위해 교과로서 (과학적) 탐구 과목의 필요성을 강조한다.