최근 4차 산업혁명으로 인해 인공지능과 사물인터넷, 머신러닝 등의 융합기술과 통계학이 미래 사회를 이끄는 핵심 분야로 대두되고 있다. 이러한 변화에 맞춰 2015 개정 수학과 교육과정에서는 통계 교육의 목표로서 학생 스스로 목적에 맞는 적절한 자료를 수집하고 분석하여 문제를 해결하고 통계 자료를 비판적으로 해석하여 ...
최근 4차 산업혁명으로 인해 인공지능과 사물인터넷, 머신러닝 등의 융합기술과 통계학이 미래 사회를 이끄는 핵심 분야로 대두되고 있다. 이러한 변화에 맞춰 2015 개정 수학과 교육과정에서는 통계 교육의 목표로서 학생 스스로 목적에 맞는 적절한 자료를 수집하고 분석하여 문제를 해결하고 통계 자료를 비판적으로 해석하여 의사결정에 참여해나가는 역량을 갖추게 하는 것을 제시하였다. 이에 따라 교육 현장에서 이뤄지는 통계 수업은 단순한 지식 전달 수업이 아닌 학생들이 통계적 과정을 총체적으로 경험할 수 있는 수업으로 구성되어야 하며 학생들은 이를 통해 단순한 통계적 개념 지식을 이해하는 것을 넘어 통계적 사고와 통계적 태도를 고루 향상 시킬 수 있어야 한다. 통계적 과정을 경험하게 할 수 있는 교수학습 방법으로 특히 통계 프로젝트형 수학 수업은 학생들에게 자료 수집하게 하고 이를 분석하여 해석을 도출하는 과정을 직접 경험하게 하여 통계적 사고나 역량, 수학학습 태도를 향상시킨다는 연구 결과가 많이 보고되고 있다. 하지만 대부분의 연구는 초등학생과 중학생을 대상으로 진행되었으며 통계 프로젝트 수업이 통계적 사고에 미치는 영향만을 분석하거나 통계적 태도보다 넓은 범위인 수학학습 태도의 변화를 분석한 연구가 주를 이뤘고 고등학생을 대상으로 통계 프로젝트 수업을 진행하여 통계적 사고와 통계적 태도에 미치는 영향을 동시에 분석한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 고등학생 대상으로 한 통계 프로젝트 수업을 설계하고 진행하여 통계 프로젝트 수업이 학생들의 통계적 사고와 통계적 태도에서 어떤 영향을 미치는지 분석하고자 한다.
본 연구는 통계 프로젝트 수업이 고등학생들의 통계적 사고와 통계적 태도에 미치는 영향에 대해 분석하고자 다음과 같은 연구 문제를 설정하였다.
연구 문제 1. 통계 프로젝트 수업은 고등학생의 통계적 사고에 어떠한 영향을 미치는가? 연구 문제 2. 통계 프로젝트 수업은 고등학생의 통계적 태도에 어떠한 영향을 미치는가? 연구 문제 3. 통계 프로젝트 학습 후 나타난 통계 프로젝트 학습과 공학적 도구 활용에 대한 고등학생들의 인식은 어떠한가?
연구 문제 결과를 도출하기 위해 통계적 사고와 프로젝트 수업에 대한 선행 연구를 분석하여 본 연구에서 진행할 통계 프로젝트 수업 과정과 통계적 과정에 따른 통계적 사고 하위요소 분석틀을 개발하였다. 또한 통계적 사고 하위 요소 분석틀을 토대로 통계적 사고 검사지를 제작하였으며 통계적 태도에 대한 선행 연구를 분석하여 통계적 태도 측정을 위한 검사지를 선정하였다. 본 연구에서는 <확률과 통계> 과목을 수강하는 학급 중 실험집단과 비교집단을 연구 대상으로 선정하여 실험집단에는 통계 프로젝트 수업 6차시, 비교집단에는 강의식 수업 6차시를 진행하였다. 또한 집단별 통계적 사고와 통계적 태도에 대한 사전 검사와 사후 검사 결과를 토대로 통계 프로젝트 수업이 고등학생들의 통계적 사고 특성과 통계적 태도에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다. 실험집단은 통계 프로젝트 수업 이후 프로젝트 수업, 공학적 도구 활용에 대한 학생들의 인식을 알아보기 위해 설문지 작성을 진행하였으며 실험집단 학생 중 사전·사후 검사 결과를 토대로 통계 프로젝트 수업 후 통계적 사고와 통계적 태도 변화가 가장 크게 나타난 학생 2명을 대상으로 면담을 진행하였다.
연구 결과는 다음과 같다. 먼저 연구문제 1에 대하여 실험집단과 비교집단의 사전 통계적 사고 검사와 사후 통계적 사고 검사 점수를 공분산분석한 결과, 통계 프로젝트 수업은 고등학생의 통계적 사고 향상에 영향을 미치지 않았다. 하지만 실험집단의 경우 통계적 사고 검사 문항 중 설문 문항별 수집한 자료를 표, 그래프, 차트 등 다양한 표현 방법으로 나타내는 문항에서는 비교집단과 달리 점수가 향상되었고 자료 표현 방법을 비교하는 문항에서도 점수 향상을 보였다. 이는 실험집단 학생들이 작성한 설문지에 비추어볼 때, 통계 프로젝트 수업 중 하나의 설문문항에 대해 가장 적합한 자료 표현 방법을 결정하는 토의 활동과 통그라미를 이용하여 수집한 자료를 다양한 표현 방법으로 나타내는 활동이 있었기 때문에 나타난 변화로 볼 수 있다. 연구문제 2에 대하여 통계 프로젝트 수업 전과 후에 실험집단의 통계적 태도 변화는 유의미하게 나타나지 않았으나 통계적 태도 중 흥미 영역에서 점수 향상의 유의미함을 보여 이를 통해 통계 프로젝트 수업이 학생들의 흥미에 긍정적인 영향을 미쳤음을 알 수 있다. 또한 실험집단의 학생 중 가장 통계적 사고와 통계적 태도의 변화가 큰 두 학생을 면담한 결과, 통계 프로젝트 수업은 모둠별로 다양한 주제와 수학적 결과가 산출되도록 만들어 정답을 맞춰야한다는 부담감에서 벗어날 수 있도록 하여 학생들이 수학 학습에 대한 불안감과 두려움을 극복하고 흥미를 높이는데 도움을 준다는 결과를 얻었다. 연구 문제 3에 대하여 실험집단이 작성한 설문지 결과를 종합해볼 때 통계 프로젝트 학습은 수업 집중도 향상 등의 변화와 흥미, 곤란도, 통계 조사에 대한 긍정적인 태도와 함께 직접 사회 문제를 해결할 수 있다는 자신감을 얻게 하여 통계 프로젝트 학습에 대한 긍정적인 인식이 나타났음을 확인할 수 있었다. 공학적 도구 사용에 대한 인식을 묻는 설문에 대해서는 공학적 도구가 복잡한 통계 처리 과정을 쉽게 해결해주고 통계 프로젝트 학습을 통해 이전보다 실생활 관련 통계적 추정 단원 문제 속 설문조사가 갖는 의미가 더욱 와닿았다고 응답하는 등 통계 프로젝트 수업에서 공학적 도구를 사용하는 것에 대한 긍정적인 인식이 나타났다.
본 연구를 바탕으로 고등학교 통계 수업 측면에서 학생들의 통계적 사고와 통계적 태도를 높이기 위해 다음과 같은 제언을 하고자 한다. 첫째, 교육 환경의 변화와 비대면 원격교육의 확산이 이뤄지고 있는 시대를 반영하여 고등학생의 통계적 사고와 통계적 태도를 신장시킬 수 있는 새로운 통계 프로젝트 학습을 개발하는 후속 연구가 진행되어야 할 것이며 온라인 환경에서 통계 프로젝트 학습을 원활히 진행할 수 있는 교수학습 전략과 교수학습 자료가 마련되어야 할 것이다. 둘째, 앞으로 전면 도입하게 될 고교학점제로 인해 타교과와 융합한 장기간의 통계 프로젝트 학습이 가능한 교육 환경이 만들어질 수 있으므로 학생들의 통계적 사고와 통계적 태도 향상을 위해 진로와 관심 분야를 고려한 폭넓은 장기간의 통계 프로젝트 학습의 효과성에 관한 후속 연구가 필요하다. 셋째, 통계 프로젝트 학습 이후 진행될 평가에 관한 연구가 진행되어야 하며 학생들의 통계적 사고와 통계적 태도 변화 정도에 따라 제공될 수 있는 추가 프로그램과 교수학습 자료가 개발되어야 한다. 넷째, 통계 프로젝트 학습을 진행한 실험집단 학생들의 통계적 사고와 통계적 태도 변화 사이의 연관성, 통계적 사고 수준에 따른 학생 개별 변화, 통계 프로젝트 학습에서 사용하는 학생들의 언어적 상호작용 등에 대한 분석 등 심층적인 질적 연구가 이어져야 할 것이다. 다섯째, 고등학교에서 통계 프로젝트 학습이 원활히 진행되려면 프로젝트 수업과 과제 설계, 수업 운영, 교수학습 자료와 평가 문항 개발 등 수업 전 과정을 전문적으로 지도할 수 있도록 교사 연수를 시행하고 학교 차원에서 프로젝트 학습 운영을 위한 교육 기자재 확보와 함께 동교과와 타교과간 교사 학습 공동체 활성화를 지원해야 한다. 또한 기존 교과서가 개념, 예제, 문제를 중심으로 내용 체계를 이루는 것을 보완하여 실제 학교 수업내에서 프로젝트 학습이 원활히 진행될 수 있도록 프로젝트 학습 과정에 맞는 새로운 교과서가 개발되어야 할 것이다.
최근 4차 산업혁명으로 인해 인공지능과 사물인터넷, 머신러닝 등의 융합기술과 통계학이 미래 사회를 이끄는 핵심 분야로 대두되고 있다. 이러한 변화에 맞춰 2015 개정 수학과 교육과정에서는 통계 교육의 목표로서 학생 스스로 목적에 맞는 적절한 자료를 수집하고 분석하여 문제를 해결하고 통계 자료를 비판적으로 해석하여 의사결정에 참여해나가는 역량을 갖추게 하는 것을 제시하였다. 이에 따라 교육 현장에서 이뤄지는 통계 수업은 단순한 지식 전달 수업이 아닌 학생들이 통계적 과정을 총체적으로 경험할 수 있는 수업으로 구성되어야 하며 학생들은 이를 통해 단순한 통계적 개념 지식을 이해하는 것을 넘어 통계적 사고와 통계적 태도를 고루 향상 시킬 수 있어야 한다. 통계적 과정을 경험하게 할 수 있는 교수학습 방법으로 특히 통계 프로젝트형 수학 수업은 학생들에게 자료 수집하게 하고 이를 분석하여 해석을 도출하는 과정을 직접 경험하게 하여 통계적 사고나 역량, 수학학습 태도를 향상시킨다는 연구 결과가 많이 보고되고 있다. 하지만 대부분의 연구는 초등학생과 중학생을 대상으로 진행되었으며 통계 프로젝트 수업이 통계적 사고에 미치는 영향만을 분석하거나 통계적 태도보다 넓은 범위인 수학학습 태도의 변화를 분석한 연구가 주를 이뤘고 고등학생을 대상으로 통계 프로젝트 수업을 진행하여 통계적 사고와 통계적 태도에 미치는 영향을 동시에 분석한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 고등학생 대상으로 한 통계 프로젝트 수업을 설계하고 진행하여 통계 프로젝트 수업이 학생들의 통계적 사고와 통계적 태도에서 어떤 영향을 미치는지 분석하고자 한다.
본 연구는 통계 프로젝트 수업이 고등학생들의 통계적 사고와 통계적 태도에 미치는 영향에 대해 분석하고자 다음과 같은 연구 문제를 설정하였다.
연구 문제 1. 통계 프로젝트 수업은 고등학생의 통계적 사고에 어떠한 영향을 미치는가? 연구 문제 2. 통계 프로젝트 수업은 고등학생의 통계적 태도에 어떠한 영향을 미치는가? 연구 문제 3. 통계 프로젝트 학습 후 나타난 통계 프로젝트 학습과 공학적 도구 활용에 대한 고등학생들의 인식은 어떠한가?
연구 문제 결과를 도출하기 위해 통계적 사고와 프로젝트 수업에 대한 선행 연구를 분석하여 본 연구에서 진행할 통계 프로젝트 수업 과정과 통계적 과정에 따른 통계적 사고 하위요소 분석틀을 개발하였다. 또한 통계적 사고 하위 요소 분석틀을 토대로 통계적 사고 검사지를 제작하였으며 통계적 태도에 대한 선행 연구를 분석하여 통계적 태도 측정을 위한 검사지를 선정하였다. 본 연구에서는 <확률과 통계> 과목을 수강하는 학급 중 실험집단과 비교집단을 연구 대상으로 선정하여 실험집단에는 통계 프로젝트 수업 6차시, 비교집단에는 강의식 수업 6차시를 진행하였다. 또한 집단별 통계적 사고와 통계적 태도에 대한 사전 검사와 사후 검사 결과를 토대로 통계 프로젝트 수업이 고등학생들의 통계적 사고 특성과 통계적 태도에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다. 실험집단은 통계 프로젝트 수업 이후 프로젝트 수업, 공학적 도구 활용에 대한 학생들의 인식을 알아보기 위해 설문지 작성을 진행하였으며 실험집단 학생 중 사전·사후 검사 결과를 토대로 통계 프로젝트 수업 후 통계적 사고와 통계적 태도 변화가 가장 크게 나타난 학생 2명을 대상으로 면담을 진행하였다.
연구 결과는 다음과 같다. 먼저 연구문제 1에 대하여 실험집단과 비교집단의 사전 통계적 사고 검사와 사후 통계적 사고 검사 점수를 공분산분석한 결과, 통계 프로젝트 수업은 고등학생의 통계적 사고 향상에 영향을 미치지 않았다. 하지만 실험집단의 경우 통계적 사고 검사 문항 중 설문 문항별 수집한 자료를 표, 그래프, 차트 등 다양한 표현 방법으로 나타내는 문항에서는 비교집단과 달리 점수가 향상되었고 자료 표현 방법을 비교하는 문항에서도 점수 향상을 보였다. 이는 실험집단 학생들이 작성한 설문지에 비추어볼 때, 통계 프로젝트 수업 중 하나의 설문문항에 대해 가장 적합한 자료 표현 방법을 결정하는 토의 활동과 통그라미를 이용하여 수집한 자료를 다양한 표현 방법으로 나타내는 활동이 있었기 때문에 나타난 변화로 볼 수 있다. 연구문제 2에 대하여 통계 프로젝트 수업 전과 후에 실험집단의 통계적 태도 변화는 유의미하게 나타나지 않았으나 통계적 태도 중 흥미 영역에서 점수 향상의 유의미함을 보여 이를 통해 통계 프로젝트 수업이 학생들의 흥미에 긍정적인 영향을 미쳤음을 알 수 있다. 또한 실험집단의 학생 중 가장 통계적 사고와 통계적 태도의 변화가 큰 두 학생을 면담한 결과, 통계 프로젝트 수업은 모둠별로 다양한 주제와 수학적 결과가 산출되도록 만들어 정답을 맞춰야한다는 부담감에서 벗어날 수 있도록 하여 학생들이 수학 학습에 대한 불안감과 두려움을 극복하고 흥미를 높이는데 도움을 준다는 결과를 얻었다. 연구 문제 3에 대하여 실험집단이 작성한 설문지 결과를 종합해볼 때 통계 프로젝트 학습은 수업 집중도 향상 등의 변화와 흥미, 곤란도, 통계 조사에 대한 긍정적인 태도와 함께 직접 사회 문제를 해결할 수 있다는 자신감을 얻게 하여 통계 프로젝트 학습에 대한 긍정적인 인식이 나타났음을 확인할 수 있었다. 공학적 도구 사용에 대한 인식을 묻는 설문에 대해서는 공학적 도구가 복잡한 통계 처리 과정을 쉽게 해결해주고 통계 프로젝트 학습을 통해 이전보다 실생활 관련 통계적 추정 단원 문제 속 설문조사가 갖는 의미가 더욱 와닿았다고 응답하는 등 통계 프로젝트 수업에서 공학적 도구를 사용하는 것에 대한 긍정적인 인식이 나타났다.
본 연구를 바탕으로 고등학교 통계 수업 측면에서 학생들의 통계적 사고와 통계적 태도를 높이기 위해 다음과 같은 제언을 하고자 한다. 첫째, 교육 환경의 변화와 비대면 원격교육의 확산이 이뤄지고 있는 시대를 반영하여 고등학생의 통계적 사고와 통계적 태도를 신장시킬 수 있는 새로운 통계 프로젝트 학습을 개발하는 후속 연구가 진행되어야 할 것이며 온라인 환경에서 통계 프로젝트 학습을 원활히 진행할 수 있는 교수학습 전략과 교수학습 자료가 마련되어야 할 것이다. 둘째, 앞으로 전면 도입하게 될 고교학점제로 인해 타교과와 융합한 장기간의 통계 프로젝트 학습이 가능한 교육 환경이 만들어질 수 있으므로 학생들의 통계적 사고와 통계적 태도 향상을 위해 진로와 관심 분야를 고려한 폭넓은 장기간의 통계 프로젝트 학습의 효과성에 관한 후속 연구가 필요하다. 셋째, 통계 프로젝트 학습 이후 진행될 평가에 관한 연구가 진행되어야 하며 학생들의 통계적 사고와 통계적 태도 변화 정도에 따라 제공될 수 있는 추가 프로그램과 교수학습 자료가 개발되어야 한다. 넷째, 통계 프로젝트 학습을 진행한 실험집단 학생들의 통계적 사고와 통계적 태도 변화 사이의 연관성, 통계적 사고 수준에 따른 학생 개별 변화, 통계 프로젝트 학습에서 사용하는 학생들의 언어적 상호작용 등에 대한 분석 등 심층적인 질적 연구가 이어져야 할 것이다. 다섯째, 고등학교에서 통계 프로젝트 학습이 원활히 진행되려면 프로젝트 수업과 과제 설계, 수업 운영, 교수학습 자료와 평가 문항 개발 등 수업 전 과정을 전문적으로 지도할 수 있도록 교사 연수를 시행하고 학교 차원에서 프로젝트 학습 운영을 위한 교육 기자재 확보와 함께 동교과와 타교과간 교사 학습 공동체 활성화를 지원해야 한다. 또한 기존 교과서가 개념, 예제, 문제를 중심으로 내용 체계를 이루는 것을 보완하여 실제 학교 수업내에서 프로젝트 학습이 원활히 진행될 수 있도록 프로젝트 학습 과정에 맞는 새로운 교과서가 개발되어야 할 것이다.
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