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문제 정의
- 본 연구에서는 PBL 전략을 대학교 ｢무기화학실험｣수업에 적용하기 위해 적합한 PBL 문제를 개발하고, 한학기 동안 수업을 진행한 후 PBL 전략이 학생들의 '자기 주도 학습 능력'과 '과학에 대한 태도'에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다.
- 본 연구에서는 PBL 전략을 적용한 대학교 ｢무기화학실험｣ 수업의 효과를 알아보았다. 연구 결과는 첫째, PBL을 적용한 실험 수업이 학생들의 '자기 주도 학습 능력'을 향상시킨 것으로 나타났다(p < .
제안 방법
- 수업 처치에 앞서 '자기 주도 학습 능력'과 '과학에 대한 태도'에 대한 사전 검사를 실시하였으며, 수업 처치는 10주에 걸쳐 진행되었다. 10주 동안 총 4개의 PBL 문제를 해결하였고, 각 문제를 해결할 때마다 PBL 문제와 실험 수업에 대한 학생들의 인식을 조사하였다. 수업 처치가 끝난 후에는 '자기 주도 학습 능력'과 '과학에 대한 태도 '에 대해 사후 검사를 실시하였으며, 'PBL 실험 수업에 대한 학생들의 인식'을 조사하였다.
- 25 설문지는 6개의 하위 영역(PBL 과제의 실제성, 실험 교과수업에 대한 PBL의 적절성, PBL 실험 수업을 위한 자원의 활용, PBL 실험 수업과 자기 주도 학습, PBL 실험 수업과 과학에 대한 태도, PBL 실험수업에 대한 만족도)으로 구성되어 있으며 각 영역별 2문항씩 총 12개 문항으로 구성되었다. 각 문항은 5단계 Likert 척도를 사용하여 채점하였고 부정 문항은 역채점하였다.
- 문제를 통해 알게 된 정보를 바탕으로 학생들은 '알고 있는 것(What We Know)'과, '앞으로 알아야 할 것(What We Need to Know)', '알아낼 방법(What We Need to Do)'들을 정리하여 'KND chart'를 작성하였다. KND chart는 먼저 개인별로 작성한 후 조별 토론을 통해 보완하였다. <PBL 문제 3>의 해결 과정에서 학생들이 작성한 개인별, 조별 KND chart는 예시 1과 같다.
- PBL 문제에 대한 학생들의 인식을 조사한 설문지로는 정현미24가 웹 기반 PBL 경험에 대한 학습자의 인식을 조사하기 위해 만든 설문을 수정·보완하여 사용하였다.
- PBL 실험 수업에 대한 학생들의 인식을 조사한 설문지는 김지자 외22의 자기 주도성 측정 도구와 Hassan23의 검사 도구, 정현미24의 설문에서 각각 실험 수업에 대한 인식과 관련 있는 문항들을 선택한 뒤 이를 수정하여 제작하였다. 25 설문지는 6개의 하위 영역(PBL 과제의 실제성, 실험 교과수업에 대한 PBL의 적절성, PBL 실험 수업을 위한 자원의 활용, PBL 실험 수업과 자기 주도 학습, PBL 실험 수업과 과학에 대한 태도, PBL 실험수업에 대한 만족도)으로 구성되어 있으며 각 영역별 2문항씩 총 12개 문항으로 구성되었다.
- SDLIT 설문지의 7가지 하위 영역을 재범주화하기 위하여 사전 검사지의 결과를 토대로 요인 분석을 실시하였다. 고유치 1.
- PBL 문제가 해결되면 각 조의 결과물을 웹에 올리도록 하여 모든 학생들이 다른 조의 문제 해결 과정을 볼 수 있도록 하였다. 각 조의 결과물에 대해서는 동료 평가를 실시하였고, 마지막 시간에 문제 해결 과정에 대해 발표를 하도록 하였다.
- 이와 같은 정보 수집을 통해 학생들은 가능한몇 가지 해결책을 고안해 내고, 그 가운데 가장 적합한 하나의 해결책을 선정하였다. 그런 다음, 선정된 해결책을 바탕으로 실험을 진행하였는데(Resolve the Problem), 각 PBL 문제는 2~3개의 실험을 포함하고 있으며 2~3주에 걸쳐 하나의 PBL 문제를 해결하는 방식으로 진행되었다. PBL 문제가 해결되면 각 조의 결과물을 웹에 올리도록 하여 모든 학생들이 다른 조의 문제 해결 과정을 볼 수 있도록 하였다.
- '문제 탐색하기'에서는 문제 해결에 필요한 정보를 다양한 경로를 통해 수집하고 이를 동료와 공유한다. 동료와 토론을 하고 각자의 생각에 대한 반성적 사고를 통해 가능한 모든 해결책을 산출해 낸다. '문제 해결하기' 단계에서는 다양한 환경을 고려하여 이러한 해결책들 가운데 최선의 것을 선택한다.
- 이러한 과정을 통해 보다 다양한 해결 방안이 제시되는 것을 예시 1을 통해 확인할 수 있다. 또한 학생들은 KND chart를 바탕으로 국내외 저널, 인터넷 자료, 방송 보도 자료 등을 이용하여 문제 해결에 필요한 정보를 수집하고 이를 공유하였다(Explore the Curriculum). 이와 같은 정보 수집을 통해 학생들은 가능한몇 가지 해결책을 고안해 내고, 그 가운데 가장 적합한 하나의 해결책을 선정하였다.
- 실험 선정 후, 학습자 요구 및 흥미를 반영하기 위해 학습자가 졸업 후에 가질 수 있는 직업군을 분석하였다. 또한, 문제에 실제성을 부여하기 위해 무기 화학 실험 주제와 관련된 실제 상황이나 각 직업군에서 다루는 활동을 국내외 저널 검색을 통해 조사하였다. 학생들의 미래 직업 상황과 국내외 저널을 통해 조사한 다양한 자료를 적절하게 활용하여 몇 가지 PBL 문제 상황을 만들었다.
- 10주 동안의 PBL 실험 수업의 구체적인 절차는 다음과 같다. 먼저, 새로운 실험에 들어가기 일주일 전에 웹을 통해 문제를 제시하였다. 학생들은 문제에 주어진 정보를 확인한 후 자신들이 해결해야 할 문제가 무엇인지 정의하는 활동을 하였다(Understand the Problem).
- 문제를 통해 알게 된 정보를 바탕으로 학생들은 '알고 있는 것(What We Know)'과, '앞으로 알아야 할 것(What We Need to Know)', '알아낼 방법(What We Need to Do)'들을 정리하여 'KND chart'를 작성하였다.
- 한 학기 동안의 PBL 실험 수업을 마친 후, 수업에 대한 학생들의 인식을 조사한 결과는 Table 5와 같다. 설문지는 6개의 하위 영역과 각 영역 당 2개, 총 12개의 문항(Q1~Q12)으로 구성하였다. 각 하위 영역의 평균은 7.
- 첫째 주에는 PBL 실험 수업에 대한 오리엔테이션을 실시하였고, 둘째 주에는 사전 검사를 실시하였다. 셋째 주부터 총 10주에 걸쳐 PBL 실험 수업을 실시하였으며, 마지막 주에는 사후 검사를 실시하였다. 본 연구에서 시행된 수업의 진행 절차는 Fig.
- 수업 처치가 끝난 후에는 '자기 주도 학습 능력'과 '과학에 대한 태도 '에 대해 사후 검사를 실시하였으며, 'PBL 실험 수업에 대한 학생들의 인식'을 조사하였다.
- 수업 처치에 앞서 '자기 주도 학습 능력'과 '과학에 대한 태도'에 대한 사전 검사를 실시하였으며, 수업 처치는 10주에 걸쳐 진행되었다.
- 먼저, ｢무기화학실험｣수업에서 반드시 다루어야 할 학습 주제가 배제되지 않도록 하기 위해 4종류의 무기 화학 실험서26-28의 내용을 분석하여 10개의 실험을 선정하였다. 실험 선정 후, 학습자 요구 및 흥미를 반영하기 위해 학습자가 졸업 후에 가질 수 있는 직업군을 분석하였다. 또한, 문제에 실제성을 부여하기 위해 무기 화학 실험 주제와 관련된 실제 상황이나 각 직업군에서 다루는 활동을 국내외 저널 검색을 통해 조사하였다.
- 가 웹 기반 PBL 경험에 대한 학습자의 인식을 조사하기 위해 만든 설문을 수정·보완하여 사용하였다. 원 검사지의 10문항을 본 연구에 적합하게 6문항으로 재구성하였다. 각 문항은 5단계 Likert 척도를 사용하여 채점하였고, 부정 문항은 역채점하였다.
- <PBL 문제 3>의 해결 과정에서 학생들이 작성한 개인별, 조별 KND chart는 예시 1과 같다. 조원들은 조별 KND chart를 작성하는 과정에서 토론을 통해 정보를 공유하고 PBL 문제 해결을 위한 과정을 구체화하였다. 이러한 과정을 통해 보다 다양한 해결 방안이 제시되는 것을 예시 1을 통해 확인할 수 있다.
- PBL 전략을 적용한 ｢무기화학실험｣수업은 한 학기에 걸쳐 진행되었다. 첫째 주에는 PBL 실험 수업에 대한 오리엔테이션을 실시하였고, 둘째 주에는 사전 검사를 실시하였다. 셋째 주부터 총 10주에 걸쳐 PBL 실험 수업을 실시하였으며, 마지막 주에는 사후 검사를 실시하였다.
- 또한, 문제에 실제성을 부여하기 위해 무기 화학 실험 주제와 관련된 실제 상황이나 각 직업군에서 다루는 활동을 국내외 저널 검색을 통해 조사하였다. 학생들의 미래 직업 상황과 국내외 저널을 통해 조사한 다양한 자료를 적절하게 활용하여 몇 가지 PBL 문제 상황을 만들었다. 마지막으로, 무기 화학 실험서 분석을 통해 선정한 10개의 실험 내용이 PBL 문제 상황에 모두 포함될 수 있도록 이들을 연관성 있는 주제들끼리 범주화하여 최종적으로 총 4개의 PBL 문제를 제작하였고, 이에 대해서는 과학 교육 전문가 3인의 검증을 받았다.
- ｢무기화학실험｣수업을 위해 투입한 4개의 PBL 문제에 대해 학생들의 인식을 알아보기 위해 총 6개 문항(Q1 ~ Q6)으로 구성된 설문지를 사용하였다. 각 문항별 분석 결과는 Table 4와 같다.
대상 데이터
- 학생들의 미래 직업 상황과 국내외 저널을 통해 조사한 다양한 자료를 적절하게 활용하여 몇 가지 PBL 문제 상황을 만들었다. 마지막으로, 무기 화학 실험서 분석을 통해 선정한 10개의 실험 내용이 PBL 문제 상황에 모두 포함될 수 있도록 이들을 연관성 있는 주제들끼리 범주화하여 최종적으로 총 4개의 PBL 문제를 제작하였고, 이에 대해서는 과학 교육 전문가 3인의 검증을 받았다. 각 PBL 문제와 관련된 실험 내용은 Table 1과 같다.
- 본 연구에서 사용한 PBL 문제는 다음과 같은 과정을 통해 개발되었다. 먼저, ｢무기화학실험｣수업에서 반드시 다루어야 할 학습 주제가 배제되지 않도록 하기 위해 4종류의 무기 화학 실험서26-28의 내용을 분석하여 10개의 실험을 선정하였다. 실험 선정 후, 학습자 요구 및 흥미를 반영하기 위해 학습자가 졸업 후에 가질 수 있는 직업군을 분석하였다.
- 본 연구의 대상은 서울시 소재 대학에서 ｢무기화학실험｣을 수강한 23명의 대학교 3학년 학생들이다.
데이터처리
- PBL 실험 수업 처치 후 '과학에 대한 태도' 변화를 알아보기 위하여 단일 집단 t-검정을 실시하였다.
- PBL 실험 수업 처치 후, '자기 주도 학습 능력'의 변화를 알아보기 위하여 단일 집단 t-검정을 실시하였다.
- 수업 처치가 끝난 후에는 '자기 주도 학습 능력'과 '과학에 대한 태도 '에 대해 사후 검사를 실시하였으며, 'PBL 실험 수업에 대한 학생들의 인식'을 조사하였다. 연구 결과는 SPSS 12.0을 이용하여 통계 처리를 하였다.
이론/모형
- 과학에 대한 태도 검사지로는 Hassan23의 검사 도구(Student Interests and Motivation in Science Questionnaire, SIMSQ)를 번역·수정하여 사용하였다.
- 본 연구는 단일 집단 사전-사후 검사 설계(one group pretest-posttest design)로 진행되었다. 수업 처치에 앞서 '자기 주도 학습 능력'과 '과학에 대한 태도'에 대한 사전 검사를 실시하였으며, 수업 처치는 10주에 걸쳐 진행되었다.
- 자기 주도 학습 능력 검사지로는 Guglielmino21의 자기 주도 학습 준비도 검사(Self-Directed Learning Readiness Scale, SDLRS)를 김지자 외22가 우리나라 실정에 맞게 번역·수정한 '교사용 학습자 자기 주도성 측정 도구(Self- Directed Learning Inventory for Teachers, SDLIT)'를 사용하였다.
성능/효과
- 각 문항별 분석 결과는 Table 4와 같다. 4개의 PBL 문제에 대한 평균은 각각 3.3, 3.6,3.7, 3.8점으로 나타났으며, 이러한 결과는 제시된 PBL 문제에 대한 학생들의 인식이 대체로 긍정적임을 나타낸다. 또한 PBL 실험 수업의 횟수가 증가할수록 평균 점수가 향상되었음을 알 수 있다.
- 이처럼 학생들은 PBL을 통해 자신이 무엇을 알아야 하고, 무엇을 알고 싶은지를 생각하는 과정에서 자신에게 필요한 정보를 활용하는 능력을 배우고 자기 주도 학습을 위해 필요한 기술들을 개발할 수 있다. 넷째, PBL은 즉각적인 통찰로는 해결할 수 없는 문제에서부터 시작함으로써 학생들에게 문제 해결 과정에 대한 경험을 제공하고 문제 해결력을 향상시킬 수 있는 기회를 제공한다. Gallagher와 Stepien15은 고등학생을 대상으로 PBL의 문제 해결력에 대한 효과를 검증하는 연구를 실행하였는데, 그 결과 비 구조화된 문제를 가지고 문제 해결 단계를 자발적으로 사용하는 과정에서 실험 집단의 문제 해결력이 향상되는 긍정적인 변화가 나타났다.
- 또한 학습 과정과 학습 결과물에 대한 책임감을 가질 수 있으나 해결할 문제를 정의하는 과정은 다소 어렵게 느껴진다고 응답하였다. 넷째, 학생들은 PBL 실험 수업에 대해 PBL 문제의 실제성, 실험 교과 수업에 적절성, 자원의 활용성, 자기 주도 학습, 과학에 대한 태도, 수업 만족도 면에서 매우 긍정적인 인식을 보였다. 특히 학생들은 PBL 전략을 자기 주도 학습 능력 향상과 실험 수업에 매우 적합한 학습 방법으로 여겼다.
- 둘째, PBL 전략은 학생 들의 '과학에 대한 태도'를 긍정적으로 변화시킨 것으로 나타났다(p < .05).
- 중학교 영재반을 대상으로 한 Nowak13의 실험 연구 결과에서도 학생들은 PBL 교수 접근에 의한 학습을 더 선호하는 것으로 나타났다. 둘째, PBL은 사실, 개념, 원칙과 같은 지식 습득에 적합한 상황을 제공한다.5 관련된 모든 개념은 탈맥락적이 아닌 '문제의 맥락'에서 학습되며, 학생들은 소집단 활동을 통해 문제 상황에서 서로 이의를 제기하면서 개념을 정교화 시킬 수 있는 기회를 풍부하게 갖게 된다.
- 8점으로 나타났으며, 이러한 결과는 제시된 PBL 문제에 대한 학생들의 인식이 대체로 긍정적임을 나타낸다. 또한 PBL 실험 수업의 횟수가 증가할수록 평균 점수가 향상되었음을 알 수 있다.
- 본 연구를 통하여 PBL 전략이 실험 수업에 적용했을 때에도 학생들의 '자기 주도 학습 능력'과 '과학에 대한 태도'의 향상에 효과적임을 알 수 있었다.
- 이렇게 학습된 지식은 보다 오랜 지속력과 강한 전이력을 가지게 된다. 셋째, PBL은 학생들에게 경험 가능한, 실제적인 문제 상황을 제시하고 문제 해결자로서의 역할을 부여함으로서 학생들로 하여금 학습에 대해 주인 의식을 갖게 하며 자기 주도적으로 학습할 수 있는 환경을 제공한다. 최봉선14은 예비 교사를 대상으로 PBL이 자기 주도 학습에 미치는 영향에 대해 실험 연구를 하였는데, PBL은 자기 주도 학습 능력에 유의미한 영향을 미쳤으며 세부적으로는 '동기 수준' 및 '학습 관리 능력'에 효과가 있었다.
- 이러한 과정들이 과학에 대한 태도에 변화를 가져온 것으로 해석된다. 셋째, 학생들은 PBL 문제가 전통적 실험 수업보다 더 많은 학습 기회를 제공하며 자기 주도 학습을 가능하게 한다고 응답하였다. 또한 학습 과정과 학습 결과물에 대한 책임감을 가질 수 있으나 해결할 문제를 정의하는 과정은 다소 어렵게 느껴진다고 응답하였다.
- 연구 결과는 첫째, PBL을 적용한 실험 수업이 학생들의 '자기 주도 학습 능력'을 향상시킨 것으로 나타났다(p < .05).
- 하위 영역별로 단일 집단 t-검정을 실시한 결과 '과학의 유용성(Usefulness of science)' 영역을 제외한 '과학에 대한 동기(Motivation for science)', 과학 수업 불안의 제거(Lack of anxiety)', '학습 계획 결정 능력(Ability to make choice)', '자기 효능감(Self-concept of ability)' 영역에서 모두 통계적으로 유의미하게 향상되었다(p < .05).
후속연구
- 하지만 실제적이고 비 구조화된 PBL 문제 개발의 어려움, 불충분한 수업 시간, 교수자의 새로운 수업 방식에 대해 두려움 등이 PBL 적용의 문제점으로 제기되고 있다. 따라서 PBL을 효과적으로 수업에 적용하기 위해서는 교과과정에 적합하면서 교과 내용을 포함하는 적절한 PBL 문제의 개발, 부족한 수업 시간을 보완할 수 있는 온라인 학습의 활용 등이 필요하며 교수자에게 PBL 수업 방식과 그 효과에 대해 충분히 알리는 것이 필요할 것으로 보인다.
- 하지만 학생들은 스스로 문제를 정의하는 과정을 가장 어렵게 생각하고 있으므로, 교수자는 문제 해결을 위한 문제 정의 과정에서 보다 적극적으로 학생들에게 안내자의 역할을 하는 것이 필요할 것으로 생각된다. 또한 학생들이 실험과 관련된 이론을 보다 체계적으로 이해할 수 있도록 교수자가 필요한 부분에서 적절한 자료나 강의를 제공한다면 학생들에게 도움이 될 것으로 기대된다.
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