본 연구의 목적은 중학교 학생을 대상으로 생명과학 수업에서 협력적 문제해결학습(CPS) 형태의 교수-학습 프로그램을 개발하고 적용하여 협력적 문제해결학습이 학생들의 의사소통능력에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하는 것이다. 이를 위하여 ‘첫째, 협력적 문제해결학습 형태의 중학교 생명과학 교수-학습 프로그램을 고안하고, 둘째, 고안된 교수-학습 프로그램을 적용하여 중학생의 의사소통능력에 미치는 영향을 분석한다.’의 두 연구 문제를 설정하였다. 이를 해결하기 위하여 Nelson(1999)의 협력적 문제해결(CPS) 접근법을 바탕으로 중학교 생명과학 ‘생물의 다양성’ 단원의 교수-학습 프로그램을 개발하였다. 개발된 협력적 문제해결 교수-학습 프로그램이 중학생의 의사소통능력에 미치는 영향을 확인하기 위하여 경기도 소재 A중학교 1학년 4학급을 연구 대상으로 선정하였으며, 의사소통능력 사전검사를 통해 동질한 실험집단과 통제집단으로 나누고 실험집단은 개발된 협력적 문제해결 교수-학습 프로그램을 통제집단은 교과서 위주의 강의식 직접교수법과 소집단 협동학습을 실시하였다. 자료 수집은 의사소통능력 사전·사후 검사와 생명과학 성취도평가, 협력적 문제해결학습이 이루어진 모둠별 녹화 영상, 학생들의 개인별·모둠별 활동 결과물, 사후면담을 통해 이루어졌다.
본 연구로부터 중학교 생명과학 ‘생물의 다양성’ 단원의 협력적 문제해결(CPS) 형태의 교수-학습 프로그램을 개발하였고, 협력적 문제해결학습이 강의식 직접교수법 및 소집단 협동학습에 비하여 의사소통능력 향상에 긍정적이었으며, 협력적 문제해결학습에 대한 선호도는 기존 수업에 비해 높지만 새로운 형태의 수업에 능숙해지기 위한 몇 차례의 훈련이 필요하다는 결과를 얻었다. 총 10차시로 구성된 교수-학습 프로그램은 ‘(1) 찰스 다윈이 되어 핀치새 부리의 비밀을 알아내보자!, (2) 프로젝트 : ‘지구상의 생물들’의 주제로 특별 전지실을 꾸며봅시다!, (3) 세계 생물 다양성을 지키는 에번져스 - 지구 방위대’의 3가지 문제 및 프로젝트 시나리오로 구성되어 있다. 생명과학 학업성취도평가 결과 협력적 문제해결학습을 실시한 실험집단과 강의식 직접교수법 및 소집단 협동학습을 실시한 통제집단 사이에 유의미한 차이가 없었으며, 이는 협력적 문제해결학습을 통해서도 충분한 학습목표의 달성이 가능하다는 것을 보여주었다. 또, 두 집단의 의사소통능력 사후검사 비교 결과 해석능력과 역할수행능력에서 실험집단의 평균점수가 유의미하게 높게 나타났다. 각 집단의 의사소통능력 사전·사후 검사 결과 실험집단은 의사소통능력의 해석능력 전체와 하위 요소인 정보수집, 경청 모두에서 매우 유의미한 점수의 증가를 보였으며, 이 밖에도 모든 의사소통능력 능력요소(역할수행능력, 자기제시능력, 목표설정능력, 메시지 전환능력)에서 평균점수의 향상을 나타내었다. 또 요소별 75% 이상의 점수를 획득한 고득점 학생의 수가 해석능력과 하위 요소인 정보수집, 경청 그리고 자기제시능력에서 10% 이상의 학생 수 증가를 보였다. 마지막으로 협력적 문제해결학습 능숙도 설명표를 이용한 분석 결과 문제 및 프로젝트 활동이 진행될수록 학생들의 능숙도가 올라가는 것을 확인할 수 있었으며, 수업이 진행될수록 모둠원의 참여가 점차 늘어나고 적극성을 가지게 되었다는 다수의 의견이 사후면담에서 나타났다. 이러한 결과는 학생들이 새로운 교수-학습 방법에 어려움을 갖기 때문에 능숙해지기 위한 몇 차례의 적응 훈련이 필요하다는 것을 말해준다.
위 연구 결과를 통해, 학교에서 이루어지는 생명과학 교과 학습을 통해서 협력적 문제해결학습이 가능하며, 이러한 형태의 학습은 2015 개정 교육과정의 핵심역량 중 의사소통 역량의 발달을 가져온다는 것을 확인하였다. 더 나아가 협력적 문제해결학습이 의사소통 역량 뿐 아니라 다른 핵심역량에 미치는 영향과 협력적 문제해결(CPS) 형태의 학습이 생명과학 교과 내 다른 단원 및 타 교과로의 적용 확대와 학습 모델 개발의 필요성을 제시할 수 있다.