<초등 자유탐구 교수법 원격 연수 교재>

과학적 탐구와 자유탐구

한국교원대학교 과학교육연구소

목  차

Ⅰ. 과학 탐구과정 요소

1강 과학과 탐구

2강 관찰

3강 분류

4강 측정

5강 예상

6강 추리

7강 의사소통

8강 문제인식

9강 가설설정

10강 변인통제

11강 자료변환

12강 자료해석과 결론도출

13강 일반화

Ⅱ. 자유탐구

14강 자유탐구의 의미

15강 탐구 문제 찾기 1(주제영역탐색하기)

16강 탐구 문제 찾기 2(탐구문제만들기)

17강 탐구 계획 설계 1(탐구 방법 선택)

18강 탐구 계획 설계 2(탐구 계획 세우기)

19강 탐구 수행 1(탐구하기)

20강 탐구 수행 2(탐구 내용 기록 및 결과정리)

21강 탐구 정리(결론 도출 및 보고서 작성)

22강 탐구 결과 발표

23강 자유탐구 결과 발표의 실제

24강 자유탐구 평가

25강 실험 중심 자유탐구 예시 1

26강 실험 중심 자유탐구 예시 2

27강 자유탐구 자료와 저작권

28강 자유탐구 실습-주제선정

29강 자유탐구 실습-탐구설계

30강 자유탐구 실습-탐구결과보고서 제출

Ⅰ. 과학 탐구과정 요소

자유탐구 연수

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1강 과학과 탐구

한국교원대학교 과학교육연구소

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1. 과학과 탐구의 의미

과학자들은 주변 현상을 관찰하다가 자신의 지식으로 설명할 수 없는 현상을 발견하면 의문을 가진다. 그리고 의문의 답을 알아내기 위해 실험을 하고 정확한 데이터를 얻어내어 분석, 일반화한다. 과학자들과  같이 생활 속에서 생긴 의문의 답을 찾는 과정을 탐구라고 하며(National Research Council, 1996) 탐구를 통해 얻은 의문의 답을 체계적으로 정리한 것이 과학이다.

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2. 탐구과정과 탐구과정요소

가. 탐구과정

탐구를 진행하는 연구자에 따라 탐구의 형태가 다양하게 나타날 수 있으나 과학자들의 탐구를 살펴보면 공통적으로 나타나는 과정이 있다. 이와 같이 탐구가 이루어지는 일반적인 과정을 탐구과정이라고 한다.

나. 탐구과정요소

탐구를 수행하는 과정에 필요한 기능을 탐구과정기능(Science process skill)또는 탐구과정요소라 하며, 크게 기초탐구과정기능과 통합탐구과정기능으로 나눈다.  기초탐구과정기능은 관찰, 분류, 측정, 예상, 추리, 의사소통이며, 통합탐구과정기능은 문제인식, 가설설정, 변인통제, 자료변환, 자료해석, 일반화이다.

2강 관찰

1. 관찰의 의미와 중요성

가. 의미: 어떤 물체나 자연 현상의 특징을 감각기관(오감)과 관찰 도구를 사용하여 찾아내고 기술하는 활동

나. 중요성: 과학적 탐구과정의 가장 기본적인 요소로써 분류, 측정, 예상, 추리, 문제인식 등 다른 탐구과정의 바탕이 되는 핵심적인 활동이다. 또한 초등학교 학생이 숙달해야 할 가장 중요한 기능이다.

2. 관찰의 유형

관찰의 유형은 감각기관의 종류, 조작 여부, 정량화 유무, 대상의 전체성, 대상의 수에 따라 다양하게 나눌 수 있다(권용주 등, 2005).

가. 감각기관의 종류: 관찰할 때 사용한 감각 기관의 종류에 따라 관찰 유형을 나눈 것

1)시각관찰: 시각을 사용한 관찰

예) 복숭아는 전체적으로 둥근 모양이며 돋보기로 관찰하였더니 가늘고 짧은 솜털이 표면에 붙어 있다.

2)후각관찰: 후각을 사용한 관찰

예) 복숭아에서 달콤한 냄새가 난다.

3) 미각관찰: 미각을 사용한 관찰

예) 복숭아의 맛을 보았더니 새콤하면서도 달다.

4) 촉각관찰: 촉각을 사용한 관찰

예) 복숭아 껍질을 손으로 만져보았더니 까칠 까칠하다.

5) 청각관찰: 청각을 사용한 관찰

예) 복숭아를 입으로 베어 물었더니 "와삭"하는 소리가 난다.

나. 조작 여부: 관찰을 하면서 관찰 대상에 어떠한 조작을 가하느냐에 따라 관찰 유형을 나눈 것

1)단순관찰: 관찰 대상에 조작활동 없이 있는 그대로 관찰하는 것

예) 복숭아 껍질에 솜털이 나 있다.

2)조작관찰: 관찰 대상에 어떠한 조작을 한 후에 나타나는 현상을 관찰하는 것

예) 복숭아를 잘라보았더니 가운데에 씨가 있다.

다. 정량화의 여부: 관찰 대상의 특징을 정성적으로 관찰하는냐, 측정도구를 사용하여 정량적으로 관찰하느냐에 따라 관찰 유형을 나눈 것

1)정성적 관찰: 관찰 대상의 특징을 정성적으로 관찰한 것

예) 복숭아 껍질에 솜털이 나 있다.

2)정량적 관찰: 관찰 대상의 특징을 측정 도구를 사용하여 수치화한 것

예) 복숭아 솜털의 길이는 2mm 이다.

라. 대상의 전체성: 관찰을 하는 범위에 따라 관찰 유형을 나눈 것

1)전체 관찰: 관찰 대상의 전체를 관찰하는 것

예) 복숭아는 둥근 모양이며 색깔은 붉은 빛이다.

2)부분 관찰: 관찰 대상의 일부만을 관찰하는 것

예) 복숭아 꼭지 부분은 움푹 들어갔으며 갈색 구멍이 있다.

마. 대상의 수: 관찰 대상의 수에 따라 관찰 유형을 나눈 것

1)단일 대상 관찰: 관찰 대상이 하나인 것

예) 이 복숭아는 붉은 색이다.

2)다수 대상 관찰: 관찰 대상이 다수인 것

예) 복숭아의 색깔이 다양하다.

3. 관찰의 한계성

과학적 관찰은 감각기관과 관찰 도구를 이용하여 객관적 사실을 얻는 것이 중요하다. 하지만 객관적 사실을 얻기 위한 관찰도 인간의 감각기관, 인지구조, 과학적 이론에 영향을 받는다. 이를 가리켜 관찰의 한계성이라고 한다.

가. 감각기관 의존성

인간의 눈은 볼 수 있는 영역이 제한되어 있다. 또한 인간의 귀는 들을 수 있는 영역이 제한되어 있다. 이와 같이 인간이 지닌 감각기관의 제한으로 관찰 활동에 한계가 나타나는 것을 관찰의 감각기관 의존성이라고 한다.

나. 인지구조 의존성

관찰 결과가 관찰 대상 자체의 특성에 의해서만 결정되는 것이 아니라 관찰하는 사람이 가지고 있는 인지구조에 영향을 받는 것을 관찰의 인지구조 의존성이라고 한다.

다. 이론 의존성

학습자의 기대 수준이나 객관적이라고 믿고 있는 이론이 관찰 결과에 영향을 미치는 것을 관찰의 이론 의존성이라고 한다.

4. 관찰 지도시 유의 사항

가.  다양한 감각을 이용하여 관찰할 수 있도록 자유로운 분위기를 조성한다.

나.  관찰할 충분한 시간을 제공하고, 관찰할 기회를 여러 번 준다.

다.  예상이나 추리, 주관적 느낌, 이미 알고 있는 사실을 기록하는 것은 관찰이       아니다.

라.  정량적 관찰을 할 때, 반드시 자나 저울을 사용해야 하는 것은 아니다. 길이      의 경우 손가락 마디로 표시하거나, 무게의 경우 다른 물체와 비교하여 나타낼      수 있다.

3강 분류

1. 분류의 의미와 중요성

가. 의미: 어떤 물체나 자연 현상의 공통점과 차이점을 찾아낸 후 기준을 세워 무리 짓는 활동

나. 중요성: 물체나 현상에 대한 분류는 많은 대상들을 다루기 쉬운 크기로 묶어 줌으로써 자료를 다루는 시간과 노력을 절약할 수 있다. 또한 분류활동을 통해 자료들 사이의 규칙성과 경향성을 발견함으로써 새로운 예상을 할 수 있고 자료에 대한 기억을 향상시킬 수 있다.

2. 분류의 유형

분류의 체제는 분류 기준에 따라 2분법, 3분법, 4분법, 다분법 등이 있다.

가. 2분법: 분류 대상을 두 갈래의 하위 범주로 나누어 가는 방식

나. 3분법: 분류 대상을 양 극단의 개념과 그 중간자를 포함하여 세 갈래의 하위 범주로 나누어 가는 방식

다. 4분법: 분류 대상의 특성에 따라 네 갈래의 하위 범주로 나누어 가는 방식

라. 다분법: 분류 대상을 다섯 갈래이상의 하위 범주로 나누어 가는 방식

3. 분류 활동 지도시 유의 사항

가. 분류의 기준은 객관적이어야 한다.

‘예쁜가?’, ‘내가 좋아하는 것인가?’ 와 같은 분류 기준은 사람마다 다르기 때문에 좋은 분류기준이 아니다.

나. 분류의 기준은 명확하여야 한다.

‘크기가 큰가?’ 라는 분류 기준은 크기를 표현하는데 그다지 좋은 분류 기준이 아니다. 명확한 분류를 하기 위해서는 ‘한 변이 3cm 이상인 것은?’과 같이 측정 단위를 기준으로 크기를 표현하는 것이 좋다.

다. 분류를 할 때는 일관성이 있어야 한다.

분류 기준을 ‘각이 있는 것은?’으로 하였다면, 한 쪽 갈래에는 각이 있는 것만으로 분류하고, 다른 쪽에는 각이 없는 것만으로 분류가 이루어져야 한다.

라. 분류된 것은 서로 중복되어서는 안 된다.

분류된 각각의 항목은 서로 겹쳐지지 않도록 해야 한다.

마.  분류된 것은 전체와 부합되어야 한다.

분류된 각각의 항목을 모두 합치면, 분류 이전의 항목과 일치하여야 한다.

4강 측정

1. 측정의 의미와 중요성

가. 의미: 임의 도구나 표준 도구를 사용하여 관찰을 정량화하는 활동

나. 중요성: 측정은 조사와 실험활동에서 자료 수집을 위한 방법이다. 과학 탐구에서 의미 있는 결과를 얻으려면 적절한 측정 도구를 선택하여 올바른 방법으로 사용해야 한다.

2. 측정의 유형

측정의 유형에는 길이측정, 시간측정, 온도측정, 무게 또는 질량 측정, 부피 측정 등이 있다.

가. 길이

1) 정의: 두 지점 사이의 거리

2) 단위: m, km, cm, mm

3) 측정 표준 도구: 자

나. 시간

1) 정의: 시간 측정에는 두 가지 측면이 있다. 하나는 시각을 측정하는 것이고 또 다른 하나는 시간을 측정하는 것이다. 시각은 시간의 한 지점을 일컫는 것이며 시간은 시각과 시각 사이의 간격을 말하는 것이다.

2)단위: 초, 분, 시

3) 측정 표준 도구: 초시계

다. 온도

1) 정의: 물체의 차고 뜨거운 정도

2) 단위: ℃

3) 측정 표준 도구: 온도계

4) 온도계 사용법

가) 손으로 온도계를 잡지 말고 고리에 실을 매달아 잡는다.

나) 담금선까지 온도계를 담근다. 담금선이 없는 온도계는 재고자 하는 물체에 액체가 올라간 곳까지 담근다.

다) 빨간색 액체가 멈출 때까지 기다린다.

라) 구부가 바닥에 닿지 않게 한다.

마) 온도계의 눈금을 읽을 때는 눈높이를 맞춘다.

바) 눈금은 일반적으로 10℃ 간격으로 큰 눈금이 매겨져 있으며, 작은 눈금은 1℃ 간격으로 매겨져 있다. 그러나 온도계마다 다를 수 있으므로 눈금을 확인해야 한다.

사) 온도계가 깨졌을 때에는 알코올이나 백등유가 눈에 들어가지 않도록 주의한다. 또한 깨진 유리 조각 등이 위험할 수 있다.

라. 무게 또는 질량

1) 정의: 무게와 질량은 다르다. 무게는 물체에 작용하는 중력의 크기이고 질량은 물체의 고유한 양이다.

2)단위: 무게- g중, kg중, 질량- g, kg

3) 측정 표준 도구: 무게- 용수철저울, 전자저울, 앉은뱅이저울

질량- 윗접시저울, 대저울

4) 윗접시저울 사용법

가) 0점 나사로 수평을 잡는다.

나) 물체는 왼쪽 접시에 놓고, 분동을 오른쪽 접시에 놓으며 잰다(사용자가 편한 쪽의 접시에 물체와 분동을 놓아도 무방하다).

다) 분동을 접시에 올려놓을 때는 항상 핀셋을 사용하고, 사용 후에는 제자리에 넣어 둔다.

라) 분동은 무거운 것부터 가벼운 것의 순서로 올려놓는다.

마) 화학물질의 질량을 측정할 때는 접시가 더러워지지 않도록 종이를 깐다.

바) 측정하고자 하는 물체를 접시의 중앙에 놓는다.

마. 부피

1) 정의: 물체가 차지하는 공간

2) 단위: L, mL

3) 측정 표준 도구: 눈금 실린더

4) 눈금 실린더 사용법

가) 재려고 한 양보다 약간 큰 눈금실린더를 사용한다.

나) 눈금실린더에 액체나 고체를 넣을 때 기울여서 넣는다.

다) 눈금을 읽을 때 평평한 곳에 놓고 용액이 흔들리지 않을 때, 눈높이를 수평으로 맞추어 읽는다.

라) 눈금을 읽을 때에는 초승달 모양 액체의 중간을 읽는다.

마) 사용 후에는 깨끗이 씻어서 엎어 놓고 말린다.

3. 측정 활동 지도시 유의 사항

가. 반복적인 측정을 통하여 오차를 줄임으로써 정확하고 정밀한 측정값을 얻도록 한다.

나. 학생들이 무엇을 측정해야 하는지 측정 대상을 명확히 인식하도록 한다.

다. 측정 대상을 측정하기 위한 적합한 측정 도구를 학생 스스로 선택할 수 있도록 한다.

라. 측정한 값에 적합한 단위를 표시하도록 한다.

5강 예상

자유탐구 연수

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한국교원대학교 과학교육연구소

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1. 예상의 의미와 중요성

가. 의미 : 현재까지의 관찰 결과를 토대로 미래의 결과를 예측하는 활동

나. 일상생활에서 예상이 중요하게 사용되는 예 :

비가 올 것이라는 일기예보를 듣고 우산을 가져하는 것

지구온난화로 기후변화가 예상되자 온실가스를 줄이기 위한 노력을 하는 것

다. 독립변인과 종속변인을 구분하여 정량적으로 관찰 내용을 나타내고 관찰한 대상간의 관계를 읽어내는 것이 중요

라. 예상은 공통점, 더 나아가 규칙성 관찰을 바탕으로 이루어짐

2. 예상의 유형

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글자 수정해주세요.

3. 예상 지도 시 유의사항

가. 관찰과 구별한다.

관찰 : 오감을 사용하여 사물과 현상에 대한 정보와 자료를 얻는 탐구의 가장 기본적인 과정

예상 : 관찰한 사실을 토대로 앞으로 관찰되거나 일어날 현상이 구체적으로 어떻게 될지 미리 판단하는 것

나. 경향성을 보이면 규칙성이 있는 것으로 판단할 수 있어야 한다.

실제 실험에서 얻어진 자료는 실험 오차가 포함된 값으로 이론적인 값과 일치하지 않는 경우가 많다. 이때 이론적인 값이 아니더라도 얻어진 자료가 경향성을 보이면 규칙성이 있는 것으로 판단할 수 있어야 한다.

다. 자료를 체계화하여 제공한다.

자료로부터 학생이 특정 현상의 규칙성을 얼마나 잘 파악할 수 있도록 조직화되어 있는가에 따라 예상이 달라지므로 자료를 체계화하여 제공한다.

라. 실험을 하기 전에 예상한다.

예상을 하고 실험을 하면 왜 그런지에 대한 의문을 갖고 더 탐구할 수 있다.

6강.추리

1. 추리의 의미와 중요성

가. 의미 : 추리는 관찰한 사실에서부터 설명을 끌어내기 위해서 사고하는 활동

나. 중요성 :

1) 우리 주위에 일어나는 일을 해석하고 설명할 수 있을 때, 우리 주의의 환경에 대해 보다 나은 이해를 하게 된다. 우리 행동의 많은 부분은 관련 사건에 대해서 우리가 행한 추리에 근거한다.

2) 과학자는 추리에 근거하여 가설을 세운다.

3) 추리는 개념이나 법칙에 대한 기초가 되어 과학 지식을 발전시킨다.

글자 수정해주세요.

관찰한 사실에서부터 설명을 끌어내기 위해서 사고하는 활동

다. 추리 활동의 예 :

숲 속에 난 발자국이 아래 그림과 같다고 할 때, ‘큰 발자국의 간격이 일정하지 않다’는 것을 관찰하고, 이를 통해 ‘큰 발자국을 낸 동물이 천천히 걷다가 뛰어갔을 것이다’라고 추리할 수 있다.

2. 추리의 유형

가. 설명적 추리 : 어떤 현상에 대한 이유를 설명

나. 일반화 추리 : 여러 관찰 사실로부터 일반화를 이끌어냄

다. 예언적 추리 : 어느 한 행동을 관찰하고 미래의 행동을 예상

3. 추리 지도 시 유의사항

가. 관찰, 예상, 추리를 구별한다.

1) 관찰과 추리

구현된 것으로 다시 교체 해주세요.

2) 예상과 추리

구현된 것으로 다시 교체 해주세요.

나. 추리는 잠정적인 설명이므로 성급한 판단을 하지 않는다.

다. 많은 관찰 사실을 바탕으로 할 때, 좋은 추리를 할 수 있으므로 다양한 관찰 사실을 얻도록 한다.

7강.의사소통

1. 의사소통의 의미와 중요성

가. 의미 : 의사소통은 다양하게 탐구한 내용을 친구들에게 이야기하고 서로의 생각을 주고 받는 활동

나. 과학에서의 의사소통 : 학생들이 자신의 생각을 표현하여 다른 학생으로부터 검증받고, 이러한 과정에서 새로운 아이디어를 생성하는 협동적인 과정

다. 과학자들은 학술지와 같은 글을 매개로도 의사소통을 한다.

라. 의사소통 활동의 예 :

1) 미국의 SAPA(Science A Process Approach) - 의사소통

가) 다른 사람이 알 수 있도록 사물의 성질을 기술한다.

나) 사물의 성질의 다양한 변화를 기술한다.

다) 사물의 크기와 상대적인 위치를 고려하여 지도를 작성하고 동시에 지도상의 사물간의 거리를 추정한다.

라) 막대그래프, 꺾은선 그래프를 그린다.

마) 그래프 상에 나타난 상관성, 경향성을 언어를 이용하여 기술한다.

마. 효과적인 의사소통을 하려면 명확하게 자신의 생각을 표현하고, 나와 다른 사람의 생각에 어떤 차이가 있는지를 생각하며 의견을 주고 받는 것이 중요하다.

2. 의사소통의 유형

3. 의사소통 지도 시 유의사항

8강 문제인식

1. 문제인식의 정의와 중요성

가. 과학적 탐구와 의문

1) 과학적 탐구란?

: 관찰을 수반하는 다양한 활동으로, 의문을 제기하고 의문에 대한 답을 제안하는 활동(NRC, 1996)

다양한 의문을 해결하기 위해 잘 구조화된 과학적 지식과 이해를 적용시키고 합리화할 수 있는 능력을 사용하는 과정(Collins, 1997)

2) 과학적 탐구와 의문

: 의문은 과학적 탐구의 시작에 있어서 중요한 역할을 함

나. 문제인식과 과학적 의문

1) 문제인식 : 자연현상에 대한 관찰을 통해서 의문을 생성하는 것

2) 과학적 의문 : 자연 현상을 관찰하고 현재의 지식으로는 설명될 수 없는 불안정한 문제, 의심, 불확실성 등을 인식했을 때 갖게 되는 궁금증이나 알고자 하는 것(Christenbury & Kelly, 1983; Lawson, 1995; Simpson & Anderson, 1981; Spargo & Enderstein, 1997)

3) 문제인식과 과학적 의문

: 문제 인식은 “왜?”, “무엇?”, “어떻게?”라는 등의 질문 형태로 생성됨

문제인식을 통해 과학적 지식을 축적해 나간다는 측면에서 과학적 의문이라고 할 수 있음

4) 문제인식(과학적 의문)의 중요성

: 연구의 방향과 가치를 결정짓는 핵심적인 과정(권용주 등, 2003)

학생들에게는 알아야 할 필요성을 자극함으로써 실제적인 과학적 탐구로 유도하고 나아가 새로운 의문을 도출할 수 있도록 도와줌(AAAS, 1989; NRC, 2000; Thagard, 1998)

2. 과학적 의문의 유형(권용주 등, 2003; 이혜정 등, 2004)

가. 추측적 의문 : 현재의 관찰 결과나 관찰된 일련의 사건 즉, 대상 자체의 개념이나 성분, 구조, 기능 등에 대한 궁금증이 나타난 의문

1) 대상 탐색 의문 : 관찰 대상의 개념뿐만 아니라 대상의 특성 전반에 대한 궁금증을 나타내는 의문은 대상이 갖는 특성을 궁금해 하지만 그 특성이 무엇인지를 사고해내지 못하는 의문

2) 대상 확인 의문 :현재 관찰 대상의 특성을 생각해 내고 그것의 진위를 묻는 의문

나. 예측적 의문 : 현재의 관찰 사실에 대한 변인을 달리했을 때 나타나게 될 현상이나 일련의 사건에 대한 궁금증을 나타낸 의문

1) 결과 탐색 의문 : 변인을 조작했을 때 나타날 결과에 대해 궁금해하는 의문

2) 결과 확인 의문 : 변인을 조작했을 때 나타날 결과를 미리 예측하여 생각해 본 후, 그것의 진위를 알고자 하는 의문

다. 인과적 의문 : 관찰 사실을 근거로 어떤 현상이 일어나게 된 원인에 대한 궁금증이 나타난 의문

1) 설명자 탐색 의문 : 관찰 현상이 일어나게 된 원인이 된 설명자를 사고하지 못하고 탐색하는 의문

2) 설명자 확인 의문 : 관찰현상이 일어나게 된 원인이 된 설명자를 이미 사고한 후에 그것의 진위 여부를 확인하고자 하는 의문

라. 방법적 의문 : 현재의 관찰 사실을 다른 방법으로 해결하기 위하여 자신의 지식을 새롭게 구성하고 통합할 수 있는 방법에 대해 궁금해 하는 의문

마. 적용적 의문 : 관찰하고 있는 대상의 쓰임새를 궁금해 하는 의문

관찰자가 다루고자 하는 정보를 어디에 사용할 수 있을지 궁금해 하는 의문

1) 실례 탐색 의문 : 사용 용도에 대해 구체적인 생각은 하지 못한 상태에서의 의문

2) 실례 확인 의문 : 사용 용도를 생각한 후 그 것의 진위를 확인하고자 하는 의문

3. 과학적 의문 생성 과정

가. 추측적 의문 생성 과정

1) 관찰 상황을 구성하는 요소들과 관찰하는 대상의 특성을 추출한 후 관찰 대상을 분석

2) 현재의 관찰 상황과 유사한 경험이나 지식 등을 전체적으로 머리 속에 떠올리는 경험상황 표상

3) 관찰하고자 하는 대상과 경험 대상의 유사성을 비교하여 경험 대상을 관찰 대상으로 차용 가능한지의 여부를 판단

4) 과거 경험으로부터 현재의 관찰 대상을 가장 잘 설명한다고 판단되는 경험을 차용하는 과정을 거쳐서 추측적 의문을 생성

나. 예측적 의문 생성 과정

1) 관찰 상황을 구성하는 요소들과 관찰하는 대상의 특성을 추출한 후 관찰 대상을 분석

2) 현재의 관찰 상황과 유사한 경험이나 지식 등을 전체적으로 머리 속에 떠올리는 경험상황 표상

3) 경험 현상을 원인적으로 설명

4) 관찰 현상에 대한 변인을 조작

5) “만일 ~하면 ~하게 될까?”라는 형태의 의문문을 만들어 의문에 대한 답을 생각해보고 그 답을 찾지 못하는 경우 예측적 의문 생성

다. 인과적 의문 생성 과정

1) 관찰 상황을 구성하는 요소들과 관찰하는 대상의 특성을 추출한 후 관찰 대상을 분석

2) 현재의 관찰 상황과 유사한 경험이나 지식 등을 전체적으로 머리 속에 떠올리는 경험상황 표상

3) 떠올린 경험이 관찰 사실을 설명할 수 있는 것에는 ‘~때문인가?, ~ 때문에 ~할까?’, 설명할 수 없는 것에는 ‘왜~할까?’의 형태로 만들어 본 후, 의문에 대한 답을 생각해보고 답을 찾지 못하는 경우 인과적 의문 생성

라. 방법적 의문 생성 과정

1) 관찰 상황을 구성하는 요소들과 관찰하는 대상의 특성을 추출한 후 관찰 대상을 분석

2) 현재의 관찰 상황과 유사한 경험이나 지식 등을 전체적으로 머리 속에 떠올리는 경험상황 표상

3) 경험 대상과 현재의 관찰 사실과의 유사성을 비교

4) 경험 대상을 관찰 대상으로 차용 가능한지의 여부를 판단

5) 과거의 경험을 차용하는 과정을 통해 방법적 의문을 생성

마. 적용적 의문 생성 과정

1) 관찰 상황을 구성하는 요소들과 관찰하는 대상의 특성을 추출한 후 관찰 대상을 분석

2) 현재의 관찰 상황과 유사한 경험이나 지식 등을 전체적으로 머리 속에 떠올리는 경험상황 표상

3) “~을 ~에 사용할 수 있을까?”, “~을 ~하게 사용할 수 있을까?”의 형태를 갖는 의문으로 관찰 대상을 어떻게 사용할 것인지 그 용도를 생각해보고 그 답을 찾지 못하는 경우 적용적 의문 생성

4. 문제인식 지도 시 유의사항

가. 문제인식에서 관찰은 매우 중요하므로 대상에 대해 객관적이고 다양한 관찰을 할 수 있도록 지도한다.

나. 다양한 의문을 생성해낼 수 있도록 해야 한다.

9강 가설설정

1. 가설설정의 정의와 중요성

가. 가설 : 어떠한 현상의 원인에 대하여 타당한 설명을 찾아 그 이유를 설명하고 잠정적으로 답이라고 생각한 것

탐구의 과정에서 생성되는 중요한 중간적 지식으로 자연현상에서 발생되는 의문에서 과학적인 설명으로 진입할 수 있는 관문의 역할을 함(Klahr & Dunbar, 1988; Wenham, 1993)

나. 가설설정 : 미지의 인과적 원인에 대해서 새로운 설명 체계를 제시하는 과정

다. 가설과 가설설정

1) 가설의 설정과 검증은 과학적 탐구 활동 중 핵심적인 과정(권용주 등, 2000)

2) 학생들의 과학적 성취도 향상, 논리적 사고의 발달, 창의적 사고의 발달과 밀접하게 관련되어 있어(Asdit & London, 1997; Lawson et al., 1989) 과학 수업에서 매우 중요(Lawson, 1995)

라. 가설, 추측, 예상, 목적론적 설명

1) 추측, 예상, 가설의 차이점

: 자연 현상을 관찰한 후 생성되는 의문의 종류에 따라 그 답의 유형이 달라짐

2) 목적론적 설명 : 모든 자연현상을 행동에 의해 충족되는 목적에 의해서 설명하려는 것

예) 살기 위해서 먹는다, 보기 위해서 눈이 있다.

2. 가설의 유형(권용주 등, 2000)

가. 관찰로부터 생성된 가설 : 관찰자가 다양한 유형의 관찰을 하면서 인과적 의문을 떠올리고 그 의문에 대한 답을 관찰 사실에 기초하여 가설을 생성

사전 지식이 부족한 학생들의 가설 생성 지도에 적합

나. 사전지식(경험)에서 생성된 조작적 가설 : 사전 지식에서 근접적 특성 및 관찰 가능성뿐만 아니라 더 나아가 직접 조작될 수 있는 속성을 차용한 가설

다. 사전지식(경험)에서 생성된 이론적 가설 : 사전 지식에서 직접적으로 변인으로 조작되어지지 않는 설명을 차용한 가설

3. 가설설정 지도 시 유의사항

가. 가설은 검증 가능해야 한다.

: 가설과 관련해서는 옳음을 증명하는 방법이 있는 것 보다는 틀렸음을 증명하는 방법이 있는 것이 더욱 중요(반증가능성)

나. 가설에는 결과나 현상에 관련된 변인들이 들어있어야 하며, 독립 변인과 종속 변인들 사이의 관계가 나타나 있어야 한다.

: ‘만약 (독립 변인)이 ~ 될수록 (종속 변인)이 ~ 일 것이다.’의 형태로 진술

다. 예상이나 추리가 아니어야 한다.

10강 변인통제

1. 변인통제의 의미와 중요성

가. 변인 : 실험에서 변화시키거나 고정하는 조건의 형태나 양

나. 변인통제 : 실험 및 조사에 영향을 주는 여러 조건을 확인하고 여러 변인을 일정하게 통제하거나 조작하는 과정(AAAS, 1990)

1) 실험에 영향을 미치는 변인을 분명하게 파악하기 위해 반드시 필요

2) 과학자들의 주된 활동(AAAS, 1990; Chinn & Malhotra, 2002)

3) 문제를 설정, 인식하는 것과 밀접한 관련이 있음(Ross, 1988)

2. 변인의 유형

가. 독립변인

1) 조작변인 : 실험에서 변화시켜 주어야 할 것

실험에서 효과를 알아보고자 하는 것

2) 통제변인 : 실험에서 일정하게 유지시켜야 할 것

나. 종속변인 : 실험에서 측정해야 할 것

다. 탄저병 백신의 효과를 검증하기 위한 실험 설계

3. 변인통제 지도 시 유의사항

가. 실험 목적을 분명히 한다.

: 실험 목적을 확실하게 인식하면 실험에서 원인이 되는 것이 무엇이고 결과로 나타나는 것은 무엇이며 무엇을 변화시켜야 하는지가 분명해짐

나. 실험의 원인과 결과가 되는 변인들을 파악하여 표로 정리하는 습관을 기르도록 한다.

: 조작 변인과 종속 변인 및 독립 변인의 목록을 작성하고 각 변인의 값의 범위를 기록해 두는 습관을 기르면, 새로운 실험 상황에 접했을 때 무엇을 파악해야 하는지 자신이 어떤 변인을 모르고 있는지를 확실히 알 수 있음

다. 공정한 검사의 개념을 가르치면 변인 통제의 필요성을 쉽게 인식할 수 있도록 한다.

: 공정한 검사의 개념은 실험군과 대조군의 상황을 보여주고, 실험 조건이 공정한지를 묻는 것을 말함. 변인 통제된 실험이냐고 묻는 것보다, 실험조건이 공정하냐고 물을 때 학생이 더 쉽게 이해할 수 있음

11강 자료변환

1. 자료변환

가. 자료변환의 의미

- 관찰이나 측정결과로 얻어진 자료를 기록하고, 자료를 해석할 수 있도록 표나 그래프 등으로 조작하거나 변환하는 활동

나. 자료변환의 중요성

1) 많은 양의 복잡한 정보를 시각적으로 간결하게 인식할 수 있다.

2) 실험의 조작변인과 종속변인을 파악하고, 검증하려는 가설을 알 수 있다.

3) 자료의 경향성이나 규칙성을 찾기 쉽다

4) 결과를 해석하거나, 핵심을 강조하는데 유리하다.

2. 표로 변환하기

- 표는 많은 데이터를 체계적으로 정리하여 제한된 지면에 제공하는 방법으로 가장 많이 사용된다.

가. 표의 자료기입 방법

- 비교할 요소를 행에 두고, 이에 따른 변화나 수치 등을 열에 기입한다.

나. 표의 유형

- 개방형, 밀폐형, 반밀폐형

다. 표로 변환하기 단계

라. 표로 자료변환시 유의사항

1) 표는 간결한 방식으로 상세한 정보를 제공해야 한다.

2) 표는 전체 연구를 나타내기 위해서 사용하지는 않는다.

3) 주요 강조점이나 경향성을 강조하여야 한다.

4) 결과를 행과 열로 표현한다.

5) 십진법을 사용하며, 소수점은 1~2개 사용한다.

6) 표는 되도록 단순하게 만든다.

7) 2개의 단순한 표는 하나의 복잡한 표보다 효과적이다.

8) 표의 제목은 간결하게 붙인다.

9) 표의 내용은 본문과 관계없이 이해되어야 한다.

3. 막대그래프로 변환하기

가. 그래프의 의미와 특징

- 관찰 결과나 실험 결과가 되는 데이터를 점, 선 또는 면적의 형태로 나타내어 시각적 효과를 높인 자료로서 데이터의 분포와 전체적인 경향성을 나타내기 쉽다.

나. 그래프의 종류

- 막대그래프, 원그래프, 선그래프

다. 막대그래프의 의미

- 가로축과 세로축 2개의 축에 불연속 변수에 따른 연속 변수의 값을 막대로 표현한 그래프

라. 막대그래프로 변환하기 단계

4. 원그래프로 변환하기

가. 원그래프의 의미와 특징

- 전체의 합이 100%인 데이터를 한 원속에서 면적으로 구분한 그래프로서 변수들의 크고 작음의 %, 또는 절대치의 상대적인 비교에 효과적이다.

나. 원그래프로 변환하기 단계

다. 원그래프 작성시 유의사항

1) 12시 방향에서 시작하여 시계회전 방향으로 읽고 면적이 큰 변수부터 배열한다.

2) 각 데이터의 %나 절대값을 기입하여 비슷한 값의 차이를 비교할 수 있도록 한다.

3) 변수가 너무 많거나 너무 작으면, 시각적으로 두드러지지 않기 때문에 이런 경우에는 빈 공간에 변수를 화살표로 표기하거나 떼어내어 확대표시방식을 사용한다.

5. 선그래프로 변환하기

가. 선그래프의 의미와 특징

- 한 변인의 변화에 대한 다른 변인의 변화를 나타내기 위해 변수 사이의 관계를 점 또는 선으로 표현한 그래프로서 변수 사이의 관계와 전체적인 경향성을 파악하는데 효과적이다.

나. 선그래프로 변환하기 단계

12강.자료해석/결론도출

1. 자료해석

가. 자료해석의 의미

- 표, 그래프, 그림과 같은 자료 등을 읽고 그 의미를 이해하며 변인 사이의 관계를 해석하는 것

나. 자료해석의 중요성

1) 해결하고자 하는 문제에 대한 답을 얻기 위해 실험을 제대로 수행하였는지 여부를 결정함.

2) 주어진 자료를 잘 이용하는데 필수적임

2. 결론도출

가. 결론도출의 의미

- 수집된 자료를 해석하고 결과를 분석하여 논리적 추론 과정을 통하여 문제에 대한 해답을 얻거나 잠정적으로 설정한 가설의 옳고 그름을 판단하는 것

나. 결론도출시 유의사항

가) 자료의 타당성, 신뢰성 검토하는 일 포함됨

나) 결론은 결과의 반복적 진술이 아니라, 결과를 바탕으로 논리적으로 추론한 진술로 간단명료하고 정확하게 표현해야 함.

다) 연구를 통해 발견한 것, 자료의 해석, 연구의 제한점, 논의사항 등이 포함되어야 함.

다. 결론도출의 중요성

1) 탐구할 문제에 대한 최종적 해답을 제공한다.

2) 잠정적인 해답인 가설에 대한 검증 결과들을 종합적으로 검토, 정리하게 된다.

3) 추후의 탐구 활동에 대한 문제 제기의 발판이 된다.

3. 자료해석의 방법과 유의사항

가. 자료해석의 방법

나.자료해석 및 자료해석 지도시 유의사항

1) 변환된 자료를 무조건 암기하거나 수동적으로 받아들이지 않도록 한다.

2) 그래프나 표가 나타내는 의미를 정확하게 이해하는 것이 중요하다.

3) 자료 해석을 위한 학습을 위해서, 학생들의 일상생활과 관련된 친숙한 자료를 해석하는 활동부터 시작한다.

4. 결론도출의 방법과 유의사항

가. 결론도출의 방법

나. 결론도출시 유의사항

1) 가능한 간단명료하고 명확하게 진술해야 한다.

2) 가설을 지지하는 조사와 실험 결과를 잘 정리한다.

3) 수집한 실험 결과에 근거하고, 과도한 예측과 추측을 피한다.

4) 실험보고서에서 결과를 반복하지 않고, 결과에 바탕을 두어 논리적으로 추론한 진술로 기술한다.

13강 일반화

1. 일반화의 의미

가. 의미 : 탐구 실험 과정을 통하여 얻어진 자료들을 바탕으로, 개별적이고 구체적인 사례나 검증된 사실로부터 과학적 원리, 법칙을 찾아내는 탐구 활동

나. 일반화의 특징

① 탐구 실험에서 얻어진 구체적인 자료를 바탕으로 함

② 원리와 법칙을 찾아 과학적 규칙성을 발견

③ 실제 과학 현상들을 설명하고 예측하는 과학적 예측력의 기능을 함

2. 일반화의 중요성

가. 과학적 이론을 형성하는 중요한 바탕이 됨

나. 다양한 자연 현상의 규칙성을 찾도록 도와줌

다. 탐구 활동의 결과로 얻어진 결론 도출 등의 탐구 지식들을 적용 및 응용할 수 있도록 함

라. 여러 가지 과학 현상들을 하나의 큰 흐름으로 파악할 수 있도록 도와 줌

3. 일반화 하기

가. 자료 관찰 분석

- 물 컵에 물을 담고 컵을 거꾸로 뒤집어 보고 관찰하기

→ 관찰 내용 : 물이 쏟아진다.

나. 추가 자료 관찰 분석

- 종이를 컵에 대고 물이 가득 든 컵을 거꾸로 기울여 보고 관찰하기

- 컵의 종류와 종이의 종류를 다양하게 하여 실험하고 관찰하기

→ 관찰 내용 : 컵을 거꾸로 뒤집거나 좌우로 기울여도 물이 쏟아지지 않는다.

다. 규칙성 발견

- 실험을 통해 알게 된 사실을 정리하여 규칙성을 발견하기

→ 컵과 종이는 물이 쏟아지지 않는 근본적인 원인과 관련이 적다.

→ 컵을 둘러싸고 있는 공기의 압력은 사방으로 작용한다. 공기가 종이를 누르는 힘 때문에 물이 쏟아지지 않는다.

라. 새로운 상황에 적용하기(일반화)

- 물 컵에 넣은 빨대를 손가락으로 막고, 빨대를 올려보기

→ 빨대의 윗부분을 막으면 물이 쏟아지지 않는다.

→ 빨대의 윗부분의 손가락을 떼면 물이 쏟아진다.

- 컵으로 한 실험과 빨대를 이용한 실험을 관련지어 실험 결과 일반화하기

→ 컵의 아래 부분에 작용하는 공기의 압력이 종이가 떨어지지 않도록 받치고 있기 때문에 물은 쏟아지지 않았다. 빨대를 이용한 실험에서도 공기의 압력이 아래 부분에 작용하여 같은 결과를 보인 것이다.

4. 일반화의 유형

가. 법칙

1) 의미 : 과학적 법칙은 과학적 개념과 아울러 사실들로 이루어져 있어서 개념이나 사실보다 더 포괄적인 특성을 지님. 과학적 사실을 진술하는 것이 단일 언명인 반면에, 법칙은 개념들 사이의 관계를 진술한 복합 언명. 즉 법칙은 여러 개의 개념으로 이루어진 포괄적이고 복합적인 관념임

예) “공기는 열을 가하면 늘어난다.”는 공기, 열, 확장의 세 개념을 연결한 복합 언명에 해당

2) 자연법칙 : 일반성, 보편성, 정합성의 세 가지 조건을 만족 시키는 법칙을 말함.

① 일반성 : “모든 물체는 서로 잡아당기는 힘을 가지고 있다.” 는 명제가 “사과와 지구는 서로 잡아당기는 힘을 가지고 있다.”라는 명제에 비하여 일반적인 자연 법칙이 될 수 있다.

② 보편성 : 생물의 종(種)과 같이 특정한 장소, 시간, 개인 등에 한정되지 않는 어떤 특성을 진술한 것을 말함.

③ 정합성 : 다른 지식과 모순되지 않고 타당한 특성을 의미

나. 원리

1) 의미 : 과학적 법칙과 같이 개념들 사이의 관계를 진술한 복합 언명이나 원리가 법칙보다 더 포괄적임.

2) 법칙과 원리의 비교

법칙	원리
구체적, 가시적인 상황이나 특정한 체계 안에서 진술	논리적 관계, 연산 기호, 수학적 공식 등으로 서술
관찰 사실을 바탕으로 도출	관찰 자료와 직접적인 관련이 적음
보일의 법칙, 뉴튼의 운동 법칙, 만유인력 법칙, 질량보존의 법칙, 에너지 보존 법칙, 각운동량 보존 법칙 등	파스칼의 원리, 아르키메데스 원리, 광속도 불변의 원리 등

다. 이론

1) 의미 : 사실, 개념, 법칙으로 이루어진 복합적 지식으로 새로운 사실, 개념, 법칙을 설명.  과학적 이론은 자연 현상에 관한 가정적 속성이나 과정으로 그 원인을 제시함으로써 그 현상을 설명할 뿐만 아니라, 새로운 현상을 예측하는 바탕이 됨.

예) 코페르니쿠스의 지동설은 태양을 비롯한 행성들의 상대적인 위치와 운동 속도에 대한 가정을 제시함으로써 태양과 행성들의운동과 위치를 설명하고 예상하는 근거가 됨

2) 쿤(Kuhn, 1970)이 제시한 좋은 과학적 이론이 갖추어야할 본성

① 정확성 : 이론은 정확해야 한다. 즉 이론으로부터 연역된 언명의 참가치는 현재의 실험 결과 및 관찰 결과와 일치해야 한다.

② 일관성 : 이론은 내적으로는 물론이며 다른 영역의 이론과도 일치해야 한다.

③ 넓은 범위 : 이론의 범위는 넓어야 한다. 이론은 본래 설명하려는 관찰 결과와 법칙을 초월하여 더 깊고 넓은 영역에 걸쳐 관찰된 결과와 법칙도 설명할 수 있어야 한다.

④ 단순성 : 이론은 단순해야 한다. 간단한 이론 일수록 좋은 이론이다.

⑤ 유용성 : 이론은 새로운 결과를 많이 이끌어 낼 수 있어야 한다. 좋은 이론은 새로운 현상뿐만 아니라 현상들 사이의 새로운 관계를 제시할 수 있는 바탕이 된다.

3) 이론의 특징

① 이론의 본성은 그 적절성을 기준으로 말할 수 있을 뿐, 진위로 따질 수 있는 것이 아님

② 사실, 개념, 법칙을 통합하여 어떤 현상들이 왜 그렇게 일어나는가를 설명

③ 반증되거나 개정될 때까지 잠정적인 상태로 존재함

라. 모형

1) 의미 : 자연 사물이나 현상을 설명하는 이론을 표상화 한 것

예) 유전자의 구조는 나선형 모양, 원자의 구조는 태양계의 모양으로 표상화

2) 모형의 특징

① 새롭고, 아직 알려져 있지 않으며 복잡한 이론을 친숙하고 단순하게 그리고 명쾌하게 기술할 수 있음

② 이론 모형은 이론적 속성을 나타내는 것으로, 실제 구조 자체는 아님

5. 일반화 과정 지도시 유의 사항

가. 실제 구체적 실험 결과와 자료에 근거하여 규칙성을 발견하도록 함

나. 지나친 추측이나 과도한 일반화를 하지 않도록 주의함

다. 이끌어낸 법칙, 원리 등을 바탕으로 새로운 현상을 설명할 수 있는 설명력이 있는 지를 점검해야 함

라. 기존의 과학 현상 뿐 아니라 앞으로 일어날 상황을 예측하고 예언하는 예측력을 지닐 수 있는 과정을 포함해야 함

14강. 자유탐구의 의미

1. 2007 개정 과학과 교육과정과 자유탐구

- ‘자유탐구’는 2007 개정 과학과 교육과정의 특징 중 하나이다.

1	탐구 학습의 지속적인 강조
2	창의성 교육의 강화
3	자유탐구의 도입
4	과학 글쓰기 및 과학 토론의 강화

2. 탐구과정 요소와 자유탐구

탐구과정 요소		자유탐구
기초 탐구과정	관찰
	분류
	측정
	예상
	추리
	의사소통
통합 탐구과정	문제인식
	가설설정
	변인통제
	자료변환
	자료해석
	결론도출
	일반화
과학적 탐구는 탐구과정 요소가 하나나 두 개 또는 여러 개를 이용해 탐구하는 것을 총체적으로 지칭한다.		자유탐구는 탐구과정 요소를 사용하여 하나의 과제 즉 탐구문제를 처음부터 끝까지 해결하는 것을 말한다.

3. 교육과정에 제시된 자유탐구

도입 취지	1. 학생들의 과학에 대한 흥미 제고
	2. 탐구기능의 강화
	3. 과학 분야 진로 추구
설정 취지	1. 학생 스스로 관심 있는 주제 선정 후 탐구	→	자기주도적 탐구 기회 제공, 탐구 기능 신장, 과학에 대한 흥미와 관심 제고
	2. 소집단 탐구 활동	→	협동심 배양
	3. 일상생활과 관련된 주제 탐구	→	과학, 기술, 사회의 상호작용 인식
	4. 다양한 주제 탐구	→	과학 분야의 적성 발굴 및 진로 탐색 기회 제공
	5. 탐구 방법 구안 및 탐구 결과 발표	→	학생의 창의성과 문제 해결력 제고

☞ 학생이 문제 인식에서 가설 설정, 탐구 설계 및 수행, 결과 해석 및 결론 도출 등 종합적으로 탐구할 수 있는 기회 제공

4.자유탐구의 의미

- 과학에 대한 흥미를 높이고 창의력을 신장시킬 수 있도록 학생 스스로 관심 있는 주제를 선정하여 탐구하는 것

5. 자유탐구와 과학적 탐구

가. 탐구의 수준

탐구의 수준	질문의 출처	자료수집 방법	결과의 해석
0	교사 제시	교사 제시	교사 제시
1	교사 제시	교사 제시	개방
2	교사 제시	개방	개방
3	개방	개방	개방

나. 탐구의 유형

탐구의 종류	특징
구조화된 탐구 (structured inquiry)	- 문제, 방법 및 절차가 주어지고, 기대되는 결과만 주어지지 않는다. - 요리책 활동과 달리, 학생들은 자료를 분석하고 해석하여 관계를 찾는다. - 확실한 답이 있거나 모든 학생이 동일한 결론에 이르는 확인 실험과 달리, 학생마다 다르게 해석하여 다른 결론에 이를 수 있다.
안내된 탐구 (guided inquiry)	- 문제와 재료 및 도구는 주어지지만, 조사 과정, 방법, 자료 수집 및 분석 방법 등은 학생이 찾는다.
개방적 탐구 (open inquiry)	- 과학자의 과학적 연구 활동과 비슷하게, 질문과 수행 방법, 자료 분석 방법 등을 모두 학생이 해결한다.

6. 자유탐구의 단계

- 학생들의 자유탐구 활동과 과학자들의 탐구(연구) 활동은 유사하다.

1. 탐구문제 찾기 단계 - 학생들이 자신들이 탐구하고자 하는 주제를 탐색한 후 구체적인 탐구문제를 선정하는 단계
2. 탐구계획 세우기 단계 - 선정된 탐구문제를 해결하기 위한 탐구방법을 선택하고 탐구를 수행하기 위해 시간 계획을 비롯한 탐구 전체에 대한 설계를 하는 단계
3. 탐구하기 단계 - 탐구계획에 맞춰 탐구를 수행하는 단계로 탐구를 수행할 때는 탐구에 관련된 내용들을 기록하고 탐구를 통해 나온 결과를 정리하는 등의 활동을 하는 단계
4. 탐구내용 정리하기 단계 - 탐구를 통해 나온 결과를 가지고 자신이 세운 가설이나 탐구문제의 정확한 답을 도출하는 등의 활동과 자신이 탐구한 모든 결과를 바탕으로 탐구결과보고서를 작성하는 활동을 하는 단계
5. 탐구내용 발표하기 단계 - 탐구한 내용을 바탕으로 작성한 결과보고서를 이용해 다양한 방법을 활용하여 자신의 결과를 발표하는 활동을 하는 단계

15강 자유탐구의 단계-탐구문제 찾기 1(주제영역 탐색하기)

1. 탐구문제 찾기의 단계

- 탐구문제 찾기는 자유탐구의 첫 번째 단계로서 자유탐구의 출발점이라는 점에서 매우 중요한 의미를 지닌다. 탐구 문제 찾기는 크게 주제 영역 탐색하기와 탐구문제 만들기의 두 가지 활동으로 세분화할 수 있다.

가. 주제 영역 탐색하기

- 자신의 관심사에 따라 생활 주변에서 탐구하고 싶은 주제 영역을 찾아보는 활 동 (예:식물, 동물, 운동, 음식, 놀이, 컴퓨터 등)

나. 탐구문제 만들기

- 탐색한 주제를 바탕으로 범위를 좁혀 세부적으로 탐구할 문제를 만드는 단계

(식물을 주제 영역으로 정했을 때의 예시:식물마다 뿌리의 모양이 다른 이유        는? 방향에 따라 나이테의 두께가 다른 이유는? 등)

2. 주제영역 탐색하기

- 주제영역 탐색하기는 자유탐구 중 가장 처음에 이루어지므로 학생이 관심있어하는 것, 학생이 탐구하고 싶은 주제 영역을 찾는 데 중점을 둔다. 교사는 학생이 끝까지 스스로 탐구를 수행할 수 있는, 흥미로운 주제 영역을 찾도록 돕는다.

3. 주제영역 탐색방법

- 학생이 일상생활에서 흥미로운 주제 영역을 탐색할 수 있도록, 크게 7가지 방법을 생각해 볼 수 있다.

→ 자신의 흥미나 취미를 고려하여, 일상생활에서 자신이 좋아하는 것이 무엇인       지 떠올려 보거나, 평소 궁금했던 것이 무엇인지 생각해 본다.

(예:식물에 대한 탐구, 컴퓨터에 대한 탐구, 운동에 대한 탐구 등)

→ 생활주변에서 일상적으로 보고, 듣고, 느끼는 모든 것에 대해 “왜”라고 질문하여 그 현상의 원인을 탐구해 본다.

(예:라면 면발은 왜 꼬불꼬불할까? 바닷물은 왜 파란색일까? 등)

→ 자신이 경험했던 것 중에서 특별히 기억에 남거나 궁금했던 사건을 중심으로 주제 영역을 찾아본다.

(예:등산 중 걸터앉은 나무 둥치의 나이테 두께가 다 다른 이유 등)

→ 생활 주변에서 당연하다고 생각하고 그냥 지나치던 것들을 지금까지와 다른 시각으로 바라봄으로써 주제 영역을 탐색한다.

(예:식물의 자람, 동물들 사이의 의사소통, 과일의 갈변현상 등)

→ 내가 관심있는 프로그램에서 본 것 중 새롭게 본 것이나 보면서 호기심이 생기는 현상을 중심으로 주제 영역을 탐색한다.

(예:입체영상의 원리, 거짓말 탐지기의 원리 등)

→ 교과서에서 배우는 교육과정의 내용을 확장하여 참신하면서도 학년 수준에 맞는 새로운 주제를 찾는다.

(예:증기의 색에 관한 탐구, 동물의 먹이와 내장의 길이 사이의 관계 탐구 등)

→ 녹색성장, 첨단과학, 수학, 음악 등 과학 이외의 분야에서 자유탐구 주제를 탐색할 수 있다.

(예:건반의 길이에 따른 소리의 높낮이, 자연현상의 황금비, 프랙탈의 원리 등)

4. 좋은 자유탐구 주제

- 좋은 자유탐구 주제는 끝까지 탐구를 이끌어갈 수 있는 원동력이 된다. 자유탐구는 스스로 처음부터 탐구를 설계하여 수행하는 과정이므로 자기 스스로 탐구할 수 있는 주제, 흥미롭고 참신한 주제가 좋다. 또한, 자유탐구를 통해 전반적이고 종합적인 과학 탐구 능력을 기를 수 있는 주제가 좋다.

5. 좋은 자유탐구 주제 영역 선택을 위한 교사의 역할

- 자유탐구를 처음 접하는 학생들은 주제 영역을 찾기 어려워할 수 있다. 이러한학생들이 흥미롭고 좋은 자유탐구 주제 영역을 찾을 수 있도록 하기 위해서는 교사의 역할이 중요하다.

교사는 먼저 학생들의 탐구 활동을 촉진시키기 위하여 탐구를 수행할 수 있는 기회를 많이 주는 것이 좋다. 이는 학생들이 자유탐구에 대한 자신감을 갖고 자유탐구를 수행하는 데 도움이 된다. 또한, 학생이 주제 영역 찾기를 어려워할 경우 실생활 문제에서 힌트를 제공하는 것도 좋다. 교사의 힌트를 바탕으로 학생이 사고의 폭을 넓혀갈 수 있다.

그리고, 주제 영역과 관련되는 읽기자료, 풍부한 보충자료를 소개하고, 첨단과학, 수학 등 과학 이외의 분야도 함께 소개하여 학생들이 더 넓은 영역에서 통합적으로 주제를 찾게 하는 것도 중요하다.

16강 자유탐구의 단계-탐구문제 찾기 2(탐구문제 만들기)

1. 탐구문제 만들기

가. 탐구문제 찾기의 첫 번째 활동인 주제 영역 탐색하기 활동은 자유탐구를 시작할 때, 자신의 관심 영역이나 평소에 궁금했던 것들을 떠올려 보는 데 의의가 있지만, 너무 광범위하고 정교화되지 않은 면이 많다. 따라서 이후의 탐구 문제 만들기 활동을 통하여 앞에서 찾은 넓은 영역을 구체화하고, 탐구할 문제를 구체화/정교화한다.

나. 탐구 문제 만들기 활동을 통하여

- 이전 활동에서 탐색한 주제들이 실제로 탐구가 가능한 것인지 판단한다.

- 자신이 해결하고자 하는 탐구 문제를 선택한다.

- 이를 위해 교사나 다른 친구들과의 활발한 의사소통을 통하여 자유탐구 문제를 구체화한다.

- 탐구 목표가 분명하게 드러나도록 탐구 문제를 정교화한다.

2. 탐구문제 선정 단계

- 자유탐구 문제를 만들기 위한 단계가 모든 주제 선정 시 마다 획일적으로 정해진 것은 아니다. 그러나, 대표적인 몇 가지 단계들을 밟아 나가다 보면 좀 더 쉽게 탐구 문제를 만들 수 있다. 한 가지 주의할 점은 반드시 주제 영역 탐색 후 탐구 문제를 만들 필요는 없다는 것이다. 처음부터 구체적인 탐구 문제를 정했다면 굳이 탐구 문제 만들기 단계를 거치지 않아도 된다.

- 탐구 문제 만들기의 첫 번째 단계는 다양하게 탐색한 주제 영역들 중에서 가장 탐구해보고 싶고, 적합하다고 생각하는 하나의 주제를 선택하는 것이다. 탐색한 주제 영역 모두를 탐구하기에는 시간도 부족하고, 탐구가 불가능한 주제 영역도 있으므로, 탐색한 주제 영역 중 가장 적절하다고 판단되는 하나의 주제를 선택한다.

- 탐구 문제 만들기의 두 번째 단계는 1단계에서 선택한 주제 영역에 대해, 브레인스토밍이나 마인드맵을 통하여 다양한 탐구 문제를 이끌어내는 단계이다. 이 단계에서는 브레인스토밍을 통해 짧은 시간에 최대한 다양하고 많은 생각을 끌어내며, 마인드맵으로 자신의 생각을 체계적으로 정리하면서 다양한 탐구문제를 찾아본다.이 때에는 선택한 주제 영역에 대한 다양한 생각을 꺼내는 것이 중요하므로, 생각나는 탐구문제라면 무엇이든 써 본다.

‘과일’ 주제 영역에 대한 브레인스토밍

‘과일’ 주제 영역에 대한 마인드 맵

- 브레인스토밍과 마인드 맵으로 다양한 탐구 문제를 도출했더라도 그 문제들을 모두 탐구할 수는 없다. 그러므로, 스스로 탐구를 진행할 수 있는 문제인지, 기존에 알려진 문제가 아닌 새롭고 참신한 문제인지, 실제적으로 탐구할 수 있으며 탐구의 설계가 가능한 문제인지를 고려하여 실행 가능한 탐구 문제를 선정한다.

- 탐구 문제 만들기의 마지막 단계는 지금까지의 과정을 고쳐 고른 탐구문제를 더욱 정교화하고 구체화하는 단계이다. 탐구 수행이 가능하다고 판단한 탐구 문제를 더욱 세분화, 정교화하여 구체적으로 탐구할 수 있는 문제로 다듬는 과정이다.

3. 탐구문제 만들 때 유의할 점

- 탐구 문제를 만들 때에는 첫째로, 탐구의 목표가 분명하게 드러나도록 한다. 처음부터 탐구 목표를 분명하게 세워야 탐구 과정에서 목표와 비교하여 탐구를 바르게 수행하고 있는지 판단할 수 있고, 그 과정을 평가할 수 있다.

둘째, 학생 스스로 탐구할 수 있는 문제를 선정하도록 한다.아무리 좋은 탐구 문제이더라도 스스로 탐구가 불가능하다면 좋은 자유탐구 문제라고 할 수 없다.

셋째, 간단한 조사로 쉽게 답을 찾을 수 있는 문제는 피하는 것이 좋다. 너무 욕심을 부린 거창한 탐구 문제도 좋지 않지만, 인터넷이나 책을 통해 간단하게 eqk을 찾을 수 있는 탐구 문제도 좋지 않다. 구체적으로 계획을 세워 탐구할 수 있는 새롭고 참신한 주제를 선택한다.

넷째, 너무 넓은 범위의 탐구 문제는 피한다. 과욕을 부려 너무 어려운 문제를 선택하거나, 범위가 넓은 문제를 선택하면 끝까지 탐구를 진행할 수 없다. 최대한 좁은 범위 내에서 스스로 해결 가능한 문제를 선택하도록 한다.

17강 탐구계획 세우기 - 탐구 방법 선택하기

1. 탐구 방법 선택하기의 필요성

- 효과적이고 효율적인 해결방법을 통해 원하는 결과를 도출할 수 있다.

2. 자유탐구의 탐구 방법

가. 실험중심 자유탐구

1) 과학에서의 실험

가) 의도적이고 계획적으로 설정한 조건이나 상황 아래에서 자연 현상에 대한 정보를 수집한다.

나) 반드시 어떠한 목적에 따라 탐구를 수행하여 궁극적으로 변인들 사이의 관계에 대한 가설을 검증한다.

다) 변인통제 : 독립변인 이외의 모든 변인을 일정하게 유지하는 것으로서, 실험을 수행할 때 원하는 결과를 얻기 위해서 핵심이 되는 활동이다.

2) 실험중심 자유탐구에 적합한 문제 : 조건이나 상황을 의도적으로 조작하여 원하는 결과를 얻을 수 있는 탐구문제

나. 기르기 중심 자유탐구