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문제 정의
- 22 면담 질문지는 체크리스트로 사용함으로써 생략된 항목이 없도록 했으며, 각 학생들의 반응에 따라 심층적인 질문을 추가로 하기도 했다. 또한, 면담 과정에서 앞서 제시된 시각자료의 내용이 학생의 응답에 미치는 영향을 최소화하기 위해 학생별로 시각자료를 제시하는 순서를 다르게 함으로써 연구의 타당도를 높이고자 했다. 즉, 각 시각자료에 번호를 매긴 후 1→ 2 → 3 → 4→ 5, 3 → 1 → 5 → 4 → 2, …, 5 → 4 → 3 → 2 → 1과 같이 학생마다 시각자료의 제시 순서를 다르게 조합했다.
- 이 연구에서는 면담을 통해 원자 및 분자 개념을 표상한 시각자료에 대한 학생들의 이해 및 해석 과정을 기호학적 관점에서 조사했다. 분석 결과 학생들은 시각자료의 의미를 파악하는 구조화 과정은 성공적으로 수행하는 편이지만, 목표 개념에 도달하거나 시각자료 간 대응에 해당하는 번역 과정에서는 대체로 어려움을 겪는 경향을 나타냈다.
- 이에 이 연구에서는 면담을 사용하여 학생들이 시각자료를 통해 구성한 원자 및 분자 개념의 내용을 조사하고, 학생들이 시각자료를 해석하는 과정 및 이 과정에서 학생들이 겪는 어려움을 분석했다.
- 연구 결과 및 논의 내용은 연구자들이 시각자료와 기호학적 분석틀, 분석 결과, 선행연구 등을 종합적으로 고려하고 반복적으로 검토하여 작성한 것이다. 이후 과학교육 전문가, 과학교사, 과학교육 전공 대학원생을 포함하여 총 10인 이상으로 구성된 연구진 회의를 함으로써 분석 결과 및 주장, 결론을 수정 보완하여 주관성 수준23을 높이고자 했다. 또한 질적 연구의 질과 신용성을 높이기 위해서 분석 및 검토 과정을 녹음 녹화하고 반성적으로 사고한 내용도 기록해 두어 감사 경로를 구성했다.
제안 방법
- 13 즉, 구 도식 원자 모형, 일상생활의 사물을 이용한 원자 모형, 공과 막대기 모형, STM(Scanning Tunneling Microscope: 주사터널링현미경) 그래픽 원자 모형, 두 가지 모형이 혼합된 경우 등의 5가지 시각자료를 과학 교과서에 제시된 형태 그대로, 시각자료 뿐 아니라 교과서에 제시된 글과 함께 면담에 이용했다.
- 학생들이 대한 중학생들의 이해 및 해석 과정 357본인의 생각을 제약 없이 말하고, 그렇게 말한 이유를 자세히 설명하도록 하는 ‘반구조화된 면담’의 방법을 사용했다.22 면담 질문지는 체크리스트로 사용함으로써 생략된 항목이 없도록 했으며, 각 학생들의 반응에 따라 심층적인 질문을 추가로 하기도 했다. 또한, 면담 과정에서 앞서 제시된 시각자료의 내용이 학생의 응답에 미치는 영향을 최소화하기 위해 학생별로 시각자료를 제시하는 순서를 다르게 함으로써 연구의 타당도를 높이고자 했다.
- 본 연구의 면담 질문지를 개발한 후 2인의 과학 교육 전문가와 3인의 중학교 과학 교사가 타당도를 검토했다. 면담 질문은 시각자료에 대한 해석 체, 시각자료와 목표 개념의 연결 등과 같이 항목별로 구분하였고, ‘이 그림을 보고 이해하고 해석한 내용을 말해 줄래?’, ‘이 그림을 보고 원자에 대해 무엇을 알게 됐니?’, ‘처음에 뭘 봤어?’, 머릿속에 뭐가 떠올랐어?’, ‘그 다음엔 어떤 생각을 했어?’ 등과 같이 시각자료에 대한 학생들의 이해도와 해석 과정을 알아보기 위한 질문으로 구성했다. 면담 질문지의 예를 부록에 제시했다.
- 기호학적 분석틀에 의거하여 각각의 시각자료 유형에 따른 시각자료의 해석 과정과 시각자료의 해석 순서에 대해 특징적인 내용을 기술·논의한다.
- 이후 과학교육 전문가, 과학교사, 과학교육 전공 대학원생을 포함하여 총 10인 이상으로 구성된 연구진 회의를 함으로써 분석 결과 및 주장, 결론을 수정 보완하여 주관성 수준23을 높이고자 했다. 또한 질적 연구의 질과 신용성을 높이기 위해서 분석 및 검토 과정을 녹음 녹화하고 반성적으로 사고한 내용도 기록해 두어 감사 경로를 구성했다.23
- 11명(상4, 중4, 하3)의 학생들이 원자들 간의 구별을 쉽게 하기 위해 공의 크기와 색을 다르게 했다고 응답하여, 원자 모형에서 공의 크기와 색의 임의적 표현을 이해하는 구조화3 과정 (st3)을 올바르게 수행했음을 알 수 있었다. 또한, 모든 학생들이 ‘공은 원자를 나타내며 막대는 이어주는 역할을 한다’고 대답하여 공과 막대기가 각각 원자와 결합 상태를 의미함을 잘 파악하여 구조화3 과정을 성공적으로 수행했다.
- 1을 이용하여 시각자료의 해석 과정을 분석했다. 면담 내용 분석은 과학교육 전문가, 중학교 과학 교사를 포함한 3인의 연구자가 했으며, 연구의 타당도와 신뢰도를 높이기 위해 분석이 애매한 경우에는 분석자간 논의를 거쳐 분석했고, 모든 연구자들이 동의한 사항에 한하여 분석 결과를 해석하고 결론을 도출했다.
- 면담 질문의 항목별로 학생들의 응답을 정리한 후 Fig. 1을 이용하여 시각자료의 해석 과정을 분석했다. 면담 내용 분석은 과학교육 전문가, 중학교 과학 교사를 포함한 3인의 연구자가 했으며, 연구의 타당도와 신뢰도를 높이기 위해 분석이 애매한 경우에는 분석자간 논의를 거쳐 분석했고, 모든 연구자들이 동의한 사항에 한하여 분석 결과를 해석하고 결론을 도출했다.
- 면담이 모두 끝난 후 녹음 녹화 자료 및 관찰 노트를 바탕으로 프로토콜을 작성하여 그 내용을 점검했다. 프로토콜은 학생의 말을 기본으로 기록했고, 학생의 행동이나 표정 등을 ( )안에, 직접 말로 표현하지는 않았으나 맥락상 포함될 표현이나 이후 면담 과정에서 나타난 부가적인 내용을 [ ] 안에 나타내는 방법으로 작성했다.
- 면담 시간은 주로 방과 후에, 면담 장소는 과학실이나 도서실 등 조용한 공간에서 실시했다. 면담자는 면담 과정을 모두 녹음·녹화했으며, 면담 과정에서 나타나는 학생의 특이한 행동, 표정 및 연구 외적인 현상 등을 관찰 노트에 작성했다.
- 실제 면담은 예비 면담을 실시했던 연구자 1인이 실시했다. 면담자는 학생과 상호 신뢰의 관계를 형성했으며, 질문의 내용을 미리 숙지한 후에 대화 형식으로 면담을 진행하였다. 학생들이 대한 중학생들의 이해 및 해석 과정 357본인의 생각을 제약 없이 말하고, 그렇게 말한 이유를 자세히 설명하도록 하는 ‘반구조화된 면담’의 방법을 사용했다.
- 본 연구의 면담 질문지를 개발한 후 2인의 과학 교육 전문가와 3인의 중학교 과학 교사가 타당도를 검토했다. 면담 질문은 시각자료에 대한 해석 체, 시각자료와 목표 개념의 연결 등과 같이 항목별로 구분하였고, ‘이 그림을 보고 이해하고 해석한 내용을 말해 줄래?’, ‘이 그림을 보고 원자에 대해 무엇을 알게 됐니?’, ‘처음에 뭘 봤어?’, 머릿속에 뭐가 떠올랐어?’, ‘그 다음엔 어떤 생각을 했어?’ 등과 같이 시각자료에 대한 학생들의 이해도와 해석 과정을 알아보기 위한 질문으로 구성했다.
- 우선 연구자의 면담 기술을 훈련하기 위해 연구 대상과 유사한 대상 6명을 선정하여 예비 면담을 실시했다. 사전에 선행연구13의 분석 결과를 바탕으로 예비 면담 질문 목록을 작성했으며, 예비 면담하는 과정을 녹음·녹화했다. 예비 면담 내용을 전사한 후 분석한 자료를 과학교육 전문가, 중학교 과학 교사를 포함한 모든 연구자들이 논의하는 과정을 통해 본 연구의 면담 질문지의 내용 및 면담 과정을 수정·보완했다.
- 선행연구13에 제시된 기호학적 분석틀(Fig. 1)에 의거하여 학생들과의 면담 내용을 분석했다. Fig.
- 연구 결과 및 논의 내용은 연구자들이 시각자료와 기호학적 분석틀, 분석 결과, 선행연구 등을 종합적으로 고려하고 반복적으로 검토하여 작성한 것이다. 이후 과학교육 전문가, 과학교사, 과학교육 전공 대학원생을 포함하여 총 10인 이상으로 구성된 연구진 회의를 함으로써 분석 결과 및 주장, 결론을 수정 보완하여 주관성 수준23을 높이고자 했다.
- 사전에 선행연구13의 분석 결과를 바탕으로 예비 면담 질문 목록을 작성했으며, 예비 면담하는 과정을 녹음·녹화했다. 예비 면담 내용을 전사한 후 분석한 자료를 과학교육 전문가, 중학교 과학 교사를 포함한 모든 연구자들이 논의하는 과정을 통해 본 연구의 면담 질문지의 내용 및 면담 과정을 수정·보완했다.
- 우선 연구자의 면담 기술을 훈련하기 위해 연구 대상과 유사한 대상 6명을 선정하여 예비 면담을 실시했다. 사전에 선행연구13의 분석 결과를 바탕으로 예비 면담 질문 목록을 작성했으며, 예비 면담하는 과정을 녹음·녹화했다.
- 이 연구에서는 기호학적 분석틀을 이용하여 학생들의 시각자료 해석 과정을 구분함으로써 해석 과정의 단계에 따라 학생들의 이해 내용을 체계적으로 분석했다. 이를 통해 원자 및 분자 개념에 대한 학생들의 학습 결과 뿐 아니라 구체적인 학습 과정에도 관심을 기울임으로써 학생들이 어려움을 겪는 해석 과정과 개념의 내용을 알아볼 수 있었으며, 학생들의 사고 과정에 적합한 교수-학습 방안을 탐색할 수 있다는 점에 본 연구의 의의가 있다.
- 7에 제시된 ‘수소 원자 두 개와 산소 원자 한 개가 결합하면 물이 생성된다. 이것을 준비한 모형을 이용하여 나타내 보자’라는 글을 읽도록 한 후 물의 생성 과정을 표현하는 데 적합한 사물을 선택하고 결합 방식과 그이유를 설명하도록 하여 화학반응의 과정에 대해 이해하는 번역 2 과정과 번역 3 과정 (tl2, tl3)에 대해 조사했다. 그 결과 6명 (상2,중1,하3)이 아래와 같이 화학반응 후 새로운 물질의 생성 과정을 올바르게 설명하지 못했다.
대상 데이터
- 면담에 참여한 학생들은 서울 소재의 중학교에 재학하고 있으며, 3학년 종합 성적 총점을 기준으로 상, 중, 하로 나누어 무선 표집했다. 면담 동의서를 제출하고 자신의 생각을 언어로 잘 표현하는 학생을 연구 대상으로 선정했다(Table 1).
- 원자 및 분자 개념을 학습한 중학교 3학년 학생 12명을 대상으로 면담을 실시했다. 면담에 참여한 학생들은 서울 소재의 중학교에 재학하고 있으며, 3학년 종합 성적 총점을 기준으로 상, 중, 하로 나누어 무선 표집했다. 면담 동의서를 제출하고 자신의 생각을 언어로 잘 표현하는 학생을 연구 대상으로 선정했다(Table 1).
- 원자 및 분자 개념을 학습한 중학교 3학년 학생 12명을 대상으로 면담을 실시했다. 면담에 참여한 학생들은 서울 소재의 중학교에 재학하고 있으며, 3학년 종합 성적 총점을 기준으로 상, 중, 하로 나누어 무선 표집했다.
이론/모형
- 면담자는 학생과 상호 신뢰의 관계를 형성했으며, 질문의 내용을 미리 숙지한 후에 대화 형식으로 면담을 진행하였다. 학생들이 대한 중학생들의 이해 및 해석 과정 357본인의 생각을 제약 없이 말하고, 그렇게 말한 이유를 자세히 설명하도록 하는 ‘반구조화된 면담’의 방법을 사용했다.22 면담 질문지는 체크리스트로 사용함으로써 생략된 항목이 없도록 했으며, 각 학생들의 반응에 따라 심층적인 질문을 추가로 하기도 했다.
성능/효과
- 1,3 원자 모형이나 분자 모형이 포함된 시각자료에는 과학자 집단의 표현 방식이나 화학 영역에서 빈번하게 사용되는 기호, 집필자의 의도 등이 함축되어 있으므로,13 거시 세계에서 학생들이 경험하는 내용과 원자 및 분자 모형을 이용한 설명 사이에는 여전히 일정정도 거리감이 존재한다.1,9 원자 모형에 사용된 기호에 익숙하지 않은 학습자는 자신의 선행 경험과 사전 지식에 따라 그 기호의 의미를 집필자의 의도와 다르게 형성할 수 있으며,1 결과적으로 화학 개념의 이해 수준이 낮아질 수 있다. 즉 과학에서 사용되는 기호의 의미를 구성하는 작업은 자연적으로 터득되는 것이 아니라, 과학자의 사회에서 통용되는 기호의 의미를 배워야 하는 과정이다.
- 11명(상4, 중4, 하3)의 학생들이 원자들 간의 구별을 쉽게 하기 위해 공의 크기와 색을 다르게 했다고 응답하여, 원자 모형에서 공의 크기와 색의 임의적 표현을 이해하는 구조화3 과정 (st3)을 올바르게 수행했음을 알 수 있었다. 또한, 모든 학생들이 ‘공은 원자를 나타내며 막대는 이어주는 역할을 한다’고 대답하여 공과 막대기가 각각 원자와 결합 상태를 의미함을 잘 파악하여 구조화3 과정을 성공적으로 수행했다.
- 면담 시기는 원자 및 분자 개념을 학습한 후 3개월의 기간이 지난 후이므로 단기 기억에 의한 효과가 아닌 장기 기억에 파지된 원자 및 분자 개념을 조사할 수 있었다.
- 면담에 응한 12명의 학생들은 모두 원자 개념을 표상한 4가지 유형의 시각자료와 관련 내용에 관한 글이 교과서에 동시에 제시되었을 때, 시각자료를 먼저 본 후에 교과서 본문의 글을 읽고 그 후 시각자료와 글을 연결하여 목표 개념을 이해하는 경향을 보였다.
- 이 연구에서는 면담을 통해 원자 및 분자 개념을 표상한 시각자료에 대한 학생들의 이해 및 해석 과정을 기호학적 관점에서 조사했다. 분석 결과 학생들은 시각자료의 의미를 파악하는 구조화 과정은 성공적으로 수행하는 편이지만, 목표 개념에 도달하거나 시각자료 간 대응에 해당하는 번역 과정에서는 대체로 어려움을 겪는 경향을 나타냈다. 또한, 교과서의 내용을 파악할 때 학생들이 시각자료를 먼저 보고 글과 연결하여 이해하는 경향이 있었다.
- 또한 이과정에서 학생들은 시각자료에 제시된 원자 모형을 원자의 실재하는 모습이라고 파악하거나, 원자 모형의 피상적 특징으로 인해 오개념을 생성할 수 있다. 이러한 오개념을 예방하기 위한 방안으로 원자나 분자를 표현하는 입자 모형이 원자나 분자의 실재하는 모습의 재현이 아니라 사고 활동을 촉진하기 위한 도구로써의 정신 모형 (mental model)이라는 것을 강조하고,6 원자 모형 및 분자 모형의 특징과 제한점을 교과서에 명시적으로 기술하는 것을 제안할 수 있다.
후속연구
- 이를 통해 원자 및 분자 개념에 대한 학생들의 학습 결과 뿐 아니라 구체적인 학습 과정에도 관심을 기울임으로써 학생들이 어려움을 겪는 해석 과정과 개념의 내용을 알아볼 수 있었으며, 학생들의 사고 과정에 적합한 교수-학습 방안을 탐색할 수 있다는 점에 본 연구의 의의가 있다. 또한, 기호학적 분석틀을 활용한 연구 방법은 교육 현장에서 학생들이 교육과정의 의도에 맞게 시각자료를 해석하는지 알아보기 위해 해석 과정을 단계별로 점검할 때도 이용할 수도 있을 것이다.
- 따라서 학생들이 교과서의 시각자료를 교육과정의 의도대로 해석하는지의 여부를 알기 위한 연구가 필요하다. 이와 같이 학생들이 시각자료를 해석하는 과정을 조사하여 학생들이 어려움을 겪는 해석 과정을 파악함으로써, 화학 개념을 성공적으로 이해하도록 유도할 수 있는 효과적인 시각자료 제시 방안을 탐색하고 물질의 입자성에 대한 교수-학습에 적용할 수 있는 실제적인 시사점을 얻을 수 있을 것이다.
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