"과학문화교육"

2006-03-25 (Vol 3, No 3)

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과학교육학 학위논문 요약과 종합해설

과학 영재의 창의적 문제해결력 향상을 위한 과학사 CPS 수업모형 개발과 유전영역 수업프로그램의 적용 효과

논문 요약

오늘날과 같은 21세기 고도의 지식 정보화 사회는 창의력을 요구하고 있으며 창의력은 영재성의 중요한 구성요소이다. 최근에는 창의력에 대해 영역 특이적으로 접근하여 창의력을 창의적 문제해결력으로 통용한다. 그러므로 과학이라는 특정 분야에서 영재의 과학 창의적 문제해결력 신장을 위해서는 영역 일반 창의력 전략과 영역 특이적인 전략을 함께 포괄하는 새로운 창의적 문제해결 프로그램이 필요하다.

이 연구에서는 영역 일반적으로 창의적 문제해결력을 신장시키는데 매우 효과적인 모형으로 알려져 있는 CPS 모형을 고찰하였다. CPS 모형은 창의적으로 문제를 해결해 가는 사고의 과정이고, 그 사고의 흐름을 가시적으로 이해할 수 있는 과정으로 표현해 놓은 하나의 체계이다. 그러나 CPS 모형이 확산적 사고와 수렴적 사고를 상보적으로 사용한다는 장점을 갖고 있긴 하지만, 영역 특이적인 교과 내용과의 통합적인 수업에 대한 배려는 부족하다. 그러므로 CPS 모형이 갖는 이러한 한계를 보완하기 위해 명제적 지식 부분인 과학 내용과 절차적 지식 부분인 과학의 탐구과정을 모두 포함하고 있는 과학사에서 나타난 과학자들의 문제해결 전략을 도입하였다. 따라서 과학 영재의 과학 창의적 문제해결력 향상을 위해 일반 창의적 문제해결 모형인 CPS 모형에 과학교과 내용과 과학의 탐구과정 절차를 통합하였다.

연구결과, 과학사에서 나타난 문제해결 단계와 CPS 모형의 연관성을 확인할 수 있었다. 즉, 과학의 탐구과정 절차가 자연현상에 대한 관찰·의문 제기, 가설설정, 가설검증, 결론도출이라는 일련의 과정이라고 보았을 때, 관찰·의문제기는 CPS 모형의 요소 중 문제의 이해, 가설설정은 아이디어 생성, 가설검증과 결론도출은 행위를 위한 계획 요소와 부합하였다. 이러한 고찰과정을 통해 CPS 모형과 과학사를 접목한 과학사 CPS 수업모형을 R & D 과정을 거쳐 개발하였다.

개발된 과학사 CPS 수업모형에 따라 유전영역의 과학사에서 나타난 주요 개념들을 생물 개념 체계 4수준인 거시적 수준, 개체 수준, 세포 수준, 분자수준별로 나누어 분류·추출하였다. 이렇게 추출된 유전 개념들을 과학사 전략이 도입된 CPS 단계에 맞는 수업의 흐름으로 구성하였다. 또한 창의적 사고 전략의 하위 요소인 확산적 사고와 수렴적 사고의 상보적인 사용을 수업전략으로 하여 총 14차시의 유전영역 수업 프로그램을 개발하였다. 개발한 유전영역 수업 프로그램을 대학교 1, 2학년 5명을 대상으로 파일럿 테스트를 거쳐 1차 수정·보완한 후, 과학고 1학년 2명을 대상으로 개발한 수업프로그램을 멘토링을 통해 적용 가능성을 검토하여 2차 수정·보완하였다. 이렇게 개발한 유전영역 수업프로그램을 충북 소재의 과학고등학교 1학년 48명의 학생들을 대상으로 적용하였다. 유전영역 수업프로그램의 적용 효과를 알아보기 위하여 영역 일반 창의력 부분은 일반 창의력 검사로, 영역 특이적 창의력 부분의 절차적 지식 부분은 과학 창의적 문제해결력 검사로, 명제적 지식 부분은 유전영역 개념 성취도 검사를 통해 단일집단 사전·사후의 효과를 분석하였다. 또한 수업 프로그램의 적용 과정에서 나타나는 학생들의 창의적 문제해결과정을 정성 분석하였다.

유전영역 수업프로그램의 적용 결과, 영역 일반 창의력의 하위 요소인 유창성, 융통성, 독창성이 모두 증가하였음을 알 수 있었다. 그리고 영역 특이적 전략의 절차적 지식에 해당하는 창의적 문제해결력에서도 하위 요소인 문제의 이해, 아이디어 생성, 계획과 실행 능력이 프로그램 적용 후에 향상되었음을 알 수 있었다. 또한 영역 특이적 전략 부분의 명제적 지식에 해당하는 유전영역 개념 성취도가 사전에 비해 사후에 향상되었다.

창의적 문제해결력의 변화 과정을 학생들의 활동지를 통해 정성 분석한 결과, 창의적 문제해결력이 크게 증가한 학생 K, Y, S는 일반 창의력과 유전개념 성취도가 모두 증가하였다. 이는 과학 창의적 문제해결력이 향상되기 위해서는 일반 창의력 뿐 만 아니라 과학의 개념까지도 향상되어야 함을 의미한다. 그러나 창의적 문제해결력이 사전에 비해 사후에 감소한 학생 L은 일반 창의력은 소폭 향상되었지만, 유전개념 성취도는 감소하였다. 이는 학생 L의 사전 개념 성취도가 다른 학생들에 비해 높은 편으로, 자신이 이미 갖고 있는 지식으로 인해 창의적으로 문제를 해결하는 과정이 오히려 방해를 받은 결과로 해석할 수 있다.

이러한 결과는 수업프로그램 적용 과정에서 창의적 문제해결 과정을 좀 더 정교하게 분석하는 연구가 요구된다고 할 수 있다. 또한 학생들의 창의적 문제해결과정이 주로 어떤 요인에 의해 영향을 받는가에 대한 후속적인 연구와 검증이 필요하다.

이 연구에서 개발한 과학사 CPS 수업모형과 이에 근거한 유전영역 수업 프로그램은 과학영재의 일반 창의력, 과학 창의적 문제해결력 뿐만 아니라, 유전영역 개념성취도의 향상에 매우 효과적이었다. 따라서 과학사 CPS 수업모형에 근거한 유전영역 수업프로그램이 과학영재들의 일반 창의력과 과학 창의적 문제해결력 및 과학개념 이해에 효과적인 과학영재를 위한 교육 프로그램을 개발할 때 기본 수업모형으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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이 논문은 2006년 2월 한국교원대학교 대학원위원회에 제출된 교육학 박사학위 논문임.

한국교원대학교 대학원 생물교육전공
지도교수 이 길 재

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김 민 영

과학문화교육연구소