"과학문화교육"

2007-04-25 (Vol 4, No 4)

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과학교육학 학위논문 요약과 종합해설

가설 연역적 탐구 실험이 과학 탐구 능력과 과학의 본성에 미치는 영향 및 가설 설정과 검증 과정의 특징 분석

(박사학위 논문요약)

과학적 탐구는 자연에서 일어나는 현상을 이해하기 위한 방법으로 자연에 관해 질문을 던지고 그 질문에 대한 답을 찾아가는 과학의 과정을 일컫는다. 과학적 탐구의 대표적 방법인 가설 연역법은 가설을 생성하고 검증하는 일련의 과정으로 가설 연역법에 기초한 탐구 학습은 학생들로 하여금 다양한 탐구 과정 기능을 활용할 수 있게 하고, 과학적 지식이 형성되는 과정을 경험할 수 있게 한다. 과학 교수 학습 과정에서 가설 연역법에 기초한 탐구가 이루어지기 위해서는 구체적인 수업 전략이 필요하며 그러한 전략에 기초한 수업이 학생들에게 미치는 영향에 관한 연구가 필요하다.
이에 본 연구에서는 학교에서 가설 설정의 활용 실태와 교사들의 가설에 대한 인식을 조사하였으며(연구 Ⅰ), 가설 연역적 방법에 기초한 수업 모형을 제안하고 이 모형에 기초한 수업이 학생들의 과학 탐구 능력과 과학의 본성에 미치는 영향을 알아보았다(연구 Ⅱ). 또한 가설 연역적 탐구 실험 수행 과정에서 학생들의 가설 설정과 검증 과정의 특징을 분석하였다(연구 Ⅲ).
연구 Ⅰ의 결과, 모든 탐구 과정 기능 중에서 현장에서 가장 많이 사용되고 있는 것은 자료 해석이었으며 가장 적게 사용되는 것은 가설 설정이었다. 이뿐 아니라 가설 설정 기능은 현장에서 교사들이 가장 활용하기 어려워하는 탐구 과정 기능으로 나타났으며 그 이유로 가설 연역적 수업안의 부재를 가장 많이 언급하였다. 중학교 교사들이 고등학교 교사들보다, 교육 경력이 짧은 교사들이 긴 교사들보다 가설 설정 기능의 활용에 더 어려움을 느끼는 것으로 나타났다. 많은 교사들이 가설을 적절하게 정의하였으나 선택형 문항이 주어졌을 때 소수의 교사들만이 가설을 바르게 선택하였으며 가설과 예상을 가장 많이 혼동하고 있었다. 학교 현장에서 가설 설정을 활용하기에 가장 힘들다고 생각함에도 불구하고, 많은 과학 교사들이 중학생 이상이면 ‘가설 설정’ 수업이 가능하다고 보았다. 가설 설정과 관련된 탐구 실험이 수행되기 위해서는 가설의 명확한 정의에 대한 안내와 가설 설정을 위한 교수 전략이 제시되어야 할 필요가 있겠다.

연구 Ⅱ는 가설 연역적 탐구 실험 수업 전략을 개발하고 이 실험 수업이 학생들의 과학 탐구 능력과 과학의 본성에 미치는 영향을 조사하였다. 본 연구에서 개발한 가설 연역적 탐구 실험은 가설의 설정과 가설의 검증 부분으로 구성하였으며 가설 설정 부분은 귀추적 이론에 기초하여 구성하였다. 연구 결과 가설 연역적 탐구 실험은 실험의 과정이 안내된 탐구 실험보다 학생들의 과학 탐구 능력 신장과 과학의 본성에 대한 관점의 변화에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 과학 탐구 능력 중 기초 탐구에서는 예상이, 통합 탐구에서는 가설 설정, 변인 통제, 일반화 등이 통계적으로 유의미한 향상이 나타났다. 과학의 본성 중에서는 관찰의 이론 의존성, 과학적 추론, 가설에 대한 관점이 현대적인 관점으로 변화되었다. 가설 연역적 탐구 실험의 효과는 주로 피상적 학습 전략을 사용하는 학생들보다 심층적 전략을 사용하는 학생들에게 효과적이었다.

연구 Ⅲ은 가설의 생성 과정과 검증 과정에서 학생들의 반응의 특징을 분석하기 위한 목적으로 수행되었다. 학생들의 가설 생성 과정을 분석하고 가설을 제안하게 된 근거에 따라 학생들의 가설을 실험 탐색 가설과 배경 지식 탐색 가설로 분류하였다. 실험 탐색 가설은 실험 상황의 탐색으로부터 가설이 도출된 경우이며 배경 지식 탐색 가설은 관련된 배경 지식의 탐색으로부터 가설이 도출된 경우이다. 실험 탐색 가설의 경우, 학생들은 의문 상황의 관찰을 통해 쉽게 발견할 수 있는 변인이나 의문 상황이 일어나기 전과 후에 차이가 나는 변인들을 가설로 제안하였다. 배경 지식 탐색 가설의 경우, 학생들은 의문 상황과 관련된 과거 경험이나 과학적 이론을 떠올려 가설을 설정하였다. 이때 떠올린 배경 지식이 관찰한 현상과 원인적인 면에서 유사성을 가지고 있는 경우의 가설을 본질적 유사 가설로, 현상과 겉으로 드러나는 외적인 면에서 유사성을 가지고 있는 경우의 가설을 표면적 유사 가설로 분류하였다. 본질적 유사 가설은 다른 가설보다 과학적인 설명 가설에 더 가까웠다.

다음으로 학생들의 가설 검증 과정을 분석하고 예측 결과와 실험 결과가 일치하지 않을 경우 학생들의 반응 유형을 예측 확신형, 실험 확신형, 합리적 수용형, 권위 의존형으로 분류하였다. 예측 확신형은 실제 실험의 결과보다 자신의 가설에 기초하여 예측한 결과를 더 신뢰하는 유형의 반응으로 자신이 예측한 결과가 나올 때까지 실험을 반복하여 실시하는 경향을 나타내었다. 실험 확신형은 예측한 결과보다 실험에서 얻어진 결과를 더 신뢰하는 유형의 반응으로 단 한 번의 실험 수행에서 얻어진 결과에 기초하여 가설을 기각하는 경향을 나타내었다. 합리적 수용형은 예측 결과나 실험 결과가 틀릴 가능성을 모두 고려하여 수정하는 유형의 반응이며 권위 의존형은 교사의 의견이나 교과서의 내용에 의존하여 가설의 수용과 기각을 결정하려고 하는 유형의 반응이다. 예측한 결과와 실험의 결과가 일치할 경우 학생들의 반응 유형은 가설의 무조건적 수용 유형과 가설의 조건적인 수용 유형으로 분류하였다. 가설의 무조건적 수용의 유형은 예측된 결과와 실험의 결과가 일치하는 한 번의 실험으로 바로 가설을 수용하는 형태의 반응이다. 반면 가설의 조건적인 수용의 유형은 예측된 결과와 실험 결과가 일치할 경우 반복적인 실험이나 다른 조와의 실험 결과의 비교를 통해 가설의 수용이나 기각을 결정하는 반응이다. 반응 유형 중에서 예측 확신형과 무조건적 가설 수용형이 다른 유형보다 많이 나타났으며 이러한 결과로부터 학생들은 자신이 설정한 가설을 수용하려는 경향이 크다는 것을 알 수 있다.
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이화여자 대학교 과학교육학과
2007
지도교수: 강순희

김지영

과학문화교육연구소