[논문]지구 환경에 대한 고등학생들의 정신모형

김윤지

doi:10.15523/jksese.2015.8.1.25

[국내논문] 지구 환경에 대한 고등학생들의 정신모형
High School Students' Mental Model about the Global Environment 원문보기

대한지구과학교육학회지 = Journal of the Korean society of earth science education, v.8 no.1, 2015년, pp.25 - 34

김윤지 (금정고등학교)

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study is to clarify how high school students recognize the mental model of the global environment and how they conceptualize the environment. Using the drawing and interview, 25 high school students participated in the survey and were asked to visualize the environmental elements of the global environment and describe the environment they portrayed. The dominant mental model in the present was Mental Model 3: the environment as a place impacted or modified by human activity. Yet, the partial mental model in the future was Mental Model 2: the environment as a place that supports human life. The implications to environmental science education are explored.

주제어

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문제 정의

연구자와의 면담을 통해서 S17 학생은 자신이 그린 현재의 환경 그림을 보면서 환경을 구성하고 있는 요소로 ‘주택과 아파트 밖에 없다’고 설명하였고, 미래의 환경 그림 속에는 ‘물 위에 수중 도시를 건설한다’고 설명하여 현재와 미래의 환경에 대해 긍정이나 부정의 가치를 담아서 표현하고 있지는 않으며 인간을 위한 주거시설이 시간의 경과에 따른 기술 발전으로 인해서 변화할 것이라는 인식을 나타내고 있는 것이다. 본 연구에서는 현재와 미래의 환경 상태에 대한 연구 대상의 긍정적 혹은 부정적 인식을 확인하고자 하는 연구 목표가 없었으므로 가치에 대한 검사가 아니라 연구 대상이 표현한 환경을 구성하고 있는 요소들을 통해서 환경에 대한 정신모형을 분석해내는 것이 연구의 핵심이므로 인간이 생활하는데 필수적인 주거 공간을 환경의 전체적 이미지로 나타낸 것으로부터 정신모형 2에 해당하는 것으로 판단하였다.
, 2007). 이에 본 연구에서는 우리가 살아가고 있는 지구 환경의 현재와 미래에 대해서 고등학생들이 인식하는 환경 구성요소들을 분석함으로써 정신 모형을 도출해내어 미래 사회를 살아나갈 예비 사회인으로서 고등학생들의 환경적 소양 고취를 위한 과학 교육에의 시사점을 찾고자 한다.

제안 방법

(2007)이 미국의 초 · 중 · 고등학생 1182명을 대상으로 환경에 대한 정신모형을 연구하는 과정에서 계발된 4가지 유형의 정신모형과 13가지 하위 범주의 분석틀을 본 연구에 적용하였다(Table 1).
(2009)의 연구에서 자연환경은 비생물 · 식물+비생물 · 동물+식물+비생물 요소, 인간 영향 환경은 수정된 환경 · 오염된 환경 · 보호된 환경 요소, 인간 공존 환경, 인간 지원 환경으로 분석한 사례를 참조하여 본 연구에서는 식물/ 동물 / 인간 / 인공물 / 오염물 / 무생물의 6가지 범주로 개별 환경 요소를 구분하여 분석틀 속에 나열하였다.
본 연구는 융합과학 수업 2시간에 걸쳐서 이루어졌는데, 첫 번째 수업시간의 초반에는 그림을 그리는 활동이 전체적으로 실시되었고 이후 두 번째 수업시간까지 이어서 그리기 활동을 마친 학생들과 약 4분 전후의 시간에 걸쳐 개별적으로 면담을 실시하였다. 융합과학 수업을 듣는 또 다른 학급에서 예비 연구를 실시하여 본 검사지를 통해서 학생들이 인식하는 환경요소들을 표현하기에 어려움이 없음을 확인하였고, 연구 대상 학생들은 지난 1년 동안 이루어진 융합과학 수업을 통해 연구자와 래포가 형성되어 있어 면담에서 솔직한 자신의 생각을 표출할 수 있었다.
다만 본 연구의 대상 학생수가 25명으로 선행연구에 비해서는 매우 적은 숫자이기 때문에 사례수 0으로 분석된 하위 범주가 일부 포함되어 있지만, 본 연구 대상의 환경 인식이 분석 기준에 부합되지 않는 사례는 없었다. 지구과학 교사인 연구자가 1차 분석을 실시한 이후, 연구 대상 학생들에게 융합과학을 수업하는 물리 교사와 생명과학을 수업하는 생물 교사가 참여하여 교차 검토가 이루어졌으며 분석 의견이 상이한 건에 대해서는 3명의 연구자가 한 자리에 모여 토의 과정을 통해서 합의에 도달할 때까지 의견을 조율하였다.

대상 데이터

부산광역시에 소재한 K 인문계 남자 고등학교에서 연구가 이루어졌는데, K 고등학교가 위치한 지역은 인근에 시장을 포함하고 주택이 집중된 주거지로 학생들의 학력 수준은 높지 않은 편이다. 연구 대상은 고등학교 1학년 교육과정에서 환경 영역에 대한 학습이 특별하게 이루어지지는 않았지만 융합과학의 학습 과정을 이수한 학생들로 지구과학, 물리, 화학, 생물의 과학 교과 내용을 학습한 학년말에 검사를 실시하였다. 평소에 융합과학 교과의 수업 태도가 적극적인 한 학급을 연구 대상으로 설정하였고, 본 연구에 대해 안내를 한 후에 참여하지 않겠다는 일부 학생들을 제외하고 27명의 학생이 자발적으로 검사에 응하였으며, 환경에 대한 인식을 추상적으로 표현한 2명을 분석 과정에서 제외하여 25명의 고등학생들이 최종 연구 대상으로 선정되었다.
연구 대상은 고등학교 1학년 교육과정에서 환경 영역에 대한 학습이 특별하게 이루어지지는 않았지만 융합과학의 학습 과정을 이수한 학생들로 지구과학, 물리, 화학, 생물의 과학 교과 내용을 학습한 학년말에 검사를 실시하였다. 평소에 융합과학 교과의 수업 태도가 적극적인 한 학급을 연구 대상으로 설정하였고, 본 연구에 대해 안내를 한 후에 참여하지 않겠다는 일부 학생들을 제외하고 27명의 학생이 자발적으로 검사에 응하였으며, 환경에 대한 인식을 추상적으로 표현한 2명을 분석 과정에서 제외하여 25명의 고등학생들이 최종 연구 대상으로 선정되었다.

이론/모형

학생들에게 주어진 환경 요소에 대한 검사지는 Fralick et al.(2009)이 과학자와 기술자에 대한 중학생들의 그림을 연구하기 위해 개발한 빈 액자 모양의 틀을 기초로 하여 Kim(2014)의 선행 연구에서 환경 변화에 대한 인식을 연구하고자 2개의 빈 액자 모양 틀에 현재와 미래의 환경을 그림으로 표현하도록 시도한 방법을 참조하였다.

성능/효과

둘째, 미래의 환경에 대해서 고등학생들이 내면화하고 있는 정신모형은 인간이 만들어낸 인공물을 중심으로 환경의 구성요소들을 표현하여 인간에 의해 수정되고 영향을 받는 공간 혹은 인간의 생활을 지원해주는 공간으로 분석되었다. 이는 미래 사회가 인간 활동에 의해서 변화가 일어난다는 부정적 측면을 인식하는 한편, 인간이 과학을 발전시키고 기술을 개발시키면서 환경을 개선할 것이라는 긍정적 기대와 함께 환경을 개선하기 위한 개인의 아이디어를 표출한 것으로 볼 수 있다.
따라서 연구자는 연구 대상 S4와의 면담 과정에서 두 그림을 비교하여 설명할 것을 요구하였고, S4는 미래의 자동차는 배기가스를 배출하지 않는 “친환경 자동차”이기 때문에 환경을 오염시키지 않는다고 답하여 미래 환경이 인간에 의해 개발된 인위적 도구인 친환경 자동차로 인하여 현재의 환경오염 상태보다 개선될 것이라는 긍정적인 인식을 표출하였다.
셋째, 환경을 구성하고 있는 요소의 분석을 통해서 정신모형을 밝히고자 했던 본 연구에서는 이성적인 측면과 감성적인 측면을 모두 자극할 수 있도록 그리기와 면담이라는 두 가지 방법을 병행하여 적용하였으며 이는 매우 적절하였다고 판단된다. 연구 대상이 작성한 그림 자료만으로는 학생들이 표현하는 환경에 대한 개념과 가치를 정확히 파악하기 어려웠으며 해석하기 어려운 그림 속의 환경 요소에 대해서 연구자는 연구 대상과의 일대일 면담 방법을 통해서 보다 정확하게 학생들이 내면화하고 있는 정신모형을 분석해낼 수 있었다.
셋째, 환경을 구성하고 있는 요소의 분석을 통해서 정신모형을 밝히고자 했던 본 연구에서는 이성적인 측면과 감성적인 측면을 모두 자극할 수 있도록 그리기와 면담이라는 두 가지 방법을 병행하여 적용하였으며 이는 매우 적절하였다고 판단된다. 연구 대상이 작성한 그림 자료만으로는 학생들이 표현하는 환경에 대한 개념과 가치를 정확히 파악하기 어려웠으며 해석하기 어려운 그림 속의 환경 요소에 대해서 연구자는 연구 대상과의 일대일 면담 방법을 통해서 보다 정확하게 학생들이 내면화하고 있는 정신모형을 분석해낼 수 있었다. 연구 대상이 갖고 있는 개념이나 가치 혹은 정신모형을 밝히고자 하는 후속연구를 계획하는 연구자에게 서로 다른 연구 방법을 병행하여 이성과 감성을 복합적으로 분석하여 대상의 내면에 한 발짝 더 가까이 다가갈 수 있는 노력을 기울이기를 제언한다.
연구자는 S14 학생과의 면담에서 사람이 왜 얼굴을 가리고 있는지 물었고 환경에 대한 정신모형을 정확하게 분석할 수 있는 답을 들을 수 있었는데, 현재 환경에서는 ‘미세 먼지 때문에 사람이 마스크를 쓰고 다녀야’ 하고 미래 환경에서는 ‘초초미세 먼지 때문에 사람이 방독면을 쓰고 다녀야’ 한다는 대답이었다.
본 연구는 융합과학 수업 2시간에 걸쳐서 이루어졌는데, 첫 번째 수업시간의 초반에는 그림을 그리는 활동이 전체적으로 실시되었고 이후 두 번째 수업시간까지 이어서 그리기 활동을 마친 학생들과 약 4분 전후의 시간에 걸쳐 개별적으로 면담을 실시하였다. 융합과학 수업을 듣는 또 다른 학급에서 예비 연구를 실시하여 본 검사지를 통해서 학생들이 인식하는 환경요소들을 표현하기에 어려움이 없음을 확인하였고, 연구 대상 학생들은 지난 1년 동안 이루어진 융합과학 수업을 통해 연구자와 래포가 형성되어 있어 면담에서 솔직한 자신의 생각을 표출할 수 있었다.
첫째, 우리나라의 고등학생들은 현재의 환경에 대해 환경을 구성하고 있는 중심 요소로 오염물을 표현함으로써 인간에 의해 수정되고 영향을 받는 공간이라는 정신모형을 나타내었다. 이 같은 연구 결과는 과반수에 해당하는 다수의 학생들이 현재의 환경을 인간 활동으로부터 야기된 오염이 발생한 부정적인 상태로 인식하고 있다는 결론에 도달하게 한다.
현재의 환경 그림 속에는 오염물을 중심으로 표현하고 미래의 환경 그림 속에는 자연적 요소 없이 인공물을 중심으로 표현한 S24의 그림을 살펴보면 과거와 현재 환경은 식물과 동물 및 무생물의 구성요소들만으로 이루어진 순수한 자연 공간으로 나타내면서 과거의 깨끗한 자연 공간에서 현재의 더러운 자연 공간으로 환경의 변화를 표현하였고, 미래 환경은 식물이나 무생물 요소들이 나타나지 않았으며 공기 충전소를 통해서 대기 중에 공기가 보급되고 동물과 인간이 기계 장치에 의존하여 호흡을 하고 있는 모습이 표현되었다(Fig. 2). 연구자는 연구 대상 S24에게 자신이 그린 미래의 환경 그림을 설명하도록 하였고, 다음 연구자와 S24의 대화 일부분에서 확인할 수 있는 바와 같이 S24는 인간이 만들어낸 인공 물인 인공호흡기를 통해서 인간과 동물이 호흡을 하면서 살아가고 대기를 이루는 공기 역시 인간이 만들어낸 인공물인 공기 충전소로부터 충전하여 미래의 환경이 인위적으로 수정된 공간이라는 인식을 나타내고 있으며 과거의 깨끗한 환경이 현재에 오염되고 미래에는 보다 심화되어 공기가 사라지는 부정적인 환경 인식을 표출하고 있다.

후속연구

(2007)의 연구는 초등학교 고학년인 4학년에서 고등학생인 12학년까지 연령대가 다양하고 도시학교 16%와 교외학교 24% 및 전원학교 60%로 거주 지역이 다양한 학생들을 대상으로 연구가 이루어졌다는 차이도 그 이유에 해당할 것으로 생각할 수 있다. 그리고 미국과 한국의 학교 현장에서 실시되는 환경 교육의 차이로부터 이러한 연구 결과의 차이를 해석해본다면 미국에서 자연에 초점을 맞춘 현재의 환경에 강조점을 두는 것과 달리 한국에서는 자연 오염 및 보호 등의 인간 활동과 영향에 강조점을 두어 환경 교육이 이루어지고 있는 것도 원인이 될 수 있을 것으로 보인다.
연구 대상이 작성한 그림 자료만으로는 학생들이 표현하는 환경에 대한 개념과 가치를 정확히 파악하기 어려웠으며 해석하기 어려운 그림 속의 환경 요소에 대해서 연구자는 연구 대상과의 일대일 면담 방법을 통해서 보다 정확하게 학생들이 내면화하고 있는 정신모형을 분석해낼 수 있었다. 연구 대상이 갖고 있는 개념이나 가치 혹은 정신모형을 밝히고자 하는 후속연구를 계획하는 연구자에게 서로 다른 연구 방법을 병행하여 이성과 감성을 복합적으로 분석하여 대상의 내면에 한 발짝 더 가까이 다가갈 수 있는 노력을 기울이기를 제언한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	학교 및 사회에서 환경 교육의 필요성을 인지하게 한 것은 무엇인가?	오늘날 전 지구적 차원에서 중요한 이슈로 다루어지는 지구온난화와 오존층 파괴 등의 환경 문제에 대한 관심은 학교 및 사회에서 환경 교육의 필요성을 인지하게 하였고 나아가 환경 교육에 대한 현실적 요구로 이어지게 되었다. 우리나라에서는 1970년 대부터 환경 교육에 대한 논의가 이루어지기 시작하여 학교 교육과정에 환경 교과가 포함되면서 관심이 고조되는듯하였으나, Kim과 Cheong(2007)이 실제 우리나라 학교 환경 교육의 적용과 운영에 있어 많은 한계점이 드러난다고 밝힌 바와 같이 중학교 과정의 선택 교과로 편재되어 한문과 중국어 등의 외국어 교육에 밀리면서 환경 교과를 교육과정에 채택하는 학교의 비율이 낮아서 실제로 학습자가 환경 교과를 학습할 수 있는 기회는 매우 적은 실정이다.
	우리나라의 고등학생들이 환경의 변화를 어떻게 인식하는 지에 대한 연구의 한계점은 무엇인가?	우리나라의 고등학생들이 환경의 변화를 어떻게 인식하는지 연구했던 Kim(2014)은 자연적 환경과 인공적 환경 그리고 쾌적한 환경과 오염된 환경의 양극단적 기준으로 분석하였을 뿐, 학생들이 어떠한 환경 구성요소들을 인식하여 어떻게 내면화된 정신 모형을 갖고 있는지는 밝히지 못하였으며 고등학생들의 환경 인식 유형을 구체적으로 범주화하여 분석한 연구 사례는 보고된 바 없다. 과학적 또는 개념적 모델은 사회에서 공유되면서 외부로 표출되는 개념으로서 과학적으로 습득된 지식에 바탕을 두는 정확하고 완벽하며 단순한 현상적 개념이나, 과학을 학습하는 과정에서는 현재 학습자가 갖고 있는 정신모형의 반영을 통해서 개념 모델을 형성한다(Greca와 Moreir a, 2000).
	환경 그 자체를 어떻게 인식하고 개념화 하는가에 관심을 갖는 연구자가 많아지면서 연구 사례에는 어떤 것이 있는가?	환경 문제에 대한 사회적인 우려는 온실 효과와 산성비 등의 환경 현상 및 환경 이슈에 대한 개념을 분석하는 한편, 환경 그 자체를 어떻게 인식하고 개념화 하는가에 관심을 갖는 연구자가 많아지면서 연구 사례들이 보고되고 있다. Loughland et al.(2002)는 오스트레일리아의 초등학생과 중학생이 장소로서의 환경 ․ 생물을 포함하는 장소로서의 환경 ․ 생물과 인간을 포함하는 장소로서의 환경 ․ 인간을 위한 특별한 공간인 환경 ․ 환경의 일부분으로서 인간이 책임지는 공간인 환경 ․ 서로 상호작용하며 지지하는 관계인 인간과 환경이라는 6가지 관점으로 환경을 개념화한다고 밝혔다. Shepardson et al.(2007)은 미국의 초등학교 고학년과 중학생 및 고등학생들이 동물과 식물이 살고 있는 자연적 공간으로서의 환경 ․ 생명체를 부양하는 공간으로서의 환경 ․인간의 활동에 의해 변형되고 영향을 받는 공간으로서의 환경 ․ 동물과 식물 및 인간이 함께 생활하는 공간으로서의 환경이라는 4가지 유형의 환경에 대한 정신모형을 갖고 있는 것으로 보고하였다. 국내에서는 예비 지구과학 교사들이 환경을 동물과 식물이 살아가는 자연 공간 ․ 동물과 식물 및 인간이 공존 하는 자연 공간 ․ 인간의 생활을 지원해주는 공간․ 인간만 생활하는 공간 ․ 인위적인 도시 공간 ․인간에 의해 오염된 공간의 6가지 유형으로 인식한다고 밝힌 연구 사례가 있다(Kim과 Jeong, 2007). 우리나라의 초등학생들은 자연 환경-식물, 동물, 무생물 요소 ․ 인공 환경-수정된 환경, 오염된 환경 ․ 인간 공존 환경-생물 공존 환경, 인간 주체 환경 ․ 추상적 환경의 4가지 유형으로 환경을 인식하고 있으며(Wee et al., 2008), 우리나라의 중학생들은 순수 자연 공간-비생물, 식물, 동물 요소 ․ 인간 공존 공간 ․ 인간 지원 공간 ․ 인간 영향 공간-오염된 환경, 보호할 환경, 인위적 환경의 4가지 유형으로 환경을 인식하고 있음이 밝혔다(Jeong et al., 2009).

참고문헌 (11)

Cheol Cheong(2003). The environmental perceptions of pre-service secondary school teachers about the global environment. Journal of Korean Earth Science Society, 24(4), 273-280.
Fralick, B., Kearn, J., Thompson, S., & Lyons, J.(2009). How middle schoolers draw engineers and scientists. Journal of Science Education Technology. 18, 60-73.

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Greca, I. M., & Moreira, M. A.(2000). Mental models, conceptual models, and modeling. International Journal of Science Education, 22, 1-11.

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Jeong Jin-Woo, Lee Dong-Young, Kim Yun-Ji, Cheong Cheol(2009). The perceptions of the environment of middle school third graders. Korean Journal of Teacher Education, 25(2), 375-389.
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Kim Myung-Gyun, Cheong Cheol(2007). The study for middle school students' environmental awareness with drawing activity about environment. Journal of the Environmental Sciences, 16(4), 479-485.

원문보기 상세보기
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Libarkin, J. C., Beilfuss, M., & Kurdziel, J. P.(2003). Research methodologies in science education: mental models and cognition in education. Journal of Geoscience Education, 51, 121-126.
Loughland, T., Reid, A., & Petocz, P.(2002). Young people's conceptions of environment: a phenomenographic analysis. Environmental Education Research, 8, 187-197.

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Shepardson, D. P., Wee, B., Priddy, M., & Harbor, J.(2007). Students' mental models of the environment. Journal of Research in Science Teaching, 44(2), 327-348.

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Wee Soo-Meen, Lee Seung-Cheul, Kim Yun-Ji, Kim Hyeon-Jeong(2008). Analysis of elementary students' perception of the environment through drawing activities. Korean Journal of Teacher Education, 24(2), 171-187.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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