[과학교육론] 3-11. 실험수업

1. 탐구실험 수업

(1) 실험 수업 : 실험은 새로운 사실을 발견하거나 미리 알려진 지식을 예증하기 위한 활동이며 가설을 검증하기 위한 기능을 지닌다.

• 탐구 실험 : 실험 전 실험자에게 알려지지 않은 사실에 대한 해답이나 정보를 찾는 기능을 지닌 실험
• 확인 실험 : 기존 과학적 사실이나 개념 등을 확인 또는 예증하는 증거를 제시하는 기능을 지닌 실험

 

(2) 실험수업의 목적/ 장점

① 인지

• 과학교육 과정의 내용을 이해한다.
• 과학적 원리를 적용하는 방법을 학습시킨다.
• 과학 지식을 성장시키고 발달을 인식하게 한다.

② 탐구 : 과학적 방법을 학습시킨다.

③ 정의

• 바람직한 사회적 태도를 함양시킨다.
• 과학에 대한 흥미를 유발시킨다.
• 과학적 태도를 발달시킨다.

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* 실험 기능 -기초탐구과정기능, 통합탐구과정기능

2015 개정교육과정에서는 기초탐구과정(관찰, 분류, 측정, 예상, 추리, 의사소통)과 통합탐구과정(문제 인식, 가설설정, 변인 통제, 자료 해석, 결론 도출, 일반화)으로 분류하며, 기능은 문제 인식, 탐구 설계와 수행, 자료의 수집·분석 및 해석, 수학적 사고와 컴퓨터 활용, 모형의 개발과 사용, 증거에 기초한 토론과 논증, 결론 도출 및 평가, 의사소통 8가지로 나눈다.

 

(3) 실험 수업의 형태- 수업주도자, 실험수준, 실험대상, 학습목표에 따라 분류한다.

① 수업 주도자에 따른 실험 유형 – 교사 위주인가 학생 위주인가에 따라 실험수업을 5가지로 구분

수업 형태	실험 과정						실험 목적
	문제진술	가설설정	실험설계	실험수행	자료수집	결론도출
Ⅰ	교사	교사	교사	학생	학생	교사	조작적 기술의 습득
Ⅱ	교사	교사	교사	학생	학생	학생
Ⅲ	교사	교사	학생	학생	학생	학생	교사에 의해 주어진 문제, 가설에 대한 학생들의 실험설계와 수행
Ⅳ	교사	학생	학생	학생	학생	학생	과학적 방법에 대한 인식과 적용
Ⅴ	학생	학생	학생	학생	학생	학생	개별 탐구 수업

 

② 실험 수준에 따른 실험유형

실험 수준	문제	방법	해답
0	제시	제시	제시	문제 방법 해답이 구체적으로 제시; 폐쇄적, 목표 : 개념 발견, 탐구 내용
1	제시	제시	개방	문제와 가설, 실험 방법 및 절차는 주어지나 해답은 주어지지 않음
2	제시	개방	개방	문제와 가설만이 주어지며 학생들 스스로 실험을 설계하고 설치
3	개방	개방	개방	모든 과정을 학생이; 개방적

 

 

③ 실험 대상에 따른 실험의 유형

	특징
교사중심 확인실험 (확인실험)	일종의 확인 실험으로 학습한 지식을 확인하는 실험 일반적으로 가설 설정을 하지 않음 다른 분야의 실험과 연구에 기본적인 기능 습득이 목적이다. 추상적인 과학지식에 대한 구체적인 경험을 제공한다.
학생중심 탐구학습 (탐구실험)	아직 알려지지 않은 정보를 찾거나 발견하기 위해 수행되는 실험이다. 스스로 실험 결과의 규칙성 찾기→ 새로운 과학지식 발견, 귀납법 실험 설계, 수행 자료와 증거해석, 발표과정을 학생들 스스로 수행 과학적 태도, 탐구력 배양, 과학적 방법 이해 문제인식 → 가설설정 → 실험설계 → 수행 → 기록, 정리 →결론도출(가설 성립 여부 판단) → 모둠별 토의.종합.발표

 

④ 학습 목표에 따른 실험 유형

실험 유형	실험 목적	교사의 역할
귀납적 실험	구체적 사실들의 유의미한 일반화	학생들 스스로 자료를 부석하는 과정을 거쳐 그들 간의 관계를 찾게 한다.
연역적 실험	중요 개념이나 일반화된 지식에 의한 새로운 현상 설명	이미 학습된 지식을 바탕으로 새로운 현상을 설명하고 예측하게 한다. → 학생의 발산적 사고 유발
확인 실험	추상적인 과학 지식에 대한 구체적인 경험을 가지는 기회제공	수업이나 책을 통해 접한 추상적인 지식과 관련된 현상을 경험할 기회를 제공한다.
탐색 실험	새로운 자료 및 현상에 대한 인식과 과학에 대한 흥미 유발	학생들이 개방적인 분위기에서 새로운 자료와 현상을 탐색하고 조사하도록 한다.
과학 탐구 문제해결 실험	과학적 문제 해결 능력 향상	학생들이 문제를 해결하고 해답을 찾는 방법에 관심을 갖도록 한다.
기술 습득 실험	실험 활동에 요구되는 기술 습득	학생들이 필요한 기술을 습득할 때까지 연습과 피드백

(5) 실험수업의 유형별 특징 (권재술)

실험수업 유형 구분	확인실험수업	발견실험수업	탐색실험수업	연구실험수업
절차	주어짐	주어짐	학생이 생성함	학생이 생성함
접근방식	연역적	귀납적	연역적	귀납적
주요 목표	개념 확인	개념 발견	경험/흥미 유발	과학적 사고와 기능의 개발
초점 (탐구내용·탐구과정)	내용	내용	과정	과정
구조화 정도	구조화 ←−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−→ 비구조화
개방화 정도	폐쇄적 ←−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−→ 개방적

*구조화: 모든 단계에서 안내가 제공됨 *비구조화: 안내가 제공되지 않으며, 학생들의 활동에 제한되지 않음 *폐쇄적: 정답과 과정이 정해져 있음 *개방적: 실험과정과 해결방안이 다양함

 

2. 시범실험

• 필요성 : 학생이 직접 하는 실험에는 많은 시간 소요되고 교사에게 큰 부담된다. 교수 학습 과정에서 다양한 방법을 사용할 필요가 있다.
• 유형: 문제 인식, 동기유발
• 장점: 구체적 자료와 질문의 사용으로 학습의 내적·외적 조건을 배열하여 학생의 사고에 안내자로 작용할 수 있다. 시간이 절약되고 위험성이 감소한다.
• 단점: 학생의 참여기회가 감소한다.(이를 해소하기 위해서는 질문을 많이 사용한다) 과정적 지식의 습득이 어렵다.