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문제 정의
- 특히 대전광역시가 인접해 있어서 접근성이 양호하고, 학생들이 강가에서 야외학습을 통해 자연에 대한 관심과 호기심을 갖게 하고 그 가치와 의미를 깨닫는 과정에서 토포필리아를 함양할 수 있는 기회를 가질 수 있는 지역이다. 이에 본 연구에서는 지구과학 학습뿐만 아니라, 토포필리아를 함양할 수 있는 다양한 구체물과 교육 자원을 갖고 있는 충북 영동 지역을 야외과학 학습장으로 개발했다. 개발한 야외과학 학습장에서 중․고등 학생들에게 지구과학 야외학습으로 활용할 수 있는 교수-학습 프로그램을 구안하여 수업에 적용했고, 그 효과를 알아 보았다.
제안 방법
- 학생들은 문헌 조사와 동행하는 전문가 멘토링을 통해서 공룡 화석을 동정하고 발자국에 의한 공룡 분류, 공룡의 보행열 형성 과정을 추리할 수 있도록 했다. 1억 년 전 백악기의 공룡 시대를 상상하며 건열과 연흔, 우흔, 생흔화석을 통해 고환경 복원을 탐구한다.
- 연구 절차는 먼저 전문가 패널의 협의를 거쳐 교육과정 분석과 교육자원을 추출하였고, 야외학습 모형을 적용하여 지구과학 학습뿐만 아니라, 토포필리아를 함양할 수 있는 교수-학습 프로그램을 구안했다. 개발된 프로그램에 대해 과학교육 전문가의 타당도 검증과 예비 수업 적용을 통해 프로그램을 완성하였고, 이를 야외과학 수업에 적용하여 참가 학생들의 반응을 분석했다. 연구 대상자는 J 대학에서 2015년 여름방학에 한국과학창의재단 사업으로 열린 ‘토포필리아 과학캠프’에 참가한 D 광역시 소재 중․고등 학생 68명으로 선정하였다.
- 개발하는 교수-학습 자료는 과학교육학 박사 2명과 지질학 박사 2명, 융합교육 교사 3명 등 총 7명의 전문가 패널의 수시 협의와 평가를 통해 수정, 보완하여 1차 완성하였다. 개발된 프로그램은 지질학 박사의 지도로 예비 과학교사 3명이 팀티칭으로 예비 수업에 적용하여 탐구 활동과 야외 학습 과정, 과학교육 전문가의 타당도 검증을 통해 개선했다.
- 개발하는 교수-학습 자료는 과학교육학 박사 2명과 지질학 박사 2명, 융합교육 교사 3명 등 총 7명의 전문가 패널의 수시 협의와 평가를 통해 수정, 보완하여 1차 완성하였다. 개발된 프로그램은 지질학 박사의 지도로 예비 과학교사 3명이 팀티칭으로 예비 수업에 적용하여 탐구 활동과 야외 학습 과정, 과학교육 전문가의 타당도 검증을 통해 개선했다.
- 이에 본 연구에서는 지구과학 학습뿐만 아니라, 토포필리아를 함양할 수 있는 다양한 구체물과 교육 자원을 갖고 있는 충북 영동 지역을 야외과학 학습장으로 개발했다. 개발한 야외과학 학습장에서 중․고등 학생들에게 지구과학 야외학습으로 활용할 수 있는 교수-학습 프로그램을 구안하여 수업에 적용했고, 그 효과를 알아 보았다.
- 특히 다양한 공룡화석과 생흔화석을 쉽게 찾고 동정할 수 있어서 지구과학 학습장으로서 매우 적합한 장소이다. 과학학습장의 관찰 지점은 총 6곳이며 강가에서(관찰지점 ①, ⑥) 물수제비 놀이, 징검다리 건너기, 산책 등 놀이 학습을 하면서 절벽 노두의 지질과 퇴적 구조 등을 관찰하고 탐구할 수 있도록 했다. 관찰지점 ②~⑤ 는 공룡 발자국 화석 동정하기, 고환경 추리, 연흔과 우흔, 건열 등 퇴적 환경 추정 등 지질학습뿐 만 아니라, 장소와 자연의 구체물에 대한 가치와 의미를 새롭게 인식하여 토포필리아를 함양할 수 있는 학습의 장이다.
- 학생들은 역암 속에 들어있는 자갈들의 모양과 크기, 배열들을 관찰할 수 있고 사암에서는 퇴적구조인 사층리도 확인할 수 있다. 다양한 색깔과 구성입자를 갖고 있는 역암, 사암을 구별하고 점이층리와 사층리 등 퇴적구조를 분석하여 고환경을 추리한다.
- 학생들은 공룡 발자국 보행열을 활용해 공룡의 크기와 이동 속도를 추정할 수 있으며 건열을 통해 퇴적환경을 짐작할 수 있다. 다양한 식물화석을 채집하고 공룡 발자국 화석을 동정하며 건열과 우흔 등을 통해 공룡시대의 퇴적환경을 탐구한다.
- 야외 체험 활동은 2015년 7월과 8월에 3번의 과학 캠프로 진행하였다. 두 번의 예비(pilot test) 캠프를 통해 개발 프로그램의 내용과 수준, 수업 방법 등을 수정, 보완하여 완성하였고, 이 프로그램을 중․고등학생 28명을 대상으로 제3차 과학 캠프 수업에 적용하였다.
- 학생들은 강가의 절벽 등 자연적으로 형성된 신선한 노두에서 식물화석을 쉽게 채집할 수 있다. 모둠별로 식물화석을 채집하고 분류하여 화석 생성 당시의 고환경에 대해 탐구하며 시간과 공간에 대한 생각, 그 의미와 가치 등을 토의 한다. 강가의 조약돌을 관찰하고 분류하여 관찰 지점 ①과의 특징을 구별할 수 있다.
- 본 연구에서는 Orion(1993)의 야외 학습모형을 응용하여 채석강과 격포, 적벽강 지역의 야외 학습장에서 적용한 모형(박재문 외, 2007; 조규성 외, 2012)을 기반으로 5단계 야외 학습모형에 따라 수업자료를 개발하여 적용하였다(Fig. 1). 안내 단계에서는 야외 학습장에 대한 간략한 소개와 야외 탐구활동에 필요한 사항을 점검하고 토포필리아의 개념과 의미, 중생대 퇴적 분지에 대해 안내하고 필요한 자료 등을 준비한다.
- 본 연구에서는 청소년들에게 자연의 구체물로서 산과 강, 화석, 퇴적구조, 물수제비 놀이, 징검다리, 산책 등을 학습 콘텐츠로 하여 지구과학을 학습하고 토포필리아를 함양할 수 있는 감성과 심미적 체험의 야외학습 프로그램을 개발했다. 개발 프로그램을 수업에 적용한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 검사도구는 융합교육 프로그램에 대한 타당도를 검사할 수 있는 검사지를 활용하였다(윤마병과 홍재영, 2012). 설문지 내용은 교수-학습 과정의 체계성과 수업 내용의 적절성 등 수업 전반에 관련된 문항들과 창의 융합적 사고의 경험과 향상에 도움이 되었는지 등을 묻는 설문으로 구성되었다. 토포필리아 함양은 배움의 즐거움과 재미, 학습 장소의 구체물에 대해 의미와 가치 부여의 과정이 중요한 요인으로 작용하고 있어서 과학에 대한 개념과 야외탐구 활동, 심미적인 영역과 관련하여 프로그램 평가 계획에 따라 검사하였다(Table 2).
- 첫째, 충북 영동 지역의 강과 화석 산지 등을 교육자원으로 하여 융합교육 프로그램 개발 준거에 따라 야외과학 학습장 수업 자료를 개발했다. 어렸을 때부터 접해왔던 자연의 구체물과 강가의 화석산지, 퇴적구조, 지질구조 등을 학습 소재로 하여 융합적 사고와 감성적 체험의 기회를 제공함으로서 즐겁고 아름다운 추억을 만들 수 있도록 했다. 이러한 수업의 즐거움과 경험들을 과학적인 관심으로 결합시켜 오랫동안 긍정적 정서로 남아 토포필리아를 형성할 수 있도록 프로그램을 구안하여 토포필리아 야외과학 수업이 학생들에게 과학에 대한 흥미와 재미, 내재적 가치 인식 및 심미적 감성을 갖도록 했다.
- 연구 목적과 대상에 적합한 프로그램을 개발했는지 검증하기 위해 학생용 학습자료와 지도교사용 수업자료(수업지도안, 프레젠테이션 자료, 동영상 자료, 체험활동 매뉴얼, 평가 자료 등)에 대하여 전문가 집단에 의한 내용타당도(CVR) 평가를 실시했다. 리커트 5단계 척도에서 5점과 4점에 응답했을 때 ‘타당하다’고 판단했다.
- 연구 절차는 먼저 전문가 패널의 협의를 거쳐 교육과정 분석과 교육자원을 추출하였고, 야외학습 모형을 적용하여 지구과학 학습뿐만 아니라, 토포필리아를 함양할 수 있는 교수-학습 프로그램을 구안했다. 개발된 프로그램에 대해 과학교육 전문가의 타당도 검증과 예비 수업 적용을 통해 프로그램을 완성하였고, 이를 야외과학 수업에 적용하여 참가 학생들의 반응을 분석했다.
- 노출된 퇴적층은 주로 자색 역암, 셰일로 구성되어 있으며 손치무 외(1969)에 의해 영동층군으로 명명되었다. 연구 지역의 6개 학습 장소(관찰 지점)를 선정하여 수업하는데 도움을 줄 수 있는 안내 자료와 학생들이 관찰하거나 측정한 내용들을 기록하고 탐구할 수 있는 학습지를 개발하였다. 6개 관찰지점은 금강 상류에 위치한 충북 영동군 용산면 율리 지역(①)에서 시작하여 우흔과 공룡발자국 등 생흔화석을 관찰할 수 있는 지점(②), 사층리와 점이층리 등 퇴적구조가 잘 발달해 있는 U1 대학교 부근(③), 지층의 주향과 경사, 건열, 식물화석 등을 쉽게 관찰 할 수 있는 계산리(④), 연흔과 결핵체 등으로 고환경을 추정할 수 있는 원촌리(⑤), 전형적인 퇴적 지층을 관찰할 수 있고 다양한 식물화석을 채집할 수 있는 회포리(⑥) 지점 등이다(Fig.
- 영동 지역의 과학학습장 개발을 위해 2011개정 과학과 교육과정(과학교육기술부, 2011)과 초 · 중학교 과학, 고등학교 지구과학I 교과서를 분석하여 중 · 고등 학생을 위한 야외 지질학습과 토포필리아 함양에 관련된 내용을 학습 자료로 선정했다(Table 1). 연구 지역의 지질 관련 내용(김규봉과 황재하, 1986; 손치무 외, 1969), 야외과학 학습에 대한 모형(맹승호, 2004; Orion, 1993), 과학 학습장 자료 개발과 적용(김해경, 2015, 2016; 김화성 외, 2013; 박재문 외, 2007; 조규성 외, 2012; Huntoon et al., 2001; Orion and Hofstein, 1994), 토포필리아 교육(윤마병, 2014; 윤마병 외, 2014; Tuan, 1961; Yoon, 2016) 사례를 문헌 조사하여 분석했다.
- 완성된 교수-학습 프로그램으로 2일간 과학 캠프 수업으로 진행되었고, 학생 보고서와 산출물, 수업 과정의 일화적 관찰, 설문지 등으로 자료를 수집하였다. 프로그램에 대한 만족도 인식은 양적 분석을 하였고, 개방형 질문의 응답 내용은 분류하여 분석하였다.
- 첫째, 충북 영동 지역의 강과 화석 산지 등을 교육자원으로 하여 융합교육 프로그램 개발 준거에 따라 야외과학 학습장 수업 자료를 개발했다. 어렸을 때부터 접해왔던 자연의 구체물과 강가의 화석산지, 퇴적구조, 지질구조 등을 학습 소재로 하여 융합적 사고와 감성적 체험의 기회를 제공함으로서 즐겁고 아름다운 추억을 만들 수 있도록 했다.
- 야외학습 자료의 개발은 접근성이 좋은 대도시 인근에 위치하고 금강 상류의 다양한 교육자원을 갖고 있는 영동 지역을 과학학습장으로 하여 지구 과학에 대한 관심과 흥미, 학습 과제에 대한 집착력을 높이고, 내적 동기로서의 토포필리아를 함양할 수 있도록 했다. 특히 감성과 심미적 체험 활동 중심의 융합교육 프로그램을 통해 재미와 흥미를 갖춘 공감각의 토포필리아를 함양할 수 있도록 했다. 프로그램 개발은 융합교육 프로그램 개발 준거틀을 기본으로 하였고(백윤수 외, 2011), 교육과정을 고려하여 지구과학 학습 내용과 토포필리아 융합교육의 성격에 맞도록 개발하는 모든 단계에서 전문가 패널의 협의로 이루어졌다(Fig.
- 완성된 교수-학습 프로그램으로 2일간 과학 캠프 수업으로 진행되었고, 학생 보고서와 산출물, 수업 과정의 일화적 관찰, 설문지 등으로 자료를 수집하였다. 프로그램에 대한 만족도 인식은 양적 분석을 하였고, 개방형 질문의 응답 내용은 분류하여 분석하였다. 야외 수업에 참여한 학생들을 대상으로 총 28매의 설문지가 회수되었고, 데이터 클리닝을 통해 응답이 불성실하거나 신뢰성이 부족다고 판단된 설문지 2매를 제외하였다.
- 이곳에서는 공룡 발자국을 모양에 따라 용각류, 수각류, 조각류로 분류할 수 있고, 생흔화석과 우흔을 관찰하고 탐구하거나 지층의 주향과 경사를 측정할 수 있다. 학생들은 문헌 조사와 동행하는 전문가 멘토링을 통해서 공룡 화석을 동정하고 발자국에 의한 공룡 분류, 공룡의 보행열 형성 과정을 추리할 수 있도록 했다. 1억 년 전 백악기의 공룡 시대를 상상하며 건열과 연흔, 우흔, 생흔화석을 통해 고환경 복원을 탐구한다.
- 10은 공룡발자국 관찰 지점(②)에서 탐구한 보고서(A)와 야외학습 후 수업에 대한 소감 발표 자료(B) 사례이다. 학생들은 영동군 율리 지역의 관찰 지점(②)에서 공룡발자국 화석을 관찰하고 분류하여 발자국 폭과 보폭, 발가락 길이 등을 분석하고, 공룡의 보행 형태와 분포를 추리하여 그림으로 표현했다. 공룡 발자국 화석을 동정하고 관찰하는 과정에서 모둠별 토의와 의사소통이 활발하게 진행되었고, 발자국 형태에 의한 공룡 분류의 과정에서는 수업에 동행한 전문가의 멘토링과 문헌 조사 등으로 학생 중심의 자발적 탐구가 일어났다.
대상 데이터
- 안내 단계에서는 야외 학습장에 대한 간략한 소개와 야외 탐구활동에 필요한 사항을 점검하고 토포필리아의 개념과 의미, 중생대 퇴적 분지에 대해 안내하고 필요한 자료 등을 준비한다. 2011개정 과학과 교육 과정을 분석한 내용을 토대로 강가에서 야외학습을 할 수 있는 관찰지점과 교육자원을 선정했다. 탐구활동 목표 설정에서는 과학 학습장 교수-학습 자료를 바탕으로 학생들이 각 학습 장소(6군데 관찰지점)에서 활동할 목표와 내용을 설계하고, 탐구활동 과정에 대한 계획표를 작성할 수 있도록 한다.
- 연구 지역의 6개 학습 장소(관찰 지점)를 선정하여 수업하는데 도움을 줄 수 있는 안내 자료와 학생들이 관찰하거나 측정한 내용들을 기록하고 탐구할 수 있는 학습지를 개발하였다. 6개 관찰지점은 금강 상류에 위치한 충북 영동군 용산면 율리 지역(①)에서 시작하여 우흔과 공룡발자국 등 생흔화석을 관찰할 수 있는 지점(②), 사층리와 점이층리 등 퇴적구조가 잘 발달해 있는 U1 대학교 부근(③), 지층의 주향과 경사, 건열, 식물화석 등을 쉽게 관찰 할 수 있는 계산리(④), 연흔과 결핵체 등으로 고환경을 추정할 수 있는 원촌리(⑤), 전형적인 퇴적 지층을 관찰할 수 있고 다양한 식물화석을 채집할 수 있는 회포리(⑥) 지점 등이다(Fig. 2).
- 연구 대상자는 J 대학에서 2015년 여름방학에 한국과학창의재단 사업으로 열린 ‘토포필리아 과학캠프’에 참가한 D 광역시 소재 중․고등 학생 68명으로 선정하였다. 야외 체험 활동은 2015년 7월과 8월에 3번의 과학 캠프로 진행하였다. 두 번의 예비(pilot test) 캠프를 통해 개발 프로그램의 내용과 수준, 수업 방법 등을 수정, 보완하여 완성하였고, 이 프로그램을 중․고등학생 28명을 대상으로 제3차 과학 캠프 수업에 적용하였다.
- 연구 대상자는 J 대학에서 2015년 여름방학에 한국과학창의재단 사업으로 열린 ‘토포필리아 과학캠프’에 참가한 D 광역시 소재 중․고등 학생 68명으로 선정하였다.
- 영동 지역의 과학학습장 개발을 위해 2011개정 과학과 교육과정(과학교육기술부, 2011)과 초 · 중학교 과학, 고등학교 지구과학I 교과서를 분석하여 중 · 고등 학생을 위한 야외 지질학습과 토포필리아 함양에 관련된 내용을 학습 자료로 선정했다(Table 1).
이론/모형
- 수업에 활용되는 교재와 수업지도안, 수업자료에 대하여 이해도와 만족도, 타당도, 흥미도에 대해서 전문가 패널의 검증을 받았다. 검사도구는 융합교육 프로그램에 대한 타당도를 검사할 수 있는 검사지를 활용하였다(윤마병과 홍재영, 2012). 설문지 내용은 교수-학습 과정의 체계성과 수업 내용의 적절성 등 수업 전반에 관련된 문항들과 창의 융합적 사고의 경험과 향상에 도움이 되었는지 등을 묻는 설문으로 구성되었다.
성능/효과
- 개발된 과학학습장을 활용하여 융합교육 프로그램 개발 준거에 따라 교수-학습 자료를 개발하였으며 이에 대한 전문가 패널의 타당도 검증 결과 모든 검토 항목에서 양호(CVR ≥ 0.88) 했다.
- 공룡 발자국 화석을 동정하고 관찰하는 과정에서 모둠별 토의와 의사소통이 활발하게 진행되었고, 발자국 형태에 의한 공룡 분류의 과정에서는 수업에 동행한 전문가의 멘토링과 문헌 조사 등으로 학생 중심의 자발적 탐구가 일어났다. 공룡 발자국 화석과 근처 퇴적암에서 발견되는 연흔, 건열, 우흔 등 다양한 퇴적구조를 고려하여 공룡이 살았던 고환경을 복원해 보고, 그 상황을 가정해 보는 과정에서 기발하고 창의적인 아이디어가 제안되었고 활발한 논쟁을 통해 합의된 결론이 도출되었다. 이러한 야외 학습 과정은 지구과학의 교육목표(교육과학기술부, 2011)와 관련하여 학습자의 경험과 관련된 주제를 중심으로 관찰, 실험, 조사, 토론 등 다양한 활동을 통하여 탐구 능력을 기르고, 심미적인 과학관과 과학적 사고력, 창의적 문제 해결력, 의사소통능력을 기르는 수업으로 좋은 소재가 될 수 있다.
- 둘째, 영동 과학학습장은 대도시 근처에 위치하여 접근성이 편리하고 전형적인 백악기 지층을 갖고 있어서 식물화석과 연흔, 건열, 우흔 등 퇴적구조가 잘 나타난다. 특히 다양한 공룡화석과 생흔화석을 쉽게 찾고 동정할 수 있어서 지구과학 학습장으로서 매우 적합한 장소이다.
- 48점으로 가장 높았다. 설문 대상의 76% 이상이 수업에 대한 흥미와 즐거움, 새로움에 관하여 언급했고 강가의 아름다운 경치와 자연의 구체물에서 새로운 가치와 의미를 찾을 수 있어서 좋았다는 의견이 많았다. 특히 과학에 대한 정의적 태도로서 야외과학 학습장에서의 수업이 여유와 공간, 장소에 대한 긍정적 정서 함양에 크게 도움이 되었다(4.
- 셋째, 개발 프로그램을 수업에 적용한 결과 수업에 참여한 학생들의 수업 만족도는 4.18점이며 수업이 재미있었고 흥미로웠다는 평가가 4.48점으로 가장 높았다. 설문 대상의 76% 이상이 수업에 대한 흥미와 즐거움, 새로움에 관하여 언급했고 강가의 아름다운 경치와 자연의 구체물에서 새로운 가치와 의미를 찾을 수 있어서 좋았다는 의견이 많았다.
- 학생들은 확 트인 강가의 넓은 공간에서 실시하는 야외 활동을 매우 재미있어 했고, 활동 자체 즉 수업 활동만으로도 만족감을 느끼고 있음을 관찰했다. 학생들은 더 많은 물수제비를 만들기 위해 원리와 방법에 대해 토의하고 시도하는 과정에서 시간 가는 줄 몰라 했고, 식물화석 채집과 공룡 발자국 화석 탐구에서 몰입하는 것을 관찰했다.
후속연구
- 둥지가 있는 새가 더 멀리 날 수 있는 것처럼 산이나 강 등 자연에서의 과학 교육으로 감수성이 예민한 청소년들에게 강렬한 토포필리아를 심어 주어 둥지를 갖게 하고, 학생 개인의 강력한 정서적 유대감으로 작용하여 삶의 원동력이자 학습의 내적동기 역할을 할 수 있도록 도와야 한다. 이에 각 교과에서 장소와 자연의 구체물을 교육 콘텐츠로 하여 교과 내용의 학습과 함께 토포필리아를 함양할 수 있는 다양한 야외학습장 개발을 제언한다.
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