유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형 개발 및 효과

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to develop the SMR teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school with consideration of developmental similarities between young children of kindergarten and primary grade students of elementary school, sequential connectivity of the science education between the two stages and the make-believe transformation phases. It also aims to verify the feasibility of the developed teaching-learning model in the kindergarten and elementary school settings.
For these purposes, first, this study developed the SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school.
Second, based on the SMR teaching-learning model developed in this study, a science education activity plan was devised and implemented in the classrooms to verify the feasibility of the SMR teaching-learning model in the kindergarten and elementary school settings.
The following research questions were devised for the purpose of this study;
Research Question Ⅰ. How can the SMR science teaching-learning model for kindergarten and the primary grades in elementary school be developed?
Ⅰ-1. What is the composition of the SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school?
Ⅰ-2. What are the stages within the SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school?
Research Question Ⅱ. What are the effects of applying the SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school?
Ⅱ-1. What are the effects of applying the SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school on children’s creativity?
Ⅱ-2. What are the effects of applying the SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school on children’s scientific attitudes?
Ⅱ-3. What are the effects of applying the SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school on children’s linguistic abilities?
Each of the above research questions was examined in the following procedure.
In response to Research QuestionⅠ, this study developed the SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school.
For the development of the teaching-learning model, results from the current status examination, analysis of literature as well as preceding studies on science teaching-learning models, constructivist teaching-learning
principles for the science subject, Developmentally Appropriate Practice (DAP), make-believe transformation and educational effects of representation were used and included to identify the core elements for developing the SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school.
The developed SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades was largely categorized into the following three stages; ‘Science Inquiry’, ‘Make-believe Transformation’ and ‘Re-representation’.
The ‘Science Inquiry’ stage was again divided into the following five sub-categories; ‘Motivation-Exploration-Inquiry․Experiment-Discovery-Recognition.'
The ‘Make-believe Transformation’ stage was divided into the following eight sub-categories; ‘Introduction-Role Selection-Scientific Problem Selection
-Enact-Discussion-Reenact-Evaluation-Generalization.'
The 'Re-representation' stage was composed of ‘Visual re-representation’, ‘Auditory re-representation’ and ‘Physical re-representation.’
The SMR science teaching-learning model developed in this study had the overall structure to allow the students to identify and acquire scientific knowledge through ‘Motivation-Exploration-Inquiry․Experiment
-Discovery-Recognition' in the 'Scientific Inquiry' stage and then apply this knowledge in the holistic representation, not in separate content areas in the 'Make-believe Transformation' stage.
The students then generalized and solidified the scientific knowledge learned in the previous stage through visual, auditory and physical re-representations in 'Re-representation' stage.
In response to Research QuestionⅡ, this study analyzed the effects of applying the SMR science teaching-learning model for kindergarten and primary grades in elementary school on children’s creativity, scientific attitudes and linguistic abilities. The subjects of this study were 42 children of 5 years of age (20 in experimental group, 22 in control group) and 73 first-graders (36 in experimental group, 37 in control group). The experiment was conducted in the total of 15 sessions, 3 times per week for five weeks, from May 9th to June 13th in 2011.
The experimental group carried out education activities based on the SMR science teaching-learning model. The science education activities for the experimental group were composed with the common core elements found in kindergarten and elementary school science curriculums and programs. These activities were treated to prove the effects of the SMR science teaching-learning model on the kindergarten and primary grades in elementary school.
In the case of the kindergarten, the control group carried out normal science activities defined by everyday topics in the curriculum. In the case of the primary grades in elementary school, the control group carried out science activities provided in the textbook.
TTCT(Torrance Tests of Creative Thinking) Figural A(pretest) and B(posttest) were used to assess children's creativity and the testing tool of Lee, Kyung Min(2000) was used to assess children's scientific attitudes. Children's linguistic abilities were assessed by verbal scale of K-WPPSI(Korean-Wechsler Preschool and Primary Scale of Intelligence)
A pretest was conducted for assessing the experiment groups’ homogeneity and the collected data was analyzed by t-test or ANCOVA.
The result of this experimental study are summarized as follows;
First, in the case of kindergarten, the experimental group scored significantly higher than the control group in ‘total creativity’ and the subcategories of ‘fluency’, ‘originality’, ‘resistance to premature closure.’ In the case of elementary school, the experimental group scored significantly higher than the control group in ‘total creativity’ and the subcategories of ‘fluency’, ‘originality’, ‘elaboration’, ‘resistance to premature closure.’
Second, in the case of kindergarten, the experimental group showed significant improvement in ‘total scientific attitudes’ and the subcategories of ‘curiosity’, ‘volunteering and initiative’, ‘honesty’, ‘objectivity’, ‘deferring judgement’, ‘cooperation’, and ‘perseverance’ compared to the control group. The experimental group of the elementary school students showed significant improvement in ‘total scientific attitudes’ and the subcategories of ‘curiosity’, ‘volunteering and initiative’, ‘honesty’, ‘objectivity’, 'open-mindedness', ‘deferring judgement’, ‘cooperation’, ‘perseverance’ compared to the control group.
Third, in both kindergarten and primary grades, the experimental group scored significantly higher than the control group in ‘total linguistic abilities’ and the subcategories of ‘understanding’, ‘vocabulary’, and ‘commonness.’
Finally, it was revealed that the SMR science teaching-learning model has positive effects to promote both kindergartener's and elementary school student's creativity, scientific attitudes and linguistic abilities.
In conclusion, the SMR science teaching-learning model which was developed in this study was effective in developing particular skill areas in children. And its successful implementation in the early science education was desirable as part of enhancing the teaching-learning methodology.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 유치원과 초등학교 아동의 발달적 유사성과 과학교육의 순차적 연계성, 가상전환의 단계적 측면을 고려하여 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형을 개발하고, 개발한 과학 교수-학습 모형의 교육현장 타당성을 검증하는데 목적이 있다.
이러한 목적을 수행하기 위해서 첫째, 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형을 개발하였다. 둘째, 본 연구에서 개발한 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형을 근거로 과학교육 활동안을 구성하고 교육현장에 적용하여 개발한 SMR 과학 교수-학습 모형의 교육현장 적용 타당성을 검증하였다.
이러한 연구를 수행하기 위하여 다음과 같이 연구문제를 설정하였다.
연구문제Ⅰ. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형은 어떠한가?
Ⅰ-1. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형의 구성은 어떠한가?
Ⅰ-2. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형의 단계는 어떠한가?
연구문제Ⅱ. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형의 적용 효과는 어떠한가?
Ⅱ-1. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형 적용이 아동의 창의성에 미치는 효과는 어떠한가?
Ⅱ-2. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형 적용이 아동의 과학적 태도에 미치는 효과는 어떠한가?
Ⅱ-3. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형 적용이 아동의 언어능력에 미치는 효과는 어떠한가?
각각의 연구문제는 다음과 같은 절차에 따라 수행되었다.
연구문제Ⅰ에서는 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형을 개발하였다. SMR 과학 교수-학습 모형을 개발하기 위해서 기초 실태조사 결과, 과학 교수-학습 모형 관련 문헌고찰 및 선행연구 탐색, 구성주의 과학 교수-학습 원리, 발달에 적합한 실제(DAP), 가상전환 및 표상의 교육적 효과 등을 통해 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형 개발에 필요한 핵심요소를 추출․반영하여 개발하였다.
개발된 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형은 크게 ‘과학탐구(Science Inquiry)-가상전환(Make-believe Transformation)-재표상(Re-representation)’의 3단계로 설정되었다. ‘과학탐구’ 단계는 다시 ‘동기유발-탐색-탐구․실험-발견-인식’의 5개 하위과정, ‘가상전환’ 단계는 ‘도입-역할선정-과학적 문제상황 설정-실연-토의-재실연-평가-일반화’의 8개 하위과정으로 설정되었다. 또한 ‘가상전환’ 단계는 ‘인식된 과학적 지식 상기․극화계획․역할할당․각본구성’, ‘인식된 과학적 지식과 역할 연계하기’, ‘주제에 따른 가상전환․역할수행’, ‘사회적 상호작용’, ‘과학․가상 극화 의사소통’의 5개 하위요소로 구성되었다. 재표상 단계는 ‘시각적 재표상’, ‘청각적 재표상’, ‘신체적 재표상’의 3개 하위요소로 구성되었다.
개발된 SMR 과학 교수-학습 모형의 전체적인 구성의 흐름을 살펴보면, ‘과학탐구’ 단계인 ‘동기유발-탐색-탐구·실험-발견-인식’의 과정을 거쳐 인식·습득한 과학적 지식을 ‘가상전환’ 단계에서 과학적 개념을 분리된 내용영역으로가 아니라 총체적으로 표상해 볼 수 있는 기회를 가진 후 ‘재표상’ 단계에서는 가상전환을 통해 확장되고 재인식된 과학적 지식을 시각적, 청각적, 신체적 재표상을 통해 한 층 더 일반화·견고화 시키게 된다.
연구문제Ⅱ에서는 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형의 적용이 아동의 창의성, 과학적 태도, 언어능력에 미치는 효과를 분석하였다. 본 연구대상은 만 5세 유아 42명(실험: 20명, 통제: 22명)과 초등학교 1학년 아동 73명(실험: 36명, 통제: 37명)을 대상으로 하였다. 실험처치는 2011년 5월 9일부터 6월 13일까지 이루어졌으며, 주 3회씩 5주에 걸쳐 총 15회가 실시되었다.
실험집단에서는 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형에 근거해 구성된 과학 교육활동이 실시되었다. 실험집단의 과학교육 활동안은 유치원과 초등학교 과학영역 교육과정 및 프로그램에서 공통․핵심적인 내용을 추출하여 구성되었고, 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형의 효과성 검증을 위해 사용되었다.
통제집단에서는 유치원의 경우 생활주제에 따른 일반 과학 교육활동이, 초등학교 저학년의 경우에는 교과서에 제시된 과학 교육활동이 실행되었다.
연구도구로는 창의성 검사를 위해 TTCT(Torrance Tests of Creative Thinking) 도형검사 A형(사전검사), B형(사후검사)이 사용되었고, 과학적 태도 검사를 위해서는 이경민(2000)의 검사도구가 사용되었다. 언어능력 검사도구로는 한국 웩슬러 유아지능검사(K-WPPSI)의 언어성 검사가 사용되었다. 집단의 동질성 검사를 위해 사전 검사를 실시하였고 수집된 자료는 t-검증 또는 공분산분석(ANCOVA)을 통해 분석하였다.
유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형의 적용 효과를 요약하여 제시하면 다음과 같다.
첫째, 유치원의 경우 실험집단이 통제집단보다 ‘전체 창의성’과 하위요소인 ‘유창성’, ‘독창성’, ‘성급한 종결에 대한 저항’ 점수에서 유의하게 높게 나타났고, 초등학교의 경우 실험집단이 통제집단보다 ‘전체 창의성’과 하위요소인 ‘유창성’, ‘독창성’, ‘정교성’, ‘성급한 종결에 대한 저항’ 점수에서 유의하게 높은 것으로 나타났다.
둘째, 유치원의 경우 실험집단이 통제집단보다 ‘전체 과학적 태도’와 하위요소인 ‘호기심’, ‘자진성과 적극성’, ‘솔직성’, ‘객관성’, ‘판단유보’, ‘협동성’, ‘끈기성’ 점수에서 유의하게 높은 것으로 나타났고, 초등학교의 경우 실험집단이 통제집단보다 ‘전체 과학적 태도’와 하위요소인 ‘호기심’, ‘자진성과 적극성’, ‘솔직성’, ‘객관성’, ‘개방성’, ‘판단유보’, ‘협동성’, ‘끈기성’ 점수에서 유의하게 높은 것으로 나타났다.
셋째, 유치원과 초등학교 모두 실험집단이 통제집단보다 ‘전체 언어능력’과 하위요소인 ‘이해’, ‘어휘’, ‘공통성’ 점수에서 유의하게 높은 것으로 나타났다.
결론적으로 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형의 교육현장 적용 결과, 유치원 유아들과 초등학교 저학년 아동들의 창의성, 과학적 태도, 언어능력 신장에 긍정적 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 이는 본 연구에서 개발된 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형이 아동의 특정영역 발달에 효과적이라는 것을 입증한 결과인 만큼, 아동 과학교육현장에서 교수-학습 방법 개선의 일환으로 적용 가능성을 기대할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구문제 8
• 3. 용어의 정의 9
• Ⅱ. 이론적 배경 11
• 1. 아동 과학교육의 접근 11
• 2. 교수-학습 모형 19
• 가. 일반 교수-학습 모형 19
• 나. 과학 교수-학습 모형 26
• 3. 유치원과 초등학교 저학년 과학 연계교육 56
• 4. 가상전환과 표상 63
• 가. 가상전환 63
• 나. 표상 79
• 5. 과학교육과 아동발달 85
• 가. 과학교육과 창의성 85
• 나. 과학교육과 과학적 태도 89
• 다. 과학교육과 언어능력 98
• Ⅲ. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형 개발 104
• 1. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형 개발 절차 104
• 가. 과학교육에 대한 유치원 및 초등학교 교사의 인식과 실태 105
• 나. 과학 교수-학습 공통모형 개발 관련 문헌고찰 114
• 다. 유치원과 초등학교 저학년 과학 교수-학습 공통모형 시안 117
• 라. 유치원과 초등학교 저학년 과학 교수-학습 공통모형 시안 단계별 검토 123
• 마. 유치원과 초등학교 저학년 과학 교수-학습 공통모형 시안 타당성 검증 153
• 2. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형 154
• 가. SMR 과학 교수-학습 모형 최종안 154
• 나. SMR 과학 교수-학습 모형의 구성 156
• 다. SMR 과학 교수-학습 모형의 단계 156
• 라. SMR 과학 교수-학습 모형의 특징 173
• 마. SMR 과학 교수-학습 모형 적용 시 유의점 174
• Ⅳ. 유치원-초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형 효과 검증 176
• 1. 연구대상 176
• 2. 연구도구 177
• 가. 창의성 검사도구 177
• 나. 과학적 태도 검사도구 182
• 다. 언어능력 검사도구 184
• 3. 연구절차 187
• 가. 예비연구 188
• 나. 연구보조자 훈련 및 검사자간 일치도 192
• 다. 교사훈련 및 숙지율 193
• 라. 사전검사 194
• 마. SMR 과학 교수-학습 모형 활동안 구성 195
• 바. 실험처치 207
• 사. 사후검사 224
• 4. 자료처리 및 분석 225
• 5. 연구결과 및 해석 225
• 가. 아동의 창의성에 미치는 효과 225
• 나. 아동의 과학적 태도에 미치는 효과 236
• 다. 아동의 언어능력에 미치는 효과 253
• Ⅴ. 논의 및 결론 263
• 1. 요약 및 논의 263
• 가. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형의 구성과 단계 263
• 나. 유치원과 초등학교 저학년 SMR 과학 교수-학습 모형의 적용 효과 270
• 2. 결론 및 제언 285
• 참고문헌 287
• 부록 314
• 국문초록 350
• ABSTRACT 354

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