01. 관찰의 지도

관찰 능력은 과학에서 가장 중요한 기초탐구 기능으로 추리, 의사소통, 예상, 측정, 분류와 같은 과학탐구 능력을 기르는 것의 기본이 된다. 관찰에는 물체나 현상을 그대로 두고 오감을 사용해 정보를 얻는 기초적 관찰과 변화를 가하며 정보를 획득하는 조작적 관찰로 나눌 수 있는데 좋은 관찰은 이 두 가지의 관찰이 모두 적절하게 이루어진 관찰이다.   <관찰의 수준별 단계> 1수준

• 오감을 이용하여 관찰하기
• 둘 이상의 대상을 비교하여 관찰하기

2수준

• 도구를 이용하여 관찰하기

3수준

• 조작을 통한 관찰하기
• 대상에 능동적인 작용을 가하며 변화 관찰하기

02. 분류의 지도

분류는 대상이 되는 사물, 사건, 현상들이 가지고 있는 공통성을 찾아 함께 묶거나 관계를 연결하는 과정이다. 즉 이들을 어떤 공통적 속성이나 기준에 따라 나누고, 나눈 것을 개체를 확인할 수 있을 때까지 세분화하여 나누어 사물들 사이의 관계를 체계화하는 과정이라 할 수 있다. [좋은 분류의 방법] 좋은 분류는 객관적이고 명확한 분류 기준을 찾아 적용하여 체계적으로 분류하는 것이다. 1. 분류 기준이 객관적이고 명확해야 한다. 기준을 다르게 해석할 수 있으면 안 된다. 즉, 같은 기준을 적용할 때 누가 해도 같은 결과를 얻을 수 있어야 한다. 2. 분류 된 것이 서로 중복되지 않아야 한다. 어떤 기준에 따라 분류했을 때, 이 쪽 군에도 속하고 저 쪽 군에도 속하는 대상이 있어서는 안 된다. 3. 분류 대상 전체를 포함해야 한다. 기준을 적용하여 분류했을 때 전체 대상 중에 제외되는 것이 있어서는 안 된다.

03. 예상의 지도

예상이란 관찰과 측정으로부터 알아낸 현재의 증거와 과거의 경험, 그리고 이들 사이의 관계에 대한 추리 등을 바탕으로 하여 미래의 사건이나 현상을 집작 하는 것이다. 사물과 현상에 대한 믿을만한 예상은 적절한 행동을 할 수 있도록 한다. 예상은 관찰, 분류, 추리와 밀접하게 관련이 있다. 예상은 관찰과 관찰된 사실의 관계에 대한 추리를 바탕으로 만들어진다. 예상한 것이 항상 그대로 나타나지는 않는다. 예상과 결과가 다르다고 해서 예상을 잘못했다고 할 수 없다. 결과와 다른 예상도 다음에 더 나은 예상을 할 수 있도록 도와주기 때문이다.

04. 추리의 지도

추리는 관찰, 측정, 분류의 과정에서 얻어진 자료를 바탕으로 어떤 사건이나 현상이 발생한 원인을 설명하는 것이다. 형사들이 범죄 현장에서 관찰을 통해 발견한 몇 가지 단서를 바탕으로 범인을 잡는 과정과 같이 주어진 몇 가지 관찰 사실들로부터 현상이 일어난 원인이나 이유를 논리적으로 유추하는 것이 추리이다. 추리는 단순히 관찰한 것만을 바탕으로 이루어지는 것이 아니라 관찰자가 이미 경험한 것에 관찰한 결과가 더해져서 이루어진다. 그래서 사람마다 다른 추리를 할 수 있다. 추리와 추측은 다르다. 추측은 증거가 없거나 아주 적을 때 만들어지는 의견이고, 추리는 관찰 자료와 이미 알고 있는 지식으로부터 논리적인 결론을 이끌어내는 것을 말한다. 좋은 추리를 하기 위해서는 정확하고 다양한 관찰이 우선 이루어 져야 하고 관찰한 내용에 자신의 경험이나 지식을 연결시켜 추리 해야 한다. 그리고 결론을 이끌어낼 때 논리적 비약이 없어야 한다.

05. 측정의 지도

과학적 탐구 과정에서는 관찰 또는 실험, 조사한 내용을 구체적인 수치로 나타내는 정량적인 활동이 많다. 측정은 도구나 기계를 사용하여 길이, 넓이, 부피, 무게 등 단위를 붙여야 하는 정량적 자료를 모으는 활동으로 측정 능력은 정량적 관찰, 비교와 분류, 원활한 의사소통의 기본이 되며 정량적인 실험을 위한 중요한 요소다. 또한 탐구 과정에서 학생들은 정량적인 실험을 통해 좀 더 정밀하고 과학적인 탐구를 전개할 수 있다. 우리는 과학 탐구 과정에서 필요한 데이터를 수집하기 위해서 측정을 한다. 측정을 하려면 가장 먼저 측정 대상을 결정해야 하며, 이에 적합한 도구를 선택해서 올바른 방법으로 측정해야 한다. 또한 측정값은 적절한 표준단위로 정리되고, 정밀하고 정확한 측정을 위해 오차를 고려해야 한다. 수집된 자료들은 탐구 문제를 해결하기 위해 변환, 해석된다. 이와 같이 탐구 활동을 제대로 수행하기 위해서는 올바른 측정하기에 대해서 학습해야 한다.

06. 의사소통의 지도

의사소통은 다른 사람들과 정보를 교환하는 과정이다. 의사소통은 말, 글, 비언어적 방법, 기호 등 여러 가지 다른 형태로 이루어질 수 있다. 자연을 탐구하는 동료들 간에 의사소통은 과학을 이끌어 가는 매우 중요한 요소이다. 우리의 생각과 느낌을 다른 사람에게 정확히 전달하거나 문제를 해결하기 위해서는 의사소통이 필요하며 이 능력은 모든 일의 기초가 된다. 말과 글은 물론, 그래프, 도표, 지도, 기호, 수식, 도해 등은 모든 과학에서 흔히 사용되는 의사소통 수단이다. 효과적인 의사소통은 명백하고 정확하며 모호함이 없어야 한다. 우리는 우리자신의 생각과 감정, 요구를 다른 사람에게 표현 할 필요성이 있으며 어렸을 때부터 의사소통이 문제 해결의 기초라는 것을 학습하게 된다.

07. 문제인식의 지도

문제 인식은 탐구의 가장 첫 단계이자, 가장 중요한 단계이다. 문제를 인식한다는 것은 연구의 주제나 영역을 정하고 구체적인 탐구 문제를 설정, 기술하는 것까지를 포함한다. 무엇을, 어떻게 하겠다는 탐구 문제가 구체적으로 정해지고 진술되어야만 다음 단계의 탐구 과정을 수행할 수 있기 때문이다. [관찰의 수준별 단계] 의문 갖기 학생들에게 자연현상에 일어나는 일들에 대해 의문을 가지고 질문 할 수 있는 기획를 만들어 주어 생활 주변 현상에 대해 궁금증을 갖도록 유도한다. 탐구할 만한 가치가 있는지 살펴보기 학생들 스스로 문제를 해결할 수 있을만한 문제인지 확인이 필요하다. 예를 들어 '우라늄 붕괴 과정'은 탐구 주제로 의미 있는 주제이지만 학생들에게는 의미 없는 주제가 될 수 있다. 좋은 문제 인식(탐구문제설정) 알기 학생들이 수행하기에 적합한 탐구문제는 다음과 같은 조건을 갖추고 있다. 첫째) 질문은 재미있고 도전 할만 해야 한다. 둘째) 학생들이 이미 알고 있는 것이 아닌, 스스로 어떤 것을 발견할 수 있는 것이어야 한다. 셋째) 실제 탐구가 가능한 것이어야 한다. 시간, 비용의 문제나 안전하지 못한 것은 적절한 탐구문제라 할 수 없다. 또한 학생들이 실제로 활동하여 스스로 자료를 모을 수 있는 것이어야 한다.

08. 가설 설정의 지도

가설 설정 은 어떤 현상에 대한 질문에 옳은지 틀린지는 모르지만 설명(답)을 해보는 것이다. 문제 인식 다음의 단계로 두는 것이 일반적이며, 관찰, 측정, 분류, 추리, 예상, 변인 통제 등과 가지고 있던 지식과 경험, 관찰을 바탕으로 설정된다. 따라서 가설은 관찰, 측정, 추리, 예상보다 더 통제, 조절되어 있고, 한층 더 조직적이고 형식적이며, 더 조작적이다. 1. 좋은 가설이란? 좋은 가설은 거짓임을 증명할 수 있으며, 탐구 문제와 관련된 변인을 모두 포함하고, 독립 변인과 종속 변인 사이의 관계를 진술하며, 자연에 대한 보편적인 이해 즉, 현상을 설명하는 가설을 말한다. 2. 가설 세우기를 잘 가르치려면? 모든 탐구 문제가 가설을 필요로 하는 것은 아니다. 조사나 실태 파악 등의 탐구에서는 가설이 반드시 필요한 것은 아니기 때문이다. 상관관계 또는 인과 관계를 알아보고자 하는 경우에 주로 가설은 훌륭한 탐구의 지침이 된다. 추론 또는 예상하기와 가설 설정 하기를 혼동하지 않도록 지도한다.

09. 변인통제의 지도

식물이 살아가는 데에는 햇빛이 꼭 필요하다.'라는 말이 사실인지 알아본다면 한 화분에는 햇빛을 가리고, 다른 화분에는 햇빛을 가리지 않고 길러보는 실험을 생각 할 수 있다. 이렇게 알아 보고 싶은 부분의 조건을 달리 하고, 나머지는 모두 똑같게 하는 것을 변인 통제라고 한다. 무엇을 변화시켜 가면서(조작변인) 무엇을 측정할 것이고(종속변인) 그때 일정하게 유지시켜 줄 것이 무엇인지(통제변인)를 파악 하고, 이를 통제해 주는 것은 실험의 성패를 좌우하는 중요한 과정이다. [변인 통제를 잘 가르치려면] 변인 통제를 지도할 때는 크게 세 가지를 염두에 두어야 한다. 1. 실험 목적을 분명히 한다. 2. 실험의 원인과 결과가 되는 변인들을 파악하여 표로 정리하는 습관을 기르도록 한다. 3. 공정한 검사의 개념을 가르쳐 변인 통제의 필요성을 쉽게 인식할 수 있도록 한다.

10. 자료 변환 및 자료 해석의 지도

자료 변환은 어떠한 결과를 표, 그래프, 그림, 기호의 다른 형태로 바꾸는 것을 의미하는데, 일반적으로 학교에서는 탐구활동의 결과를 표와 그래프로 나타내는 경우를 말한다. 자료 변환은 실험결과를 초보적인 수준의 형태로 기록하는 것에서부터 자료를 표로 만들기, 표를 그래프로 만들기, 문장을 표나 그래프로 만들기 등으로 나누어 볼 수 있다. 자료 해석은 실험 결과가 표현된 표나 그래프의 의미를 이해하고 변인 사이의 관계를 해석하는 활동을 말한다.

11. 결론 도출의 지도

결론 도출은 탐구활동 전체에 대한 정리 단계이며, 이를 통해 후속 연구에 시사점을 제공하기에 탐구 기능으로써 학생들이 반드시 익혀야 할 부분이다. 학생들은 결론 도출을 배움으로써 자신이 한 실험에 대해 의미부여를 할 수 있고 차후 계획을 세우는데 도움이 될 것이다. 결론 도출은 실험이나 연구를 통해 수집한 자료를 분석하여 가설에 대한 옳고 그름을 가려내는 일이다. 결론 도출은 탐구활동 전체에 대한 정리 단계이며, 이를 통해 후속 연구에 시사점을 제공하기에 탐구 기능으로써 학생들이 반드시 익혀야 할부분이다. 학생들은 결론 도출을 통해서 자신이 한 실험에 대해 의미부여를 할 수 있고 차후 계획을 세우는데 도움을 받는다. 1. 결론 도출의 방법 첫째. 가설을 확인시킨다. 둘째. 실험 결과를 분석하게 한다. 셋째. 가설이 맞는지 여부를 판단한다. 2. 결론 도출을 잘 가르치려면? 첫째. 가설을 확인하도록 한다. 둘째. 실험 결과를 분석하게 한다. 셋째. 가설이 맞는지 여부를 판단하게 한다. 넷째. 결론을 도출하였다면, 이 결론을 지지하는 실험을 설계하도록 한다.

10. 일반화의 지도

일반화는 여러 가지 실험, 관찰 및 자료조사 등을 통해 얻어낸 개별적인 사실들에서 원리와 법칙을 이끌어 내는 과정이다.학생들이 탐구 기능을 익힘으로써 학생 개개인의 과학탐구 능력을 발달시킴은 분명하나 이것이 모든 이에게 활용되지는 못한다. 따라서 내용을 정리하여 원리 또는 법칙으로 발전시킨다면, 다른 부분에서도 그 원리 또는 법칙을 활용할 수 있게 된다. 그리하여 학생들은 그 원리와 법칙으로부터 문제를 인식하고 가설을 설정하는 순환 과정을 거치면서 과학이 발전한다는 것도 스스로 깨달을 수 있다.