[논문]예비교사들은 삼엽충 분류활동 중에 어떤 특성을 보이는가?

임성만

doi:10.15523/jksese.2019.12.1.40

예비교사들은 삼엽충 분류활동 중에 어떤 특성을 보이는가?
What Characteristics Do Preservice Teachers Show During Trilobite Classification Activities? 원문보기

대한지구과학교육학회지 = Journal of the Korean society of earth science education, v.12 no.1, 2019년, pp.40 - 53

초록
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이 연구는 예비교사들이 삼엽충을 분류하면서 보이는 탐구 특성을 분석하는 것이다. 연구를 위해 교사 양성 대학에 다니는 예비교사 70명이 참여하였다. 연구에 이용된 분류 과제는 삼엽충 화석 사진 9장이었다. 예비교사들의 탐구활동은 그룹별로 삼엽충 화석을 관찰한 후 삼엽충의 진화 과정을 분류한 후 계통도를 구성하는 것이었다. 구체적인 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 예비교사들은 삼엽충의 외형적인 특징을 잘 관찰해내고 그 내용을 바탕으로 체계적인 분류 결과를 도출하였다. 둘째, 예비교사들은 다양한 분류 기준을 사용하여 삼엽충을 분류하였다. 셋째, 예비교사들의 계통도와 과학자들의 계통도는 매우 유사하였다. 예비 교사들은 과학자들이 주장하는 삼엽충 화석의 일반적인 진화 과정인 단순한 형태에서 복잡한 형태로의 변화를 관찰과 추리를 통해 분석해낸 후 이를 근거로 계통도를 구성하였다. 이러한 결과는 충분한 시간이 제공되는 그룹별 탐구활동이 매우 효과적이며 예비교사들에게 탐구 활동에 대한 경험이 매우 중요함을 다시 한 번 시사해주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was to analyze the inquiry characteristics of preservice teachers as they classify trilobites. For the study, 70 preservice teachers attending teacher training university participated. The classification tasks used in the study were 9 photos of trilobite fossils. The preservice teachers' inquiry activity was to classify the evolutionary processes of trilobites after observing trilobite fossils by group and then to construct a phylogenetic tree. The results of the study are as follows. First, preservice teachers observed the external features of the trilobites and constructed systematic classification results based on their observed contents. Second, preservice teachers classified trilobites using various classification criteria. Third, the phylogenetic tree of preservice teachers and the phylogenetic tree of scientists were very similar. The preservice teachers constructed a sphylogenetic tree based on the observation and inference of the change from a simple form to a complex form, which is a general evolution process of the trilobite fossil claimed by scientists. These results suggest that group-based inquiry activities with sufficient time are very effective and that the experience of inquiry activities is very important for preservice teachers.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Classification task(trilobites)
그림 Fig. 2. The phylogenetic tree prepared by the preservice teacher group
그림 Fig. 4. A phylogenetic tree of trilobites constructed by experts
그림 Fig. 3. Classification criteria
그림 Fig. 5. Examples of classification activities by preservice teachers
그림 Fig. 6. Observations on the underwater life of trilobites
그림 Fig. 7. Anatomical structure of trilobites(Fortey, 2007)
표 Table 1. Preservice teachers' classification criteria
그림 Fig. 8. The result of group C's classification activities
그림 Fig. 10. Preservice teachers' comments on tail’s changes
그림 Fig. 9. The result of group D's classification activities
그림 Fig. 11. Preservice teachers' comments on legs’ changes
그림 Fig. 12. Classification activities of preservice teachers similar to scientists
그림 Fig. 13. Part of the result of classification activity ofgroup B
그림 Fig. 14. Comparison of group E(A) with scientists(B) in relation to phylogenetic tree

AI 본문요약
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문제 정의

이번 연구의 구체적인 연구 문제는 ‘첫째, 그룹으로 이루어진 예비교사들의 삼엽충 분류 활동에서 보이는 관찰 특성은 어떠한가? 둘째, 예비교사들의 분류 활동 결과에서 보이는 분류 기준의 속성은 어떠한가? 셋째, 삼엽충 화석을 분류하면서 예비교사들이 작성한 삼엽충 계통도와 과학자들에 의해서 구성된 계통도의 차이는 어떠한가?’ 이다. 이 연구를 통해 우리는 예비교사들의 관찰 관점 및 분류 관점을 더 잘 이해할 수 있을 것이며, 또 교사 양성 과정 및 교사 대상 과학교육 연수 프로그램에서 이루어지는 과학 탐구 활동 형태나 구성에 구체적인 도움을 줄 수 있으리라 생각한다.
1). 이 과제는 임성만(2014)이 개발한 과학 탐구 프로그램에 포함된 것으로 과학적인 분류 활동을 경험하게 하는데 목적이 있다. 삼엽충 분류 활동 과제는 Fig.
이 연구는 예비교사들이 삼엽충을 분류하면서 보이는 탐구 특성을 분석하는 것이다. 이번 분류 활동 과제는 삼엽충의 계통도를 작성하는 것으로 관찰을 통해 삼엽충의 특징을 찾아내어 나열한 후 관찰 내용을 바탕으로 삼엽충의 진화 과정을 추리하여 논리적인 위계를 구성해야 하는 것이었다.
또한 탐구에 대한 교사들의 경험 부족이 예비교사 때의 과학교육과 관련이 많다는 지적이 있다(Windschitl & Thompson, 2006). 이에 대한 논의도 필요하리라 여겨지며 앞으로 연구 결과를 바탕으로 논의하고자 한다.

제안 방법

또 예비 초등교사가 작성한 계통도와 전문가인 고생물학자들에 의해 구성된 삼엽충 계통도(Sotelo et al., 2017)를 비교해보았다. Sotelo et al.
이와 관련하여 삼엽충 화석 과제가 분류 과제로 적절한 과제이며 체계적인 분류 과제로 개발될 필요가 있다고 생각한다. 셋째, 예비교사들의 계통도와 과학자들의 계통도를 비교해보았다. 예비교사들은 과학자들이 주장하는 삼엽충 화석의 일반적인 진화 과정인 단순한 형태에서 복잡한 형태로의 변화를 관찰과 추리를 통해 분석해낸 후 이를 근거로 계통도를 구성하였다.
수집된 자료의 분석은 1차적으로 분류하는 과정에서 나타난 예비교사들의 관찰 특성을 파악하고, 그 이후에는 양일호와 최현동(2008)의 연구에서 구성한 분류 기준의 속성에 따라 예비교사들이 사용한 분류 기준을 분석하였다(Fig. 3). 분류 기준의 속성은 여섯 가지로 구성되어 있는데 크게 질적 숙성, 차원 속성으로 구분되어 있으며, 세부적으로 질적 속성에는 세부 특징, 무선 영역, 추상적 이미지, 이차 속성이 포함되고, 차원 속성에는 양적 속성과 공간 속성이 포함되어 있다.
자료수집은 예비교사들을 대상으로 이루어지는 초등과학교육론 강좌의 과학탐구과정 요소와 관련된 활동을 통해 이루어졌다. 예비교사들을 2~3명으로 그룹을 나눈 후 Fig. 1과 같은 삼엽충 화석이 인쇄된 종이를 나눠주고 그룹원들과 토의를 통해서 삼엽충의 진화 계통도를 작성해보도록 하였다. 단 계통도를 작성할 때 진화하게 된 이유를 적어 넣도록 요구하였다.
4). 예비교사들이 작성한 것과 과학자가 작성한 것을 비교하여 예비교사들의 분류 관점이 과학자의 분류 관점과 어느 정도 유사한지, 그리고 과학적인지를 분석하였다.
예비교사들이 작성한 삼엽충의 계통도와 Sotelo 등(2017)에 의해 동물 생물학을 전공하는 학생들의 테스트용으로 작성된 삼엽충 계통도(Fig. 4)를 비교해보았다. 예비교사들이 계통도 작성에 이용한 삼엽충은 9종류이며 Sotelo 등(2017)이 작성한 계통도에서의 삼엽충은 15 종류라는 점에서 차이가 있었다.
이번 연구에서 이루어진 분류 활동은 개인별로 이루어지지 않고 그룹별로 이루어졌다. 1시간이라는 짧은 시간의 한계를 넘어 체계적인 분류 결과를 도출할 수 있었던 것은 그룹 활동으로 이루어졌기 때문으로 생각된다.
또한 관찰 특성을 바탕으로 수준 높은 추리를 하고 있었다. 후에 논의하겠지만 29개 그룹 모두 구조화된 계통도를 제시하였으며, 그중 23개의 그룹이 과학자들이 주장하는 삼엽충의 진화 과정인 단순한 구조에서 복잡한 구조로의 변화 양상과 유사하게 계통도를 구성하였다. 나머지 6개 그룹 중 4개의 그룹은 앞서 이야기한 23개의 그룹과는 반대로 복잡한 구조에서 단순한 구조로 바뀌는 계통도를 구성하였다.

대상 데이터

예비교사들이 삼엽충 분류 활동에서 보이는 특성을 분석하기 위해 초등교원 양성 대학에 다니는 2학년 학생 70명을 연구대상으로 하였다. 연구대상인 초등예비교사 70명은 초등과학교육과 관련된 내용을 수강하는 학생들이었다. 초등교원 양성대학의 특성을 반영하듯 대부분의 예비교사들은 고교시절 문과계열의 학생들이었으며 1개 그룹인 3명의 예비교사만이 과학 쪽이라고 할 수 있는 수학 심화 전공이었다.
예비교사들이 삼엽충 분류 활동에서 보이는 특성을 분석하기 위해 초등교원 양성 대학에 다니는 2학년 학생 70명을 연구대상으로 하였다. 연구대상인 초등예비교사 70명은 초등과학교육과 관련된 내용을 수강하는 학생들이었다.
2와 같다. 최종적으로 수집한 삼엽충 계통도는 총 29장이었다.

성능/효과

둘째, 예비교사들은 다양한 분류 기준을 사용하여 분류 활동을 하고 있었다. 9종류의 서로 다른 삼엽충을 관찰하고 분류하면서 양일호와 최현동(2008)이 제시한 6개의 분류 기준 속성 중에서 3가지를 사용하는 것으로 분석되었지만, 범주로는 7가지 정도의 분류 기준을 설정하여 분류하는 것으로 분석되었다. 조금 더 다양하고 많은 종류를 제시한다면 더 다양한 분류 기준이 나올 것으로 예상된다.
구체적으로 세부 특징에 관해서는 단순한 형태에서 복잡한 형태로 변하는 전체적인 구조와 특정 부위의 특징이라고 할 수 있는 꼬리의 돌출 유무를 가지고 분류하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 분류 활동은 분류 과제 해결을 위한 기본적인 분류 활동일 뿐만 아니라, 계통도와 같은 분류 체제를 만드는 활동을 위한 첫번째 단계라고 할 수 있다.
이번 활동은 삼엽충화석의 외형을 관찰하여 얻은 관찰 특성을 바탕으로 삼엽충을 나열한 후 삼엽충의 진화 과정을 논리적으로 추리하여 계통도를 만드는 것이 최종 과제였다. 그룹별로 제출된 삼엽충 분류 활동 결과인 계통도는 매우 조직적이었으며, 구조화되어 있었다. 또한 관찰 특성을 바탕으로 수준 높은 추리를 하고 있었다.
예비교사들의 삼엽충 분류 활동은 그룹으로 이루어졌다. 단독으로 이루어지는 분류 활동에 비해 그룹으로 이루어진 이번 분류 활동의 결과는 매우 수준이 높았다. 이번 활동은 삼엽충화석의 외형을 관찰하여 얻은 관찰 특성을 바탕으로 삼엽충을 나열한 후 삼엽충의 진화 과정을 논리적으로 추리하여 계통도를 만드는 것이 최종 과제였다.
분류 기준의 속성인 추상적 이미지과 관련된 예비교사들의 분류 활동 결과를 보면, 관찰 결과를 근거로 골격 구조의 변화, 꼬리의 변화, 머리 모양의 변화, 그리고 가시의 발달을 분류 기준으로 구성한 것을 확인할 수 있었다. 추상적 이미지라는 속성이 관찰을 통해 얻은 정보를 자신의 경험에 비추어 추상화하는 것으로 예비교사들은 현재 관찰되어지는 내용을 바탕으로 현실 세계에서의 자신이 경험했던 여러 생물의 생김새와 결합하여 삼엽충의 진화를 해석하고 있었다.
예비교사들이 사용한 분류 기준을 양일호와 최현동(2008)의 연구에서 구성한 분류 기준의 속성에 따라 정리하면 Table 1과 같다. 예비교사들은 분류 기준의 속성 6가지 중 무선 영역, 이차 속성, 공간적 속성을 제외한 세부 특징, 추상적 이미지, 이차 속성과 같은 3가지 속성을 가지고 분류한 것을 확인할 수 있었다. 기존 양일호와 최현동(2008)의 연구와 최현동(2011)의 연구와 비교하여 이번 연구에서 무선 영역, 이차 속성, 공간적 속성과 같은 분류 기준의 속성이 나타나지 않은 것은 이번 연구의 투입 과제인 삼엽충이 기존 연구에서 투입한 과제(조개, 화석, 눈결정, 은하)에 비해 형태가 다양하고 복잡한 구조를 하고 있으며, 무선 영역에 속하는 예상 활동, 이차 속성에 속하는 색깔, 맛, 냄새, 촉감과 같은 특징을 관찰할 수 없는 과제로 판단된다.
예비교사들의 분류 결과를 보면, 대다수의 예비교사들이 ‘먹이’, ‘헤엄’, ‘천적’ 등의 용어를 사용하며 진화의 과정을 서열화하고 분류하는 것을 볼 수 있었다.
일반적으로 학생들에게 제시되는 분류 과제를 보면, 한 무리의 과제를 주고 학생들에게 분류 기준을 세워 이분법이나 다분법으로 분류하게 하는 것이 대부분이다. 이번 연구 결과를 통해 이러한 활동을 살펴보면, 먼저 분류의 관점을 제시하고 학생들에게 분류의 목적을 인식시킨 후 분류활동이 이루어지는 것이 분류에 대한 이해와 분류 전략의 숙달 및 습득에 더 유리하다는 것을 알 수 있다. 현재까지 이루어진 탐구활동이 낮은 수준에서부터 높은 수준으로 단계적으로 서열화하여 이루어진 점을 다시 한 번 숙고해볼 필요가 있다고 본다.
예비교사들은 모양, 크기, 운동, 방향과 같은 다중 감각에 의해 인식되어 우리에게 존재하는 일차 속성과 같은 외형적인 특징을 먼저 선택하여 분류한다는 것이다. 이번 연구에서도 예비교사들은 투입 과제의 속성 상 질적 속성인 이차 속성에 대한 것은 언급하지 않았으며, 차원 속성에 해당하는 양적 속성에 해당하는 다리의 수, 굵기와 같은 속성을 통해 분류하는 모습을 보였다. 또 최현동(2011)은 예비교사들은 분류활동을 거듭할수록 분류 대상의 세부 특징을 파악하여 분류한다고 보고하였다.
이상의 결과를 통해 우리는 분류 활동과 같은 탐구 활동의 바람직한 방향을 엿볼 수 있었다. 또한 다양한 탐구 과제를 개발해야 함을 느낄 수 있었다.
예비교사들의 분류 활동을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, 예비교사들은 그룹 내 협의를 통해 삼엽충의 외형적인 특징을 잘 관찰해내고 그 내용을 바탕으로 체계적인 분류 결과를 도출하였다. 29개 그룹 모두 체계적이고 논리적인 계통도를 구성하였다.
관찰과 그룹 내 토론 그리고 추리를 통해 과학자들의 계통도와 유사한 결과물을 얻었다는 것은 매우 고무적인 일이다. 충분한 시간과 충분한 관찰, 토론이 뒷받침되는 탐구활동의 결과는 질적으로 매우 우수할 수 있음을 보여주는 것이라고 할 수 있다. 현장에서 이루어지는 탐구활동들이 시간에 쫓겨 충분히 이루어지지 못하고 있다는 것을 비추어보면 우리에게 많은 시사점을 주는 결과라고 할 수 있다.

후속연구

이번 연구의 구체적인 연구 문제는 ‘첫째, 그룹으로 이루어진 예비교사들의 삼엽충 분류 활동에서 보이는 관찰 특성은 어떠한가? 둘째, 예비교사들의 분류 활동 결과에서 보이는 분류 기준의 속성은 어떠한가? 셋째, 삼엽충 화석을 분류하면서 예비교사들이 작성한 삼엽충 계통도와 과학자들에 의해서 구성된 계통도의 차이는 어떠한가?’ 이다. 이 연구를 통해 우리는 예비교사들의 관찰 관점 및 분류 관점을 더 잘 이해할 수 있을 것이며, 또 교사 양성 과정 및 교사 대상 과학교육 연수 프로그램에서 이루어지는 과학 탐구 활동 형태나 구성에 구체적인 도움을 줄 수 있으리라 생각한다.
더불어 분류는 가장 기본적이면서도 강력한 과학 도구로 어떤 주제를 연구하기 위해 시작하는 방법이며, 극적인 통찰로 나아가는 길(Seeds, 2006)로 오랫동안 인지적 과정의 측면에서 중요하게 인식되어 왔다(Kaur, 1973). 이러한 관점에서 분류 활동을 통해 예비 교사들의 관찰과 분류와 같은 기초적인 탐구 능력을 발휘하는 과정과 능력을 분석해볼 수 있으리라 기대한다.
단독으로 이루어지는 분류 활동에 비해 그룹으로 이루어진 이번 분류 활동의 결과는 매우 수준이 높았다. 이번 활동은 삼엽충화석의 외형을 관찰하여 얻은 관찰 특성을 바탕으로 삼엽충을 나열한 후 삼엽충의 진화 과정을 논리적으로 추리하여 계통도를 만드는 것이 최종 과제였다. 그룹별로 제출된 삼엽충 분류 활동 결과인 계통도는 매우 조직적이었으며, 구조화되어 있었다.
단 예비교사들이 외형적인 특성을 바탕으로 추리하는 내용이 먹이나 천적으로부터의 보호 등으로 국한되어 있어 다소 단순한 점이 아쉬운 점으로 남았다. 이와 관련하여 삼엽충 화석 과제가 분류 과제로 적절한 과제이며 체계적인 분류 과제로 개발될 필요가 있다고 생각한다. 셋째, 예비교사들의 계통도와 과학자들의 계통도를 비교해보았다.
9종류의 서로 다른 삼엽충을 관찰하고 분류하면서 양일호와 최현동(2008)이 제시한 6개의 분류 기준 속성 중에서 3가지를 사용하는 것으로 분석되었지만, 범주로는 7가지 정도의 분류 기준을 설정하여 분류하는 것으로 분석되었다. 조금 더 다양하고 많은 종류를 제시한다면 더 다양한 분류 기준이 나올 것으로 예상된다. 단 예비교사들이 외형적인 특성을 바탕으로 추리하는 내용이 먹이나 천적으로부터의 보호 등으로 국한되어 있어 다소 단순한 점이 아쉬운 점으로 남았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	예비교사들이 삼엽충을 분류하면서 보이는 탐구 특성 3가지는 무엇인가?	구체적인 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 예비교사들은 삼엽충의 외형적인 특징을 잘 관찰해내고 그 내용을 바탕으로 체계적인 분류 결과를 도출하였다. 둘째, 예비교사들은 다양한 분류 기준을 사용하여 삼엽충을 분류하였다. 셋째, 예비교사들의 계통도와 과학자들의 계통도는 매우 유사하였다. 예비 교사들은 과학자들이 주장하는 삼엽충 화석의 일반적인 진화 과정인 단순한 형태에서 복잡한 형태로의 변화를 관찰과 추리를 통해 분석해낸 후 이를 근거로 계통도를 구성하였다.
	삼엽충은 무엇인가?	삼엽충은 가장 오래된 절지동물 중 하나로 멸종된 해양 절지동물이다(Lieberman, 2002). 예비교사들은 삼엽충 화석을 관찰하며 삼엽충의 생활 형태를 바탕으로 분류하는 특성을 보였다.
	교육과정이 학교 현장에 성공적으로 정착하기 위해서는 어떻게 해야 하나?	교육과정이 학교 현장에 성공적으로 정착하기 위해서는 무엇보다도 교사의 교육과정에 대한 이해 및 과학 내용에 대한 이해와 같은 전문성이 확보되어야 한다(곽영순, 2006; 서혜애, 2010; 최영 외, 2010; Fishman et al., 2003; Inoue, 2009).

저자의 다른 논문 :

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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