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과학영재의 생명과학 R&E 연구수행을 위한 사전탐구활동 프로그램의 개발 및 적용―식물 분자생물학 실험을 활용하여

Development of R&E Pre-exploratory Activity Program for the Science Gifted Students’ Life Science R&E Research Performance and its Application-Using Plant Molecular Biology Experiments

김성하|신재화
한국과학영재교육학회 (Korean Science Education Society for the Gifted)|2023.08|과학영재교육 (Journal of Science Education for the Gifted)|제15권 제2호|pp. 291-303

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authentic scientific inquiry생명과학 R&ER&E 사전탐구활동 프로그램유전자-단백질-표현형식물 분자생물학 실험과학자의 수행과 유사한 탐구경험적⋅방법적 지식life science R&ER&E pre-exploratory acivity programgene-protein-phenotypeplant molecular biology experimentsempirical and methodological knowledge

초록

이 연구는 과학영재의 자기주도적 프로젝트형 생명과학 R&E 수행과정을 돕기 위한 R&E 사전탐구활동 프로그램을 개발하여 R&E 수행 이전에 적용하고, 그 효과를 알아보고자 하였다. 개발한 R&E 사전탐구활동 프로그램은 학생들에게 실제 과학자가 수행하는 것과 유사한 탐구의 경험 및 식물 분자생물학 실험의 다양한 경험적⋅방법적 지식을 제공하고, 유전자-단백질-표현형으로 이어지는 유전 원리에 대한 분자생물학적 개념을 이해할 수 있도록 과학자의 탐구과정을 반영한 모형을 활용하여 총 7주차의 활동으로 구성하였다. 경기도의 K 과학고에 재학 중인 2학년 학생 5명을 대상으로 개발된 R&E 사전탐구활동 프로그램의 적용 과정에서 얻은 활동 녹음 내용 및 학생들의 활동지 응답 및 설문 응답 분석을 통해 얻은 개발된 프로그램의 적용 효과는 다음과 같다. 학생들은 R&E 사전탐구활동 프로그램을 통해 과학자의 수행과 유사한 탐구 경험을 하였으며, 연결되는 주제의 분자생물학 실험 과정을 통해 실험의 원리 및 일반적인 실험기법 등 다양한 경험적⋅방법적 지식을 체득해 점차 익숙해지는 모습을 보여주었다. 또한 유전자-단백질-표현형으로 이어지는 유전 원리의 개념을 습득할 수 있었다. 개발된 R&E 사전탐구활동 프로그램에서 단백질의 기능을 중심으로 한 생명의 중심원리를 다루고자 하는 전략이 실제 R&E 연구 수행의연구과제 생성에 영향을 줄 수 있을 것이며, 개발된 프로그램에서 익혔던 몇 가지 경험적⋅방법적 지식의 적용을 통해 분자생물학과 관련한 연구주제 탐구 과정에서 활용할 수 있을 것이다. 또한, 개발된 R&E 사전탐구활동 프로그램을 통해 체득한 과학자의 수행과 유사한 탐구 경험을 통해 신중한 판단과 반성적 사고를 수행할 수 있을 것으로 기대된다. 추후 다양한 측면에서 학생들의 R&E 연구 수행 과정을 도울 수 있는 R&E 사전탐구활동 프로그램과 비슷한 접근 방향의 교육 프로그램 및 학생 연구활동 길라잡이 등 교수-학습 자료의 개발이 지속하여야 할 것으로 생각한다.

Abstract

This study was aimed to develop R&E pre-exploratory activity program to help science gifted students perform a self-directed project-type life science R&E. It was also aimed to apply it prior to main R&E and determine its application effects. The developed R&E pre-exploratory activity program would provide students with genuine experiences similar to those performed by real scientists and various empirical and methodological knowledge using plant molecular biology experiments, and the molecular biology concept of gene-protein-phenotype inheritance. A total of 7 weeks of activities were composed in the developed program using a model that reflected the research process by real scientists. Contents of the activity recordings and questionnaire answers were obtained during the application of the R&E pre-exploratory activity program for five 11th grader of the G Science Gifted High Schoollocated in Gyeonggi-do. The application effect was as follows: Students seemed to experience the actual scientific inquiry through the developed R&E pre-exploratory activity program, and gradually became familiar with various empirical and methodological knowledge, such as the principles of molecular biology experiments and general experimental techniques. Students also seemed to acquire the molecular biology concept leading to the gene-protein-phenotype relationship. It was shown that the related inquiry process can be carried out more easily through the application of some inquiry skills and methodological knowledge learned from the developed pre-exploratory activity program. In addition, it is expected that students can make prudent judgments and reflective thinking through the experience of authentic scientific inquiry acquired through the R&E pre-exploratory activity program. In the future, the teaching-learning materials for the R&E activity program similar to this developed R&E pre-exploratory activity program need to be prepared. It will help science gifted students during R&E research process in various aspects and guidance for student research activities need to be considered.

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