과학교육의 중요한 목표는 과학탐구능력의 신장에 있으며, 과학 탐구는 자연과 현상을 바라보는 새로운 관점에서 비롯된 의문에서 시작된다.
제4차 산업혁명 시대의 지식기반 사회를 살아갈 이들에겐 새로운 지식을 창조하고 지식을 재구성할 줄 아는 능력과 함께 과학적 탐구를 통해 문제를 발견하고 의문을 갖는 것은 매우 중요하다. 창의적인 아이디어를 생산하는 일은 새로운 문제를 발견하고 의문을 갖는데서 시작하기 때문이다. 의문은 익숙한 방식으로 바라보면 생기지 않는다. 늘 보아왔던 것이라도 다르게 관찰할 때 비로소 문제가 발견되고 의문이 생긴다. 그러므로 과학적 의문을 생성할 수 있는 능력을 기르는 것은 과학탐구능력의 신장과 함께 초등과학에서 매우 중요하게 신장시켜야 할 목표라고 생각된다.
과학교육에서 의문이 과학적 연구를 위한 방향과 그 가치를 결정짓는 요인으로 작용하나, 여전히 과학 교육과정에서 탐구 기능으로써의 의문생성능력을 위한 방법은 제시되지 않고 있으며, 이에 대한 평가 방안도 없다.
이 연구는 초등학교 과학수업에서 과학적 의문생성을 위한 관찰학습 프로그램을 개발· 적용하여 초등학생들의 과학적 의문생성력에 미치는 효과와 과학탐구능력, 과학적 태도 및 학업성취도에 어떠한 영향을 끼치는지 검증하는 데 그 목적이 있다.
이를 위해서 4학년 과학교육과정을 분석하여 과학적 의문을 많이 이끌어 낼 수 있는 수업 주제를 선정하였으며, 경기도에 소재하고 있는 초등학교 4학년 4개반 총 90명을 실험반(45명)과 비교반(45명) 각 두 집단으로 나누고 과학적 의문 분류 기준에 따라 체계적으로 의문이 생성되도록 지도안을 작성하고 학습지를 제작하였다. 이 연구 프로그램 투입 기간은 2016년 10월부터 11월에 걸쳐 6주간 총 10차시에 걸쳐 이루어졌으며, <1. 식물의 생활>과 <2. 물의 상태변화> 단원과 관련된 주제를 선정하였고, 비교반에서는 기존의 교과서기반 수업을, 실험반에서는 과학적 의문생성을 위한 관찰학습 프로그램으로 수업을 진행하였다.
실험처치 전?후, 실험반과 비교반을 대상으로 각 영역에 대한 사전 검사를 실시하여 과학적 의문생성력과 과학탐구능력 및 과학적 태도, 학업성취도를 알아보았고, 실험반 학생의 활동지를 수집하여 변화양상을 파악하며 양적 연구를 보완하였다. 끝으로 과학적 의문생성을 위한 관찰학습 프로그램에 대한 만족도 조사를 실시하여 인식을 분석하였다.
이 연구의 결과는 다음과 같다.
첫째, 과학적 의문생성을 위한 관찰학습 프로그램은 전통적 수업에 비해 실험가능한 객관적 의문을 다양하고 많이 생성하도록 하는데 효과적이었다. 이 프로그램은 의문 유형의 다양화, 의문의 수 증가, 의문 수준의 향상 등의 변화를 가져옴으로써 초등학생들의 과학적 의문생성력을 향상시킬 수 있었다. 둘째, 학생의 과학탐구능력이 향상되었고, 특히 가설설정능력에서 통계적으로 유의한 차이가 있었다(P<.001). 셋째, 수업을 적용한 후 학생의 과학적 태도는 향상되었고, 이는 통계적으로 유의한 차이가 있었다(P<.001). 넷째, 이 프로그램은 과학 학업성취도를 향상시켰는데, 특히 의문 유형을 다양화하여 과학적 의문을 생성하는 활동이 과학 학업성취도와 상관관계가 있는 것으로 나타났다(P<.01). 다섯째, 프로그램 만족도 및 활동지 분석 결과, 이프로그램은 학생의 자발적인 탐구에 대한 흥미와 관심을 향상시켰음을 알 수 있었다.
이와 같은 결과에 의하면, 이 연구에서 개발하고 적용한 과학적 의문생성을 위한 관찰학습 프로그램이 실험반 학생들의 과학적 의문생성력을 향상시키고, 과학탐구능력 및 과학적 태도와 학업성취도에 긍정적인 영향을 미친다는 측면에서 초등과학교육 정규교육과정으로 본 프로그램을 활용할 가치가 있음을 알 수 있다. 이는 과학적 의문생성 관찰학습 프로그램이 학교 과학교육과정 내 관찰이나 의문생성력에 대한 정량적 평가로 자리매김하게 될 가능성이 있음을 시사한다. 그러므로 과학적 의문생성을 위한 관찰학습 프로그램이 다른 주제와 학년에 일반화될 수 있는지에 대한 지속적인 연구가 필요하다고 생각된다.