Journal of The Korean Association For Science Education (한국과학교육학회지)

The Korean Association for Science Education (한국과학교육학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

The Components and the Characteristics Revealed at the Processes of Designing Application Experiments of Science-gifted Students

과학영재들의 적용실험 설계 과정에서 나타나는 과정요소 및 특징

  • Received : 2011.01.05
  • Accepted : 2011.05.27
  • Published : 2011.06.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this study, we investigated the thinking processes of 7th grade science-gifted students in designing application experiments and analyzed their performance levels in the categorized processes. The analyses of the results revealed that they considered 'setting a problem situation,' 'deciding a strategy,' 'identifying the assumptions,' 'defining the measurements,' and 'validating the assumptions' in the processes of designing experiments. However, their performance levels of the categorized processes were found to be rather low. It was especially insufficient in setting the situations concretely appropriated to solve the problems and checking their own thinking critically by proper criteria. Therefore, we suggested a potential learning strategy for designing experiments such as replacing difficult and abstract situations to concrete and familiar situations. These results may offer some implications in developing an education program for science-gifted students to foster creativity by emphasizing scientific thinking skills such as experiment design ability.

이 연구에서는 중학교 1학년 과학영재 학생들의 적용실험에 대한 실험 설계 과정에서 나타나는 사고를 발성사고법을 이용해 조사하였고, 각 과정요소별로 과학영재의 수행 정도를 분석하였다. 연구 결과, 과학영재들은 실험을 설계하는 과정에서 '상황설정', '전략결정', '가정설정', '측정계획', '가정의 타당화' 의 과정요소와 관련된 사고를 하는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 과정요소에 대한 과학영재들의 수행 정도는 다소 미흡한 측면이 있는 것으로 나타났다. 특히, 실험 설계 과정에서 문제를 해결하는데 적합한 목표 상황을 구체적으로 설정하거나 자신의 사고에 대해 적절한 준거를 통해 비판적으로 점검하는 능력이 부족한 것으로 드러났다. 이에 추상적이고 이해하기 어려운 문제 상황을 학생들에게 친숙한 구체적인 상황으로 바꾸어 생각하도록 하는 새로운 실험 설계 학습 전략의 가능성을 제안하였다. 본 연구의 결과는 실험 설계 능력과 같은 과학적 사고 기술을 강조함으로서 과학적 창의성을 계발하기 위한 과학영재 교육프로그램 개발에 유용한 시사점을 제공할 수 있을 것이다.

Keywords

References

  1. 권용주, 이준기, 이일선, 최상규 (2008). 고래 과제에서 과학고등학교 학생들이 고안한 가설 검증 방법의 분석을 통한 실험 설계 능력 지수 산출식의 개 발. 한국생물교육학회지, 36(1), 40-51.
  2. 교육인적자원부, 과학기술부, 문화관광부, 여성가족부, 기획예산처, 특허청 (2007). 제2차 영재교육진흥종합계획.
  3. 김선자, 최병순 (2005). 변인통제 문제 해결 과정에서 나타난 초등학생의 실험 설계 및 증거제시 특성. 한국과학교육학회지, 25(2), 111-121.
  4. 김종백 (2006). 과학영재를 위한 교수-학습 전략. 영재와 영재교육, 5(2), 19-32.
  5. 남정희, 김성희, 강순희, 박종윤, 최병순 (2002). 변인통제 문제해결 활동에서 학생들의 인지수준에 따른 상호작용 분석. 한국과학교육학회지, 22(1), 110-121.
  6. 노태희, 전경문, 한인옥, 김창민 (1996). 학생의 인지발달 수준과 문제의 상황에 따른 화학 문제해결 행동 비교. 한국과학교육학회지, 16(4), 389-400.
  7. 류설진 (2009). 생물학자와 과학영재의 실험 설계활동에서 나타나는 과정요소와 특성 분석. 한국교원대학교 대학원 석사 학위 논문.
  8. 박순화, 고경태, 정진수, 권용주 (2005). 생물학 탐구에서 학생들이 생성한 가설검증방법의 유형. 한국과학교육학회지, 25(2), 230-238.
  9. 박재원, 윤상미, 원정애, 백성혜 (2007) 초등학생의 실험 기구 조작 능력에 대한 실태 조사. 초등과학교육학회지, 26(2), 161-170.
  10. 박종원 (2004). 과학적 창의성 모델의 제안. 한국과학교육학회지, 24(2), 375-386.
  11. 박종찬 (2009). 측정과 자료해석 능력 향상을 위해 교정적 피드백을 강조한 실험 수업의 효과: 과학고등학교 물리 실험활동을 중심으로. 서울대학교 대학원 박사 학위 논문.
  12. 박지영, 이길재, 김성하, 김희백 (2005). 과학영재 교육프로그램 분석 모형의 고안과 국내의 과학영재를 위한 생물프로그램의 실태 분석. 한국생물교육학회지, 33(1), 122-131.
  13. 서정아 (2000). 측정이론에 관한 중학교 1학년 학생의 선개념 조사. 한국과학교육학회지, 22(3), 455-465.
  14. 우종옥, 이항로 (1995). 고등학생의 지구과학 탐구 능력 측정을 위한 평가도구 개발. 한국과학교육학회지, 15(1), 92-103.
  15. 정진수, 권용주 (2007). 감자즙 과제에서 예비 과학 교사들이 생성한 가설 검증 방법. 한국생물교육학회지, 35(2), 320-327.
  16. Arce, J., & Betancourt, R. (1997). Studentdesigned experiments in scientific lab instruction. Journal of College Science Teaching, 27(2), 114-118.
  17. Baer, J. (1998). The case for domain specificity of creativity. Creativity Research Journal, 11(2), 173-177. https://doi.org/10.1207/s15326934crj1102_7
  18. Callahan, J. F., Clark, L. H., & Kellough, R. D. (1998). Teaching in the middle and secondary schools, 6th ed. Merrill, New Jersey: Englewood Cliffs.
  19. Chinn, C. A., & Malhotra, B. A. (2002). Epistemologically authentic inquiry in schools: A theoretical framework for evaluating inquiry tasks. Science Education, 86(2), 175-218.
  20. Darius, P. L., Portier, K. M., & Schrevens, E. (2007). Virtual experiments and their use in teaching experimental design. International Statistical Review, 75(3), 281-294. https://doi.org/10.1111/j.1751-5823.2007.00028.x
  21. De Vito, A. (1989). Creative wellsprings for science teaching. West Lafayette: Creative Ventures.
  22. Etkina, E., Heuvelen, A. V., White- Brahmia, S., Brookes, D. T., Gentile, M., Murthy, S., Rosengrant, D., & Warren, A. (2006a). Scientific abilities and their assessment. Physical Review Special Topics- Physics Education Research, 2(2), 1-15.
  23. Etkina, E., Karelina, A., Ruibai-Villasenor, M., Rosengrant, D., Jordan, R., & Hmelo- Silver, C. E. (2010). Design and reflection help students develop scientific abilities: Learning in introductory physics laboratories. Journal of the Learning Sciences, 19(1), 54-98. https://doi.org/10.1080/10508400903452876
  24. Etkina, E., Murthy, S., & Zou, X. (2006b). Using introductory labs to engage students in experimental design, American Journal of Physics, 74(11), 979-986. https://doi.org/10.1119/1.2238885
  25. Isaksen, S. G., Dorval, K. B., & Treffinger, D. J. (2000) Creative approaches to problem solving: A framework for change (2nd ed.). Dubuque, IA: Kendall Hunt.
  26. Karelina, A., & Etkina, E. (2007). Acting like a physicist: Student approach study to experimental design. Physics Education Research, 3(2), 1-12.
  27. Larkin, J. H., & Rainard, B. (1984). A research methodology for studying how people think. Journal of Research in Science Teaching, 21(3), 235-254. https://doi.org/10.1002/tea.3660210302
  28. National Research Council (2000). Inquiry and national science education standards: A guide for teaching and learning. Washington, DC: National Academy Press.
  29. Sin, M., Park, J., Jung, H., & Heo, N. (2004). Rethinking the high ability students to foster their scientific research skill: Through an experimental designing test. Journal of Korean Earth Science Society, 25(8), 674-683.
  30. Sternberg, R. J. (2003). Wisdom, intelligence, and creativity synthesized. New York: Cambridge University Press.
  31. van Meter, P., & Garner, J. (2005). The promise and practice of learner-generated drawing: Literature review and synthesis. Educational Psychology Review, 17(4), 285- 325. https://doi.org/10.1007/s10648-005-8136-3
  32. VanTassel-Baska, J., Bass, G., Ries, R., Poland, D., & Avery, L. (1998). A national study of science curriculum effectiveness with high ability students. Gifted Child Quarterly, 42(4), 200-211. https://doi.org/10.1177/001698629804200404

Cited by

  1. 비유 실험을 활용한 탐구학습이 과학영재의 실험설계 과정에 미치는 영향 vol.31, pp.6, 2011, https://doi.org/10.14697/jkase.2011.31.6.986
  2. An Analysis on the Variable Types of Inquiry Topics and Hypothesis Testing Methods Exhibited in Inquiry Reports of Secondary School Students vol.54, pp.3, 2015, https://doi.org/10.15812/ter.54.3.201509.393
  3. 고등학교 과학영재들의 실험 설계 및 토론 활동에 대한 인식 조사 연구 vol.45, pp.1, 2017, https://doi.org/10.15717/bioedu.2017.45.1.81
  4. Challenges of designing and carrying out laboratory experiments about Newton's second law : The case of Korean gifted students vol.29, pp.5, 2020, https://doi.org/10.1007/s11191-020-00155-1