천문학은 학생들이 쉽게 흥미를 느끼는 분야로 과학에 대한 호기심을 토대로 과학적 핵심역량 함양에 중요한 역할을 한다. 그러나 제한된 공간인 교실에서 이루어지는 학교 교육을 통해서는 천문학의 핵심 개념 이해에 필요한 공간적 사고를 발달시키기 어렵다. 주로 과학관에 위치하며 체험, 관람시설의 성격을 지닌 천체투영관은 시간과 공간의 제약을 넘어 천문학 개념을 교수할 수 있는 공간으로, 천체투영관에서 진행되는 비형식 교육은 정규교육과정을 보완할 수 있다. 본 연구에서는 천체투영관을 이용한 교육 프로그램을 개발하고 이를 초등, 중등, 고등학생에게 적용하여 천체투영관이 천문 개념에 미치는 효과를 살펴보았다. 국립대구과학관 1박 2일 캠프에 참가하여 천문 교육 프로그램을 수료한 학생을 대상으로 연구를 진행하였으며, 총 연구 기간은 8개월, 연구 대상 인원은 761명이다. 기존 캠프에서는 교실에서 방위, 별자리, 지구의 자전 등에 관한 수업을 진행하였는데 이와 동일한 내용을 천체투영관 수업용으로 개발하였으며, 수업 전과 후에 개념 이해 정도를 측정할 수 있는 검사 문항을 제작하였다. 이후 실제로 교실 수업 혹은 천체투영관 수업을 진행하여 수업의 효과를 비교하는 이질통제집단 전후검사 설계에 기초하여 연구를 수행하였다. 연구 결과 첫째, 천체투영관 수업은 교실 수업에 비해 방위, 지구의 자전, 별자리 개념 이해에 효과적이었다. 둘째, 성별이나 학생들의 사전 천문학 지식 정도 등과 같은 메타 요인과 무관하게 천체투영관 수업은 개념 이해도 향상에 긍정적인 효과가 있었다. 셋째, 고등학생에게 천체투영관 수업은 교실 수업 이후 추가적으로 수행하는 야간 관측 활동과 동일한 효과가 있었다. 따라서 야간 관측이 불가능한 환경에서 천체투영관은 이를 대체할 수 있을 것이다. 종합하면 천체투영관은 학생들의 천문 개념 이해에 도움이 되는 효과적인 교육 수단이라 할 수 있으며, 보다 효율적인 활용을 위해 앞으로 더 많은 연구가 필요하다.
천문학은 학생들이 쉽게 흥미를 느끼는 분야로 과학에 대한 호기심을 토대로 과학적 핵심역량 함양에 중요한 역할을 한다. 그러나 제한된 공간인 교실에서 이루어지는 학교 교육을 통해서는 천문학의 핵심 개념 이해에 필요한 공간적 사고를 발달시키기 어렵다. 주로 과학관에 위치하며 체험, 관람시설의 성격을 지닌 천체투영관은 시간과 공간의 제약을 넘어 천문학 개념을 교수할 수 있는 공간으로, 천체투영관에서 진행되는 비형식 교육은 정규교육과정을 보완할 수 있다. 본 연구에서는 천체투영관을 이용한 교육 프로그램을 개발하고 이를 초등, 중등, 고등학생에게 적용하여 천체투영관이 천문 개념에 미치는 효과를 살펴보았다. 국립대구과학관 1박 2일 캠프에 참가하여 천문 교육 프로그램을 수료한 학생을 대상으로 연구를 진행하였으며, 총 연구 기간은 8개월, 연구 대상 인원은 761명이다. 기존 캠프에서는 교실에서 방위, 별자리, 지구의 자전 등에 관한 수업을 진행하였는데 이와 동일한 내용을 천체투영관 수업용으로 개발하였으며, 수업 전과 후에 개념 이해 정도를 측정할 수 있는 검사 문항을 제작하였다. 이후 실제로 교실 수업 혹은 천체투영관 수업을 진행하여 수업의 효과를 비교하는 이질통제집단 전후검사 설계에 기초하여 연구를 수행하였다. 연구 결과 첫째, 천체투영관 수업은 교실 수업에 비해 방위, 지구의 자전, 별자리 개념 이해에 효과적이었다. 둘째, 성별이나 학생들의 사전 천문학 지식 정도 등과 같은 메타 요인과 무관하게 천체투영관 수업은 개념 이해도 향상에 긍정적인 효과가 있었다. 셋째, 고등학생에게 천체투영관 수업은 교실 수업 이후 추가적으로 수행하는 야간 관측 활동과 동일한 효과가 있었다. 따라서 야간 관측이 불가능한 환경에서 천체투영관은 이를 대체할 수 있을 것이다. 종합하면 천체투영관은 학생들의 천문 개념 이해에 도움이 되는 효과적인 교육 수단이라 할 수 있으며, 보다 효율적인 활용을 위해 앞으로 더 많은 연구가 필요하다.
Astronomy is the subject that can easily draw students' interest in studying science, therefore plays an important role in developing scientific core competence. However, it is difficult to develop spatial thinking that is required in understanding astronomical concepts through the classroom lessons...
Astronomy is the subject that can easily draw students' interest in studying science, therefore plays an important role in developing scientific core competence. However, it is difficult to develop spatial thinking that is required in understanding astronomical concepts through the classroom lessons. Planetarium, along with the science museum, is one of the most representative informal educational institution where astronomical concepts can be taught beyond time and space constraints. In this study, we developed the astronomy education program that is operated in the planetarium and applied the program to the elementary, middle and high-school students to investigate the effects of the planetarium lesson compared to the classroom lesson. The duration of this research was about 8 months, and the number of the students involved is 761, including participants of the 1 night and 2 days camps in the Daegu National Science Museum. The newly developed planetarium lesson is comparable to the previous classroom lesson of which topics are cardinal points, constellation, and the rotation of the earth. Test items were developed to evaluate the understanding of the astronomical concepts. The study was conducted based on the pre- and post-test with non-equivalent groups design comparing classroom and planetarium lessons. The results of this study are as follows. First, planetarium lesson is more effective for understanding astronomical concepts such as the cardinal points, earth's rotation, and the constellation than classroom lesson. Second, planetarium has a positive effect irrespective of gender and previous knowledge. Third, planetarium for high school students has the same effect as additional observation activities followed by the classroom instruction. Therefore, planetarium can be used as an alternative, effective tool when night observation is not available. In summary, planetarium is an effective tool that helps students to understand the astronomical concepts.
Astronomy is the subject that can easily draw students' interest in studying science, therefore plays an important role in developing scientific core competence. However, it is difficult to develop spatial thinking that is required in understanding astronomical concepts through the classroom lessons. Planetarium, along with the science museum, is one of the most representative informal educational institution where astronomical concepts can be taught beyond time and space constraints. In this study, we developed the astronomy education program that is operated in the planetarium and applied the program to the elementary, middle and high-school students to investigate the effects of the planetarium lesson compared to the classroom lesson. The duration of this research was about 8 months, and the number of the students involved is 761, including participants of the 1 night and 2 days camps in the Daegu National Science Museum. The newly developed planetarium lesson is comparable to the previous classroom lesson of which topics are cardinal points, constellation, and the rotation of the earth. Test items were developed to evaluate the understanding of the astronomical concepts. The study was conducted based on the pre- and post-test with non-equivalent groups design comparing classroom and planetarium lessons. The results of this study are as follows. First, planetarium lesson is more effective for understanding astronomical concepts such as the cardinal points, earth's rotation, and the constellation than classroom lesson. Second, planetarium has a positive effect irrespective of gender and previous knowledge. Third, planetarium for high school students has the same effect as additional observation activities followed by the classroom instruction. Therefore, planetarium can be used as an alternative, effective tool when night observation is not available. In summary, planetarium is an effective tool that helps students to understand the astronomical concepts.
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문제 정의
교수·학습에서 젠더가 미치는 영향에 대한 논의는 다소 복합적인 문제이지만 성별 특성에 따라 학생을 효과적으로 지원하는 수업 방안을 마련할 수 있다는 결과들이 있으며(Lee & Seo, 2013), 천체투영관 수업의 효과 역시 성별에 따라 다를 수 있다는 선행 연구(Baxter & Preece, 2000)가 있었기에 본 연구에서도 천체투영관 수업의 효과가 남학생과 여학생에게 다르게 나타나는지 살펴보았다.
이를 통해 동, 서 방위를 찾을 수 있다. 또한 태양이 동에서 서로 움직이는 이유를 알아보기 위해 우주로 관찰자의 시점을 이동하여 자전하는 지구를 보여준다. 다시 지구로 돌아와 밤하늘의 모습을 관찰하며 북두칠성과 카시오페이아자리를 이용하여 북극성을 찾고, 동서남북 방향을 찾아본다.
본 연구에서는 국립대구과학관 천지인 학당의 1박 2일 캠프에서 진행되는 천문 교육 프로그램을 활용하여, 천체투영관에서 진행되는 수업이 전통적인 교실 수업과 비교했을 때 학생들의 천문 개념 이해에 어떠한 영향을 미치는지 살펴보았다. 별자리, 지구의 자전, 방위, 천체의 고도라는 주요 천문 개념 이해도를 파악하기 위한 사전, 사후 검사를 수업 실시 전후에 적용하여 수업 방식과 기타 요소들을 변인으로 두고 분석한 주요 결과로부터 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
본 연구의 목적은 천체투영관이라는 공간에서 진행되는 교육 프로그램이 기존의 수업에 비해 다양한 학생들의 천문 개념 이해에 효과적인지 살펴보고 천체투영관이 야외 관측 실습을 대체할 수 있을지 그 가능성을 검증하는 것이다. 이러한 목적을 위해 주요 국립과학관 중 하나인 국립대구과학관 천체투영관에서 진행할 수 있는 천문 교육 프로그램을 개발하고, 개발한 수업을 진행하여 천체투영관 수업과 기존에 진행되던 교실 수업이 학생들의 천문 개념 이해에 미치는 효과를 분석하였다.
실험 설계 단계에서 과학관 캠프 참가 학생을 두 집단으로 무선 배치하는 것이 불가능하였기에 비교 집단 간 처치 이전의 동질성을 검증하기 위해 캠프에 참가한 학생들을 대상으로 사전 개념 검사를 실시하여 실험집단과 통제집단의 동질성을 확인하고자 하였다. 학년별로 기대되는 천문 개념 이해 수준이 동일하지 않으므로 사전 개념 검사 문제의 수준을 초·중등, 고등 2개의 집단에 대해 달리 하여 결과를 분석하였다.
천체투영관 수업의 효과가 존재할 경우, 그 효과가 학생의 성별, 사전 지식수준 등 다른 메타 변인의 영향을 받는지 추가로 살펴보았다. 초·중등학생의 경우 남학생과 여학생의 사전 개념 검사 점수가 독립표본 t-검정 결과 차이가 없었으므로 사후 개념 검사 점수에 대해 이원분산분석(Two-way ANOVA)을 수행하였다.
천체투영관 수업이 교실 수업과 비교하여 학생들의 천문 개념 이해에 효과적인지 알아보기 위한 목적으로 기존의 교실 수업에 대응하는 천체투영관 수업을 개발하였다. 캠프의 천문 교육 프로그램에는 야간 관측 활동 이전의 예비 설명 수업의 성격을 띠는 오늘 밤 별자리, 천체의 일주운동 등에 대한 교실 수업이 포함되어 있다.
추가로 천체투영관이라는 돔 형태의 시설이 천문 교육에 있어서 시간적, 공간적 제약을 해결하기 위한 대체제로 개발된 만큼, 실제로 야간에 진행되는 관측 활동과 천체투영관 수업이 어떠한 상호작용을 하는지 살펴보았다. 수업의 장소와 야간 관측 활동 실시 여부를 두 개의 독립 변인으로 두어 이원분산분석을 진행하였고, 그 결과 집단 간 유의미한 차이가 나타난 고등학생의 경우 네 개의 그룹에 대해 일원분산분석(One-way ANOVA)과 Scheffe 방식을 이용한 사후분석을 실시하여 천체투영관 수업의 의의를 검증하였다.
가설 설정
즉 고등학생에 대해서도 실험집단과 통제집단은 동질집단임을 가정할 수 있다. 따라서 사전 개념 검사 점수 분석 결과상, 실험집단과 통제집단을 동질집단으로 가정하고 결과 분석을 진행하였다.
제안 방법
13개의 문항을 조합하여 수준별(‘초·중등학생용’, ‘고등학생용’)로 사전, 사후 개념 검사 문제지를 제작하였다.
2017년 현재, 지구의 자전과 공전에 대한 내용을 초등학교 6학년과 중학교 3학년 과학 교과서에서 다루며 고등학교 지구과학Ⅰ 교과서에서 천체의 겉보기 운동에 대한 내용을 다룬다는 점을 감안하여, 이후 효과 분석에서는 초·중등학생과 고등학생으로 집단을 나누어 분석하였다.
검사에서 확인하고자 하는 천문 개념은 캠프에서 진행하는 천문교육 프로그램에 사용되는 별자리, 방위, 고도, 지구의 자전 등이며 진위형, 선다형, 단답형, 완성형 문항을 혼합하여 총 12개의 문항을 개발하였다. 여기에 Maeng et al.
고등학생의 경우 세 집단으로 나눌 경우 집단의 크기가 차이를 통계적으로 분석할 만큼 크지 않다고 판단해 초·중등학생 집단에 대해서만 분석을 실시하였다.
교실 수업과 천체투영관 수업을 받은 학생의 기본적인 천문 개념 이해도 증진 여부를 알아보기 위해 캠프 전과 후에 투입할 수 있는 천문 개념 검사 문제지를 개발하였다. 캠프에 참가하는 단체 중 일선 학교를 제외한 교육지원청, 영재원, 학습센터 등에서는 초등학생과 중학생을 구별하지 않고 함께 교육 프로그램을 진행하는 경우가 있다.
또한 태양이 동에서 서로 움직이는 이유를 알아보기 위해 우주로 관찰자의 시점을 이동하여 자전하는 지구를 보여준다. 다시 지구로 돌아와 밤하늘의 모습을 관찰하며 북두칠성과 카시오페이아자리를 이용하여 북극성을 찾고, 동서남북 방향을 찾아본다. 이후 오늘 밤 볼 수 있는 별자리나 행성 등을 살펴보고 수업을 마무리하는 것으로 수업 내용을 구상하였다.
비형식 학습 기관인 과학관에서 1박 2일간 진행되는 캠프이기 때문에 교육 과정에 포함된 천문 관련 학습 내용과의 연계성이 다소 부족했으며 이에 관한 후속 연구가 보다 작은 규모의 천체투영관, 특히 지역 교육청, 과학교육원과 중점 학교 등을 중심으로 이루어질 필요가 있다. 둘째, 20분 정도의 제한된 수업 시간 때문에 천체투영관 내부에서 자기주도적인 탐구를 수행하고 수행 평가를 진행하는 것이 어려워 개념 검사 문제지를 활용하여 개념 이해도를 측정하였다. 후속 연구에서는 과정 중심의 평가를 진행하여 천체투영관 수업의 교육 효과를 검증할 필요가 있다.
초·중등학생의 경우, 수업 방식과 관측 활동 실시 여부에 따라 집단을 네 개로 구별하여 일원분산분석을 실시한 결과 네 집단의 사전 검사 점수가 통계적으로 유의미한 차이가 있었다. 따라서 사전검사 점수를 공변량으로 하는 공분산 분석을 실시하였다(Table 12). 앞서 설명한 대로 수업 방식에 따라서는 평균 점수의 집단 간 차이가 유의확률 .
고등학생의 경우, 사전 검사 결과 여학생의 점수 평균이 남학생의 평균에 비해 통계적으로 유의미하게 높았다. 때문에 사전 검사 점수를 공변량으로 하여 사후 검사 점수에 대해 공분산분석을 시행하였다. Table 10이 보여주듯이, 수업 방식과 성별의 상호작용 효과는 .
또한 2017년 현재 적용 중인 2009 개정 과학과 교육과정에서는 초등학교 5~6학년군의 ‘지구와 달의 운동’, ‘날씨와 우리 생활’, 중학교 1~3학년군의 ‘태양계’에서 지구의 자전, 공전 등이 유사하게 다뤄지므로 이를 고려하여 개념 검사 문제지를 ‘초·중등학생용’, ‘고등학생용’ 두 종류로 구분하여 제작하였다.
본 연구는 ‘이질통제집단 전후검사 설계’에 기초하였으므로 비교 집단(실험집단, 통제집단) 간 처치 이전의 동질성을 검증하기 위해 캠프 참가 전에 사전 개념 검사를 실시하였고, 독립표본 t-검정을 수행하여 실험집단과 통제집단의 점수 분포를 비교하였다. 또한 수업 처치 후인 캠프 일정 끝에 사후개념 검사 문제지를 배포하여 사후 개념 검사를 실시하고, 마찬가지로 독립표본 t-검정을 수행하여 교실 수업과 천체투영관 수업을 받은 학생 간 통계적으로 어떠한 차이가 있는지 살펴보았다. 천체투영관 수업이 구체적으로 어떤 천문 개념을 전달하는 데에 효과가 있는지 살펴보기 위해 하위 문항별로 구분하여 문항별 점수에 대해서도 독립표본 t-검정을 수행하였다.
초·중등학생의 경우 남학생과 여학생의 사전 개념 검사 점수가 독립표본 t-검정 결과 차이가 없었으므로 사후 개념 검사 점수에 대해 이원분산분석(Two-way ANOVA)을 수행하였다. 반면 고등학생의 경우 성별 간 사전 개념 검사의 점수가 차이가 있었으므로 사전 검사 결과를 공변량으로 두고 공분산분석(ANCOVA)을 실시하여 성별이라는 변인이 천체투영관 수업의 효과에 영향을 주는지 살펴보았다. 고등학생과는 달리 초·중등학생은 집단의 규모가 커서 사전 개념 검사 점수에 근거하여 사전 지식수준이 상, 중, 하인 세 그룹으로 나눌 수 있었고(스테나인 방법; Seong, 2009), 사전 검사 결과를 공변량으로 두어 공분산분석을 실시하였다.
본 연구에서는 국립대구과학관 천지인 학당의 1박 2일 캠프에서 진행되는 천문 교육 프로그램을 활용하여, 천체투영관에서 진행되는 수업이 전통적인 교실 수업과 비교했을 때 학생들의 천문 개념 이해에 어떠한 영향을 미치는지 살펴보았다. 별자리, 지구의 자전, 방위, 천체의 고도라는 주요 천문 개념 이해도를 파악하기 위한 사전, 사후 검사를 수업 실시 전후에 적용하여 수업 방식과 기타 요소들을 변인으로 두고 분석한 주요 결과로부터 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
이후 오늘 밤 볼 수 있는 별자리나 행성 등을 살펴보고 수업을 마무리하는 것으로 수업 내용을 구상하였다. 수업 시나리오를 작성하고 수업에 필요한 스크립트는 천체투영관 소프트웨어(SkyExplorer v3)로 제작하였다.
수업 처치는 실험집단에 본 연구에서 개발한 천체투영관을 활용한 천문교육 프로그램(이하 ‘천체투영관 수업’)을 적용하였고, 통제집단은 기존에 진행하던 대로 교실에서 가상 밤하늘 시뮬레이션 소프트웨어(Stellarium)을 활용한 수업(이하 ‘교실 수업’)을 적용하였다. 수업 처치 이후 개념에 관한 검사를 실행하고 검사 결과를 분석하여 연구결과를 도출하였다(Table 3).
수업 처치는 실험집단에 본 연구에서 개발한 천체투영관을 활용한 천문교육 프로그램(이하 ‘천체투영관 수업’)을 적용하였고, 통제집단은 기존에 진행하던 대로 교실에서 가상 밤하늘 시뮬레이션 소프트웨어(Stellarium)을 활용한 수업(이하 ‘교실 수업’)을 적용하였다.
교실 수업에서는 대형 스크린을 통해 강사가 제어하는 컴퓨터 화면의 모습을 확인할 수 있으며, 강사와 학생이 마주 보며 수업을 진행한다. 수업의 소요 시간은 20분 정도로 우선 수업 도구인 가상 밤하늘 시뮬레이션 소프트웨어(Stellarium)에 대한 기본적인 소개를 진행한 뒤, 현재 시각에 볼 수 있는 천체(달, 행성)들을 소개하고 북두칠성과 카시오페이아자리를 이용한 북극성 찾기, 북극성을 이용한 방위 찾기, 오늘 밤 볼 수 있는 별자리와 그와 관련된 이야기, 태양과 달을 이용한 지구의 자전 등을 학생 수준에 맞게 소개한다. 이를 바탕으로 구성한 천체투영관 수업의 내용은 Table 5와 같다.
캠프의 천문 교육 프로그램에는 야간 관측 활동 이전의 예비 설명 수업의 성격을 띠는 오늘 밤 별자리, 천체의 일주운동 등에 대한 교실 수업이 포함되어 있다. 이 수업을 참관하여 수업 내용을 녹음, 전사, 분석한 자료를 바탕으로 천문학 전공자와의 협의를 통해 동일한 내용으로 천체투영관에서 진행되는 천문교육 프로그램을 개발하였다. 교실 수업의 분석 내용은 Table 4와 같다.
본 연구의 목적은 천체투영관이라는 공간에서 진행되는 교육 프로그램이 기존의 수업에 비해 다양한 학생들의 천문 개념 이해에 효과적인지 살펴보고 천체투영관이 야외 관측 실습을 대체할 수 있을지 그 가능성을 검증하는 것이다. 이러한 목적을 위해 주요 국립과학관 중 하나인 국립대구과학관 천체투영관에서 진행할 수 있는 천문 교육 프로그램을 개발하고, 개발한 수업을 진행하여 천체투영관 수업과 기존에 진행되던 교실 수업이 학생들의 천문 개념 이해에 미치는 효과를 분석하였다.
제작한 사전, 사후 개념 검사 문제지는 내용 타당도와 학생 급간(초·중등, 고등) 적용 가능 여부를 천문학 전공자 1인, 지구과학 전공 중등 교사 2인의 자문을 통해 점검 후 문항의 단어와 표현 방식을 수정 보완하여 사용하였다.
천체투영관 수업의 효과가 학생들이 기본적으로 가지고 있는 사전 지식에 따라 어떠한 차이가 있는지 알아보기 위해 학생들의 사전 검사 점수를 바탕으로 상, 중, 하 세 집단으로 구분하였다. 고등학생의 경우 세 집단으로 나눌 경우 집단의 크기가 차이를 통계적으로 분석할 만큼 크지 않다고 판단해 초·중등학생 집단에 대해서만 분석을 실시하였다.
따라서 본 연구의 설계가 ‘이질통제집단 전후검사 설계’에 기초했다고 할 수 있다. 캠프에 참가하기 전 기초 천문학 개념에 관한 사전검사를 실시, 점수를 분석하여 실험집단과 통제집단의 동질성을 확보하였다. 수업 처치는 실험집단에 본 연구에서 개발한 천체투영관을 활용한 천문교육 프로그램(이하 ‘천체투영관 수업’)을 적용하였고, 통제집단은 기존에 진행하던 대로 교실에서 가상 밤하늘 시뮬레이션 소프트웨어(Stellarium)을 활용한 수업(이하 ‘교실 수업’)을 적용하였다.
통제집단에 대해서는 교실에서 천문학을 전공한 전문 강사가 Table 4의 내용에 해당하는 수업을 진행하였고, 실험집단을 대상으로는 천체투영관에서 본 연구자가 새로 구성한 천문교육 프로그램(Table 5)을 적용하여 수업을 진행하였다. 초·중등학생과 고등학생에 대해서는 관련 교육과정과 학생의 인지발달 정도의 차이를 고려하여 세부적인 언어 표현이나 설명 방식에 약간의 차이가 있었다.
학년별로 기대되는 천문 개념 이해 수준이 동일하지 않으므로 사전 개념 검사 문제의 수준을 초·중등, 고등 2개의 집단에 대해 달리 하여 결과를 분석하였다.
대상 데이터
야간 관측 활동 실시 여부는 날씨에 따라 달라지는데, 천체투영관 수업을 진행한 학생 중 246명이 야간 관측에 참여하였고 기상 여건에 따라 참여하지 못한 학생이 101명이다(Table 2). 교실 수업을 진행한 학생 중에서는 335명이 야간 관측을 추가로 진행하였다.
국립대구과학관에서 운영하는 1박 2일 과학 캠프에서 천문 교육 프로그램에 참여한 학생 826명 중 불완전하거나 불성실한 응답을 제외한 761명의 설문 결과를 바탕으로 연구를 수행하였다. 연구 기간은 2017년 1월부터 8월까지이며, 해당 기간 동안 총 21개의 학생 단체가 1박 2일 캠프의 천문 교육 프로그램에 참여하였고 설문 응답자의 구성은 Table 1과 같다.
4%)으로 그 수가 유사하다. 야간 관측 활동 실시 여부는 날씨에 따라 달라지는데, 천체투영관 수업을 진행한 학생 중 246명이 야간 관측에 참여하였고 기상 여건에 따라 참여하지 못한 학생이 101명이다(Table 2). 교실 수업을 진행한 학생 중에서는 335명이 야간 관측을 추가로 진행하였다.
국립대구과학관에서 운영하는 1박 2일 과학 캠프에서 천문 교육 프로그램에 참여한 학생 826명 중 불완전하거나 불성실한 응답을 제외한 761명의 설문 결과를 바탕으로 연구를 수행하였다. 연구 기간은 2017년 1월부터 8월까지이며, 해당 기간 동안 총 21개의 학생 단체가 1박 2일 캠프의 천문 교육 프로그램에 참여하였고 설문 응답자의 구성은 Table 1과 같다. 참여 학생은 초등학생(4~6학년) 312명(41.
데이터처리
고등학생과는 달리 초·중등학생은 집단의 규모가 커서 사전 개념 검사 점수에 근거하여 사전 지식수준이 상, 중, 하인 세 그룹으로 나눌 수 있었고(스테나인 방법; Seong, 2009), 사전 검사 결과를 공변량으로 두어 공분산분석을 실시하였다.
본 연구는 ‘이질통제집단 전후검사 설계’에 기초하였으므로 비교 집단(실험집단, 통제집단) 간 처치 이전의 동질성을 검증하기 위해 캠프 참가 전에 사전 개념 검사를 실시하였고, 독립표본 t-검정을 수행하여 실험집단과 통제집단의 점수 분포를 비교하였다.
추가로 천체투영관이라는 돔 형태의 시설이 천문 교육에 있어서 시간적, 공간적 제약을 해결하기 위한 대체제로 개발된 만큼, 실제로 야간에 진행되는 관측 활동과 천체투영관 수업이 어떠한 상호작용을 하는지 살펴보았다. 수업의 장소와 야간 관측 활동 실시 여부를 두 개의 독립 변인으로 두어 이원분산분석을 진행하였고, 그 결과 집단 간 유의미한 차이가 나타난 고등학생의 경우 네 개의 그룹에 대해 일원분산분석(One-way ANOVA)과 Scheffe 방식을 이용한 사후분석을 실시하여 천체투영관 수업의 의의를 검증하였다.
언급된 모든 자료의 통계분석은 SPSS23을 사용하였으며, 유의수준 95%에서 가설을 검증하였다.
본 연구 기간 동안 약 4분의 1 정도의 참가 학생들이 캠프 당시의 날씨 때문에 천체투영관 혹은 교실에서의 사전 수업 이후 본 실습인 야간 관측 활동을 진행하지 못했다. 이 점을 고려하여 야간 관측 활동이 수업 방식과 상호 작용하는지, 혹은 천체투영관 수업이 야간 관측 활동을 보완할 수 있는지 등을 살펴보기 위해 사후 검사 점수를 이용하여 공분산분석, 일원분산분석, 이원분산분석을 시행하였다.
전체 문항 총점 비교로 천체투영관 수업의 긍정적인 기능을 확인할 수 있었다. 이어 특히 어떤 개념을 이해하는 데에 효과가 있는지 확인하기 위하여 개념 요소에 따라 문항별로 독립표본 t-검정을 수행하였다(Table 8). Figure 1, Figure 2에 제시한 바와 같이 지구의 자전, 별자리는 학교급간에 관계없이 개념 검사 문제지에 포함되었고 교육과정 및 학생의 인지 발달 정도를 고려하여 방위 개념은 초·중등학생 대상 문항에만, 고도 개념은 고등학생 대상 문항에만 포함하였다.
또한 수업 처치 후인 캠프 일정 끝에 사후개념 검사 문제지를 배포하여 사후 개념 검사를 실시하고, 마찬가지로 독립표본 t-검정을 수행하여 교실 수업과 천체투영관 수업을 받은 학생 간 통계적으로 어떠한 차이가 있는지 살펴보았다. 천체투영관 수업이 구체적으로 어떤 천문 개념을 전달하는 데에 효과가 있는지 살펴보기 위해 하위 문항별로 구분하여 문항별 점수에 대해서도 독립표본 t-검정을 수행하였다.
초·중등학생의 경우 남학생과 여학생의 사전 개념 검사 점수가 독립표본 t-검정 결과 차이가 없었으므로 사후 개념 검사 점수에 대해 이원분산분석(Two-way ANOVA)을 수행하였다.
이론/모형
검사에서 확인하고자 하는 천문 개념은 캠프에서 진행하는 천문교육 프로그램에 사용되는 별자리, 방위, 고도, 지구의 자전 등이며 진위형, 선다형, 단답형, 완성형 문항을 혼합하여 총 12개의 문항을 개발하였다. 여기에 Maeng et al. (2014)의 연구에서 지구 자전에 대한 공간적 사고의 수준을 알아보기 위해 개발한 순위 선다형 문항 1문항을 추가하여 최종적으로 총 13개의 문항을 검사에 활용하였다. 13개의 문항을 조합하여 수준별(‘초·중등학생용’, ‘고등학생용’)로 사전, 사후 개념 검사 문제지를 제작하였다.
성능/효과
결과를 정리하자면, 초·중등학생을 대상으로 실시한 천체투영관 수업은 방위, 지구의 자전, 별자리 등 대부분의 관측과 관련된 천문 개념 이해 측면에서 교실 수업보다 효과적이었다.
둘째, 천체투영관 수업은 수업을 받는 학생의 성별, 학생의 사전 지식 수준(혹은 기존 학업 성취도)라는 메타 요소에 관계없이 모든 성별과 모든 성취도의 학생에게 동일하게 효과적이었다. 이는 남학생에 비해 여학생에게 천체투영관이 공간적 사고를 필요로 하는 개념을 학습하는 데에 효과적이라고 주장한 Baxter & Preece (2000)의 결과와는 상치된다.
021로 통계적으로 두 집단의 점수가 유의미하였다. 또한 관측 활동 여부로 살펴봤을 때에도 유의확률 .000으로 관측 활동을 수행한 집단과 관측 활동을 수행하지 않은 집단의 차이가 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다. 수업 방식과 관측 활동 여부의 상호 작용 효과를 살펴보면, 유의확률 .
셋째, 천체투영관 수업은 여건상 야간 관측 활동을 진행하기 어렵거나 불가능한 상황에서 야간 관측 활동을 대체할 수 있는 효율적인 수단이다. 천체투영관 수업과 교실 수업은 캠프에서 진행하는 야간 관측 활동의 준비를 위한 사전 수업의 성격을 지니고 있는데, 교실 수업과 야간 관측 활동이 병행되었을 때는 교실 수업만을 진행했을 때에 비해 유의미하게 천문 개념 이해의 증가가 일어났으며, 천체투영관 수업을 진행했을 때는 야간 관측 활동을 수행하지 않았더라도 동일하게 개념 이해에 긍정적인 효과가 있었다.
000으로 관측 활동을 수행한 집단과 관측 활동을 수행하지 않은 집단의 차이가 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다. 수업 방식과 관측 활동 여부의 상호 작용 효과를 살펴보면, 유의확률 .001로 수업 방식과 관측 활동 여부가 상호작용하는 것으로 나타났다. 이는 초·중등학생의 사례와는 다른 결과로, 야간 관측 활동이라는 학생 주도, 직접적인 탐구 과정이 고등학생의 천문 개념 이해에 큰 영향을 주었음을 시사한다.
전체 문항 총점 비교로 천체투영관 수업의 긍정적인 기능을 확인할 수 있었다. 이어 특히 어떤 개념을 이해하는 데에 효과가 있는지 확인하기 위하여 개념 요소에 따라 문항별로 독립표본 t-검정을 수행하였다(Table 8).
셋째, 천체투영관 수업은 여건상 야간 관측 활동을 진행하기 어렵거나 불가능한 상황에서 야간 관측 활동을 대체할 수 있는 효율적인 수단이다. 천체투영관 수업과 교실 수업은 캠프에서 진행하는 야간 관측 활동의 준비를 위한 사전 수업의 성격을 지니고 있는데, 교실 수업과 야간 관측 활동이 병행되었을 때는 교실 수업만을 진행했을 때에 비해 유의미하게 천문 개념 이해의 증가가 일어났으며, 천체투영관 수업을 진행했을 때는 야간 관측 활동을 수행하지 않았더라도 동일하게 개념 이해에 긍정적인 효과가 있었다. 이러한 효과는 고등학생에게서 두드러졌으며, 초·중등학생에게는 야간 관측 활동 자체가 천문 개념 이해에 큰 영향을 주지 않았다.
첫째, 천체투영관 수업은 교실 수업에 비해 초·중등학생의 방위, 지구의 자전, 별자리에 대한 개념 이해도를 높이는 데에 긍정적인 영향을 미쳤다.
후속연구
본 연구의 결론, 시사점, 제한점을 고려할 때 후속 연구를 위해 다음을 제언하고자 한다. 첫째, 본 연구는 연구 대상 집단의 큰 규모를 활용하여 천체투영관 수업의 효과에 대해 정량적인 수치를 제시하였으나 후속 연구에서는 정량적인 연구 외에도 수업을 받은 학생들의 천문 개념에 대한 정신 모형 변화 등 정성적인 탐구가 추가적으로 필요하다. 비형식 학습 기관인 과학관에서 1박 2일간 진행되는 캠프이기 때문에 교육 과정에 포함된 천문 관련 학습 내용과의 연계성이 다소 부족했으며 이에 관한 후속 연구가 보다 작은 규모의 천체투영관, 특히 지역 교육청, 과학교육원과 중점 학교 등을 중심으로 이루어질 필요가 있다.
둘째, 20분 정도의 제한된 수업 시간 때문에 천체투영관 내부에서 자기주도적인 탐구를 수행하고 수행 평가를 진행하는 것이 어려워 개념 검사 문제지를 활용하여 개념 이해도를 측정하였다. 후속 연구에서는 과정 중심의 평가를 진행하여 천체투영관 수업의 교육 효과를 검증할 필요가 있다. 셋째, 2017년 현재를 기준으로 주요 과학관의 천체투영관 프로그램은 대부분 지구의 움직임으로 인한 천체의 일주 운동, 연주 운동 등 겉보기 운동 설명과 별자리 설명 등을 그 소재로 하고 있으며 본 연구에서 개발한 천체투영관 수업 역시 해당 내용을 소재로 하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
학교 교육을 통해 공간적 사고을 발달시키기 어려운 이유는 무엇인가요?
천체의 시간에 따른 변화를 나타낸 공간 위치, 변화, 공간 추리 등을 모두 포함하는 공간개념 이해(Yun & Kim, 2010), 즉 공간적 사고(spatial thinking)는 천문 현상에 대한 이해 뿐 아니라 천문학, 우주와 관련된 과학적 활동 참여를 확장시킬 수 있는 토대가 된다(Plummer, 2014). 이러한 공간적 사고가 학교 교육 중에 발달하기 어려운 이유는, 교실이라는 제한된 공간에서는 직접적인 관찰 및 체험활동이 이루어지기 어렵고, 개념 위주의 지식, 분절적인 지식의 전달을 주로 담는 학교 교과서 및 평가 과정의 한계 상 시·공간적으로 광범위한 규모와 실시간 정보를 동시에 다루는 천문·우주 단원의 학습이 힘들기 때문이다(Kim et al., 2016).
천체투영관을 이용한 교육에 대한 논문의 연구 결과는 무엇인가요?
이후 실제로 교실 수업 혹은 천체투영관 수업을 진행하여 수업의 효과를 비교하는 이질통제집단 전후검사 설계에 기초하여 연구를 수행하였다. 연구 결과 첫째, 천체투영관 수업은 교실 수업에 비해 방위, 지구의 자전, 별자리 개념 이해에 효과적이었다. 둘째, 성별이나 학생들의 사전 천문학 지식 정도 등과 같은 메타 요인과 무관하게 천체투영관 수업은 개념 이해도 향상에 긍정적인 효과가 있었다. 셋째, 고등학생에게 천체투영관 수업은 교실 수업 이후 추가적으로 수행하는 야간 관측 활동과 동일한 효과가 있었다. 따라서 야간 관측이 불가능한 환경에서 천체투영관은 이를 대체할 수 있을 것이다.
한국의 천체투영관 운영 현황은?
그러나 천체투영관의 운영 방식, 천체투영관 수업을 받는 학생의 규모 및 교육 과정과의 연계 등에 차이가 있어 이 사례를 국내 과학관의 천체투영관에 그대로 적용하기는 쉽지 않다. 2017년 현재 한국에는 전국적으로 88곳의 천체투영관이 운영 중이며(Park, 2017) 돔 스크린을 활용한 교육 프로그램 개발(Baek et al., 2010; Lee et al., 2011), 활용과 운영에 도움을 주기 위한 매뉴얼 개발(Baek et al., 2012) 등 주로 운영에 대한 제안 연구가 존재한다. 이러한 노력에도 불구하고 국립과학관 등 규모가 큰 곳의 천체투영관조차 학생들을 대상으로 한 천문 교육에의 활용보다는 일반 관람객 대상의 흥미 유발 영상물 상영 위주로 운영되고 있는 실정이다(Kim & Shim, 2017). 이는 천체투영관이라는 공간의 물리적 확충이 진행되는 동안 내용적 확충, 운영 관리 내실화, 전문 인력 개발 등이 상대적으로 부족했기 때문으로, 전시물의 관람 및 체험이 천문 교육에 미치는 긍정적 효과 못지않게 수업을 진행하는 공간으로서의 천체투영관의 역할이나 효과 등에 대한 더 많은 연구가 진행되어야 한다.
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