Earticle

본 연구의 목적은 컴퓨터 활용 과학실험수업에서 나타나는 초등과학영재들의 학습특성을 분석하여 컴퓨터 활용 과학실험수업의 장점을 효과적으로 나타낼 수 있는 교수학습전략을 탐색하는데 있다. 연구의 목적을 달성하기 위해 서울교육대학교 영재교육원에 속한 초등과학영재들 중 컴퓨터 활용 실험수업 참여를 희망하는 학생 8명을 대상 으로 4차시에 걸친 컴퓨터 활용 과학실험수업을 실시하였다. 수업을 마치고는 선행연구에서 언급하는 컴퓨터 활용 실험수업의 장점과 관련된 학습특성과, 변경되는 교수학습전략에 따라 나타나는 학습특성을 질적으로 분석하였다. 그 결과, 학생들이 화면에 비하여 실험기구, 실험상황 관찰을 비교적 적게 하며, 결과예측과 그래프 만들기 활동을 교사의 과제제시에 따라 더 빈번하게 수행함을 확인하였다. 그리고 교사의 설명시간이 길거나 교재에 지나치게 의존 하는 수업에서는 학생들이 나타내는 장점 관련 담화의 빈도가 줄어든다는 것을 확인하였다. 연구에서 탐색한 컴퓨터 활용 실험수업의 장점을 효과적으로 나타내는 교수학습전략은 다음과 같다. 첫째, 실험기구 관찰, 다른 모둠의 결과를 공유하는 시간을 최대한 확보하고, 실험을 구성하는 것에 자율성을 부여해야 한다. 둘째, 피드백, 개념이해, 데이터와 그래프 처리, 토론을 하도록 적절한 과제를 제시하고, 학생의 활동에 개입해야 한다. 셋째, 교사의 설명과 안내를 토의와 실험결과 공유시간으로 대체하여 학생들이 다양한 관찰기회와 실험결과에 대한 해석의 기회를 가지도록 해야 한다.

The purpose of this research is to analyze the learning characteristics of elementary science gifted students in computer based science experiment(CBE) class and explore teaching and learning strategies that can effectively represent the advantages of computer based science experiment(CBE). In the research, CBE lesson with 4 classes were given to the eight elementary school students attending the Science Gifted Institute affiliated with the university. At the end of the class, the learning characteristics of students that appeared in relation to the advantages of CBE mentioned in the preceding study were analyzed qualitatively. As a result, it was confirmed that students performed less monitoring of experiment conditions, more frequent result prediction and graph-making activities in accordance with the teacher's assignment. And it was confirmed that the frequency of students' discourse decreases in classes where teachers' explanation time is long or relying heavily on textbooks. The effective teaching and learning strategies explored in research are as follows. First, the time to observation of laboratory instruments and share the results of other groups should be secured as much as possible and autonomy should be given to organizing experiments. Second, presenting appropriate tasks and intervening in student activities. for graph processing, feedback and discussion. Third, the teacher's explanation and guidance should be replaced with discussion and experiment result sharing time so that students have various observational opportunities and opportunities to interpret experimental results.

과학교육에서 컴퓨터는 교수·학습 뿐 아니라 평가의 목적으로도 활용되고 있다. 죽, 컴퓨터의 장점을 살린 컴퓨터 기반 평가가 실시되고 있다. 그러나 이와 같은 평가는 주로 과정 중심이 아닌 결과 중심의 평가이며, 피험자의 수만큼 컴퓨터가 있어야 하므로 학교의 정규 시험으로 활용하기 곤란하다. 그러나 수행평가의 경우 일반적으로 평가 과제가 미리 공개되므로 학급별 또는 학생별로 평가 시간이 다르게 평가를 실시하는 것이 가능하다. 따라서 본 연구에서는 실제 실험기구를 사용한 실험평가를 대체할 수 있는 컴퓨터 기반 수행평가 문항을 개발하였다. 이를 위해 먼저 물리 교사를 대상으로 과학교육에 있어 이러한 기능에 대한 평가의 필요성 및 어려운 점 등에 대한 설문조사를 실시하였고, 이를 반영하여 전류계와 전압계를 포함한 회로를 구성을 하는 평가 문항을 개발하였다. 개발된 컴퓨터 기반 문항은 실제의 실험기구를 사용하여 진행되는 평가와 유사하게 구성하였으며 평가 과정에서 학생들의 수행에 따라 적절한 피드백을 제공하고, 수행 결과를 자동적으로 채점할 수 있도록 하였다. 이를 위해 컴퓨터가 학생들의 수행 결과의 정확성을 판단할 수 있는 알고리즘을 개발하였다.

The purpose of this study is to develop the science item on computer-based performance assessment which is able to replace the assessment with actual experimental apparatus. The survey on the necessities and the difficulties of the assessment with actual experimental apparatus was conducted with 57 physics teachers. By reflecting the results of the survey, the computer-based assessment items which are related with constructing circuits with an ammeter and a voltmeter were developed. The developed computer-based assessment items were organized in similarity to assessment conducted with actual experimental apparatus, proper feedback was provided by students' performance in the process of assessment so as to grading performance results automatically. To achieve them, the algorithm was developed so that computer can judge the accuracy of students' performance results.

본 연구의 목적은 컴퓨터 활용 실험수업(Computer Based Experiment, CBE)에서 초등과학영재학생의 학습특성을 분석하는데 있다. 이를 위해 대학부설 과학영재교육원에 재학 중인 초등학생 8명을 대상으로 4차시에 걸친 컴퓨터 활용 과학실험수업을 실시하였다. 수업 전략은 선행 연구를 바탕으로 학습 효과를 높이는 방향으로 설정하였으며 매시간 수업 결과를 바탕으로 수정하여 다음 차시의 수업에 반영하였다. 학습 효과를 파악하기 위하여 학생의 성취 수준을 CBE 동기화, CBE 학습화, CBE 내면화, CBE 의미화의 4단계로 설정하였으며, 수업에서의 학생 활동을 관찰, 원인추론, 피드백, 그래프, 의사소통 항목으로 세분하여 분석하였다. 연구 결과, 수업이 진행됨에 따라 모든 학생들의 성취 수준이 높아졌으며 관찰, 원인추론, 피드백, 그래프 만들기와 해석, 실험 토의 등 분석한 모든 항목에서 의미 있는 학생 활동이 일어나는 것을 확인하였다. 특히 관찰과 관련해서 실험기구, 실험상황, 모니터에 나타나는 실험 결과에 대한 관찰이 모두 활발하게 있어나는 것을 알 수 있었다. 또한 수업 과정에서 교사의 설명이 차지하는 비중이 높거나 교재의 지시를 따르는 활동의 비율이 높은 수업에서는 학생 사이의 의미있는 담화가 줄어드는 반면, 원인 추론 및 그래프 만들기 활동과 관련해서는 교사의 적절한 안내가 중요하다는 것을 확인하였다. 마지막으로 능동적인 피드백을 위해서는 충분한 시간이 필요하다는 점도 알게 되었다.

The purpose of this study is to analyze the learning characteristics of elementary science gifted students in Computer Based Experiment (CBE). In the research, CBE lesson with 4 classes were given to the eight elementary school students attending the Science Gifted Institute affiliated with the university. The teaching strategy was set to increase the learning effect based on the prior research, and was modified based on the results of the each class to reflect it in the next class. In order to analyze the learning effect, we set the student's achievement level in four stages: CBE motivation, CBE acceptance, CBE personalization, and CBE proficiency, and examined students’ behaviour in the classes in aspects of observation, cause inference, feedback, graph, and communication. As a result of the study, the achievement level of all students increased as the class progressed, and it was confirmed that meaningful student activities occurred in all analyzed items such as observation, cause reasoning, feedback, graph making and interpretation, and experimental discussion. In particular, it was found that students’ observation was performed during whole process of experiment on such as apparatus, phenomena, and the result on the monitor. In addition, it was found that meaningful interaction among students is reduced in the case where the teacher's explanation plays a large part and where dominant are the activities merely following the instruction in the worksheet. Finally, we also noticed that it needs enough time for students’ active feedback.