과학사를 활용한 발견적 순환학습모형과 학습 프로그램의 개발 및 적용 : 중학교 '생명' 영역을 중심으로

국문 초록 (Abstract)

과학 수업에 과학사를 도입하자는 주장은 과학적 개념과 과학적 방법의 용이성, 과학의 본질과 대상에 대한 고찰, 과학과 사회와의 상호 작용 이해 등의 필요성에 근거하여 지속적으로 강조되어 왔다. 또한 과학사 자료 활용 수업을 통해 학업성취도의 신장이 나타났다는 연구, 과학사 수업이 학생들의 개념 이해도와 오개념 변화에 효과가 있다는 보고 등 그 적용 효과를 알아보고자 하는 연구들이 수행되었다. 이러한 배경 속에서 본 연구는 일차적으로 제7차 교육과정 7학년 과학 교과서 ‘생물’ 영역에 제시되어 있는 과학사 자료의 유형을 분석하고 이를 토대로 과학 교수-학습 과정과 유기적으로 연계되어 있는 과학사 자료를 개발하고자 했다. 또한 개발된 과학사 자료를 효과적으로 활용하기 위한 발견적 순환학습모형을 개발하였다. 또한 발견적 순환학습모형에 근거한 과학사 프로그램을 구성하여 현장에 적용시켜봄으로써 발견적 순환학습모형을 적용한 과학사 자료의 활용이 과학 성취도와 과학에 대한 태도면에서 어떤 효과를 나타내는지 알아보고자 했다.
교과서에 제시된 과학사 자료의 수와 제시 형태에 대한 분석 결과 제7차 교육과정 7학년 과학 교과서 ‘생물’ 영역에서는 세 단원을 모두 합쳐서 평균 2.4개의 과학사 자료가 제시되고 있어서 그 수가 매우 적음을 알 수 있었다. 또한 그 제시형태에 있어서는 도입형이나 전개형보다는 첨가형이 압도적으로 많은 비중을 나타내었고, 이는 보다 학습 내용과 유기적으로 연계되어 있는 과학사 자료 제시가 필요함을 알 수 있었다.
또한 본 연구에서는 과학사를 과학 수업에 보다 직접적으로 도입하기 위한 발견적 순환학습모형을 개발하였다. 이 모형은 순환학습의 탐색 단계가 가지는 제한점에 대한 고찰에서부터 비롯되었다. 즉 인지갈등적 성격을 가지는 직접 경험 또는 구체적 활동을 필수적으로 요구하는 탐색단계는 생물 영역의 특성상 이같은 학습 조건을 모두 만족시키기 어려운 점이 있으므로 탐색의 의미를 달리하여 ‘발견’이라는 과정과 접목시켰다. 이는 발견법의 특성인 자료의 제시 단계에서 과학사 자료를 활용하자는 의도이기도 하다. 또한 순환학습의 유형 중 가설-연역적 모형인 경우 가설 설정 등 형식적 조작기의 특성을 필요로 하기 때문에 중학교 수준의 학생들에게 그 효과가 제한적일 수 있다고 보고 구체적 조작기의 학습자에게 적합한 발견법을 도입하였고 이를 발견적 탐색 단계로 명명하였다. 특히 발견적 탐색 단계는 학생 중심의 교수-학습 과정으로 이루어지고 이어서 개념도입 단계는 보다 교사 중심의 과정이 연결됨으로써 교수-학습 과정의 구성도 학생 중심과 교사 중심 두 측면을 연결시켜 구성하였다.
발견적 순환학습모형 개발에 이어 이 모형에 근거한 과학사 프로그램을 개발하였고 현장 적용했다. 적용 연구는 ‘사전 사후 통제집단 실험집단 설계’에 의해 이루어졌는데, 중학교 1학년 학생 138명을 대상으로 세 단원 총 26차시 중 14차시에 걸쳐 적용하였다. 과학사 프로그램을 실시하기 이전에 통제집단과 실험집단에 사전 과학 성취도검사와 과학에 대한 태도검사를 실시했고, 수업 처치 후 전통적 수업을 진행한 통제집단, 과학사 프로그램을 적용한 실험집단에 대해 사후 과학 성취도검사와 과학에 대한 태도검사를 실시하였다. 집단 및 성별에 따른 이원공변량 분석 결과 집단에 따른 성취도 효과는 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서 발견적 순환학습모형에 근거한 과학사 프로그램의 활용은 과학 성취도의 향상에 긍정적인 효과가 있음을 알 수 있다. 성별에 따른 과학사 프로그램의 적용 효과를 분석한 결과 성취도에 있어서 남학생과 여학생의 차이는 유의미하게 나타나지 않았다.
태도검사에 대한 분석 결과 두 집단간에는 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 따라서 과학사 프로그램의 활용이 학생들의 과학 태도에 긍정적인 효과를 나타냄을 알 수 있다. 특히 ‘과학의 사회적 의미’, ‘과학적 탐구의 태도’, ‘과학적 태도의 수용’ 등의 영역에서 과학사 프로그램을 적용한 집단에서 긍정적인 변화가 나타났다는 것은 과학사 활용이 과학의 본성과 과학 탐구 영역에 있어서도 긍정적인 효과를 나타낼 수 있는 가능성을 보여준 것이라고 할 수 있다.
본 연구를 통해 과학사의 활용이 과학 성취도와 과학에 대한 태도면에 있어서 긍정적인 효과를 가져올 수 있는 교수-학습전략임을 알 수 있다. 또한 교수-학습 과정과 보다 유기적으로 연계된 유형의 과학사 자료가 과학 성취도와 과학에 대한 태도에 효과가 있음을 나타냈다. 특히 과학사 자료를 도입하기 위한 수업모형의 활용은 효과적인 교수법임을 알 수 있다.
따라서 향후 과학사를 활용한 과학 수업을 적극 확대하고자 하는 시도가 필요하다고 보아진다. 또한 앞으로는 과학사 자료의 개발만이 아니라 개발된 자료들을 현장에서 보다 원활하게 활용하기 위한 과학사 도입 교수-학습 전략에 대한 연구가 필수적으로 병행되어야 할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The first purpose of this study is to develop teaching model for using science history. And the second purpose of this study is to develop teaching materials using science history.
Materials using the history of science in 7th grade science textbooks were analyzed according to material types. New materials for using to biological domain in 7th grade were developed in this study. As a result of analysis there were a few contents of science history in 7th grade science textbooks. Most of materials were additional types.
In this study DLSH model(Discovery Learning cycle Model using Science History) was developed for using the science history in science class. Also the program on science history based on DLSH model was developed. Classroom application was performed to recognize the effectiveness of teaching materials, Discovery Learning Cycle Model using Science History and the science history program developed in this study.
The scores of science achievement test and science attitude test collected in classroom application were analyzed by two-way ANCOVA.
In aspect of science achievement experimental group(applying science history program) gave significant difference with control group applying to traditional method. There was not significant difference in science achievement between two groups according to gender.
In the result of analysis on science attitude test experimental group gave significant difference with control group.
In the result of analysis on seven domains of science related attitude five domains -'social implication of science', 'attitude to scientific inquiry', 'adoption of scientific attitude', 'enjoyment of science lessons', 'leisure interest in science'- gave significant difference between two groups. But all of seven domains didn't give significant difference according to gender.
Conclusionally using the materials of science history and the program applying Discovery Learning Cycle Model using Science History was a teaching-learning strategy to induce positive effectiveness in science achievement and attitude. Applying science history in science class should be tried consistantly and various teaching-learning strategy applying science history should be developed.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 논문개요 = i
• Ⅰ. 서론 = 1
• A. 연구의 필요성과 목적 = 1
• B. 연구문제 = 4
• C. 연구의 제한점 = 5
• Ⅱ. 이론적 배경 및 선행 연구 = 6
• A. 과학사와 과학교육 = 6
• 1. 과학사 도입의 목적과 필요성 = 6
• 2.과학사 도입의 문제와 한계점 = 10
• B. Piaget의 인지발달이론 = 11
• 1. 발생론적 인식론 = 11
• 2. 인지발달이론의 구성 요소 = 12
• C. Bruner의 교수이론 = 15
• 1. 교수이론의 특성 = 15
• 2. 교수이론의 구성 요소 = 16
• D. 순환학습과 과학교육 = 18
• 1. 순환학습의 의미와 특성 = 18
• 2. 교수-학습 전략으로서의 효과 = 21
• E. 발견학습과 과학교육 = 26
• 1. 발견학습의 의미와 특성 = 26
• 2. 교수-학습 전략으로서의 효과 = 29
• F. 과학사를 활용한 발견적 순환학습모형의 이론적 근거 = 33
• 1. 수업모형의 특성과 기능 = 33
• 2. 순환학습모형과 발견학습모형의 비교 = 37
• 3. 발견적 순환학습모형 개발의 주안점 = 42
• G. 선행연구 = 47
• 1. 과학사를 활용한 수업의 효과 = 47
• 2. 순환학습모형을 활용한 수업의 효과 = 50
• 3. 발견학습모형을 활용한 수업의 효과 = 52
• Ⅲ. 연구 방법 = 54
• A. 교과서 과학사 자료 유형 분석 및 과학사 자료 개발 = 54
• 1. 과학사 자료 유형 분석 대상 = 54
• 2. 과학사 자료 분석 방법 = 55
• 3. 과학사 자료 개발 방법 및 절차 = 57
• B. 과학사를 활용한 발견적 순환학습 모형 및 학습프로그램 개발 = 58
• 1. 발견적 순환학습모형의 개발 방법 및 절차 = 59
• 2. 발견적 순환학습모형에 따른 프로그램의 개발 = 60
• C. 과학사 프로그램 적용 및 효과 분석 = 60
• 1. 연구대상 = 61
• 2. 연구방법 및 절차 = 61
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 = 64
• A. 과학 교과서의 과학사 자료 유형 분석 및 과학사 자료 개발 = 64
• 1. 과학 교과서의 과학사 자료 유형 분석 결과 = 64
• 2. 7학년 과학사 자료의 개발 결과 = 70
• B. 과학사를 활용한 발견적 순환학습모형(DLSH모형) 및 학습 프로그램 개발 = 75
• 1. DLSH모형의 수업 절차 = 75
• 2. DLSH모형의 특성 = 77
• C. DLSH모형을 활용한 과학사 프로그램 적용에 따른 효과 분석 = 82
• 1. 과학 성취도에서의 효과 = 82
• 2. 과학에 대한 태도에서의 효과 = 84
• 3. 과학에 대한 태도 검사 영역별 분석 결과 = 87
• Ⅴ. 결론 및 제언 = 102
• 참고문헌 = 104
• 부록Ⅰ. 과학사 자료 및 DLSH모형 수업지도안 = 114
• 부록 Ⅱ. 사전·사후 성취도 검사지 = 173
• 부록 Ⅲ. 사전·사후 과학에 대한 태도 검사지 = 181
• ABSTRACT = 185