[논문]초등 과학 수업에서 디지털 교과서 활용 수업모형 개발 및 효과

송진여; 손준호; 정지현; 김종희

doi:10.15523/jksese.2017.10.3.262

초등 과학 수업에서 디지털 교과서 활용 수업모형 개발 및 효과
Development and Effects of Instruction Model for Using Digital Textbook in Elementary Science Classes 원문보기

대한지구과학교육학회지 = Journal of the Korean society of earth science education, v.10 no.3, 2017년, pp.262 - 277

송진여 (봉산초등학교) , 손준호 (문산초등학교) , 정지현 (광주대성초등학교) , 김종희 (전남대학교)

초록
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디지털 교과서는 다양한 상호작용을 통하여 학습자의 특성과 수준에 적합한 학습을 가능하게 하는 교수학습 자료이다. 이 연구에서는 초등 과학 수업에서 디지털 교과서를 보다 효과적으로 활용할 수 있는 수업모형을 개발하고 그 효율을 확인하고자 한다. 초등 과학 수업에서 학습자들의 완결학습을 도와주기 위한 수업모형은 출발점 행동 진단과 피드백, 자기주도적 학습 환경 구축 그리고 학습자의 학습을 돕는 교사, 학생, 디지털 교과서와의 상호작용이 필요하다. 이러한 특징을 반영한 디지털 교과서 활용 수업모형은 준비단계, 실행단계, 다지기단계로 구성하였다. 준비단계에서 학습자는 디지털 교과서를 이용한 진단평가 결과에 따라서 제공되는 수준별 피드백 자료를 통해 출발점 행동을 보완하고 학습 활동에 대한 흥미를 유지한다. 실행단계에서 학습자는 디지털 교과서의 다양한 기능과 여러 형태의 자료를 활용하여 자기 주도적으로 학습을 진행한다. 다지기단계에서 학습자는 교사가 구성한 다지기 영상 및 다지기 문제 풀이 활동 그리고 학습자가 커뮤니티에 누적해 놓은 결과물을 재확인함으로써 학습내용을 내면화할 수 있다. 개발한 수업모형의 효과를 확인하기 위해서 초등 과학 5학년 2학기 '날씨와 우리 생활' 단원을 선정하여 수업자료를 제작하여 초등학교 5학년 101명을 대상으로 실험을 설계하였다. 실험집단 50명에게는 개별적으로 스마트기기를 제공하여 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업을 실시하였고, 비교집단 51명은 서책형 교과서를 활용한 수업을 실시하였다. 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업은 서책형 교과서를 활용한 수업에 비해 학업 능력이 낮은 집단의 학업성취도 향상에 유의미한 효과가 있었다. 둘째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업은 서책형 교과서를 활용한 수업보다 학습자의 자기주도적 학습 태도 향상에 효율적이었다. 셋째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업에서는 서책형 교과서를 활용한 수업보다 학습자, 교사, 디지털 교과서와의 상호작용 횟수가 많았다. 결론적으로 이 연구에서 개발한 초등 과학 수업에서의 디지털 교과서 활용 수업모형은 학습자의 학업성취도와 자기주도적 학습 태도를 향상시키는데 도움이 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Digital textbooks enable learning that is appropriate to the characteristics and level of learners through various interactions. The purpose of this study was to develop an instruction model that can more effectively use digital textbooks in elementary science classes and to verify its effectiveness. The results were as follows. The instruction model for helping learners complete their learning by using digital textbooks needs to receive diagnostic assessment and feedback on entry behavior, to build a self-directed learning environment, and to interact with teachers, students, and digital textbooks as scaffolding. In this study, we developed an instruction model using digital textbooks reflecting these characteristic. The instructional model consists of preparation, practice and solidity step. In the preparation step, the learner performs a diagnostic evaluation using digital textbooks. Based on the results, feedback provided at each level can complement the entry behavior and maintain interest in learning activities. In the practice step, self-directed learning is implemented using diverse functions of digital textbooks and various types of data. In the solidity step, learners can internalize the learning contents by reviewing video clips which are provided by teachers, performing problem-solving activities, and accessing outcomes accumulated by learners in the community online. In order to verify the effectiveness of this model, we selected the "Weather and our Life" unit. This experiment was conducted using 101 students in the 5th grade in B Elementary School in Gwangju Metropolitan City. In the experimental group, 50 students learned using a smart device that embodies digital textbooks applied with the instruction model. In the comparative group, 51 students were taught using the paper textbooks. The results were as follows. First, there was a significant effect on the improvement of the learning achievement in the experimental group with low academic ability compared with the comparative group with low academic ability. Second, there was a significant effect on self-directed learning attitude in the experimental group. Third, in the experimental group, the number of interactions with the learner, teacher, and digital textbook was higher than the comparative group. In conclusion, the digital textbooks based on the instruction model in elementary science classes developed in this study helped to improve learners' learning achievement and self-directed learning attitudes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 이 연구에서는 초등 과학 수업에서 디지털 교과서를 효율적으로 활용할 수 있는 수업모형을 개발하고, 이를 지구과학 관련 단원에 적용해 봄으로써 학업성취도, 자기주도적 학습 태도 및 상호작용의 효과를 확인하고자 하였다.
또한 스마트 교육의 일환으로 디지털 교과서(digital textbook)를 도입하고 ‘참고서가 필요 없는 교과서 완결학습 체제 마련’ 정책을 제시하기도 하였는데(김재춘 외, 2013), 이는 미래 사회에 필요한 핵심 역량을 기르기 위해 디지털 교과서를 도입하려는데 그 목적이 있다(교육부, 2015).
디지털 교과서는 다양한 상호작용을 통하여 학습 자의 특성과 수준에 적합한 학습을 가능하게 하는 교수학습 자료이다. 이 연구에서는 초등 과학 수업 에서 디지털 교과서를 보다 효과적으로 활용할 수 있는 수업모형을 개발하고 그 효율을 확인하고자 한다. 초등 과학 수업에서 학습자들의 완결학습을 도와주기 위한 수업모형은 출발점 행동 진단과 피 드백, 자기주도적 학습 환경 구축 그리고 학습자의 학습을 돕는 교사, 학생, 디지털 교과서와의 상호작 용이 필요하다.
플립트 러닝에서는 해당 차시에서 학습하게 될 ‘핵심 내용’을 사전에 제공하여 본시 학습에서는 심화 활동과 협동 학습할 시간을 충분히 확보하고자 한다.
사후학습 단계에서 교사는 본시학습에서 학습자들이 학습한 내용을 재확인해 볼 수 있는 정리 영상을 제작하여 디지털 교과서에 탑재한다. 학습목표를 다시 확인해 볼 수 있도록 수준별 문제를 제공하고 이에 대한 피드백 자료도 함께 제공한다. 학습자들은 문제 풀이와 해설을 확인하여 본시학습 내용을 숙지하고, 온라인 정보와 교사가 제공한 추가 자료 활용을 통해 학습한 내용을 보다 심화할 수 있는 기회를 갖는다.

제안 방법

G 광역시 소재 B 초등학교 5학년 1개 반 24명을 사전 연구 대상으로 선정하여 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용하여 교수·학습 자료를 재구성하여 적용한 후 전문가와 협의를 통해 최종 수정하였다.
이 연구에서 사용한 검사지의 문항은 총 25문항으로 변인별로 ‘학습기회의 개방성’ 6문항, ‘학습에 대한 주도성’ 6문항, ‘학습에 대한 애착’ 7문항, ‘문제 해결 기술’ 6문항으로 구성된다. 각 문항은 리커트 5점 척도로 총 125점 만점으로 환산하여 비교하였다. 이 검사지의 신뢰도는 정미경(2002)의 연구에서 Cronbach's α 계수 .
그리고 이 수업모형의 효과를 검정하기 위해서 수업모형에 활용할 수 있는 교수·학습 자료를 재구성하여 수업에 적용하고 그 효과를 분석하였다.
실행단계에서는 서책형 교과서와 같은 내용과 활동을 순차적으로 제시하였다. 기존 디지털 교과서와 서책형 교과서는 한 차시의 학습 내용이 두 페이지에 한꺼번에 제공하여 학습 순서와 내용을 확인하는데 어려움이 있었기에 개발한 디지털 교과서에서는 활동 순서별로 나누어서 제시하였다. 디지털 교과서에 포함되어 있는 정보뿐만 아니라 스마트 기기에 설치되어 있는 다양한 어플리케이션의 활용과 온라인으로 연결된 커뮤니티를 활용하여 다른 대상과 다양한 형태로 자료를 쌍방향 교류를 통해 공유하고, 다른 지역의 학습자 또는 전문가와 교류를 통해 학습을 할 수 있도록 구성하였다.
또는 커뮤니티에 사진 또는 동영상을 탑재한 후, 댓글을 통해서 실험에서 나타난 현상과 이를 자연현상과 연결하여 자세히 설명하거나 상호 평가에 활용 가능하다. 다지기단계에서 각 차시의 핵심 내용을 다지기 영상으로 제작하여 제시 하고, 다지기 문제 해결을 통해서 본시학습 내용을 다질 수 있도록 하였다.
다지기단계에서도 누적된 자료를 참고로 하여 질의·응답을 통해 학습 목표를 달성하도록 한다.
디지털 교과서를 활용하는 교사와 학생의 편의성을 고려한 보편적인 수업모형을 개발하기 위해서 일반적인 교수 설계 모형인 ADDIE 모형의 5단계를 Fig. 2와 같이 수정하여 활용하였다.
실시간 자료 활용과 생활 속에서 날씨와 관련된 정보 획득 및 자료 처리를 하는데 있어 디지털 교과서를 활용하는 것이 효과적일 것으로 판단하여 이 단원을 선정하였다. 디지털 교과서를 활용할 때 자기주도적 학습 지원과 상호작용 활성화를 도울 수 있는 방향으로 재구성하였다. 특히 교사-학생-디지털 교과서의 상호작용을 유도하도록 본시학습을 구성하였고, 자기주도적 학습 능력 신장을 위한 출발점 행동 진단과 피드백을 제공할 수 있는 사전 및 사후학습을 구분하여 제시하였다.
기존 디지털 교과서와 서책형 교과서는 한 차시의 학습 내용이 두 페이지에 한꺼번에 제공하여 학습 순서와 내용을 확인하는데 어려움이 있었기에 개발한 디지털 교과서에서는 활동 순서별로 나누어서 제시하였다. 디지털 교과서에 포함되어 있는 정보뿐만 아니라 스마트 기기에 설치되어 있는 다양한 어플리케이션의 활용과 온라인으로 연결된 커뮤니티를 활용하여 다른 대상과 다양한 형태로 자료를 쌍방향 교류를 통해 공유하고, 다른 지역의 학습자 또는 전문가와 교류를 통해 학습을 할 수 있도록 구성하였다. 다지기단계에서는 디지털 교과서에 포함되어 있는 다지기 영상과 다지기 문제 해결을 통해 성취기준 달성도를 높이고, 커뮤니티와 디지털 교과서에 누적해 놓은 학습 결과물을 활용하여 학습내용을 재확인할 수 있도록 하였다.
교사는 디지털 교과서에 포함되어야 할 내용과 평가 문항을 구성하여 탑재하고, 디지털 교과서는 이를 저장하고 있다가 학습자가 필요로 할 때 제공한다. 본시 학습 중에 교사는 전체 학습자에게 안내하는 활동을 줄이고 모둠 또는 개인이 능동적으로 참여하도록 유도하면서 과정 평가를 실시하도록 한다. 디지털 교과서는 흥미롭고 현실성 있는 학습 자료를 비디오, 오디오, 애니메이션, 문자 등의 다양한 형태로 제공할 뿐만 아니라 교사와 학습자, 학습자와 학습자 간 상호작용의 매개체 역할을 하게 된다.
본시학습 단계에서는 학습자가 디지털 교과서에 포함되어 있는 다양한 형태의 자료와 스마트 기기에서 사용할 수 있는 어플리케이션, 인터넷에 접속하여 수집할 수 있는 정보, 그리고 의사소통의 공간인 커뮤니티 등 디지털 교과서의 특징을 활용하여 다양한 상호작용으로 학습을 구성해 간다. 교사는 디지털 교과서에 포함되어야 할 내용과 평가 문항을 구성하여 탑재하고, 디지털 교과서는 이를 저장하고 있다가 학습자가 필요로 할 때 제공한다.
5에서 제시한 것과 같이 3단계로 구분하여 진행되었다. 비교집단은 본시학습에서 요구되는 필수 선수학습요소에 대한 자료를 찾아서 확인하도록 예습적 과제로 안내하였고, 본시학습에서는 예습적 과제 수행 여부를 확인 한 후, 서책형 교과서의 내용과 활동에 따른 수업을 진행하였으며 본시학습을 마친 후에는 구두로 하였다.
실험집단과 비교집단의 전체적인 변화는 t-검정을 통해 확인하였다. 선행 연구 중 학업 능력 수준에 따라 학업성취도와 과학적 태도에 차이가 있다는 연구 결과(송윤희와 강명희, 2011; 전병문과 김기수, 2011) 를 참고하여 진단평가 점수 80점을 기준으로 상위 집단과 하위집단으로 구분하여 학업성취도와 자기주도적 학습 태도의 변화를 분석하였다. 실험집단 50명을 상위집단 27명과 하위집단 23명으로 구분 하고, 비교집단 51명을 27명과 24명으로 나누었다.
개발한 수업모 형의 효과를 확인하기 위해서 초등 과학 5학년 2학 기 ‘날씨와 우리 생활’ 단원을 선정하여 수업자료를 제작하여 초등학교 5학년 101명을 대상으로 실험을 설계하였다. 실험집단 50명에게는 개별적으로 스마 트기기를 제공하여 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업을 실시하였고, 비교집단 51명은 서책형 교과서를 활용한 수업을 실시하였다. 그 결과는 다 음과 같다.
실험집단과 비교집단의 수업을 위해 과학 전담 교사 1인이 동일한 장소에서 2016년 9월부터 10월까지 8주간에 걸쳐서 수업을 실시하였다. 두 집단에게 적용한 내용과 활동은 서책형 교과서를 기준으로 동일하게 제시하였다.
교사는 학습자의 학습 활동 참여도와 성취 결과를 디지털 교과서로부터 제공받아 추후 학습 지도에 활용하도록 한다. 위와 같이 수업에서 시간의 흐름에 따른 디지털 교과서 활용 방안을 참고하여 초등 과학 수업에서 디지털 교과서를 효과적으로 활용하기 위한 수업 모형을 Fig. 6과 같이 개발하였다.
이 연구에서 사용한 검사지의 문항은 총 25문항으로 변인별로 ‘학습기회의 개방성’ 6문항, ‘학습에 대한 주도성’ 6문항, ‘학습에 대한 애착’ 7문항, ‘문제 해결 기술’ 6문항으로 구성된다.
하지만 디지털 교과서 활용 수업모형에서 학습자에게 사전에 학습하도록 안내되는 활동은 진단평가 결과를 바탕으로 출발점 행동을 맞추기 위한 피드백 자료를 확인하는 것이다. 이를 통해 본시학습에 필요한 용어에 대한 이해와 실험기구 사용법 등을 숙지하여 본시 학습에 참여하는데 어려움이 없도록 하고, 본시 학습에서 필수 선수학습요소에 대한 지도 시간이 줄어 탐구가 보다 효율적으로 이루어지도록 한다. 플립트 러닝에서처럼 현행 디지털 교과서에서 제공되는 동영상은 실험과정과 결과를 포함하고 있는데 이것이 실물 수업과 실험 활동을 대체하기는 어렵다 (임희준 외, 2014).
자료 검색과 온라인 설문지를 통한 탐구 결과 제출을 위해서는 대부분이 인터넷을 활용하므로 ‘Internet explorer’의 아이콘을 활용하였고, 본시학습에서는 형성평가를 실시할 때 학생들의 오답에 대한 부담을 줄일 수 있는 장점을 가진 ‘Plickers’라는 어플리케이션을 활용하고 이를 ‘P’로 제시하였다.
재구성한 디지털 교과서는 대표적인 프리젠테이션 도구를 활용해 제작하였고, 학생들의 개인별 스마트기기에 미리 저장해 놓음으로써 실제 디지털 교과서랑 별반 차이 없이 활용할 수 있도록 제공하였다. 재구성한 디지털 교과서의 첫 페이지는 ‘날씨와 우리 생활’ 단원과 관련된 학습 순서와 내용을 확인할 수 있고, 학습자가 원하는 차시로 이동이 가능할 수 있도록 하였다.
재구성한 디지털 교과서는 디지털 교과서 활용 수업모형의 3단계(Fig. 6)를 학생들이 이해하기 쉽도록 하기 위해 준비단계를 ‘미리 준비해요’, 실행 단계를 ‘선생님과 함께’, 다지기단계를 ‘스스로 해결해요’라는 활동명으로 바꾸어 제시하였다.
적용 단계에서는 수업 모형의 효과 검정을 위해서 교수·학습 자료를 재구성하였고, 효과검증 단계에서는 수업모형에 따라 재구성된 자료를 실제 수업에 투입하여 수업모형 효과의 적절성을 평가하였다.
진단평가와 학업성취도 검사 도구는 20문항씩으로 각 문항 당 5점씩 100점으로 환산하였다. 진단 평가 문항은 이 단원의 학습을 위해 사전에 숙지하여야 하는 필수 선수학습요소인 온도계의 사용법과 측정, 물의 상태변화(응결), 실험설계, 자료 변환과 자료 해석, 기체에서 열의 이동, 공기의 무게와 관련된 내용과 날씨 현상에 대한 학습자의 경험을 물어봄으로써 학습자의 출발점 행동을 파악하고자 하였다. 학습자의 학업성취도 변화를 확인하기 위해서 연구 단원의 각 차시에서 추출한 학습내용을 바탕으로 학업성취도 평가문항을 개발하였다.
첫째, 초등 과학 수업에서 디지털 교과서를 효과 적으로 활용할 수 있는 수업모형을 개발하여 구체 적인 활용 방안을 제안하였다. 개발한 디지털 교과서 활용 수업모형은 교육과정의 성취기준을 달성함과 동시에 학습자의 자기주도적 학습 능력을 향상 시키는데 도움을 주도록 하였다.
초등 과학 수업에서 효율적인 디지털 교과서 활용 수업모형 개발을 위해서 문헌 분석, 선행연구 고찰 및 현행 디지털 교과서 분석을 통해 디지털 교과서 활용 수업모형 개발 방향을 설정하여 수업모형을 개발하였다. 그리고 이 수업모형의 효과를 검정하기 위해서 수업모형에 활용할 수 있는 교수·학습 자료를 재구성하여 수업에 적용하고 그 효과를 분석하였다.
용어 설명에서는 본시학습에서 제시되는 용어뿐만 아니라 필수 선수학습요소에 포함되어 있는 용어에 대한 설명과 그림 자료를 제시한다. 추가 자료는 본시학습에 필요한 글, 그림, 동영상 자료 또는 관련 사이트로 연결을 통해 학습자 스스로 다양한 배경지식을 갖추도록 한다. 진단평가는 출발점 행동에 대한 진단을 위해서 필수 선수학습요소에 대한 확인 및 피드백 자료를 제공한다.
디지털 교과서를 활용할 때 자기주도적 학습 지원과 상호작용 활성화를 도울 수 있는 방향으로 재구성하였다. 특히 교사-학생-디지털 교과서의 상호작용을 유도하도록 본시학습을 구성하였고, 자기주도적 학습 능력 신장을 위한 출발점 행동 진단과 피드백을 제공할 수 있는 사전 및 사후학습을 구분하여 제시하였다.
학습자, 교사 그리고 디지털 교과서의 상호작용 공간으로 학습자들이 일상적으로 많이 이용하고 있는 밴드(B)를 디지털 교과서에 활용할 수 있도록 연동시켰는데, 특히 질문방, 관련 자료 제시, 문제 풀이 영상, 자료 공유방 등으로 이용하였다. 자료 검색과 온라인 설문지를 통한 탐구 결과 제출을 위해서는 대부분이 인터넷을 활용하므로 ‘Internet explorer’의 아이콘을 활용하였고, 본시학습에서는 형성평가를 실시할 때 학생들의 오답에 대한 부담을 줄일 수 있는 장점을 가진 ‘Plickers’라는 어플리케이션을 활용하고 이를 ‘P’로 제시하였다.
진단 평가 문항은 이 단원의 학습을 위해 사전에 숙지하여야 하는 필수 선수학습요소인 온도계의 사용법과 측정, 물의 상태변화(응결), 실험설계, 자료 변환과 자료 해석, 기체에서 열의 이동, 공기의 무게와 관련된 내용과 날씨 현상에 대한 학습자의 경험을 물어봄으로써 학습자의 출발점 행동을 파악하고자 하였다. 학습자의 학업성취도 변화를 확인하기 위해서 연구 단원의 각 차시에서 추출한 학습내용을 바탕으로 학업성취도 평가문항을 개발하였다. 검사 도구 문항의 내용 타당도를 확인하기 위하여 과학교육 전문가 5인에게 내용 타당도 검사를 의뢰하였고, 진단평가의 내용 타당도는 평균 4.
학업성취도 변화를 알아보기 위해 수업 시작 1주일 전인 2016년 9월 첫째 주에 진단평가를 실시하였고, 12차시의 수업이 끝나고 난 1주일 후인 10월 다섯째 주에 학업성취도 평가를 실시하여 실험 집단과 비교집단의 학업성취도 결과를 비교하였다. 자기주도적 학습 태도의 변화 또한 이와 동일한 방법으로 확인하였다.

대상 데이터

개발한 수업모 형의 효과를 확인하기 위해서 초등 과학 5학년 2학 기 ‘날씨와 우리 생활’ 단원을 선정하여 수업자료를 제작하여 초등학교 5학년 101명을 대상으로 실험을 설계하였다.
G 광역시 소재 B 초등학교 5학년 1개 반 24명을 사전 연구 대상으로 선정하여 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용하여 교수·학습 자료를 재구성하여 적용한 후 전문가와 협의를 통해 최종 수정하였다. 그리고 디지털 교과서 활용 수업모형의 효과를 검정하기 위해 동일 학교 5학년 4개 반을 실험집단 (50명), 비교집단(51명)으로 선정하여 연구를 진행 하였다.
선행 연구 중 학업 능력 수준에 따라 학업성취도와 과학적 태도에 차이가 있다는 연구 결과(송윤희와 강명희, 2011; 전병문과 김기수, 2011) 를 참고하여 진단평가 점수 80점을 기준으로 상위 집단과 하위집단으로 구분하여 학업성취도와 자기주도적 학습 태도의 변화를 분석하였다. 실험집단 50명을 상위집단 27명과 하위집단 23명으로 구분 하고, 비교집단 51명을 27명과 24명으로 나누었다. 표본의 수가 충분하지 않고, 모집단이 정규분포를 보이지 않았기 때문에 Mann-Whitney U 검정을 사용하여 통계적으로 유의미한 차이를 확인하였다.
표본의 수가 충분하지 않고, 모집단이 정규분포를 보이지 않았기 때문에 Mann-Whitney U 검정을 사용하여 통계적으로 유의미한 차이를 확인하였다. 학생들의 참여 정도와 상호작용 과정을 확인하기 위해서 수업 장면을 녹화한 비디오 자료와 커뮤니티에 학생들이 저장한 자료를 이용하였다. 상호작용 유형과 횟수를 분석하기 위해서 디지털 교과서를 활용한 수업에서 일어날 수 있는 상호작용의 유형을 Table 2와 같이 구분하였다.

데이터처리

디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업이 학생들의 학업성취도와 자기주도적 학습 태도의 변화에 어떠한 영향을 주는지 알아보기 위해서 SPSS 21.0 통계프로그램을 활용하였다. 실험집단과 비교집단의 전체적인 변화는 t-검정을 통해 확인하였다.
0 통계프로그램을 활용하였다. 실험집단과 비교집단의 전체적인 변화는 t-검정을 통해 확인하였다. 선행 연구 중 학업 능력 수준에 따라 학업성취도와 과학적 태도에 차이가 있다는 연구 결과(송윤희와 강명희, 2011; 전병문과 김기수, 2011) 를 참고하여 진단평가 점수 80점을 기준으로 상위 집단과 하위집단으로 구분하여 학업성취도와 자기주도적 학습 태도의 변화를 분석하였다.
실험집단 50명을 상위집단 27명과 하위집단 23명으로 구분 하고, 비교집단 51명을 27명과 24명으로 나누었다. 표본의 수가 충분하지 않고, 모집단이 정규분포를 보이지 않았기 때문에 Mann-Whitney U 검정을 사용하여 통계적으로 유의미한 차이를 확인하였다. 학생들의 참여 정도와 상호작용 과정을 확인하기 위해서 수업 장면을 녹화한 비디오 자료와 커뮤니티에 학생들이 저장한 자료를 이용하였다.

이론/모형

학생들의 자기주도적 학습 태도의 변화를 알아보기 위해서 정미경(2002)의 ‘자기주도적 학습 태도 검사지’를 활용하였다.

성능/효과

첫째, 초등 과학 수업에서 디지털 교과서를 효과 적으로 활용할 수 있는 수업모형을 개발하여 구체 적인 활용 방안을 제안하였다. 개발한 디지털 교과서 활용 수업모형은 교육과정의 성취기준을 달성함과 동시에 학습자의 자기주도적 학습 능력을 향상 시키는데 도움을 주도록 하였다. 이때 디지털 교과서는 학습 자료 제공자로서의 역할 뿐만 아니라 교사와 학생, 학생과 학생간의 상호작용의 매개체 역할을 하도록 하였다.
학습자의 학업성취도 변화를 확인하기 위해서 연구 단원의 각 차시에서 추출한 학습내용을 바탕으로 학업성취도 평가문항을 개발하였다. 검사 도구 문항의 내용 타당도를 확인하기 위하여 과학교육 전문가 5인에게 내용 타당도 검사를 의뢰하였고, 진단평가의 내용 타당도는 평균 4.70이고, 학업성취도의 타당도는 평균 4.66으로 적절함을 확인하였다.
셋째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업에서는 서책형 교과서를 활용한 수업보 다 학습자, 교사, 디지털 교과서와의 상호작용 횟수 가 많았다. 결론적으로 이 연구에서 개발한 초등 과 학 수업에서의 디지털 교과서 활용 수업모형은 학 습자의 학업성취도와 자기주도적 학습 태도를 향상 시키는데 도움이 되었다.
교수·학습 과정에서 이루어진 주요 상호작용 유형별 횟수를 분석한 결과, 실험집단에서는 오프라인 상에서의 뿐만 아니라 온라인 커뮤니티를 활용하여 190회에 걸쳐서 서로의 생각 또는 자료의 교환이 이루어졌고, 비교집단에서 교사의 발문에 의한 응답과 모둠별 토의의 형태로 84회의 의견 교환이 있었다.
넷째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업은 서책형 교과서를 활용한 수업보다 의사소통을 위한 가상공간인 커뮤니티를 활용함으로써 학습자, 교사, 디지털 교과서와의 상호작용 횟수가 증가하였다.
첫째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적 용한 수업은 서책형 교과서를 활용한 수업에 비해 학업 능력이 낮은 집단의 학업성취도 향상에 유의 미한 효과가 있었다. 둘째, 디지털 교과서 활용 수업 모형을 적용한 수업은 서책형 교과서를 활용한 수 업보다 학습자의 자기주도적 학습 태도 향상에 효 율적이었다. 셋째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업에서는 서책형 교과서를 활용한 수업보 다 학습자, 교사, 디지털 교과서와의 상호작용 횟수 가 많았다.
둘째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업과 서책형 교과서를 활용한 수업은 학습자의 학업성취도에서 유의미한 차이를 보이지 않았지만, 필수 선수학습요소에 대한 이해가 부족해 보충자료를 필요로 하는 하위집단 학생들에게는 학업성취도 향상에 효과가 있었다.
디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 교수·학습 자료가 학업 능력에 따라 구분한 집단에 통계적으로 유의미한 차이를 보여주지는 않았지만 자기주도적 학습 태도의 변화에 영향을 준다는 것을 확인하였다.
둘째, 디지털 교과서 활용 수업 모형을 적용한 수업은 서책형 교과서를 활용한 수 업보다 학습자의 자기주도적 학습 태도 향상에 효 율적이었다. 셋째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업에서는 서책형 교과서를 활용한 수업보 다 학습자, 교사, 디지털 교과서와의 상호작용 횟수 가 많았다. 결론적으로 이 연구에서 개발한 초등 과 학 수업에서의 디지털 교과서 활용 수업모형은 학 습자의 학업성취도와 자기주도적 학습 태도를 향상 시키는데 도움이 되었다.
셋째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 수업은 서책형 교과서를 활용한 수업보다 학습자의 자기주도적 학습 능력 향상에 효과적이었다.
자기주도적 학습 태도 검사에서 실험집단과 비교 집단의 상위집단과 하위집단 모두에서 통계적으로 유의미한 차이가 없었다. 자기주도적 학습 태도 검사 지의 4가지 변인 중에서 문제해결영역의 상위집단을 제외하고는 모든 변인이 상승하였고, 하위집단의 상승폭은 상위집단에 비해서 더 크게 나타났다. 디지털 교과서 활용 수업모형을 적용한 교수·학습 자료가 학업 능력에 따라 구분한 집단에 통계적으로 유의미한 차이를 보여주지는 않았지만 자기주도적 학습 태도의 변화에 영향을 준다는 것을 확인하였다.
그 결과는 다 음과 같다. 첫째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 적 용한 수업은 서책형 교과서를 활용한 수업에 비해 학업 능력이 낮은 집단의 학업성취도 향상에 유의 미한 효과가 있었다. 둘째, 디지털 교과서 활용 수업 모형을 적용한 수업은 서책형 교과서를 활용한 수 업보다 학습자의 자기주도적 학습 태도 향상에 효 율적이었다.

후속연구

또한 디지털 교과서는 실시간으로 변화하고 발전하는 정보에 대한 신속한 접근과 함께 자연 현상의 원리를 쉽게 이해할 수 있도록 도와주는 시뮬레이션 프로그램과 교육용 목적으로 제작된 어플리케이션을 이용할 수 있으므로 ‘자기 구조화 학습 환경’에 적합한 교수·학습 자료로 자기주도적 학습 능력의 향상을 기대할 수 있다. 더불어 지식 정보화 사회의 새로운 기술인 인공지능 기술이 디지털 교과서에 접목된다면 디지털 교과서가 교사의 역할을 대신하여 학습 활동에 대한 안내, 평가 자료 제공 및 결과에 따른 피드백, 질의에 대한 응답 등 학생과의 직접적인 상호작용도 가능할 것이다.
둘째, 디지털 교과서 활용 수업모형을 보다 효율 적으로 활용하기 위해서는 디지털 교과서의 기능에 대한 개선이 필요하다. 평가 활동이 효율적 활용을 위해서 에듀넷 또는 사이버 가정학습에 구축되어 있는 문제은행 자료를 이용하는 방안을 마련 및 학습자의 자기주도적 학습 활동을 원활하게하기 위한 학습 안내, 학습 과정 및 평가 결과 확인 등의 학습 관리 기능이 포함되어야 한다.
또한 디지털 교과서는 실시간으로 변화하고 발전하는 정보에 대한 신속한 접근과 함께 자연 현상의 원리를 쉽게 이해할 수 있도록 도와주는 시뮬레이션 프로그램과 교육용 목적으로 제작된 어플리케이션을 이용할 수 있으므로 ‘자기 구조화 학습 환경’에 적합한 교수·학습 자료로 자기주도적 학습 능력의 향상을 기대할 수 있다.
토론학습의 준비단계에서는 디지털 교과서를 통해 토론 주제와 관련된 자료에 대한 안내가 필요하다. 본시학습에서 학생들 간의 충분한 토론이 이루 어지기 위해서는 토론 주제에 대한 다양한 자료 조사가 선행되어야 한다. 물론 학습자들이 토론 과정 중에도 필요한 자료를 온라인에서 검색하여 활용할 수 있으나, 사전에 학습자들이 토론 주제와 관련하여 정보를 찾아볼 수 있는 방법과 여러 의견을 제시함으로써 학습자가 자신의 생각을 정리해 보도록 하여 본시학습에서 충분한 토론이 이루어질 수 있도록 한다.
첫째, 이 연구에서 제시한 디지털 교과서 활용 수업모형은 초등 과학 수업에 적용하여 그 효과를 확인한 것으로 다른 선행 연구에서 제시한 것과 같이 모든 교과에 적용할 수 있는 일반적인 디지털 교과서 수업모형 개발을 위해서 본 연구의 수업모형의 다각적인 적용이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	과학과 핵심역량은 무엇인가?	2015 개정 교육과정에서는 미래 사회를 살아가는데 필요한 능력인 ‘미래 핵심 역량’을 제시하였는데, 특히 과학과 교육과정에서는 탐구를 중심으로 기본 개념의 통합적인 이해 및 탐구 경험을 통하여 과학적 사고력, 과학적 탐구 능력, 과학적 문제 해결력, 과학적 의사소통 능력, 과학적 참여와 평생 학습 능력 등의 과학과 핵심역량을 함양하도록 제시하였다(교육부, 2015). 또한 스마트 교육의 일환으로 디지털 교과서(digital textbook)를 도입하고 ‘참고서가 필요 없는 교과서 완결학습 체제 마련’ 정책을 제시하기도 하였는데(김재춘 외, 2013), 이는 미래 사회에 필요한 핵심 역량을 기르기 위해 디지털 교과서를 도입하려는데 그 목적이 있다(교육부, 2015).
	디지털 교과서는 어떤 역할을 할 수 있는가?	정보 통신 기술을 이용한 디지털 교과서는 최근 학습에서 새로운 조력자로 인정받고 있다. 디지털 교과서는 교수·학습 환경의 ‘내용’ 측면으로서 자료를 제공해 주는 ‘담장 없는 도서관(송인섭, 2006)’ 또는 ‘ 더 능력 있는 동료 학습자(백영균, 2002)’로서의 역할과 함께 교사와 학습자, 학습자와 동료 학습자 간의 상호작용의 효율적인 매개체로서 역할을 할 수 있다. 또한 디지털 교과서는 실시간으로 변화하고 발전하는 정보에 대한 신속한 접근과 함께 자연 현상의 원리를 쉽게 이해할 수 있도록 도와주는 시뮬레이션 프로그램과 교육용 목적으로 제작된 어플리케이션을 이용할 수 있으므로 ‘자기 구조화 학습 환경’에 적합한 교수·학습 자료로 자기주도적 학습 능력의 향상을 기대할 수 있다.
	디지털 교과서를 도입하는 것은 어떤 시도로 볼 수 있는가?	또한 스마트 교육의 일환으로 디지털 교과서(digital textbook)를 도입하고 ‘참고서가 필요 없는 교과서 완결학습 체제 마련’ 정책을 제시하기도 하였는데(김재춘 외, 2013), 이는 미래 사회에 필요한 핵심 역량을 기르기 위해 디지털 교과서를 도입하려는데 그 목적이 있다(교육부, 2015). 이러한 디지털 교과서의 도입은 폭발 적으로 증가하는 과학 지식과 정보를 학생들이 모두 습득할 수 있는가라는 의문의 제기와 함께 이를 해결하기 위한 여러 시도 중 하나로 볼 수도 있다(김진민과 이형철, 2012).

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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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