중등학생들의 과학탐구에 대한 인식론적 관점의 변화: 학생들의 신념과 사회적 구성주의에 기초하여

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, we developed an inquiry learning program to develop the epistemological view of scientific inquiry and applied it to school classrooms.
In the first year, we investigated students' epistemological views of scientific inquiry and some related factors by using quantitative and qualitative methods. On the basis of the results, we developed an inquiry learning program.
In study 1, students’ epistemological views of scientific inquiry were investigated. The Views of Scientific Inquiry Questionnaire, consisting of five open-ended items concerning the contexts of scientific investigation, the methods of scientific investigation, the interpretation of data, and the data and evidence, was administered. Their epistemological understanding of scientific inquiry was found to be inadequate. Although they suggested a variety of factors influencing scientists' decisions on the questions and the methods of investigation, many of the factors were minor. Only few students specifically described the activities of scientists and the constituents of scientific activity, and students did not demonstrate adequate understanding of experiment in science and multiple scientific methods. Moreover, the percentage of students possessing the informed view that data can be variously interpreted was low. The students also did not understand the distinction between data and evidence.
The relationships among students' epistemological views on theory and data, science process skills, the perceptions of the preferred laboratory learning environments and attitudes toward laboratory works were also investigated (study 2). Science process skills, all subcategories of the perceptions of the preferred laboratory learning environments, and attitudes toward laboratory works were found to be significantly correlated with epistemological views on theory and data. In multiple regression analysis, science process skills, open-endedness and material environments and attitudes toward laboratory works significantly predicted epistemological views on theory and data.
Based on the results, we developed an inquiry learning program (study 3). We constructed learning materials by considering students' preconceptions about scientific inquiry. We also emphasized group discussion to make students understand by social agreement.
In the second year, we investigated the influences of the inquiry learning program at school classrooms (study 4). The program was found to be more effective in improving students' epistemological views on scientific inquiry than general scientific inquiry learning. Many students recognized that the program was helpful in changing their epistemological views on scientific inquiry. However, there were no statistically significant differences in both test scores of science achievement and enjoyment of science lessons. The students of the treatment group perceived that group discussion about the nature of scientific inquiry was an advantage of the program. However, they had difficulties in performing group discussion, understanding the nature of scientific inquiry, and writing and presenting their thoughts.
We also analyzed students' verbal interaction related to the change of epistemological views of scientific inquiry in the learning processes (study 5). Analyses of the results revealed that the proportion of students' statements related to the epistemology was low in overall processes, and that their interaction pattern was rather simple. The students who got high score in science achievement test also expressed most opinions. These results may be due to that they still had limited experiences in thinking epistemological aspects of inquiry, which is consistent with the low test scores of the understanding of scientific inquiry.

국문 초록 (Abstract)

이 연구에서는 학생들이 탐구수업을 통해 과학탐구에 대한 인식론적 관점을 이해하는데 효과적인 탐구학습 프로그램을 개발하고, 이를 학교 현장에 적용하였다.
1차년도에는 학생들의 과학탐구에 대한 인식론적 견해와 이와 관련된 변인들을 양적, 질적 연구 방법을 통해 조사하고, 이 연구 결과들을 바탕으로 학생들의 과학탐구에 대한 인식론적 관점 변화를 위한 탐구학습 프로그램을 개발하였다.
연구 1에서는 학생들의 과학탐구에 대한 인식론적 견해를 조사하였다. 과학탐구의 배경, 과학적 탐구 방법, 자료의 해석, 자료와 증거에 관한 5개의 개방형 문항으로 구성된 과학탐구에 대한 견해 검사를 실시하였다. 분석 결과, 전반적으로 학생들의 과학탐구에 대한 인식론적 이해가 부족한 것으로 나타났다. 학생들은 과학자들의 탐구 문제 및 방법의 선택에 여러 가지 요인이 영향을 미친다고 제안하였으나 그 요인들의 다수는 주요 요인이 아니었다. 과학자가 하는 일이나 ‘과학적’인 활동의 특성을 구체적으로 설명하는 학생들은 적었으며, 대부분의 학생들은 과학에서 실험의 의미나 과학적 방법의 다양성을 제대로 이해하지 못하였다. 그리고 자료가 다양하게 해석된다는 것을 잘 알고 있는 학생들의 비율이 낮았다. 학생들은 자료와 증거의 차이도 이해하지 못하였다.
또한, 학생들의 이론과 자료에 대한 인식론적 관점과 과학 과정 기술, 선호하는 실험 학습 환경에 대한 인식, 실험 수업에 대한 태도 사이의 관계를 조사하였다(연구 2). 연구 결과, 과학 과정 기술, 선호하는 실험 학습 환경에 대한 인식의 모든 하위 범주에서 실험 수업에 대한 태도는 이론과 자료에 대한 인식론적 관점과 유의미한 상관이 있었다. 중다 회귀 분석 결과, 과학 과정 기술, 선호하는 실험 학습 환경에 대한 인식의 하위 범주 중 개방성과 물리적 환경, 실험 수업에 대한 태도가 이론과 자료에 대한 인식론적 관점을 유의미하게 예측하였다.
이러한 결과를 바탕으로 과학탐구에 대한 인식론적 관점 변화를 위한 탐구학습 프로그램을 개발하였다(연구 3). 학교에서 이뤄지는 탐구 활동에 대한 학생들의 인식론적 선입견을 반영하여 학습 자료를 구성하고, 학생들이 사회적 합의를 통해 이해할 수 있도록 소집단 토론을 강조하였다.
2차년도에는 개발한 탐구학습 프로그램을 학교 현장에 적용하여 그 효과를 조사하였다(연구 4). 연구 결과, 처치 집단의 수업이 학생들의 과학탐구에 대한 인식론적 견해를 향상시키는데 효과적이었으며, 학생들도 수업을 통해 과학탐구에 대한 인식론적 견해가 바뀌었다고 스스로 인식하는 경우가 적지 않았다. 그러나 두 집단의 과학 성취도와 과학 수업에 대한 즐거움에는 통계적으로 유의미한 차이가 없었다. 처치 집단의 학생들은 과학탐구의 본성에 대한 소집단 토론 활동을 수업의 장점으로 생각하였으나, 소집단 토론 활동이나 과학탐구의 본성에 대한 이해, 자신의 생각을 글로 쓰고 발표하는 활동 등을 어려움으로 인식하는 것으로 나타났다.
또한, 탐구학습 과정에서 나타나는 과학탐구에 대한 인식론적 관점과 관련된 언어적 상호작용을 분석(연구 5)한 결과, 전반적으로 인식론과 관련된 학생의 진술의 비율이 낮고 상호작용 유형도 단조로운 것으로 나타났다. 그리고 소집단 토론 과정에서 과학 성취도가 높은 학생이 주로 의견을 제시했다. 이러한 결과들은 학생들이 탐