과학교육연구지,37 권 3 호,pp.525-537(2013.12) Jour.Sci.Edu,Vol.37,No.3,pp.525-537(2013.12) 과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력 정은영 권이영 * 양주성 고유미전남대학교 Science Integrated Process Skill of the Students in Science Education Center for the Gifted Jeong, Eunyoung Kwon, Yi-young * Yang, Joo-sung Ko, Yu-mi Chonnam National University Abstract : The purpose of this study was to investigate science integrated process skill of the students in science education center for the gifted. In order to do this, 'free-response test for the assessment of science process skills' developed by Yu-Hyang Kim(2013) was administered to 102 students(15 in elementary school science class, 58 in middle school science classⅠ, and 29 in middle school science classⅡ) who attend the program of science education center for the gifted in C university. The assessment tool measured 9 skills ; formulating inquiry questions, recognizing variables, formulating hypotheses, designing experiment, transforming data, interpreting data, drawing conclusions, formulating generalizations, and evaluating the designed experiments. As a result, the students in science education center for the gifted had relatively high scores in the area of 'formulating hypotheses' and 'recognizing variables', but they had relatively low scores in the area of 'transforming data', 'interpreting data', and 'evaluating the designed experiments'. The 2 items' percentage of correct answers were below 40% ; one is about a drawing a line graph in 'transforming data', and the other requires finding improvements of the experimental design in 'evaluation'. There was no significant difference between boys' scores and girls's one, and between the scores of students in the field of biology and those of students in the other fields(physics, chemistry, and earth science) in science integrated process skills. And there was significant difference according to the periods receiving the gifted education in 'formulating generalizations'. The teaching and learning has to focus on improving science integrated process skills in the program of science education center for the gifted and teaching and learning materials needs to be developed. keywords : science integrated process skill, science education center for the gifted, science gifted student Ⅰ. 서론 현대는지식정보화사회로수많은지식과기술이새로이생겨나고있으며특히과학 기술분야는다른분야에비해그속도가훨씬빠르다. 전세계적으로지적재산권에대한보호가강화되는상황에서국가경쟁력을확보하기위해서는과학 기술분 야의인재양성이필수적이다. 이러한국가 사회적요구에따라영재교육진흥법 (2000) 과영재교육진흥법시행령 (2002) 을제정 공포하여영재성을가진학생들을조기에발굴하여공교육체제하에서교육하고있다. 현재영재학교, 영재교육원, 영재학급의 3가지형태로영재교육기관을설치하여교수 학습자료를개발하고, 영재캠프운영등의다양한프로그램을운영하여영재성을가진학생들에게특성 * 교신저자 : 권이영 (kwonwow1@hanmail.net) * 2013 년 10 월 24 일접수,2013 년 12 월 10 일수정원고접수,2013 년 12 월 14 일채택
526 정은영 권이영 양주성 고유미 화된교육을제공하고있다. 제2차영재교육진흥종합계획의추진결과영재학교, 영재교육원, 영재학급등의영재교육기관이지속적으로설치되고, 전체적인영재교육수혜자가전체초 중등학생의 1.76% 로크게증가되어우리나라의영재교육이양적으로크게확대되었다. 최근발표된제3차영재교육진흥종합계획에서는영재교육의질적수준을향상시키고효과성을강화하기위해영재교육기관운영의내실화, 수요자중심의영재교육과정제공, 우수교원확보 지원강화등을추진하고있다 ( 교육부, 2013). 대학부설과학영재교육원학생들을대상으로한연구에따르면과학영재들은창의적이며새로운과제를선호하고전통적방식을따르는것을싫어하며, 자기자신만의방식으로문제를해결하고자하는경향을두드러지게나타낸다 ( 이지애등, 2008). 또한과학영재들은스스로학습에열중해야하는이유를알고, 특정한목적을성취하는데필요한자신의능력을스스로판단하며, 자신이학습하고자하는내용의유용성을판단하는능력인자기조절학습능력 (self-regulated learning ability) 에있어서일반학생보다유의미하게우수하다 ( 김순옥, 서혜애, 2011; 정현철등, 2004). 양태연등 (2003) 의연구에따르면과학영재는일반학생보다과학탐구능력이더우수하며, 특히통합탐구능력에서더큰차이를보인다. 여러연구결과나타난과학영재의특성을살펴보면, 과학영재들은과학활동, 특히개방형탐구를수행할수있는잠재능력을가지고있음을알수있으며이를발현시키기위해서는과학영재들이과학자의탐구활동을직접체험할수있는기회를제공할필요가있다 ( 이효녕, 조현준, 2008). 과학탐구는자연현상을이해하고설명하려는시도로과학자들에의해서이루어지는전문적인활동이다 (Chiappetta et al., 1998). 과학자의탐구활동은연구문제를만들고가설을세우며실험을설계하고자료를해석하고이론을만든다는점과객관성을유지한다는점에서다른분야의연구와차이가있다. 이러한활동들은과학에대한실증주의적접근으로자연세계를가치중립적이고논리적으로설명하기위한규칙과절차이다 (Bybee et al., 2003). 과학탐구는과학교육에서과학을하는방법으로받아들여지며, 이는과학이외의일상생활의문제를해결하는데에도적용할수있기때문에과학교육에서는과학탐구능력의신장을중요한목적으로하고있다 (AAAS, 1989). 미국에서개발된탐구과정중심교육과정인 SAPAⅡ 는기초과정에관찰, 시공간관계사용, 분류, 수사용, 측정, 의사소통, 예상, 추론을, 통합과정에변인통제, 자료해석, 조작적정의, 가설설정, 실험수행등을제시하였으며 (AAAS, 1990), 이후과학탐구과정요소설정을위한전형으로활용되고있다. 기초과정은비교적단순한수공적 정신적조작기능에, 통합적과정은과학탐구과정의각단계를수행하는데필요한고차원적인사고능력에해당한다 ( 김영신등, 2012). 우리나라의교육과정에서는제3차교육과정부터과학과의목표로자연현상의탐구를강조하기시작하였으며, 제7차교육과정이후부터는과학과학습지도방법으로기초탐구과정 ( 관찰, 분류, 측정, 예상, 추리 ) 과통합탐구과정 ( 문제인식, 가설설정, 변인통제, 자료해석, 결론도출, 일반화 ) 을학습내용과관련지어지도할것을명시하고있다. 특히 2007 개정교육과정에서는자유탐구를신설하여학생스스로관심있는주제를선택하여장기간의탐구활동을수행하도록하였다. 실제로초등학생을대상으로연구에서자유탐구를수행한학생들의과학탐구능력이유의미하게향상되었고과학적태도또한긍정적으로변화한것으로나타났다 ( 이형철, 이정화, 2010). 현재영재교육기관에서운영하는프로그램은대부분영재교육공급자중심의교육프로그램과융합자율형탐구로구성되어있어수요자맞춤형프로그램이부족한면이있으며융합자율형탐구와함께영재의특성을고려한맞춤형프로그램을구성할필요가있다 ( 교육부, 2013). 과학영재의능력과성향을고려한과학탐구학습프로그램을제공하려면먼저과학영재의과학탐구능력을객관적이고심층적으로조사할필요가있다. 지금까지과학영재의과학탐구능력을조사한연구들은 TIPSⅡ (Test of Integrated Skill)(Burn et al., 1983), TSPS( 권재술, 김범기, 1994), 과학탐구능력검사
과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력 527 ( 손정우등, 2009a; 2009b) 등과같이선다형문항으로구성된검사도구를사용하였다. 선다형평가는단순한지식을평가하기에는적합하지만창의성, 문제해결력, 비판력, 통합력, 정보수집과분석력등의고등사고기능은제대로평가하기어렵다 ( 김성훈, 1993; 허경철, 1988). 이에비해서술형평가는자신의생각을기술하는것으로, 답과함께그렇게생각한이유도기술하게할수있으므로과학통합탐구능력과같은고등정신기능을평가하는데효과적으로사용할수있다 ( 김유향, 2013; 이양락등, 1998). 그리고선다형문항보다수행형문항이학생들의능력을더정확하게측정하며, 특히우수한학생들에대해능력을측정할때더욱정확하다는것이밝혀져과학영재의경우선다형평가보다수행형평가에해당하는서술형평가가적절한평가방식이다 ( 박정, 홍미영, 2002). 이에따라본연구에서는대학부설과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력을객관적이고심층적으로분석하기위해서술형검사도구를이용하여과학통합탐구능력의각요소별로능력수준이어떠한지, 영재교육을받은단계에따라과학통합탐구능력이향상되었는지, 남학생과여학생의탐구능력에차이가있는지, 생물분야의학생들과다른분야학생들의탐구능력에차이가있는지를조사하였다. Ⅱ. 연구방법 1. 연구대상 2013 년현재, 광주소재 C 대학교부설과학영재교육원에재학중인학생들중에서과학분야의교육을받고있는 102명 ( 초등과학반 15명, 중등과학심화Ⅰ 반 58명, 중등과학심화 Ⅱ반 29명으로, 초등학교 5학년부터중학교 3학년까지학생들로구성됨 ) 을대상으로과학통합탐구능력을조사하였다. 표 1. 연구대상단위 : 명구분남여계초등과학 13 2 15 중등과학심화 Ⅰ 43 15 58 중등과학심화 Ⅱ 17 12 29 계 73 29 102 2. 평가도구이연구에서는과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력을조사하기위하여김유향 (2013) 이개발한 과학탐구사고력측정을위한서술형평가도구 를사용하였다. 이평가도구는탐구사고력의주요요소들인탐구문제도출, 변인추출, 가설설정, 실험설계, 자료변환, 자료해석, 결론도출, 일반화, 평가에관한문항이각 2개씩총 18문항으로구성되어있다. 또한문항내적합치도신뢰도를알아보기위하여구한 Cronbach s α 값이 0.882로적합한신뢰도를갖는다. 3. 연구절차 과학탐구사고력측정을위한서술형평가도구 를광주소재 C대학교부설과학영재교육원에재학중인학생 102명에게적용하였다. 학생들이응답한내용에대하여예비채점을실시하였고, 기존의채점기준을구체화시키며수정 보완하였다. 이렇게보완된평가기준을바탕으로채점을실시하였는데채점자간신뢰성을확보하기위하여한평가지당 2명이채점하였다. 채점자간신뢰도를 Pearson 적률상관계수로구한결과 ( 표 2), 9개문항의경우상관계수는 0.80 이상이고, 7개문항의경우 0.70 정도로상관이높았다. 그러나 5번, 11 번문항의경우상대적으로상관관계가낮았기때문에채점결과가다를경우에는채점결과에대하여비교및논의를통해점수를결정하였다.
528 정은영 권이영 양주성 고유미 표 2. 서술형평가문항별채점자간신뢰도 문항평가 Pearson 번호요소상관계수 p 1 탐구문제도출 0.764 ** 0.000 2 변인추출 0.819 ** 0.000 3 가설설정 0.739 ** 0.000 4 실험설계 0.854 ** 0.000 5 가설설정 0.430 ** 0.000 6 변인추출 0.882 ** 0.000 7 실험설계 0.918 ** 0.000 8 탐구문제도출 0.963 ** 0.000 9 자료변환 0.806 ** 0.000 10 자료변환 0.931 ** 0.000 11 자료해석 0.552 ** 0.000 12 자료해석 0.786 ** 0.000 13 결론도출 0.869 ** 0.000 14 결론도출 0.716 ** 0.000 15 일반화 0.716 ** 0.000 16 일반화 0.881 ** 0.000 17 평가 0.717 ** 0.000 18 평가 0.699 ** 0.000 총점 0.955 ** 0.000 p<0.01 4. 분석방법평가요소별점수결과분석은 SPSS 20.0을이용하였다. 과학영재교육원의과정에따른평가요소별점수는 ANOVA 를통하여통계적유의성을산출하였고, 사후검정으로 Tukey 방법을사용하였다. 또한생물과다른분야학생들간의차이는독립표본 t 검정을통하여분석하였다. III. 연구결과및논의대학부설과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력을평가요소별, 성별, 이수과정별, 전공분야별로살펴본결과는다음과같다. 1. 평가요소별점수가. 평가요소별점수와문항별정답률 표 3. 평가요소별점수와문항별정답률 평가요소평균 ( 표준편차 ) 문항번호정답률 (%) N=102 탐구문제도출 (8 점 ) * 1 85.0 5.79 (1.55) 8 64.1 2 78.3 변인추출 (16 점 ) 13.26 (2.22) 6 87.5 3 95.8 가설설정 5.40 (1.10) 5 84.3 4 59.5 실험설계 (12 점 ) 7.45 (2.20) 7 64.7 9 38.6 자료변환 (12 점 ) 6.06 (3.40) 10 62.4 자료해석 3.16 (1.55) 결론도출 3.36 (2.23) 일반화 3.86 (1.87) 평가 2.74 (1.24) 총점 (78 점 ) 51.09 (10.63) ( ) 안의점수는각평가요소의만점을의미함. 11 13 15 17 44.4 65.4 72.5 60.1 12 14 16 18 60.8 46.7 56.2 31.0
과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력 529 표 4. 평가요소별점수의분포 탐구문제도출 (8 점 ) 변인추출 (16 점 ) 가설설정 실험설계 (12 점 ) 자료변환 (12 점 ) 자료해석 결론도출 일반화 평가 총점 (78 점 ) 중앙값 6.0 14.0 6.0 8.0 6.0 4.0 3.0 4.0 3.0 54.5 25% 점수 5.0 12.0 5.0 6.0 4.0 2.0 2.0 3.0 2.0 45.0 75% 점수 7.0 15.0 6.0 9.0 9.0 4.0 5.3 6.0 4.0 59.3 평가요소별점수를비교한결과 ( 표 3), 가설설정, 변인추출, 탐구문제도출의평균점수가높았다. 가설설정은조현철과유수창 (2013) 의연구와동일하게과학영재교육원학생들의능력이높게나타났다. 탐구문제도출의점수도임성철등 (2013), 조현철과유수창 (2013) 의연구에서와같이높게나타났다. 반면, 평가, 자료변환, 자료해석은평균점수가낮게나타났다. 자료해석의경우조현철과유수창 (2013) 의연구와동일하게낮게나타났다. 자료해석은자료를이해하여다른형태로표현하는능력인데, 과학영재교육원학생들이공통적으로자료해석능력이상대적으로낮은것은이영역에대한교육이부족하거나중학교과학교과서에서많이다루지않기때문으로생각된다. 자료변환의경우선행연구의선다형문항에서는다른탐구능력과별다른차이를보이지않았으나본연구의서술형문항에서는상대적으로낮은점수를보였다. 탐구능력에서기술적인면이요구되는자료변환에서낮은점수를보인것은학생들이그래프를직접그리는방법적인면에서취약한것으로생각된다. 문항별정답률의경우, 가설설정에해당하는 3번, 5번문항의정답률이높았고탐구문제도출에해당하는 1번, 변인추출에해당하는 6번문항의정답률도높게나타나서, 이문항들의경우학생들에게비교적쉬웠던문항이었음을알수있다. 반면, 자료변환에해당하는 9번, 평가에해당하는 18번문항의정답률은 40% 미만으로낮게나타났다. 김유향 (2013) 의연구에서제시된중학교 2학년학 생들대상의응답결과와비교해볼때, 대부분의문항의경우과학영재교육원학생들의점수가높게나타났는데, 특히가설설정에해당하는 3번, 5번문항, 자료변환에해당하는 10번문항, 일반화에해당하는 15번, 16번문항의경우그차이가크게나타났다. 한편자료변환에해당하는 9번문항의경우과학영재교육원학생들의점수가오히려다소낮게나타났다. 평가요소별점수의분포를중앙값, 25% 점수, 75% 점수를통해살펴보면 ( 표 4), 일반학생에비해과학영재교육원학생들에게천정효과 (ceiling effect) 가나타나전반적으로모든영역에서높게나타났다. 가설설정과자료해석의경우학생들의능력에따라차이가큰영역임에도불구하고 ( 양태연등, 2003) 중앙값과 75% 값이같게나타난것을볼때학생들의변별에중점을위해서는난이도조정이필요하다고생각된다. 나. 낮은정답률을나타낸문항분석 (1) 9번문항 ( 선그래프그리기 ) 9번은 자료변환 에해당하는문항으로비료의양에따른감자생산량표를그래프로변환하는것이었다 ( 그림 1). 이문항의평가기준은가로축과세로축에변인을설정하였는지, 각축에눈금을설정하였는지, 알맞은점또는선으로연결하였는지등이다. 자료변환 에해당하는문항으로원그래프를그리는 10번문항이추가적으로있었다. 그러나 9번
530 정은영 권이영 양주성 고유미 그림 1.9 번문항 문항이정답률이낮게나타난것을볼때, 원그래프를그리는것보다선그래프를그리는것에더어려움을겪고있다고생각된다. 틀린답을한학생들의반응유형은다음과같이 3가지로구분될수있다. 첫째, 축변인설정에서가로축에조작변인, 세로축에종속변인을적어야하지만반대로나타내었다. 그림 2는학생의반응유형을예시로나타낸것으로이와같은반응을보인학생은 15명이었다. 그래프는수학교과와과학교과에서초등학교때부터다루고있으나학생들은그래프에대해서명확한개념을갖고있지않은것으로생각된다. 둘째, 축눈금설정에서눈금간격을제대로설정하지못하고, 표에제시된값만나타내었다. 그림 3 은학생의반응유형에대한예시인데세부적으로다음과같은반응을보였다. 축눈금간격이일정하지않은경우는 13명이었고, 표에제시된값만그래프에기입한경우는 17명이었다. 표에제시된값만그래프에기입하고, 축눈금간격도일정하지않은경우는 19명이었다. 즉, 102명의학생중 49 명의학생이축눈금설정에서어려워하는것으로나타났다. 축의눈금설정은논리적사고력특히, 비례논리와관련이깊다는점 ( 김태선등, 2002) 을고려할때, 일부학생들의경우논리적사고력중비례논리가아직발달하지않은것으로생각된다. 그림 2. 축변인설정을틀린경우 그림 3. 축눈금설정을틀린경우
과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력 531 셋째, 막대그래프로나타내었다. 그림 4는막대그래프로나타낸학생의예시로, 23명의학생이이와같이응답하였다. 선그래프를그려야하는문항에서막대그래프로나타낸것으로보아상황에따라어떤그래프를그려야할지모르고있는것으로판단된다. 그밖에도축의변인이름과단위를기입하지않거나무응답인학생도다수있었다. 그림 4. 막대그래프로나타낸경우과학영재교육원학생들이자료변환문항에서겪은어려움들은김태선과김범기 (2002) 가중 고등학생을대상으로한연구결과와상당히일치한다. 과학영재교육원에다니는학생들은일반학생들보다우수한과학탐구능력을갖고있음에도불구하 고선그래프그리기를어려워함을고려할때그래프작성에대한보다체계적인지도가필요하다고생각된다. (2) 18번문항 18번은 평가 에해당하는문항으로참나무잎과버드나무잎이흡수한이산화탄소의양을비교하려고할때참나무와버드나무의광합성을비교하는실험설계를알맞게수정하는것이었다. 불완전한실험설계를주고어떻게개선할것인지를묻는문항으로얼마나구체적으로실험설계를알맞게수정하였는지에따라점수가부여되었다. 그런데구체적으로서술한경우가거의없었고, 주어진실험설계를고려하지않은채부분적으로만실험을설계한경우가많았다. 또한 0점을받은학생들중 17명의학생들은변인통제개념이명확하지않았는데, 이는실험설계영역에서높은능력을보인것과는대조적인결과였다. 실험설계영역의문항에서는가설이주어지고그가설에따라변인통제를고려하여실험방법을서술하도록요구한반면, 18번문항의경우실험과정과실험결과가제시되어있어실험의전반적인내용에대한이해를바탕으로실험설계를평가하는능력을요구하므로학생들이어려움을겪은것으로생각된다. 표 5. 남학생과여학생의평가요소별점수 평가요소 남학생 (n=73) 여학생 (n=29) 평균 ( 표준편차 ) 평균 ( 표준편차 ) t p 탐구문제도출 (8 점 ) 5.73 (1.53) 5.97 (1.61) -0.702 0.484 변인추출 (16 점 ) 13.12 (2.48) 13.62 (1.32) -1.308 0.194 가설설정 5.38 (1.17) 5.45 (0.91) -0.266 0.790 실험설계 (12 점 ) 7.45 (2.17) 7.45 (2.29) 0.008 0.994 자료변환 (12 점 ) 5.74 (3.49) 6.86 (3.07) -1.515 0.133 자료해석 3.11 (1.59) 3.28 (1.49) -0.486 0.628 결론도출 3.11 (2.24) 4.00 (2.10) -1.842 0.068 일반화 3.84 (1.91) 3.93 (1.79) -0.232 0.817 평가 2.74 (1.31) 2.72 (1.07) 0.057 0.955 총점 (78 점 ) 50.22 (10.74) 53.28 (10.18) -1.315 0.191
532 정은영 권이영 양주성 고유미 다. 남학생과여학생의평가요소별점수남학생과여학생간의평가요소별검사점수를비교한결과 ( 표 5), 여학생의평균점수가남학생의평균점수보다높았고, 평가요소별점수도높게나타나는경우가많았으나, 유의미한차이는없었다. 2. 과학영재교육원의과정에따른평가요소별점수 C 대학교과학영재교육원의과정은 초등과학, 중등과학심화 Ⅰ, 중등과학심화 Ⅱ 로구분된다. 초등과학 반에선발된학생들은 1년동안교육을받은뒤 중등과학심화 Ⅰ 반으로진급하게된다. 그런데 중등과학심화 Ⅰ 과정에는 초등과학 에서진급한학생들뿐만아니라새로선발된학생도포함된다. 중등과학심화 Ⅰ 과정학생들은 1년동안교육을받은뒤 중등과학심화 Ⅱ 반으로진급하도록되어있다. 과학영재교육원과정에따른평가요소별점수와문항별점수를비교한결과는다음과같다. 가. 평가요소별점수과정에따른전체점수와평가요소별점수를검정한결과 ( 표 6), 중등과학심화 Ⅱ, 중등과학심화 Ⅰ, 초등과학순으로전체점수가높게나타나는경향이있지만통계적으로유의미하지않았고, 평가요소별점수의경우 일반화 만유의확률 0.05 수준에서집단간유의미한차이가나타났다. Tukey 방법으로사후검정을실시한결과 ( 표 7), 일반화 에서중등과학심화 Ⅰ반과중등과학심화 Ⅱ반이유의확률 0.05 수준에서유의미한차이가있었다. 이러한결과를볼때과학영재교육원의교육기간동안학생들의통합탐구능력을향상시키기위한교육이체계적으로이루어질필요가있다고생각된다. 나. 문항별점수과정에따라평가요소별문항점수를분석한결과 ( 표 8), 변인추출 에해당하는 6번, 일반화 에해당하는 16번, 평가 에해당하는 18번문항의경우중등과학심화 Ⅱ, 중등과학심화 Ⅰ, 초등과학순으로점수가높게나타났고, 점수의차이가유의미한것으로나타났다. 6번문항에서는어떤탐구과정의일부를제시하고통제변인, 조작변인, 종속변인을쓰도록하였는데, 전체정답률이 87.5% 로높게나타났다 ( 표 3 참조 ). 그런데과정별로점수에유의미한차이가나타난것을볼때과학영재교육원의교육을통해변인을추출하는능력이향상되었다고판단된다. 표 6. 과학영재교육원의과정에따른평가요소별점수결과 평가요소 초등과학 (n=15) 중등과학심화 Ⅰ (n=58) 중등과학심화 Ⅱ (n=29) F p 평균 ( 표준편차 ) 평균 ( 표준편차 ) 평균 ( 표준편차 ) 탐구문제도출 (8 점 ) 5.80 (1.52) 5.60 (1.52) 6.17 (1.61) 1.311 0.274 변인추출 (16 점 ) 12.67 (2.94) 13.24 (2.22) 13.62 (1.76) 0.331 0.719 가설설정 5.07 (1.53) 5.50 (1.03) 5.38 (0.98) 0.930 0.398 실험설계 (12 점 ) 7.07 (1.87) 7.48 (2.14) 7.59 (2.50) 0.287 0.751 자료변환 (12 점 ) 5.00 (3.72) 6.07 (3.27) 6.59 (3.48) 1.080 0.344 자료해석 2.73 (1.53) 3.24 (1.50) 3.21 (1.68) 0.655 0.522 결론도출 2.93 (2.49) 3.41 (2.21) 3.48 (2.18) 0.331 0.719 일반화 3.40 (1.64) 3.60 (1.83) 4.62 (1.90) 3.584 * 0.031 평가 2.27 (1.22) 2.72 (1.17) 3.00 (1.36) 1.754 0.178 총점 (78 점 ) 46.93 (11.97) 50.88 (10.38) 53.66 (10.01) 2.046 0.135 p<0.05
과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력 533 표 7. 과정에따른평가요소별점수에서 일반화 의사후검정결과 (Tukey 방법 ) 집단A 집단B 평균차 ( 집단A-B) 표준오차 p 초등과학 중등과학심화 Ⅰ -0.20 0.53 0.921 중등과학심화 Ⅱ -1.22 0.58 0.093 중등과학심화 Ⅰ 초등과학 0.20 0.53 0.921 중등과학심화 Ⅱ -1.02 * 0.41 0.041 중등과학심화 Ⅱ 초등과학 1.22 0.58 0.093 중등과학심화 Ⅰ 1.02 * 0.41 0.041 * p<0.05 16번문항에서는표면적에따른효율성과관련음을시사받을수있다. 된 4가지상황을제시하고공통의원리를찾아내어한편 Tukey 방법으로사후검정을실시한결과한문장으로서술하도록함으로써학생들의일반화 ( 표 9), 6번, 16번, 18번에서초등과학반과중등과능력을평가하고있다. 이문항의전체정답률은학심화Ⅱ 반이유의확률 0.05 수준에서유의미한차 56.2% 로나타났는데, 중등과학심화 Ⅱ반학생들은이가있었다. 논리적사고수준의경우, 특히중학교 3점만점에 2.14점으로다른반학생들보다상대적 3학년에서크게발달하게되는데 ( 김태선등, 2002), 으로높은점수를받았다. 과정에따라학생들의평균연령이높아지기때문에 18번문항의경우전체정답률이 31.0% 로가장논리적사고력이발달하여통합탐구능력에영향낮았다. 그런데과정별로점수에유의미한차이가을주었을것으로생각된다. 하지만다른평가요나타나서실험설계에대한평가능력이향상되었소에서는유의미한차이가나타나지않았다. 이러표 8. 과학영재교육원의과정에따른평가요소별문항점수결과 평가요소 탐구문제도출 (8 점 ) 변인추출 (16 점 ) 가설설정 실험설계 (12 점 ) 자료변환 (12 점 ) 자료해석 결론도출 일반화 평가 문항번호 초등과학 (n=15) 중등과학심화 Ⅰ (n=58) 평균 ( 표준편차 ) 평균 ( 표준편차 ) 평균 ( 표준편차 ) 중등과학심화 Ⅱ (n=29) F p 1(3 점 ) 2.53 (0.64) 2.60 (0.56) 2.59 (0.57) 0.089 0.915 8(5 점 ) 3.27 (1.33) 3.00 (1.50) 3.59 (1.59) 1.483 0.232 2(8 점 ) 6.53 (1.51) 6.24 (1.44) 6.17 (1.31) 0.339 0.713 6(8 점 ) 6.13 (2.20) 7.00 (1.21) 7.45 (0.78) 5.010 ** 0.008 3(3 점 ) 2.80 (0.77) 2.88 (0.46) 2.90 (0.56) 0.166 0.847 5(3 점 ) 2.27 (1.10) 2.62 (0.81) 2.48 (0.87) 1.033 0.360 4 3.53 (0.92) 3.64 (1.22) 3.45 (1.33) 0.243 0.785 7 3.53 (1.41) 3.84 (1.34) 4.14 (1.60) 0.938 0.395 9 1.73 (2.37) 2.34 (2.14) 2.55 (2.13) 0.715 0.492 10 3.27 (2.43) 3.72 (2.43) 4.03 (2.34) 0.510 0.602 11(3 점 ) 1.53 (0.74) 1.38 (0.67) 1.14 (0.83) 1.714 0.185 12(3 점 ) 1.20 (1.21) 1.86 (1.28) 2.07 (1.36) 2.297 0.106 13(3 점 ) 1.67 (1.35) 1.97 (1.36) 2.10 (1.26) 0.531 0.589 14(3 점 ) 1.27 (1.44) 1.45 (1.31) 1.38 (1.35) 0.115 0.891 15(3 점 ) 2.20 (1.08) 2.02 (1.21) 2.48 (0.99) 1.642 0.199 16(3 점 ) 1.20 (1.21) 1.59 (1.19) 2.14 (1.19) 3.553 * 0.032 17(3 점 ) 1.73 (0.80) 1.84 (0.56) 1.76 (0.69) 0.287 0.751 18(3 점 ) 0.53 (0.64) 0.88 (0.86) 1.24 (1.02) 3.412 * 0.037 * p<0.05, ** p<0.01
534 정은영 권이영 양주성 고유미 표 9. 과정에따른평가요소별문항점수에서 6 번,16 번,18 번문항의사후검정결과 (Tukey 방법 ) 문항번호 집단A 집단B 평균차 ( 집단A-B) 표준오차 p 초등과학 중등과학심화Ⅰ -0.87 0.38 0.062 중등과학심화Ⅱ -1.31 ** 0.42 0.006 6번 중등과학심화Ⅰ 초등과학 0.87 0.38 0.062 중등과학심화Ⅱ -0.45 0.30 0.291 중등과학심화Ⅱ 초등과학 1.31 ** 0.42 0.006 중등과학심화Ⅰ 0.45 0.30 0.291 초등과학 중등과학심화Ⅰ -0.39 0.34 0.503 중등과학심화Ⅱ -0.94 * 0.38 0.039 16 번 중등과학심화Ⅰ 초등과학 0.39 0.34 0.503 중등과학심화Ⅱ -0.55 0.27 0.108 중등과학심화Ⅱ 초등과학 0.94 * 0.38 0.039 중등과학심화Ⅰ 0.55 0.27 0.108 초등과학 중등과학심화Ⅰ -0.35 0.26 0.370 중등과학심화Ⅱ -0.71 * 0.28 0.035 18 번 중등과학심화Ⅰ 초등과학 0.35 0.26 0.370 중등과학심화Ⅱ -0.36 0.20 0.174 중등과학심화Ⅱ * p<0.05, ** p<0.01 초등과학 0.71 * 0.28 0.035 중등과학심화Ⅰ 0.36 0.20 0.174 한점을고려해볼때과학영재교육원의학생들은동일연령의집단과비교하여논리적사고력이이미높은상태이기때문에그로인한영향이적을것으로판단되고, 과학영재교육원의교육으로인한효과가나타난것으로생각된다. 3. 전공분야에따른평가요소별점수평가문항내용의소재가생물영역에해당되기때문에소재의친숙함으로인해생물분야와다른분야 ( 물리, 화학, 지구과학 ) 학생들의점수에차이가있는지를살펴보았다. 전공분야에따른평가요소별점수를비교한결과 ( 표 10), 생물분야의학생들의점수와다른분야의학생들의점수에유의미한차이가나타나지않았다. 오히려탐구문제도출, 실험설계의영역을제외한다른영역에서생물분야의학생들의점수가다른분야의학생들의점수에비해다소낮았다. 이러한결과를볼때내용이나소재가친숙하 더라도과학통합탐구능력에별다른영향을끼치지않음을시사받을수있다. Ⅳ. 결론및제언 과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력을서술형평가도구를사용하여조사한결과를종합하고, 시사점및제언을도출하면다음과같다. 첫째, 과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력의요소별점수를살펴보면, 동일한평가도구로일반중학생들을대상으로시행한결과 ( 김유향, 2013) 보다정답률이대부분높게나타나서, 과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력이일반중학생들보다우수함을알수있다. 평가요소별로는가설설정, 변인추출, 탐구문제도출의점수는상대적으로높게나타난반면, 평가, 자료변환, 자료해석의점수는상대적으로낮았다. 특히, 낮은정답률을나타낸 9번문항의경우자료변환중선그
과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력 535 표 10. 전공분야에따른평가요소별점수결과 평가요소 생물 (n=26) 다른분야 * (n=53) 평균 ( 표준편차 ) 평균 ( 표준편차 ) t p 탐구문제도출 (8 점 ) 6.31 (1.57) 5.74 (1.47) 1.589 0.116 변인추출 (16 점 ) 13.88 (1.42) 13.47 (1.81) 1.016 0.313 가설설정 5.65 (0.80) 5.42 (0.99) 1.153 0.254 실험설계 (12 점 ) 7.19 (2.33) 8.04 (1.84) -1.754 0.083 자료변환 (12 점 ) 6.08 (3.07) 6.45 (3.47) -0.470 0.640 자료해석 3.62 (1.24) 2.98 (1.65) 1.737 0.086 결론도출 3.58 (1.92) 3.58 (2.32) -0.015 0.988 일반화 4.27 (1.51) 3.87 (2.09) 0.972 0.335 평가 3.08 (1.16) 2.77 (1.30) 1.010 0.316 총점 (78 점 ) 53.65 (7.69) 52.32 (10.32) 0.583 0.561 * 다른분야는물리, 화학, 지구과학분야를말함. 래프그리기를요구하였는데학생들의응답을살펴본결과, 축의변인설정과축의눈금설정에서어려움을겪는것으로나타났다. 이러한결과를볼때, 과학영재교육원학생들의자료변환및해석능력, 실험설계를평가하는능력을향상시키기위한적절한안내가필요함을시사받을수있다. 이에따라과학통합탐구능력의향상을위한교수 학습자료를모듈형태로개발하여, 과학영재교육원수업에적극적으로활용할것을제안한다. 둘째, 과학영재교육원의이수과정별로점수를비교한결과, 일반화 를제외하고유의미한차이가나타나지않았다. 영재교육을받은기간이길어지면과학통합탐구능력도향상될것으로기대되지만실제로는큰차이가없는것으로나타난것을볼때과학영재교육원의교육내용에학생들의탐구능력향상에중점을둔교수 학습이포함될필요성이제기된다. 셋째, 전공분야에따른평가요소별점수를비교하면, 평가도구의내용이생물영역이기는하나, 생물분야의학생들의점수와다른분야의학생들의점수에유의미한차이가나타나지않았다. SAPA가과학탐구능력의함양에중점을둔프로그램으로 과학내용에중점을두지않았다는점을고려해볼때, 과학탐구능력은과학내용지식과는다른차원의능력임을시사받을수있다. 즉, 과학내용지식이깊어진다고해서과학탐구능력이향상되지않으므로과학영재교육원에서의영재교육은과학내용지식뿐만아니라학생들의과학탐구능력의향상에도중점을두어야할필요가있다. 한편과학영재를평가하는데활용할서술형평가도구를개발할필요가있다. 과학영재학생들의과학탐구능력을평가하는기존의평가도구는선다형문항으로구성되어있는데, 과학영재의고등정신기능을평가하는데에는서술형으로구성된평가도구를활용하는것이바람직하다. 이연구에서 과학탐구사고력측정을위한서술형평가도구 를사용하여과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력을조사한결과, 18문항중 3문항의정답률이 85% 로높게나타났다. 영재교육의평가에서영재학생들의특성을고려하여수준이높고어려운문항을사용할필요가있다는점을고려할때, 영재교육의평가에서이평가도구를활용할경우정답률이높게나타난문항을수정 보완할필요가있다. 그리고과학통합탐구능력의평가에서더나아가과학영재학생들의창의성, 문제해결력,
536 정은영 권이영 양주성 고유미 비판력, 통합력등의다양한고등정신기능을평가하기위한서술형평가도구를개발할필요도있다고생각한다. 참고문헌 교육부 (2013). 제3차영재교육진흥종합계획 [2013-2017]. 권재술, 김범기 (1994). 초 중등학생들의과학탐구능력측정도구의개발. 한국과학교육학회지, 14(3), 251-264. 김성훈 (1993). 새로운교육평가를위한인지심리학적인교육측정의활용가능성탐구. 한국교육, 20(1), 131-154. 김순옥, 서혜애 (2011). 중학생의자기조절학습능력수준에따른과학의탐구능력및과학의정의적영역특징분석. 과학교육연구지, 35(2), 307-323. 김영신, 권용주, 김용진, 김희백, 서혜애, 손연아, 정은영, 정진수, 차희영 (2012). 생명과학교육론. 파주 : 자유아카데미. 김유향 (2013). 창의적탐구사고력향상을위한생물실험수업개선에관한연구. 서울대학교박사학위논문. 김태선, 김범기 (2002). 중고등학생들의과학그래프작성및해석능력. 한국과학교육학회지, 22 (4), 768-778. 김태선, 배덕진, 김범기 (2002). 중학생의그래프능력과논리적사고력및과학탐구능력의관계. 한국과학교육학회지, 22(4), 725-739. 박정, 홍미영 (2002). 문항유형에따른과학능력추정의효율성비교. 한국과학교육학회지, 22 (1), 122-131. 손정우, 이봉우, 이인호, 최원호, 신영준, 한재영, 최정훈 (2009). 초등과학영재판별도구의개발과이해. 서울 : 북스힐. 손정우, 이봉우, 이인호, 최원호, 신영준, 한재영, 최정훈 (2009). 중등과학영재판별도구의개발 과이해. 서울 : 북스힐. 양태연, 배미란, 한기순, 박인호 (2003). 과학영재의과학관련태도와지능및과학탐구능력과의관계. 한국과학교육학회지, 23(5), 531-543. 이양락, 이선경, 홍미영, 홍재식, 이미경 (1998). 국가교육과정에근거한평가기준및도구개발연구 : 고등학교공통과학. 한국교육과정평가원. 이지애, 박수경, 김영민 (2008). 과학영재들의사고양식과자기조절학습능력및과학탐구능력간의관계분석. 영재교육연구, 21(3), 773-796. 이형철, 이정화 (2010). 자유탐구수업이초등학생의과학적태도및과학탐구능력에미치는영향과지도교사들의자유탐구에대한인식조사. 과학교육연구지, 34(2), 405-420. 이효녕, 조현준 (2008). 과학영재교육에서자율탐구활동의의미와중요성에대한이론적고찰. 과학교육연구지, 32(2), 33-50. 임성철, 김진화, 정진우 (2013). 중학교 2학년과학영재들의자유탐구활동에서나타난과학적추론능력분석. 과학교육연구지, 37(2), 323-337. 정현철, 조석희, 서혜애, 신명경 (2004). 영재의자율연구능력기초탐색연구. 수탁연구 CR 2004-43. 서울 : 한국교육개발원.[ 이지애, 박수경, 김영민 (2008). 과학영재들의사고양식과자기조절학습능력및과학탐구능력간의관계분석. 영재교육연구, 21(3), 773-796.] 에서재인용. 조현철, 유수창 (2013). 과학영재교육프로그램의효과성검증-과학탐구력과자기조절학습전략을중심으로 -. 2013 대학부설영재교육원공동학술발표회, 87-105. 허경철 (1988). 객관식일변도평가방식의문제점과그개선방향. 교육과정연구, 제7권, 155-182. AAAS (1989). Science for all Americans. Washington D.C : Author. AAAS (1990). Science-A Process Approach Ⅱ. Delta Education, Inc. Burn, J. C., Okay, J. R., & Wise, K. C. (1983). Integrated Process Skills Test Ⅱ: TIPS Ⅱ. Journal of Research in Science Teaching, 22, 169-177.
과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력 537 Bybee, R. W., Powell, J. C., & Trowbridge, L. W. (2003). Teaching Secondary School Science: Strategies for Developing Scientific Literacy. Upper Saddle River, New Jersey ; Merrill. Chiappetta, E. L, Koballa, T. R., & Collette, A. T. (1998). Science Instruction in the Middle and Secondary Schools(4th ed.). Upper Saddle River, New Jersey; Merrill. 국문요약 과학영재교육원학생들이성공적으로과학탐구를수행하기위해서는문제인식, 가설설정, 탐구설계, 결론도출등의과학통합탐구능력이요구된다. 이연구에서는김유향 (2013) 이개발한 과학탐구사고력측정을위한서술형평가도구 를사용하여과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력을평가요소별, 성별, 이수과정별, 전공분야별로비교하였다. 이평가도구는탐구사고력의주요요소들인탐구문제도출, 변인추출, 가설설정, 실험설계, 자료변환, 자료해석, 결론도출, 일반화, 평가에관한문항이각 2개씩총 18문항으로구성되어있다. 이평가도구를 2013년현재 C 대학 교부설과학영재교육원에다니고있는학생들중 102명학생들 ( 초등과학반 15명, 중등과학심화 Ⅰ반 58명, 중등과학심화 Ⅱ반 29명 ) 을대상으로시행하였다. 그결과, 과학통합탐구능력의요소중가설설정, 변인추출의점수는상대적으로높았고, 자료변환, 자료해석, 평가의점수는상대적으로낮았다. 자료변환 에해당하는선그래프그리기문항과 평가 에해당하는실험설계의개선점찾기문항의정답률은약 40 % 로상대적으로낮게나타났다. 영재교육을받은단계별로비교하면과학통합탐구능력의요소들중일반화의경우유의미한차이가있었다. 남학생과여학생의점수차이는유의미하지않았다. 이연구에서사용한평가도구가생물분야의소재를다루고있어생물분야의영재학생들과다른분야 ( 물리, 화학, 지구과학 ) 의영재학생들과비교한결과, 유의미한차이가없었다. 과학영재교육원학생들의과학통합탐구능력향상을위하여자료변환, 자료해석, 평가에관한교수 학습을강화하고, 과학탐구와관련된구체적인교수 학습자료를개발할필요가있다. 주요어 : 과학통합탐구능력, 과학영재교육원, 과학영재학생