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문제 정의
- 이 연구의 목적은 2007․2009개정 초등 과학 교과서 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원의 편집디자인에 따른 초등학생들의 시각적 주의를 분석하는 것이다.
- 이 연구에서는 이동형 시선추적기를 활용하여 2007개정 및 2009개정 초등 과학 교과서 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원의 편집디자인에 따른 초등학생들의 시각적 주의를 분석하였다. 이를 통해 초등과학 교과서의 효과적인 편집디자인에 대해 논의하였다.
제안 방법
- 시선추적 실험에 앞서 모든 연구 참여자들에게 연구 장비의 적응시간을 제공하였다. 사전 적응 단계에서 연구 참여자들이 연구 장비를 직접 착용하게 하였고, 불편한 점이 있는지와 연구 참여 의사를 재확인하였다. 시선추적 실험 설계는 Fig.
- 이 연구에서는 연구 참여자가 의자에 앉아서 서책형 교과서를 보는 것이기에 1포인트로 시선을 보정하였다. 세 번째, 연구 참여자는 13명씩 두 집단으로 구성하였고, 집단별로 2007개정 또는 2009개정 교과서를 자기 주도적으로 학습하였다. 이 과정에서 학생들의 개인별 학습전략의 간섭효과를 최소화하기 위해서 두 번 읽기 전략만을 사용하였다.
- 시선추적 실험에 앞서 모든 연구 참여자들에게 연구 장비의 적응시간을 제공하였다. 사전 적응 단계에서 연구 참여자들이 연구 장비를 직접 착용하게 하였고, 불편한 점이 있는지와 연구 참여 의사를 재확인하였다.
- 연구 참여자가 2007개정 또는 2009개정 과학 교과서를 두 번 읽기로 학습하는 동안 실시간으로 연구 참여자의 안구운동을 수집하였다. 연구 참여자가 교과서를 두 번 읽는 시간은 모두 달랐으며, 연구 참여자 중 한 번 읽고 그만 두려는 경우에는 두 번 읽으라고 즉시 알려 주었다.
- 이 과정에서 학생들의 개인별 학습전략의 간섭효과를 최소화하기 위해서 두 번 읽기 전략만을 사용하였다. 연구 참여자의 두 번 읽기가 끝난 동시에 시선추적은 종료되었고, 즉시 사후 지식 검사를 실시하였다. 시선추적 실험 전에 모든 연구 참여자에게 교과서를 두 번 읽기로 학습한 후 사후 검사를 한다는 것을 알려 주었다.
- 연구 참여자의 주의력은 선택적 주의력, 자기 통제력, 지속적 주의력으로 구분하여 분석하였고, 상관관계는 Table 3과 같다. 각 상관계수를 Rea & Parker(2005)에 따라 해석하면 선택적 주의력과 지속적 주의력은 .
- 이 연구에서는 이동형 시선추적기를 활용하여 2007개정 및 2009개정 초등 과학 교과서 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원의 편집디자인에 따른 초등학생들의 시각적 주의를 분석하였다.
- 2와 같이 교과서 양쪽 펼침 참고 이미지에 맵핑하였다. 이 연구에서는 탐구아이콘, 차시 주제, 차시 안내, 준비물, 탐구안내, 삽화 제목과 삽화, 본문, 생각해보기, 창의활동, 내비게이션 등을 관심영역으로 설정하여 시각적 주의를 분석하였다.
- 2009개정 초등 과학 교과서 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원의 편집디자인에 따른 초등학생들의 시각적 주의를 분석하는 것이다. 이를 위해서 이동형 시선추적기를 활용하여 초등학생들이 실제 서책형 교과서를 보는 동안 안 구운동을 수집하여 분석하였다. 또한 초등학생들의 주의력 수준에 따른 교과서 편집디자인에 대한 시각적 주의의 차이를 분석하였고, 2007․2009개정소화기관과 호흡기관의 교과서 구성에 대한 학생 설문조사를 실시하였다.
- 지속적 주의력 7등급 이상인 2명과 지속적 주의력 3등급 이하인 2명을 각각 주의력 ‘상’ 수준과 ‘하’수준으로 구분하였고, 각 교과서가 제시되고 최초 2분 동안 관심영역에서의 평균 시각적 점유도와 평균 최초 응시시간을 분석하였다.
대상 데이터
- 2007․2009개정 소화기관과 호흡기관에 대해 각기관의 생김새, 위치, 기능, 과정, 삽화, 본문에 대해 연구 참여자를 대상으로 5점 리커트 척도 평가를 실시하였다. 2007․2009개정 소화기관과 호흡기관의 평가에 대한 대응표본 t 검정 결과는 Table 4와 같다.
- 따라서 교과서를 디자인할 때 삽화와 텍스트의 근접성의 원리도 중요하지만, 텍스트의 길이가 시각적 주의에 영향을 미치기 때문에(Ryu, 2013) 삽화에 추가적인 텍스트를 제시할 때에는 적절한 텍스트의 양을 고려해야 한다. 또한 2009개정 소화기관의 삽화는 소화를 도와주는 기관과 소화기관의 기능 외에도 소화기관에 대한 범례, 뼈 모형의 내비게이션, 캐릭터 등의 다양한 시각 자료와 함께 편집하였다. 초등학생들이 작업 기억 내에서 처리할 수 있는 이상의 정보가 제시될 경우 인지적 부담으로 인해 오히려 학습에 방해가 되거나(Shin & Shin, 2014), 오히려 학습 효과를 떨어뜨릴 수 있다(van Merrienboer& Sweller, 2005).
- 실험 자극은 2007개정과 2009개정 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원에서 학습 내용과 수준이 비슷한 소화기관과 호흡기관을 Table 1과 같이 선정하였다.
- 이 연구의 실험 자극은 초등 5∼6학년군 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원으로 사전 학습효과를 배제하기 위해서 이 단원을 학습하지 않은 초등 4학년 학생을 연구 참여자로 하였다. 실험 적용 단원에 대한 사전 지식 검사에는 ○○초등학교 4학년 46명이 참석하였고, 이들 중 이동형 시선추적기 실험에 자발적으로 참여하기를 원하고, 학부모 동의서를 제출한 26명만을 연구 참여자로 선정하였다.
- 또한 연구 참여자의 머리 움직임에 따른 거리와 방향에 따른 시차를 자동으로보정하는 기능이 제공되어 학생들의 시선을 안정적으로 추적할 수 있다. 연구 참여자가 바라본 시선 영상은 ETG 전면의 카메라를 통해 녹화하였다.
- 이 연구 참여자 중 A 집단은 2007개정 과학 교과서의 소화기관을, B 집단은 2009개정 과학 교과서의 소화기관을 각각 두 번 읽기전략으로 학습하였다. 호흡기관에서는 소화기관에서 2007개정을 학습한 A 집단은 2009개정, 2009개정을 본 B 집단은 2007개정으로 학습하였다.
- 이 연구에서는 SMI사의 ETG(eye tracker glasses) 2 w를 사용하였다. ETG는 양안 추적방식이고, 샘플링 속도는 60 Hz이다.
- 이 연구의 실험 자극은 초등 5∼6학년군 ‘우리 몸의 구조와 기능’ 단원으로 사전 학습효과를 배제하기 위해서 이 단원을 학습하지 않은 초등 4학년 학생을 연구 참여자로 하였다.
데이터처리
- 이 연구에서는 BeGaze 3.7 프로그램을 이용하여 안구운동을 분석하였다. 모든 연구 참여자의 안구추적 비율은 90% 이상으로 분석대상으로 적합하였다.
성능/효과
- 36%로 나타났다. 2007개정 호흡기관에서 전체 이미지에 대한 시각적 점유도는 6.53%, 전체 텍스트에 대한 시각적 점유도는 67.58%로 2007개정 소화기관과 유사하게 텍스트에 높은 시각적 점유도를 보였다. 2007개정 호흡기관은 탐구활동 수업으로 텍스트에 대한 점유도를 비교한 결과, ‘어떻게 할까요?’ 영역에 30.
- 70%로 나타났다. 2009개정 호흡기관에서 전체 이미지에 대한 시각적 점유도는 25.8%, 전체 텍스트에 대한 시각적 점유도는 60.95%로 초등학생들은 이미지보다 텍스트에 더 많은 시각적 주의를 기울였고, 그 차이는 2007개정에 비해 낮다는 것을 알 수 있다. 하지만 2007개정과 동일하게 2009개정에서도 이미지보다 텍스트에 대한 시각적 주의가 높았다.
- , 2016a),Fig. 3의 시각적 주의를 통해 초등학생들은 이미지보다는 본문 영역에서 더 많은 정보를 얻기 위해 노력했고, 글을 이미지보다 더 중요한 정보 자원으로 인식하고 있다는 것을 알 수 있다. 연구 참여자 A와 사후 인터뷰 결과는 다음과 같다.
- 넷째, 초등학생들의 주의력 수준에 따른 안구운동을 분석한 결과, 주의력이 높은 학생과 낮은 학생 모두 삽화보다 텍스트에서 높은 시각적 점유도를 보였다. 차시의 성격과 교과서의 편집디자인에 따라 차이가 있었지만, 주의가 높은 학생들이 낮은 학생들보다 학습과 관련된 영역에서 높은 시각적 주의를 보였다.
- 다섯째, 학생설문조사 결과, 초등학생들은 2009개정 과학 교과서를 2007개정보다 더 높게 평가하였다. 그 이유는 초등학생들의 경우 과학 교과서에서 삽화를 크게 나타내고, 설명을 구체적으로 제시하는 것을 선호하기 때문이다.
- 둘째, 초등학생들은 교과서의 삽화보다 텍스트에 더 많은 시각적 주의를 기울이는 경향이 있었다. 초등학생들은 소화기관과 호흡기관 모두에서 삽화보다 본문의 텍스트에 더 높은 시각적 점유도를 보였다.
- 2009개정 ‘생각해 볼까요’의 시각적 점유 도가 2007개정보다 높은 원인도 텍스트의 양과 관련이 있다. 따라서 교과서의 텍스트의 양이 초등학생들의 시각적 주의에 영향을 미치고, 초등학생들은 텍스트에서 유용한 정보를 얻기 위해 높은 시각적 주의를 보인다는 것을 알 수 있다.
- 7 프로그램을 이용하여 안구운동을 분석하였다. 모든 연구 참여자의 안구추적 비율은 90% 이상으로 분석대상으로 적합하였다. 연구 참여자의 안구운동은 Fig.
- 4%로 낮게 나타났다. 삽화 영역에서는 주의력이 낮은 학생들의 시각적 점유도는 12.5%로 높게 나타난 반면에, 주의력이 높은 학생들은 6.2%로 낮게 나타났다. 그 원인은 주의력이 높은 학생들은 왼쪽 페이지의 텍스트를 끝까지 읽은 후 오른쪽 페이지로 시선을 이동하였고, 주의력이 낮은 학생들은 왼쪽 페이지의 텍스트를 끝까지 읽지 않고, 오른쪽으로 시선을 이동하였기 때문이다.
- 교과서 해당 페이지에 대한 대략적인 내용을 파악하기 위해서는 차시명과 차시 안내에 대한 이해가 선행되어야 하는데, 주의력이 낮은 학생들은 그렇지 않았다. 삽화에 대한 시각적 점유도 또한 주의력이 높은 학생이 주의력이 낮은 학생보다 높았다. 이는 주의력이 높은 학생들의 빠른 정보처리시간이 교과서를 읽는 초기에 삽화에 대한 시각적 점유도를 증가시킨 것으로 보인다.
- 94로 매우 강한 정적 상관관계이다. 선택적 주의력과 자기 통제력은 .499로 비교적 강한 정적상관관계이고, 자기 통제력과 지속적 주의력은 .687로 강한 양의 상관관계이다. 자기 통제력이 선택적 주의력과 상관이 상대적으로 낮은 것으로 보아, 이 연구 참여자의 경우 자신의 일을 오류 없이 진행하는 메타인지가 완벽하게 형성되지 않은 것을 알 수 있다.
- 셋째, 이 연구에 참여한 초등학교 4학년 학생들의 주의력 검사 결과, 선택적 주의력과 지속적 주의력은 매우 강한 정적 상관관계(.940)였지만, 선택적 주의력과 자기 통제력은 비교적 강한 정적 상관관계(.499)를 보였다. 이는 초등학생들은 자신이 하고 있는 일에 대한 모니터링 능력이 낮고, 메타 인지와 같은 사고 능력이 완벽히 형성되지 않았다는 것을 의미한다.
- 숨을 들이마실 때와 내쉴 때의 호흡과정에 대한 사후 검사 결과, 2007개정과 2009개정의 통계적으로 유의한 차이가 없었고, 이는 어떠한 과정을 나타내기 위해 2007개정과 같이 화살표(→) 기호를 사용한 편집디자인이 효과적이지 않다는 것을 의미한다.
- 2009개정 소화기관의 삽화는 소화기관의 모습과 위치를 나타내는데, 추가적인 텍스트에서는 각 소화기관의 기능을 모두 제시하고 있다. 연구결과 1에서 알 수 있듯이 소화기관의 위치에 대한 사후 검사에서 2009개정으로 학습한 학생보다 2007개정으로 학습한 학생이 더 높은 이해도를 보였다. 따라서 교과서를 디자인할 때 삽화와 텍스트의 근접성의 원리도 중요하지만, 텍스트의 길이가 시각적 주의에 영향을 미치기 때문에(Ryu, 2013) 삽화에 추가적인 텍스트를 제시할 때에는 적절한 텍스트의 양을 고려해야 한다.
- 7%)이었다. 연구결과 2에서 2007개정 소화기관에서 내비게이션의 평균 시각적 점유 시간은 129.09 ms이었고, 2009개정의 평균 시각적 점유 시간은 1,972.33 ms이었다. 2007개정 호흡기관의 내비게이션의 평균 시각적 점유시간은 30.
- 인터뷰 결과, ‘본문이 삽화보다 더 많은 정보를 제공하고, 삽화보다 본문이 더 중요하다’라고 응답한 연구 참여자가 19명(73%)으로 초등학생들은 과학적 사실에 대한 정보를 얻는데 삽화보다 본문을 더 중요하게 인식한다는 것을 알 수 있다.
- 687로 강한 양의 상관관계이다. 자기 통제력이 선택적 주의력과 상관이 상대적으로 낮은 것으로 보아, 이 연구 참여자의 경우 자신의 일을 오류 없이 진행하는 메타인지가 완벽하게 형성되지 않은 것을 알 수 있다. 이는 초등학생들의 주의의 특성을 연구한 Shin& Shin(2016)의 결과와 일치한다.
- 주의력이 높은 학생들은 ‘차시 안내’, ‘기관’에서 평균 첫 번째 응시 시간이 300 ms를 초과하였고, 주의력이 낮은 학생 또한 ‘차시안내’, ‘본문’에서 평균 첫 번째 응시 시간이 300 ms를 초과하였다.
- 넷째, 초등학생들의 주의력 수준에 따른 안구운동을 분석한 결과, 주의력이 높은 학생과 낮은 학생 모두 삽화보다 텍스트에서 높은 시각적 점유도를 보였다. 차시의 성격과 교과서의 편집디자인에 따라 차이가 있었지만, 주의가 높은 학생들이 낮은 학생들보다 학습과 관련된 영역에서 높은 시각적 주의를 보였다. 또한 주의력이 낮은 학생들은 교과서 편집디자인에 따라 대상에 의존한 상향식 주의전환을 쉽게 하였다.
- 첫째, 2007개정과 2009개정 교과서 소화기관과 호흡기관의 편집디자인에 따른 학습 효과는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 2009개정에서는 소화기관의 각 기능을 삽화와 함께 제시하였는데, 초등학생들은 삽화와 추가 텍스트를 유기적으로 통합하여 이해하는 능력이 낮기 때문에 각 기관의 기능에 대한 학습 효과는 높지 않았다.
- 둘째, 초등학생들은 교과서의 삽화보다 텍스트에 더 많은 시각적 주의를 기울이는 경향이 있었다. 초등학생들은 소화기관과 호흡기관 모두에서 삽화보다 본문의 텍스트에 더 높은 시각적 점유도를 보였다. 단, 삽화에 텍스트를 추가한 2009개정이 2007개정보다 삽화 전체에 대해 높은 시각적 점유를 보였다.
- 단, 삽화에 텍스트를 추가한 2009개정이 2007개정보다 삽화 전체에 대해 높은 시각적 점유를 보였다. 하지만 안구운동을 분석한 결과, 삽화와 텍스트 간 유기적인 시각적 주의가 증가한 것이 아니라, 개별 텍스트에 대한 시각적 점유도가 증가했다. 따라서 초등학생들에게 삽화와 추가 텍스트를 연관 지어 통합적인 이해를 돕기 위해서는 삽화와 텍스트의 근접성뿐만 아니라, 텍스트의 양도 함께 고려해야 한다.
- , 2016b)와 일치한다. 하지만 이 연구에서는 삽화에 추가된 텍스트가 삽화와 텍스트의 유기적인 이해에 영향을 미쳤다기보다는, 텍스트의 개별요소에 학생들의 시각적 주의가 집중된 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 2009개정에서는 소화기관의 각 기능을 삽화와 함께 제시하였는데, 초등학생들은 삽화와 추가 텍스트를 유기적으로 통합하여 이해하는 능력이 낮기 때문에 각 기관의 기능에 대한 학습 효과는 높지 않았다. 따라서 삽화에 각 기관의 기능을 추가 글상자로 제시하는 것과 본문에서 각 소화기관의 기능을 설명하는 것 중 어느 것이 더 효과적인지에 대한 후속 연구가 필요하고, 이를 근거로 교과서의 편집디자인을 개선해야 한다.
- 이 연구는 ‘생명’ 영역의 소화기관과 호흡기관에 대해 초등학교 4학년을 대상으로 한 연구이기에 연구결과를 일반화하는데 제한이 있다. 따라서 생명 영역뿐만 아니라 다른 영역에서도 서책형 과학 교과서의 편집디자인에 대한 후속연구가 실제 교육상황에서 이루어져야 한다. 또한 다양한 시각 자료에 대한 초등학생들의 인식과 시각적 주의에 대한 후속 연구도 필요하다.
- 따라서 생명 영역뿐만 아니라 다른 영역에서도 서책형 과학 교과서의 편집디자인에 대한 후속연구가 실제 교육상황에서 이루어져야 한다. 또한 다양한 시각 자료에 대한 초등학생들의 인식과 시각적 주의에 대한 후속 연구도 필요하다. 이러한 연구를 근거로 과학 교과서의 다양한 시각 자료를 그 기능(장식적, 예시적, 설명적, 보충적 등)에 따라 텍스트와 유기적으로 디자인할 것을 제안한다.
- 마지막으로 이 연구 결과가 앞으로 개발될 초등과학 교과서 집필에 기초자료로 활용되기를 기대하고, 교육 연구 방법의 과학화와 다양한 후속 연구로의 파생효과가 있기를 기대한다.
- 이 연구는 ‘생명’ 영역의 소화기관과 호흡기관에 대해 초등학교 4학년을 대상으로 한 연구이기에 연구결과를 일반화하는데 제한이 있다.
- 또한 다양한 시각 자료에 대한 초등학생들의 인식과 시각적 주의에 대한 후속 연구도 필요하다. 이러한 연구를 근거로 과학 교과서의 다양한 시각 자료를 그 기능(장식적, 예시적, 설명적, 보충적 등)에 따라 텍스트와 유기적으로 디자인할 것을 제안한다.
- 인터뷰 결과, ‘본문이 삽화보다 더 많은 정보를 제공하고, 삽화보다 본문이 더 중요하다’라고 응답한 연구 참여자가 19명(73%)으로 초등학생들은 과학적 사실에 대한 정보를 얻는데 삽화보다 본문을 더 중요하게 인식한다는 것을 알 수 있다. 하지만 2009개정과 같이 삽화에 각 기관의 기능을 추가 글상자를 제시하는 것과 본문에서 각 소화기관의 기능을 설명하는 것 중 어느 것이 더 효과적인지에 대한 후속 연구가 필요하다.
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