과학 영재 핵심 역량 모델 개발 및 타당화

본 연구는 21세기 지식 기반 사회의 요구에 부응하는 과학 영재 교육의 새로운 방향을 제시하고자 합니다. 기존의 지식 중심 교육의 한계를 극복하고, 과학 영재들이 미래 사회에서 성공적으로 역할을 수행하는 데 필요한 핵심 역량을 규명하는 것을 목표로 합니다. 특히, 과학 영재들이 창의성 발휘, 지속적인 호기심 유지, 새로운 분야에 대한 도전 정신 등을 함양하지 못하고 과학자로서의 진로를 변경하는 경우가 많다는 점을 문제점으로 인식하고 있습니다. 따라서, 과학자로서 갖춰야 할 핵심 역량을 체계적으로 규명하고 이를 바탕으로 핵심 역량 중심의 과학 영재 교육 프로그램 및 전략을 개발하기 위한 기초 자료를 제공하고자 합니다. 이를 위해 과학자들의 내외적 속성을 분석하여 핵심 역량을 도출하고, 이의 타당성을 검증하는 과정을 거칩니다. 이는 과학 영재 교육의 질적 향상과 국가 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대됩니다. OECD의 DeSeCo 프로젝트에서 제시된 핵심 역량 개념을 바탕으로, 다양한 상황에서 효과적인 수행을 가능하게 하는 지식, 기술, 태도의 집합체로서 핵심 역량을 정의하고, 이를 과학 영재 교육에 적용하는 방안을 모색합니다.

본 연구는 과학자의 핵심 역량 모델을 개발하기 위해 질적 연구와 양적 연구 방법을 통합적으로 활용합니다. 먼저, 논문, 도서, 신문 기사 등의 문헌 분석을 통해 연역적으로 핵심 역량의 후보들을 도출합니다. 여기에는 '과학의 정열'과 같은 도서 및 사이언스타임즈, 동아사이언스, BRIC 등의 인터넷 과학 신문에 실린 과학자 인터뷰 기사가 활용됩니다. (분석 대상 과학자 수: 신문 기사 52명). 다음으로, 행동사건면접(BEI)을 통해 과학자들의 과거 경험을 분석하여 귀납적으로 핵심 역량을 도출합니다. (면접 기간: 2012년 4월-6월, 면접 방식: 이메일 기반, 면접자: 석사 학위 이상 소지자 5명). 문헌 분석과 행동사건면접을 통해 도출된 핵심 역량 후보들은 설문 문항으로 개발되고, 전국 15개 대학 이공계 교수, 8개 과학기술 연구소 연구원, 2개 과학고등학교 교사 및 학생 등 총 7,898명을 대상으로 설문 조사가 실시됩니다. 마지막으로, 설문 조사 결과를 바탕으로 탐색적 요인분석과 확인적 요인분석을 실시하여 핵심 역량 모델의 타당성과 신뢰도를 검증합니다. 이러한 과정을 통해 5개의 역량 군과 15개의 하위 역량으로 구성된 잠재적인 핵심 역량 모델이 개발됩니다.

본 연구는 탐색적 요인분석과 확인적 요인분석을 통해 과학자의 핵심 역량을 5가지 주요 역량 군으로 분류했습니다. 첫째, '인지' 역량 군은 창의적 사고, 종합적 사고, 탐색적 사고, 분석적 사고, 개념적 사고의 5가지 하위 역량으로 구성되어, 문제 해결 및 과학적 탐구에 필요한 고차원적 사고 능력을 강조합니다. 둘째, '성취지향' 역량 군은 주도성, 준비 및 문제해결력, 전략적 영향력의 3가지 하위 역량으로 구성되어, 목표 달성을 위한 자기 주도적 학습 태도와 전략적 사고 능력을 보여줍니다. 셋째, '과학적 태도' 역량 군은 유연한 사고와 태도, 연구 열정, 과학에 대한 견해의 3가지 하위 역량으로 구성되어, 과학에 대한 긍정적 태도, 끈기 있는 자세, 그리고 끊임없는 탐구심을 강조합니다. 넷째, '개인 효과성' 역량 군은 풍부한 경험과 체험, 글로벌 자세의 2가지 하위 역량으로 구성되어, 다양한 경험을 통한 성장과 국제적인 시각을 갖추는 것을 중요시합니다. 마지막으로 '네트워킹' 역량 군은 대인이해, 의사소통의 2가지 하위 역량으로 구성되어, 타인과의 협력과 효과적인 의사소통 능력을 강조하며 과학자로서의 성공적인 협업과 소통 능력을 나타냅니다. 이러한 5가지 역량 군은 상호 연관되어 있으며, 과학 영재 교육에 있어서 균형적인 발달이 중요함을 시사합니다.

5가지 핵심 역량 군은 각각 여러 개의 하위 역량으로 더욱 세분화되어 있습니다. 예를 들어, '인지' 역량 군의 하위 역량인 '창의적 사고'는 기존의 사고방식에서 벗어나 독창적인 아이디어를 생성하는 능력을 의미합니다. '종합적 사고'는 다양한 정보를 종합적으로 고려하여 판단하는 능력을, '탐색적 사고'는 문제 상황을 체계적으로 탐구하는 능력을 나타냅니다. '분석적 사고'는 복잡한 자료를 분석하고 논리적으로 이해하는 능력을, '개념적 사고'는 복잡한 현상을 단순화하여 개념적으로 이해하는 능력을 의미합니다. 다른 역량 군들 또한 이와 유사하게 구체적인 하위 역량들을 포함하며, 각 하위 역량은 설문 조사 문항을 통해 측정되었고, 요인 분석을 통해 그 타당성이 검증되었습니다. 이러한 하위 역량들은 과학자의 성공적인 활동을 위한 필수적인 요소들을 반영하며, 과학 영재 교육 과정 설계 및 평가에 중요한 지표로 활용될 수 있습니다. 각 하위 역량의 명칭은 해당 역량을 구성하는 설문 문항들의 내용을 분석하여 연구진에 의해 명명되었습니다.

본 연구에서는 설문조사 결과를 바탕으로 탐색적 요인분석을 실시하여 과학자 핵심 역량 모델의 타당성을 검증했습니다. 먼저, KMO(Kaiser-Meyer-Olkin) 값이 0.86으로 나타나, 분석에 사용된 자료가 요인 분석에 적합함을 확인했습니다. Bartlett의 구형성 검정 결과 또한 유의미하게 나타나(χ² = 39282.320, df = 15225, p < .001), 변수들 간의 상관관계가 통계적으로 유의함을 보였습니다. 주축요인 추출법(principal axis factoring)과 직각회전(varimax) 방법을 사용하여 요인 분석을 실시했습니다. 요인의 수는 스크리 검사(scree test), 요인 부하량, 요인의 해석 가능성을 종합적으로 고려하여 결정하였고, 그 결과 5개의 역량 군이 도출되었습니다. 하위 요인의 문항 수가 15개 이상인 경우에는 요인 분석을 반복하여 문항 수를 조정하는 과정을 거쳤습니다(양병화, 2000). 이 단계의 분석은 핵심 역량 모델의 구성 타당도를 평가하는데 초점을 맞추었습니다. 즉, 도출된 요인들이 이론적으로 의미있는 핵심 역량을 잘 반영하는지 검토하였습니다.

탐색적 요인분석 결과를 바탕으로 도출된 5개의 역량 군과 15개의 하위 역량으로 구성된 핵심 역량 모델의 타당성과 신뢰도를 확인적 요인분석을 통해 검증했습니다. 확인적 요인분석은 탐색적 요인분석에서 얻은 결과를 바탕으로, 모형의 적합도를 평가하고, 모델의 신뢰도와 타당도를 검증하는 데 사용되었습니다. 모델의 적합도는 카이자승 통계량(χ²) 외에도 GFI, AGFI, RMR, NFI, TLI, NNFI, RFI, CFI, ΔIFI 등 다양한 적합 지수를 사용하여 평가되었습니다. (χ² = 417.29, df = 80, p = .000). 특히, 수렴 타당도는 개념 신뢰도와 분산 추출 지수를 통해, 판별 타당도는 각 잠재 변인 간의 분산 추출 지수와 결정 계수(r²)를 비교하여 검증되었습니다. 분석 결과, 모든 적합 지수 기준을 충족하였고, 수렴 타당도와 판별 타당도가 확보됨으로써 개발된 과학자 핵심 역량 모델의 신뢰성과 타당성을 확인했습니다. 508명의 설문 응답자 데이터 중 70%는 요인 구조 탐색에, 30%는 교차 타당도 검증에 사용되었습니다.

본 연구는 탐색적 및 확인적 요인분석을 통해 과학 영재 교육을 위한 과학자 핵심 역량 모델을 개발했습니다. 이 모델은 5가지 역량 군(인지, 성취지향, 과학적 태도, 개인 효과성, 네트워킹)과 15가지 하위 역량으로 구성됩니다. 각 역량 군은 과학적 활동 수행에 필요한 특정 역량들을 포함하며, '인지' 역량 군은 창의적 사고, 종합적 사고, 탐색적 사고, 분석적 사고, 개념적 사고 등을, '성취지향' 역량 군은 주도성, 준비 및 문제해결력, 전략적 영향력 등을 포함합니다. '과학적 태도' 역량 군은 유연한 사고와 태도, 연구 열정, 과학에 대한 견해를, '개인 효과성' 역량 군은 풍부한 경험과 체험, 글로벌 자세를, '네트워킹' 역량 군은 대인이해와 의사소통 능력을 포함합니다. 이 모델은 탐색적 요인분석과 확인적 요인분석을 통해 신뢰도와 타당도(수렴 타당도, 판별 타당도)가 검증되었으며, 과학 영재 교육 프로그램 개발 및 전략 수립에 중요한 기초자료로 활용될 수 있습니다. 본 연구는 21세기 지식 기반 사회에서 요구되는 과학자의 역할을 고려하여, 연구자, 직업인, 사회인으로서의 역할을 수행하는 데 필요한 핵심 역량들을 종합적으로 제시하고 있습니다.

본 연구에서 개발된 과학자 핵심 역량 모델은 과학 영재 교육의 새로운 방향을 제시합니다. 기존의 지식 중심 교육에서 벗어나, 과학 영재들이 자신의 잠재력을 실현하고 미래 사회에 필요한 인재로 성장할 수 있도록 핵심 역량 중심의 교육 방안을 마련해야 합니다. 특히, 창의성과 같은 인지적 능력 뿐 아니라, 성취지향적 태도, 과학적 태도, 개인 효과성, 네트워킹 능력 등의 균형적인 함양이 중요함을 강조합니다. 본 연구 결과는 핵심 역량 중심의 과학 영재 교육 프로그램 개발 및 평가 도구 개발에 활용될 수 있으며, 과학 영재 교육의 질적 향상을 위한 기반을 제공할 수 있습니다. 하지만, 본 연구의 한계점으로는 다양한 핵심 역량 요인을 모두 포착하지 못했을 가능성과 각 역량 간의 인과 관계에 대한 추가적인 연구가 필요하다는 점을 언급하며, 추후 연구를 통해 이러한 한계점들을 보완하고 모델을 더욱 발전시켜 나가야 함을 제시합니다.