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문제 정의
- 이에 이 연구에서는 과학교육의 질적 수준을 높이기 위하여 교수·학습법을 강조하고 교과서 외형체제의 자율화 방안에 따라 분량이나 내용이 비교적 자유롭게 구성된 2009 개정 교육과정 교과서를 대상으로,16 비유 사용 빈도와 유형을 조사하여 적절한 비유 사용에 관한 시사점을 논의하고자 한다.
제안 방법
- 1) 2009 개정 교육과정의 중학교 과학 교과서의 화학 영역 및 고등학교 화학 교과서에 사용된 비유를 추출하여, 교과목별, 교육과정별, 단원별 및 출판사별로 사용된 비유의 빈도를 비교한다.
- 교과서에 모형이 제시된 경우, 모형에 물리적 조작을 가하는 과정에서 그 속성을 목표 개념과 대응시키는 활동이 포함되어 있는 경우에는 이를 비유로 간주하였다.2 비유 추출의 신뢰도를 확인하기 위하여 2인의 연구자가 분석에 참여하여 개별적으로 추출한 비유의 일치도가 .96가 될 때까지 논의하였고, 그 후 1인의 연구자가 추출한 비유의 빈도를 교과목별, 교육과정별, 단원별 및 출판사별로 비교하였다. 또한, 여러 교과서에서 공통으로 사용된 비유를 조사하여 단원별로 빈도를 비교하였다.
- 2) 여러 교과서에서 공통으로 사용된 비유의 종류 및 빈도를 조사한다.
- 3) 사용된 비유를 유형별로 분류하고 비유 사용의 적절성을 분석한다.
- 원자와 원자핵의 관계를 설명하기 위하여 이전 교육과정들 교과서에도 자주 사용되었던 경기장과 구슬(또는 개미)의 크기를 비교한 비유가 7회 사용되었고, 두 색깔의 스티커로 원자핵과 전자를 표현해서 원자 모형과 이온 모형을 만드는 비유도 각각 7회 사용되었다. 교통표지판이나 지도 기호 등 실생활의 기호들을 활용하여 원소 기호를 설명한 비유가 6회 쓰였고, 탁구공과 지구의 크기 관계로 원자의 크기를 설명한 비유가 4회, 점묘화의 점으로 불연속적인 입자 개념을 설명한 비유도 4회 사용되었다. 이외에도 블록으로 원소의 개념을 설명하는 비유와 고추기름을 떠오르는 태양으로 비유하여 밀도의 차이를 비교하는 탐구활동이 각 3회씩, 과일의 종류로 원소와 원자의 개념을, 아토미움으로 원자의 개념을 비교하는 비유도 각 2회씩 사용되었다.
- 과학 3에서는 화학 반응의 법칙을 설명하기 위하여, 이전 교육과정들에서 자주 사용된 볼트와 너트 끼우기로 대응시킨 비유가 7회로 가장 많이 사용되었으며, 블록 끼우기로 대응시킨 비유도 6회나 사용되었다. 또한, 수학식으로 화학 반응식을 설명한 비유가 4회, 스티로폼 구를 활용하여 일정 성분비 법칙을 모형으로 조작해 보는 탐구활동이 3회 사용되었으며, 샌드위치(일정 성분비 법칙), 클립(질량비), 스티커로 모형 만들기(중화 반응) 비유도 각 2회씩 사용되었다.
- 96가 될 때까지 논의하였고, 그 후 1인의 연구자가 추출한 비유의 빈도를 교과목별, 교육과정별, 단원별 및 출판사별로 비교하였다. 또한, 여러 교과서에서 공통으로 사용된 비유를 조사하여 단원별로 빈도를 비교하였다.
- 과학 1에서 가장 많이 사용된 비유는 기체 분자의 열운동을 설명하기 위해 페트병에 스티로폼 구를 넣은 후 드라이어로 뜨거운 바람을 불어넣는 물리적 조작 비유로, 4개의 교과서에서 공통으로 사용하였다. 물질의 상태에 따른 분자 배열을 스티로폼 구의 배열로 대응시킨 비유와 구슬을 통해 기체의 압력을 설명한 비유가 각 3회씩 공통으로 사용되었으며, 구슬의 움직임을 통해 분자의 운동을 설명한 비유도 2회 사용되었다. 비유가 가장 많이 사용된 과학 2에서는 여러 교과서에서 공통으로 사용된 비유의 종류도 다양하였다.
- 선행 연구13에서 활용된 비유의 조작적 정의인 ‘교과에 관련된 목표 개념을 설명하기 위해 학생들의 일상 세계에서 사용되는 비유물을 대응시키는 것’에 의거하여 비유를 추출하였다.
- 화학 반응에서의 규칙성」, 「5. 여러 가지 화학반응」 단원을 분석 대상으로 하였으며, 고등학교 교과서에서는 화학 I과 화학 II의 전체 단원에 대해 분석을 실시하였다.
- 이 연구에서는 기존 교과서 분석 연구13에서 사용되던 비유의 분류 기준을 보완하여, 최근 비유물의 특성에 관한 연구들에서 긍정적인 교수 효과를 내어 그 중요성이 대두되고 있는 학생 중심 비유에 대해17−19 물리적 조작 비유, 역할 놀이 비유, 비유 만들기 등으로 세분화하여 교과서에 사용된 빈도를 조사하였다.
- 교통표지판이나 지도 기호 등 실생활의 기호들을 활용하여 원소 기호를 설명한 비유가 6회 쓰였고, 탁구공과 지구의 크기 관계로 원자의 크기를 설명한 비유가 4회, 점묘화의 점으로 불연속적인 입자 개념을 설명한 비유도 4회 사용되었다. 이외에도 블록으로 원소의 개념을 설명하는 비유와 고추기름을 떠오르는 태양으로 비유하여 밀도의 차이를 비교하는 탐구활동이 각 3회씩, 과일의 종류로 원소와 원자의 개념을, 아토미움으로 원자의 개념을 비교하는 비유도 각 2회씩 사용되었다. 과학 3에서는 화학 반응의 법칙을 설명하기 위하여, 이전 교육과정들에서 자주 사용된 볼트와 너트 끼우기로 대응시킨 비유가 7회로 가장 많이 사용되었으며, 블록 끼우기로 대응시킨 비유도 6회나 사용되었다.
- 95임을 확인하였다. 이후 1인의 연구자가 추출한 모든 비유를 유형별 기준에 따라 분류하였고, 과학교육 전문가 2인과 과학교육 대학원생과 과학교사 7인이 세미나를 통해 분류 결과를 검토하며 비유 사용의 적절성과 문제점을 논의하였다.
- 추출한 비유를 유형별로 분류하기 위한 기준은 2007 개정 교육과정 교과서 분석 연구15에 사용된 분류 기준의 일부를 추가·보완하여 Table 2와 같이 선정하였다.
대상 데이터
- 2009 개정 교육과정에서 교과서 심의에 통과한 중학교 과학 교과서 27권과 고등학교 화학 교과서 8권에 해당하는 총 35권의 교과서를 대상으로 화학 영역에서 사용된 비유의 빈도와 유형을 조사하였다(Table 1). 중학교 교과서에서는 과학 1의 「6.
- 고등학교 화학 I에서 가장 많이 사용된 비유는 풀러렌 구조를 설명하기 위해 사용한 축구공 비유로, 3개의 교과서에서 총 6회 사용되었다. 전자의 에너지 준위를 설명하기 위한 계단에 위치한 공 비유, VSEPR을 설명하기 위한 풍선 묶기 탐구 활동, 그리고 비즈나 스티커를 활용하여 DNA 모형을 만드는 비유가 4개의 교과서에서 모두 사용되었다.
- 비유가 가장 많이 사용된 과학 2에서는 여러 교과서에서 공통으로 사용된 비유의 종류도 다양하였다. 원자와 원자핵의 관계를 설명하기 위하여 이전 교육과정들 교과서에도 자주 사용되었던 경기장과 구슬(또는 개미)의 크기를 비교한 비유가 7회 사용되었고, 두 색깔의 스티커로 원자핵과 전자를 표현해서 원자 모형과 이온 모형을 만드는 비유도 각각 7회 사용되었다. 교통표지판이나 지도 기호 등 실생활의 기호들을 활용하여 원소 기호를 설명한 비유가 6회 쓰였고, 탁구공과 지구의 크기 관계로 원자의 크기를 설명한 비유가 4회, 점묘화의 점으로 불연속적인 입자 개념을 설명한 비유도 4회 사용되었다.
- 고등학교 화학 I에서 가장 많이 사용된 비유는 풀러렌 구조를 설명하기 위해 사용한 축구공 비유로, 3개의 교과서에서 총 6회 사용되었다. 전자의 에너지 준위를 설명하기 위한 계단에 위치한 공 비유, VSEPR을 설명하기 위한 풍선 묶기 탐구 활동, 그리고 비즈나 스티커를 활용하여 DNA 모형을 만드는 비유가 4개의 교과서에서 모두 사용되었다. 기존에도 많이 사용되었던 실생활 단위로 몰개념을 대응시킨 비유가 2009 개정 교육과정에서도 3회 사용되었고, 푸딩과 수박(원자 모형), 양파껍질(전자껍질), 태양계(원자 모형), 구름(원자 모형), 뱀사슬(벤젠 구조) 비유가 각 2회씩 공통으로 사용되었다.
성능/효과
- 단원별로 비유의 빈도를 비교한 결과, 비유가 많이 사용된 단원은 과학 2의 물질의 구성(22.9%), 과학 3의 「화학 반응에서의 규칙성」 (16.2%), 화학 I의 「개성 있는 원소」 (13.0%)와 「아름다운 분자 세계」 (13.0%) 등으로 나타났다(Table 5). 이는 모두 원자와 분자 수준에서 화학 개념을 다루는 단원들로, 미시 세계에 대한 학생들의 이해를 돕기 위해 눈에 보이는 구체물들을 사용하여 목표 개념의 속성을 가시화한 비유들이 주로 쓰인 것이다.
- 대응 정도에 따라 분류한 결과에서는 중·고등학교 교과서 모두 공유 속성을 명확하게 설명해 주는 부연 비유의 사용이 가장 많았다.
- 68개의 비유가 사용되었다. 비유 사용에 대한 인식이 증대하면서 5차 교육과정부터 2007 개정 교육과정에 이르기까지 비유 사용은 증가하는 경향을 보였으나, 이번 2009 개정 교육과정 교과서에서는 도리어 비유 사용이 감소한 것으로 나타났다. 상대적으로 비유가 많이 쓰인 단원들은 입자적 관점에서 화학 개념에 대한 설명이 필요한 단원들이었으나, 분자 운동을 다루는 과학 1에서 2007 개정 교육과정에 비해 비유 사용이 크게 감소하였고 학생들이 가장 어려워하는 화학 II에서 비유가 가장 적게 사용되는 등 전반적으로 교과서에 비유를 도입하고 적용하려는 노력이 부족했던 것으로 판단된다.
- 비유라는 용어를 교과서에 명시하는지의 여부에 따라 분류한 결과 중학교 교과서 15%, 고등학교 교과서 14%만이 비유에 대한 언급을 하고 있고, 나머지는 전혀 비유라는 언급을 하지 않은 것으로 나타났다. 이는 비유임을 명시한 비율이 중학교 교과서에서 22%이었던 2007 개정 교육과정 교과서보다도 더 감소한 것으로, 비유에 대한 부주의한 사용이라 할 수 있다.
- 비유의 제한점에 대한 언급 역시 중·고등학교 교과서에 있는 거의 모든 비유 상황에서 제한점을 언급하지 않았으며, 단지 중학교 교과서 3%, 고등학교 교과서 1%의 비유만이 목표 개념과 다른 비유의 제한점을 명시하고 있어 7차 교육과정 및 2007 개정 교육과정의 문제점이 반복되는 것으로 나타났다.
- 적합한 비유의 준거라고 보고되어 있는 다양한 기준들에 따라 비유를 분류한 결과에서는 그림과 언어를 같이 이용한 비유 및 추상적 개념을 구체적 비유물에 대응시키는 비유가 주로 사용되었고, 지난 교육과정에 비해 공유 속성을 부연 설명하는 비유 사용이 증가하는 등 긍정적 측면들이 있었다. 그러나 비유임을 명시하거나 비유물의 비공유 속성 등에 관해 제한점을 언급한 경우들이 거의 없었고, 교사의 설명 중심으로 제시되는 비유물과 작위적 비유 사용이 이전 교육과정에 비해 더 증가한 것은 학생들의 개념이해에 부정적인 영향을 끼칠 수 있는 문제점으로 지적할 수 있다.
- 참여성을 기준으로 비유를 분류한 결과 중·고등학교 교과서 모두 교사 중심 비유가 많고, 학생 중심 비유가 적게 사용되었다.
- 체계성에 따라 분류한 결과, 목표 개념의 구조나 인과관계를 많이 포함하는 체계성이 높은 비유의 사용이 중·고 등학교 교과서 모두 지난 교육과정에 비해 조금씩 증가하고 있는 것으로 나타났다(중학교: 7차 30%, 2007 개정 35%, 2009 개정 43%; 고등학교: 7차 32%, 2009 개정 45%).
- 출판사별로 교과서에 사용된 비유의 빈도를 비교한 결과 중학교 과학 교과서에서는 가장 많이 사용한 출판사에서 22개, 가장 적게 사용한 출판사에서 11개가 사용되어 배의 차이를 보였다(Table 6). 특히, 비유를 적게 사용한 출판사들 중 2곳에서는 과학 1 교과서에서 단 한 개의 비유도 사용하지 않은 것으로 나타났다.
- 특히, 기능 비유의 사용이 많았던 화학 II의 경우에는 체계성 높은 비유가 57%로 절반 이상 사용된 긍정적인 변화도 있었지만, 아직까지도 중·고등학교 교과서에 있는 비유물의 56%는 목표 개념의 속성이나 인과 관계를 체계적으로 포함하고 있지 않은 체계성이 낮은 비유인 것으로 분석되었다.
- 표현 방식에 따라 분류한 결과에서는 언어와 그림을 모두 사용하여 표현한 비유가 중학교 교과서 86%, 고등학교 교과서 88%로 가장 많이 사용되었다. 언어-그림 비유의 사용은 2007 개정 교육과정부터 두드러지게 증가하였는데(7차: 중학교 58%, 고등학교 60%; 2007 개정: 중학교 85%), 이때부터 교과서의 외형 체제가 자율화되어 교과서 분량이나 표현 등에 제약을 덜 받게 되면서 상대적으로 하나의 비유물에 대해 그림과 언어를 같이 이용한 비유 사용이 증가한 것으로 해석된다.
후속연구
- 특정 과학 개념에 적합한 비유물을 제작하기 위해서는 많은 노력이 필요하기 때문에, 이전 교육과정부터 다양하게 개발되어 있는 비유물들에 대해 폭넓게 이를 공유하고 인식의 공감대를 형성하면 비유 사용이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 따라서 관련 기관에서는 이미 개발된 다양한 비유물에 대해 화학 영역별 비유 은행을 만들고 교과서 집필진들이 이를 적극 활용할 수 있도록 돕는 구체적인 방안을 강구해야 할 것이다.
- 이에 비유 사용으로 인한 부작용을 줄이고 교수 효과는 극대화될 수 있도록 적절한 비유물을 선정하고 실제 수업 현장에서 올바르게 사용되도록 돕는 구체적인 방안들이 마련되어야 할 것이다. 따라서 앞으로도 효과적인 비유 사용에 관한 후속 연구들이 다양하게 이루어져서 이런 연구 성과들이 교과서 개편 작업이나 교사 연수에 잘 반영되어, 궁극적으로는 현장 과학 교사들이 학생들에게 바람직한 방법으로 비유를 잘 사용할 수 있도록 도모해야할 것이다.
- 학생들에게 과학 개념 구조를 쉽게 이해하도록 돕는다는 비유의 장점을 잘 살리기 위해서는, 비유 사용의 양적 증가 외에도 학생들의 인지발달과 과학 내용의 특성에 맞는 올바른 비유를 사용하는 것이 중요하다. 이에 비유 사용으로 인한 부작용을 줄이고 교수 효과는 극대화될 수 있도록 적절한 비유물을 선정하고 실제 수업 현장에서 올바르게 사용되도록 돕는 구체적인 방안들이 마련되어야 할 것이다. 따라서 앞으로도 효과적인 비유 사용에 관한 후속 연구들이 다양하게 이루어져서 이런 연구 성과들이 교과서 개편 작업이나 교사 연수에 잘 반영되어, 궁극적으로는 현장 과학 교사들이 학생들에게 바람직한 방법으로 비유를 잘 사용할 수 있도록 도모해야할 것이다.
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