문제 해결 중심 탐구실험에서 예비 화학교사들이 경험한 어려움에 대한 연구

백종호,최취임,정대홍,Baek, Jongho,Choi, Chui Im,Jeong, Dae Hong 대한화학회 2015 대한화학회지 Vol.59 No.5

탐구 중심 실험은 과학 지식에 대해 이해할 수 있는 기회와 과학의 본성에 대한 올바른 인식을 얻을 수 있는 기회를 제공한다. 본 연구에서는 중등 예비교사들이 탐구 중심 실험 수업에서 경험했던 어려움에 대하여 조사하고 분석하였다. 22명의 예비교사가 낮은 수준으로 문제를 해결하는 문제 해결 기반 탐구로 계획된 강의에 13주 동안 참여하여 탐구를 진행하였고, 이 과정에서 경험한 어려움에 대해 설문과 심층 면담을 통해 조사하였다. 예비교사들은 주로 실험 설계 과정과 자료해석 과정에서 어려움이 큰 것으로 나타났으며, 실험 목표에 대한 이해, 선지식이 부족하다는 인식, 탐구에 대한 자신감, 실험 도구 및 장비에 대한 이해 부족 등에서도 어려움이 나타났다. 연구 결과, 탐구에 대한 적절한 지도를 위하여 예비교사를 양성하는 기관에서는 충분한 탐구를 경험할 수 있는 환경을 조성하고, 체계적인 프로그램으로 지원해야 할 필요가 있음을 제안하였다. Inquiry-based experiments provide opportunities to understand scientific knowledge and acquire nature of science. In this study, the difficulties which pre-service teachers experienced in inquiry-based experiment class were investigated and analyzed. Twenty-two pre-service teachers attended course designed as ‘ill-structured inquiry’ for 13 weeks, and researchers investigated their difficulties by questionnaires and interview. They showed difficulties mostly in designing experiment and interpretation and also in understanding inquiry purpose, lack of prior knowledge, confidence in inquiry performance, and understanding of experimental instruments and facilities. As a result, it is necessary to provide opportunities to engage in inquiries and environments to properly instruct pre-service teachers the inquiry ability in college of education.

중학생의 화학 반응식 및 작성 과정에 대한 이해 특성 탐색

백종호 ( Jongho Baek ) 한국현장과학교육학회 2021 현장과학교육 Vol.15 No.5

화학 반응식은 화학에서 중요하게 학습하는 대상이자 이후의 학습을 위해 필요한 기초이다. 또한, 화학 반응식은 의사소통의 도구로서 활용되는 과학적 표상이자 모형으로, 2015 교육과정에서도 중요하게 다루어지고 있다. 본 연구는 화학 반응식을 학생들이 어떻게 이해하고 있는지 확인하고자 국가수준 학업성취도 평가에서 사용된 화학 반응식의 작성과 관련된 문항의 응답 결과를 중심으로 분석하였다. 본 연구에서는 2020년 학업 성취도 평가의 서답형 문항에 대한 응답 결과를 분석하였고, 화학 반응식이 포함하는 정보와 작성 과정을 중심으로 유형화하였다. 5,308명의 중학교 3학년 학생들의 응답 결과가 분석 대상이었다. 또한 추가적으로 중학교 3학년 학생 142명에게 해당 문항을 간략화하여 제시하고, 세부적인 응답의 이유를 파악하고자 하였다. 각 문항의 유형은 과학적으로 타당한 하나의 유형과 과학적으로 타당하지 않은 유형들로 구분할 수 있었다. 각 응답 유형을 기준으로 성취수준, 성취도 점수가 어떻게 관련되는지 확인하였다. 대체적으로 중학교 3학년 학생들은 화학 반응식에서 계수, 화학식의 아래첨자의 의미에 대한 이해가 부족했으며, 많은 학생들이 화학식이 포함하는 정보에 대한 명확한 이해가 부족한 상태임을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 토대로 앞으로 화학 반응식과 관련된 교수학습에서 고려해야 하는 사항들을 논의하였다. Chemical equations are important contents in chemistry, and are the basis for further learning. Also, chemical equations are scientific representations and models used as tools for communication, which are important in the 2015 science curriculum. In order to identify how students understand the chemical equation, this study analyzed the response about the questions related to the generating the chemical equation used in the National Assessment of Educational Achievement(NAEA). This study analyzed the results of responses to the descriptive assessment items in the 2020 NAEA, and the responses were categorized according to the information included in the chemical equation and the balancing process of the equation. The responses of 5,308 3rd grade middle school students were analyzed. In addition, the items were briefly presented to 142 3rd grade middle school students, and the reason about responses of 142 students was investigated. The type of each sub-item could be divided into one scientifically valid type and others which are invalid types. Based on the types, it was identified how the achievement level and achievement score were related to the type of response. Generally, 3rd grade middle school students showed the short understanding of the meaning of coefficients of chemical equation, and subscripts of chemical formulas. And it was identified that many students lacked a clear understanding of the information contained in chemical formulas. Based on these results, this study discussed about the teaching and learning for the chemical equation to be considered.

대학생들의 융합형 문제 해결 활동에서 문제발견 및 과학기술 분야 활용 양상 분석

백종호 ( Jongho Baek ) 한국과학교육학회 2016 한국과학교육학회지 Vol.36 No.6

지식과 정보의 양이 폭발적으로 증가하는 최근 사회의 변화에 의해 지식의 선택과 활용 능력을 신장해야 한다는 요구가 더 높아지고 있다. 이를 반영하기 위한 하나의 방안으로 문제기반학습은 구체적 맥락에서 문제를 해결하여 지식의 이해와 활용을 가능하게 하는 접근방안임을 강조했다. 하지만, 주어진 문제를 해결하는 경험만으로는 본래의 목표를 달성하기 어렵다는 비판이 많은 것이 사실이다. 따라서 학생들이 주어진 상황으로부터 문제 해결을 위한 구체적 목표와 방법을 결정하는 경험을 쌓게 하여 문제를 발견하는 능력을 강조해야 한다. 본 연구는 대학생들이 과학기술 분야를 어떻게 활용하여 문제를 발견하는지 이해하고자 하였다. 이러한 선상에서 융합형 교수학습프로그램에 참여한 대학생들 중, 과학기술 분야를 활용한 네 명의 참여자들의 사례에서 문제발견 과정과 과학기술 분야의 활용 방식, 활용 이유를 조사하였다. 연구결과는 문제 제안서, 중간발표인 포스터, 최종 보고서와 함께 인터뷰 자료를 분석하여 도출하였다. 연구결과, 연구 참여자들은 초기의 비구조화된 문제로부터 구조화하여 결론을 구체적으로 도출할 수 있는 형태로 변화시켰다. 과학기술 분야는 문제의 구조화를 위한 구체적 사례로 활용되거나, 타 학문 분야와 연계하기 위한 분석 도구 혹은 배경 이론으로 활용되는 것을 확인하였다. 과학기술 분야가 도입된 이유는 사전 경험에 근거한 개인적 흥미와 불만족 해소를 위한 기존 학문 분야의 대안으로 설명할 수 있었다. 연구 결과를 토대로 문제기반학습에서 문제발견을 촉진할 수 있는 방안으로 직관적 사고와 논리적 사고의 통합적 관점, 메타인지적 조절을 제안하였다. In accordance with the changing of society, remarkable increase in knowledge and information, the competencies to choose and use proper information in various domains are considered as an important skill. As one of the methods in developing these competencies, it is emphasized that a problem-based learning can make student understand and use knowledge by solving the contextualized problem. However, it is skeptical of learner`s development of competencies to use knowledge by solving well-defined given problem. Therefore it is required that students be allowed to develop the competency to find problem through experiences to determine and evaluate the purpose of the problem and method. The purpose of this study is to understand how undergraduate students use science or technology in finding a problem. In this line, this study articulated four cases conducted by participants who engaged in convergence teaching-learning program. And this study investigated the participants` process of problem-finding, method and reason to apply science or technology. The results were drawn by analyzing interviews and written data, including their proposal, a poster, and final reports. Participants changed the form of problem from initial ill-structured one into a concrete one, where the participant could derive a detailed solution. Science or technology applied as the detailed example to convert problem into a concrete form, or as the analyzing tool or theoretical background of problem to make a link with other domain. Their reason of applying science or technology could be summarized in `personal interest based on prior experience` and `alternatives to resolve a dissatisfaction.` Based on the result, this study suggests holistic approach that is included in both intuitive thinking and logical thinking and metacognitive regulation to stimulate problem-finding in problem-based learning program.

기체의 확산 실험의 목표와 활용 도구의 변화 과정 탐색 : 도구와 이론 간의 상호 연관을 중심으로

백종호(Jongho Baek) 학습자중심교과교육학회 2021 학습자중심교과교육연구 Vol.21 No.9

목적 본 연구는 학습자들이 실험에서 무엇을 경험하고 추론하는지 탐색하기 위한 목적에서 실험 도구의 사용과 변경에 대해 이론과의 상호 연관을 중심으로 살펴보고자 하였다. 실험에서 사용하는 도구들은 각각의 목적과 배경이 되는 사항을 품고 있다는 점을 고려하여, 결과 해석을 위한 핵심적인 이론과 어떻게 연관되어 변화하는지 분석하고자 하였다. 방법 이를 위해, 비교적 자유롭게 자신들의 실험을 조직할 수 있도록 구성한 일종의 자유 탐구 수업에서 연구를 추진하였다. 초점이 된 실험은 염화 수소와 암모니아의 확산 실험으로, 7개 조의 대학생들이 총 9주간에 걸쳐 실험을 수행하였다. 이들이 9주 동안 실험을 실시하며 작성한 실험 계획서와 중간에 2차례 실시한 발표에서 제출한 2종의 발표 자료, 최종 보고서를 분석하였다. 수집한 자료들을 실험을 수행 차례에 따라 구분, 연관시켰고, 이들이 사용한 도구가 어떠한 이론을 매개로 실험의 목적과 어떻게 연관되는지 분석하였다. 결과 연구 결과, 실험 도구의 사용과 변경은 도구나 재료의 교체, 제작 및 변형 활용, 변인과 연관된 도구나 재료의 추가 및 조정으로 구분할 수 있었다. 이와 함께 도구의 사용과 변경은 과학적 사실 확인과 정확성의 확보, 결과 해석의 주요 이론 변경에 따른 적절성 탐색과 연관시킬 수 있었고, 실험이 진행될수록 고려하는 도구와 이론들 간의 관계가 복잡해짐을 확인할 수 있었다. 결론 결과를 토대로, 실험을 활용한 탐구 활동을 계획할 때, 고려해야 하는 사항들에 대해 논의하였다. Objectives This study attempts to explore the use and change of experimental tools, focusing on the relation with theories, to reveal what learners experience and infer in experiment. Considering that the tools which used in the experiment related their own purpose and background, this study analyzed how tools relate to the core theory for interpreting the experimental results and how the use of tools change during the experiments. Methods For this purpose, this study focused on authentic inquiry so that participants could organize their own experiments and processes freely. The focused experiment was a ‘diffusion of hydrogen chloride and ammonia’, and participants was the 7 groups of undergraduate students who performed experiments over 9 weeks. To analyze, their experimental plans while performing experiments for 9 weeks, two kinds of presentations prepared for reporting two times, and final reports were analyzed as the data. The collected data were classified and correlated according to the order of the experiments, and analyzed how the use of tools were related to the experimental purpose through which theory mediated. Results As a results, it was found that the use and change of tools could be distinguished into replacement of tools or materials, fabrication or transformation, addition or adjustment associated with variables. Also, The use and change of tools were related to confirming the scientific fact and accuracy of results, and exploring the relevance of the change of main theory for the interpretation of results. The relation between tools and theories became more complex, as the experiments progressed. Conclusions Based on the results, several implications are discussed to be considered when planning the inquiry program with experiments.

문제의 구성을 강조한 프로그램에서 나타난 탐구 문제와 과학적 추론의 관련성 탐색 -삼투 현상 탐구 활동을 중심으로-

백종호 ( Jongho Baek ) 한국과학교육학회 2020 한국과학교육학회지 Vol.40 No.1

과학 탐구는 과학에 대한 다양한 학습의 차원에서 그 중요성이 강조되고, 다양한 방법과 목적에 따라 운영되었다. 과학 학습에 대한 다양한 측면 중 과학적 사고력과 같은 과학과의 중요 역량 함양이 강조되고 있다. 따라서 과학적 추론이 적절하게 일어날 수 있도록 안내할 필요가 있다. 이 연구는 학습자들이 과학적 탐구를 진행하는 과정 중, 탐구 문제의 발견과 구성 과정에서 드러내는 과학적 추론을 살펴보고 그 의미를 탐색하고자 하였다. 또한 어떠한 요인이 이 복잡한 과정에 영향을 끼치는지 살펴보고자 하였다. 이러한 목적에 따라 ‘삼투 현상’ 관련 탐구를 수행한 대학생 2개 모둠의 탐구 과정과 결과를 분석하였다. 연구 참여자들의 탐구 계획서 및 발표 자료, 모둠 별면담을 분석하였다. 그 결과, 이들은 ‘삼투 현상’에 대한 자신들의 탐구 문제를 구성하고 진행하는 과정에서 연역, 귀납, 귀추의 추론방식을 다양하게 활용하는 것을 확인할 수 있었다. 탐구와 추론이 역동적으로 이루어지는 과정에서 규칙적인 변칙 사례와 실험 도구의 특징이 이들의 추론에 영향을 끼침을 살펴보았다. 다양한 추론들은 참여자들 스스로 관찰한 현상에 대해 최선의 설명을 구성하는 것을 목적으로 탐구를 지속하는 중에 이루어졌다. 끝으로 이 연구의 결과를 바탕으로 과학 탐구를 기반으로 삼는 프로그램들의 개발 맥락에 대해 제공하는 몇 가지 시사점을 논의하였다. Scientific inquiry has emphasized its importance in various aspects of science learning and has been performed according to various methods and purposes. Among the various aspects of science learning, it is emphasized to develop core competencies with science, such as scientific thinking. Therefore, it is necessary to support students to be able to formulate scientific reasoning properly. This study attempts to explore problem-finding and scientific reasoning in the process of performing scientific inquiry. This study also aims to reveal what factors influence this complex process. For this purpose, this study analyzed the inquiry process and results performed by two groups of college students who conducted the inquiry related to osmosis. To analyze, research plans, presentations, and group interviews were used. As a result, it was found that participants used various scientific reasoning, such as deductive, inductive, and abductive reasoning, in the process of problem finding for their inquiry about osmosis. In the process of inquiry and reasoning complexly, anomalous data, which appear regularly, and the characteristics of experimental instruments influenced their reasoning. Various reasons were produced for the purpose of constructing the best explanation about the phenomena observed by participants themselves. Finally, based on the results of this study, several implications for the development context of programs using scientific inquiry are discussed.

예비 과학교사의 탐구지도 경험에 관한 사례연구: 탐구의 인식과 실천 사이의 딜레마 해소를 중심으로

조성민 ( Sungmin Cho ),백종호 ( Jongho Baek ) 한국과학교육학회 2015 한국과학교육학회지 Vol.35 No.4

오랜 기간 동안 과학교육 분야에서 탐구는 과학 학습의 핵심적인 목표이자 수단으로 자리매김해왔다. 그러나 교육 실천의 맥락에서 탐구 활동을 온전히 수행하기란 결코 녹록하지 않으며, 탐구의 역할과 기능에 대한 논의는 여전히 분분하다. 따라서 과학교사들이 실제로 탐구를 지도하면서 겪는 어려움을 비판적으로 검토하는 일은 반드시 필요하다. 본 연구에서는 탐구를 지도하는 교사에 초점을 두고, 예비교사의 탐구에 대한 인식과 실천 사이에서 나타나는 갈등의 양상을 질적 사례연구를 통해 살펴보고자 했다. 연구 참여자는 과학교육을 전공하는 8명의 대학생들이다. 이들은 약 1년 동안 주말 과학 프로그램에서 저소득층 중학생들의 보조교사와 멘토로 활동하면서, 방학 기간에는 자유로운 방식으로 담당 학생들의 탐구 활동을 지도하였다. 연구의 사례는 ‘자유탐구에서 수행하는 예비 과학교사의 탐구지도 활동’으로, 참여자의 개인면담과 집단면담과 참여관찰 기록, 자기보고서 등을 연구 자료의 분석에 사용하였다. 그 결과, 예비교사들은 학습자의 능동성 뿐만 아니라 교과 지식과 연역적 절차 역시 탐구 활동을 가능하게 하는 중요한 요인으로 인식하고 있었다. 그러나 예비교사들이 실제로 탐구를 계획하거나 수행할 때, 인식과 실천 사이의 간극으로 인해 딜레마와 마주했다. 딜레마의 양상은 ‘발산하는 탐구와 수렴하는 과학’, ‘흥미 중심의 탐구와 학습 중심의 탐구’, ‘학습 주체로서의 학생과 부족한 지식인으로서의 학생’의 세 가지로 정리하였다. 끝으로 예비교사들의 딜레마 해소 과정을 논의하면서, 탐구와 과학교사에 대한 대안적인 관점을 제안하였다. Inquiry has been consistently emphasized in science education as a crucial element for learning. Although many researchers came to agree on the importance of scientific inquiry, authentic inquiry activities are hard to be actualized in an educational context. Therefore it is required to critically examine what teachers have difficulty in teaching inquiry. In this article, we looked into inquiry-based science activities in a small group setting where pre-service science teachers faced dilemmas between cognition and practice of inquiry. A case study was conducted on eight undergraduate students who are majoring in science education. The participants attended a weekly science program for middle school students in low SES as teaching assistants and mentors, and took full care of his/her mentees during open-inquiry activities. The results were drawn by analyzing participants’ personal and group interviews, participant observations, self-reports, and others. The pre-service teachers viewed the knowledge and procedure of science as an essential factor in inquiry activities along with student’s spontaneous attitude. However, in the process of performing inquiry, they faced several dilemmas between ideal cognition and real activities. The aspects of dilemmas could be summarized in three pairs of opposing concepts: ‘diverging inquiry or converging science’, ‘interest-centered inquiry or learning-centered inquiry’, and ‘student as the subject or student with the insufficient expertise.’ We discussed ways of resolving dilemmas and alternative perspectives on scientific inquiry.

과학교육에서 탐구 관련 국외 연구 동향 -탐구의 인식과 관점, 전략과 지원, 교사 전문성의 관점에서-

유은정 ( Eun-jeong Yu ),변태진 ( Taejin Byun ),백종호 ( Jongho Baek ),심현표 ( Hyeon-pyo Shim ),유금복 ( Kumbok Ryu ),이동원 ( Dongwon Lee ) 한국과학교육학회 2021 한국과학교육학회지 Vol.41 No.1

과학교육에서 탐구는 중요한 위치를 차지하고 있으며, 탐구와 관련된 연구가 폭넓게 이루어지고 있다. 그러나 ‘탐구’라는 개념의 포괄성으로 인해 연구자마다 그 의미를 다르게 인식하고 있으며 접근 방법도 다양하다. 또한 과학교육에서 탐구를 활용한 수업의 성과가 실제학생들에게 유의미한 변화를 보장하는 것은 아니라는 비판이 제기되고 있다. 이에 본 연구는 과학교육에서 최근 3년간 탐구를 주제로 한 SSCI급 연구 논문의 동향을 살펴봄으로써 탐구와 관련된 연구내용을 탐색하고 추후 연구에 필요한 시사점을 도출하고자 하였다. 분석에 활용된 연구물은 International Journal of Science Education, Journal of Research in Science Teaching, Research in Science Education, Science Education이며, 핵심 주제어에 “inquiry(enquiry)”를 직접적으로 제시하고 있는 연구물로 한정하였다. 추출된 논문 75편을 토대로 유목화 과정이 이루어졌고, 주제와 특징을 반영하여 귀납적으로 분석틀을 도출하였다. 탐구에 대한 인식 및 관점, 탐구 학습을 위한 전략 및 지원, 탐구 기반 수업을 위한 교사 전문성 발달의 세 가지 측면으로 나누어 각 범주별 구체적인 사례를 제시하였다. 과학 탐구에 대한 시사점을 살펴본 결과는 다음과 같다. 첫째, 탐구를 함축적 명제로 정의하거나 몇 개의 단계적 절차로 제시하기보다는 탐구의 의미를 보다 종합적이고 총체적으로 파악하도록 유도하고 있었다. 둘째, 탐구 기반의 수업이 과학의 인지적, 기능적, 정의적 영역의 모든 측면에서 효과적인가에 대해서는 그 한계를 명확히 제시하고, 맥락 의존적이고 교과 특이적인 탐구의 속성과 한계를 파악할 것을 강조하였다. 셋째, 과학 탐구 기반 수업에서 불확실성은 학습자가 탐구를 시작하고 관심을 갖도록 하는 데에는 도움이 될 수 있으나, 자료를 인지하여 지식을 재구성하는 과정에서는 명시적이고 구체적인 안내와 비계가 적절한 타이밍에 이루어져야 할 것이다. Inquiry occupies an important place in science education, and research related to inquiry is widely conducted. However, due to the inclusiveness of the concept of “exploration,”each researcher perceives its meaning differently, and approaches may vary. In addition, criticisms have been raised that the results of classes using inquiry in science education do not guarantee meaningful changes to students. Therefore, this study attempts to identify the trend of SSCI-level research papers dealing with inquiry in science education over the past three years to confirm the current status and effectiveness of the inquiry. Researches used in the analysis are International Journal of Science Education, Journal of Research in Science Teaching, Research in Science Education, and Science Education, and limited to those that directly suggest “inquiry (enquiry)” as a keyword. Based on extracted 75 papers, the classification process was conducted, and an analysis frame was derived inductively by reflecting the subject and characteristics. Specific cases for each category were presented by dividing into three aspects: perception and perspective on inquiry, support and strategy for inquiry, and teacher professional development for inquiry. The results of examining the implications for scientific inquiry are as follows: First, rather than defining inquiry as an implicit proposition or presenting it as a step-by-step procedure, it was induced to grasp the meaning of inquiry more comprehensively and holistically. Second, as to whether the inquiry-based instruction is effective in all aspects of the cognitive, functional, and affective domains of science, the limitations are clearly presented, and the context-dependent and subject-specific properties and limitations of inquiry are emphasized. Third, uncertainty in science inquiry-based instruction can help learners to begin their inquiry and develop interest, but in the process of recognizing data and restructuring knowledge, explicit and specific guidance and scaffolding should be provided at an appropriate timing.