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과학문화교육의 연구와 저술
[학위논문요약] 중학생의 ‘개방적 탐구 계획하기’ 활동에서 탐구 과정과 학생의 개념체계에 대한 사례 분석
(국문 초록)
개방적 탐구는 전통적인 학교 과학 실험의 대부분인 확인 실험보다는 실제 과학 활동이면서 참된 과학 탐구의 특징을 반영하므로 그 필요성이 제기되고 있다. 예비 연구 결과에 의하면 이러한 개방적 탐구 활동에서 학생들은 기존의 교과서 실험과는 달리 스스로 탐구 문제를 도출하고 탐구를 설계하는 것을 가장 어려워하였다. 따라서 학생들이 스스로 탐구 문제를 도출하고 탐구를 설계하는 과정에 대한 미시적인 질적 연구가 필요하다고 하겠다.
본 연구의 목적은 중학생의 ‘개방적 탐구 계획하기’ 활동에서 탐구 과정과 학생의 개념체계를 분석하고 이들이 어떻게 서로 작용하여 진전을 나타내는지를 탐색하는 것이다. 이를 위해 ‘탐구 문제 도출’, ‘자료 조사’, ‘가설 설정’, ‘실험 방법 고안’, ‘실험 절차 구성’의 활동으로 이루어진 ‘개방적 탐구 계획하기’ 활동 수업을 계획하여 경기도 소재 중학교에 재학 중인 7학년 학생 6명을 대상으로 16차시 동안 수행하였고, 그 중 두 명의 학생으로 이루어진 한 조의 활동을 분석하였다. ‘개방적 탐구 계획하기’ 활동의 전 과정을 추적하기 위하여 ‘녹음 자료’, ‘학생 활동 자료’, ‘설문지’, ‘면담 자료’를 수집하였고, ‘현장 노트’를 작성한 후 탐구 과정과 학생의 개념체계를 중심으로 질적 분석을 하였다.
학생들은 처음에 개별적인 경험을 근거로 “열과 빛은 항상 같이 있을까?”라는 탐구 문제를 도출했으나 토론과 교사의 질문을 통해 곧 개별적인 경험의 한계를 인식하고 점차 과학적 지식을 근거로 탐구를 수행하게 되었다. 또한 넓은 범위의 탐구 문제에서 그 다음의 과정으로 진행하기 어렵다는 것을 깨닫고 ‘불’, ‘차갑거나 뜨겁다고 느꼈을 때’와 같은 구체적인 현상이나 대상들을 포착하게 되었다. 학생들은 탐구 문제 도출, 가설 설정 등의 탐구 과정을 순차적으로 진행하기보다는 가설을 설정한 후 그에 맞게 탐구 문제를 수정하거나 실험 방법을 고안하다가 그에 해당하는 가설을 변경하는 등 탐구 과정을 비순차적으로 수행하였다. 이러한 과정을 통하여 학생들은 “체감 온도와 실제 온도는 같을까, 다를까?”라는 탐구 문제와 “체감 온도와 실제 온도의 차이는 열전도율 때문일 것이다.”라는 검증 가능한 가설을 설정하였고, ‘표면 온도계’와 같은 측정 기구와 열전도율이 다른 재료를 선정하여 더 정교한 실험 방법을 고안하고 실험 절차를 구성하면서 탐구 과정 수행 능력을 진전시켰다. 이와 같은 탐구 과정 수행 능력의 진전은 학생들이 점차 탐구 활동의 근거를 개별적인 경험에서 과학적 지식으로, 탐구 대상을 추상적인 대상에서 구체적인 대상으로 포착하면서, 탐구의 과정을 비순차적으로 수행하면서 나타난 것으로 해석되었다.
‘개방적 탐구 계획하기’ 활동 초반에 학생들이 가지고 있었던 ‘열’에 대한 개념은 일상생활에서 직관적 경험으로 형성된 ‘뜨거운 것’이었고 ‘어떤 물체에서 나오는 실체’였다. 그러나 활동이 진행됨에 따라 학생들은 ‘에너지의 이동 과정’이라는 개념을 인식하게 되었고 ‘열’에 대한 개념이 점진적으로 변하는 것을 볼 수 있었다. 또한 ‘손난로’, ‘야광’, ‘차갑다, 뜨겁다’와 같은 현상을 설명하는 ‘열’과 ‘빛’에 관련된 개념이 변하였고, 학생들은 이 개념으로 다른 현상들도 설명하는 것을 볼 수 있었다. 그리고 ‘열’, ‘빛’, ‘불’, ‘온도’, ‘발화점’, ‘전도’, ‘열전도율’, ‘실제 온도’, ‘체감 온도’라는 개념들을 도입하고 연결하면서 개념 간의 관계를 변화시키는 것을 볼 수 있었다. 이와 같이 ‘개방적 탐구 계획하기’ 활동에서 학생의 개념체계는 ‘개별 개념의 변화’, ‘개념과 현상의 관계 변화’, ‘개념 간의 관계 변화’의 유형으로 일어나면서 점차 과학적으로 변하는 것으로 나타났다.
탐구 과정과 학생의 개념체계의 관계를 살펴본 결과, 학생들이 탐구 활동을 과학적 지식에 근거하거나 구체적인 대상을 포착하는 경우에 개념체계가 변하는 경향이 있었다. 또한 한 시점에서 개념체계 변화의 사례가 많은 경우에 그 전의 탐구 과정을 다시 수행하는 경향이 나타났다. 이와 같이 ‘개방적 탐구 계획하기’ 활동에서 탐구 과정의 진전과 학생의 개념체계의 진전이 상호 작용하면서 총체적(holistic)으로 이루어졌다고 판단되었다.
이는 ‘개방적 탐구 계획하기’ 활동을 통하여 탐구 과정과 개념을 함께 학습할 수 있는 가능성을 보여주었고 탐구 과정 요소를 따로 강조하거나 순차적으로 가르치는 것보다는 탐구 과정 전체를 경험하도록 해야 함을 시사한다.
주요어 : 개방적 탐구 계획하기, 탐구 과정, 학생의 개념체계, 열, 빛
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2004년 12월
서울대학교 사범대학 과학교육과 물리전공
석사학위 논문 요약
지도교수: 유준희
첨부
양현주석사논문최종.hwp
양현주, 학 번 : 2003-22216
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