이 연구의 목적은 중등 학교 과학 실험 수업의 실태를 파악하기 위해 수업을 분석하는 것이다. 이를 위해 중등학교 과학 실험 수업을 세 범주로 분석하도록 개발된 분석 도구를 활용하였다. 이 분석 도구는 실험의 목적, 상호 작용, 탐구 과정 세 가지 영역에 20가지 평가 항목으로 구성되어 있으며, 4명의 과학 교육 전문가로부터 0.89의 타당도가 확보되었다. 수업 분석을 위하여 21차시의 실험 수업이 녹화되고 전사되었다. 전사된 프로토콜과 동영상을 바탕으로 실험 수업을 분석한 결과, 중등 학교 실험 수업은 실험 목적 측면에서 선언적 지식의 습득과 과학에 대한 태도의 향상에 집중되어 있었다. 상호 작용 측면은 교사의 발문이 학생들의 발산적 사고를 유도하지 못하고 있고 학생들에 의한 주도적인 실험 기회가 주어지는 대신 교사의 직접적 지도에 의해 실험 수업이 진행되고 있으며, 학생들의 토의 과정이 거의 나타나지 않는 등 상호 작용 I 수준으로 분석되었다. 탐구 과정은 학습 주제에 대한 현상 제시 및 문제 제기가 거의 관찰되지 않았다. 학생들의 가설 설정 활동이나 예상 활동도 대부분의 수업에서 관찰되지 않았으며, 실험 설계 부분은 활동지나 교사의 지시에 의해 주어지고 있었고, 학생들은 실험 결과 기록에만 집중되어 있어 탐구 과정 수준도 I 수준으로 나타났다.

이 연구의 목적은 진자 과제에서 학생들의 가설 생성에 있어서 귀추적 추론 능력이 중요한 역할을 한다는 가설을 검증하고자 하는 것이다. 가설을 검증하기 위하여 5학년 학생들을 대상으로 하여 진자 운동에 대한 가설 생성 검사와 진자의 길이에 대한 선지식 검사를 실시하였다. 진자의 길이에 대해 선지식을 가지고 있는 많은 학생들이 그네 과제에 대한 가설 생성에 선지식을 적용하지 못하였다. 이러한 결과는 학생들이 가설 생성에 실패한 이유가 단지 선지식이 없어서가 아니라 오히려 귀추적 추론 능력이 부족한 것과 관련된다. 학생들이 성공적으로 가설 생성을 하기 위해서는 선지식 뿐만 아니라 귀추적 추론능력도 요구된다. 그러므로 이 연구는 가설 생성 과정에 있어서 선지식 이외에도 귀추적 추론 능력이 중요한 역할을 한다는 주장을 지지한다. 이 연구는 학생들의 가설 생성 능력을 계발하기 위해서는 과학 교육에서 과학적 선언적 지식 뿐만 아니라 귀추적 추론 능력에 대한 교육도 함께 제공되어야 함을 시사한다.

The purpose of this study was to examine the effects of metastrategic exercise on a scientific reasoning strategy to control variables, and investigate the developmental patterns in the strategy usage within a given period. Two groups composed of 90 fifth grade students engaged in a scientific reasoning task over six daily sessions. Additionally, one group engaged in metastrategic exercise on fictional students' strategies of controlling variables on the task, while the other spent equivalent time on an unrelated task. Based upon results of the study, the following conclusions can be drawn. First, the metacognitive exercise on the strategy to control variables has positive and long-standing effects on the strategy performance at the reasoning task. The exercise also takes effect of near-transfer. Taking into consideration only about sixty minutes of metastrategic practice, the results provide the validity of the activity in order to develop children's reasoning strategies. Second, in a scientific reasoning task, each child seems to go through one out of two developmental patterns in their usage of reasoning strategies: gradual change or fundamental change. Considering the ratio of pattern of fundamental change between the two groups, it is clear that the metacognitive exercise influences the developmental pattern of strategy usage.