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1 과학교육 자유탐구의효과적인현장적용을위하여 자유탐구의효과적인 현장적용을위하여 글 윤희숙 ( 강원대학교과학교육학부, hsyoon@kangwon.ac.kr) Ⅰ. 들어가며 2007년개정교육과정에서는국민공통교육과정에해당되는 3학년부터 10학년까지학생들의과학에대한흥미를높이고창의력을신장시킬수있도록학생스스로관심있는주제를선정하여탐구할수있는 자유탐구 를신설하였다 ( 교육과학기술부, 2007). 자유탐구 는주제선정에서부터계획수립, 탐구수행, 결과발표에이르기까지학생이주도하여창의적으로수행하며, 매학년에서계획단계 2시간, 중간점검 2시간, 결과발표 2시간등최소한 6차시정도의비교적긴기간동안이루어지는탐구이다. 이는기존의과학교과서에제시된탐구활동이대부분 1-2차시에마칠수있도록되어있어학생들이문제인식에서가설설정, 탐구설계및수행, 결과해석및결론도출에이르는종합적인탐구의기회를갖기어렵다는문제인식에서신설된것이다 ( 교육과학기술부, 2007). 하지만, 자유탐구는우리나라에서는처음으로교육과정에도입되는활동으로연간최소 6차시의시간을배당하도록되어있고, 탐구의전과정에걸쳐학생주도적탐구활동을설계하고, 지필평가보다는수행평가를사용해야하는등기존의교수방법으로접근하기어렵다는점때문에현장과학교사들은새로운자유탐구의지도에대한부담과염려가큰것이현실이다. 실제로, 2007년개정교육과정에대한현직교사들의인식을조사한연구에의하면 ( 김희경등, 2010; 심재호등, 2010), 교육과정에서안내하는자유탐구에대한취지와특징에대해서는이해하고있으나, 자유탐구의지도에대한자신감이크지 않으며, 도입에대한부담이큰것으로나타났다. 이러한교사들의어려움을해결하고학교현장에서자유탐구의도입을돕고자과학창의재단에서는자유탐구예시자료를개발하여보급하였다 ( 서울대학교과학교육연구소, 2010). 그러나여전히학교현장에서는교육과정상의자유탐구를수행하지않거나, 이전의방법대로방학과제로내주어실제적인지도가이루어지지않는경우가많으며, 자유탐구를도입한교사의경우도어려움을이야기하고있다. 특히현장교사의어려움은학생들이탐구의경험이부족한상황에서자유탐구를지도해야한다는것이었다. 학생들은의욕이있었으나탐구를스스로하기에는막막한분위기였다. 처음시도하면서어려웠던점은학생들의기본탐구능력이없다는사실이었다. 이런상황에서기본탐구능력에대한부분과자유탐구주제에따른구체적인활동을동시에지도하기에시간이부족하였다. 기존학교에서의실험은 요리책 식의실험으로관찰결과의기록에머무르거나지식을요하는부분이많았고, 실제적으로탐구기능을적용하거나배양할기회가부족했다. 따라서학생들이스스로탐구과제를선정하고실험을설계하고, 실험을수행하여표나그래프로그리고, 결론을내리고, 그결과를보고하고평가하는자유탐구의전과정을처음부터높은수준으로수행하기는불가능하다고생각된다. 결국단계단계마다교사의지도가필요한데, 교사의적용후의소감에서보듯이학생들의탐구능력이부족한상황에서기본적인탐구능력에 2 CHEMICAL EDUCATION

대하여동시에지도한다는것은 6차시내에서현실적으로어렵고교사에게많은시간과노력을요구하게된다. 자유탐구의경험이학생들과교사에게많이쌓이면이러한부담은줄어들것으로예상되지만당장은그것을기대하기가어렵다. 여기에서는이러한문제의해결에도움이될수있는간단한탐구활동을소개하고자한다.

혹은자유탐구에많은부담을느끼는교사라면이활동자체를예비탐구가아닌본탐구로활용할수도있을것이다. Ⅱ. 탐구활동소개 : 동전위에액체쌓기 이활동은동전위에스포이트를이용해물방울 ( 또는다른액체방울 ) 을떨어뜨리는간단한실험을중심으로한탐구활동이다 (Conthron et al., 1996). 표면장력으로인해액체방울은동전위에쌓여있다가계속해서물방울을떨어뜨리면흘러내려가게된다.

2 대하여동시에지도한다는것은 6차시내에서현실적으로어렵고교사에게많은시간과노력을요구하게된다. 자유탐구의경험이학생들과교사에게많이쌓이면이러한부담은줄어들것으로예상되지만당장은그것을기대하기가어렵다. 여기에서는이러한문제의해결에도움이될수있는간단한탐구활동을소개하고자한다. 수행이간편하고, 시간이짧게걸리는탐구를수행하는경험을본격적인자유탐구수행전에제공한다면자유탐구에필요한탐구능력을학생들이갖출수있도록예비지도할수있을것이다. 본탐구에 6차시를충분이투자할수있기위해서는이러한예비탐구지도는교사나학생의상황에맞게 6차시안에포함시키거나또는따로시간을확보해서탐구능력이부족한학생들의훈련용으로사용할수있을것이다. 혹은자유탐구에많은부담을느끼는교사라면이활동자체를예비탐구가아닌본탐구로활용할수도있을것이다. Ⅱ. 탐구활동소개 : 동전위에액체쌓기 이활동은동전위에스포이트를이용해물방울 ( 또는다른액체방울 ) 을떨어뜨리는간단한실험을중심으로한탐구활동이다 (Conthron et al., 1996). 표면장력으로인해액체방울은동전위에쌓여있다가계속해서물방울을떨어뜨리면흘러내려가게된다. 이때, 최대한쌓을수있는물의양은동전의앞뒤, 동전의종류, 액체의종류등여러변인에의해달라지므로여러다양한주제의자유탐구가가능하다. 또한실험재료가물, 스포이트, 동전등으로간단하고, 탐구수행시간이짧아주제선정부터발표와평가까지소요되는시간이최소한 2차시이내에서가능하다. 따라서학생들이짧은시간에탐구의전과정을경험할수있고, 교사는각단계에필요한탐구능력을전체학급을대상으로집중적으로지도할수있다. 이활동의학생용활동지는 < 표 1> 과같다. 이활동지를작성하면서학생들은자유탐구를진행하게되고, 교사는각단계마다학생들의탐구능력을지도할수있다. < 표 1> 에단계별지도내용과준비물을요약정리하였다. 동전위에액체방울쌓기 (Drops on the Coin) 모둠명 : ( ) 모둠원 : (, ) 1. 주제정하기 ( 네가지질문전략 ) 실험을수행하는데어떤준비물이필요할까? 동전위에액체를떨어뜨리면어떻게될까? 동전위에액체를떨어뜨릴때일어나는일에영향을미치는요인은? 요인에따른변화를어떻게측정하고묘사할수있을까? 선정한주제 : 2. 탐구설계하기 ( 탐구설계다이어그램이용 ) 1) 탐구제목 : 2) 탐구가설 : 3) 독립변인 : ( 대조군 ) 반복횟수 4) 종속변인 : 5) 통제변인 : 6) 실험과정 3. 탐구수행 : 자료수집및분석 < 표 1> 학생용활동지 7) 얻은자료를표로그려보자. 8) 결과를그래프로나타내보자. 9) 결과를설명하는문장을써보자. 10) 탐구가설과관련지어결론을써보자. 이러한결과가나온이유를추측하여써보자. 4. 보고서의작성 전지에 1)~10) 을기록하여발표해보자. 5. 발표와평가 작성한포스터를벽에붙이고, 조별로발표하고, 가장탐구를잘한조를선정하자 ( 탐구내용의과학성, 포스터작성및발표고려 ) Autumn 3

3 과학교육 자유탐구의효과적인현장적용을위하여 < 표 2> 탐구단계별지도내용요약 단계내용준비물 주제선정및모둠구성 탐구설계 탐구수행 보고서작성 발표및평가 동기부여 2 명 ~4 명으로조편성 활동지작성을통한주제선정 독립변인, 종속변인, 통제변인설명 활동지작성을통한탐구절차계획및점검 실험을수행한다. 실험과정에서통제해야할변인을파악 반복수행, 데이터선별지도 표, 그래프그리기지도 모조전지를사용하여포스터제작 조별로포스터발표 우수한조의포스터에스티커를붙여평가 동영상자료 학생활동지 학생활동지 실험기구, 스포이트종이컵, 물, 휴지 학생활동지 유성매직, 모조전지 스카치테이프, 스티커 1 단계 : 주제선정및모둠구성 주제선정전에탐구실험을안내하면서동기부여를한다. 동영상을보여주어현상에대한호기심을갖게한다. ( 참고동영상 : how_many_drops_can_coin_carry/) 모둠을구성하고모둠별로활동지를작성한다. 주제선정을위하여네가지질문에답을한다. 변인을생각하면서주제를생성할수있도록도움을준다. 예시 ) 질문 1: 실험을수행하는데어떤준비물이필요할까? 동전, 액체, 스포이트, 사람, 세척액 질문 2: 동전위에액체를떨어뜨리면어떻게될까? 액체가쌓이고, 넘치고, 종이가동그랗게젖음 질문 3: 동전위에액체를떨어뜨릴때일어나는일에영향을미치는요인은? 동전들 : 종류, 년도, 더러움의정도, 앞뒤, 금속액체 : 종류, 온도스포이트 : 종류, 입구의크기, 떨어지는높이사람 : 여성, 사용하는손, 기술세척액 : 형태, 상표, 세척시간, 세척방법 질문 4: 요인에따른변화를어떻게측정하고묘사할수있을까? 방울수를센다. 코인위의액체의모양을묘사한다. 쌓인높이를잰다. 휴지에퍼진반경을잰다. 하나의변인을선택하여주제를선정하게한다. 예시 ) 동전앞과뒤에올라가는물의양비교, 동전위에올라가는물과에탄올의양 2 단계 : 탐구설계 변인에대한설명을한다. 변인정의비고 독립변인 종속변인 통제변인 종속변인에미치는영향을알아보기위해조절하는변인 ; 예상하는변인 독립변인의조절및처치의효과를알아보기위해측정하는변인 ; 예상되는변인 종속변인에영향을미치지않도록그수준과조건을일정하게유지하는변인 실험설계예시를보여주고설명한다. 1. 탐구제목 : 소금의양이물의온도에미치는영향 2. 탐구가설 : 소금의양이증가할수록물의온도는올라갈것이다. 3. 독립변인 : 소금의양 0 스푼 ( 대조군 ) 1 스푼 2 스푼 3 스푼 4 스푼 3 회 3 회 3 회 3 회 3 회 4. 종속변인 : 물의온도 5. 통제변인 : 물의양, 소금녹이는시간, 저어주는속도 질문 3 질문 2 질문 3 4 CHEMICAL EDUCATION

4 선정한주제를가지고, 활동지를작성하면서탐구설계할수있도록지도한다. 예시 ) 1. 탐구제목 : 동전위에올라가는물과에탄올의양 2. 탐구가설 : 물이에탄올보다동전위에많은양이올라갈것이다. 3. 독립변인 : 액체의종류 액체의종류물에탄올 실험횟수 종속변인 : 액체의방울수 5. 통제변인 : 동전의종류, 떨어뜨리는사람, 떨어뜨리는높이 점검표를나누어주고, 탐구설계를점검해보게한다. 번호 점검항목 1. 탐구제목은독립변인과종속변인을명확하게포함하고있는가? 2. 탐구가설은독립변인의변화가종속변인에미치는영향을진술하고있는가? 3. 독립변인은하나로되어있으며, 명확하게정의되어있는가? 4. 독립변인의수준은분명히진술되어있는가? 독립변인을검증할충분한수준이설정되어있는가? 5. 대조군이분명하게진술되어있는가? 6. 반복횟수가명시되어있으며, 검증에충분한가? 7. 종속변인이분명하게명시되어있는가? 8. 종속변인이조작적으로정의되어있는가? 조작적정의란어떻게반응을측정하고기술할것인가를연구자가분명하게진술하는것을말한다. 9. 통제변인이명확하게진술되어있는가? 또다른변인은없는가? 10. 탐구설계에서빠진부분은없는가? 11. 탐구설계가창의적이며, 수행하기에적절한수준인가? 3 단계 : 탐구수행 실험에필요한재료를준비해두고, 각조별로필요한물품을가져가게한다. 예시 ) 휴지, 동전, 스포이트 ( 플라스틱 1 회용 ), 종이컵, 물, 에탄올등 적어도 3번이상의재현성있는결과를얻어평균값을내도록지도한다. 실험과정에서액체를떨어뜨리는높이, 떨어뜨리는시간간격등통제할변인을실험적으로잘통제하도록지도한다. 수집한데이터를표를만들어기록하도록지도한다. 4 단계 : 보고서작성 모조전지와매직을준비하여실험에대한보고서를포스터형식으로작성하게한다. 활동지의 1)~10) 내용을기록하도록지도한다. 제목 : 변인간의관계로표현 ( 종속변인에대한독립변수의영향 ) 가설설정 : 독립변인과종속변인의관계를기술 ( 만약, 독립변인이 ( 증가 / 감소 ) 한다면, 종속변인은 ( 증가, 감소, 동일 ) 할것이다. 로표현표 : 왼쪽칼럼에독립변수, 오른쪽칼럼에종속변수를배치하고, 변수의이름과단위를적는다. 각데이터값을기록하고, 계산된평균값을적는다. 그래프 : x 축은독립변수, y 축은종속변수를배치하고, 축의이름과단위를적는다. 평균값으로그래프를그린다. 결론도출 : 가설에대한최종적인해답이나확정적인설명이되는문장으로제시 예시 ) 표그리기 액체종류 평균 물 에탄올 종류 [ 적절하지않은표 ] 쌓인액체의양 ( 방울 ) 평균 물 에탄올 [ 적절한표 ] 첫번째표는학생들이일반적으로범하기쉬운오류를가지고있다. 기본적으로종속변수가무엇인지알수없고, 단위가제시되어있지않다. 쌓인물방울의수는일의자리가유효숫자이므로계산된평균값은소수일의자리에서반올림해야한다 Autumn 5

과학교육 자유탐구의효과적인현장적용을위하여 그래프그리기 학생들에게다른조의탐구내용과발표를평가하게한다. 예 ) 간단한평가기준을주고, 자신의조외의다른조의발표중가장잘한조의포스터에스티커를붙이게한다. 스티커가많이붙은조에좋은점수를주고, 상을준다. 또는가장많은방울수올리기시합을하여상을주고활동을마무리한다. Ⅲ.

5 과학교육 자유탐구의효과적인현장적용을위하여 그래프그리기 학생들에게다른조의탐구내용과발표를평가하게한다. 예 ) 간단한평가기준을주고, 자신의조외의다른조의발표중가장잘한조의포스터에스티커를붙이게한다. 스티커가많이붙은조에좋은점수를주고, 상을준다. 또는가장많은방울수올리기시합을하여상을주고활동을마무리한다. Ⅲ. 나오며 [ 적절하지않은그래프 ] 자유탐구를경험한학생의소감을보면자유탐구의긍정적인측면이많이있음을보게된다. 학생들은자유탐구를통해지식적인만족, 동료와의협동, 주도적인탐구수행을통한만족을얻었고, 과학에대한흥미와만족을갖게되었다고이야기한다. [ 적절한그래프 ] 첫번째그래프의경우, 축의제목이나단위가없고, 그래프의형태가바르지못하다. 독립변수가불연속적인변수이므로꺽은선그래프가막대형그래프가적절하다. 예를들어성별에따른평균몸무게그래프는막대형이, 연령에따른평균몸무게는꺽은선그래프가더적절할것이다. 5 단계 : 발표및평가 포스터형식의보고서를벽에스카치테이프로붙여놓고조별로발표한다. 질의응답시간을갖는다. 교사가탐구수행또는자료정리과정에서의문제점을수정해준다. 힘든점도많았지만모둠끼리같이해서협동력도기를수있었고ㅇㅇ에대해많은것을알게되어좋았다. 우리가직접보고서랑계획서도쓰고준비물도우리가준비해서해보니내용이머리에쏙쏙들어오는것같다. 직접내가주제를정하고실험해보고방법도정해보고누구도움없이내팀과같이주제로성과를이루고발표도했다. 실험할때맛보고꾸미고조사해서내용쓰면서헤쳐나가서재밌고흥미로웠다. 자유탐구라서내가궁금한것에대해서조사해보니깐과학이라는과목에흥미가있어서좋았다. 또한탐구단계에서어려움, 수행시실패에대한어려움, 협동의어려움을이야기하기도한다. 그러나이러한어려움은문제해결의과정을겪는다는측면에서마찬가지로긍정적이라고할수있다. 매번정해져있던것만하다가주제를직접정해야해서어려웠다. 해보고싶은것도너무많아서고르기도힘들었다. 재료를준비하는것도힘들었고, 없는것도많아서도구없이손으로직접해야하는것도많아서힘들었다. 실패후계속시도해도결과가나오지않았을때, 친구들과뜻이맞지않을때어려웠다. 6 CHEMICAL EDUCATION

결국학생들이자유탐구를통해기존의교과서실험이나탐구를통해경험하지못한 진정한과학 을하는즐거움과어려움을경험하게된다는점에서자유탐구의학교현장적용은매우의미있다고생각된다. 그러나안타깝게도 2009 개정교육과정에서는 자유탐구 에대한내용이제시되지않고있다. 따라서새로운교육과정에서는필요하지않다고인식될수있다. 그러나 자유탐구 의도입이어렵다고해서이것을포기한다면많은좋은것을잃는셈이된다.

6 결국학생들이자유탐구를통해기존의교과서실험이나탐구를통해경험하지못한 진정한과학 을하는즐거움과어려움을경험하게된다는점에서자유탐구의학교현장적용은매우의미있다고생각된다. 그러나안타깝게도 2009 개정교육과정에서는 자유탐구 에대한내용이제시되지않고있다. 따라서새로운교육과정에서는필요하지않다고인식될수있다. 그러나 자유탐구 의도입이어렵다고해서이것을포기한다면많은좋은것을잃는셈이된다. 학교현장의개혁은결국선생님들의손에달려있는것이다. 새로운교육과정에제시되지않았더라도자유탐구를수행해보자. 학생들이과학을수동적으로 듣는 것이아니라과학을 하는 것을보게될것이고, 과학을즐거워하는것을보게될것이고, 이전에는알지못했던학생의다른모습들을만나게될것이다. 참고문헌 교육과학기술부 (2007). 교육인적자원부고시제 호및제 에따른중학교교육과정해설서 Ⅲ. 서울 : 대한교과서주식회사. 김희경, 윤희숙, 이기영, 조희형 (2010). 2007년개정과학과교육과정의 자유탐구 에대한중등과학교사의인식. 중등교육연구, 58(3), 서울대학교과학교육연구소 (2010). 중학교 2,3학년과학자유탐구교수학습및평가연수자료, 서울대학교과학교육연구소. 심재호, 신명경, 이선경 (2010). 2007년개정과학과교육과정의주요내용의실행에관한과학교사의인식. 한국과학교육학회지, 30(1), Conthron, J. H., Giese, R. N., & Rezba, R. J. (1996). Science Experiments by the Hundreds. Dobuque: Kendall/Hunt Publishing company Autumn 7

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< C0DAC0B2C5BDB1B820BFEEBFB520B8DEB4BABEF32D33C2F720C6EDC1FD2E687770> 과학영재의창의적탐구능력배양을위한 R&E 프로그램기획 운영핸드북 Handbook of Annual Planning and Implementing R&E Program for the Talented 2017 과학영재창의연구 (R&E) 지원센터 이핸드북은과학고와과학영재학교의연간 R&E 프로그램기획 운영을효과적으로지원하기위해개발된것으로, 한국과학창의재단지정과학영재창의연구