[논문]스마트 기기를 활용한 소집단 과학 학습에서 학생의 언어적 상호작용 분석

윤정현; 강석진; 안인영; 노태희

doi:10.5012/jkcs.2017.61.3.104

스마트 기기를 활용한 소집단 과학 학습에서 학생의 언어적 상호작용 분석
Analyses of Verbal Interaction among Students in Small Group Science Learning Using Smart Devices 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.61 no.3, 2017년, pp.104 - 111

윤정현 (서울대학교 화학교육과) , 강석진 (전주교육대학교 과학교육과) , 안인영 (서울대학교 화학교육과) , 노태희 (서울대학교 화학교육과)

초록
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이 연구에서는 스마트 기기를 활용한 소집단 과학 학습 과정에서 사전 성취 수준에 따른 언어적 상호작용을 분석하였다. 서울시의 한 남녀 공학 고등학교에서 사전 성취 수준 측면에서 이질적으로 구성된 4개의 소집단이 참여하였다. 스마트 기기를 활용한 소집단 과학 학습 과정에서 일어나는 언어적 상호작용을 녹음 및 녹화하고 기록 원고를 작성한 뒤 분석하였다. 학생들 사이의 언어적 상호작용은 개별 진술과 상호작용 단위 수준에서 분석하였다. 연구 결과, 스마트 기기를 활용한 소집단 학습에서 학생 사이의 언어적 상호작용은 과제 관련 진술의 빈도가 높았는데, 특히 정보 설명, 정보 질문, 기준 반성의 빈도가 높았다. 방향 설명, 기준 반성, 진행에서는 사전 성취 수준 상위 학생들의 진술 빈도가 높게 나타났고, 방향 질문, 정보 설명에서는 하위 수준 학생들의 진술 빈도가 높게 나타났다. 상호작용 단위에서는 지식 구성 상호작용 중 대칭적 정교화 상호작용의 빈도가 높았는데, 특히 누적형과 평가형이 높게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we analyzed verbal interactions in small group science learning using smart devices by the level of prior achievement. Four heterogeneous groups at a coed high school in Seoul participated. Verbal interactions during small group science learning were audio- and video-taped, transcribed, and analyzed. Verbal interactions were analyzed at the levels of a turn and an interaction unit. The results revealed that the frequencies of verbal interactions were high in task category, especially at information explanation, information question, and reflection on standards subcategories. Furthermore, the frequencies of high-level students at direction explanation, reflection on standards and progress subcategories were higher than those of low-level students, and the frequencies of low-level students at direction question and information explanation subcategories were higher than their counterpart. In the analyses of the interaction units, the frequencies in symmetric elaborated interaction were high, especially at cumulative and evaluative subcategories.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Analytical framework for turn
표 Table 2. Analytical framework for interaction units
표 Table 3. Frequencies of turns
표 Table 4. The results of Mann-Whitney U test on the frequencies of turns by the level of the prior achievement
표 Table 5. Frequencies of interaction units

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 이 연구에서는 과학 수업에서 스마트 기기를 활용하여 공동의 과제를 해결하는 소집단 학습의 진행 과정을 구체적으로 이해하기 위하여 소집단 학습 과정에서 나타나는 학생들의 언어적 상호작용을 개별 진술과 상호작용 단위에서 분석하였다. 개별 진술 측면에서는 사전성취 수준에 따른 빈도를 비교하여 학생들의 상호작용 참여 정도와 형태를 조사하였다.
이 연구에서는 스마트 기기를 활용하여 정보를 쉽게 탐색하고 공유할 수 있는 환경에서 소집단의 학생들이 과학 학습 과정에서 어떠한 언어적 상호작용을 하는지 조사하였다. 또한 사전 성취 수준에 따라 학생들의 언어적 행동과 상호작용 양상에 대해서 조사하였다.
이 연구에서는 스마트 기기를 활용하여 정보를 쉽게 탐색하고 공유할 수 있는 환경에서 소집단의 학생들이 과학 학습 과정에서 어떠한 언어적 상호작용을 하는지 조사하였다. 또한 사전 성취 수준에 따라 학생들의 언어적 행동과 상호작용 양상에 대해서 조사하였다.

가설 설정

B2: 그리고 갑자기 확 변했잖아.
B2: 아니면 이게 더 많이, 염산이 더 많이 나온 건가..
B2: 안 섞인 거 아니야? 다?
B2: 이번에는 염산 정확하게 해 봐.
B3: 그래도 첫 번째랑 마지막 거는 달라야 하는 거 아니야?

제안 방법

따라서 이 연구에서는 과학 수업에서 스마트 기기를 활용하여 공동의 과제를 해결하는 소집단 학습의 진행 과정을 구체적으로 이해하기 위하여 소집단 학습 과정에서 나타나는 학생들의 언어적 상호작용을 개별 진술과 상호작용 단위에서 분석하였다. 개별 진술 측면에서는 사전성취 수준에 따른 빈도를 비교하여 학생들의 상호작용 참여 정도와 형태를 조사하였다. 소집단 학습의 전체적인 흐름을 파악하기 위하여 상호작용 단위의 분석을 실시하여 스마트 기기를 활용한 소집단 학습 과정에서 언어적 상호작용의 특징을 고찰하였다.
^4,19 최종적인 개별 진술 분석틀은 Table 1과 같고, 과제 관련, 운영 관련, 과제 무관, 교사 참여의 4가지 영역으로 구성되어 있다. 과제 관련 영역은 크게 질문, 설명, 반응, 평가의 4가지 하위 영역으로 구분하였다. 이 연구에서는 스마트 기기를 활용하여 과제와 관련된 다양한 정보를 수집하고 분석하여 공동의 활동지를 작성하고, 소집단간 활동지의 작성 내용을 공유하면서 학습을 진행하도록 하였다.
대칭적 상호작용 중 개별 진술의 수가 적고 한 구성원의 질문에 대한 다른 구성원의 간단한 답변으로 구성되는 경우는 대칭적 단순 상호작용, 앞사람의 진술에 근거한대화가 이어지면서 내용이 양적 또는 질적으로 확장되는 경우는 대칭적 정교화 상호작용으로 구분하였다. 대칭적 정교화 상호작용은 그 특징에 따라 다시 누적형, 교정형, 논쟁형, 평가형으로 세분하였다.
이를 위해 일반적인 환경에서 언어적 상호작용을 분석하였던 선행 연구와^4,18,22 컴퓨터 보조 협동 학습(computerassisted cooperation learning)과 컴퓨터 매개 커뮤니케이션(computer-mediated communication) 및 웹기반 협력 학습(web-based collaborative learning)에서의 언어적 상호작용을 분석한 선행 연구를^6,19-21 바탕으로 분석틀 초안을 만들었다. 두 명의 분석자가 일부 프로토콜을 각각 분석한 뒤, 분석자간 일치도를 구하고 그 차이를 논의하는 과정을 반복하여 최종 분석틀을 확정하였다.
소집단별로 공동 작성한 활동지를 전체 학급에 공유하고 정리하는 활동으로 학습을 마무리 하였다. 모든 수업 과정은 녹음기와 캠코더를 사용하여 녹음 및 녹화하였으며, 연구자 2인이 각 소집단의 학습 활동을 관찰하였다. 수업 처치가 끝난 후, 녹음 및 녹화 테이프를 바탕으로 기록 원고를 작성하였다.
소집단 학습의 전체적인 흐름을 파악하기 위하여 2개 이상의 관련된 개별 진술로 구성되는 상호작용 단위의 분석을 실시하였다. 상호작용 단위는 대화의 초점이 유지되는지 여부를 기준으로 분류하였는데, 한 사람에 의해 시작된 대화의 초점이 질문, 설명, 평가 등의 진술로 인하여 그 초점이 바뀌는 경우 새로운 상호작용 단위가 시작되는 것으로 정하였다.
개별 진술 측면에서는 사전성취 수준에 따른 빈도를 비교하여 학생들의 상호작용 참여 정도와 형태를 조사하였다. 소집단 학습의 전체적인 흐름을 파악하기 위하여 상호작용 단위의 분석을 실시하여 스마트 기기를 활용한 소집단 학습 과정에서 언어적 상호작용의 특징을 고찰하였다.
모든 수업 과정은 녹음기와 캠코더를 사용하여 녹음 및 녹화하였으며, 연구자 2인이 각 소집단의 학습 활동을 관찰하였다. 수업 처치가 끝난 후, 녹음 및 녹화 테이프를 바탕으로 기록 원고를 작성하였다. 4개 소집단에 대하여 6차시 동안 자료 수집이 이루어졌으므로,총 24차시 분량의 기록 원고를 얻었다.
스마트 기기를 활용한 소집단 학습에서 학생들의 언어적 상호작용을 분석하기 위하여 분석틀을 개발하였다. 이를 위해 일반적인 환경에서 언어적 상호작용을 분석하였던 선행 연구와^4,18,22 컴퓨터 보조 협동 학습(computerassisted cooperation learning)과 컴퓨터 매개 커뮤니케이션(computer-mediated communication) 및 웹기반 협력 학습(web-based collaborative learning)에서의 언어적 상호작용을 분석한 선행 연구를^6,19-21 바탕으로 분석틀 초안을 만들었다.
오리엔테이션 및 연습 차시 이후 화학 1의 ‘산과 염기’와 ‘중화 반응’ 단원에 대하여 총 6차시에 걸쳐 수업 처치를 진행하였다.
과제 관련 영역은 크게 질문, 설명, 반응, 평가의 4가지 하위 영역으로 구분하였다. 이 연구에서는 스마트 기기를 활용하여 과제와 관련된 다양한 정보를 수집하고 분석하여 공동의 활동지를 작성하고, 소집단간 활동지의 작성 내용을 공유하면서 학습을 진행하도록 하였다. 따라서 학생들 사이의 상호작용은 서로 과제와 관련된 정보를 요청하고 설명을 제공하는 등의 질문과 설명,상대방의 설명에 반응하는 행동, 학습 과정이나 결과를 스스로 평가하는 행동이 주를 이루고 있었다.
스마트 기기를 활용한 소집단 학습에서 학생들의 언어적 상호작용을 분석하기 위하여 분석틀을 개발하였다. 이를 위해 일반적인 환경에서 언어적 상호작용을 분석하였던 선행 연구와^4,18,22 컴퓨터 보조 협동 학습(computerassisted cooperation learning)과 컴퓨터 매개 커뮤니케이션(computer-mediated communication) 및 웹기반 협력 학습(web-based collaborative learning)에서의 언어적 상호작용을 분석한 선행 연구를^6,19-21 바탕으로 분석틀 초안을 만들었다. 두 명의 분석자가 일부 프로토콜을 각각 분석한 뒤, 분석자간 일치도를 구하고 그 차이를 논의하는 과정을 반복하여 최종 분석틀을 확정하였다.
^4,19 상호작용 단위의 분석틀(Table 2)은 성격에 따라 지식 구성 상호작용과 운영 관련 상호작용으로 구분하였다. 지식 구성 상호작용은 지식 구성에 관련된 대화를 주고 받는 형태에 따라 구성원이 모두 상호작용에 유의미한 기여를 하는 대칭적 상호작용과 일부가기여하는 형태인 비대칭적 상호작용으로 구분하였다.
질문은 활동지의 내용을 상대방에게 확인하거나 어휘의 의미를 묻는 등 직접적인 답변을 요구하는 단순 질문(Q1), 학습 내용과 관련된 구체적인 정보나 의견을 요구하는 정보 질문(Q2), 과제 해결 전략이나 방향에 대해 질문하는 방향 질문(Q3)으로 세분하였다. 설명은 질문에 대한 간단한 답변이나 활동지의 내용을 재구성하는 단순설명(S1), 학습 내용과 관련된 정보를 제시하거나 그에 근거하여 진술하는 정보 설명(S2), 과제 해결 전략이나 방향에 대한 방향 설명(S3)으로 세분하였다.
반응은 상대방의 설명에 동의를 표하거나 단순히 받아들이는 수용(R1), 상대방의 주장을 단순히 거부하거나 반대하는 단순 반론(R2), 동의하면서 자신의 설명을 첨부하는 수용적 확산(R3), 반대하면서 자신의 설명을 제시하는 논쟁(R4)으로 세분하였다. 평가는 학습 내용의 곤란도에 대해 평가하는 곤란도 평가(E1), 학습 과정이나 결과물을 외부적 기준에 근거하여 반성하는 기준 반성(E2)으로 세분하였다. 운영 관련 영역은 기록, 진행, 참여 권장의 3가지 하위 영역으로 구분하였는데, 스마트 기기를 활용한 조별 활동지의 기록과 관련된 진술은 기록(M1), 전반적인 학습 진행 및 QR 코드나 Wi-Fi 등 스마트 기기의 활용과 관련된 진술은 진행(M2), 소집단 구성원의 참여를 권장하는 진술은 참여 권장(M3)이다.
최종 분석틀을 토대로 두 명의 분석자가 각각 프로토콜의 일부를 분석하여 두 분석자 사이의 일치도가 93%임을 확인한 후, 모든 프로토콜을 1인이 분석하였다. 프로토콜을 모두 코딩한 후, 개별 진술과 상호작용 단위의 각 유형별 빈도를 조사하였고 사전 성취 수준에 따라 각 유형의 빈도를 비교하였다. 비언어적 행동이나 다른 소집단과의 상호작용은 이 연구의 분석에서 제외하였다
오리엔테이션 및 연습 차시 이후 화학 1의 ‘산과 염기’와 ‘중화 반응’ 단원에 대하여 총 6차시에 걸쳐 수업 처치를 진행하였다. 학생들은 스마트 기기를 활용한 소집단 학습 전략에¹⁷ 따라 매 차시마다 웹을 이용한 자료 검색과 QR코드를 활용하여 제공한 학습 자료의 내용을 토론하고 구글 드라이브 어플리케이션으로 소집단별로 공동 활동지를 작성하였다. 공동 활동지에 각 개인이 작성한 내용과 수정 내역은 확인할 수 있으므로 학생들의 참여도를 실시간으로 파악할 수 있었다.
사전 워크숍을 실시하여 학생들이 스마트 기기를 활용한 소집단 학습 방법에 대하여 충분히 숙지하도록 하였다. 학생들이 스마트 기기를 활용한 소집단 학습과 녹음녹화 및 수업 관찰에 익숙해지도록 처치 이전에 오리엔테이션 및 연습 차시를 실시하였다. 오리엔테이션 및 연습 차시의 녹음녹화 및 수업 관찰 결과, 연구 대상에서 특이점은 발견되지 않았다.

대상 데이터

이 학생들은 스마트 기기를 활용한 소집단 과학 학습을 실시한 연구에¹⁷ 참여한 소집단 중 무작위로 선정한 4개 소집단의 구성원이다. 모든 소집단은 4인 1조로 사전 성취 수준에 따라 상위 2명, 하위 2명의 학생으로 이질적으로 구성하였고 스마트기기를 개별적으로 가지고 있었다. 수업을 담당한 교사는 경력 4년의 화학교육 전공 여교사였다.
모든 소집단은 4인 1조로 사전 성취 수준에 따라 상위 2명, 하위 2명의 학생으로 이질적으로 구성하였고 스마트기기를 개별적으로 가지고 있었다. 수업을 담당한 교사는 경력 4년의 화학교육 전공 여교사였다. 사전 워크숍을 실시하여 학생들이 스마트 기기를 활용한 소집단 학습 방법에 대하여 충분히 숙지하도록 하였다.
이 연구는 서울시의 한 남녀 공학 고등학교 2학년 16명을 대상으로 진행하였다. 이 학생들은 스마트 기기를 활용한 소집단 과학 학습을 실시한 연구에¹⁷ 참여한 소집단 중 무작위로 선정한 4개 소집단의 구성원이다.
이 연구는 서울시의 한 남녀 공학 고등학교 2학년 16명을 대상으로 진행하였다. 이 학생들은 스마트 기기를 활용한 소집단 과학 학습을 실시한 연구에¹⁷ 참여한 소집단 중 무작위로 선정한 4개 소집단의 구성원이다. 모든 소집단은 4인 1조로 사전 성취 수준에 따라 상위 2명, 하위 2명의 학생으로 이질적으로 구성하였고 스마트기기를 개별적으로 가지고 있었다.

데이터처리

사전 성취 수준에 따른 빈도 비교에서 모수 통계의 기본 가정이 만족되지 못하였기 때문에 비모수 통계 방법인 Mann-Whitney U 검증을 이용하였다. 모든 통계 분석에는 SPSS 프로그램을 사용하였다.

성능/효과

그리고 운영 관련 영역 중 진행에서 두 집단 사이에 유의미한 차이가 있었다. 과제 관련 영역 중 방향 질문과 정보 설명에서는 하위수준 학생들의 빈도가 높았고, 방향 설명과 기준 반성 영역에서는 상위 수준 학생들의 빈도가 높았다. 운영 관련 영역에서는 진행에서 상위 수준 학생들의 빈도가 하위수준 학생들에 비해 높았다.
대화의 초점이 유지되는 일련의 개별 진술인 상호작용단위를 분석한 결과(Table 5), 지식 구성 상호작용이 56.3%,운영 관련 상호작용이 43.7%로 나타났다. 지식 구성 상호작용 중 대칭적 상호작용의 비율은 49.
사전 성취 수준 상위 학생들과 하위 학생들의 개별 진술 빈도를 비교한 결과(Table 4), 과제 관련 영역에서는 방향 질문, 정보 설명, 방향 설명, 기준 반성 영역에서 두 집단 사이에 유의미한 차이가 나타났다. 그리고 운영 관련 영역 중 진행에서 두 집단 사이에 유의미한 차이가 있었다.
7%)의 순서로 나타났다. 설명과 질문에서는 학습 내용과 관련된 정보를 제시하거나 설명하는 정보 설명(14.0%)과 구체적인 정보나 의견을 요구하는 정보 질문(11.9%)의 비율이 가장 높았다. 즉, 학생들은 소집단 학습 과정에서 학습 내용과 관련된 정보나 의견을 요구하는 질문을 많이 하였고, 이러한 질문에 대해 정보를 제시하거나 그에 관련된 설명을 해주는 방식으로 언어적 상호작용을 많이 했음을 알 수 있다.
스마트 기기를 활용한 소집단 학습에서 개별 진술을 분석한 결과(Table 3), 과제 관련 진술 63.2%(4,610회), 운영 관련 진술 22.9%(1,672회), 과제 무관 진술 8.2%(596회),교사 참여 진술 5.8%(422회)의 순으로 나타났다. 과제 관련 진술에서 가장 많이 나타난 개별 진술은 설명(26.
최종 분석틀을 토대로 두 명의 분석자가 각각 프로토콜의 일부를 분석하여 두 분석자 사이의 일치도가 93%임을 확인한 후, 모든 프로토콜을 1인이 분석하였다. 프로토콜을 모두 코딩한 후, 개별 진술과 상호작용 단위의 각 유형별 빈도를 조사하였고 사전 성취 수준에 따라 각 유형의 빈도를 비교하였다.

후속연구

따라서 스마트 기기를 활용하여 학습 과정이나 결과를 실시간으로 공유하고 평가할 수 있는 학습 환경을 조성한다면, 학생들이 과제 수행의 과정과 결과를 스스로 모니터링하고 수정하는 초인지적 상호작용이 활발해질 가능성이 있다. 따라서 스마트 기기를 활용한 소집단 학습에서 모니터링, 평가 등의 조정 활동을 지원할 수 있는 방법에²³ 관한 추가적인 연구가 이루어질 필요성이 있다.
사전 성취 수준 이외의 학습자 특성에 따른 언어적 상호작용의 차이를 조사하는 연구가 필요하다. 또한 과제의 유형이나 형태에 따라 스마트 기기를 활용한 학습 과정에서 나타나는 언어적 상호작용의 양상이 달라질 수 있으므로 토론 등을 통해 집단 지성을 만들어내는 비구조적 유형의 과제를 수행할 때 나타나는 언어적 상호작용 양상을 조사하는 연구도 추가적으로 이루어져야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	학습에 대한 사회적 구성주의 관점에 따른 지식 구성에서 중요한 역할을 하는 요소는?	학습에 대한 사회적 구성주의 관점에 따르면 학생들 간의 의사소통을 위한 상호작용은 지식 구성에서 중요한 역할을 한다.3 과학교육에서도 사회적 상호작용을 강화하기 위한 소집단 학습이나 협동학습 전략을 적용한 연구들이 많이 있었으나, 사회적 상호작용의 양과 수준이 학습 전략이나 학습자의 특성 등에 따라 편차가 심한 것으로 나타났다.
	스마트 기기의 활용이 공동의 지식 구성을 촉진시키는 이유는?	그런데 최근에 들어 필요한 정보를 즉각 획득하고 실시간으로 공유할 수 있는 환경이 가능해졌다.7 인터넷과 스마트 기기를 활용한 학습에 대한 연구 결과, 스마트 기기의 활용은 실시간 정보의 탐색과 학생 상호간의 정보 공유를 용이하게 하여 공동의 지식 구성을 촉진하는 것으로 나타났다.8 학습에서 인터넷과 스마트 기기의 활용은 다른 학생과 정보를 교류하는 과정에서 학습 과정을 점검함으로써 학업 성취에도 긍정적인 영향을 미치는 것으로 보고되었다.
	성취도 측면에서 나눈 소집단 학습이나 협동학습 전략은 어떤것이 있는가?	3 과학교육에서도 사회적 상호작용을 강화하기 위한 소집단 학습이나 협동학습 전략을 적용한 연구들이 많이 있었으나, 사회적 상호작용의 양과 수준이 학습 전략이나 학습자의 특성 등에 따라 편차가 심한 것으로 나타났다.4,5 또한 성취도 측면에서 이질적으로 구성된 소집단의 경우, 상위 수준 학생들은 하위 수준 학생들에게 도움을 주고 하위 수준 학생들은 도움을 요청하고 받는 형태의 상호작용이 주로 나타나는 것으로 보고되었다.5,6

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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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