본 연구에서는 영재 학생과 일반 학생의 과학 탐구 능력과 과학적 사고력을 비교하였다.
연구 대상은 중학교 1학년에 재학 중인 과학 영재 학생 50명(남학생 36명, 여학생 14명)과 일반 학생 64명(남학생 33명, 여학생 31명)이었다. 과학 탐구 능력을 검사하는 도구로 김수경 등(2007)이 개발한 ‘중학생의 과학 탐구 능력 측정을 위한 평가 도구’를 사용하였다. 이 도구는 기초 탐구 기능으로 관찰, 시/공 관계 사용, 분류, 수 사용, 의사소통, 예상, 추리, 통합 탐구 기능으로 변인 통제, 자료 해석, 가설 설정, 조작적 정의, 실험으로 구성되어 있다. 과학적 사고력을 검사하는 도구로 김소연(2018)이 개발한 ‘과학 글쓰기를 활용한 과학적 사고력 평가 도구’ 중 ‘광합성’을 주제로 한 평가 도구를 사용하였다. 이 도구의 검사지에는 제시글과 4개 문항이 있는데, 각 문항은 귀납적 사고력, 연역적 사고력, 비판적 사고력, 창의적 사고력을 묻고 있다.
과학 탐구 능력 검사 결과, 총 26점 중 영재 학생의 평균은 24.26이고 일반 학생의 평균은 16.78로 .001 수준에서 유의한 차이가 나타났고, 기초 탐구 기능에 비해 통합 탐구 기능에서 더 큰 차이를 보였다. 과학 탐구 능력의 요소별 비교를 한 결과, 기초 탐구 기능의 ‘측정’과 통합 탐구 기능의 ‘변인 통제’에서 두 집단 모두 평균이 낮았고, 기초 탐구 기능의 ‘의사소통’과 통합 탐구 기능의 ‘가설 설정’에서 두 집단 모두 평균이 높았다. 성별로 비교한 결과, 영재 학생은 과학 탐구 능력 전체와 하위 영역에서 모두 유의한 차이가 나타나지 않았다. 일반 학생의 경우 과학 탐구 능력 전체와 하위 영역에 대해 유의한 차이가 나타났으며 남학생이 여학생에 비해 점수가 높았다. 영재 학생의 반별 과학 탐구 능력을 비교한 결과, 과학 탐구 능력의 전체 점수에서 생물반과 지구과학반만 유의한 차이가 나타났다. 기초 탐구 기능은 반별 유의한 차이가 없었으며, 통합 탐구 기능은 지구과학반이 다른 반들과 모두 유의한 차이가 나타났다.
과학적 사고력 검사에서 총 36점 중 영재 학생의 평균은 23.38이고 일반 학생은 14.66으로 .001 수준에서 유의한 차이가 있었고, 하위 영역인 귀납적, 연역적, 비판적, 창의적 사고력에서도 유의한 차이가 나타났다. 귀납적 사고력을 요구하는 문항에서는 영재 학생과 일반 학생 모두 하나의 근거만 제시하였다. 연역적 사고력을 요구하는 문항에서는 두 집단 모두 2가지 이상의 근거를 제시하였으나 결론과 설명이 명확하지 않았다. 비판적 사고력을 요구하는 문항에서 영재 학생과 일반 학생 모두, 주장과 근거에 대한 설명과 부연 그리고 반증이 부족하였다. 창의적 사고력을 요구하는 문항에서 영재 학생의 ‘독창성’ 요소의 점수가 다른 요소에 비해 상대적으로 낮았다. 성별로 비교한 결과, 영재 학생은 비판적 사고력에서 유의한 차이가 나타났고, 일반 학생은 귀납적 사고력에서 유의한 차이가 나타났으며, 두 경우 모두 여학생이 남학생에 비해 점수가 높았다. 과학적 사고력 전체 점수와 나머지 하위 영역에서는 영재 학생과 일반 학생 모두 성별에 따른 유의한 차이가 나타나지 않았다. 영재 학생의 반별로 비교한 결과, 귀납적 사고력에서 지구과학반은 화학반을 제외한 다른 반과 유의한 차이를 보였고, 과학적 사고력과 나머지 하위 영역에서는 반별 차이가 보이지 않았다.
과학 탐구 능력의 일부 요소의 경우 점수가 낮게 나타난 것을 볼 때, 과학 탐구 능력의 요소별로 명시적으로 안내하고 연습할 기회를 제공할 필요가 있다. 그리고 과학적 사고력을 향상시키기 위해 주장에 대한 근거, 설명, 부연, 반증을 하는 능력과 독창성에 중점을 두어 지도할 필요가 있다.

In this study, science inquiry ability and scientific thinking ability of gifted and non-gifted students were compared.
The subject of this study was 50 science gifted students(36 male and 14 female students) and 64 non-gifted students(33 male and 31 female students) in the first grade of middle school. ''Test of science inquiry skills for middle school students'' developed by Kim et al.(2007) was administrated. This tool is composed of the basic process skill that consists of ''observing'', ''using space/time relations'', ''classifying'', ''using number'', ''measuring'', ''communicating'', ''predicting'' and ''inferring'' and the integrated process skill that consist of ''controling variables'', ''interpreting data'', ''defining operationally'', ''hypothesizing'' and ''experimenting''. ''Evaluation instruments for scientific thinking ability using science writing'' developed by Kim(2018) was administered. The questionnaire of this tool is composed of presented text and four questions. Each question asks about inductive, deductive, critical, and creative thinking ability.
The results of science inquiry ability test showed that the mean of gifted students was 24.26 out of 26 points, and that of non-gifted students was 16.78. There was a significant difference at .001 level, and there was a bigger difference in the integrated process skill compared to the basic process skill. In both ''measuring'' and ''controling variables'', the means of the two groups were low, but in both ''communicating'' and ''hypothesizing'', those of the two groups were high. In the result of gender comparison, gifted students did not show any significant difference in whole of science inquiry ability and sub-area. For non-gifted students, there was a significant difference in whole of science inquiry ability, and the score of male students was higher than that of female students. In the result of the comparison among classes of gifted students, there was a significant difference in whole of science inquiry ability between the biology class and the earth science class. There was no significant difference by the class in the basic process skill, and there was significant difference in the integrated process skill between the earth science class and the others.
In the scientific thinking ability test, the mean of gifted students was 23.38 out of 36 points and that of non-gifted students was 14.66. There was a significant difference at .001 level, and also significant differences in the sub-area ''inductive'', ''deductive'', ''critical'', and ''creative'' thinking. For the question requiring inductive thinking ability, both gifted and non-gifted students presented only one data. In the question requiring deductive thinking ability, both groups provided more than two data, but the claim and explanation were not clear. They wrote the answers with lacked explanation, backing, and rebuttal for the question requiring critical thinking ability. The score of ''originality'' element of gifted students was relatively lower than that of other elements in the question requiring creative thinking ability. In the result of gender comparison, gifted students showed difference in critical thinking ability and non-gifted students showed difference in inductive thinking ability. In both cases, the score of female students was higher than that of male students. There was no significant difference between gifted and non-gifted students according to gender in scientific thinking ability. In the result of the comparison among classes of gifted students, there was a significant difference in inductive thinking ability between the earth science class and other classes except the chemistry class. There was no significant difference between gifted and non-gifted students according to the class in scientific thinking ability.
It is necessary to provide the opportunities to guide and practice on the elements of science inquiry ability explicitly, and to emphasize on the data, explanation, backing, rebuttal of the claim and originality in order to improve scientific thinking ability.