중학교 과학 수업에서의 논리적 사고력과 창의적 사고력 강화 탐구 교수 전략 개발 및 적용

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to develop a teaching strategy focused on the proportional reasoning, conservational reasoning, control of variables, probabilitic reasoning, correlational reasoning, combinational reasoning and divergent·convergent activities and to investigate its effects on enhancing students' logical thinking skills, creative thinking skills, inquiry skills, creative personality and academic performance.
In this study, based on Lawson's three types of inquiry instructional model, an instruction strategy which stresses an inquiry has been developed.
For enhancing students' logical thinking skill, a teaching strategy using MCP model(M stage: Motivation for logical thinking, C stage: Cognitive conflict of scientific problem, P stage: Problem solving by logical thinking)was designed.
For enhancing students' critical thinking skill, Kang's divergent ·convergent model that is pyramid model and the inverted pyramid model, a diamond models was applied in the research process and in the process of logical thinking
The results of this study were as follows.
Firstly, the experimental group presented statistically meaningful improvement in logical thinking skills(p<.05). This result is ascribed to the teaching strategy to apply the MCP model in science learning activities during about one year. Also logical thinking skill is not affected by the level of cognitive, gender and academic performance.
secondly, the experimental group presented statistically meaningful improvement in critical thinking skills(p<.05). This result is ascribed that students had experienced a lot of divergent thinking emphasized in teaching strategies of this study during about one year. Also critical thinking skill is not affected by the level of cognitive, gender and academic performance.
Thirdly, the experimental group presented statistically meaningful improvement in inquiry skills(p<.05). This result is ascribed that students had experienced three kinds of inquiry process in science learning activities during about one year. Also inquiry skill is not affected by the level of cognitive, gender and academic performance.
Fourthly, the experimental group presented statistically meaningful improvement in academic performance(p<.05). 'Inquiry teaching strategies enhancing the logical thinking and creative thinking skills' of this study has significant influence academic achievement.
Fifthly, the experimental group presented no statistically meaningful improvement in creative personality(p<.05). teaching strategies of this study enhancing thinking of cognitive aspects. Students' thinking of affective aspects was not improved by teaching strategies enhancing thinking of cognitive aspects of this study.
In conclusion, it was found that 'Inquiry teaching strategies enhancing the logical thinking and creative thinking skills' of this study was effective strategy to enhance logical thinking skills, creative thinking skills, inqury skills.

국문 초록 (Abstract)

과학적 사고력, 창의적 사고력과 문제 해결력은 일상 생활에서 발생하는 다양한 문제들을 이해하고 해결하는 과정에서 없어서는 안 되는 중요한 능력이며, 오늘날 교육 과정에서 주요 교육 목표로 떠오르며 활성화되고 있다. 따라서 본 연구에서는 ‘논리적 사고력과 창의적 사고력을 강화한 탐구 교수 전략’을 개발하고 그 효과를 검증하고자 하였다. 본 연구에서는 비례, 보존, 변인 통제, 확률, 상관, 조합 논리 활동과 발산․수렴 활동을 강화한 탐구 교수 전략을 경험한 학생들이 그러한 교수 전략을 경험하지 못한 학생들에 비해 논리적 사고력, 창의적 사고력, 탐구 사고력, 창의적 인성, 학업 성취도가 향상될 것이라고 가설을 설정하였다.
본 연구에서는 Lawson의 세 가지 탐구 수업 모형에 논리적 사고력을 강화하기 위해 중학교 1학년 과학 교과서 내용에 있는 논리 사고 요소를 추출한 후 이 논리 사고 요소들을 개발한 MCP 세 단계 모형으로 변형하여 적용하였다. 또한 창의적 사고력을 강화하기 위해 강순희의 발산․수렴 사고 모형을 탐구 과정과 논리 사고 과정에 적용하였다. 이 때 중학교 1학년 교과서에서 추출한 논리 사고 요소는 보존 5회, 비례 7회, 변인통제 14회, 확률 3회, 상관 5회, 조합 2회의 총 36회이다. 이렇게 개발된 교수 전략들은 5월부터 12월까지 총 62차시동안 서울 소재 중학교 1학년 실험반 57명에 적용하였으며, 같은 학교 1학년 통제반 53명은 과학 교과서 내용에 따라 실험반과 동일한 교사가 수업을 시행하였다. 사전∙사후 검사로 GALT 검사지, 중학생용 창의적 문제해결력 검사지, 창의적 인성 검사지, 1학기 중간 고사와 2학기 기말 고사를 사용하여 학생들의 논리적 사고력, 창의적 사고력, 탐구 사고력, 창의적 인성, 학업 성취도에 미치는 효과를 알아보았다.
연구 결과는 다음과 같다.
첫째, 실험반 학생들의 논리적 사고력은 통제반에 비해 유의미하게 향상되었다. 1년 동안의 과학 학습 활동에 논리 사고 요소들을 MCP 모형으로 변형하여 교수 전략에 적용하였기 때문이라고 판단된다.
논리 사고 하위 요소별로 보면, 보존 논리, 변인 통제 논리, 조합 논리에서 유의미하게 향상되었으나, 비례 논리, 상관 논리, 확률 논리는 유의미하게 향상되지 않았다. 변인 통제나 보존 논리는 다른 논리에 비해 많은 횟수 활동을 한 것으로 나타났고, 조합 논리의 경우는 적은 횟수의 활동만으로도 유의미하게 향상 된 것으로 나타났다. 또한 논리적 사고력은 인지 수준, 성별, 학업 성취도에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 즉 인지 수준, 성별, 학업 성취도에 관계없이 ‘논리적 사고력과 창의적 사고력을 강화한 탐구 교수 전략’은 논리적 사고력 향상에 효과가 있음을 알 수 있다.
둘째, 실험반 학생들의 창의적 사고력은 통제반에 비해 유의미하게 향상되었다. 창의적 사고력의 하위 요소에서 유창성, 융통성, 독창성 모두 유의미하게 향상되었다. 1년 동안의 과학 학습 활동에 실험반 학생들은 본 연구의 교수 전략에서 강조한 발산적 사고를 많이 경험했기 때문으로 판단된다. 또한 창의적 사고력은 인지 수준, 성별, 학업 성취도에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 즉 인지 수준, 성별, 학업 성취도에 관계없이 ‘논리적 사고력과 창의적 사고력을 강화한 탐구 교수 전략’은 창의적 사고력 향상에 효과가 있음을 알 수 있다.
셋째, 실험반 학생들의 탐구 사고력은 통제반에 비해 유의미하게 향상되었다. 1년 동안의 과학 학습 활동에 실험반 학생들은 순환적으로 세 가지 탐구 과정을 경험하였기 때문인 것으로 판단된다. 하위 요소로는 가설 설정, 변인 통제, 자료 해석 및 자료 변환에서 유의미한 향상이 있었다. 교과서에 서술된 학습 내용보다 강화한 세 종류의 탐구 교수 전략에 의한 탐구 활동들을 1년 동안 경험했기 때문으로 여겨진다. 또한 탐구 사고력은 인지 수준, 성별, 학업
성취도에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 즉 인지 수준, 성별, 학업 성취도에 관계없이 ‘논리적 사고력과 창의적 사고력을 강화한 탐구 교수 전략’은 탐구 사고력 향상에 효과가 있음을 알 수 있다.
넷째, 1년 동안의 과학 학습 활동에 실험반 학생들은 통제반에 비해 창의적 인성이 유의미하게 향상되지 않았다. 학생들의 인지적 측면의 사고를 강화한 본 연구의 교수 전략에 의해서는 학생들의 정의적 측면은 향상되지 않는 것으로 나타났다.
다섯째, 1년 동안의 과학 학습 활동에 실험반 학생들은 통제반 학생들에 비해 학업 성취도가 유의미하게 향상되었다. 본 연구에서 개발한 ‘논리적 사고력과 창의적 사고력을 강화한 탐구 교수 전략’이 논리적 사고력과 탐구 사고력을 향상 시키고 더 나아가 비판적 사고력을 향상시켜 정답을 골라낼 수 있는 학업 성취도의 향상에 영향을 준 것으로 보인다.
결론적으로 본 연구에서 개발한 ‘논리적 사고력과 창의적 사고력을 강화한 탐구 교수 모형’은 중학교 1학년 학생들의 논리적 사고력을 높여주는 것은 물론 창의적 사고력, 탐구 사고력 및 학업 성취도를 향상시켜 효과적인 창의적 인재 양성을 위한 교육의 한 방법이 될 수 있다는 것을 본 연구를 통해 알 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• A. 연구의 필요성 및 목적 1
• B. 연구 문제 6
• C. 용어의 정의 7
• 1. 비판적 사고력 7
• 2. 창의적 사고력 7
• II. 이론적 배경 8
• A. Lawson의 탐구 학습 8
• 1. Lawson의 탐구 학습 단계 9
• 2. Lawson의 탐구 학습의 유형 10
• 가. 서술적 탐구 학습 10
• 나. 경험 귀추적 탐구 학습 11
• 다. 가설 연역적 탐구 학습 12
• B. 논리적 사고력 14
• 1. 논리적 사고력 측면의 비판적 사고력 15
• 가. 비판적 사고력 15
• 나. 논리적 사고력 측면의 비판적 사고력 16
• 2. 논리적 사고력 하위 요소 18
• 가. 보존 19
• 나. 비례 22
• 다. 변인 통제 23
• 라. 확률 25
• 마. 상관 27
• 바. 조합 28
• 3. 논리적 사고력 측정 29
• 가. 개인 별 임상 면접법 30
• 나. 집단 별 임상 면접법-CSMS의 SRT 30
• 다. 개인 별 지필평가 형식- GALT 검사지 31
• 라. 개인 별 지필평가 형식- Lawson의 SRT 검사지 32
• 4. 인지 수준 분류 32
• 가. Piaget의 인지 발달 단계 32
• 나. CASE의 인지 발달 단계 35
• 다. Lawson의 인지 발달 단계 36
• 라. 인지 수준 분류 척도 비교 38
• 마. 학생들의 인지 수준 분포 39
• C. 창의적 사고력 42
• 1. 창의적 사고의 정의 42
• 2. 창의적 사고와 비판적 사고 44
• III. 연구 방법 47
• A. 연구 대상 47
• B. 연구 절차 49
• C. 검사 도구 51
• 1. 논리적 사고력 검사 도구 51
• 가. GALT 검사지 51
• 나. 채점 준거 52
• 2. 창의적 문제 해결력 검사 도구 54
• 가. 중학생용 창의적 문제 해결력 검사지 54
• 나. 채점 준거 55
• 3. 창의적 인성 검사 도구 60
• 4. 학업 성취도 검사 도구 62
• D. 자료 처리 및 분석 63
• E. 수업 전략의 구성 및 개발 64
• 1. Lawson의 탐구 수업 모형 64
• 2. 논리적 사고력 강화 교수 모형 65
• 가. M단계 - 논리사고에 대한 동기 유발 단계 68
• 나. C단계 – 과학 문제의 인지 갈등 단계 75
• 다. P단계 – 논리 사고 과정에 의한 문제 해결 단계 83
• 3. 창의적 사고력 강화 교수 모형 90
• 4. 논리적 사고력과 창의적 사고력 강화 탐구 교수 모형에 따른 교수 전략 개발 절차 94
• 가. 교과서 내 논리 요소 추출 94
• 나. 논리적 사고력과 창의적 사고력을 강화한 탐구 교수 전략 106
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 137
• A. 논리적 사고력 분석 137
• 1. 교수 전략에 따른 논리적 사고력 137
• 2. 교수 전략과 인지 수준에 따른 논리적 사고력 142
• 3. 교수 전략과 성 별에 따른 논리적 사고력 160
• 4. 교수 전략과 학업 성취도에 따른 논리적 사고력 167
• B. 창의적 사고력 분석 174
• 1. 교수 전략에 따른 창의적 사고력 174
• 2. 교수 전략과 인지 수준에 따른 창의적 사고력 177
• 3. 교수 전략과 성 별에 따른 창의적 사고력 183
• 4. 교수 전략과 학업 성취도에 따른 창의적 사고력 190
• C. 탐구 사고력 분석 196
• 1. 교수 전략에 따른 탐구 사고력 196
• 2. 교수 전략과 인지 수준에 따른 탐구 사고력 198
• 3. 교수 전략과 성 별에 따른 탐구 사고력 201
• 4. 교수 전략과 학업 성취도에 따른 탐구 사고력 206
• D. 창의적 인성 분석 210
• 1. 교수 전략에 따른 창의적 인성 210
• 2. 교수 전략과 인지 수준에 따른 창의적 인성 212
• 3. 교수 전략과 성 별에 따른 창의적 인성 216
• 4. 교수 전략과 학업 성취도에 따른 창의적 인성 218
• E. 학업 성취도 분석 222
• 1. 교수 전략에 따른 학업 성취도 222
• 2. 교수 전략과 인지 수준에 따른 학업 성취도 224
• 3. 교수 전략과 성 별에 따른 학업 성취도 227
• 4. 교수 전략과 학업 성취도에 따른 학업 성취도 230
• Ⅴ. 결론 및 제언 236
• A. 결론 236
• B. 제언 243
• 참고문헌 245
• 부록 1. 255
• 부록 2. 263
• 부록 3. 277
• 부록 4. 296
• 부록 5. 300
• ABSTRACT 309

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63. 열과 우리 생활 그리고 분자 운동과 상태 변화의 평가 문항 인지요구도 수준 분석, 정경화, 이화여자대학교 교육대학원 석사학위 청구논문, , 2014

64. 비례논리 학습 프로그램에 의한 초등학교 6학년 학생의 비례논리형성 및 지속효과, 조성남, 한국교원대학교, 한국교원대학교 교육대학원 석사학위 청구 논문, , 2000

65. 삐아제의 인지적정의적 발달(성옥련, 김수정, 이지연 공역). 서울: 중앙적성출판사, Wordsworth, B., (원저 1989 출판), , 1995

66. 생각하는 과학··프로그램의 변인활동이 초등학생의 변인통제 능력에 미치는 효과, 박종윤, 강순민, 최병순, 한효순, 한국과학교육학회, 한국과학교육학회지, 22(3),571-585, , 2002

67. Thinking Science 프로그램이 학생들의 인지발달과 인지과정 기능의 발달에 미치는 영향, 신애경, 한국 교원대학교 박사학위 논문, , 2003

68. 변인 탐색 활동을 강화한 탐구 수업 전략이 창의적 문제 해결력 신장에 미치는 효과, 박지은, 이화여자대학교 대학원, 이화여자대학교 박사학위논문, , 2013

69. 비례 논리 형성에 미치는 학습자 요인 및 비례 논리 신장을 위한 프로그램 효과 분석, 정완호, 한국교원대학교 과학교육연구소, 한국과학교육학회지, 18(4). 503-516, , 1998

70. 과학적 사고력의 발달수준과 물리개념 이해 정도와의 관계 : 중학교 3학년을 중심으로, 김희영, 이화여자대학교 석사학위 논문, , 1991

71. 탐구 요소 별 글쓰기와 통합적 문제 해결 글쓰기 활동을 통한창의적 사고력 신장 방안, 강순희, Park, Hyejin, 박혜진, Kang, Soonhee, 대한화학회, 대한화학회지, 57(6), 845-854, , 2013

72. CASE의 비례 논리 학습 프로그램이 중학교 1학년 학생들의 비례논리 신장에 미치는 영향, 이덕렬, 한국교원대학교 교육대학원 석사학위 청구 논문, , 2001

73. 과학 창의적 문제 해결력 평가 도구와 평가 준거. 이화교육총서. 교과교육연구소 2010-13, 강순희, 이화여자대학교 사범대학, , 2010

74. '과학1' 중학교 교과서의 물질의 상태 변화와 분자운동 내용이 요구하는 인지 수준 분석, 박지은, 박예슬, 강순희, 대한화학회지, 57(5), 640-655, , 2013

75. '생각하는 과학' 활동을 경험한 초등 학생들의 논리적 사고력 측면의 비판적 사고력 신장, 강순희, 양혜영, 초등과학교육, 32(4), 485-494, , 2013

76. 경험 귀추적 실험을 활용한 순환학습 전략이 중학교 전기단원 과학 성취도에 미치는 효과, 홍혜인, 강순희, 한국교육과정평가원, 교육과정평가연구. 9(1). 321-338, , 2006

77. 과학적 사고력의 발달수준과 과학학업성취도와의 관계 : 중학교 2학년 남학생을 중심으로, 이숙영, 이화여자대학교 석사학위 논문, , 1981

78. CASE의 변인 통제 학습 프로그램이 중학교 1학년 학생들의 변인통제능력 신장에 미치는 영향, 한윤덕, 한국 교원대학교 석사학위 논문, , 2001

79. 학습자의 인지수준과 학습내용의 인지요구도를 고려한 중등화학 학습전략 개발에 대한 연구, 강순희, 박종윤, Kang, Soonhee, 정지영, Jeong, Jee Young, Park, Jong Yoon, 대한화학회, 대한화학회지, 43(5), 578-588, , 1999

80. 생각하는 과학 프로그램이 초등학생들의 인지발달 가속과인지과정기능의 발달에 미치는 효과, 신애경, 최병순, 한국초등과학교육학회, 초등과학교육, 23(4), 357-363, , 2004

81. 별도 교육방식이 아닌 정규 과학교육에서 창의적 문제해결력 지향 교수전략 모형 개발 및 활용, 강순희, 2009 선정 일반 연구 계속 과제 연차 실적서, , 2009

82. 학문 통합적 비유를 활용한 창의적 문제 해결력 지향 대학교화학 실험 수업 전략의 개발 및 효과, 강순희, 방담이, 대한화학회지, 55(5), 857-874, , 2011

83. 중학교 과학2 교과서에 제시된 '열 에너지'와 '빛과 파동' 단원 평가 문항의 인지 요구도 수준 분석, 이보라, 이화여자대학교 교육대학원, 이화여자대학교 교육대학원 석사학위청구논문, , 2013

84. 고3 자연계 학생 논리적 사고 발달수준과 물리교과 학업성취도와의 관계 연구 : 인천 지역을 중심으로, 이영미, 이화여자대학교 석사학위 논문, , 1992

85. 중학교 화학개념이 요구하는 과학적 사고력 수준과 학생들의 인지수준을 고려한 교수방안에 관한 연구, 우애자, 박종윤, 허은규, 강순희, 화학교육,23(4), 267-278, , 1996

86. 학문 통합적 유비(類比)를 활용한 창의적 문제 해결력 지향 대학교 화학 실험 수업 전략의 개발 및 효과, 방담이, 이화여자대학교 박사학위논문, , 2011

87. 제7차 교육과정에 따른 생물 교과 내용이 요구하는 인지수준과 중학생들의 인지 발달 수준과의 관계분석, 권준희, 성균관대학교 교육대학원 석사학위 청구논문, , 2009

88. 탐구적 과학 글쓰기 실험 수업이 초등학교 6학년 학생들의 과학탐구능력과 논리적 사고력에 미치는 효과, 김미연, 진주교육대학교 교육대학원 석사학위 청구 논문, , 2012

89. ‘생각하는 과학’ 활동을 경험한중학생들의 변인 통제 전략과 변인의 효과를 추론하는 능력에 대한 분석, 이종백, 백명화, 최병순, 이상권, 박종윤, 한국과학교육학회, 한국과학교육학회지, 31(4), 587-599, , 2011

90. 과학 교수 전략에서 학생의 인지수준과 교과 내용의 인지 요구 수준. 이화교육총서. 교과교육연구소 2002-01, 강순희, 이화여자대학교 사범대학, , 2002

91. 우리나라 중학생들의 논리적 사고 능력에 대한 메타 분석 - 1980~2000년까지의 학술지 게재 논문을 중심으로 -, 김수현, 김영민 ( Young Min Kim ), 한국과학교육학회, 한국과학교육학회지,29(4), 437-449, , 2009

92. A Plateau and Spurt Pattern of Neurological Maturation,Scientific Reasoning Development and Conceptual Change in KoreanSecondary School Students, 권용주, Lawson, 한국과학교육학회지, 18(4), 589-600, , 1998

93. 가설 제안 활동을 통한 창의적 사고력과 비판적 사고력 신장에 기여하는 모델 개발 및 과학 교수에서 그 활용, 강순희, 한국과학교육학회지, 28(5),482-494, , 2008

94. 탐구 요소별 글쓰기와 통합적 문제해결 글쓰기를 강조한 창의적 문제해결력 지향 과학수업 전략의 개발 및 효과, 박혜진, 이화여자대학교 박사학위논문, , 2013

95. 중학교 1학년 학생들의 주요 개념과 과학 교과 내용의 인지 요구도 수준과의 관계 분석 : 6차 교육과정을 중심으로, 강경련, 이화여자대학교 교육대학원 석사학위 청구논문, , 1997

96. 중학생용 창의적 문제 해결력 검사 도구 및 채점준거. 강순희(편), 과학 창의적 문제 해결력 평가 도구와 평가 준거(pp.77-92). 이화교육총서. 교과교육연구소 2010-13, 홍혜인, 윤현정, 강순희, 이화여자대학교 사범대학, 2010, , 2010