초등학생의 과학적 문제발견 모둠활동 분석 : 자원 활용 및 집단지성 발현을 중심으로

국문 초록 (Abstract)

이 연구는 초등학생이 과학적 문제발견을 위한 모둠활동을 수행하면서 다양한 사고 요구 질문을 통해 자신들의 개념적 자원과 과학적 실천 자원들이 인식론적 프레이밍과 위치 짓기를 통해 활성화되어 탐구문제 발견에까지 이르는 과정과 맥락을 분석하였다. 또한, 모둠으로 진행되는 문제발견 활동에서 초등학생들의 집단지성 발현이 학생 개개인의 인식론적 프레이밍과 위치 짓기에 어떤 영향을 주는지 탐색하였다. 이를 위해 문제발견 활동 중에 학생들이 사용하는 사고 요구 질문과 그에 대한 반응을 통해 질문의 역할을 살펴보고, 그에 따른 개념적 자원과 과학적 실천 자원의 활성화 과정을 확인하였다. 또한, 모둠 내 초등학생들의 집단지성 발현에 따라 문제발견 활동의 생산성이 어떤 차이를 드러내는지를 탐색함으로써 일선 과학교육 현장에서의 시사점을 얻고자 하였다. 연구 대상은 지역의 인터넷 커뮤니티 공지로 모집한 5학년 10명, 6학년 7명, 총 17명이다. 학생들은 학년별로 모둠을 구성하여 COVID-19 전염병 감염 예방 수칙을 준수하면서, 연구를 위해 개발된 문제발견 활동 프로그램에 참여하였다. 문제발견 활동 프로그램은 총 3개 모듈로 첫 번째 모듈에서는 문제발견 활동의 의미와 과정, 그리고 수행을 위해 알아야 할 내용들을 탐색하였다. 두 번째 모듈에서는 초등학교 과학교육과정의 물리 영역 핵심 개념과 관련된 10개의 그림 자료로 구성된 낮게 구조화된 문제상황을 통해 탐구문제를 발견하는 활동으로 구성하였다. 세 번째 모듈에서는 두 번째 모듈을 빠르게 다시 한번 수행한 뒤, 발견한 탐구문제를 바탕으로 정교화와 가설 구성 및 실험설계 활동을 진행하였다. 본 논문에서는 두 번째와 세 번째 모듈을 수행한 학생들의 활동을 분석한 결과를 제시한다. 분석 결과 초등학생의 문제발견 모둠활동이 다양한 사고 요구 질문을 통해 학생들이 가지고 있는 자원들을 활성화시킨다는 것과 학생들의 인식론적 프레이밍과 위치 짓기에 따라 그 활성화 정도가 달라진다는 점, 그리고 활동 중 집단지성의 발현으로 학생 간 서로 상이했던 인식론적 프레이밍과 위치 짓기가 생산적인 방향으로 일치됨을 고찰하였다. 구체적인 연구 결과는 다음과 같다.
첫째, 초등학생들은 문제발견 활동을 진행하면서 서로 다양한 질문을 주고받는 과정으로 진행이 되었고, 그중 사고 요구 질문의 역할이 중요한 것으로 드러났다. 또한, 사고 요구 질문은 다른 다양한 사고 요구 질문을 유도함으로써 메타사고를 촉진시켰다. 학생들은 사고 요구 질문을 통해 문제상황과 관련된 지식을 표상하고, 그것들을 바탕으로 추가 논의를 생산적으로 전개하였다.
둘째, 문제발견 모둠활동 과정에서 학생들은 문제상황에서 도출한 소재들을 가지고 상호 질문의 과정을 통해 이해와 추론이 가능한 다양한 개념적 자원들을 활성화시켰다. 하지만 논의 중 상호 감정적인 문제를 해결하지 못했을 때, 모든 활동을 자신의 생각대로 하려는 인식적 권위자(epistemic authority)에 의해 논의 활동이 주도되었을 때, 활동 진행 전반에 관련된 인지적인 어려움에 관해 교사로부터 안내를 받지 못했을 경우에는 출현한 개념적 자원 중 일부가 활성화되지 않는 것으로 드러났다.
셋째, 과학적 실천 자원의 활성화와 관련하여 7가지 과학적 실천으로 분석한 결과, 학생들은 과학적 실천 자원을 지속적으로 활성화시키는 것으로 확인되었다. 특히 사고 요구 질문들에 답을 하는 과정 속에서 ‘설명 구성하기’ 실천 자원이 많이 활성화되었다. 한편 모둠 상호 작용 중에 특정 학생이 ‘지시자’로 스스로를 위치 짓기 하여 상대방을 다그치는 상황이 전개되면 모둠원들의 과학적 실천 자원들이 상대적으로 적게 활성화되는 것으로 드러났다.
넷째, 집단지성의 발현 정도를 분석한 결과, 집단지성 발현 요소가 모둠별 생산적 활동의 정도와 관련되는 것으로 드러났다. 일부 모둠은 발현 요소에 부합하게 논의를 진행함으로써 탐구문제 발견과 탐구 실험설계까지 성공적으로 실시하였다. 이들 모둠은 집단지성이 발현되지 않은 모둠과 달리, 공동의 목표가 지속적으로 제시됐음이 분석되었다. 또한, 공동 목표의 지속적인 공유는 문제발견 활동 초기에 학생별로 상이했던 인식론적 프레이밍과 위치 짓기를 생산적인 방향으로 일치되도록 이끄는 것으로 확인되었다.
문제발견 활동 교육 프로그램 개발의 필요성을 바탕으로 문제발견 활동의 과정을 분석한 본 연구의 결과는 초등학생의 문제발견 모둠활동을 일선 과학교육 현장에서 활용하는 방안에 대한 시사점을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 7
• 3. 용어의 정의 7
• 4. 연구의 제한점 10
• II. 이론적 배경 11
• 1. 과학교육에서 문제발견 활동 11
• 2. 대안적 인지 이론으로서의 자원 기반 관점 17
• 3. 문제발견 활동의 의미를 더해주는 집단지성 33
• 4. 문제발견 활동에 대한 연구 37
• III. 연구 방법 39
• 1. 연구 절차 39
• 2. 초등학생의 문제발견 활동 프로그램 개발 41
• 3. 자료 수집 및 분석 방법 49
• IV. 연구 결과 64
• 1. 초등학생의 문제발견 활동에서의 사고 요구 질문과 그 역할 65
• 가. 문제발견 활동 중 나온 학생들의 질문 65
• 나. 문제발견 활동 중 학생들의 사고 요구 질문 분석 68
• 다. 사고 질문에 의해서도 풍부한 논의가 전개되지 않는 사례 79
• 2. 개념적 자원 활성화의 과정 82
• 가. 문제발견 활동 중 드러난 개념적 자원 84
• 나. 개념적 자원을 활성화시키지 못한 경우 94
• 다. 활성화된 개념적 자원이 문제발견에 기여하지 못한 경우 109
• 라. 활성화된 개념적 자원이 문제발견에 기여한 경우 122
• 3. 과학적 실천 자원 활성화의 과정 133
• 가. 문제발견 활동 중 드러난 과학적 실천 자원 135
• 나. 문제발견 활동에서 과학적 실천 자원들의 많은 활성화가 촉진되는 상황 151
• 다. 과학적 실천 자원을 활성화시키고 문제발견에 기여한 경우 152
• 라. 과학적 실천 자원을 활성화시켰지만 문제발견에 기여하지 못한 경우 163
• 4. 집단지성 발현에 따른 문제발견 활동의 생산성 비교 168
• 가. 집단지성 발현 분석 168
• 나. 집단지성 발현 차이의 맥락 분석 174
• V. 결론 및 제언 181
• 1. 결론 184
• 2. 제언 186
• 참고 문헌 188
• ABSTRACT 201
• 부록 204

참고문헌 (Reference)

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2. 창의적 문제발견 프로그램의 개발과 효과, 정미선, 교육심리연구, 25(3), 591-615, , 2011

3. STEAM 문제 상황에서 중등 영재반 학생들이 나타낸 문제 의 발견과 해결 특성, 심재호, 이은선, 과학교육연구지, 45(1), 23-41, , 2021

4. 사사과정 과학영재들의 집단창의성 발현을 통한 탐구 문제 발견 과 정 이해. 박사학위논문, 노현아, 전남대학교 대학원, , 2020

5. 과학적 모형 구성 과정에서 나타난 사고 질문의 개념적 자 원 활성화의 이해-인식론적 프레이밍과 위치 짓기 프레이밍을 중심으로, 김희백, 이차은, 한국 과학교육학회지, 36(3), 471-483, , 2016

6. 이경건, 심한수, 신명경 과학 탐구의 본성에 초점을 둔 실 험의 설계와 시범 적용-드라이아이스 승화 실험에서 드러나는 인식론적 논제 를 중심으로, 박정우, 이선경, 한국과학교육학회지, 39(2), 173-186, , 2019

7. 이경건, 심한수, 신명경 과학 탐구의 본성에 초점을 둔 실 험의 설계와 시범 적용-드라이아이스 승화 실험에서 드러나는 인식론적 논제 를 중심으로, 박정우, 이선경, 한국과학교육학회지, 39(2), 173-186, , 2019