과학영재의 R&E 문제 구성과 과학 실천에 대한 연구 = Study on problem construction and science practice in R&E program for science-gifted students

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 과학영재 고등학생의 R&E 활동에서 탐구 문제가 구성되는 과정을 과학 실천의 관점에서 심층적으로 이해하기 위하여 이루어졌다. R&E는 프로젝트형 과학탐구로서 특수목적고등학교의 영재 학생 위주로 시작되어 일반고의 학생에게 적용 범위를 넓히고 있으며, 학생주도 과학탐구로서 이공계 진학을 희망하는 학생들에게 과학자적 탐구의 경험을 제공한다. 비구조화된 탐구 상황에서 과학영재 학생들이 수행하는 물리 분야 R&E에서 학생들이 제출한 계획서와 보고서, 연구 노트를 분석한 자료를 바탕으로 연구 참여자와 심층 면담을 수행하여 문제가 구성되는 과정을 세밀하게 살펴보았다. 학생들이 보여준 문제 구성은 전통적 과학탐구 모델로 설명할 수 없으며, 학생들의 탐구 문제 구성 과정은 ‘문제 인식’ 등의 일반화된 기능의 순차적 단계 수행으로 이루어지지 않는다. 학생들이 구성한 탐구 문제에 따라 탐구가 진전되는 과정에서 차이를 발견하였고, 문제가 구성되는 경로가 탐구 문제와 학생의 특성에 따라 다른 특징을 보여 과학 실천적 분석이 필요함을 확인하였다. 학생들의 탐구 문제가 변화하는 과정에서 반복적으로 나타나는 상황을 구분하여 관찰 결과를 포괄하는 경험적 요소, 실험의 방법과 도구, 장치를 포괄하는 방법적 요소, 학생의 개념과 지식 체계를 포괄하는 지식적 요소로 범주화하였다.문제 구성의 단계를 세 가지 요소로 분석하여 단계가 변화하는 구체적 맥락과 관련된 학생 지식의 변화를 생생하게 살펴보았다. 문제 구성 과정에서는 빈번한 시행착오가 발견되었고 이를 해결하기 위한 시도로서 실험 설계, 수행 과정과 선행 연구와 관련 이론을 찾아 학습하는 과정, 실험의 결과를 재확인하는 과정이 여러 차례 발생하였으며, 각 단계는 회귀적이고 반복적인 모습을 보였다. 이러한 반복적 회귀는 탐구 문제와 관련된 과학적 지식, 학생들의 탐구에 대한 특성이 복합적으로 작용하여 문제가 구성되는 과정은 모둠별로 다른 특징을 보였다. 문제 구성 과정에서 각 요소는 상호작용하여 구조화된 탐구 문제를 구성하며, 학생들은 각 요소가 서로에게 영향을 주는 맥락과 지식 안에서 전체 탐구의 목표에 맞게 탐구의 방향을 수정하고, 과학적 비평을 고려하여 실험을 다시 설계하여 수행하였다. 학생들의 문제 구성을 세 가지 요소의 상호작용으로 면밀히 분석하여, 학생들이 수행하는 문제 구성의 과학 실천적 의미를 살펴보았다. 연구에 참여한 학생들은 과학영재 고등학생의 R&E 문제 구성을 통해 과학적 지식의 구성자이자 비평가의 역할을 경험한다. 학생이 주도하여 과학 탐구 문제를 구성하는 모습을 살펴본 본 연구의 결과가 다양한 학생 중심 과학탐구 프로그램 운영에 기초를 제공할 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 1
• 2. 연구 문제 4
• 3. 용어의 정의 5
• 4. 연구의 제한점 6
• Ⅱ. 이론적 배경 7
• 1. 문제와 문제 구성 7
• 가. 문제 7
• 나. 문제 발견 10
• 다. 문제 구성 15
• 2. 탐구로서의 과학 19
• 가. 과학교육에서의 과학탐구 19
• 나. 과학자들의 참탐구 26
• 다. 과학 실천 37
• Ⅲ. 연구 방법 43
• 1. 연구 대상 및 연구 참여자 44
• 2. 연구 절차 48
• 3. 자료 수집 및 자료 분석 49
• 가. 자료 수집 49
• 나. 자료 분석 51
• 다. 분석틀 53
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 54
• 1. 과학영재 고등학생 R&E의 문제 구성 55
• 가. 과학영재 고등학생 R&E의 명시적 문제 및 실험 설계의 변화 56
• 나. 과학영재 고등학생 R&E의 문제 구성의 특징 61
• 2. 과학영재 고등학생 R&E의 문제 구성 요소 72
• 가. 경험적 요소 73
• 나. 지식적 요소 74
• 다. 방법적 요소 75
• 3. 문제 구성 요소로 분석한 R&E의 문제 구성 과정 77
• 가. 마찰력 탐구의 문제 구성 과정 78
• 나. 물방울 탐구의 문제 구성 과정 83
• 다. 폼포드 탐구의 문제 구성 과정 90
• 라. 슬링키 탐구의 문제 구성 과정 96
• 4. 문제 구성 요소의 상호작용과 과학 실천 101
• 가. 경험적 요소와 지식적 요소의 상호작용과 과학 실천 101
• 나. 경험적 요소와 방법적 요소의 상호작용과 과학 실천 112
• 다. 지식적 요소와 방법적 요소의 상호작용과 과학 실천 124
• 라. 문제 구성 과정에서의 과학 실천 130
• Ⅴ. 결론 및 제언 133
• 1. 결론 133
• 2. 제언 137
• 참고문헌 139
• ABSTRACT 148

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