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문제 정의
- 과학 교과는 학생들에게 과학자와 같은 탐구활동을 경험하게 할 필요가 있으므로(NRC, 2000), 과학자들의 연구과정을 토대로 개발된 Reiff et al.(2002)의 탐구과정 wheel 모형을 토대로 운영 체제를 개발하고자 하였다. 실제 과학실험 결과를 통한 논증이 유발되기 위해서는 과학 실험활동 이후 그 실험결과를 토대로 한 논증활동의 결합이 필요했기 때문이다.
- 다만 두 가지 측면에서 나타난 제한점을 다음과 같이 극복하여 활용할 것을 제안하고자 한다. 먼저 시간적 측면에서는 다음과 같이 극복할 수 있을 것으로 보인다.
- 따라서 이 연구에서는 학교 과학수업에서 논증활동이 수반되는 과학적 탐구활동을 운영하기 위한 교수-학습 운영 방법을 제안하고, 실제 수업에 적용함으로써 과학적 논증활동이 수반된 탐구활동에 참여한 학생들의 태도 변화와 적용 가능성에 대한 교사의 인식을 토대로 과학 교수-학습 상황 하에서의 활용가능성을 확인하고자 한다.
- 이 연구는 학교 과학수업에서 과학적 논증활동이 수반되는 탐구활동 지도를 위한 적절한 교수 방법을 탐색하는데 목적이 있으며, 개발된 교수 방법의 효과와 제한점을 확인하기 위해 7학년과 9학년 학생들에게 적용하고 각각 지도교사와 학생들의 인식을 조사하였다.
제안 방법
- 따라서 과학적 논증활동을 위한 교수 전략으로 활용성을 갖추기 위해 Reiff et al.(2002)의 연구 결과를 기초로 탐구 활동이 진행된 후, 그 결과에 대해 정당화하도록 하는 절차를 따랐으며, 정당화 과정에서 다른 모둠의 탐구과정에 대해 평가하도록 평가요소를 활용하게 하였다.
- 과학 수업을 통해 학생들에게 과학적 논증활동 기회를 제공하고자 개발된 이 방법이 교수 방법으로서 적용가능한가에 대한 의견을 알아보았다. 먼저 이 방법은 실제로 일선학교에서 활용가능한가라는 질문에 대해 A 교사와 B 교사는 긍정적인 의견을 제시하였다.
- 다시 말하면, 1단계(1차시) 활동으로 교사가 제시한 실험수업 소재에 대하여 모둠별로 실험을 진행하며, 실험과정 속에서 모둠 내 학생들이 실험 목표를 확인하고, 신뢰로운 결과를 수집하고, 수집된 결과에 따른 해석을 통해 결론을 내리는 일련의 내용들 진행하게 하였다. 그리고 1단계 마무리 시간에는 모둠 간 논증을 위해 모둠별로 나눠준 전지에 탐구 내용을 요약하여 전략적으로 적게 하였다. 2단계(2차시)에서는 1단계(1차시) 수업이 진행되는 동안 이뤄진 결과물을 서로 다른 모둠 구성원들끼리 모여, 자신이 속한 모둠의 결과를 발표하고 자신의 탐구 결과에 대한 정당화를 하도록 하며, 다른 모둠원은 그 내용에 대한 질의와 비평을 갖도록 하였다.
- 이 연구에서는 이러한 내용을 참여 교사에게 알렸으며, 두 교사 모두 그림 1의 배점을 사용하였다. 그리고 각 모둠별 논증활동이 끝나면 교사는 모둠별로 획득 점수를 집계하여, 가장 높은 점수를 얻은 모둠을 알리고 잘된 점을 한두 가지정도 학생들에게 제시하도록 하였다.
- 특히 결론 영역은 다른 영역에 비해 3단계로 구분하였는데, 이것은 실험을 통해 얻은 결과를 결론과 잘 구분하지 못하는 경우가 많고 결론의 형식을 갖추지 못한다는 연구(신미영과 최승언, 2009)와 결과가 교재 등과 다르게 나올 경우에 모둠 내 결과를 무시하고 우세한 증거에 기초하여 결론을 도출하거나 모둠 내 결과와 상관없이 선지식에 기초하여 결론을 도출하는 형태가 있다는 연구(김선자와 최병순, 2005)를 토대로 실험결과에 의한 결론인가를 큰 축으로 하였으며, 실험결과에 의한 결론이 타당한지 또는 그렇지 못한지 세 단계로 구분하였다. 그리고 마지막으로 모둠 내 실험 내용을 자신이 속한 커뮤니티인 학급에 보고하는 활동인 의사소통 영역을 제시하였다. 이것은 증거기반 의사소통은 과학의 과정의 핵심과정이며 커뮤니티와의 상호작용을 통해 과학적 사고와 과학적 소양이 발달할 수 있다고 알려져 있으므로(Hogan & Maglienti, 2001; Kuhn, 1993) 과학적 의사소통 영역은 본 프로그램의 핵심영역으로 다뤄진다.
- 따라서 학생이 모둠 내 실험활동을 통해 얻은 결과가 신뢰로운가에 대한 항목을 추출하였다. 그리고 실험목표와 결론을 명확히 인식하지 못한다는 연구(김재우와 오원근, 1998)를 토대로 모둠에서 실시한 실험 목표가 무엇이고 모둠의 결론이 무엇인지, 목표와 일관성 있는 결론인지를 평가하는 항목을 제시하였다. 또한 결과에 따른 결론 도출이 미흡하다는 연구(신미영과 최승언, 2009; 유진상과 심규철, 2007)를 토대로 모둠 내에서 얻은 결과를 토대로 제시된 결론인지에 대한 항목을 제시하였다.
- 다시 말하면, 1단계(1차시) 활동으로 교사가 제시한 실험수업 소재에 대하여 모둠별로 실험을 진행하며, 실험과정 속에서 모둠 내 학생들이 실험 목표를 확인하고, 신뢰로운 결과를 수집하고, 수집된 결과에 따른 해석을 통해 결론을 내리는 일련의 내용들 진행하게 하였다. 그리고 1단계 마무리 시간에는 모둠 간 논증을 위해 모둠별로 나눠준 전지에 탐구 내용을 요약하여 전략적으로 적게 하였다.
- 실제 과학실험 결과를 통한 논증이 유발되기 위해서는 과학 실험활동 이후 그 실험결과를 토대로 한 논증활동의 결합이 필요했기 때문이다. 따라서 학교 과학교과의 주제를 통한 실험활동을 한 후(1번째 차시) 그 결과를 토대로 한 논증활동(2번째 차시)의 체제로 개발하였다.
- 그리고 실험목표와 결론을 명확히 인식하지 못한다는 연구(김재우와 오원근, 1998)를 토대로 모둠에서 실시한 실험 목표가 무엇이고 모둠의 결론이 무엇인지, 목표와 일관성 있는 결론인지를 평가하는 항목을 제시하였다. 또한 결과에 따른 결론 도출이 미흡하다는 연구(신미영과 최승언, 2009; 유진상과 심규철, 2007)를 토대로 모둠 내에서 얻은 결과를 토대로 제시된 결론인지에 대한 항목을 제시하였다. 특히 결론 영역은 다른 영역에 비해 3단계로 구분하였는데, 이것은 실험을 통해 얻은 결과를 결론과 잘 구분하지 못하는 경우가 많고 결론의 형식을 갖추지 못한다는 연구(신미영과 최승언, 2009)와 결과가 교재 등과 다르게 나올 경우에 모둠 내 결과를 무시하고 우세한 증거에 기초하여 결론을 도출하거나 모둠 내 결과와 상관없이 선지식에 기초하여 결론을 도출하는 형태가 있다는 연구(김선자와 최병순, 2005)를 토대로 실험결과에 의한 결론인가를 큰 축으로 하였으며, 실험결과에 의한 결론이 타당한지 또는 그렇지 못한지 세 단계로 구분하였다.
- 먼저 논증활동 수업 전후, 학생들의 인식에 변화가 나타났는지를 알아보았다.
- 2단계(2차시)에서는 1단계(1차시) 수업이 진행되는 동안 이뤄진 결과물을 서로 다른 모둠 구성원들끼리 모여, 자신이 속한 모둠의 결과를 발표하고 자신의 탐구 결과에 대한 정당화를 하도록 하며, 다른 모둠원은 그 내용에 대한 질의와 비평을 갖도록 하였다. 정당화와 비평 과정에서 그림 1의 평가표를 활용해 발표자의 내용과 자세를 평가하게 하였다.
- 또한 결과에 따른 결론 도출이 미흡하다는 연구(신미영과 최승언, 2009; 유진상과 심규철, 2007)를 토대로 모둠 내에서 얻은 결과를 토대로 제시된 결론인지에 대한 항목을 제시하였다. 특히 결론 영역은 다른 영역에 비해 3단계로 구분하였는데, 이것은 실험을 통해 얻은 결과를 결론과 잘 구분하지 못하는 경우가 많고 결론의 형식을 갖추지 못한다는 연구(신미영과 최승언, 2009)와 결과가 교재 등과 다르게 나올 경우에 모둠 내 결과를 무시하고 우세한 증거에 기초하여 결론을 도출하거나 모둠 내 결과와 상관없이 선지식에 기초하여 결론을 도출하는 형태가 있다는 연구(김선자와 최병순, 2005)를 토대로 실험결과에 의한 결론인가를 큰 축으로 하였으며, 실험결과에 의한 결론이 타당한지 또는 그렇지 못한지 세 단계로 구분하였다. 그리고 마지막으로 모둠 내 실험 내용을 자신이 속한 커뮤니티인 학급에 보고하는 활동인 의사소통 영역을 제시하였다.
- 학생들에게 실제 수업을 적용해 봄으로써, 교사들로부터 학생들의 태도 변화를 관찰한 결과와 실제 수업 적용 가능성에 대한 의견을 설문을 통해 수집하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
- 또한 자신의 학생들이 어떻게 변하였는지 관찰된 사실을 기술하도록 요청받았다. 학생용 설문 내용은 지도 방법 개발의 목적에 따라 실험 목표 영역, 결과 영역, 의사소통 영역, 논증 전반 영역으로 나누어 표 3과 같이 총 10문항을 작성하였다. 설문 내용은 자신의 생각을 표현하도록 5단계 리커트척도로 제시하였으며, 동일한 문항에 대한 설문 결과를 수업 이전과 이후에 받았으며, 인식의 차이를 대응 표본 t 검정을 통해 확인하였다.
대상 데이터
- 이 연구에 참여한 교사는 강원도교육청 소속 A교사(남)와 부산광역시 교육청 소속 B교사(여)이다. A교사는 경력 10년차 교사이며, B교사는 경력 8년차 교사로, 두 교사 모두 학부 과정에서 지구과학교육을 전공하였다.
데이터처리
- 학생용 설문 내용은 지도 방법 개발의 목적에 따라 실험 목표 영역, 결과 영역, 의사소통 영역, 논증 전반 영역으로 나누어 표 3과 같이 총 10문항을 작성하였다. 설문 내용은 자신의 생각을 표현하도록 5단계 리커트척도로 제시하였으며, 동일한 문항에 대한 설문 결과를 수업 이전과 이후에 받았으며, 인식의 차이를 대응 표본 t 검정을 통해 확인하였다.
이론/모형
- 1차시의 실험활동은 교육과정 상의 주제 또는 교과서에 제시된 실험활동을 자유롭게 운영할 수 있게 하였으며, 2차시는 모든 학생이 누락되지 않고 모두 논증활동에 참여할 수 있는 방법을 모색하였다. 이를 위해 전상길(2008)의 Round Tour Method를 활용하였다. Round Tour Method 기법은 모든 학생이 논증활동에 참여할 수 있는 운영상의 장점이 있으나, 과학 실험활동 결과의 정당화하고 평가하는 구체적인 평가요소가 누락되어 있기 때문에 과학적 논증활동 지도를 위한 운영방법으로는 부족한 측면이 있다.
성능/효과
- B 교사의 의견: 발표자 발표 시 평가를 해야 한다는 의무감이어서 그런지 학생들의 경청 태도가 향상되었고, 발표 후 토론 시간에 예전보다는 활발한 질의·응답이 이루어졌다.
- 그리고 기타 의견으로 교과 단원별 실험 주제를 적용하는 방법을 제시해 주면 좋겠다는 의견과 평가 항목을 학생들이 이해하기 쉬운 표현으로 진술되었으면 한다는 의견, 모둠별 학생 구성 시 모둠 내 학생 상호 간 친분도에 유의해야 한다는 의견도 제시하였다.
- 35로 나타나 통계적으로 유의미한 차이를 나타내어 수업 이후 실험 전 토의의 필요에 대한 긍정적 인식의 변화가 나타난 것으로 확인되었다. 그리고 표 7과 같이, 실험 목표보다는 결과 수집에 더 관심을 갖는가에 대한 의견에서는 수업 전 각각 2.78, 3.22의 보통의 의견을 나타냈으나 수업 이후 설문에서는 3.26과 3.61로 95%의 신뢰수준에서 모두 긍정적인 변화가 나타났다. 따라서 학생들은 실험 목표에 대해 보다 분명하게 인식하게 된 것으로 확인되었다.
- 39로 상승하여 통계적으로 유의미한 긍정적인 변화를 나타냈다. 따라서 학생들은 실험이후, 서로 다른 결과에 대해 호기심을 가지고 물어보고 확인하려는 태도가 증가한 것으로 확인되었다.
- 즉 학생들은 수업 이후 실험 목표에 대해 확인하려는 태도가 늘어난 것으로 확인되었다. 또한 실험을 행하기 전 무엇을 어떻게 해야 하는지 동료와 충분한 토의를 하는지에 대해서는 표 6과 같이, 수업 전에는 7학년은 2.93, 9학년 3.10의 중간정도의 의견을 보였으나 수업 이후에는 평균이 3.37과 3.35로 나타나 통계적으로 유의미한 차이를 나타내어 수업 이후 실험 전 토의의 필요에 대한 긍정적 인식의 변화가 나타난 것으로 확인되었다. 그리고 표 7과 같이, 실험 목표보다는 결과 수집에 더 관심을 갖는가에 대한 의견에서는 수업 전 각각 2.
- 마지막으로 이 교수 방법이 학교 과학수업에서 논증 기회를 제공하고 확대하는데 기여할 것으로 보이는가에 대해 두 교사 모두 매우 긍정적인 반응을 보였다. 시간적 여유 확보와 평가 방법의 수정을 통해 직접 활용하고자 하는 의지를 보여주어 비교적 제한적이나마 논증활동 지도를 위한 교수 방법으로 적절한 것으로 보인다.
- 먼저 학생들은 다른 학생의 발표를 들을 때 나의 발표 내용과 무엇이 다른지 주의 깊게 듣는가에 대한 설문에서, 표 11에서 보는 바와 같이, 평균이 각각 2.96과 3.06으로 보통 수준의 의견을 보였으나, 수업 이후에는 평균이 각각 3.67과 3.26으로 상승하여 7학년과 9학년 모두 통계적으로 유의미한 긍정적 변화를 보였다.
- 먼저 학생의 실험결과가 교재에 제시된 값과 다르게 나올 경우, 교재에 제시된 값을 선호하는가에 대해서는 표 8에서와 같이 수업 이전에는 평균이 각각 2.78, 3.38로 보통 수준에 가까운 의견을 보였으나 수업 이후 평균이 각각 3.22, 3.75로 상승하여 통계적으로 유의한 긍정적인 변화를 보여 논증활동 이후 학생들은 실제값과 이론값이 다를 경우, 실제값을 선택하려는 태도가 늘어난 것으로 확인되었다. 그리고 학생들은 자료 수집 시, 신뢰로운 자료를 얻고자 노력하는지에 대한 의견에서는 수업 전 설문에서 표 9에서와 같이 각각 2.
- 먼저, 토론에 참여하는 학생들의 태도에 대해 어떤 변화가 관찰되었는가에 대해 A 교사와 B 교사 모두 학생들이 경청하려는 태도가 늘어났다는 것이 공통된 의견이며, 활동 이후 질의응답이 활발해졌다는 긍정적인 변화를 제시하였다.
- 지금까지 두 교사의 의견을 확인한 바와 같이, 교사들은 실험 목표 인식, 실험 결과의 신뢰성 판단, 결과 해석, 발표 태도에 긍정적인 변화를 관찰한 것으로 보여 이 교수-학습 지도 운영방법을 통한 과학적 탐구활동은 긍정적인 효과가 있는 것으로 보인다.
- 지금까지 살펴본 바와 같이, 충분한 활용 시간의 확보, B 교사의 지적에서와 같이 산술적 평가의 논증활동 몰입 방해라는 제한된 범위 안에서 논증활동 매뉴얼을 통한 교수 방법은 학생들에게 과학적 탐구가 수반되는 논증활동을 제공함으로써 논증활동 참여에 대한 태도 형성에 긍정적인 효과가 관찰되었다. 학교 과학수업에서 논증활동이 수반되는 과학적 탐구활동을 운영하기 위한 교수-학습 운영 방법은 학교 현장에서 효과적으로 활용될 수 있는 방법이다.
- 첫째로, 과학 논증활동이 수반되는 수업 전후 과학 논증활동에 참여하는 것이 부담스러운 정도가 어떻게 달라졌는지에 대해서는 표 4에서와 같이, 7학년과 9학년에서 각각 평균 2.67에서 3.29로, 3.32에서 3.79로 변화가 나타났다(p<0.01).
- 학생들은 실험에 임하기 전에 무엇을 해야 하는지 목표를 확인하는가에 대해 사전 설문에서 7학년과 9학년 모두 평균이 각각 3.15와 3.28의 보통 수준의 의견을 보였으나, 수업 이후 평균이 3.67과 3.55로 긍정 수준에 가까운 반응을 보였다. 이러한 변화는 99% 신뢰수준에서 통계적으로 의미 있는 것으로 확인되었다.
후속연구
- 먼저 이 방법은 실제로 일선학교에서 활용가능한가라는 질문에 대해 A 교사와 B 교사는 긍정적인 의견을 제시하였다. 다만 연속차시에 대한 부담으로 단원정리에 적절하다는 의견을 보여 제한적 활용 가능성을 시사하였다.
- B 교사의 의견: 1차시 때 전지를 활용하여 모둠별 실험결과와 결과해석을 쓰게 하였더니 학생들이 매우 흥미로워했고 (수업 종료를 알리는) 종이 쳤는데도 끝까지 완성하고 가는 모습, 그리고 2차시 때 처음에는 부담스러워하였지만 각자 열심히 발표하고 평가하는 모습에서 앞으로도 종종 이런 방식을 활용하면 좋겠다는 생각이 든다. 다만, 평가방법은 수정하여 사용할 것이다.
- 따라서 과학 교과의 각 단원에서 실험과 논증활동 연결에 적절한 주제를 따로 선정하여 활용한다든지 또는 과학 단원에 연결되는 창의적 과학 실험활동과 연계된 논증활동을 운영할 수 있을 것이다. 둘째, 학생들의 산술적 평가를 최대한 지양하고, 수업 종료 후 평가표를 수집하여 따로 집계해서 다음 시간에 우수한 모둠에 대한 의견을 제시하는 것도 방법이며, 또한 학생들이 발표할 때 작성한 차트 등을 포트폴리오 화 한 것과 별도의 교사주도의 정성적 관찰 기록부 작성도 고려해 볼만할 것이다. 그리고 앞서 제시한 ‘충분한 시간’의 범주를 평가표 집계 및 교사 의견 제시 활동도 포함하여 운영하는 것도 한 방법이라 하겠다.
- 운영 형태 또한 각 교과에 연결하거나 반나절 또는 한나절 주기로 몰아서 운영할 수 있게 하는 등 운영에 자율성을 나타내고 있다. 따라서 과학 교과의 각 단원에서 실험과 논증활동 연결에 적절한 주제를 따로 선정하여 활용한다든지 또는 과학 단원에 연결되는 창의적 과학 실험활동과 연계된 논증활동을 운영할 수 있을 것이다. 둘째, 학생들의 산술적 평가를 최대한 지양하고, 수업 종료 후 평가표를 수집하여 따로 집계해서 다음 시간에 우수한 모둠에 대한 의견을 제시하는 것도 방법이며, 또한 학생들이 발표할 때 작성한 차트 등을 포트폴리오 화 한 것과 별도의 교사주도의 정성적 관찰 기록부 작성도 고려해 볼만할 것이다.
- 이효녕과 조현준(2010)의 연구에서 역사속 과학자들이 그들 스스로 얻은 자료가 신뢰로운 가에 대한 비판적 판단 과정이 누락되어 스스로 잘못된 결론을 도출하는 사례를 보고하였듯이, 우연적으로 얻은 자료인지, 대표성이 있는 자료인지 판단하는 과정은 중요한 과정으로 이해된다. 따라서 학생들에게는 실험 결과에 대한 심도있는 평가보다는 실험 전반에 대한 한 과정으로서 학생 스스로 얻은 자료가 우연에 의한 자료인가 대표적인 자료인가에 대한 고민의 기회를 주는 정도로 제한할 것으로 제안한다.
- 한편, B 교사는 학생 평가표의 산술적 점수화가 오히려 논증활동의 몰입에 방해가 된다는 의견을 제시하였다. 이 교수 방법은 적절한 시간이 확보된다면, 실험이 수반되는 모든 활동에 가능할 것으로 이해되며, 산술적 평가는 정성적 평가를 대안적으로 적용하는 것도 대안일 것이다.
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