과학비유탐구놀이 학습방법의 적용을 통한 과학적 사고력의 신장에 관한 연구 = Study on Extension of Scientific Thinking through the application of Science Inquiry Play of Analogy

국문 초록 (Abstract)

과학적 사고는 올바른 과학적 개념의 습득에서부터 시작된다. 학습 이전에 형성된 잘못된 선개념, 즉 오개념의 교정은 과학적 개념의 형성에 매우 의미 있고 유익한 일이다. 지금까지 선행된 여러 연구 결과, 대부분의 초등학생들의 지적 수준은 형식적 조작 수준에 이르지 못해 빛, 열, 소리, 전류 등 추상적인 개념에 대한 오개념이 많이 존재한다는 연구 결과가 있다. 이러한 추상적인 개념들의 학습은 보다 구체적이고 친숙한 것으로 하여 접근해야 한다.
우리나라 초등학교 학생의 지적 발달 수준은 지금까지의 여러 연구에 의하면 각 단계에 이르는 연령이 Piaget가 제시한 기준연령과 차이가 있는 것으로 나타난다. 대부분이 형식적 조작수준에 도달하지 못하고 구체적 조작수준에 머물러 있어서 추상적인 내용을 학습하는데 어려움을 겪고 있으며, 이로 인하여 잘못된 개념을 쉽게 과학자적인 개념으로 변화되지 않는 요인 중의 하나로 해석하고 있다
과학탐구놀이와 비유적 추리에 의한 학습방법을 기초로 제안한 과학비유탐구놀이학습 방법은 오개념 교정 학습에 적용에 있어서 과학학습내용으로의 접근방법이나 학습효과에 대한 기본적인 아이디어들을 대부분 포함하고 있다.
과학비유탐구놀이는 개인이나 집단이 적극적으로 참여하여 과학을 즐기며 능동적으로 문제를 해결해가는 과정으로 개인의 독창성과 과학적 탐구능력, 학생들 간에 역할 분담 및 협동적인 태도를 기를 수 있는 기회를 제공한다. 또한 비유는 가시화된 현상과 구체적인 상황과 구체물을 제공함으로 해서 추상적인 개념에 대한 선개념을 과학적 개념 구조로 바꿀 수 있다.
본 연구에서는 과학비유탐구놀이학습 방법을 과학수업에서 적용되고 있는 학습모형의 틀에 도입하였으며, 물질과 열, 전류에 대한 개념을 중심으로 하여 실제 수업을 위한 학습 방법으로서 경험수업모형, 인지갈등 수업모형, 발견수업모형 등에 기초하여 교수·학습지도안을 제안하였다. 이러한 적용을 통하여 구체적 조작수준에 있는 초등학교 학생들에게 비유화 된 탐구놀이 학습 활동으로 반성적 사고와 비유적 추리를 하게 함으로써 새로운 개념을 형성하게 할 수 있다. 뿐만 아니라 과학의 추상적 개념의 획득, 과학적 논리 및 과학적 사고력의 신장을 가져올 것으로 기대할 수 있다. 놀이의 규칙을 지키고 역할을 분담하며, 서로 선의적인 경쟁과 협동을 통하여 긍정적인 정의적 측면의 성장과 함께 바른 과학적 태도를 기를 수 있다.
본 연구에서 적용을 제안한 과학비유탐구학습방법은 추상적인 개념을 구체화하여 과학적 개념으로의 획득을 기하고 과학적 사고력의 신장을 위한 하나의 전략이라고 보아야 할 것이다. 따라서 구체적 조작기의 학생들이 어려움을 많이 느끼는 추상적인 개념 요소를 심층적으로 파악하고, 추출하여 초등학생들의 인지적 구조에 합당한 용어를 사용하고, 좀 더 효과적인 수업과 학습을 위한 교수·학습지도안을 개발 적용할 필요가 있다. 본 연구가 적용을 통하여 얻어진 결과를 바탕으로 한 것이 아니라 가정적인 성격이 강하여 앞으로 검증적 연구나 좀 더 정교한 이론적 연구가 뒷받침되어야 할 것이다. 따라서 적용을 제안한 과학비유탐구놀이 학습을 초등학교의 과학 수업의 현장 직접 투입하여 결과를 도출하고 보완하여 초등학생들의 과학적 개념의 획득에 도움이 되었으면 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to extend the scientific thinking through the application of science inquiry play of analogy. The contents are as follows.
Scientific thinking starts from the aquisition of right scientific conception. The correction of preconceptions are very meaningful for scientific conceptions. There are a lot of results of wrongly acquired conceptions for abstract conceptions ; Light, Heat, Sound, and Electricity. The reason is that most elementary students' intellectual level doesn't reach to the formal operational level. Therefore, learning of abstract conceptions must start from the concrete and familiar things.
The purpose of this study is to extract, explore, and apply learning elements based on learning method through science inquiry play of analogy. To put this study into operation, foundation for scientific thinking, elementary students' intellectual level and its characteristics, conception changing model, and the significance of science inquiry play of analogy has to be under investigation.
Therefore, this study will suggest misconception correction instruction method for the meaning of Material and Heat and will suggest the effective methods to be able to apply science inquiry play of analogy with the focus on connection of electric circuits.
According to the other studies, the intellectual level of elementary students of Korea has disparity in accordance with age differently by Piaget. As the intellectual level of elementary students stays to the stage of concrete operation, students have difficulty in changing misconception into scientific conception.
Science inquiry play of analogy gives the opportunity to develop students' originality, scientific exploration competence, and cooperative attitude through the process of active problem solving. And analogy can change preconceptions for abstract conceptions into scientific conceptions by suppling visual phenomena, concrete situation, and realistic objects.
This study suggests science inquiry play of analogy as one of an actual learning method with the focus on the conceptions about Materials, Heat, and Electricity with the example of instruction and learning plan founded on Experience Model, Cognitive Conflict Model, and Discovery Model. The activities of science inquiry play of analogy will be good enough for the students under concrete operation to form new conceptions with reflective thinking and analogy, to acquire abstract conceptions, to develop scientific logic and thought and, finally to raise right scientific attitude with positive and affective advance through the process of following rules of the play, assigning of roles, positive competition and cooperation.
Therefore, science inquiry play of analogy is one of strategies to acquire scientific conceptions through the process of visualizing of abstract conceptions. To do that, finding out the abstract conceptions in which students under concrete operation feel difficult is very important and then using proper term accordant to their cognitive construction and applying of effective Instruction and Learning Plan are the followings.
This study is not the results for applying of science inquiry play of analogy. Thus, there has to be more concrete theoretical investigation. However, through the actual application of science inquiry play of analogy, students can acquire scientific conceptions.

목차 (Table of Contents)

• ＜국문초록＞ = i
• 목차 = ⅲ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 연구 목적과 연구 내용 = 3
• 1. 연구 목적 = 3
• 2. 연구 내용 = 4
• Ⅲ. 이론적 배경 = 6
• 1. 과학적 사고력 = 6
• 2. 초등학생들의 지적 발달 수준 = 7
• 1) 지적발달 이론 = 7
• 2) 초등학생들의 지적 발달 수준 = 11
• 3. 오개념과 그 형성요인 = 13
• 4. 개념 변화의 모형 = 14
• 1) Piaget의 인지발달 과정 = 14
• 2) Hashweh의 개념 변화 모형 = 16
• 3) 권재술의 인지 갈등 모형 = 16
• Ⅳ. 과학적 사고력 신장을 위한 학습방법 = 20
• 1. 비유와 비유적 추리 = 20
• 2. 과학교육과 탐구놀이 = 22
• 3. 과학비유탐구놀이 학습방법 = 23
• 1) 과학비유탐구놀이 학습과 과학적 사고력의 신장 = 23
• 2) 오개념 교정학습에의 도입 = 26
• 3) 탐구활동 단계 = 30
• Ⅴ. 초등학생의 물질 상태와 열의 전도 및 전류개념 = 36
• 1. 물질과 열의 개념의 형성수준과 그 특징 = 36
• 1) 3학년 = 38
• 2) 4학년 = 39
• 2. 전기와 전류의 형성 수준과 그 특성 = 40
• 1) 초등학교 교육과정에서의 전류 개념 = 40
• 2) 전류에 관한 오개념의 유형 = 42
• Ⅵ. 초등과학 여러 개념의 입자론적 해석 = 48
• 1. 물질과 열에 대한 해석 = 48
• 1) 거시적 기술과 미시적 기술 = 48
• 2) 고체, 액체, 기체 = 49
• 3) 온도와 열 = 50
• 4) 열에 의한 물체의 변화 = 51
• 5) 열의 전달 = 51
• 2. 전류에 대한 입자론적 해석 = 52
• 1) 정전기 = 52
• 2) 전류 = 55
• Ⅶ. 과학비유탐구놀이의 학습모형 = 62
• 1. 인지 갈등 수업모형과 구성주의적 Driver의 수업절차 모형 = 62
• 2. 과학비유탐구놀이를 학습모형에 도입 = 66
• 1) 진단단계 = 66
• 2) 지도단계 = 67
• Ⅷ. 물질과 열에 대한 오개념 교정학습에의 적용 = 70
• 1. 고체의 구성과 열의 전달에 대한 과학비유탐구놀이 = 70
• 1) 고체의 구성에 대한 과학비유탐구놀이 = 70
• 2) 고체에서의 열전달에 대한 과학비유탐구놀이 = 71
• 3) 경험수업 모형을 적용한 과학비유탐구놀이 학습 = 73
• 2. 액체의 구성과 열의 전달에 대한 과학비유탐구놀이 = 78
• 1) 액체의 구성에 대한 과학비유탐구놀이 = 78
• 2) 액체에서의 열전달에 대한 과학비유탐구놀이 = 79
• 3) 발견 수업 모형을 적용한 과학비유 탐구놀이 학습 = 82
• 3. 기체의 구성과 열의 전달에 대한 과학비유탐구놀이 = 85
• 1) 기체의 구성에 대한 과학비유탐구놀이 = 85
• 2) 기체에서의 열전달에 대한 과학비유탐구놀이 = 86
• 4. 전기회로의 연결에 대한 비유탐구놀이 = 90
• Ⅸ. 결론 = 95
• 참고문헌 = 97
• ＜Abstract＞ = 103