애니메이션 모듈이 지구과학 영재학생들의 별의 일주운동 개념 변화에 미치는 효과 The Effects of Astronomical Animation Module on Earth Science Gifted Students's Conceptual Change of Diurnal Motion원문보기
본 연구는 애니메이션 모듈을 활용한 수업이 학생들의 별의 일주운동개념변화에 얼마나 효과적인지 알아보기 위한 것이다. 이를 위해 별의 일주운동을 학습하지 않은 학생 4명을 연구 대상으로 선정하였다. 애니메이션 모듈은 Flash MX를 사용하여 3차원적 공간개념을 이해하기 쉽게 개발하였다. 또한, 개별학습이 용이하도록 교사가 육성 녹음한 내용을 삽입하였고, 보충 학습자료를 제시하였다. 애니메이션 모듈은 태양계의 운동 단원으로 지구의 운동, 달의 운동, 행성의 운동으로 구성되었다. 애니메이션 모듈을 적용하기 전에 질문지와 면담을 통해 학생들의 별의 일주운동에 대한 선개념을 분석하였다. 애니메이션 모듈을 활용한 학습 후 사후 검사를 실시하고 사전 검사와 비교하여 개념 변화를 알아보았다. 그 결과, 중위도 방위별 별의 움직임을 제대로 표현하지 못한 3명의 학생은 모든 방향에 걸쳐 정확하게 나타냈다. 그리고 4명의 학생들이 별의 일주운동 모습이 모든 방향에서 직선 형태로 움직인다고 생각하였다. 또한, 중위도에서 별이 움직이는 각도가 직각으로 움직인다고 생각했던 4명의 학생 모두 비스듬하게 움직이는 것으로 개념이 변화하였다.
본 연구는 애니메이션 모듈을 활용한 수업이 학생들의 별의 일주운동 개념변화에 얼마나 효과적인지 알아보기 위한 것이다. 이를 위해 별의 일주운동을 학습하지 않은 학생 4명을 연구 대상으로 선정하였다. 애니메이션 모듈은 Flash MX를 사용하여 3차원적 공간개념을 이해하기 쉽게 개발하였다. 또한, 개별학습이 용이하도록 교사가 육성 녹음한 내용을 삽입하였고, 보충 학습자료를 제시하였다. 애니메이션 모듈은 태양계의 운동 단원으로 지구의 운동, 달의 운동, 행성의 운동으로 구성되었다. 애니메이션 모듈을 적용하기 전에 질문지와 면담을 통해 학생들의 별의 일주운동에 대한 선개념을 분석하였다. 애니메이션 모듈을 활용한 학습 후 사후 검사를 실시하고 사전 검사와 비교하여 개념 변화를 알아보았다. 그 결과, 중위도 방위별 별의 움직임을 제대로 표현하지 못한 3명의 학생은 모든 방향에 걸쳐 정확하게 나타냈다. 그리고 4명의 학생들이 별의 일주운동 모습이 모든 방향에서 직선 형태로 움직인다고 생각하였다. 또한, 중위도에서 별이 움직이는 각도가 직각으로 움직인다고 생각했던 4명의 학생 모두 비스듬하게 움직이는 것으로 개념이 변화하였다.
The purpose of this study is to investigate the effects of astronomical animation module on students' conceptual change regarding the concepts of diurnal motion of stars. Four students participated in this study, who never learned about the diurnal motion of stars. An animation module was developed ...
The purpose of this study is to investigate the effects of astronomical animation module on students' conceptual change regarding the concepts of diurnal motion of stars. Four students participated in this study, who never learned about the diurnal motion of stars. An animation module was developed by using Flash MX to readily understand the concept of space. In addition, we inserted a teacher's voice with supplementary materials into the animation module to help students learn individually. The animation module was comprised of the movement of the Earth, the Moon and the planet. The earth science gifted students' preconception on diurnal motion of stars was analyzed with pre-test using questionnaires and interviews. After the instruction with animation module, the effect of conceptual change was examined by comparing pre and post-test. The results indicated that three students correctly presented about the motion of the star by all directions in middle latitude. Four students showed their understanding that stars travelled straight in all directions. Finally, all of four students whose preconceptions were that the star rotated perpendicularly showed the conceptual change of diurnal motion that the star traveled diagonally.
The purpose of this study is to investigate the effects of astronomical animation module on students' conceptual change regarding the concepts of diurnal motion of stars. Four students participated in this study, who never learned about the diurnal motion of stars. An animation module was developed by using Flash MX to readily understand the concept of space. In addition, we inserted a teacher's voice with supplementary materials into the animation module to help students learn individually. The animation module was comprised of the movement of the Earth, the Moon and the planet. The earth science gifted students' preconception on diurnal motion of stars was analyzed with pre-test using questionnaires and interviews. After the instruction with animation module, the effect of conceptual change was examined by comparing pre and post-test. The results indicated that three students correctly presented about the motion of the star by all directions in middle latitude. Four students showed their understanding that stars travelled straight in all directions. Finally, all of four students whose preconceptions were that the star rotated perpendicularly showed the conceptual change of diurnal motion that the star traveled diagonally.
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문제 정의
본 연구에서는 애니메이션 모듈을 활용한 수업이 학생들의 과학개념을 확립하는데 얼마나 효과가 있는지 알아보고자 하였다. 그래서 태양계의 운동 단원 중 별의 일주운동 단원을 선정하여 학습 전과 후에 학생들의 선개념이 어떻게 변화하였는지 알아보았다. 이를 위해 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 하기 전 별의 일주운동이 생기는 이유, 위도별·방향에 따른 별의 일주운동 모습, 계절의 변화가 생기는 이유, 달의 위상 변화가 생기는 이유를 그림을 통해 나타내 보도록 하여 학생들이 가지고 있는 선개념을 알아보았다.
별의 일주운동은 태양계의 운동 단원 중 지구의 운동의 핵심이 되는 내용으로 학생들이 가장 어려워하는 부분이며 이 때문에 많은 오개념을 가지고 있는 부분이기도 하다. 그래서 학습자료의 효과를 알아보기 위해 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 실시하고 난 후 별의 일주운동에 관한 개념이 어떻게 변화하였는지 알아보았다. 수업 후 학생들이 생각하는 별의 일주운동의 개념을 그림을 그려 설명하게 하였다.
여기에서는 집단 학습보다는 개별 학습의 효과가 크다는 연구 결과(정상목 외, 2005)에 따라 교사가 직접 육성 녹음한 강의 내용을 삽입하여 학생들이 교사와 일대일로 학습하는 것과 같은 효과를 내어 학습효과를 극대화시켰다. 그리고 각 화면마다 학생들이 이해해야 할 주요 개념에 대해 하단 부분에 질문으로 제시하 여 다시 한번 상기하도록 하였다. 이 화면의 오른쪽 하단에 있는 ⓔ버튼을 클릭하면, 학생들이 구체적으로 알고자 하는 학습 내용에 대한 요약정리가 탑재 되어 있다(Fig.
따라서, 본 연구는 ‘태양계의 운동’을 효과적으로 학습하기 위한 애니메이션 모듈 학습자료를 개발하고 적용하였을 때 학생들의 선개념이 어떻게 과학개념으 로 변화하는지 알아보기 위한 것이다.
또한, 학생들이 개념을 이해하는데 도움이 되도록 학습에 필요한 별도의 보충 학습자료를 개발하여 제시하였다.
본 연구는 ‘태양계의 운동’ 단원을 학습하기 위한 애니메이션 모듈을 개발하고 개발된 학습자료가 학생들의 과학개념을 확립하는데 얼마나 효과적인지 알아보기 위한 것이다.
본 연구에서는 많은 학생들이 어려워하는 태양계의 운동 단원을 효과적으로 학습하기 위한 애니메이션 모듈을 개발하고 개발된 학습자료의 효과를 알아보기 위해 태양계의 운동에 대해 학생들이 어떤 선개념을 가지고 있는지 분석하였다. 이 중 잘못된 개념을 가지고 있는 별의 일주운동 단원에 대해 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 실시하고 난 후 학생들의 선개념이 어떻게 변화하였는지 알아보았다.
본 연구에서는 애니메이션 모듈을 활용한 수업이 학생들의 과학개념을 확립하는데 얼마나 효과가 있는지 알아보고자 하였다. 그래서 태양계의 운동 단원 중 별의 일주운동 단원을 선정하여 학습 전과 후에 학생들의 선개념이 어떻게 변화하였는지 알아보았다.
애니메이션 모듈이 학생들의 과학개념을 획득하는 데 얼마나 효과적인지 알아보았다. 그러나 개발된 학습자료 내용 중에서 계절의 변화가 생기는 이유, 달의 위상 변화가 생기는 이유 등은 학생들이 과학개념을 이해하고 있었기 때문에 학습자료의 효과를 알아보기가 어려웠다.
본 연구에서는 많은 학생들이 어려워하는 태양계의 운동 단원을 효과적으로 학습하기 위한 애니메이션 모듈을 개발하고 개발된 학습자료의 효과를 알아보기 위해 태양계의 운동에 대해 학생들이 어떤 선개념을 가지고 있는지 분석하였다. 이 중 잘못된 개념을 가지고 있는 별의 일주운동 단원에 대해 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 실시하고 난 후 학생들의 선개념이 어떻게 변화하였는지 알아보았다. 이러한 연구 결과를 토대로 결론을 제시하면 다음과 같다.
첫째, 태양계의 운동에 대해 학생들은 어떠한 선개념을 가지고 있는지 확인한다.
제안 방법
개발된 자료의 질적 수준을 평가하기 위해서 애니메이션 학습자료를 전라북도 소재 과학교사 30명에게 본 자료를 활용하게 한 후, 개발한 자료의 질적 수준을 평가하기 위하여 멀티미디어교육지원센터 (1998)에서 개발한 WBI 평가 검사지를 이용하였다. 본 검사지는 크게 수업설계 측면, 기술적인 측면이 고려되어 구성되어 있으며 그 중에서 8문항을 발췌하여 설문을 실시하였다.
둘째, 연구자는 교육과정과 답변 내용을 분석하여 애니메이션 모듈을 활용한 ‘태양계의 운동’ 단원을 효과적으로 학습하기 위한 학습자료를 개발하였다. 개발된 학습자료의 효과를 알아보기 위해 일선 학교 교사 30명을 대상으로 학습자료를 활용하게 한 후 WBI 평가 검사지 중에서 핵심이 되는 8문항을 발췌하여 반응을 조사하고 부족한 부분을 수정 보완하였다.
‘태양계의 운동’에서는 지구의 운동, 달의 운동, 행성의 운동에 관한 주제로 제시되고 있으나 단원의 특성상 탐구실험보다는 여러 가지 현상에 대하여 오랜 시간동안 관찰을 필요로 하는 주제가 많다. 그래서 관심있는 학습과제에 대한 해답을 스스로 정리할 수 있도록 학습할 수 있는 형태로 자료를 개발하였다. 또한 애니메이션 기법을 활용하여 대부분의 학생들이 어렵게 생각하는 3차원적 공간 개념을 이해하기 쉽게 제시하였다.
그리고 별이 움직이는 방향도 남쪽하늘을 기준으로 할 때 시계 방향으로 움직인다는 개념이 변화하였으며, 중위도에서 별이 움직이는 각도도 사선을 그리며 비스듬하게 이동한다는 과학개념을 획득하였다(IIBcp→IIAsd).
넷째, 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 실시하기 전과 후의 질문지를 비교하여 학생들의 개념이 어떻게 변화하였는지 알아보았다.
둘째, 연구자는 교육과정과 답변 내용을 분석하여 애니메이션 모듈을 활용한 ‘태양계의 운동’ 단원을 효과적으로 학습하기 위한 학습자료를 개발하였다.
둘째, 태양계의 운동 단원을 효과적으로 학습하기 위한 애니메이션 모듈을 개발한다.
또한 방향에 따른 별의 일주운동 모습도 중위도에서 천구를 움직이는 별의 모습을 상상하여 방향별 별의 일주운동 모습을 제대로 이해 하였다(NE××→NESW).
먼저, 위도별 별의 움직임을 표현하기 위해 연구자가 제시한 구를 지구로 생각한 경우를 I, 천구로 생각하는 경우를 II 로 구분하였고, 별의 일주운동 방향이 남쪽 하늘을 기준으로 했을 때 시계 방향으로 움직이는 것으로 표현한 경우를 A, 반시계 방향으로 움직인다고 표현한 경우를 B로 구분하였다. 또한 별의 움직임이 직선 형태로 움직인다고 생각하면 s, 곡선 형태로 움직 인다고 생각할 경우 c로 구분하였으며, 중위도 동쪽 하늘 및 서쪽하늘에서 별이 일주운동을 할 때 지평선과 이루는 각도가 거의 수직 또는 평행하게 움직이는 것으로 표현할 때를 p, 사선으로 움직이는 것으로 표현할 때를 d로 구분하였다. 그리고 중위도에서 방위별 별의 움직임을 표현할 때 북쪽 하늘에서 일주운동의 방향 및 모습을 제대로 표현했을 때를 N, 동쪽하늘은 E, 남쪽하늘은 S, 그리고 서쪽하늘은 W 로 구분하였으며, 잘못 표현했을 때는 ×로 나타냈다 (Table 4).
학생들은 별의 일주운동에 대해 다른 선개념을 가지고 있었는데, 이를 학생들의 반응 유형에 따라 몇 가지 유형을 기준으로 구분해 보았다. 먼저, 위도별 별의 움직임을 표현하기 위해 연구자가 제시한 구를 지구로 생각한 경우를 I, 천구로 생각하는 경우를 II 로 구분하였고, 별의 일주운동 방향이 남쪽 하늘을 기준으로 했을 때 시계 방향으로 움직이는 것으로 표현한 경우를 A, 반시계 방향으로 움직인다고 표현한 경우를 B로 구분하였다. 또한 별의 움직임이 직선 형태로 움직인다고 생각하면 s, 곡선 형태로 움직 인다고 생각할 경우 c로 구분하였으며, 중위도 동쪽 하늘 및 서쪽하늘에서 별이 일주운동을 할 때 지평선과 이루는 각도가 거의 수직 또는 평행하게 움직이는 것으로 표현할 때를 p, 사선으로 움직이는 것으로 표현할 때를 d로 구분하였다.
그러나 개발된 학습자료 내용 중에서 계절의 변화가 생기는 이유, 달의 위상 변화가 생기는 이유 등은 학생들이 과학개념을 이해하고 있었기 때문에 학습자료의 효과를 알아보기가 어려웠다. 반면, 별의 일주운동에 대해서는 학생들이 잘못된 개념을 가지고 있었기 때문에 별의 일주운동에 대해 수업을 실시하였다. 별의 일주운동은 태양계의 운동 단원 중 지구의 운동의 핵심이 되는 내용으로 학생들이 가장 어려워하는 부분이며 이 때문에 많은 오개념을 가지고 있는 부분이기도 하다.
개발된 자료의 질적 수준을 평가하기 위해서 애니메이션 학습자료를 전라북도 소재 과학교사 30명에게 본 자료를 활용하게 한 후, 개발한 자료의 질적 수준을 평가하기 위하여 멀티미디어교육지원센터 (1998)에서 개발한 WBI 평가 검사지를 이용하였다. 본 검사지는 크게 수업설계 측면, 기술적인 측면이 고려되어 구성되어 있으며 그 중에서 8문항을 발췌하여 설문을 실시하였다. 연구에 이용된 설문 문항에 대한 타당도는 지구과학교육 교수 1명과 박사과정 2 명에 의해 확인되었다.
셋째, 개발된 애니메이션 모듈이 과학개념을 확립하는데 얼마나 효과적인지 알아보기 위해 태양계의 운동 단원 중 지구의 운동과 관련이 있는 별의 일주 운동 단원에 대한 수업을 실시하였다. 학습자료의 효과를 알아보기 위해 태양계의 운동 단원에 대한 12 차시의 내용 중 수업은 별의 일주운동에 대해 1시간 씩 2차시에 걸쳐 실시하였으며, 학습자료를 활용한 수업 후 교사는 학생들의 질문에 답하여 학생들의 사고를 촉진시키는 조력자의 역할을 하였다.
셋째, 애니메이션 모듈을 활용한 수업이 학생들이 가지고 있던 개념을 어떻게 변화시켰는지 분석한다.
개발된 애니메이션 모듈의 효과를 알아보기 위해 전라북도 소재 과학영재교육원 중등지구과학반 기초 과정(7학년)에서 수학 중인 학생 14명을 선정하였다. 이들을 대상으로 태양계의 운동과 관련된 질문지에 답하게 한 결과 성실하게 답하지 않은 학생과 태양 계의 운동을 체계적으로 이해하고 있는 학생을 제외한 5명의 학생(남자 4명, 여자 1명)을 연구 대상으로 선정하고 학생들의 선개념을 분석하였다. 사후검사에서는 이 중 1명이 개인적인 사정으로 참여하지 못하여 여학생 4명(남자 3명, 여자 1명)을 최종 연구대상으로 선정하였다.
이러한 변화 때문에 수업 처치를 받은 학생들은 모두 중위도 북쪽 하늘에서 별의 움직임에 대해 북극성을 중심으로 동심원을 그리면서 반시계 방향으로 회전한다고 옳게 답하였다. 이렇게 애니메이션 학습자료를 활용한 수업을 실시한 후 별의 일주운동과 대한 학생들의 개념이 어떻게 변화하였는지 알아보기 위해 반응 유형에 따라 구분하여 분석하였다. 분석한 결과는 Table 5과 같다.
특히, 지구의 자전에 의해 나타나는 다양한 현상이나 별의 일주운동 모습이 하늘의 방향에 따라 왜 변화하는지에 대해 이해하지 못하는 학생들이 많다. 이를 위하여 애니메이션 모듈을 활용하여 공간적으로 천체가 움직이는 과정을 시각화함으로써 학생들이 이해하기 쉽도록 학습자료를 개발하였다. 학습자료는 지구의 자전과 공전에 의해 생기는 다양한 현상, 달의 위상 변화가 어떻게 일어나는지, 행성의 운동 중 내행성과 외행성의 운동 모습은 어떻게 되는지에 대한 내용을 애니메이션 모듈을 활용하여 제작하였으며, 개발된 학습자료의 세부 내용은 Table 2과 같다.
따라서, 애니메이션 모듈을 활용한 학습자료를 개발하고 적용하였을 때 학생들이 가지고 있는 별의 일주운동에 대한 개념이 어떻게 변화하였는지 비교하여 학습자료의 효과를 검증할 수 있다. 이를 위해 먼저 학생들이 어떠한 선개념을 가지고 있는지 알아보고 애니메이션 모듈을 활용한 수업 후 개념이 어떻게 변화하였는지 분석하였다. 이에 본 연구에서의 구체적인 연구 내용은 다음과 같다.
이를 위해 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 하기 전 별의 일주운동이 생기는 이유, 위도별·방향에 따른 별의 일주운동 모습, 계절의 변화가 생기는 이유, 달의 위상 변화가 생기는 이유를 그림을 통해 나타내 보도록 하여 학생들이 가지고 있는 선개념을 알아보았다.
따라서, 본 연구는 ‘태양계의 운동’을 효과적으로 학습하기 위한 애니메이션 모듈 학습자료를 개발하고 적용하였을 때 학생들의 선개념이 어떻게 과학개념으 로 변화하는지 알아보기 위한 것이다. 이를 위해 태양계의 운동에 대한 애니메이션 모듈을 활용한 학습 자료를 개발하고 태양계의 운동 단원 중 별의 일주 운동 단원을 선정하여 수업을 실시하였다. 별의 일주 운동은 태양계의 운동 중의 하나인 지구의 운동에 의해 나타나는 현상으로 3차원적인 공간에서 나타나 기 때문에 학생들이 매우 어려워한다.
또한 애니메이션 기법을 활용하여 대부분의 학생들이 어렵게 생각하는 3차원적 공간 개념을 이해하기 쉽게 제시하였다. 즉, 입체적인 사고가 필요로 하는 천문학적 개념을 플래시 애니메이션 기법을 사용 하여 천구라는 입체적 공간에서 천체가 움직이는 학습자료를 개발하였다(Fig. 1). 또한, 학생들이 개념을 이해하는데 도움이 되도록 학습에 필요한 별도의 보충 학습자료를 개발하여 제시하였다.
첫째, 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 하기 전 학생들이 태양계의 운동과 관련하여 이미 알고 있는 개념이 무엇인지 알아보기 위해 14명(남자 11명, 여자 3명)을 대상으로 별의 일주운동이 생기는 이유, 위도별·방향에 따른 별의 일주운동 모습, 계절의 변 화가 생기는 이유, 달의 위상 변화와 같은 내용을 묻는 질문지를 제작하여 답하게 하여 학생들이 가지고 있는 선개념을 분석하였다.
태양계의 운동과 관련된 학습자료를 개발하여 수업에 활용하기 위해 2007 개정 교육과정(교육과학기술부, 2007)을 분석하였다. 태양계의 운동은 과학과 7차 교육과정(1997)과 비교하여 기존의 5학년 ‘태양과 가족’, 8학년의 ‘지구와 별’, 10학년의 ‘지구’ 등에서 다루던 태양계 내용을 5학년의 ‘태양계와 별’, 8학년의 ‘태양계’의 2개 단원으로 재구성하였다.
학생들은 별의 일주운동에 대해 다른 선개념을 가지고 있었는데, 이를 학생들의 반응 유형에 따라 몇 가지 유형을 기준으로 구분해 보았다. 먼저, 위도별 별의 움직임을 표현하기 위해 연구자가 제시한 구를 지구로 생각한 경우를 I, 천구로 생각하는 경우를 II 로 구분하였고, 별의 일주운동 방향이 남쪽 하늘을 기준으로 했을 때 시계 방향으로 움직이는 것으로 표현한 경우를 A, 반시계 방향으로 움직인다고 표현한 경우를 B로 구분하였다.
이를 위하여 애니메이션 모듈을 활용하여 공간적으로 천체가 움직이는 과정을 시각화함으로써 학생들이 이해하기 쉽도록 학습자료를 개발하였다. 학습자료는 지구의 자전과 공전에 의해 생기는 다양한 현상, 달의 위상 변화가 어떻게 일어나는지, 행성의 운동 중 내행성과 외행성의 운동 모습은 어떻게 되는지에 대한 내용을 애니메이션 모듈을 활용하여 제작하였으며, 개발된 학습자료의 세부 내용은 Table 2과 같다.
셋째, 개발된 애니메이션 모듈이 과학개념을 확립하는데 얼마나 효과적인지 알아보기 위해 태양계의 운동 단원 중 지구의 운동과 관련이 있는 별의 일주 운동 단원에 대한 수업을 실시하였다. 학습자료의 효과를 알아보기 위해 태양계의 운동 단원에 대한 12 차시의 내용 중 수업은 별의 일주운동에 대해 1시간 씩 2차시에 걸쳐 실시하였으며, 학습자료를 활용한 수업 후 교사는 학생들의 질문에 답하여 학생들의 사고를 촉진시키는 조력자의 역할을 하였다.
대상 데이터
개발된 애니메이션 모듈의 효과를 알아보기 위해 전라북도 소재 과학영재교육원 중등지구과학반 기초 과정(7학년)에서 수학 중인 학생 14명을 선정하였다. 이들을 대상으로 태양계의 운동과 관련된 질문지에 답하게 한 결과 성실하게 답하지 않은 학생과 태양 계의 운동을 체계적으로 이해하고 있는 학생을 제외한 5명의 학생(남자 4명, 여자 1명)을 연구 대상으로 선정하고 학생들의 선개념을 분석하였다.
이들을 대상으로 태양계의 운동과 관련된 질문지에 답하게 한 결과 성실하게 답하지 않은 학생과 태양 계의 운동을 체계적으로 이해하고 있는 학생을 제외한 5명의 학생(남자 4명, 여자 1명)을 연구 대상으로 선정하고 학생들의 선개념을 분석하였다. 사후검사에서는 이 중 1명이 개인적인 사정으로 참여하지 못하여 여학생 4명(남자 3명, 여자 1명)을 최종 연구대상으로 선정하였다. 이들은 수학, 과학, 창의성 검사로 이루어진 지필검사를 통해 1차 선발된 후 각자 적성에 따라 지구과학반을 선택한 학생으로 누구보다 지구과학에 대한 관심이 높고 일반 학생에 비해 공간적인 개념이 요구되는 태양계의 운동을 이해하는데 무리가 없을 것으로 생각되었기 때문에 연구대상으로 선정하였다.
이론/모형
본 연구에서 개발한 애니메이션 모듈의 주요 저작 도구는 웹 애니메이션 제작 프로그램인 Flash MX를 사용하였다. 학습자료를 실행시키면 Fig.
성능/효과
이들은 수학, 과학, 창의성 검사로 이루어진 지필검사를 통해 1차 선발된 후 각자 적성에 따라 지구과학반을 선택한 학생으로 누구보다 지구과학에 대한 관심이 높고 일반 학생에 비해 공간적인 개념이 요구되는 태양계의 운동을 이해하는데 무리가 없을 것으로 생각되었기 때문에 연구대상으로 선정하였다. 또한 본 연구를 위해 개발한 천체의 운동과 관련된 내용이 10학년의 교육과정에서 다루고 있기 때문에 선행 학습을 받은 경험이 없어 애니메이션 모듈의 효과를 판단하는데 기존의 학습경험이 평가 결과에 영향을 미치지 않을 것으로 판단되었다.
이를 위해 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 하기 전 별의 일주운동이 생기는 이유, 위도별·방향에 따른 별의 일주운동 모습, 계절의 변화가 생기는 이유, 달의 위상 변화가 생기는 이유를 그림을 통해 나타내 보도록 하여 학생들이 가지고 있는 선개념을 알아보았다. 분석 결과 학생들은 대체로 계절의 변화가 생기는 이유가 지구의 자전축이 23.5o 기울어진 상태에서 태양 주위를 공전하기 때문이며, 달의 위상 변화가 생기는 이유는 태양-지구-달의 역학적 위치가 변화하기 때문에 생기는 현상이라는 과학개념을 가지고 있었다. 그러나 별의 일주운동이 생기는 이유에 대해서는 잘못된 개념을 가지고 있는 것으로 확인되 었다.
셋째, 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 실시하고 난 후 학생들은 천구의 개념을 이해하였으며, 천구 상에서 북극성이 있는 쪽을 북쪽하늘로 기준을 정한 후 동·남·서 방향을 설정하였다.
이러한 결과로 볼 때, 학생들은 별의 일주운동에 대해 다양한 선개념을 가지고 있었으며, 애니메이션 모듈을 활용한 수업이 학생들이 가지는 선개념을 과학개념으로 변화시키는데 효과적인 것을 알 수 있다. 이는 학습자료가 애니메이션 기법을 활용하여 실제 천구에서 별이 움직이는 것과 유사하게 나타냈기 때문이다.
질문지를 분석한 결과 학생들은 별이 북극성을 중심으로 회전하며, 북극성의 고도는 관측자의 위치에 따라 변화한다는 개념을 대체적으로 이해하고 있었 다. 그러나 별의 일주운동을 천구라는 3차원적 공간에 어떻게 표현을 해야 할지, 중위도에서 방위별 별의 움직임을 어떻게 표현해야 할지 많은 어려움을 느끼고 있었다.
첫째, 학생들은 별의 일주운동을 입체적인 공간에 표현하는데 매우 어려워하였다. 특히 연구자가 제시한 구를 지구로 생각한 학생들은 중위도 모든 방향에서 별의 일주운동을 제대로 표현하지 못했으나 연구자가 제시한 구를 천구로 생각한 학생들은 중위도 북쪽 하늘에서의 움직임을 북극성을 중심으로 동심원을 그리면서 회전한다고 제대로 표현하였다.
학생 C는 수업 후 연구자가 제시한 구를 천구로 생각하고 북극성이 있는 곳을 북쪽, 반대쪽을 남쪽으로 생각하여 천구에서 방위를 설정하는 변화를 보였으며, 위도별 북극성의 위치가 변화함에 따라 별의 일주운동 모습이 다르게 나타나는 특징을 잘 표현하 였다(IIAcd→IIAsd).
후속연구
이런 의미에서 애니메이션 모듈을 활용한 학습자료는 별의 움직임을 효과적으로 구현함으로써 별의 일주운동 개념을 학습하는데 매우 유용한 것으로 생각된다. 이러한 의미에서 천문학을 비롯하여 시간적·공간적으로 매우 넓은 범위를 다루는 지구과학에서 효과적으로 학습할 수 있는 다양한 학습자료의 개발이 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지구과학에서 원인을 밝히는데 어려움이 있는 이유는 무엇인가?
지구과학의 학문적 특성은 시·공간적으로 광범위 한 범위를 취급하며 3차원적 공간에서 다양한 원인 에 의해 일어나는 경우가 많아 원인을 밝히는데 어려움이 있다(이원국 외, 2000). 특히 천체의 운동과 같은 개념은 추상적일 뿐 아니라 고차원적인 특성을 가지고 있기 때문에 대부분의 학생들이 매우 어려워 하고 그로 인해 학습에 대한 흥미도 감소된다(명전옥, 2001; 변재성 외, 2004).
애니메이션 기법이란 무엇인가?
이에 따라 일선 학교에서도 변화한 시대에 맞는 강의 방식을 사용하기 위해 전통적인 설명식 수업에서 벗어나 학 생들의 흥미와 관심을 높이고 학습의 효과도 극대화 할 수 있는 다양한 종류의 ICT 학습자료가 개발되고 있다(Smaldino and Thompson, 1990). 이러한 ICT 학습자료 중 하나인 애니메이션 기법은 여러 개의 정지 영상을 차례로 보여줌으로써 화면이 움직이는 것과 같이 보이도록 하는 방법이다. 이를 활용한 애 니메이션 모듈은 살아 움직이는 생동감을 표현할 수 있고, 가상적인 것을 시각적으로 나타낼 수 있어 직접 관찰하기 힘든 자연 현상을 사실적으로 묘사할 수 있다(박주서, 2010).
본 논문에서 태양계의 운동 단원을 효과적으로 학습하기 위한 애니메이션 모듈을 개발하고 개발된 학습자료의 효과를 알아보기 위해, 학생들이 잘못된 선개념을 가지고 있는 별의 일주운동 단원에 대해 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 실시하고 난 후 학생들의 선개념이 어떻게 변화하였는지 알아본 연구 결과를 토대로 제시한 결론은 무엇인가?
첫째, 학생들은 별의 일주운동을 입체적인 공간에 표현하는데 매우 어려워하였다. 특히 연구자가 제시 한 구를 지구로 생각한 학생들은 중위도 모든 방향 에서 별의 일주운동을 제대로 표현하지 못했으나 연 구자가 제시한 구를 천구로 생각한 학생들은 중위도 북쪽 하늘에서의 움직임을 북극성을 중심으로 동심원을 그리면서 회전한다고 제대로 표현하였다. 이것은 천구의 개념 획득 여부에 따라 별의 일주운동을 이 해 정도가 다르게 나타나기 때문에 나타난 결과로 천구에 대한 학습이 무엇보다 중요하다는 것을 알 수 있다.
둘째, 학생들은 북쪽을 기준으로 방위를 구별할 수 있으며 북극성이 있는 쪽이 북쪽 하늘이라는 것을 알고 있음에도 불구하고 천구 상에서 중위도 방위별 별의 일주운동 모습을 제대로 나타내지 못하였다. 이 것은 지상에서의 방향과 천구 상에서의 방향이 다른 것으로 생각하기 때문에 나타난 결과이다. 그러나 천구는 지구의 중심을 그 중심으로 하여 무한히 연장 한 대원으로서 지구에서의 방향이 천구에서의 방향과 일치하기 때문에 북쪽 하늘인 북극성을 중심으로 천 구 상에서의 방향을 결정하는 방위 개념에 대한 학 습이 무엇보다 중요하게 이루어져야 한다.
셋째, 애니메이션 모듈을 활용한 수업을 실시하고 난 후 학생들은 천구의 개념을 이해하였으며, 천구 상에서 북극성이 있는 쪽을 북쪽하늘로 기준을 정한 후 동·남·서 방향을 설정하였다. 그 후 별이 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 것으로 제대로 표현하였으며, 위도에 따라 북극성의 고도가 달라지기 때문에 위도 별로 관측되는 별이 달라지는 이유를 제대로 이해하고 있었다. 그러나 방향에 따른 별의 움직임을 나타 낼 때 모두 직선 형태로 움직인다고 답하였다. 이것은 학습자료에 제시된 사진이 직선으로 나타났기 때 문인 것으로 생각된다. 그러나 별의 일주운동은 평면에서 나타나는 현상이 아닌 천구라고 하는 무한히 큰 구면상에서 나타나는 현상이기 때문에 실제 별의 움직임을 큰 대원으로 연장하면 직선 형태가 아닌 구면에서 나타난다는 설명이 필요할 것이다.
Krajcik, J., Simmons, P., and Lunetta, V., 1988, A research strategy for the dynamic study of students’ concepts and problem solving strategies using science software. Journal of Research in Science Teaching, 25, 147-155.
Smaldino, S. and Thompson, C., 1990, Infusion of science software: Applying Gagne's strategies. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 9, 17-22.
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