본 연구에서는 데이터 기반 과학탐구를 효과적으로 수행할 수 있는 모 형과 수업전략을 개발하는 것을 목적으로 하고 있으므로, Richey &
Klein(2014)이 제안한 설계․개발 연구방법론(design and development research)의 모형 연구에 따라 연구를 진행하였다. Richey & Klein(2007) 은 ‘교수적 또는 비교수적 산출물 및 도구, 개발을 이끄는 새로운 (혹은 개선된) 모형의 생성에 관한 실증적 기반 확립을 목표로 하는 설계, 개발, 평가 과정에 대한 체계적인 연구’ 로서 설계․개발연구를 정의하였다.
설계․개발연구는 크게 두 가지 유형으로 나뉘는데 첫째는 ‘산출물 및 도구 연구(products and tools research)’ 와 ‘모형 연구(model research)’
이다. ‘산출물 및 도구 연구’는 교수․비교수적 산출물과 프로그램을 설 계하고 개발하는 연구로, 특정 맥락에서 사용된다. ‘모형 연구’는 새로운 또는 개선된 설계 및 개발 모형을 생산하는 것에 목표가 있으며 일반적 으로 적용이 가능하다. 각각의 연구는 유형 1과 유형 2로 불리기도 한다.
(Richey et al., 2004). 유형 2의 연구는 대체로 개발, 타당화, 활용 등의 세 가지 유형으로 세분되며, 양적인 분석 방법과 질적인 분석 방법을 모 두 활용할 수 있다. 개발 방법은 문헌 연구를 통해 연구 결과와 통합하 고 내적 타당도와 외적 타당도를 높일 수 있도록 한다.
본 연구에서는 연구자가 교사로서 학생들의 탐구 과정을 지도하면서 경험한 어려움을 토대로 과학교육 전문가, 교육공학 전문가와 함께 논의 를 통해 연구 문제를 구체화하고 선행문헌 고찰을 통해 설계 원리를 도
출하였다. 문헌연구의 범주는 구성주의의 대표적인 학습 원리이자, 정보 를 활용하여 학생 스스로 지식을 창출할 수 있도록 돕는 자원기반학습 이론을 기저로 과학탐구 모형, 데이터 과학의 일반적인 과정, 통계적 문 제해결력 모형을 참고하였다(그림 Ⅲ-1).
<그림 Ⅲ-1> 문헌 연구의 범주
문헌연구의 범주를 이와 같이 설정한 이유는 다음과 같다. 본 연구에 서는 본 탐구가 ‘방대한 양의 데이터’를 활용하여 문제를 발견하고 해결한 다는 점에서 데이터 과학과 유사성이 있으며, 데이터를 수집, 정리, 분석하 는 과정의 체계성을 중시한다는 측면에서는 통계분야를 포함할 수 있다 (Schield, 2004). 또한 데이터 과학이나 통계학 모두 필수 역량으로 데이터 리터러시나 지식정보처리역량을 언급한다는 점에서(Schield, 2004; Qin &
D'Ignazio, 2010a; Calson et al., 2011; Robin & Erwin, 2015; 김진영,
2016), 본 연구에서 개발하고자 하는 탐구모형의 목적과 부합하므로 문헌 연구의 범위에 포함한다.
개발된 모형은 귀납적 탐구와 연역적 탐구의 두 가지 방법을 모두 포 함하며, 탐구 방법에 따라 현장 적용을 각각 실시하여 외적 타당도를 확 보하였다. 모형 개발 연구에서는 양적, 질적 연구를 모두 사용하지만 대 체로 질적 연구기법에 더 의존한다(Richey & Klein, 2007). 그 이유는 실제 현장의 문제 상황을 다루기 때문에 양적 연구에서처럼 엄격한 통제 가 힘들고 대부분 탐색적 기법을 요구하기 때문이다. 특히 본 연구는 적 용 기간이 5개월과 18차시로 비교적 긴 시간 동안 이루어졌으므로, 외부 영향을 받을 가능성이 높았다. 또한 과학적 맥락에서 지식정보처리역량 의 성취 기준이 명확하게 연구되어 있지 않으므로 효과성을 파악하기에 는 양적 연구 보다는 질적 연구가 바람직하다고 판단하였다.
내적 타당도는 교육공학 전문가, 교육평가 전문가, 현장교사 3인의 전 문가 자문을 통해 확보하였다. 현장교사 3인은 과학탐구 지도 경험이 많 고 교직경험이 15년 이상 된 교사들로 구성하여 충분한 현장 의견이 반 영될 수 있도록 하였다. 현장 적용과 전문가 자문을 통해 도출된 수정사 항을 토대로 탐구모형과 수업 전략을 개선하여 최종 모형과 전략을 완성 하였으며, 수업 전략은 교수자의 전략과 환경 구성에 대한 지침으로 나 누어 제시하였다. 본 연구의 전체 연구방법은 <그림 Ⅲ-2>와 같다.
개발한 모형과 수업전략을 적 용한 귀납적 탐구 실시 - 중학교 2～3학년 과학 동아리
학생 8명(과학탐구경험 다수, 영재원 소속)
- 미세먼지 디지털탐구도구를 활 용한 탐구
- 탐구과정, 회고적 면담 녹취, 전사, 분석
- 교사 관찰일지 및 산출물 수집 - 지속적 비교연구법
데이터 기반 과학탐구, 지식정보처리역량에 대한 문헌 고찰
자원기반학습이론, 과학탐구 과정, 데이터 과학, 통계적 문제해결 력 등의 문헌 고찰
▶ 모형 및 수업 전략 도출
데이터 기반 과학탐구 모형 및 수업전략에 대한 전문가 검토
교육공학, 교육평가, 현장전문가 3인(학생 탐구지도 경험 다수, 데이터 기반 과학탐구 지도경험)
CVI, IRA 값 도출
전문가 개별 면담(면대면, 전화) 연구절차 연구활동
개발한 모형과 수업전략을 적용한 연역적 탐구 실시 - 고등학교 1학년 경기도 영재
원 학생 12명(탐구경험 많지 않음)
- 아두이노를 이용한 도구제작 - 탐구과정 녹취, 전사, 분석 - 수업 후 2회 면담(그룹, 개별)
녹취 전사, 분석(6인)
- 수업활동, 역량 인식조사(11인) - 교사 관찰일지 및 산출물 수집 - 지속적 비교연구법
<그림 Ⅲ-2> 연구 방법 모식도