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수연 동방
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1 연구논문현장과학교육 4(2) pp65~73 (2010 년 8 월 ) - 고속카메라를이용 - 김문섭 1, 지찬수 2* 1 김화공업고등학교, 강원도 강원대학교과학교육학부, 강원도 Development of Teaching-Learning Program and Materials on Science for Improving Creativity - Using the High Speed Camera - Mun Sub Kim 1, Chan Soo Jee 2* 1 Gimhwa Tech High School, Kangwon , Korea 2 Department of Science Education, Kangwon National University, Kangwon , Korea 요약 본연구에서는과학창의성신장을위한과학과교수 학습프로그램과프로그램에사용될수있는학습자료를제작하였다. 개발된자료는학습지와고속카메라촬영영상이다. 학습지의문항은창의력을키울수있는다양한학습방법 적용이가능한문항으로구성하였다. 풍선터지는장면과떨어지는물체에의한액체충돌장면을촬영하였으며학생도전상황지도를위한교사용촬영자료를제작하였다. 주제어 : 창의성, 상황도출해결프로그램, 고속카메라 * 서론 오늘날학교교육에서는고도의창의력과문제해결력을갖춘인적자원의육성을교육의중요한목표로삼고있다. 즉, 기존의지식을기계적으로암기하고, 적용하는능력이아니라다양한정보를활용하여창의적아이디어와문제해결방법을창출할수있는능력의신장이중요시되고있으며, 그리하여교육현장에서창의력과문제해결력에대한관심이높아지고있다 ( 박성익등, 2006). 그중요성은제 7차교육과정의기본방향과목표에서도강조되고있다. 기본방향은창의적문제해결력은미래지식기반사회뿐만아니라현대사회에서요구하는인간상으 * 교신저자 : csjee@kangwon.ac.kr 2010 년 6 월 25 일투고, 2010 년 8 월 9 일 1 차수정, 2010 년 8 월 16 일 2 차수정, 2010 년 8 월 17 일통과 로서가장중요하게간주되는능력으로서과학은탐구활동등을통하여창의성을신장시키는데효과적이므로새교육과정에서는제 7차과학과교육과정과달리과학현상과관련된문제를창의적이고과학적으로해결하는것을물리1 교육의중요목표에포함시켰다 ( 교육인적자원부, 2008). 그러나, 국제과학성취도평가에서우리나라학생들은학년이올라갈수록과학에대한관심과흥미가낮을뿐아니라, 과학성취도도초등학교에서는높으나점차고차적사고력이나창의적문제해결력을필요로하는중학교, 고등학교로올라갈수록점점낮아지고있음을지적하고있다 ( 해외교육정보, 1998). 이에대한원인중의하나는비록우리나라과학과교육과정이창의적능력과문제해결의중요성을제시하고있더라도교과서나교육현장에서의수업방법및자료가학생들의창의적문제해결력의증진과과학에대한관심을뒷받침해주지못하였기때문이라고지적되고

2 현장과학교육 4(2) 있다. 왜냐하면창의성계발방법으로는영역특수적인입장에서교과교육의내용을고려하기보다는영역보편적인입장에서교과내용과별로관련이없는일반적인창의적사고능력을기르는프로그램이대부분이기때문이다 ( 김명숙과최인수, 2005). 따라서과학교과영역에서과학창의력계발을위한효과적교수-학습방법및자료의모색과그에따른효과적과학창의성교육프로그램의개발은다양하게충분히이루어지고있는편이라고보기힘들다 ( 박성익등, 2006). 그러므로학생들의과학창의성을신장시켜주기위해서는학생의발달수준에적합한과학창의성교육프로그램및자료를개발하여야할것이다 ( 정현철등, 2002). 과학창의성신장은학습자들에게유창성, 융통성, 독창성, 정교성등창의성이발휘될수있는좋은학습자료가제공될때가능할것이다. 좋은학습자료의조건은첫째, 학생들에게흥미및다양한궁금증이발휘될수있어야할것이다. 이를통해유창성을키울수있다. 둘째, 발생된흥미및궁금증을통해다양한실험상황을학생스스로구성할수있어야한다. 이과정을통해융통성및독창성을기를수있다. 셋째, 제시되고학생스스로새롭게구성한실험상황속에다양한과학적개념이들어있어야한다. 학생자신은실험상황에대한과학적개념의적용을통해정교성이길러질것이다 ( 경상북도교육청, 2005). 그러나과학교육에서효과적인창의성신장을위한교수-학습자료의개발이적극적으로이루어지지않았다 ( 강호감등, 2001). 이에본연구에서는중학생및고등학생들의과학창의성을신장시켜주기위한교수-학습프로그램과이에적용시킬학습자료를고속카메라를이용해제작해보고자한다. 이를통해과학창의성신장을위한구체적인실천전략을제시하고자한다. 이론적배경창의성과과학창의성의개념 창의성이독창적 (original) 이고유용한산물 (useful product) 을만들어낼때나타나는것이라는데에학자들간에많은의견일치를보이고있음에도불구하고창의성이무엇인가에대해서는여전히많은이견들이존재한다 ( 경상북도교육청, 2005). 전경원 (2000) 은이러한다양한창의성의정의와개념이범람하는상황을혼란스럽다기보다는창의성에대해개방성을갖고 있다고보고창의성에대한다원주의를적극적으로수용해야만진정한의미의창의성의발전을기대할수있을것이라제안하였다. 대표적인창의성요소에관한입장을정리하면, Guilford (1959) 는창의성개념을구성요소들에의해구체화하면유창성, 융통성, 정교성, 독창성의 4요소를창의성의구성요소로설명하였다. 유창성은특정한문제상황에서가능한많은양의아이디어를산출하는능력이다. 융통성은고정적인사고방식이나시각자체를변환시켜다양한해결책을찾아내는것이다. 독창성은기존의것에서탈피하여참신하고독특한아이디어를산출하는능력으로, 정교성은자세하고, 세부적이며, 구체적인수준으로기본적인아이디어를보다재미있고완전한것으로다듬고확대시켜가는능력으로설명하고있다. 창의성의최근의연구에서는특정영역의지식을강조하는경향이두드러지게나타나고있다 ( 박성익, 1997). 이러한영역특수적입장에서과학창의성개념을정리한장지은 (2005) 은과학창의성을과학영역과관련된사람이과학의상징, 규칙, 절차의영역에서과학사회에서인정하는새로운사고를생성하는능력이라고정의하고있다. 즉, 창의성은영역특수적이기때문에과학창의성은일반창의성과는달리과학이라는특정교과를전제로한현대의과학문명사회에서가치있다고평가받을만한창의적정신활동이라고개념화할수있다 ( 김명숙과최인수, 2005). 박종원 (2004) 은과학창의성의세가지구성요소로과학내용, 과학적탐구기능, 창의적사고를지적하고있다. 한편최경희와조연순 (2000) 은과학의내용지식, 과정지식, 창의적사고기능을과학창의성의통합적구성요소로제공하였다. 여기에서내용지식은과학개념이유기적으로통합되었을때더큰유용성을발휘한다고한다. 과정지식은관찰, 분류, 측정, 예상, 추리와같은기본적탐구과정과, 문제인식, 가설설정, 변인통제, 자료변환, 자료해석, 결론도출, 일반화등과같은통합적탐구과정을가리킨다. 그리고창의적사고기능은창의적문제해결능력이과학창의성신장에가장효과적인것으로파악되고있다. 이상의논의들은과학교과를통해과학창의성을향상시키고자할때, 그학습활동에는과학적인내용을포함하면서, 과학적인탐구기능이나활동을포함해야하며, 교수-학습활동에서제시되고있는다양한문제들이창의적사고를통해해결되어야함을강조한다. 이러한필수적인요소들을고려한다면, 과학창의성 이란과학적지식과탐구기능을기반으로과학현상에 66

3 서문제를찾아내고, 과학적탐구과정에적합하면서도창의적인문제해결방법을만들어내는능력으로규정할수있다. 창의성사고기법창의성사고기법은전세계적으로 300가지이상으로알려져있고다양한문제를새롭게해결하기위해특정한한가지기법만이도움을주는것이아니므로, 문제와상황에따라적절한기법을선택하여사용하는것이좋다 ( 전경원, 2000). 김영채 (2004) 는창의적사고에서사용할수있는기법으로아이디어생성을위한기법 ( 발산적사고기법 ), 아이디어를사정 개발 선택하기위한기법 ( 수렴적사고기법 ) 및아이디어를실천하고행위화하기위한기법 ( 행위계획을위한기법 ) 을제안하였다. 발산적사고기법은아이디어들을많이, 다양하게그리고독특하게생성해내기위한기법으로브레인스토밍, 유추법, 형태학적분석법, 스캠퍼, 연상법, 육색사고모자기법, 마인드맵등이있다. 그러나창의적인아이디어들을생성해내는것만으로는충분할수가없다. 왜냐하면우리는여러개의아이디어가운데서최선의해결책만찾아내고자하기때문이다. 그래서수렴적사고기법으로하이라이팅기법, 역브레인스토밍, ALU(PMI), P-P-C 대화기법, 평가행렬법등이있다. 첫째, 창의적문제해결과정이란잘정의되지않은문제를해결하기위해서기존지식이나새로운자료를기반으로다양한아이디어를생성하여문제를해결하는고차원적인사고과정을말한다 (Torrance, 1977). 창의적문제해결과정을종합해보면, 필수적인단계는관심영역발견, 자료발견, 문제발견, 아이디어발견, 해결책발견, 수용안발견단계로구성된다. 이와같은창의적문제해결과정의각단계마다발산적사고와수렴적사고가순환적으로이루어지게되는데, 특히창의적문제해결과정에서는발산적사고와수렴적사고가균형있게이루어져야만창의적문제해결이효과적으로이루어지게된다 (Torrance, 1977). 둘째, 탐구학습과정이란학생들이지식획득의과정에주체적으로참가함으로써학생들로하여금새로운지식을형성하는데필요한탐구능력을습득하게하는학습과정을말한다 ( 최경희와조연순, 2000). 나아가이렇게습득된탐구능력을바탕으로새로운문제상황에적용하려는적극적인학습태도를기르는것도탐구학습의주요한목표이다. 대표적인탐구학습과정으로 Suchman(1962) 이제안한탐구학습과정은문제상황에직면하는단계, 문제및자료확인단계, 자료수집및실험하는단계, 탐구결과를설명하는단계, 마지막으로탐구과정의분석단계로구성되어있다. 과학창의성신장을위한학습과정 연구의내용및방법 과학창의성을신장시키기위해서는창의적문제해결능력, 탐구능력, 과학영역지식과같은능력요인들의함양이필요하다. 각능력요인을신장시키는데필요한학습과정으로는창의적문제해결과정, 탐구학습과정등이있다. 본연구에서는과학교과안에서창의성을신장시킬수있는방법에대해연구하였다. 이를위해수행된연구절차를보면다음과같다. 첫째, 창의성및과학창의성의개념과구성요소, 과학창의성신장을위한수업모형등과관련된자료들을수집 표 1. 창의성신장을수업모형 ( 프로그램 ) 의비교 CPS (Creative Problem Solving) FPSP (Future Problem Solving Program) 일반적탐구과정 본프로그램학습단계 ( 상황도출해결프로그램 ) 과제찾기 도전과제확인 문제파악아이디어창출실행계획세우기 자료찾기 문제찾기 핵심문제선정 해결아이디어생성 아이디어찾기 판단준거생성 판단준거적용 해결방법찾기 수용할것찾기 실행계획개발 관찰문제도출가설실험결론 기본상황제시 기본상황해결 도전상황도출 도전상황도출, 해결활동 도전상황해결활동 결론도출 확장상황제시 확장상황적용 67

현장과학교육 4(2) 그림 1. EXILIM PRO EX-F1의제원및특징하여종합 고찰하였다. 둘째, 문헌조사를바탕으로과학수업에적용시킬새로운교수 학습프로그램을구안하였다. 셋째, 프로그램에적용시킬학습자료를제작하였다. 학습자료는학생들이수업시간에이용할학습지와고속카메라로촬영된영상으로구성되어있다.

창의성신장을위한상황도출해결프로그램은 기본상황학습 -도전상황도출- 도전상황해결활동-확장상황적용 의 4단계로이뤄지며본프로그램에서는탐구의과정을통하여문제발견력및창의성신장이이루어진다. 과학창의성신장을위한학습프로그램의대표적인예는 CPS (Creative Problem Solving) 과 FPSP(Future Problem Solving Program) 이다.

4 현장과학교육 4(2) 그림 1. EXILIM PRO EX-F1의제원및특징하여종합 고찰하였다. 둘째, 문헌조사를바탕으로과학수업에적용시킬새로운교수 학습프로그램을구안하였다. 셋째, 프로그램에적용시킬학습자료를제작하였다. 학습자료는학생들이수업시간에이용할학습지와고속카메라로촬영된영상으로구성되어있다. 과학창의성신장을위한교수-학습프로그램앞의이론적배경에서고찰된바와같이, 과학창의성의개념과창의성신장방법그리고과학창의성신장을위한기본적학습과정인 창의적문제해결과정, 탐구학습과정 을바탕으로과학창의성신장을위한 상황도출해결프로그램 학습모형을구안하였다. 창의성신장을위한상황도출해결프로그램은 기본상황학습 -도전상황도출- 도전상황해결활동-확장상황적용 의 4단계로이뤄지며본프로그램에서는탐구의과정을통하여문제발견력및창의성신장이이루어진다. 과학창의성신장을위한학습프로그램의대표적인예는 CPS (Creative Problem Solving) 과 FPSP(Future Problem Solving Program) 이다. 이학습프로그램의공통점은문제및도전과제를주고그문제및도전과제의해결활동을통해창의성을신장시키는프로그램이다. 두프로그램공통으로학습자에게문제및도전과제를주어창의적으로해결하는과정의학습모형이다. 이두프로그램의장점을합쳐놓은것이상황도출프로그램이다. 즉, CPS 프로그램의문제파악및아이디어창출을첫단계기본상황과정으로만들었으며 FPSP의도전과제를두번 째도전상황활동으로정했다. 그리고여러상황속에서일반화된원리및개념을적용시키는능력을키우는확장상황을마지막단계로정하였다. 이상황도출해결프로그램은일상생활에서일어나는현상관찰을통해과학현상을예상하고이해하는활동을통해과학현상에대한창의적사고활동을증진시킬수있는모형이다. 아울러상황도출해결프로그램에서는학습자들의흥미를유도하고, 과학현상의이해와분석을위한학습자료로서짧은순간일어나는현상을고속카메라로촬영한자료와이를활용하는학습지가제공된다. 이러한학습자료들은과학현상의이해를촉진시키고가시적이며조작적인과학현상을제시하여창의적사고를증진시킬수있다. 상황도출프로그램의기본상황에서는일상생활에서쉽게경험하는영상이제시된다. 상황은짧은순간에일어나는모습의자료가제시된다. 그러나고속카메라로촬영하는순간의모습은학생들이볼수없는순간을자료로이용하는것으로모든학생이처음경험하는흥미로운상황이수업자료가된다. 따라서학생들에게서자연스럽게흥미를유도할수있는특징을가지고있으며짧은순간영상속에는많은과학적개념들이포함되고있기때문에학생들에게과학적창의성을이끌어내는데좋은학습자료가될수있다. 이후새로운상황에대한다양한아이디어를학생스스로찾고이를직접알아보는도전상황도출및해결활동그리고다양한다른상황에적용하는확장상황제시및적용활동을통해창의적능력을신장하는프로그램이다. 기본상황학습에는브레인스토밍, 브레인라이팅기법등을사용하여확산적사고가일어나도록하였다. 이로인해유창성, 융통성, 독창성등이신장될수있다. 도전상황도출과정에서는수렴적사고가일어나도록구성하였으며도전상황해결활동에서는확장적사고와수렴적사고가동시에일어나융통성, 독창성, 정교성을키울수있다. 마지막단계인확장상황에서는일반화혹은개별 심화된상황으로의확장으로인하여과학적개념을심화 적용시킬수있는계기가되며이를통하여특히정교성을신장시킬수있다. 프로그램적용학습자료개발본자료의촬영장비는 EXILIM PRO EX-F1 제품으로서그기능중고속동영상촬영기능을사용하였다. 촬영성능은초당 1200fps 까지촬영이되며자동촬영으로쉽게작동할수있는 68

또한, 다양한순간및상황에대한선행촬영영상을제작해교사용학습자료를먼저만들었다.

5 장점이있다. 촬영상주의점은밝은날촬영시감도를 ISO200 정도로낮춰촬영하며어두운날에는감도를 ISO 으로촬영한다. 본연구에서촬영한영상들은기본상황수업시간에학생들에게적용할자료이다. 그러나학생들에게제공될영상자료는학생들의수준과학습단원에따라달라야한다. 이에기본상황에적용시킬수있는다양한순간의모습을촬영하였다. 또한, 다양한순간및상황에대한선행촬영영상을제작해교사용학습자료를먼저만들었다. 교사가다양한관찰현상과이와관련된과학개념을인지한후학생들의도전활동을지도한다면학생들의도전상황활동이쉽게진행될수있을것이다. 선행촬영된교사용학습자료의순간촬영장면과촬영장면과연관 된과학개념은다음과같다. 표 2. 풍선터트리기에서의관찰현상과연관과학개념 관찰현상 ( 관찰캡쳐영상 ) 터지는순간물의모양을유지하는모습 (2, 6) 터진이후퍼지는풍선속물의모습 (3, 4) 터진순간물방울의튀는방향과고무풍선고무의운동 (3, 4) 물속에서터진후퍼지는물의모습 (7, 8) 연관과학개념 관성, 운동량 빛의반사, 굴절, 파장운동량, 충격량, 표면장력, 확산, 밀도, 부력 촬영자료중에는교사및학생들의예상하기어려운다른특이한물리학적현상이관찰되기도한다. 그대표적인예가기름이라는매질속에구슬이떨어지는경우에나타나는제트현 공기중에서물풍선터트리기 7 8 물속에서물풍선터트리기 물속에물방울떨어뜨리기 ( 물방울의모습, 파동관찰 ) 물속에구슬낙하 기름속에구슬낙하 그림 2. 선행촬영된교사용학습자료 69

6 현장과학교육 4(2) 상이다 (Daniel, 2010). 이러한경우학생들은더큰호기심이생기게되며현상설명을위해다양한창의적아이디어가많이나오게되다. 이런경우학생들로하여금도전상황문제로선정하게한후도전상황해결활동으로자연스럽게이끌수있다. 표 3. 물속에고체떨어뜨리기에서의관찰현상과연관과학개념 관찰현상 ( 관찰캡쳐영상 ) 구슬이떨어지는모습 (12) 구슬이물표면과닿는순간모습 (12, 13) 물이퍼지고출렁이는모습 (11) 기름이튀는모습 (15) 물이튀는모습과구슬의운동 (12, 13) 연관과학개념 중력, 가속도, 진동, 표면장력물의표면장력, 점성, 운동에너지물결파, 감쇠진동, 반사, 중첩제트현상운동량, 충격량, 표면장력 교수-학습자료개발영상은기본적으로짧은순간에일어나는모습을촬영하였다. 짧은순간에일어나는다양한현상의상황자체는일상생활에서학생들이쉽게경험하는상황이다. 그러나고속카메라로촬영하는순간의모습은학생들이볼수없는순간을자료로이용하는것으로모든학생이처음경험하는흥미로운상황이수업자료가된다. 본연구에서는풍선터트리기와액체와고체의충돌의두가지주제로하여촬영하였으며창의성신장을위한수업자료문항은다음의표 4와같이만들었다. 상황도출프로그램수업방법본프로그램의활동은기본상황에 50분, 도전상황에 70분그리고확장상황에 30분으로구성하여고등학교수업기준 3교시를기본프로그램운영시간으로하였다. 이를통해학생들의 표 4. 프로그램단계에따른풍선터트리기수업자료 수업자료문항 창의성신장기법 프로그램단계 질문1. 다음은물속에구슬을떨어뜨리는순간어떤현상들이일어나는지세부적이고구체적 ( 구슬의변화모습과운동모습중심으로, 물의변화모습과운동모습중심으로 ) 으로열거해보아라. 그리고그이유에대해설명해보아라. < 자세히기록할것 > 구슬운동 변화중심 물의운동 변화중심 이유 충돌전충돌중충돌후 질문2. 초고속카메라로촬영된영상을보고관찰되는것들을모두열거해보아라. 그리고처음예상과 다르게관찰된현상에는어떤것이있으며그이유는무엇이라고생각하는가? 질문3. 물속에구슬떨어뜨리기실험의변인은물과구슬의두변인으로구성되어있다. 이변인을 달리실험한다면다양한상황이관찰될것이다. 상황을변화시킬수있는변인들을찾아보고그변인을 변화시켰을때어떻게결과가달라질지예상해보아라. 그리고그에따른실험장치를구성해보아라. < 자세히기록할것 > 변화시킬수있는변인의종류 현상예상 실험장치구성 물 구슬 브레인라이팅기법 속성열거법 기본상황학습 도전상황도출 질문4. 새롭게구성해본실험상황중가장호기심이생기거나이해하고싶은것을선정해실험해보아라.( 단, 가설설정-탐구설계-실험-결론도출의과학탐구과정을적용해활동해라.) ALU 쌍비교분석법 도전상황해결활동 질문 5. 위와같은실험을달에서동일하게실시한다면어떤현상이일어날것인지예상해보아라. < 자세히기록할것 > 달과지구의차이점의요소 현상예상 이유 실험조건 ( 달 ) 속성열거법시네틱스 확장상황적용 70

7 다양한창의성신장을위한사고활동과토론활동등이가능하도록구성하였다. - 풍선터트리기학습자료를이용한수업방법첫째, 기본상황은일반적으로공기중에서터지는모습을창의성신장을위한학습자료에이용할수있다. 이때터지는순간일어나는다양한모습을예상하는활동과관찰하는활동을브레인스토밍, 브레인라이팅기법등을이용하여다양한아이디어가나올수있도록한다. 그러나학생창의성수준및인지능력의정도에따라기본상황의수준을달리할수있다. 이후도전상황에서는학생들은일어날수있는다양한상황의아이디어를내도록한다. 예를들면풍선속매질의종류 ( 연기, 물, 기름 ) 를달리하는경우, 터트리는위치를달리하는경우 ( 아래, 중간, 위 ), 풍선속매질의양 ( 절반, 가득 ) 을달리하는경우, 풍선주변의매질을달리하는경우 ( 물속에서터트리기, 기름속에서터트리기 ) 등의다양한상황의아이디어를도출하고이중자신이하고싶은상황을선정실험하는활동을한다. 여기서는발산적사고기법과수렴적사고기법등이사용된다. 마지막확장상황적용활동에서는풍선이터지는장소가다른천체 ( 달, 목성 ) 로달라진다면기본상황과도전상황의현상이어떻게되는지통합적으로이해하는활동을하여정리하도록한다. - 물속에구슬떨어뜨리기학습자료를이용한수업방법첫째물속에구슬을떨어뜨리기상황은액체와고체의충돌로인식할수있다. 기본상황은일반적으로물속에구슬이부딪치는순간일어나는다양한모습을창의성신장을위한학습자료에이용할수있다. 학생들이새로운상황을만들고직접실험하는도전상황은액체매질의종류 ( 물, 기름, 물엿등 ) 를달리하는경우, 떨어뜨리는높이를달리하는경우, 고체의모양 ( 구, 정육면체 ) 을달리하는경우등의다양한상황으로구성할수있다. 마지막확장상황적용은풍선터트리기상황과마찬가지로장소가다른천체 ( 달, 목성 ) 로달라진다면기본상황과도전상황의현상이어떻게되는지통합적으로이해하는활동을하여정리하도록한다. 창의성신장을위한고속카메라촬영자료의이점고속카메라촬영자료를이용해수업을실시했을경우신장시킬창의성영역을크게유창성, 융통성, 독창성그리고정교성의영역에서생각해본다면첫째, 유창성의경우짧은순간의현상이므로학생들의경험상황이아니므로예상치못한상황제시에용의하다. 이를통해예상및관찰활동에서많은아이디어산출이가능하게하여발산적사고능력을키우는데편리하다. 둘째, 융통성의경우평소실생활속에서경험할수있는 상황도출프로그램 교수 학습실행절차 수업구성및전략 기본상황학습 도전상황도출 도전상황해결활동 1. 학습목표확인 2. 모둠구성 3. 현상제시및관찰 4. 기본상황과학개념학습 1. 기본상황을바탕으로도전상황모둠별도출 2. 모둠별해결활동을통한상황결과도출 50분 1차시구성 우호적분위기형성 현상예상및관찰그리고과학개념학습 70분 1.5차시구성 모둠별자유로운실험활동및토론분위기형성 확장상황적용 1. 기본상황및도전상황정리 2. 확장상황적용 3. 과학개념정리 30분 0.5차시구성 확장상황제공을통한수업 연관과학개념견고화 그림 2. 상황도출프로그램과교수 학습실행절차 71

8 현장과학교육 4(2) 표 5. 프로그램단계에따른액체와고체충돌수업자료 수업자료문항 창의성신장기법 프로그램단계 질문1. 풍선에물을가득담고터트리려한다. 터지는모습을상상해보고터지는순간과터진이후어떤현상들이일어나는지세부적이고구체적 ( 풍선의변화모습과운동모습중심으로, 물의변화모습과운동모습중심으로 ) 으로열거해보아라. 그리고그이유에대해설명해보아라. < 자세히기록할것 > 풍선운동 변화중심 물의운동 변화중심 이유 터지는순간터진이후 질문2. 초고속카메라로촬영된영상을보고관찰되는것들을열거해보아라.( 터지는순간의모습, 터진 이후의모습 ) 그리고처음예상과다르게관찰된현상에는어떤것이있으며그이유는무엇이라고생 각하는가? 질문3. 풍선에물을담고터트리는실험의변인은풍선, 물, 송곳으로구성된다. 터지는결과를변화시 킬수있는변인들을찾아보고그변인을변화시켰을때어떻게결과가달라질지예상해보아라. 그리 고그에따른실험장치를구성해보아라. < 자세히기록할것 > 변화시킬수있는변인의종류 현상예상 실험장치구성 풍선 물 송곳 질문4. 새롭게구성해본실험상황중가장호기심이생기거나이해하고싶은것을선정해실험해보아 라.( 단, 가설설정-탐구설계-실험-결론도출의과학탐구과정을적용해활동해라.) 질문5. 위와같은실험을달에서동일하게실시한다면달과지구의환경조건차이때문에현상이달라 질것이다. 어떤현상이일어날것인지예상해보아라. < 자세히기록할것 > 달과지구의차이점의요소 현상예상 이유 실험조건 ( 달 ) 브레인라이팅기법속성열거법 ALU 쌍비교분석법속성열거법시네틱스 기본상황학습도전상황도출도전상황해결활동확장상황적용 상황이므로이를바탕으로새롭게실험상황을구성하는아이디어및더욱실험상황의관찰을용이하게하는새로운아이디어를창출하는데효과적이다. 본학습프로그램에서는짧은순간현상의촬영의조건을학생스스로새롭게구성하여실험하므로처음만지는카메라실험활동속에서더좋은장면촬영을위한실험상황의구성과정속에서융통성을크게신장시킬수있다. 셋째, 독창성의경우예상하기활동속에서다른학생과구분하는새로운아이디어를산출하는데용이하다. 또한, 새로운실험상황에대한예상및관찰활동을통해독창성을키울수있다. 특히, 본활동의도전상황도출및해결활동속에서다른학생들과는다른다양한상황을학생들이생각한후실험하기때문에독창성을크게신장시킬수있을있다. 넷째, 일상생활에서일어나는현상은다양한과학적개념을담고있으므로실험상황설명을위한종합적과학개념적용의가능성이높 으므로정교성을키울수있다. 결과및논의 본연구는크게과학창의성신장을위한교수-학습프로그램의구안과학습프로그램에적용할수업활동지와수업활동자료개발로나뉜다. 첫째, 교수-학습프로그램구안단계에서수행된연구의결과는다음과같다. 과학창의성신장을위한학습프로그램인 CPS(Creative Problem Solving) 과 FPSP(Future Problem Solving Program) 의장점을살려상황도출프로그램을만들었다. 즉, CPS 프로그램의문제파악및아이디어창출을첫단계기본상황과정으로만들었으며 FPSP의도전과제를두번째도전상황활동으로정했 72

9 다. 그리고여러상황속에서일반화된원리및개념을적용시키는능력을키우는확장상황을마지막단계로정하였다. 이를통해얻을수있는효과는다음과같다. 1. Vygotsky(1978) 가주장하고있는근접발달영역에서스캐폴딩을통해상황을확장함으로서학습자들의인지발달과창의적문제해결능력향상. 2. 기본상황에서학습한내용을바탕으로학생스스로도전상황을구성함으로써자기주도적학습능력을키울수있으며각상황속에서다양한발산적사고와수렴적사고가일어남으로인한창의력신장. 3. 확장상황에서는일반화혹은개별 심화된상황으로의확장을통한정교성신장. 둘째, 개발된자료는학생투입용학습지와고속카메라촬영영상이다. 학생투입용학습지의문항은창의력을키울수있는다양한학습방법 적용이가능한문항으로구성하였다. 풍선터트리기와액체와고체의충돌을촬영하였으며학생도전상황지도를위한교사용촬영자료를제작하였다. 이러한수업자료는학생들의호기심증대, 현상예측및관찰, 새로운실험상황구성그리고현상에대한과학적개념적용등의활동을통해학생들의유창성, 융통성, 독창성및정교성신장효과를기대한다. 마지막으로향후연구를위한제언을하면다음과같다. 본연구는창의성신장을위한학습프로그램을구안하였고프로그램에적용시킬학습지와촬영영상을제작하였다. 그러나본연구에서는학생들에게적용해보고, 그효과를검증하지못하였다. 이에향후연구에서는본학습프로그램및학습자료가창의성에미치는결과를창의성향상, 과학적태도변화그리고학습만족도부분등의연구가필요하다. Abstract The purpose of the study is to develop teaching-learning program and materials on science for improving creativity. The developed materials consist of instruction manual and images which involved water baloon burst scenes and liquid collision scenes pictured by high speed camera. Various creativity enhancing methods were tried in the manual. Keywords: creativity, high speed carmera, teaching-leraning materials of science 참고문헌 강호감, 노석구, 이희순 (2001) 창의력계발을위한자연과교수 학습자료개발과적용. 한국과학교육학회지 21(1): 경상북도교육청 (2005) 창의성과학교육지도자료 교육인적자원부 (2008) 제 7차개정교육과정고등학교교육과정해설서. p 77. 김명숙, 최인수 (2005) 창의성의영역특수성과영역일반성의절충적대안탐색 : 창의적잠재력과창의적수행을중심으로. 교육심리연구 19(4): 김영채 (2004) 창의적문제해결 : 창의력의이론, 개발과수업. 교육과학사. 박성익 (1997) 교수-학습방법의이론과실제 ( 제1권, 제2권 ). 교육과학사. 박성익, 여혜진, 이규민, 이재진 (2006) 과학창의성신장을위한 e-learning 기반교수-학습모형개발및적용효과 ; 초등 6학년학생을중심으로. 열린교육연구 14: 박종원 (2004) 과학적창의성모델의제안 ( 인지적측면을중심으로 ). 한국과학교육학회지 24: 세계교육리그, 누가 1등인가 - 각국학생성취도차이원인분석. 유네스코한국위원회해외교육정보 (1998), 장지은 (2005) 과학창의성향상을위한고등학교생물분류단원수업프로그램의개발과적용. 서울대학교대학원석사학위논문. 전경원 (2000) 동 서양의하모니를위한창의학. 학문사, pp 정현철, 한기순, 김병노, 최승오 (2002) 과학창의성계발을위한프로그램개발, 한국지구과학회지 23(4): 최경희, 조연순 (2000) 창의적문제해결력신장을위한중학교과학교육과정개발. 한국과학교육학회지 20(2): Daniel PL (2010) Making a supersonic jet in your kitchen. Physics 3: 4. Guilford JP (1959) Three faces of the intellect. American Psychologist 14: Suchman R (1962) The elementary school training program in scientific inquiry. Urbana university of illinois. Torrance EP (1977) Creativity in the classroom. National Education Association. Vygotsky LS (1978) Mind in society: The development of higher psychological processes. Harvard University Press. 73

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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