npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041
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Article

Research Paper

New Phys.: Sae Mulli 2022; 72: 443-455

Published online June 30, 2022 https://doi.org/10.3938/NPSM.72.443

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Analysis of Peer Instruction Activities in the Preservice Science Teachers' Inquiry Planning

예비 과학교사의 탐구 계획 수립에서 동료 지도 활동 분석

Bongwoo Lee*

Department of Science Education, Dankook University, Yongin 16890, Korea

Correspondence to:*E-mail: peak@dankook.ac.kr

Received: March 10, 2022; Revised: May 11, 2022; Accepted: May 11, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

The purpose of this study is to analyze the characteristics of peer instruction activities in the preservice science teachers’ inquiry planning. The preservice teachers formulated their inquiry plans and presented opinions regarding the improvement of the inquiry plans of other groups. Later, they modified their own inquiries considering of these opinions. The main findings are as follows: first, the most offered opinions from the preservice teachers in terms of peer instruction were related to the `hypothesis generation and experiment design' phase. Among them, several opinions were related to variables, especially those proposing ways to add or modify independent variables. Second, they offered numerous opinions `suggesting something else'. They offered multiple opinions suggesting different subjects or materials and different experimental devices. Preservice teachers used scientific communication that provided a logical basis for determining whether to reflect upon the opinions proposed by others. They also showed a positive side of mutual cooperation by actively participating in the improvement of other groups’ inquiries.

Keywords: Inquiry, Inquiry teaching, Preservice science teacher, Peer instruction, Inquiry plan

본 연구의 목적은 예비 과학교사의 탐구계획수립에서 동료 지도 활동의 특징을 분석하는 것이다. 예비 과학교사들은 탐구 계획을 작성하였고 다른 모둠의 탐구 계획에 대한 수정 의견을 제시하였다. 예비 과학교사들은 다른 예비 과학교사가 제시한 의견을 고려하여 자신의 탐구를 수정하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 예비 과학교사들이 동료 지도에서 가장 많이 제시한 의견은 ‘가설 설정 및 실험 설계’ 단계와 관련되어 있었다. 그중에서 변인과 관련된 의견이 많았는데, 특히 조작 변인을 추가하거나 수정하는 방법을 제안한 의견이 많았다. 둘째, 예비 과학교사들은 ‘다른 것을 제안하는’ 의견을 많이 사용하였다. 다른 실험 대상이나 재료를 제안하거나, 다른 실험 장치를 제안하는 의견을 많이 제시하였다. 예비 과학교사들은 다른 예비 과학교사가 제안한 의견에 대한 반영 여부를 정함에 있어 논리적인 근거를 제시하는 과학적 의사소통의 모습을 보였으며, 다른 모둠의 탐구 개선에 적극적으로 참여하는 상호 협력의 긍정적인 모습을 보였다. 추가로 본 연구의 결과를 예비 과학교사 양성과 중등학생의 탐구교육과 관련하여 논의하였다.

Keywords: 탐구, 탐구지도, 예비 과학교사, 동료 지도, 탐구 계획

학교에서 ‘과학적 탐구’는 다른 교과에서 찾아보기 어려운 과학 교과의 고유한 활동이며, 그런 이유로 과학교육에서 ‘탐구’는 오랫동안 강조되고 중요하게 여겨졌다[1-3]. 탐구(inquiry)란 ‘지식, 혹은 이론의 획득이나 정립을 위한 지적 노력 그 자체나 그것에 수반되는 활동’을 뜻하며 ‘어떤 가설 혹은 신념의 입증을 위하여 정보의 수집, 질문의 제기, 자료의 조사, 이론의 검토 등을 하는 행위’를 말한다[4]. 과학적 탐구는 1960년대에 제시된 발견학습과 함께 도입되었는데, 학문 중심 교육 철학의 등장과 함께 학생들이 과학자들이 자연을 연구하는 방법을 따라 과학적인 방법을 익히기 위해 활용되었다. 특히 Schwab은 탐구로서의 과학과 탐구로서의 교수학습을 과학지식과 사고, 방법을 학습하는 중요한 도구이자 목적으로 인식하였다[5, 6]. 최근 지식을 강조하는 교육에서 방법적인 측면이 강조되는 교육 패러다임으로의 변화와 맞물려 과학적 탐구의 중요성이 더욱더 높아지고 있으며, 2015 개정 과학과 교육과정에서는 5가지 과학적 핵심역량 중 하나로 `과학적 탐구 능력'을 제시하고 있다[7].

학생들은 탐구 활동을 통해 과학 지식을 습득할 수 있으며, 과학적 탐구의 과정을 이해하며, 과학의 본성을 이해할뿐더러 과학에 대한 긍정적인 자세를 갖출 수 있어[8], 과학교육 개혁이 진행될 때마다 탐구 교육에 대한 개선이 이루어지고 있다. 미국의 경우, 국가과학교육표준(National Science Education Standards)에서 자연 세계에 대한 과학자들의 연구 방법을 이해하고 과학적인 아이디어에 대한 지식과 이해를 증진시키기 위한 학생들의 활동으로 탐구를 정의하고, 관찰, 문제 제기, 책이나 다른 정보원을 통해 이미 알려진 지식의 확인, 탐구의 설계, 실험적 증거에 따른 기존 지식에 대한 재고, 도구를 사용한 자료의 수집과 분석 및 해석, 해답의 제안, 설명, 예측, 결과에 대한 의사소통과 같은 다양한 활동들을 수반하고 있는 다면적인 활동으로 설명하고[9], 차세대과학교육표준(Next Generation Science Standards)에서는 ‘과학적 공학적 실행(scientific and engineering practices)’ 의 강조를 통해 과학적 실행을 위한 교육을 강조하고 있다[10]. 영국에서도 모든 학생들이 달성해야 할 과학교육의 주요 목표로 우리 주변에서 발견할 수 있는 다양한 문제를 탐구하기 위한 방법을 통해 과학의 본성과 절차, 방법을 이해하는 것을 제시하면서 ‘과학적으로 수행하기(Working scientifically)’를 통해서 매 학년 교육과정에 탐구 관련 내용을 제시하였고, 학년군별 탐구기능(과정)을 질문하기, 계획하기, 자료수집하기, 수행하기, 기록하기, 결론/보고하기, 평가하기 등으로 구분하여 제시하였다[11]. 호주에서도 과학 탐구 기능(Science inquiry skills)을 질문하고 예상하기, 계획하고 수행하기, 데이터와 정보를 처리하고 분석하기, 평가하기, 의사소통하기 등의 5가지 세부 기능으로 구분하여 제시하였다[12].

우리나라에서도 교육과정 개정과 함께 과학 교과에서 지속적으로 탐구를 강조해왔다. 제7차 과학과 교육과정에는 기초탐구과정과 통합탐구과정을 통해 세부적인 탐구과정을 정의하여 제시하였으며[13], 2007년 개정 과학과 교육과정에서는 학생들이 스스로 연구 주제를 발견하여 탐구하도록 하는 ‘자유 탐구’를 포함시켰다[14]. 2015 개정 교육과정에서는 고등학교 학생들이 필수로 이수해야 하는 공통과목으로 ‘과학탐구실험’ 교과를 신설하였다[15].

과학 탐구 교육에 대한 많은 관심과 노력에도 불구하고 많은 학생들은 탐구 수행에 대한 어려움을 나타내고 있다. 학교에서 수행하는 많은 실험 활동들은 과학적 개념을 확인하기 위한 활동으로 구성되어 탐구 본연의 목적을 달성하는데 어려움이 있다. 교과서에 나타난 탐구 활동을 분석한 선행 연구를 살펴보면, 문제 발견이나 인식은 거의 나타나지 않는 반면, 자료 분석이나 해석, 평가와 소통하기 등이 70% 이상을 차지하고 있고[16, 17], 실험 결과를 토대로 이론이나 원리를 설명하는 논리적 추론 과정을 제시하지 않고 단순하게 주어진 과정을 따라서 수행해보는 요리책식 구성방법을 따르고 있어 학생들에게 의미 있는 학습을 제공하지 못하고 오히려 과학에 대한 왜곡된 관점을 조장하고 있다는 비판을 받고 있다[2, 18-21]. 한편 교과서에는 탐구에 대한 자세한 설명이 부족하고, 이론과 일치하는 실험 결과를 얻기 어렵다는 지적도 있다[22].

교사들도 탐구 지도에 어려움을 나타내고 있다. 교과서에 제시된 교과서 탐구를 지도할 때에도 실험 기구 준비의 어려움이나, 안전 문제 등으로 탐구 지도가 어렵다고 응답하였는데, 일부 교사는 실험 자체에 문제가 있다는 응답도 있었다[23, 24]. 많은 교사들은 자신이 탐구에 대한 경험이 적기 때문에 탐구 교육에 어려움을 나타내고 있다[25, 26]. 2007년 개정 교육과정에서 도입된 ‘자유 탐구’를 지도하는데 많은 교사들이 어려움을 갖고 있다는 연구 결과가 있다[27]. 최근 과학중점학교를 비롯한 많은 고등학교에서 과학 과제연구와 같은 전문교과를 운영하고 있어[28], 교사들의 탐구 지도에 대한 어려움을 해소하기 위한 방안이 필요하다.

교사들의 탐구에 대한 경험 부족과 탐구 지도에 대한 경험 부족의 원인은 교사에 대한 자유 탐구의 재교육 기회가 부족한 것도 원인이지만, 예비교사 교육과도 관련이 있다. 교사교육에서 예비 과학교사들의 과학 탐구지도능력을 향상시키는 데는 예비 과학교사들이 탐구의 경험, 실제적인 교실 맥락에서의 경험 등이 도움이 된다[29-31]. 특히 참과학탐구 경험(authentic inquiry experience)이 예비 과학교사들의 탐구지도에 좋은 영향을 준다[26]. 그런데 사범대학 교육과정에서 자유 탐구를 지도하는 방법을 배울 수 있는 강의도 많지 않다[32].

본 연구는 예비 과학교사(대학생)의 탐구수행 능력 및 탐구지도 능력을 신장시키기 위하여 D 대학교에서 개설된 ‘과학 탐구의 실제’ 강의에서 진행된 프로그램과 관련되어 있다. 특히 본 연구에서는 탐구 과정 중에서 문제발견 및 실험설계 과정에 주목하고 있다. 과학에서의 문제는 탐구나 연구를 수행해야 하는 과제로[33], 발견 단계는 자유 탐구를 수행하는 과정에서 학생들이 가장 어려워하는 단계이며[34, 35], 예비 과학교사들도 탐구를 수행하거나 지도하는 과정에서 가장 어려움을 나타내는 단계이다. 최근 과학교육에서도 문제 발견과 관련된 다양한 연구가 진행됐는데, 과학영재[36], 고등학생[37], 대학생[38]의 탐구 주제 발견 과정에 대한 다양한 연구가 이루어졌다. 과학사를 통한 과학자들의 연구 문제 발견 과정을 분석한 연구도 있고[39-41], 현재 활동하고 있는 과학자를 대상으로 한 연구도 진행되었다[42]. 연구 문제 발견은 ‘무엇을 연구할 것인가?’를 정하는 간단한 활동으로 이해될 수도 있지만, ‘어떻게 연구할 것인가?’를 동시에 고민하게 되면서 탐구단계의 가설설정 및 실험설계까지 포함하게 되는 복잡한 사고과정이 일어나는 단계로도 볼 수 있어 탐구계획의 전반적인 과정으로 생각할 수 있다.

본 연구에서 예비 과학교사들은 탐구 문제를 선정하고 이에 대한 간략한 계획을 작성하는 활동을 했다. 이후 다른 예비 과학교사가 작성한 탐구문제 및 계획에 대한 ‘동료 지도’ 활동을 수행하였다. 동료 지도는 상호 지도, 상호 컨설팅 등과 유사한 것으로 동료 상호간에 위계적이지 않고 평등한 상황에서 컨설팅을 주고받으면서 서로의 탐구를 개선할 수 있다[43]. Nancy의 연구[44]에 따르면, 자기 스스로 자신의 탐구를 검토하는 것보다 동료의 검토가 자신의 보고서를 수정하는데 큰 역할을 하여, 동료 지도가 ‘자기 생각을 더욱 비판적으로 생각할 수 있는 통찰의 기회’를 제공한다.

교수는 전문 분야의 지식과 풍부한 경험을 통해 학생들에게 효과적인 피드백을 제공할 수 있다. 그러나 다수의 학생들을 지도하기 위해서는 많은 시간과 노력이 요구되기 때문에[45], 구체적이고 상세적인 피드백보다 일반적이고 포괄적인 피드백을 주곤 한다[46]. 이런 현실적인 문제 때문에 예비교사교육을 포함한 많은 교육현장에서는 동료평가, 상호지도 등에 관심을 가져왔다. 피드백을 주는 과정에서 본인의 활동에 대한 반성적 사고력이 증가되고 다른 학생의 활동에서 문제점을 찾고 해결안을 모색하는 인지과정을 경험할 수 있다[47, 48].

교사양성과정에서 예비 과학교사들이 중등학생들의 탐구를 직접 지도하는 경험을 제공하는 강의가 일부 이루어지기는 했지만[35, 49], 중고등학교를 섭외하여 프로그램을 운영하는 것은 매우 어렵다. 예비 과학교사들 간의 동료지도 활동은 학생들의 탐구를 지도하는 경험을 간접적으로 얻게 할 수 있는 역할을 할 수 있다. 동료지도 활동이 예비교사들의 수업설계능력에 긍정적인 영향을 주었다는 연구결과[50]를 고려하면, 탐구계획에 대한 동료지도활동은 탐구지도역량에 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

예비 과학교사들은 탐구 수행의 경험도 부족하지만 탐구 지도의 경험은 거의 갖지 못한 상태이다. 중등학생이 아닌 대학생들의 탐구이지만, 다양한 탐구 계획들을 분석하고 보다 나은 탐구가 되기 위한 의견을 제시하는 과정은 탐구를 지도하는 활동과 유사하기 때문에 예비 과학교사의 탐구지도역량 신장에 유의미한 결과를 줄 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 예비 과학교사들 대상으로 탐구계획에 대한 상호지도활동을 적용하였다. 상호지도 활동에서 예비 과학교사들은 어떤 의견을 제시하였으며, 다른 예비교사들이 제시한 개선 의견에 대해 어떻게 반영하였는지를 분석함으로써 탐구 및 탐구지도와 관련된 시사점을 얻고자 한다.

구체적인 본 연구의 연구 문제는 다음과 같다.

첫째, 예비 과학교사들은 탐구 계획에 대한 동료 지도 활동에서 어떤 의견을 제시했는가?

둘째, 예비 과학교사들은 동료들이 제시한 개선의견을 어떻게 반영하였는가?

예비 과학교사를 대상으로 탐구수행 및 지도 역량을 강화하기 위한 강의에서 동료의 탐구 계획을 검토하고 개선의견을 제시하는 과정에서 어떤 의견이 제시되었고, 제시된 개선 의견이 어떻게 탐구에 영향을 주었는지 알아보기 위해 다음과 같은 연구 방법으로 진행하였다.

1. 연구 대상 및 프로그램 개요

본 연구에는 경기도에 소재한 사범대학 과학교육과의 예비 과학교사 29명이 참여하였다. 이 중 15명은 물리 전공이고, 14명은 생명과학 전공이었다. 2020학년도 2학기에 진행된 ‘과학 탐구의 실제’라는 교과목에서 이루어졌는데, 이 교과는 예비 과학교사의 탐구 수행 능력과 탐구 지도 능력 계발을 위해서 3학점으로 구성된 2학년 대상의 교과로, 통합과학 연계 전공을 선택하는 예비교사에게 필수로 지정되어 이 학과 학생들은 대부분 수강하고 있는 교과이다.

주차별 활동 내용과 학생들이 작성한 과제는 Table 1과 같다. 탐구와 관련된 이론은 동영상을 통해 비실시간으로 제공되었는데, 1주차에 탐구의 정의, 과학교육에서의 탐구의 중요성 등에 관해서 설명하였고, 2주차에는 좋은 탐구의 조건, 7주차에는 탐구과정, 10주차에는 실험실 안전, 12주차에는 탐구 보고서 작성과 관련된 내용을 안내하였다. 예비 과학교사들은 탐구주제 선정에 큰 어려움을 나타내고 있기 때문에[51, 52], 2주차에 좋은 탐구의 조건 찾기 활동, 4주차에 선행 연구 변경을 통한 탐구주제선정 활동[53]을 수행하도록 했다.

Table 1 Weekly activities in the subject ‘authentic scientific inquiry’.

WeeksActivities
1[Face-to-face] Orientation
[Video] inquiry theory – definition of inquiry, inquiry in science education
2[Face-to-face] finding and organizing of conditions for good inquiry & small groups discussion
[Video] inquiry theory – inquiry process, condition of good inquiry, how to find references
3[Video] presentation of 1st inquiry theme and professor’s comments
4[Face-to-face] inquiry theme finding through change of prior inquiry, small group discussion
5[Face-to-face] 1st preservice teachers’ mutual consulting (small group)
6[Face-to-face] 1st professor’s consulting (individual)
7· preparation of presentation (interim report)
[Video] inquiry theory
8[Face-to-face] presentation (mid)
9[Face-to-face] 2nd mutual consulting (small group)· inquiry execution
10[Video] inquiry and safety
11[Face-to-face] 2nd professor consulting (individual)
12[Video] how to make a report
13[Face-to-face] presentation (final)
14[Face-to-face] 3rd preservice teachers’ mutual consulting about reports (small group)
15· final test & making portfolios


이 강의의 최종 목표는 자유 탐구를 수행하는 것으로 예비교사들의 희망에 따라 개별 또는 모둠 탐구를 수행할 수 있도록 했다. 그 결과, 개별탐구를 수행한 예비 과학교사가 5명, 2인 모둠 탐구를 진행한 모둠이 6개, 3인 모둠 탐구를 진행한 모둠이 4개로 총 15개의 탐구가 진행되었다 (Table 2 참조). 예비 과학교사들은 스스로 탐구주제를 선정하고 탐구를 수행하여 최종보고서를 작성해야 했다. 예비 과학교사들의 탐구 활동에 필요한 실험도구와 준비물은 개별적으로 준비하여 실험실이나 가정에서 실험을 수행할 수 있도록 하였다.

Table 2 Research topics conducted by preservice science teachers.

Inquiry themeMembersInquiry themeMembers
Reconstruction of a physics experiment3Characteristics of cellulose insulation2
Characteristics of hand fan with variation of wings3Efficacy of natural stomatitis treatment2
Safety device using strobe phenomenon3Heat conduction and warmth of aluminum foil1
Measurement of antioxidative ability of various antioxidants using a spectrophotometer3Strength according to knotting and twisting methods of plant fibers1
Clean air effect of plants (→ Coffee-ring effect)2Splashing of salt under heated conditions1
Making natural oral cleaner (→ Resting effect when roasting meat)2Effects of pesticides on plant growth (→ Successful bottle flipping conditions)1
Airplane stability according to wing shape2Waterproof range of umbrellas1
Analysis of Meyer's response to meat2


예비 과학교사들은 2주차에 3개의 예비 주제를 대략 정하고, 그중 한 주제를 선택하여 탐구 계획서를 작성하였다. 이후 8주차에 예비 실험을 포함하여 중간 과정을 발표하였고, 13주차에 최종 발표를 한 후, 15주차에 최종보고서를 제출하였다. 이 과정에서 6주차와 11주차에 교수와 2차례의 공식적인 개별 컨설팅을 수행하였다.

예비 과학교사들이 수행하는 탐구의 수준을 높이고, 예비 과학교사들의 탐구 지도 역량을 신장시키기 위해 본 연구에서는 동료 지도 활동을 수행하였다. 총 3차례에 걸쳐 진행되었는데, 5주차에는 탐구 계획에 대한 동료 지도, 9주차에는 탐구 진행에 대한 동료 지도, 14주차에는 보고서 정교화를 위한 동료 지도를 수행하였다. 본 연구에서는 5주차에 시행한 탐구 계획에 대한 동료 지도 활동의 결과를 분석하였다.

2. 자료 수집 및 자료 분석

예비 과학교사들은 4주차가 끝난 후 자신이 선정한 탐구주제에 대한 탐구 계획서를 작성하여 제출했다. 탐구 계획서에는 주제발견 동기, 연구의 목적과 필요성, 관련 이론, 준비물, 탐구과정, 예상되는 결과 등의 항목으로 2-3장으로 간략히 작성하도록 했다. 이때 탐구가 여러 개의 실험으로 구성되는 경우에는 각 실험에 대해 가설, 변인, 절차 등을 상세히 기술하도록 했다. 15개의 탐구 주제(29명)를 5개씩으로 3개의 소그룹으로 나누었는데, 소그룹 간의 인원수가 비슷하도록 구성하였다.

예비 과학교사들은 자신이 포함된 소그룹에 속한 다른 모둠의 탐구 계획서 4개를 읽고, 탐구 계획에서 수정하거나 보완했으면 하는 내용을 ‘동료 지도 의견서’로 작성하여 5주차의 실시간 동료 지도 활동에 참여하였다. 순서대로 자신의 탐구 계획을 발표한 후, 다른 예비 과학교사들에 의해 동료 지도가 시행되었다. 사전에 작성한 ‘동료 지도 의견서’를 바탕으로 탐구 개선의견을 제시하였고, 발표자는 의견에 대해 간략히 답변하는 방법으로 활동을 진행하였다. 동료 지도 활동이 끝난 후, 각 예비 과학교사들은 자신의 탐구 계획에 대해 제시된 의견들을 모으고, 그 의견에 대해 어떻게 반영할 것인지를 논의하여 ‘동료 지도 반영 결과보고서’로 제출하였다. 본 연구에서는 예비 과학교사들이 작성한 ‘동료 지도 의견서’, ‘동료 지도 반영 결과보고서’와 동료 지도 활동의 녹화자료를 기초로 분석하였으며, 자료에서 확인하기 어려운 내용은 6주차에 진행된 개별 컨설팅에서 확인하였다.

예비 과학교사들이 제시한 탐구 계획에 대한 개선 의견은 과학적 탐구과정을 토대로 한 귀납적인 방법(analytic induction)을 활용하여 작성한 분석범주로 분석하였다[54]. 범주는 문제 인식, 가설설정 및 실험 설계, 실험 수행, 기타 등으로 구분되었는데, 문제 인식은 예비교사들이 제시한 탐구 주제의 적절성 여부, 실현 가능성 유무에 대한 의견으로 구분하였다. 가설 설정 및 실험 설계는 변인과 관련된 항목으로 조작 변인 추가/변경, 종속 변인 추가/변경, 통제 변인 및 환경 등으로 구분하였다. 그 밖에 다른 실험대상/재료의 제안, 다른 실험기기/장치의 사용, 실험 순서와 방법 변경, 실험 수 선택 등으로 구분하였다. 실험 수행은 측정/평가 기준 제시, 측정 방법 수정, 실험시 주의사항 등으로 구분하였다. 예비교사들이 제시한 의견의 수를 세어 범주별 비율을 구했는데, 예비교사들이 작성한 의견이 중복된 경우에는 합친 의견수를 별도로 분석하였다.

예비 과학교사들이 제시한 의견의 내용에 대한 분석 이외에 의견을 제시한 이유를 명시하였는지의 유무, 해결안을 제시하였는지의 유무를 분석하였다. 또한 ‘동료 지도 반영 결과보고서’를 통해 다른 예비교사의 의견에 대해 반영할 것인지, 혹은 반영하지 않을 것인지의 여부를 그렇게 결정한 이유와 함께 분석하였다.

1. 탐구설계에 대한 동료 지도에서 예비 과학교사가 제시한 의견

예비 과학교사들이 다른 예비교사 모둠의 탐구 계획서를 읽고 탐구에서 개선하면 좋겠다고 제시한 의견은 총 304개로 예비 과학교사 개인당 10.5개의 의견을 제시하였으며, 탐구당 20.3개의 의견이 제시되었다. 예비 과학교사들이 제시한 의견을 문제인식, 가설설정 및 실험설계, 실험수행 등의 범주로 분석한 결과를 Table 3에 제시하였다. 예비 과학교사들이 의견을 제시할 때 의견을 제시한 이유를 포함하여 제시한 경우와 잠정적인 해결방안까지 포함하여 제시한 경우를 추가로 나타내었다.

Table 3 Strategies used by preservice science teachers in peer instruction on inquiry plan.

StrategyNo. of opinionswith reasonwith solution
Problem recognitionappropriateness of inquiry16( 5.3%)29 (9.5%)73
feasibility of inquiry13( 4.3%)91
Hypothesis & designvariableadd or change independent variable76(25.0%)157 (51.6%)2959
add or change dependent variable3( 1.0%)02
control vairable and environment28( 9.2%)1113
suggest other subjects or materials12( 3.9%)78
suggest to use other instruments or devices22( 7.2%)922
change experimental order and method16( 5.3%)412
Investigationpresentation of measurement/evaluation criteria35(11.5%)96 (31.6%)923
modifying a measurement method15( 4.9%)712
precautins for experiments46(15.1%)1833
etc22( 7.2%)913


‘문제 인식’과 관련된 의견은 총 29개가 제시되었다. 15개의 탐구 중에서 8개의 탐구에 대해 의견이 제시되었는데, 3개의 탐구는 탐구가 진행되는 동안 탐구주제가 변경되었다. [식물의 공기청정효과]에 대해서는 6개의 의견이 제시되었고, [천연 구강세정제 만들기]에도 5개의 의견이 제시되었다. 이것은 동료 예비교사들의 의견이 탐구주제 변경에 영향을 미친 것으로 볼 수 있다. ‘문제 인식’과 관련된 의견을 ‘탐구의 적절성’에 대한 의견과 ‘탐구의 실현 가능성’에 대한 의견으로 구분하였는데 ‘탐구의 적절성’과 관련해서는 16개의 의견이 제시되었다. 그중 일부의 의견을 제시하면, [스트로보현상을 이용한 안전장치] 탐구에 대해 “선행연구와 어떤 차이점이 있는지에 대한 궁금증에서 비롯된 연구 주제이기 때문에 이미 나와 있는 것을 확인하는 식의 탐구가 아닐지에 대한 우려가 있다.”는 의견, [알루미늄 포일의 열전도와 보온성] 탐구에 대해 “이미 알고 있는 결과를 확인하는 탐구보다는 보온용기 제작 등 새로운 결과를 도출해 낼 수 있는 실험을 진행하는 것이 좋을 것 같다.”, “실험 결과는 미리 알고 있는 내용이기 때문에 탐구주제와 내용이 탐구하기에 적합하지 않아 보인다.”라는 의견이 있었다.

‘탐구의 실현 가능성’과 관련한 의견도 13개가 제시되었는데, [식물의 공기정화효과] 탐구에 대해서 “미세먼지의 상황을 어떻게 구성할 것인가가 의문이다. 가을, 겨울에는 봄에 비해 미세먼지가 많이 없는데 그 환경을 어떻게 구축할 것인지 궁금하다.”, “미세먼지 양이 적어 식물 간의 미세먼지 차이가 작아지면 유의미한 결과가 나오지 않을 수도 있을 것 같은데 이에 대한 해결책이 있었으면 좋겠다.”, “겨울에는 미세먼지가 거의 없는데 어떻게 만들 것인가?” 등이 대표적인 의견이었다. 이 의견은 4명의 예비교사가 비슷한 내용을 제시한 것으로 실험이 수행되는 시기에 미세먼지가 적기 때문에 연구자가 원하는 실험 조건을 만들 수 없을 것이라는 실험 수행의 문제점을 지적한 것이다. 이밖에 [천연 구강세정제 만들기] 탐구에 대해서는 “상피세포를 관찰해서 세정력을 비교한다는 부분에서 상피세포를 관찰해서 과연 제대로 비교할 수 있는지 의문이 든다. 세정력을 비교하기 위해선 구강 내에 세균이 얼마나 줄어들었는지를 알아야 하지만, 상피세포에 있는 세균을 제대로 관찰하기 힘들 것으로 예상한다.”와 같이 상피세포 관찰이 어려울 것이라 구강세정제의 세정력을 평가할 수 없기 때문에 실험 목적을 달성하기 어렵다는 의견을 제시했는데, 5명의 예비 과학교사들이 비슷한 내용의 의견을 제시하였다.

‘문제 인식’과 관련된 의견은 제시된 탐구가 적절한지에 대한 의견이었다. 즉, 탐구를 수행할 가치가 있는지, 탐구를 수행할 수 있는지의 여부를 고려하라는 것이었다. 탐구주제를 선정할 때에는 다른 연구자에 의해 이루어진 것인지의 여부, 연구자의 능력에 적합한 탐구주제인지의 여부, 실현 가능성, 도덕적․윤리적 문제 여부 등을 고려해야 하는데, 예비교사들은 이 관점을 이용한 의견을 제시하였다. ‘문제 인식’과 관련한 의견을 제시할 때 이유를 함께 제시한 것은 총 16개(55.2%)였고, 해결방안까지 포함한 의견은 4개(13.8%)였다.

‘가설 설정과 실험 설계’와 관련된 의견은 전체 의견의 51.6%인 157개의 의견이 제시되어 가장 많은 의견이 제시되었다. 이 중에서 변인과 관련된 의견이 107개(35.2%)였고, 특히 ‘조작 변인을 추가 또는 변경’할 것을 제안하는 의견이 76개(25.0%), ‘종속 변인을 추가 또는 변경’할 것을 제안하는 의견은 3개(1.0%), ‘통제 변인(환경)’에 대한 의견이 28개(9.2%)였다.

‘조작 변인을 추가 또는 변경’하라는 의견은 15개 탐구 중 11개의 탐구에 대해 제시되었고, ‘통제 변인(환경)’에 대한 의견은 10개의 탐구에 대해 제시되었다. 예비교사들이 제시한 변인 관련 의견의 일부를 탐구주제별로 정리하여 Table 4에 제시하였다. 조작 변인과 관련된 의견에는 실험에 사용되는 재료를 다른 재료로 바꾸어 실험하는 것을 제안하는 의견이 많았다. 조작 변인 관련 의견 76개 중에 27개가 이에 해당하는데, ‘고기의 마이야르 반응 분석’ 탐구에서 고기의 종류, ‘날개 모양에 따른 비행기 안정성’ 탐구에서 날개의 재료, ‘식물섬유의 매듭 및 꼬는 방법에 따른 강도’ 탐구에서 동물성섬유의 사용을 제안한 것이 그 예이다.

Table 4 Examples of variable-related opinions.

Inquiry themeExample of an opinion on a independent variableExample of an opinion on a control variable/environment
Analysis of Meyer's response to meatIt is necessary to consider the possibility that the pattern of Meyer’s reaction may vary depending on the type of meat (freezing presence / area / thickness of fat layer).Because fat can change the results of the experiment, it is recommended to use parts of meat that have little fat.
Airplane stability according to wing shapeIt is also good to conduct an inquiry that compares stability according to the material of the wing.You need a control variable to equalize the weight.
Splashing of salt under heated conditionsIf you can afford it, it's good to test the difference depending on the type of salt.When comparing the moisture content of salt, it is not necessary to heat different kinds of salt simultaneously in the same frying pan, so it is necessary to accurately measure the temperature of the frying pan and set it as a controlling variable.
Characteristics of hand fan with variation of wings-It is important to control these variables because wind speed and range are affected by the wind around them.
Safety device using strobe phenomenonIt is also good to conduct experiments by adding various variables at the construction site as well as light.-
Strength according to knotting and twisting methods of plant fibersIf the traditional method of twisting rice straw varies from region to region or time, it is also necessary to experiment with the traditional method of twisting.-
Clean air effect of plants-In an environment with constant temperature, humidity, and solar radiation, this experiment requires artificial environment creation.
Effects of pesticides on plant growthIf you adjust the concentration of pests to grow plants, you can see the impact of pests.-
Waterproof range of umbrellasWhy don't you also look into the results of the change in the number of umbrellas?In order to control the difference in water pressure, it is necessary to keep the height of the water constant and control the timing of the water discharge.
Heat conduction and thermal resistance of aluminum foilA comparison of foil thickness differences is also recommended for the experiment.It is also good to put aluminum foil in a glass can to control the variable and compare thermal conductivity.
Making natural oral cleaner-It is recommended to make the controlling variables such as the number of times and direction of mouth rinsing more accurately.
Characteristics of cellulose insulation-When applying heat, it would be better to find a way to keep the heat constant.


일반적으로 탐구의 과정은 「문제 인식 → 가설 설정 → 변인 통제 → 자료 해석 → 결론 도출 → 일반화」 등의 순서로 진행된다. 이 중에서 가설 설정과 변인 통제까지가 탐구의 설계에 해당된다. 가설이란 어떤 현상이 왜 일어났는지에 대한 임시적인 설명으로, 변인들 사이의 관계를 검증이 가능한 형태로 진술한 탐구 문제에 대한 잠정적인 설명이다. 따라서 가장 전형적인 형태의 가설은 “조작 변인의 값이 증가하면, 종속 변인의 값이 증가/감소한다.”이다. 따라서 조작 변인이 변하게 되면 가설이 바뀌고 결국 다른 탐구가 설계되는 것이다. 예를 들어 [날개 모양에 따른 비행기 안정성] 탐구에서는 여러 모양의 날개(직선익, 타원익, 델타익)를 만들고 날개의 위치(고익, 중익, 저익)와 크기를 다르게 한 비행기를 만들어 간이 풍동장치 속에서 가장 안정성이 높은 비행기의 조건을 찾는 연구를 계획하였다. 이 탐구에서는 우드락을 이용하여 비행기를 제작하는 것을 계획했는데, 우드락 이외의 다른 재료들을 사용하여 각 재료의 밀도나 강도에 의해 나타나는 변화를 탐구할 것을 제안하였다. 조작 변인이 바뀌게 되면 [날개 모양에 따른 비행기 안정성]이 [날개 모양과 재료에 따른 비행기 안정성]으로 주제가 바뀌게 될 수 있기 때문에 조작 변인의 변경은 탐구에서 큰 변화로 나타나게 된다. 예비교사들의 선행연구 변경을 통한 탐구주제 발견 활동에서도 조작 변인을 변경하는 의견을 많이 사용했는데[53], 동료 지도에서도 조작 변인 변경 의견을 많이 제시한 것을 볼 수 있다.

통제 변인은 실험을 수행할 때 일정하게 유지시키는 잠재적인 변인을 뜻한다. 실험을 수행할 때 값이나 조건을 바꾸는 조작 변인을 제외한 다른 모든 요인을 일정하게 유지하는 것이 통제 변인을 관리하는 것이다. 일반적으로 학생들은 통제 변인에 대해 잘 인지하고 있는데[55], 예비 과학교사들도 대부분 조작 변인 이외의 다른 변인들을 일정하게 유지하려고 설계했다. 그런데 겉으로 드러나지 않는 조건에 의해서 변인이 영향을 받는 경우에 대해서 인지하지 못하는 경우가 발생하곤 했고, 예비 과학교사들이 이런 경우에 대해 의견을 제시한 사례가 많았다. 예로 [고기의 마이야르 반응] 탐구에서는 조작 변인을 고기 굽는 온도, 가열 방식 등으로 설정하고, 고기의 크기를 통제 변인으로 설정하는 실험을 설계하였다. 예비 과학교사들은 고기의 성분(예: 지방비율)이 고기마다 다르기 때문에 일정한 성분비를 갖도록 하기 위해서 지방 성분이 거의 없는 부위를 사용하여 실험하는 것을 제안하였다. 또한, 실험을 설계할 때에는 통제 변인의 값이 바뀌지 않도록 주위 환경을 일정하게 유지하는 의견도 많이 제시되었다.

‘실험 설계’와 관련된 의견 중 ‘다른 실험대상/재료 제안’은 실험에서 사용하는 재료를 다른 것으로 대체하는 것을 제안하는 것으로 12개의 의견이 제시되었다. 몇 가지 예를 제시하면, [우산의 방수범위 탐구]에서 “신장에 알맞은 우산의 너비를 탐구하는 것이기 때문에 의견이 나왔던 휴지심이나 나무젓가락에 휴지심, 종이 대신 천을 둘러 실험하는 것도 좋을 것 같다.”, [알루미늄 포일의 열전도와 보온성] 탐구에서 “물은 비열이 높아서 차이가 많이 나지 않을 것 같아서 비열이 좀 낮은 재료를 따로 구해야 될 것 같다.” 등이 있다. 이 중 비열이 낮은 재료로 실험을 바꾸어 진행하라는 의견은 4명의 예비교사가 제시하였다. 조작 변인 변경 중에서도 재료를 변경하는 방법을 제안한 경우가 27개나 되었는데, ‘다른 실험대상/재료 제안’과 합하면 모두 39개의 의견이 ‘재료’와 관련된 의견이었다. 어떤 실험 재료를 사용할 것인지는 실험 설계에서 쉽게 확인할 수 있는 내용이기 때문에 의견을 제시하기 쉬웠을 것이다. 재료를 변경하는 것은 예비교사들의 선행연구 변경을 통한 탐구 주제 발견 활동에서도 많이 사용된 의견이었다[53].

‘다른 실험기기/장치의 사용’ 의견은 모두 22개가 제시되어 비교적 많은 예비교사들이 동료 지도에서 제시하였다. 여러 예비교사들이 동일한 내용의 의견을 제시하였는데, 예로 ‘우산의 방수 범위 탐구’에서는 ‘판에 구멍을 뚫고 물을 흘려주거나, 해바라기 샤워기 꼭지 같은 모양을 만들어 비를 만들면 좋겠다.’와 같이 샤워기나 물뿌리개와 같은 기기를 사용하여 균일하게 비가 내리는 환경을 조성하라는 의견을 6명의 예비교사가 제시하였고, ‘천연 구강세정제 만들기’ 탐구에서는 ‘구강세정제의 세정력을 비교하는 것도 좋지만 우리가 실제로 구강세정제를 사용할 때 향을 내려고 사용하기 때문에 냄새를 측정하는 기계를 이용해서 탐구하는 것이 좋을 것 같다.’와 같이 입냄새 측정기 사용을 제안하는 의견을 5명의 예비교사가 제안하였다.

실험 방법을 수정하거나 실험 순서를 변경하는 것을 제안하는 의견은 16개였는데, 예로는 [천연재료의 항산화능 측정] 탐구에서 “실험을 보니 실험 2가 가장 먼저 실행되어야 할 것 같다. 그래야 과육인지 껍질인지 시료를 골라서 실험 1, 3을 이용할 수 있을 것 같기 때문이다.”, [알루미늄 포일의 열전도와 보온성] 탐구에서 “가열 방식을 오븐이 아닌 중탕의 방식을 사용하면 더 안전하고 쉽게 실험할 수 있을 것 같다.” 등이 있었다.

예비 과학교사들이 ‘가설 설정 및 실험 설계’와 관련된 의견을 제시할 때에는 전체 157개 중에서 60개(38.2%)만이 의견을 제시한 이유를 포함하여 제시하였고, 해결방안까지 포함한 의견은 116개로 전체의 73.9%에 해당될만큼 높은 비율이었다.

‘실험 수행’과 관련된 의견은 총 96개로 전체 의견의 31.6%였다. 이 중에서 ‘측정/평가의 기준 제시’와 관련된 의견이 35개로 비교적 많았는데, 15개 탐구 중에서 12개 탐구에 대해 의견이 제시되었다. 대표적인 몇 가지 예를 제시하면 다음과 같다.

  • [물리학 실험의 재구성] : 기존실험보다 오차가 적다는 결론을 도출하기 위해서는 기준이 될 수 있는 기존실험의 결과가 필요하다. (3명)

  • [고기의 마이야르 반응 분석] : 대조군과 색상을 비교해본다고 했는데, 마이야르 반응이 잘 진행된 기준 색상을 정해야 한다. (2명)

  • [날개 모양에 따른 비행기 안정성] : ‘날개의 안정성’이라는 것이 튼튼함을 뜻하는지, 외부조건에 잘 견딤을 뜻하는지 기준이 모호하기 때문에 날개 모양에 따라 얼마나 높이 나는지 등 기준 척도를 정확히 세워야 한다.

예비교사들이 설계한 탐구 중에는 효과를 극대화할 수 있는 최적화된 조건을 찾는 실험이 많았다. 예를 들어, [날개 모양에 따른 비행기 안정성] 탐구에서는 가장 안정적인 비행의 조건을 찾는 것이고, [날개의 변화에 따른 손선풍기 특성] 탐구에서도 소음이 적고, 풍속이 크며, 작동 범위가 넓게 만드는 조건을 찾는 것이며, [천연재료의 항산화능 측정] 탐구는 항산화능이 좋은 천연재료의 조건을 찾는 것이다.

측정방법을 수정할 것을 제안한 의견은 모두 15개였다. [가열상태에서 소금의 튐현상] 탐구에 대해서는 “소금이 튀는 것을 촬영할 때 앞에서만 촬영하게 되면 튀었던 소금이 다시 튀는 것을 계산하게 되는 오류가 발생할 수 있다. 따라서 소금이 튀는 것을 위에서도 촬영하면 더 도움이 될 것이다.”의 의견과 같이 측정방법을 추가할 것을 3명의 예비교사가 제안하였고, [우산의 방수범위 탐구]에서는 “빗물의 경우, 일반 물을 사용하면 물이 튀긴 범위를 명확하게 알 수 없으므로 색소를 탄 액체를 사용하여 명확하게 물이 튀긴 범위를 알 수 있게 하면 좋을 것 같다.”의 의견과 같이 결과가 잘 보여서 측정하기 쉬운 상태로 만들기 위한 방법을 제안한 의견을 5명의 예비교사가 제안하였다.

‘실험 수행시 주의사항’을 제시한 의견은 46개로 ‘조작 변인 추가/변경’ 다음으로 가장 많았다. [날개의 변화에 따른 손선풍기 특성] 탐구에 대한 “축과의 각도차를 정확하게 만들 수 있었으면 …”, [해충약의 식물생장영향] 탐구에 대한 “해충약이기 때문에 식물의 잎이나 줄기에 직접 뿌려서 …”, [천연 구내염치료제의 효능에 관한 연구] 탐구에 대한 “미생물 배양할 때 꿀에 곰팡이 생기지 않게 …” 등의 의견과 같이 실험을 수행할 때 발생할 수 있는 문제점을 사전에 확인할 것을 제안하는 의견이 제시되었다. 주의사항을 제시할 때에 단순히 문제점만 나타낸 것이 아니라 그 문제점을 해결하는 방안까지 제시하는 경우가 많았는데, 전체 46개 의견 중 33개(71.7%)가 이에 해당되었다.

이밖에 기타로 분류한 의견은 총 22개였는데, [천연 구내염치료제의 효능] 탐구에 대해 “실험 자체가 복잡하기 때문에 변인 수를 조금 줄여 보는 것은 어떨까요?”와 같이 실험의 수를 줄이는 것을 제안한 의견이 9개였고, [물리학 실험의 재구성] 탐구에 대해 “이론적으로 도출한 값에 대해 고전적 실험의 오차율과 재구성한 실험의 오차율을 구하면 좋을 것 같다. 물리 실험은 오차 발생이 크기 때문에 오차의 원인을 분석해보아야 한다.”와 같이 오차에 대한 의견이 5개였다.

2. 동료 지도 의견의 반영 유무

예비 과학교사들은 동료 지도 활동에서 다른 예비 과학교사들이 제시한 의견을 반영할 것인지를 결정하고 이를 바탕으로 수정 연구계획서를 작성하였다. 본 연구에서는 예비 과학교사들이 다른 동료 의견의 반영 여부를 범주별로 분석하여 그 결과를 Table 5에 제시하였다. 예비 과학교사들이 제시한 의견 중에서 같은 내용의 의견은 하나로 간주하였다. 또한 15개의 탐구 중에서 1개의 탐구(해충약의 식물생장영향)는 1차 동료 지도 활동 이후에 다른 주제로 변경되었고 동료 지도 의견에 대해 응답을 하지 않았기 때문에 반영 여부 분석에서는 제외하였다.

Table 5 Degree of reflection on the opinions of fellow preservice science teachers.

StrategyNo. of opinionsResponceNon-responce
acceptunaccept
Problem recognitionappropriateness of inquiry8( 6.3%)12 (9.4%)242
feasibility of inquiry4( 3.1%)211
Hypothesis & designvariableadd or change independent variable27(21.1%)67 (52.3%)8712
add or change dependent variable3( 2.3%)012
control vairable and environment15(11.7%)645
suggest other subjects or materials7( 5.5%)124
suggest to use other instruments or devices9( 7.0%)621
change experimental order and method6( 4.7%)123
Investigationpresentation of measurement/evaluation criteria16(12.5%)38 (29.7%)835
modifying a measurement method5( 3.9%)410
precautins for experiments17( 3.3%)746
etc11( 8.6%)317


14개의 탐구에 대해 동료 지도에서 제시된 의견수는 총 282개였는데, 이 중에서 동일한 내용의 의견이 많이 제시되어 128개의 내용이 제시되었다. 예비교사들이 반영 여부를 나타낸 의견은 총 80개로 전체의 62.5%였고, 이 중에서 의견을 받아들여서 수정 탐구 계획서에 반영한 것은 48개(전체 의견의 37.5%, 응답한 의견의 60.0%)였다. 의견이 5개 이상인 범주 중에서 상대적으로 반영비율이 높은 범주를 살펴보면, ‘다른 실험기기/장치 사용’에 대한 의견(9개)에 대해 66.7%(6개)의 의견이 반영되었고, ‘측정/평가의 기준 제시’에 대한 의견(16개)에 대해 50.0%(8개)의 의견이 반영되었으며, ‘측정 방법 수정’에 대한 의견(5개) 중 80.0%(4개)의 의견이 반영되었다.

‘실험 수행’ 영역 중 ‘측정/평가의 기준 제시’ 범주에서는 [날개의 변화에 따른 손선풍기 특성] 탐구에서 손 선풍기의 성능을 비교하는 방안이 필요하다는 의견에 대해 손 선풍기의 최대 세기를 기준으로 등급을 만드는 방식으로 평가하는 계획으로 수정 제시하였고, [알루미늄 호일의 열전도와 보온성] 탐구에서 알루미늄 호일 이외의 다른 보온재와 비교하는 실험을 추가하라는 의견에 대해 종이 호일이나 비닐랩과 같이 음식 포장에 주로 쓰이는 재료를 이용한 실험을 수정 계획에 포함하였다.

‘측정방법 수정’ 범주에 대해서는 [가열상태에서 소금의 튐현상] 탐구에서 여러 방향에서 촬영하는 것이 좋겠다는 의견, [가열상태에서 소금의 튐현상] 탐구에서 물이 튀긴 범위를 알기 쉽게 물에 색소를 타서 실험하라는 의견이 그대로 수정 계획에 반영되었다. ‘실험 시 주의사항’ 범주에서는 [물리학 실험의 재구성] 탐구에서 sinθθ로 근사하기 위해서 진폭을 작게 유지하라는 의견을 그대로 반영한다고 하였고, [천연 구내염치료제의 효능] 탐구에서 미생물 배양시 꿀에 곰팡이가 생기지 않게 주의하라는 의견에 클린벤치에서 멸균시킨 상태로 실험을 수행하는 수정 계획을 제시하였다. 이와 같이 ‘실험 수행’ 단계에 제시된 의견의 반영비율이 높았는데, 그 이유는 아직 실험을 수행하지 않은 계획 단계 상태에서 제시된 의견을 쉽게 반영할 수 있기 때문일 것이다.

반면, 반영비율이 낮은 범주를 살펴보면, ‘탐구의 적절성’에 대해서는 8개의 의견 중에 2개(25.0%)만 반영되었고, ‘다른 실험 대상/재료 제안’에 대해서는 7개의 의견 중 1개(14.3%), ‘실험 순서와 방법 변경’에 대해서는 6개의 의견 중 1개(16.7%)만 반영되었다. ‘탐구의 적절성’은 계획한 탐구가 문제가 있다는 의견이기 때문에 다른 주제로 변경하지 않는 이상 받아들이기가 쉽지 않은 의견이다. 따라서 예비교사들은 반영하지 않겠다는 의견을 많이 제시하였으며, ‘조정이 필요하겠으나 예비 실험을 통해 판단을 할 필요가 있음’과 같은 답변으로 일부 수용 의견을 제시하기도 했다.

재료를 다른 것으로 바꾸는 의견에 대해서도 낮은 반영의사를 밝혔는데, 재료가 바뀌면 탐구 자체가 바뀌기 때문에 큰 변화가 나타나기 때문이다. ‘조작 변인 추가/변경’ 의견에서도 다른 재료를 사용하는 조작변인 관련 의견이 27개가 있었는데, 중복된 의견을 제외한 7개의 의견 중에서 단 1개만 반영되었고, 3개는 반영하지 않겠다고 응답하였다(무응답 3개).

특이한 것은 ‘다른 실험기기/장치 사용’ 범주에 대한 의견의 반영비율이 높다는 점이다. 자유 탐구는 주제 선택의 폭이 자유롭기 때문에 재료나 실험 장치의 사용 여부가 주제 선정에 중요한 역할을 한다. 사용할 수 있는 가용 범위 내의 실험 기기나 장치를 이용하여 실험을 설계하였는데, 다른 실험기기를 제안하게 되면 실험 장치를 준비하는 데의 어려움 때문에 의견을 반영하기가 쉽지 않다. 그런데 본 연구에서 9개 중 6개가 반영된 것은 예비교사들이 제시한 의견 자체가 반영할 수 있는 수준으로 제시되었기 때문이다. 예로 [우산의 방수범위 탐구]에서는 물을 분무하는 방법으로 샤워기 꼭지나 분무기 등의 사용을 제안하였고, [가열상태에서 소금의 튐현상] 탐구에서는 소금의 수분을 측정하는 방법으로 저렴한 수분 측정기 사용을 제안하였으며, [천연재료의 항산화능 측정] 탐구에서는 분광 광도계를 사용하기 어려울 경우에 손쉽게 구할 수 있는 pH 측정기 사용을 제안하였다. [천연 구강세정제 만들기] 탐구에 대해서는 입냄새 측정기 사용을 제안하면서 구하는 방법과 가격까지 알려주었다. 이처럼 다른 예비교사 탐구에 대해 실제로 적용 가능한 방안을 포함하여 제시하였기 때문에 반영될 수 있었다.

예비교사들은 제시된 의견을 반영하지 않을 경우에는 그렇게 생각한 이유를 포함하여 응답하였다. [셀룰로스 단열재 특성] 탐구에 대해 순수한 셀룰로스 단열재를 만들라는 의견에 “순수한 셀룰로스 단열재를 만드는 과정을 찾아보았는데 그것을 사용하여 실험을 진행하기에는 능력의 부족과 기구의 부족으로 인하여 만들지 못하고 …”와 같이 답변한 것처럼 탐구 수행에 너무 많은 시간이 걸린다거나 능력과 여건이 부족하여 반영하지 않겠다는 다소 소극적인 응답도 있었다. 그렇지만 대부분은 제시된 의견에 반론을 제시하면서 반영하지 않는 이유를 논리적으로 응답하였다. 예로 [고기의 마이야르 반응 분석] 탐구에 대해 제시된 의견 2개를 미반영한 이유를 포함한 응답을 다음에 제시하였다.

  • 결과물 측정에서 갈색화 반응의 면적과 두께를 설정한 것은, 측정 방식의 편리함 때문이었다. 마이야르 반응이 일어난 부분을 용액으로 만들어서 측정하는 방식은 결국은 비어의 법칙을 이용한 흡광도 추정 방식인데, 스테이크 겉면을 용액으로 만드는 과정에서 물질의 손실이 일어날 것으로 생각한다. 또한, 흡광도 측정을 위해서는 고가의 실험 장비를 구비해야 하는 어려움이 있어서 반영하지 않았다.

    - “육류를 굽고 물에 넣은 후에 물의 농도를 통해 구해본다.”는 의견에 대한 응답

  • 당이 반응물로 작용하는 것은 맞으나, 스테이크를 구울 때 마이야르 반응의 비교적 중요한 요소는 단백질의 분해이다. 또한, 당에 열을 가하면 마이야르 반응과 다른 ‘캬라멜라이징 반응’이 일어날 가능성이 있기에, 실험 결과에 혼동을 주지 않기 위해 반영하지 않았다.

    - “당을 첨가하면서 실험을 진행하는 것은 어떨까?”는 의견에 대한 응답

본 연구에서는 예비교사들의 탐구수행 능력 및 탐구지도능력 향상을 위해 개발된 일련의 프로그램 중에서 동료 지도를 통해 탐구 계획을 수정하는 활동을 분석하였다. 29명의 예비 과학교사가 참여하였으며, 15개의 모둠 탐구에 대해 제시한 개선 제안 의견 304개와 반영 여부를 제시한 응답을 분석하였다. 연구 결과를 바탕으로 예비 과학교사들이 개선 의견의 특징을 예비 과학교사 교육 및 중등학생의 탐구지도와 연계하여 논의하였다.

첫째, 예비 과학교사들이 동료 지도에서 사용한 의견은 ‘가설 설정 및 실험 설계’ 단계와 관련된 의견이 전체의 54.6%로 가장 많았고, 그중에서 변인과 관련된 의견이 35.2%로 많이 제시되었다. 탐구에서 연구 문제는 변인간의 관계로 표현되는 경우가 많기 때문에 변인 설정은 탐구설계에서 가장 중요한 역할을 한다. 따라서 변인이 수정되면 탐구 주제 자체가 변경될 정도로 큰 영향을 미치기 때문에 변인을 잘 설정하는 것은 매우 중요하다. 예비 과학교사들은 선행연구 변경 활동에서도 조작 변인을 변경하거나 추가하는 방식을 많이 사용하였는데[53], 본 연구의 동료 지도에서도 이와 관련된 의견을 많이 제시하였다. 또한 실험을 수행할 때, 주위 환경이나 통제 변인을 제어하는 내용도 많이 제시되었다.

연구 결과를 고려했을 때, 예비 과학교사들의 탐구 지도 역량을 신장시키기 위해서는 변인과 관련된 교육이 도움이 될 수 있다. 예를 들어 예비 과학교사들의 동료 지도 사례에서 얻어진 탐구 계획과 동료 지도 의견을 제시하고 그 내용의 타당성을 논의하는 활동을 수행할 수 있다. 그런데 탐구 계획에 대한 동료 지도 활동을 중고등학생에 적용할 때에는 학생들의 수준을 고려한 교사의 안내가 추가로 필요하다. 변인 통제는 고차원적 사고 능력이 필요하기 때문에 중학생 수준에서는 변인을 잘 구별하지 못하여[56], 학생 수준에서 다양한 변인 관련 의견을 제시하기 어려울 수 있기 때문이다.

둘째, 예비 과학교사들의 동료 지도에서 사용한 의견으로 ‘다른 것을 제시하는’ 유형이 많이 발견되었다. 다른 실험대상이나 재료를 제안한 것과 다른 실험 기기나 장치의 사용을 제안한 의견이 전체의 11.1%에 해당되었다. 다른 대상에의 적용과 실험 장치의 변경 제안은 예비 과학교사의 선행연구 변경 활동에서도 많이 제시된 것이었는데[53], 변인 변경에서도 재료와 관련된 의견이 다수 포함된 것을 함께 고려하면 20.1%에 달할 정도였다. 다른 장치의 사용을 제안하는 의견에는 냄새측정기, ph측정기, 수분측정기 등과 같이 실험의 결과를 측정하는 방법과 관련된 의견이 많았는데, 최근 다양한 측정기기들이 소량화되어 저가로 보급되고 있어 연구자가 미처 인식하지 못할 때에 큰 도움이 될 수 있었다. 고등학생의 자유 탐구에서 문제발견전략으로 ‘주제어 선정’을 많이 사용하곤 한다. 여기서 ‘주제어’란 탐구 대상인 경우가 많은데, 학생들이 하나의 탐구 대상을 정하고 그 속에서 탐구 문제를 발견하게 된다. 간혹 정해진 탐구 대상에 몰입하여 탐구가 진행되는 과정에서 어려움이 나타날 수 있는데, 탐구 대상을 다른 것으로 변경하는 것은 쉽게 탐구가 수행되거나 의미있는 탐구 결과가 얻어질 수 있는 가능성이 있어 탐구 지도에 활용할만한 방안이 될 수 있다.

셋째, 예비 과학교사들은 ‘다른 실험기기/장치 사용’, ‘측정/평가의 기준 제시’, ‘측정 방법 수정’ 등의 의견은 잘 반영하였으며, ‘탐구의 적절성’, ‘다른 실험 대상/재료 제안’, ‘실험 순서와 방법 변경’ 등의 의견은 반영비율이 낮았다. 비교적 간단한 의견에 대해서는 반영비율이 높았고, 탐구 자체에 문제점을 제기하거나 실험대상을 바꾸는 큰 변화에는 반영하지 않겠다는 의견이 많았다. 그렇지만 무조건 반영하지 않겠다고 답변한 것이 아니라 논리적인 이유를 제시하며 미반영의 근거를 제시하곤 했다.

예비 과학교사들은 탐구 계획에 제시되지 않은 여러 실험 기기를 제안하는 의견을 통해서 다른 모둠 탐구 개선에 적극적으로 참여하는 긍정적인 모습을 보였다. 이것은 동료 지도 활동을 통해 참여자들이 상호 경쟁이 아닌 상호 협력의 모습을 보인 것으로 과학적 의사소통의 긍정적인 면을 확인할 수 있었다. 예비 과학교사들이 행하는 동료 지도의 과정은 과학자들의 과학적 의사소통과 유사한 측면이 있다[44]. 과학자들은 연구 결과를 논문의 형태로 발표를 하고, 저널에 등재되기까지 심사자와 의견을 교환하는 과학적 의사소통의 과정을 거치게 된다. 이러한 비판적 의사소통은 과학자들이 과학적 지식을 형성하는 데 있어서 필수적이며[57], 예비 과학교사는 물론 중등학생들도 탐구 과정에서 동료 지도 형태의 의사소통 과정에서 새로운 문제해결의 실마리를 얻을 수 있어 매우 의미 있는 활동이 될 수 있다.

예비 과학교사들이 제시한 304개의 개선의견 중에는 그 의견(주장)을 제시한 이유를 포함한 의견이 119개(39.1%)였다. 어떤 주장을 할 때는 그 주장의 근거가 되는 데이터나 증거가 필요하고, 이 데이터와 주장을 연결하는 고리인 논거(Warrant)가 제시되어야 올바른 논증이 가능하다[58]. 본 연구에서 진행한 활동에는 예비교사들이 제시한 개선의견을 바탕으로 토론하는 과정이 포함되지는 않았지만, 다른 예비교사가 제시한 의견을 받아들일지를 결정하는 데 있어 적절한 논거와 이유를 제시하는 것은 탐구 개선을 위해 매우 중요하다. 동료지도 활동을 위해서 예비 과학교사(또는 학생)에게 올바른 논증 방법을 학습하도록 할 필요가 있으며, 이와 관련된 후속연구도 필요하다. 또한 동료 예비교사들이 제시한 내용에 대해서 37.5%(128개 중 48개)만이 반영되었다. 본 연구에서는 반영비율이 높고 낮은 범주에 대해서만 분석이 이루어졌는데, 의견에 대한 반영 여부를 결정하는 과정이나 이유 등에 대한 분석 연구가 후속으로 진행될 필요가 있다.

본 연구에서 예비 과학교사들이 참여한 동료 지도 활동은 예비 과학교사의 탐구지도 능력을 신장시키는 것을 목적으로 개발되었다. 그런데 본 연구에서는 예비 과학교사들의 탐구지도 역량이 어느 정도 신장되었는지 분석되지는 못했다. 활동에 참여한 대부분의 예비 과학교사들은 본 활동이 훗날 교사가 되어 탐구를 지도하는 데 많은 도움이 될 것이라고 응답하기는 했지만, 구체적인 증거를 통해 연구될 필요가 있다. 이를 위해서는 탐구지도역량이 무엇인지, 탐구지도역량을 구성하는 요소가 무엇인지에 대한 체계적인 연구가 필요하며, 이를 바탕으로 탐구지도역량을 측정할 수 있는 검사도구의 개발도 진행될 필요가 있다.

또한 예비 과학교사간의 동료 지도가 교수의 지도만큼의 교육적 효과를 창출하기 위해서는 동료 지도의 신뢰도와 타당도를 높일 필요가 있다. 예비교사들에게 동료 지도 또는 평가에 관한 준거 설정, 적용 방법, 적절한 피드백을 주는 방법에 대한 훈련이 필요하다는 많은 학자들의 지적이 있었는데[59-61], 차후에 예비교사들의 동료 지도의 질적 수준을 높일 수 있는 방안에 대한 연구도 진행될 필요가 있다.

예비 과학교사들이 예비 교사 교육과정에서 경험하고 인식한 바는 훗날 교사가 되었을 때의 모습에 큰 영향을 미친다[26, 62, 63]. 이 때문에 예비 과학교사 양성과정에서 다양한 탐구 수업의 경험을 갖도록 권장하고 있지만, 자유 탐구를 지도하는 경험을 제공하는 강의는 많지 않다. 최근 과학교사 양성과정에 변화가 준비되고 있고, 중고등학교 탐구 활동을 대학교에서 지도하는 방안도 모색되고 있다. 자유 탐구나 과학 과제연구, R&E(Research & Education) 등 다양한 중등학생의 과학 연구 활동을 지도하는 방법이 예비 과학교사 양성과정에서 교육되기를 바라며, 본 연구의 결과가 긍정적인 영향을 미치기를 기대한다.

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