이 연구에서는 미래 사회에 필요한 실제 과학적 지식 습득·활용 방식과 창의성 함양을 위해, 과학자의 활동에 핵심적으로 수반되는 뇌기능과 진화적 요소를 반영한 뇌기반 진화적 접근법을 통해 학생들이 생명과학 분야에서 실제 과학적 방법으로 과학을 수행하고 과학창 ...

이 연구에서는 미래 사회에 필요한 실제 과학적 지식 습득·활용 방식과 창의성 함양을 위해, 과학자의 활동에 핵심적으로 수반되는 뇌기능과 진화적 요소를 반영한 뇌기반 진화적 접근법을 통해 학생들이 생명과학 분야에서 실제 과학적 방법으로 과학을 수행하고 과학창의성을 발휘하게 할 수 있는 교수학습 자료를 개발하고 효과를 검증하고자 하였다. 이러한 창의 교수학습 자료의 개발과 적용을 통해 차세대과학교육표준(NGSS)의 과학·공학적 실행(practice) 차원의 8가지 구성요소의 역량을 향상시키고, 이와 함께 21세기 기능 중 학습과 혁신 차원의 비판적 사고와 문제해결, 의사소통과 협동 기능들을 효과적으로 함양시키는 것을 기대한다. 이 연구에서 추진하고자 하는 핵심적인 연구 내용은 생명과학 분야에 대한 뇌기반 진화적 접근법(ABC-DEF)을 기본으로 하는데, 여기에는 과학창의성의 두 가지 핵심 요소인 독창성과 유용성, 21세기 기능의 세 영역 중 학습과 혁신 영역, 그리고 미국의 NGSS의 과학·공학적 실행 차원이 밀접하게 관련되어 있다.
1차년도에는 다양한 과학자적 탐구가 가능한 생명과학의 주제를 선정하고자 하였다. 다양한 교수학습 상황에서 활용하여 교육적 효과성이 확인된 Rapid-cycling Brassica rapa (RcBr, 속성배추)을 소재로 창의학습 자료를 개발하였다. RcBr의 주요 특징을 바탕으로 현장 교사들과의 협의 과정을 통해 정의적·행동적·인지적 영역별로 초등학생과 중고등학생들의 수준에 적합한 구체적 활동(A-DEF, B-DEF, C-DEF) 자료를 개발하였다. 과학 탐구와 NGSS 과학․공학적 실행의 8가지 구성요소의 상호 관계를 분석하기 전에 개념을 명료화하기 위해 과학탐구의 개념을 정의하였다. 또한 과학과의 교육 목표와 관련하여 Bloom식의 진술 방법, 과학탐구에서의 목표 진술 방법, NGSS의 실행에 따른 목표 진술 방법에 대한 목록을 종합하여 제시하였다. 그리하여 21세기 기능의 학습과 혁신 영역의 구성 요소들인 창의성과 혁신, 비판적 사고와 문제해결, 의사소통과 협동의 구성요소들이 현재 한국의 과학교육에서 중요하게 다루어 왔던 과학탐구기능의 여러 요소들과 어떻게 연계되는지 알아보았다.
초등과학 창의학습 자료의 개발을 위해 뇌기반 영역(ABC)과 진화적 요소(DEF)를 반영한 창의학습 활동 내용을 각 영역과 요소별로 기록하게 할 때, 활동이 자연스럽게 진행되도록 각 영역의 다양화 단계(D)와 비교·평가 단계(E)를 통합한 활동지를 개발하였다. 초등과학 창의학습 자료의 교수학습 소재는 속성배추로 하였고, 교수학습 방식을 뇌기반 진화적 접근법에 따라 개발하였다. 초등학교 4학년 내용에 대해서는 ‘식물의 한살이’ 단원, 5학년 내용에 대해서는 ‘식물의 구조와 기능’ 단원에 적용할 자료를 개발하였다.
뇌기반 RcBr 프로젝트 창의학습 자료 개발과 관련하여 이 연구에서는 성숙한 포자체로부터 암․수 배우자가 형성되는 과정, 꽃가루받이, 꽃가루관의 발아, 수정 및 종자 형성 등 식물의 생식 전반에 대한 다양한 개념과 탐구 활동을 제공하기 위해 ‘식물의 생식’ 주제를 선정하였다. RcBr은 식물의 생식에 대한 가설을 설정하여 탐구를 수행하는 프로젝트 활동에 유용하고 적합한 식물이라고 판단되어 탐구 활동을 위한 식물 소재로 선택하였다. 개발된 뇌기반 RcBr 프로젝트 창의학습 탐구 활동은 실험의 문제․방법․해답의 제시여부에 따라 4종류의 실험 형태로 나눈 Herron의 실험 수준에 따른 수업 형태를 적용하여 프로젝트 수업 2단계에서는 수준 Ⅰ의 구조화된 탐구와 수준 Ⅱ의 안내된 탐구를 경험하고, 프로젝트 수업 3단계에서는 수준 Ⅲ의 개방형 탐구를 수행하도록 구성하여 개발하였다.
2차년도에는 우선 ‘21세기 기능’에 대한 인식조사를 과학교사와 예비교사를 대상으로 실시하였다. 예비 교사들의 ‘21세기 기능’에 대한 인식도는 전반적으로 낮았지만 전공 수업을 통해 접한 경우 인식도가 증가하였으며, 21세기에 필요한 기능은 개인의 창의성을 바탕으로 한 의사소통 능력이라고 할 수 있으며 이를 기르기 위해 학생 중심의 소통을 중심으로 한 토론학습이 필요하다는 점이다. 이는 현직 교사와의 인식과도 뜻을 같이 한다. 학생들이 급변하는 미래에서 살아가도록 하기 위해서는 현재를 살고 있는 교사들이 그들이 내적 능력을 수업 방법 혁신을 통해 이끌어 내야 한다고 생각한다. 또한 일반계 고등학교 학생들의 일차과학 문헌 활용 프로그램 활동이 창의적 문제 해결력에 어떠한 영향을 미치는지 조사하였다. 이 과제에서는 학생들의 선행 문헌 분석 활동을 통해 NGSS의 실행 역량 중 창의성과 관련이 있는 구성 요소들이 어떻게 개발되고 발전되는지 분석하여 그 의미를 제고하고자 하였다.
1차년도에 개발된 뇌기반 진화적 접근법에 따른 초등학교 4학년 ‘식물의 한살이’와 5학년 ‘식물의 구조와 기능’ 단원의 창의학습 자료를 적용하여 그 효과를 분석하였다. 분석 과정에는 이들 학습자료가 NGSS, 21세기 기능의 구성 요소에 어떻게 연계되어 있는지 그 상관 관계를 분석하였다. 초등과학의 이들 단원 주제 이외에 다른 생명과학 소재와 주제들에 대해서도 ABC-DEF에 따른 창의학습 자료를 개발하였다. 이 연구에서 개발된 창의학습 자료를 적용하여 그 효과를 분석하는 과정에서 1차년도에 개발한 새로운 과학창의성 평가 방법을 적용하여 평가하였다.
이 연구에서는 또한 뇌기반 진화적 접근법을 적용한 RcBr 유전 프로그램 수업을 고등학생을 대상으로 적용하여 학생들의 일반 창의성과 과학 창의성, 유전 개념성취도의 향상 정도를 알아보았다. 뇌기반 진화적 접근법을 적용한 RcBr 유전 수업 프로그램을 통해 일반 창의성의 하위 요소 중 융통성과 독창성이 향상되었다고 할 수 있다. 또한 이 프로그램 수업이 학생들의 유전 개념성취도의 향상에 효과적이었음을 확인할 수 있었다. 뇌기반 진화적 접근법을 적용한 RcBr 유전 수업 프로그램은 기타 유전 개념과 기본 유전 개념을 향상시키는 데 큰 효과가 있었다. 뇌기반 진화적 접근법에 따라 주제와 단계를 거듭하면서 궁극적으로 많은 학생들이 창의형의 유형을 나타냈는데 이는 과학 수업에서 추구하는 옳은 방향으로 사료된다.

Encouraging students to do science as real scientist is one of the most important objectives of science education. In this study, by reflecting the studies on the structural and functional features of the human brain related to affection, behavior, an ...

Encouraging students to do science as real scientist is one of the most important objectives of science education. In this study, by reflecting the studies on the structural and functional features of the human brain related to affection, behavior, and cognition of scientific activities, and the evolutionary attributes embedded in science itself and in individual scientists’ scientific activities, a brain-based evolutionary model for dong science was developed. The model consists of three domains and three steps. The three domains are the Affective(A), Behavioral(B), and Cognitive(C) domains. Each domain consists of three steps: Diversifying(D), Executing(E) and Furthering(F). This ABC-DEF model is a brain-based one, because it incorporates the affective domain based on the limbic system of the human brain involving emotional aspects, the behavioral domain associated with the sensorimotor areas involving behavioral activities, and the cognitive domain based on the prefrontal lobes involving doing science. This model is evolutionary, because it proceeds from the diversifying step to generate variants at each domain to the executing step to select and test the useful or valuable items among the variants, and then to the furthering step to apply or extend the selected items.
This study investigated the elementary students’ activities in the affective domain of brain-based evolutionary science teaching and learning approach composed of three stages of diversifying, estimating-evaluating-selecting, and furthering about ‘Living Organisms and Environment’ topic. For this study, fifth grader participated, and they performed individually the affective domain activities of brain�based evolutionary approach about the learning topic. The students diversified their interests about main topic of ‘Living Organisms and Environment’, estimated and evaluated their interest subjects and selected the most appropriate one. And then they furthered their selected interests. The activity diaries constructed by the students, observations by the researcher, and interviews with the students were analyzed both quantitatively and qualitatively.
This study included investigating the feasibility of brain-based evolutionary approach in the elementary school students' activities, so that the science classroom could go beyond the cookbook style activities. For this, fifth graders were participate in the activities designed to suggest various methods to find out the functions fo plant roots, select the most appropriate one and then extend the selected one, which was corresponding to the behavioral domain of the brain-based evolutionary approach.
This study was also to analyze the effects of elementary science instruction applying a brain-based evolutionary approach using Rapid-cycling Brassica rapa on the interests of elementary school students. Study analyzed the cognitive domain focused on the topic of 'World of Plants' by ABC-DEF. It was shown that most students could perform the ABC-DEF activities. Findings generally supported the possibility and values of the model. Based on these findings, implications for improving students’ ability to perform authentic science were discussed.
Two core components of creativity of originality and usefulness are inherent in each step. So, one of current studies analyzed the scientific creativity with the originality and usefulness components in cognitive domain, which is composed of diversifying the meanings inherent from the results of observations or experiments (C-D), evaluating the meanings (C-E), and furthering (C-F) in learning of ‘World of Plants’ unit which includes two topics of ‘Plants on Land’ and ‘Plants in Water and Special Environment’.

이 연구에서는 미래 사회에 필요한 실제 과학적 지식 습득·활용 방식과 창의성 함양을 위해, 과학자의 활동에 핵심적으로 수반되는 뇌기능과 진화적 요소를 반영한 뇌기반 진화적 접근법을 통해 학생들이 생명과학 분야에서 실제 과학적 방법으로 과학을 수행하고 과학창 ...

이 연구에서는 미래 사회에 필요한 실제 과학적 지식 습득·활용 방식과 창의성 함양을 위해, 과학자의 활동에 핵심적으로 수반되는 뇌기능과 진화적 요소를 반영한 뇌기반 진화적 접근법을 통해 학생들이 생명과학 분야에서 실제 과학적 방법으로 과학을 수행하고 과학창의성을 발휘하게 할 수 있는 교수학습 자료를 개발하고 효과를 검증하고자 하였다. 이러한 창의 교수학습 자료의 개발과 적용을 통해 차세대과학교육표준(NGSS)의 과학·공학적 실행(practice) 차원의 8가지 구성요소의 역량을 향상시키고, 이와 함께 21세기 기능 중 학습과 혁신 차원의 비판적 사고와 문제해결, 의사소통과 협동 기능들을 효과적으로 함양시키는 것을 기대한다. 이 연구에서 추진하고자 하는 핵심적인 연구 내용은 생명과학 분야에 대한 뇌기반 진화적 접근법(ABC-DEF)을 기본으로 하는데, 여기에는 과학창의성의 두 가지 핵심 요소인 독창성과 유용성, 21세기 기능의 세 영역 중 학습과 혁신 영역, 그리고 미국의 NGSS의 과학·공학적 실행 차원이 밀접하게 관련되어 있다.
1차년도에는 다양한 과학자적 탐구가 가능한 생명과학의 주제를 선정하고자 하였다. 다양한 교수학습 상황에서 활용하여 교육적 효과성이 확인된 Rapid-cycling Brassica rapa (RcBr, 속성배추)을 소재로 창의학습 자료를 개발하였다. RcBr의 주요 특징을 바탕으로 현장 교사들과의 협의 과정을 통해 정의적·행동적·인지적 영역별로 초등학생과 중고등학생들의 수준에 적합한 구체적 활동(A-DEF, B-DEF, C-DEF) 자료를 개발하였다. 초등과학 창의학습 자료의 개발을 위해 뇌기반 영역(ABC)과 진화적 요소(DEF)를 반영한 창의학습 활동 내용을 각 영역과 요소별로 기록하게 할 때, 활동이 자연스럽게 진행되도록 각 영역의 다양화 단계(D)와 비교·평가 단계(E)를 통합한 활동지를 개발하였다. 초등과학 창의학습 자료의 교수학습 소재는 속성배추로 하였고, 교수학습 방식을 뇌기반 진화적 접근법에 따라 개발하였다. 초등학교 4학년 내용에 대해서는 ‘식물의 한살이’ 단원, 5학년 내용에 대해서는 ‘식물의 구조와 기능’ 단원에 적용할 자료를 개발하였다.
뇌기반 RcBr 프로젝트 창의학습 자료 개발과 관련하여 이 연구에서는 성숙한 포자체로부터 암․수 배우자가 형성되는 과정, 꽃가루받이, 꽃가루관의 발아, 수정 및 종자 형성 등 식물의 생식 전반에 대한 다양한 개념과 탐구 활동을 제공하기 위해 ‘식물의 생식’ 주제를 선정하였다. RcBr은 식물의 생식에 대한 가설을 설정하여 탐구를 수행하는 프로젝트 활동에 유용하고 적합한 식물이라고 판단되어 탐구 활동을 위한 식물 소재로 선택하였다. 개발된 뇌기반 RcBr 프로젝트 창의학습 탐구 활동은 실험의 문제․방법․해답의 제시여부에 따라 4종류의 실험 형태로 나눈 Herron의 실험 수준에 따른 수업 형태를 적용하여 탐구를 수행하도록 개발하였다.
2차년도에는 우선 ‘21세기 기능’에 대한 인식조사를 과학교사와 예비교사를 대상으로 실시하였다. 예비 교사들의 ‘21세기 기능’에 대한 인식도는 전반적으로 낮았지만 전공 수업을 통해 접한 경우 인식도가 증가하였으며, 이는 현직 교사와의 인식과도 뜻을 같이 하였다.
1차년도에 개발된 뇌기반 진화적 접근법에 따른 초등학교 4학년 ‘식물의 한살이’와 5학년 ‘식물의 구조와 기능’ 단원의 창의학습 자료를 적용하여 그 효과를 분석하였다. 분석 과정에는 이들 학습자료가 NGSS, 21세기 기능의 구성 요소에 어떻게 연계되어 있는지 그 상관 관계를 분석하였다. 초등과학의 이들 단원 주제 이외에 다른 생명과학 소재와 주제들에 대해서도 ABC-DEF에 따른 창의학습 자료를 개발하였다. 이 연구에서 개발된 창의학습 자료를 적용하여 그 효과를 분석하는 과정에서 1차년도에 개발한 새로운 과학창의성 평가 방법을 적용하여 평가하였다.
이 연구에서는 또한 뇌기반 진화적 접근법을 적용한 RcBr 유전 프로그램 수업을 고등학생을 대상으로 적용하여 학생들의 일반 창의성과 과학 창의성, 유전 개념성취도의 향상 정도를 알아보았다. 뇌기반 진화적 접근법을 적용한 RcBr 유전 수업 프로그램을 통해 일반 창의성의 하위 요소 중 융통성과 독창성이 향상되었다고 할 수 있다. 또한 이 프로그램 수업이 학생들의 유전 개념성취도의 향상에 효과적이었음을 확인할 수 있었다. 뇌기반 진화적 접근법을 적용한 RcBr 유전 수업 프로그램은 기타 유전 개념과 기본 유전 개념을 향상시키는 데 큰 효과가 있었다. 뇌기반 진화적 접근법에 따라 주제와 단계를 거듭하면서 궁극적으로 많은 학생들이 창의형의 유형을 나타냈는데 이는 과학 수업에서 추구하는 옳은 방향으로 사료된다.

과학자들이 과학을 하는 방식과 기능을 반영한 실제과학적 탐구 과정인 뇌기반 진화적 접근법을 통해, 미래를 위한 과학교육 연구와 실제에서 학생들의 과학창의성을 비롯한 과학 능력을 함양하는 구체적인 토대를 제공할 수 있다. 이 연구 결과는 전 세계적으로 많은 관 ...

과학자들이 과학을 하는 방식과 기능을 반영한 실제과학적 탐구 과정인 뇌기반 진화적 접근법을 통해, 미래를 위한 과학교육 연구와 실제에서 학생들의 과학창의성을 비롯한 과학 능력을 함양하는 구체적인 토대를 제공할 수 있다. 이 연구 결과는 전 세계적으로 많은 관심을 가지고 추진되고 있는 미국의 차세대과학교육표준의 다른 두 차원들(관통개념, 학제적 핵심 아이디어)과 21세기 기능의 다른 두 영역인 정보와 미디어 및 기술 소양, 생활과 직업 기능과 연계된 후속 연구 개발에 크게 기여할 수 있을 것이다.
과학교육은 학생과 과학교사, 과학내용이라는 세 요소간의 의미 있는 상호작용이며, 과학 태도(A), 탐구기능(B), 개념(C)을 최대한 육성하도록 돕는 활동이다. 이 연구를 통하여 연구 대상자들은 비록 수준은 낮더라도 과학자가 하는 것처럼, 자신이 탐구하고자 하는 호기심 문제들을 찾아내고(A), 그 문제를 해결하기 위한 방법들을 고안하여 실행하며(B), 자연 현상을 이해하고 개념을 형성(C)하고, ABC각각에서 다양화(D) → 비교·선택·실행(E) → 확장·적용(F)하는 방식으로 프로젝트 또는 개방적 탐구를 경험할 기회를 가질 수 있다. 이러한 ABC각 요소와 DEF 각 단계에서는 과학창의성의 핵심 요소인 독창성과 유용성이 반영되므로, 이 연구 결과 개발될 프로그램은 추후 학교 현장에서 유용하게 적용되어 학생들의 과학창의성 향상에 도움이 될 것이다.
이 연구를 수행한 결과를 발표할 수 있는 학술지로 한국생물교육학회에서 발간하는 “생물교육”, 한국초등과학교육학회에서 발간하는 “초등과학교육” 학술지에 연구 결과를 출판하였으며, IOSTE 국제학술심포지엄과 국내의 여러 학술대회에 발표할 수 있었다.