과학탐구학습모형 2: 가설검증탐구학습모형

   가설검증탐구학습모형은 흔히 과학탐구학습모형으로 알려져 있으며, 반증주의에 바탕을 두고 있다. 반증주의에 의하면 과학자들은 먼저 자연현상과 관련하여 문제를 인식하고 이에 대한 잠정적인 해답인 가설을 설정하며, 이 가설의 옳고 그름을 알아낼 수 있는 실험을 설계하여 자료를 수집하고, 분석함으로써, 가설을 검증하여 결론을 도출하는 과정을 거치는 것으로 본다. 이 과정을 거쳐 가설을 반증하는 것이 귀납적 과정을 통해서 과학 지식을 확증하는 것보다 논리적으로 더 타당성이 높다고 보며, 이를 반증주의라고 한다. 가설검증탐구학습모형에서는 학생들이 과학자처럼 반증 과정을 거치게 되며, 활용하는 이론이나 사고의 수준은 과학자와 비교할 수 없지만 거치는 과정은 같은 것으로 본다. 이 모형의 적용과정에는 가설 설정, 변인통제, 가설검증, 결론 도출 등과 같은 고차적 사고 능력이 요구되기 때문에 저학년 학생들에게는 적합하지 않다. 

   가설검증탐구학습모형은 그림 2와 같이 (1) 탐색 및 문제 파악, (2) 가설 설정, (3) 실험설계, (4) 실험 (또는 자료수집), (5) 가설검증 및 결론도출, (6) 적용의 6단계로 이루어진다. 

 

[그림 2] 가설검증탐구학습 모형의 단계

(1) 탐색 및 문제파악 단계에서는 학생들이 관찰이나 자료탐색 등을 통하여 탐구할 문제를 파악한다. 반증주의에 의하면 과학하기의 시작은 문제를 인식하는 것이다. 대체로 탐구할 문제를 인식하는 것은 쉽지 않으며, 상당한 시간과 노력을 필요로 하는 경우가 많다. 교사는 질문을 통해서 학생들이 문제를 찾을 수 있도록 안내하거나 경우에 따라서는 탐구 문제를 제시해야 하는 경우도 있다.   

(2) 가설설정 단계에서는 전단계에서 인식한 문제에 대해서 잠정적인 해답, 즉 가설을 세우게 된다. 이 때 가설은 실험이나 자료를 이용해서 옳고 그름을 판단할 수 있도록, 다시 말해서, 반증이 가능하도록 진술되어야 한다. 그러기 위해서는 가설에 경험과 관련된 내용이 포함되어야 한다. 설정된 가설은 실험 설계와 자료 수집의 방향을 제시하게 된다. 가설설정은 상당히 고차원적인 능력을 요구하기 때문에 학생들이 잘 해내지 못하는 경우도 있다. 이 때에는 교사가 질문과 토의를 통해서 학생들의 가설 설정을 안내하고 이끌어주어야 한다. 

(3) 실험설계 단계는 전 단계에서 설정한 가설의 옳고 그름을 알아내기 위하여 변인들을 파악하고, 통제변인과 종속변인을 구별하며, 변인통제 계획을 세운다. 또한 실험 상황이나 과정 및 기구 등을 결정한다. 변인통제 역시 고차원적인 능력을 요구하기 때문에 교사는 학생들에게 실험설계 계획을 발표하도록 하고, 전체 토의와 질문 등을 통해서 가설 검증에 적합한 실험설계가 이루어지도록 안내한다.

(4) 실험 또는 자료수집 단계에서는 전단계의 실험설계에 따라서 실험을 실시하고, 자료를 수집한다. 여기에서는 학생들이 실험을 주도적으로 수행하며, 필요한 실험 관련 기능과 기술을 발휘할 수 있어야 하고, 관찰, 분류, 측정, 기록, 스케치 등과 같은 기본적인 탐구과정 기능을 활용할 수 있어야 한다.      

(5) 가설검증 및 결론도출 단계에서 학생들은 전 단계에서 얻은 자료를 변환하고 해석하여 가설의 옳고 그름을 판가름한다. 자료 변환을 통하여 학생들은 가설검증에 용이한 방식으로 자료의 형태나 표현을 재구성한다. 자료해석 과정에서 선행지식, 논리적 사고, 일반화 능력을 활용하게 된다. 실험결과와 가설이 잘 부합되면 가설을 수용하며, 그렇지 않을 경우에는 가설을 수정하고 실험 설계와 이후의 과정을 반복하게 된다. 

(6) 적용 단계에서는 전 단계에서 검증된 가설을 새로운 실제 상황에 적용하고 설명하며 응용하는 활동을 한다. 이를 통하여 학습한 가설에 대한 학습을 심화시키고, 적용 범위를 확장한다. 또한 이를 통하여 새로운 문제 인식을 할 수도 있다.