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문제 정의
- 이러한 차이를 가진 주제별로 과학사-역할놀이 활동을 하였을 때 과학의 본성이 변하는 정도와 관련 지식의 변화 정도 등을 분석하였다. 또한 주제별로 과학사-역할놀이의 흥미도와 난이도에 대한 응답분석을 통하여 어떤 과학사 주제가 과학의 본성에 긍정적으로 영향을 미치는 지를 파악하고자 하였다.
- 본 연구는 과학의 본성에 대한 이해를 증진시키기 위한 과학사-역할놀이 활동을 교육현장에 적용하기 위한 선행연구로서, 역할놀이를 어떤 특성의 과학사 주제와 연계시킬 때 보다 효과적인지에 대하여 알아보고자 하는 것이다.
- 결국 어떠한 주제의 과학사 프로그램과 역할놀이를 연계시킨 활동을 도입할 것인가에 대한 선택의 문제가 존재할 수밖에 없다. 본 연구는 과학의 본성의 이해 증진을 위한 과학사-역할놀이 활동을 교육현장에 적용하기 위한 선행연구로서, 역할놀이를 어떤 특성의 과학사 주제와 연계시킬 때 더 효과적인지에 대하여 알아보고자 하는 것이었다.
- 본 연구는 어떤 주제를 바탕으로 한 과학사-역할놀이 프로그램이 과학의 본성의 이해에 더 효과적인지를 알아보기 위하여, 학생들에게 원자모형의 변천을 주제로 한 역할놀이 프로그램과 멘델레프의 주기율표의 변천을 주제로 한 역할놀이 프로그램을 각각 적용하고, 프로그램을 적용 전후의 과학의 본성 관련 인식의 변화를 분석하고자 하였다.
제안 방법
- 사전검사와 사후검사 결과에 대한 변인 통제를 위하여 I 그룹과 II 그룹의 사전검사 결과를 분석하여 2개의 처치 모집단의 과학의 본성과 관련된 인식 정도가 통계적으로 차이가 없도록 I 그룹과 II 그룹을 적절히 나누어 진행하였으며, 이를 통하여 2 종류의 역할놀이 처치 후 그룹간의 성취도 차이 유무에 대한 분석 신뢰도를 높이고자 하였다. 각각의 과학사-역할놀이 활동을 수행한 후 1주일 후에 사후검사로서 과학의 본성 변화를 알아보기 위한 검사와 관련 지식의 변화 등을 알아보는 검사를 함께 진행하였다.
- 또 다른 관찰의 이론의존성 관련 문항인 ‘자연시간에 운동장으로 나갔다. 각자 간이 고도 측정기를 만들어서 태양의 고도를 측정하였다. 내가 측정한 결과, 태양의 고도는 53도 이었다.
- 과학사 주제에 따른 역할놀이 활동 전후의 인식변화 분석을 위하여 과학사 주제에 따른 역할놀이 활동 전후의 과학의 본성 인식변화 효과의 차이를 분석하였다.
- 과학사-활동 전후의 과학의 본성 인식변화를 알아보기 위하여 과학의 본성 관련 검사문항으로 관찰의 이론의존성(문항 1, 문항 2, 문항 3)과 과학지식의 잠정성(문항 4, 문항 5)을 묻는 5개 문항에 대하여 각각에 대하여 정답은 5점, 오답은 0점을 부여한 후 처치그룹인 I 그룹과 II 그룹 각각의 정답 평균 변화와 각 그룹간의 F 값을 산출하여 정답 평균 변화가 통계적으로 유의미한지를 분석하였다.
- 과학의 본성과 관련된 인식의 변화 검사문항 이외에 과학사-역할놀이 활동 후에 적용된 과학사 주제와 관련된 변인을 분석하기 위하여 수업의 흥미도(문항 6), 과학사 수업에서 느끼는 난이도(문항 7)를 알아보기 위한 검사, 과학사-역할놀이 활동 후의 느낌에 대한 주관식 질문(문항 8)을 I 그룹과 II 그룹 모두에게 동일한 조건에서 실시하였다. 또한 연구대상 학생들은 중등학교 시절에 원자모형의 변천과 멘델레프의 주기율표의 변천에 대하여 학습을 하였지만 활동 전 시점의 상태에서 보유하고 있는 관련 지식수준을 파악하고, I 그룹과 II 그룹의 과학사-역할놀이 활동 후 각각의 과학지식 수준 변화를 알아보기 위하여 I 그룹에게는 원자론 변천과정 지식수준을 알아보기 위한 사전·사후검사(문항 9)를 실시하였으며, II 그룹에게는 주기율표 관련 지식수준을 알아보기 위한 사전·사후검사(문항 9) 를 실시하였다.
- 고안한 과학의 본성과 관련한 검사 문항은 관찰의 이론의존성(문항 1, 문항 2, 문항 3), 과학지식의 잠정성(문항 4, 문항 5)에 대한 검사 문항으로 이루어 졌다. 과학의 본성과 관련한 사전검사와 사후검사는 원자모형의 변천-역할놀이 활동을 수행한 I 그룹과 멘델레프의 주기율표-역할놀이 활동을 수행한 II 그룹 모두에게 활동 전과 후에 동일하게 실시하였다.
- 또한 연구대상 학생들은 중등학교 시절에 원자모형의 변천과 멘델레프의 주기율표의 변천에 대하여 학습을 하였지만 활동 전 시점의 상태에서 보유하고 있는 관련 지식수준을 파악하고, I 그룹과 II 그룹의 과학사-역할놀이 활동 후 각각의 과학지식 수준 변화를 알아보기 위하여 I 그룹에게는 원자론 변천과정 지식수준을 알아보기 위한 사전·사후검사(문항 9)를 실시하였으며, II 그룹에게는 주기율표 관련 지식수준을 알아보기 위한 사전·사후검사(문항 9) 를 실시하였다.
- 사전검사와 사후검사 결과에 대한 변인 통제를 위하여 I 그룹과 II 그룹의 사전검사 결과를 분석하여 2개의 처치 모집단의 과학의 본성과 관련된 인식 정도가 통계적으로 차이가 없도록 I 그룹과 II 그룹을 적절히 나누어 진행하였으며, 이를 통하여 2 종류의 역할놀이 처치 후 그룹간의 성취도 차이 유무에 대한 분석 신뢰도를 높이고자 하였다. 각각의 과학사-역할놀이 활동을 수행한 후 1주일 후에 사후검사로서 과학의 본성 변화를 알아보기 위한 검사와 관련 지식의 변화 등을 알아보는 검사를 함께 진행하였다.
- 역할놀이 주제에 따른 친숙, 흥미 정도 여부 또는 관련 지식의 변화가 얼마나 변화했는지 를 확인하기 위하여 과학사-역할놀이 활동 후 과학사-역할놀이의 흥미도와 난이도에 대하여 각 그룹간 인식변화 정도의 차이를 해석하였다. 주제별로 과학사-역할놀이 활동을 수행한 후 각각의 그룹에 ‘과학사 수업이 재미있었는가?’는 문항 6에 대하여‘① 매우 재미없다.
- 연구대상은 몇 개의 과별로 묶어 I 그룹(103명)과 II 그룹(112명)으로 나눈 후 역할놀이 활동에 대하여 고지하지 않은 상태에서 사전검사를 실시하였다. 사전검사 1주일 후에 I 그룹에는 원자모형의 변천-역할놀이 활동을 실시하였고, II 그룹에는 멘델레프의 주기율표 변천-역할놀이 활동을 실시하였다.
- 과학사-역할놀이 활동한 동일한 조건으로 통제하기 위하여 각 활동 시간은 50분 이내로 유사하게 진행하였으며, 과학사-역할놀이 활동 전에 관련 과학사 지식에 대한 수업은 진행하지 않았다. 원자모형의 변천-역할놀이 활동과 멘델레프의 주기율표-역할놀이 활동에 사용한 역할놀이 자료는 본 연구과정에서 개발된 것으로 역할극 대본형식으로 구성된 것이었다.
- 본 과학사-역할놀이 활동에 적용된 2 종류의 주제는 관련 지식을 접하는 시기가 차이가 있고, 내용면에서도 시계열적인 정도에 있어서도 차이가 있는 것이다. 이러한 차이를 가진 주제별로 과학사-역할놀이 활동을 하였을 때 과학의 본성이 변하는 정도와 관련 지식의 변화 정도 등을 분석하였다. 또한 주제별로 과학사-역할놀이의 흥미도와 난이도에 대한 응답분석을 통하여 어떤 과학사 주제가 과학의 본성에 긍정적으로 영향을 미치는 지를 파악하고자 하였다.
- 이를 위하여 초등학교 예비교사를 대상으로 과학의 본성에 대한 인식을 조사하고, 과학의 본성을 현대적 관점으로 변화시킬 수 있는 프로그램으로서 원자모형의 변천과 멘델레프 주기율표와 관련된 과학사 지식을 바탕으로 한 2 종류의 과학사-역할놀이 프로그램을 고안하여 그 프로그램의 적용 효과와 과학사 주제별 과학의 본성에 대한 인식의 변화에 차이가 있는 지를 알아보았다. 본 과학사-역할놀이 활동에 적용된 2 종류의 주제는 관련 지식을 접하는 시기가 차이가 있고, 내용면에서도 시계열적인 정도에 있어서도 차이가 있는 것이다.
대상 데이터
- 본 연구대상은 2014년 2학기 과학교재연구 및 지도법 강좌를 수강한 대학교 3학년 학생(예비 초등학교 교사)이었으며, 학생들은 고교시절 교과 성적이 상위권인 학생들로 이루어 져 있는 특징이 있다.
데이터처리
- 연구 데이터는 SAS 통계 프로그램과 R 통계 프로그램을 이용하여 필요한 통계처리를 하였다.
이론/모형
- 역할놀이 프로그램 처치 후의 과학의 본성에 대한 인식변화 정도를 알아보기 위하여 과학의 본성을 알아보기 위한 문항인 VOSTS(Views On Science-Technology-Society, Aikenhead, G. S. & Ryan, A. G.,1992)를 참조하여 학생들의 수준에 맞게 고안(김도욱 등, 1995)한 문항을 활용하였다.
성능/효과
- 2개의 역할놀이 대본을 비교해 보면, 원자모형의 변천과정 대본은 다른 시대에 살았던 5명의 과학자가 동시에 출연하여 시대순으로 이어가면서 이전의 과학자가 제시한 원자모형을 실험을 통하여 부정하고 새로운 모형을 제시하는 시계열적 특징을 가진 구성인 반면, 멘델레프의 주기율표 대본은 멘델레프가 이전에 제시된 원소들 사이의 규칙성을 부정하여 주기율표를 만들어 가는 과정과 이를 부아보드랑이 입증하는 과정을 중심으로 이루어진 구성으로 시계열적 요소가 적은 특징이 있다. 또한 원자모형의 변천 대본은 멘델레프 주기율표 대본에 비하여 여러 가지 이론들이 등장하므로 역할놀이 활동과정에서 그 내용의 전개를 명확히 이해하기 어려운 특징이 있다.
- 과학사 주제에 따른 역할놀이 활동 전후의 인식 변화 분석을 위하여 과학사 주제에 따른 역할놀이 활동 전후의 과학의 본성 인식변화 효과의 차이를 분석결과 과학사-역할놀이 활동 전 사전검사에서 처치 실험군인 원자모형의 변천-역할놀이 활동을 수행한 I 그룹과 멘델레프 주기율표-역할놀이 활동을 수행한 II 그룹의 정답 평균이 통계적으로 차이가 없는 동질한 그룹이었다. 그러나 각각의 주제로 그룹별로 과학사-역할놀이 처치를 한 후 시행한 사후검사에서 처치 실험군 I 그룹이 II 그룹의 평균보다 통계적으로 유의미한 차이로 높게 나타났으며, 이는 과학사-역할놀이 활동을 처치한 후에 과학의 본성에 대한 인식의 변화 정도는 각각의 역할놀이와 결합시키는 과학사의 주제에 따라 그 효과가 차이가 있을 수 있음을 의미하는 것이다.
- 과학사-역할놀이 활동 전후의 과학의 본성 인식 변화에 대한 표 1에서, 처치그룹 전체에 대한 평균을 살펴보면 사전검사는 15.6에서, 사후검사는 18.9로 증가하였고, 평균차는 통계적으로 유의미(p< 0.0001)했다.
- 과학사-역할놀이 활동 처치그룹 전체에 대한 과학의 본성을 묻는 문항에 대한 응답유형을 살펴보면 현대적 관점의 과학의 본성 응답이 사전검사에 비해 사후검사는 통계적으로 유의미한 정도로 증가했다. 그룹별로 보면 I 그룹과 II 그룹 모두 통계적으로 유의미한 정도로 증가했으며, 각각의 평균차는 통계적으로 유의미했다.
- 과학지식의 잠정성에 대한 인식을 알아보는 질문에 대한 응답을 분석한 결과 과학사-역할놀이 활동 전 이미 처치집단이 빠르게 변화하는 현대를 살고 있는 학생들의 상당수가 현대적인 과학적 인식인 상대주의적 관점을 받아들였기 때문에 증가 정도가 상대적으로 작기 때문으로 해석되며, 관련 문항의 응답결과를 합산하여 분석한 결과 정답 응답의 증가는 통계적으로 유의미하였으며, 이러한 검사 결과는 과학사-역할놀이 활동이 과학지식의 잠정성에 대하여 긍정적 인식변화에 기여하는 것을 의미한다.
- 과학사 주제에 따른 역할놀이 활동 전후의 인식 변화 분석을 위하여 과학사 주제에 따른 역할놀이 활동 전후의 과학의 본성 인식변화 효과의 차이를 분석결과 과학사-역할놀이 활동 전 사전검사에서 처치 실험군인 원자모형의 변천-역할놀이 활동을 수행한 I 그룹과 멘델레프 주기율표-역할놀이 활동을 수행한 II 그룹의 정답 평균이 통계적으로 차이가 없는 동질한 그룹이었다. 그러나 각각의 주제로 그룹별로 과학사-역할놀이 처치를 한 후 시행한 사후검사에서 처치 실험군 I 그룹이 II 그룹의 평균보다 통계적으로 유의미한 차이로 높게 나타났으며, 이는 과학사-역할놀이 활동을 처치한 후에 과학의 본성에 대한 인식의 변화 정도는 각각의 역할놀이와 결합시키는 과학사의 주제에 따라 그 효과가 차이가 있을 수 있음을 의미하는 것이다.
- 과학사-역할놀이 활동 처치그룹 전체에 대한 과학의 본성을 묻는 문항에 대한 응답유형을 살펴보면 현대적 관점의 과학의 본성 응답이 사전검사에 비해 사후검사는 통계적으로 유의미한 정도로 증가했다. 그룹별로 보면 I 그룹과 II 그룹 모두 통계적으로 유의미한 정도로 증가했으며, 각각의 평균차는 통계적으로 유의미했다. 이러한 결과는 원자모형의 변천과 멘델레프 주기율표 주제에 상관없이 과학사-역할놀이 활동이 과학의 본성 변화에 긍정적인 변화를 가져올 수 있음을 의미한다.
- 원자모형의 변천-역할놀이 활동을 수행한 I 그룹과 멘델레프 주기율표-역할놀이 활동을 수행한 II 그룹 사이의 역할놀이와 연계된 과학사 수업에 대한 흥미도와 난이도의 인식 수준을 분석한 결과 흥미도와 난이도에 대한 응답 모두 I 그룹에 비해 II 그룹이 통계적으로 유의미할 정도로 더 긍정적으로 응답하였다. 이러한 응답결과는 비록 멘델레프 주기율표 관련 과학사 지식이 원자모형의 변천 관련 과학사 지식에 비하여 흥미도도 높고 난이도도 낮게 느끼기는 하지만, 이러한 흥미도와 난이도의 영향보다는 원자모형의 변천과정에 대한 상세한 내용은 잘 모르고 또 이해하기 어렵지만 원자모형의 변천과정이 돌턴, 보어 등 시대적으로 대표가 되는 과학자들에 의하여 정립되고 변화되는 과정을 접하게 됨으로서 과학적 잠정성을 느끼는 것에서 기인하는 것으로 파악된다.
- 또 다른 접근으로서 김도욱(1995)은 학생들에게 현대적인 관점으로 과학의 본성을 가르칠 수 있는 방안에 대한 연구에서, 관찰의 이론의존성과 과학지식의 잠정성에 관한 인식을 현대적 관점으로 변화시키기 위하여 고안하고 적용해 본 과학사 프로그램을 적용한 후에 관찰의 이론의존성과 과학지식의 잠정성을 묻는 문항에서 학생들의 과학의 본성에 대한 인식이 크게 현대적 관점으로 이끌 수 있음을 보고한 바 있다. 이 연구로부터 과학사 프로그램이 과학의 본성에 대한 학생의 이해를 도울 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
- 표 7에서 알 수 있는 바와 같이 I 그룹의 원자론 변천과정 지식수준은 0.298점으로 멘델레프의 주기율표 지식수준 2.13에 비하여 상당히 낮은 것을 알 수 있으며, 각각 과학사-역할놀이 처치 후 지식수준이 3.60점과 3.27 점으로 증가하였으며, 그 증가 정도는 I 그룹에서 훨씬 크게 나타났음을 알 수 있으나, I 그룹과 II 그룹 모두 통계적으로 유의미(p <0.0001)하였다.
- 한편 과학사-역할놀이 활동 후 “과학사-역할놀이 활동에 대한 생각과 느낌에 대해 쓰시오”라는 주관식 질문인 문항 8에 대하여 R 통계프로그램을 활용하여 단어 빈도수에 대하여 분석한 결과 ‘이해’, ‘흥미’, ‘변화’ 등의 긍정적 의미의 단어가 빈도수가 많았고, 이는 본 연구에서의 과학사-역할놀이 활동이 흥미도면에서 유리하며, 과학지식의 잠정성과 관련된 과학의 본성의 이해에 도움을 주었음을 확인하는 것이다.
후속연구
- 본 연구에서는 중부 지방에 위치하고 있는 교육 대학생을 대상으로 알아보았기 때문에 연구 결과의 일반화는 표집대상의 크기나 학습능력 등의 특성을 고려하여 조심스럽게 이루어 져야 할 것이다. 또한 설문조사방법을 사용하였기 때문에 피검자의 성실성 정도와 질문 문항에 대한 이해 정도가 결과에 영향을 줄 수 있다는 것을 배재할 수 없다.
- 또한 설문조사방법을 사용하였기 때문에 피검자의 성실성 정도와 질문 문항에 대한 이해 정도가 결과에 영향을 줄 수 있다는 것을 배재할 수 없다. 특히 연구대상 학생들은 중등학교 시절에 원자모형의 변천과 멘델레프의 주기율표에 대하여 학습을 하였고, 이미 관련 수업을 통하여 과학의 본성에 대하여 인지하고 있었으며, 역할놀이 활동 시점에서의 관련 지식의 보유 정도의 편차도 존재할 수밖에 없다는 점에서 본 연구의 제한점이 있다,
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