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과학 지식의 정당화 과정에 대한 사례 분석적 이해 및 이에 기초한 탐구기반학습의 적용 효과
Reports NRF is supported by Research Projects( 과학 지식의 정당화 과정에 대한 사례 분석적 이해 및 이에 기초한 탐구기반학습의 적용 효과 | 2007 Year | 장신호(서울교육대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number B00560
Year(selected) 2007 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2010년 05월 31일
Year type 결과보고
Year(final report) 2010년
Research Summary
  • Korean
  • [1차년도 연구]에서는 초등학교 과학 수업 시간에 학생들이 개인적으로 표출하는 과학 지식의 정당화 과정을 조사함으로써, 동료들과의 사회적 상호작용의 맥락 속에서 의미를 구성하는 가운데에 나타나는 과학지식의 정당화 유형의 특징을 분석하였다.
    본 연구의 대상은 서울시에 위치한 E초등학교 4개 학급이었으며, 전체 11차시의 수업 과정동안 학생 개인 및 모둠별 의견을 뒷받침하기 위한 증거, 주장을 활발히 제시하는 방식으로 과학적 정당화 활동을 촉진하는 탐구수업을 전개하였다. 이러한 수업 과정에서 학생들이 보이는 과학적 정당화의 주요 유형과 특징 및 변화과정을 분석하였다. 자료 수집을 위하여, 학급별로 총 3대의 비디오를 사용하였으며, 모둠별 탐구 활동 과정에서 나타나는 학생들의 정당화 활동을 알아보기 위해 2개의 녹음기를 사용하였다. 모든 수업 비디오 및 오디오 자료를 전사한 후, 학생들이 나타내는 정당화 유형을 심층 분석하였다. 특히 과학적 정당화 유형 및 특징을 분석하기 위하여, (1) 증거의 출처(source), (2) 증거․주장의 타당성(validity), (3) 증거․주장의 논리성(relevance)의 3단계로 구분되는 과학적 정당화 분석틀을 개발하여 결과 분석에 적용하였다. 과학지식의 정당화 과정의 주요 유형 및 특징을 조사한 결과, 초등학생들이 탐구학습과정 동안에 사용한 증거의 출처는 지식에 근거한 증거, 경험에 근거한 증거, 외부 권위에 의존하는 증거 순으로 나타났다. 수업이 진행되는 동안 학생들이 사용하는 증거 및 주장이 타당하고 논리적으로 변화하는 일반적인 경향을 나타낸 반면, 과학적으로 타당하지 않은 증거와 주장을 지속적으로 사용하거나, 사용한 증거와 주장 사이에 논리적인 관계를 나타내지 못하는 학생들의 경우도 관찰되었다. 특히, 두 개의 모둠(8명) 활동을 집중적으로 관찰한 결과, 학생들은 수업 활동 시 증거를 사용하여 주장하고 설득하는 과정에서 일관된 특징을 나타내었다. 즉, 수업이 진행될수록 과학적 증거를 제시하기 위한 활동에 다양하게 참여하여 증거․주장의 타당성, 논리성 부분에서 의미 있는 향상을 보이는 학생들이 있는 반면, 단순히 참여는 하지만 증거와 주장 사이의 논리적인 관계를 맺지 못하는 등 과학적 정당화 과정의 타당성 및 논리성의 전개 측면에서 미숙함을 꾸준히 드러내는 학생들이 있었다.
    [2차년도 연구]에서는 초등학생을 대상으로 개인적․사회적 정당화 활동을 촉진하는 과학탐구수업을 개발하고, 이를 교수-학습에 활용하였을 때 학생들의 인지 능력, 구성주의 과학 학습 환경 인식, 수업 참여, 자아 효능감, 과학 개념, 과학 탐구 능력에 어떠한 영향을 미치는지, 수업에 대한 학생들의 인식은 어떠한지, 수업시간에 이루어진 학생들의 개인적․사회적 정당화 활동의 변화는 어떠한지를 조사하였다.
    본 연구에서 개발한 과학적 정당화 활동을 촉진하는 과학탐구수업을 적용한 결과, 첫째, 인지 능력, 구성주의 과학 학습 환경 인식, 자아효능감에서 유의미한 영향을 미치지는 못했으나 학생들의 수업 참여, 과학 개념, 과학 탐구 능력에서는 유의미한 효과가 나타났다. 둘째, 본 수업에 대한 학생들의 인식에 있어서 대부분의 학생들(93.3%)이 본 수업이 도움이 되었고 재미있었다고 인식하면서도 상당수의 학생들(71.4%)이 동시에 어렵게 느끼고 있었다. 셋째, 학생들의 개인적․사회적 정당화 활동의 변화에 있어서 개인적 정당화 활동의 측면에서 살펴보면 연구 초반에서 후반으로 갈수록 점차 증거 및 근거를 들어 개인적 생각을 논리적으로 주장하는 모습이 늘어나고, 자신의 증거 및 근거를 지지하기 위해 그림이나 표 등으로 나타내는 현상이 증가하였다.
  • English
  • [1st year study] In this study, Inquiry-based learning program was developed for promoting students' scientific justification activities along with their uses of scientific evidence in elementary school. The program was applied to the 5th grade science class to examine the effect of the program on the cognitive development level, perception of scientific learning environment, and attitude toward science. Also, the types and features of their scientific justification activities found in this study were analyzed.
    The objects of this study were 4 classes in 5th grade of E elementary school located in Seoul, KOREA. The Inquiry-based learning program covering two topics, ‘5. Reaction of solution and 6. Making electric circuit, was developed for promoting students' scientific justification activities. The program was applied to the experimental class for 4 weeks, for 9 lessons. In this study, statistical methods as well as qualitative ones were applied to examine the effects of the program and proceed the in-depth analysis of students' justification activities through their classroom discussion. The whole classroom activities were recorded using 3 video cameras and audiotapes to investigate all of students' classroom activities and learning behavior.
    The analysis of the data show that first, Inquiry-based learning to promote scientific justification included 5 phases, 'problem understanding,' `individual justification,' `performance of inquiry activity,' `social justification,' and 'conclusion'.In the 'problem understanding' phase. Second, after the treatment of the program, the students’ cognition test of scientific learning environment showed significant effects in the areas of critical view and social interaction. On the other hand, there were no significant effects found in students' cognitive level development and attitude toward science. Third, the evidence used by students during scientific justification process appeared as knowledge-based evidence, experience-based evidence and authority-based evidence. Overtime, the evidence used by the students became more valid and relevant, but there were also some students who were unable to make the relevant relations between the evidences and the claims they used. Finally, when closely observed students' discussion activities in focus groups(8 students), this study found that each student in the groups showed consistent patterns and features to propose their claims based on valid evidence to persuade others.
    [2nd year study] The purposes of this study were to develop scientific inquiry instruction to facilitate individual and social justification of elementary school students, to identify its effects on cognitive ability, perception on constructivist learning environment, class participation, self-efficacy, scientific conception, and science inquiry skill when the instruction was applied to teaching-learning, to investigate the students' perceptions of the instruction, and to study the changes of students' individual and social justification during the instruction.
    The subject of this study was a 4th grade class at J elementary school located in Seoul, KOREA. The instruction developed in this study was applied for 24 lessons during 8weeks. For this study, quantitative research methods as well as qualitative ones were used.
    The results of this study show that first, there were no significant effects on cognitive ability, perception on constructivist learning environment, class participation, and self-efficacy, while significant effects were shown on class participation, scientific conception, and science inquiry skill. Second, as for the perception of students on the instruction, most students(93.3%) perceived the instruction was helpful and interesting, but at the same time many students(71.4%) thought it was difficult. Third, as for the changes of students' individual and social justification, there was few development in discussion in the earlier of this study.
Research result report
  • Abstract
  • [1차년도 연구]에서는 초등학교 과학 수업 시간에 학생들이 개인적으로 표출하는 과학 지식의 정당화 과정을 조사함으로써, 동료들과의 사회적 상호작용의 맥락 속에서 의미를 구성하는 가운데에 나타나는 과학지식의 정당화 유형의 특징을 분석하였다. 구체적인 연구 문제는 초등학교 과학 시간에 학생들이 나타내는 과학지식의 정당화 과정의 주요 유형 및 특징을 조사하는 것이었다.
    본 연구의 대상은 서울시에 위치한 E초등학교 4개 학급이었으며, 전체 11차시의 수업 과정동안 학생 개인 및 모둠별 의견을 뒷받침하기 위한 증거, 주장을 활발히 제시하는 방식으로 과학적 정당화 활동을 촉진하는 탐구수업을 전개하였다. 이러한 수업 과정에서 학생들이 보이는 과학적 정당화의 주요 유형과 특징 및 변화과정을 분석하였다. 자료 수집을 위하여, 학급별로 총 3대의 비디오를 사용하였으며, 모둠별 탐구 활동 과정에서 나타나는 학생들의 정당화 활동을 알아보기 위해 2개의 녹음기를 사용하였다. 모든 수업 비디오 및 오디오 자료를 전사한 후, 학생들이 나타내는 정당화 유형을 심층 분석하였다. 특히 과학적 정당화 유형 및 특징을 분석하기 위하여, (1) 증거의 출처(source), (2) 증거․주장의 타당성(validity), (3) 증거․주장의 논리성(relevance)의 3단계로 구분되는 과학적 정당화 분석틀을 개발하여 결과 분석에 적용하였다.
    [2차년도 연구]에서는 초등학생을 대상으로 개인적․사회적 정당화 활동을 촉진하는 과학탐구수업을 개발하고, 이를 교수-학습에 활용하였을 때 학생들의 인지 능력, 구성주의 과학 학습 환경 인식, 수업 참여, 자아 효능감, 과학 개념, 과학 탐구 능력에 어떠한 영향을 미치는지, 수업에 대한 학생들의 인식은 어떠한지, 수업시간에 이루어진 학생들의 개인적․사회적 정당화 활동의 변화는 어떠한지를 조사하였다.
    본 연구의 대상은 초등학교 4학년 2개 학급 58명으로 각각을 실험반과 비교반으로 구분하여 실험반 학생들에게 개인적․사회적 정당화 활동을 촉진하는 과학탐구수업을 8주 동안 24차시에 걸쳐 적용하는 동안, 비교반 학생들은 전통적인 형태의 과학수업을 받았다. 두 집단에서 사전․사후검사를 실시하여 학생들의 인지 능력, 구성주의 과학 학습 환경 인식, 수업 참여, 자아 효능감, 과학 개념, 과학 탐구 능력에서 나타나는 통계적 효과를 분석하였으며, 사후 설문지 및 개별 인터뷰를 통하여 수업에 대한 학생들의 인식을 알아보았다. 또한, 수업에서 이루어지는 학생들의 개인적․사회적 정당화 활동의 변화 과정을 분석하기 위하여 3대의 비디오 및 2대의 녹음기를 사용하여 얻은 녹화․녹음 자료와 개별․모둠 활동지를 분석하였다.


  • Research result and Utilization method
  • [1차년도 연구 결과] 과학지식의 정당화 과정의 주요 유형 및 특징을 조사한 결과, 초등학생들이 탐구학습과정 동안에 사용한 증거의 출처는 지식에 근거한 증거, 경험에 근거한 증거, 외부 권위에 의존하는 증거 순으로 나타났다. 수업이 진행되는 동안 학생들이 사용하는 증거 및 주장이 타당하고 논리적으로 변화하는 일반적인 경향을 나타낸 반면, 과학적으로 타당하지 않은 증거와 주장을 지속적으로 사용하거나, 사용한 증거와 주장 사이에 논리적인 관계를 나타내지 못하는 학생들의 경우도 관찰되었다. 특히, 두 개의 모둠(8명) 활동을 집중적으로 관찰한 결과, 학생들은 수업 활동 시 증거를 사용하여 주장하고 설득하는 과정에서 일관된 특징을 나타내었다. 즉, 수업이 진행될수록 과학적 증거를 제시하기 위한 활동에 다양하게 참여하여 증거․주장의 타당성, 논리성 부분에서 의미 있는 향상을 보이는 학생들이 있는 반면, 단순히 참여는 하지만 증거와 주장 사이의 논리적인 관계를 맺지 못하는 등 과학적 정당화 과정의 타당성 및 논리성의 전개 측면에서 미숙함을 꾸준히 드러내는 학생들이 있었다. 이는 초등학생들의 과학적 정당화 활동을 효과적으로 전개하기 위하여 효과적인 교수-학습 프로그램이 수업 시간에 적용됨으로써, 증거에 기반한 과학적 사고를 기를 수 있는 지속적인 기회를 제공해야 할 필요성을 시사한다.
    [2차년도 연구결과] 본 연구에서는 개인적․사회적 정당화 활동을 촉진하기 위한 과학탐구수업을 개발하는데 있어서 학생들이 자신의 주장을 근거 및 증거를 들어 개인적으로 표출하는 '개인적 정당화'와 동료들과의 사회적 상호작용의 맥락 속에서 의미를 구성하면서 나타나는 '사회적 정당화'로 구분하였고, 개인적․사회적 정당화 활동이 활발하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여 POE(예상, 관찰, 설명)수업모형을 적용하였다. POE는 지식의 적용 능력을 측정하는 방법으로 효과적이라 할 수 있으며 '개인적 정당화' 활동은 활동지를 활용한 개인적 쓰기 활동으로, '사회적 정당화' 활동은 모둠 및 전체 토론을 통한 말하기 활동으로 구성하였다.
    본 연구에서 개발한 과학적 정당화 활동을 촉진하는 과학탐구수업을 적용한 결과, 첫째, 인지 능력, 구성주의 과학 학습 환경 인식, 자아효능감에서 유의미한 영향을 미치지는 못했으나 학생들의 수업 참여, 과학 개념, 과학 탐구 능력에서는 유의미한 효과가 나타났다. 또한, 과학 탐구 능력의 하위 영역인 실험 계획, 실험 재료 준비, 결과 정리, 결론 도출, 적용 능력에서 매우 긍정적인 효과를 보였다.
    둘째, 본 수업에 대한 학생들의 인식에 있어서 대부분의 학생들(93.3%)이 본 수업이 도움이 되었고 재미있었다고 인식하면서도 상당수의 학생들(71.4%)이 동시에 어렵게 느끼고 있었다. 또한, 수업 활동 단계별로 살펴보았을 때는 가장 도움이 되었고 재미있었던 활동으로 '실험 및 관찰' 단계가 많았고, 어려웠거나 힘들었던 활동으로는 실험 후 결론에 대한 '설명 쓰기'및 '모둠의견 정하기'단계가 가장 많이 나타났다.
    셋째, 학생들의 개인적․사회적 정당화 활동의 변화에 있어서 개인적 정당화 활동의 측면에서 살펴보면 연구 초반에서 후반으로 갈수록 점차 증거 및 근거를 들어 개인적 생각을 논리적으로 주장하는 모습이 늘어나고, 자신의 증거 및 근거를 지지하기 위해 그림이나 표 등으로 나타내는 현상이 증가하였다. 또한 사회적 정당화 활동의 측면에서 살펴보면 연구 초반의 모둠 및 전체 토론에서는 단순한 질문과 답변의 반복에 그치면서 논의가 발전하는 모습을 찾기 어려웠던 반면에 연구 후반에서는 사회적 정당화 활동에 대한 참여자 및 참여 횟수가 증가하였고, 특히 전체 토론에서는 여러 학생들의 다양한 생각들에 의한 정당화 과정을 통해 주장, 근거 및 증거의 타당성을 인정하거나 인정받는 사회적 정당화 활동이 활발해지면서 열띤 토론으로 수업시간이 자주 늘어나는 모습이 나타났다. 그러나, 연구 적용 후반에서도 학생들은 모둠 토론과 모둠의견 정하기를 어려워하였고 특히 모둠의견 정하기가 제대로 이루어지지 못하는 모습이 나타났는데 그러한 이유로는 토론 시간의 부족, 주제에서 벗어난 토론, 잡담, 다인수 학급에서 모둠토론으로 인한 소란스러움 및 산만한 분위기가 나타났다.

  • Index terms
  • 과학 지식, 과학적 정당화, 탐구, 토론, 사회적 정당화, 개인적 정당화, 탐구기반학습
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