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문제 정의
- 이를 통해 성단의 색과 등급과의 관계를 확인할 수 있었다. 또한,Webda의 H-R도와 주계열의 개형을 비교해 보고 그 차이점을 논의해 보았다. Fig.
- 본 연구는 고등학생을 대상으로 학교 현장에서 다루기 쉬운 소형망원경과 DSLR 카메라를 이용하여 산개성단을 측광 관측하고, 성단의 거리, 진화 과정 등을 탐구하는 교육 프로그램을 개발하였다. 개발 프로그램은 과학 동아리나 천체 동아리의 탐구활동,R&E 주제 등으로 활용될 수 있으며 고등학생들의 천문학과 우주에 대한 관심, 과학적 태도, 융합적 탐구역량을 함양하기 위한 것이다.
- 첫째, 소형망원경과 DSLR을 활용하여 산개성단을 촬영 후 측광을 통해 데이터를 얻어낼 수 있는 방법을 알아보고, 둘째, 이를 활용해 산개성단의 H-R도 작성을 위한 탐구활동이 가능한 융합교육 프로그램을 개발한다. 셋째, 개발된 교육 프로그램이 고등학교 천체 동아리 학생들의 교육에 적합하고 타당한가를 검증하고자 한다.
- 2015개정교육과정의 비전은 ‘미래 사회에서 요구하는 창의융합형 인재 양성’과 ‘학습경험의 질 개선을 통한 행복한 학습의 구현’이라고 할 수 있다(MOE,2015). 이러한 비전을 달성하기 위한 핵심역량의 도입은 기존의 지식 이해 중심의 교육에서 배운 지식을 실제의 삶으로서 일상생활과 관심있는 분야인 천체관측 등에 적용할 수 있는 능력을 기르고자 함이다. 천체관측 활동은 창의융합교육에서 기능과 태도의 총체로서 지식정보처리 역량, 창의적 사고 역량,심미적 감성 역량, 의사소통 역량 등을 함양하도록 해야 한다.
- 이에 본 연구에서는 학교에 구비되어 있는 소형망원경과 DSLR 카메라로 촬영 후 측광을 통해 학생들이 H-R도를 작성해 보고, 나아가 성단의 거리를 추정하는 연구 과정을 경험해 볼 수 있는 천체 관측 교육 프로그램을 개발하고자 하였다. 이 프로그램은 중고등학교 과학 동아리나 천체 동아리뿐만 아니라, 지구과학 영재반 학생들을 위한 천체 관측 탐구 활동으로도 확장되어 이용될 수 있을 것이라 생각된다.
- 이후 성단들의 물리적 특성을 알아보는데 H-R도가 매우 중요함을 인지시킨다. 천체 관측부터 측광을 거쳐 H-R도 작성까지 이어지는 10차시 수업에 대한 전체적인 오리엔테이션을 실시하고 천체 측광 관측을 통한 H-R도 작성 방법에 관한 학습목표를 제시한다. 별자리 관측 프로그램(Stellarium)을 이용하여 밤하늘 별자리에 대한 예비 지식을 쌓은 후 학교 옥상에 올라가 별자리에 대한 육안관측을 한 다음 별자리 관찰 탐구 활동을 실시한다.
제안 방법
- 개발 교육 프로그램의 현장 적합성과 실제 학교현장에서의 불일치 정도를 파악하고 프로그램을 개선하기 위하여 예비 수업(pilot test)을 실시했다. 수업에 참여했던 학습자들을 대상으로 각 문항에 대한 만족도 인식을 조사하였다.
- 개발 프로그램에 대한 내용 타당도 검증(Index of Content Validity; CVI)은 30문항으로 구성된 검사지(Cronba-ch's α=0.82)를 활용하여 교육 전문가 패널 6인의 응답 결과를 분석했다.
- 개발 프로그램의 현장 적합성과 학습자 요구를 반영하기 위해 실시한 예비수업(pilot test)의 검사도구는 STEAM 교육 효과를 분석할 수 있는 설문지의 내용을 본 연구에 맞도록 수정 보완하여 사용했다(Yoon and Hong, 2012). 예비수업 결과에 대한 검사 도구는 4개 영역에 대하여 만족도 인식(11문항)을 조사하였고, 수업 과정에 대한 개방형 질문(6문항)으로 구성하였다.
- 개발된 천체 관측 교육 프로그램에서 수업에 활용되는 교재와 수업자료에 대하여 전문가 패널의 검증을 받았다. 검사도구는 융합교육 프로그램에 대한 타당도를 검증할 수 있는 설문지(Yoon and Hong,2012)를 본 연구의 목적에 적합하게 수정하여 활용하였다. 설문 항목은 교수-학습 과정의 체계성과 수업내용의 적절성 등 수업 전반에 관련된 문항들과 천체 관측 및 촬영 교육에 관련된 천문우주 소양 함양,융합적 사고 등 교육 방향의 타당성을 확인하는 설문으로 구성되어 있다.
- (2013)은 인터넷으로 제어할 수 있는 소형 원격 천체 관측소를 개발하였다. 경통은102 mm 굴절망원경을 탑재하였고 카메라를 접안부에 연결하여 원격지에서 컴퓨터를 제어하며 촬영할 수 있도록 하였다. Yang and Kim (2014)은 중고등학교에서도 쉽게 측정할 수 있는 천체 분광 관측 시스템을 개발하여 그동안 이론에만 치중되었던 분광 관측을 실습할 수 있는 계기를 마련하였다.
- (2013)은 DSLR(Digital Single-Lens Reflex) 을 이용해 태양 흑점을 관찰 후 차등 자전 주기를 측정하는 방법을 고안하였다. 관측 준비와 태양 관찰, 자료 처리, 그리고 결과 해석에 이르는 과학 탐구 활동 전 과정을 경험하도록 구성하였다.
- 이후 Maxim DL로 마스터(Master) 전처리 영상을 만들어 각 관측 영상들을 전처리 후 한 장으로 합성하였다. 다음으로 RGB 필터별로 분리하여 B, G 영상을 이용해 측광하였다. Fig.
- 둘째, 개발 프로그램은 소형 망원경을 활용하여 천문학자들의 연구과정을 따라 해 보면서 자료수집과 데이터 처리 및 분석 등을 수행해 보는 학습 과정으로 구성되어 있어서 고등학교 천체 관측 동아리 활동이나 사사과정(R&E) 등의 탐구활동에 활용할 수있도록 개발하였다.
- 첫째, 천체 관측 교육 프로그램을 개발하기 위해 4단계 교수-학습 설계 모형(PDIE)에 따라 각 단계에서 전문가 패널의 의견을 반영하고 수정-보완하여 완성하였다. 먼저 2015개정 교육과정을 분석하여 학습 내용을 선정하고, 차시별 계획과 교수-학습 과정안,교사용 안내자료, 학생 탐구 활동지 등을 천체 관측교육과 지구과학 교과 지도의 관점에서 개발하였다. 수업 과정은 STEAM 수업 모형을 적용하였고, 총 10차시 분량으로 소집단 프로젝트 교수-학습 자료를 개발하였다.
- 초등학교 과학과에서는 ‘태양계와 별’단 원(5학년)을 통해 태양계의 특징과 별자리를 이해하도록 하고 있다. 별과 별자리의 의미를 알고, 북극성을 찾는 활동을 통해 별자리가 방위를 찾는 방법으로 실제 이용되고 있음을 탐구하도록 한다. 여기서는 북극성 주변의 별자리만 다루며 계절별 별자리와 관련짓지 않도록 하고 있다.
- 천체 관측부터 측광을 거쳐 H-R도 작성까지 이어지는 10차시 수업에 대한 전체적인 오리엔테이션을 실시하고 천체 측광 관측을 통한 H-R도 작성 방법에 관한 학습목표를 제시한다. 별자리 관측 프로그램(Stellarium)을 이용하여 밤하늘 별자리에 대한 예비 지식을 쌓은 후 학교 옥상에 올라가 별자리에 대한 육안관측을 한 다음 별자리 관찰 탐구 활동을 실시한다. 성단의 관측과 촬영, 측광 과정을 통해 관측 자료를 직접 수집하고,이를 분석하고, H-R도를 작성하는 방법 등을 토의한다(Fig.
- 천체관측 활동은 창의융합교육에서 기능과 태도의 총체로서 지식정보처리 역량, 창의적 사고 역량,심미적 감성 역량, 의사소통 역량 등을 함양하도록 해야 한다. 본 연구에서는 2015개정과학과 교육과정에서 제시되어 있는 학습요소, 성취기준 해설, 교수학습방법 및 유의사항, 평가 방법 및 유의사항을 분석하여 천체관측과 우주에 대한 관련 내용체계와 성취기준, 탐구활동 내용을 분석하였다. 또한 초중학교과학과 고등학교 통합과학, 과학탐구실험, 지구과학 I, II 교과서를 분석하여 고등학생들의 천체 관측 교육 자료를 선정했다.
- 평가 단계는 STEAM 자료의 적합성과 효과를 파악하기 위한 평가를 실시하고,자료를 수정 및 보완하여 최종적인 STEAM 자료를 완성하는 단계이다. 본 연구에서는 먼저, 성단의 측광 관측을 주제로 융합교육을 위한 학생용 학습자료와 교사용 수업자료(수업지도안, 프리젠테이션 자료,동영상, 관측 및 측광 안내 매뉴얼, 평가자료 등)를개발했다. 학생용 학습자료는 교재 형태로 학생들에게 제공되며 교육의 목표와 대상, 수업방법 등은 Table 1과 같다.
- 이를 반영하여 핵심 개념과 학습자 활동 중심으로 수업 내용을 적정화하여 학생들이 좀 더 여유 있게 활동할 수 있도록 보완했다. 새로운 용어의 소개와 천체 관측 및촬영 방법 연습 및 실습 과정에서 학생들이 이해하기 쉽도록 충분히 설명하고, 질의-응답 시간을 갖도록 개선하였다.
- 검사도구는 융합교육 프로그램에 대한 타당도를 검증할 수 있는 설문지(Yoon and Hong,2012)를 본 연구의 목적에 적합하게 수정하여 활용하였다. 설문 항목은 교수-학습 과정의 체계성과 수업내용의 적절성 등 수업 전반에 관련된 문항들과 천체 관측 및 촬영 교육에 관련된 천문우주 소양 함양,융합적 사고 등 교육 방향의 타당성을 확인하는 설문으로 구성되어 있다. 천체 관측 및 촬영 관련 전문가 1명, 융합 교육 전문가 교수 2명과 고등학교 지구과학 교사 3명 등 총 6명의 패널이 참여하여 윤리와 안전, 수업내용, 교수 학습 과정, 평가, 교재 및 프리젠테이션 등 5가지 측면에서 패널들 간의 신뢰도를 구축한 후 타당도를 검증했다.
- 이 단계에서는 감성적 체험 과정에서 배우고 느낀 것을 토대로 새로운 도전의 기회를 제공하고 수업과정에서 완성된 산출물을 발표할 수 있는 장을 마련한다. 성단의 ZAMS (영연령 주계열)를 이용하여 기기등급으로 그린 M44의 자료와 겹쳐 봄으로써 성단의 거리를 구하고, 선행 연구자들의 값과 비교 후 차이가 나는 원인을 발표해 보도록 했다. Fig.
- 별자리 관측 프로그램(Stellarium)을 이용하여 밤하늘 별자리에 대한 예비 지식을 쌓은 후 학교 옥상에 올라가 별자리에 대한 육안관측을 한 다음 별자리 관찰 탐구 활동을 실시한다. 성단의 관측과 촬영, 측광 과정을 통해 관측 자료를 직접 수집하고,이를 분석하고, H-R도를 작성하는 방법 등을 토의한다(Fig. 2).
- 셋째, 개발 프로그램의 현장 적합성과 실제 학교 현장에서의 불일치 정도를 줄이기 위해 고등학교 천체 동아리 학생들을 대상으로 예비 수업에 적용하였다. 수업에 참여했던 학생들은 천체 관측에 관심이 많고 탐구 의지가 높아서 학습태세가 우수한 사례였다.
- 먼저 2015개정 교육과정을 분석하여 학습 내용을 선정하고, 차시별 계획과 교수-학습 과정안,교사용 안내자료, 학생 탐구 활동지 등을 천체 관측교육과 지구과학 교과 지도의 관점에서 개발하였다. 수업 과정은 STEAM 수업 모형을 적용하였고, 총 10차시 분량으로 소집단 프로젝트 교수-학습 자료를 개발하였다. 개발 프로그램의 타당성과 현장 적합성 등을 검증받기 위해 6명의 전문가 패널을 대상으로 5개 영역의 30문항으로 구성된 검사도구를 활용하여 검사한 결과, 5점 리커트 척도에서 평균 4.
- 개발 교육 프로그램의 현장 적합성과 실제 학교현장에서의 불일치 정도를 파악하고 프로그램을 개선하기 위하여 예비 수업(pilot test)을 실시했다. 수업에 참여했던 학습자들을 대상으로 각 문항에 대한 만족도 인식을 조사하였다. 전체 문항에 대하여 리커트 5점 척도 평균은 4.
- 수업의 기본적인 구성 체계는 STEAM 수업 과정에 따라 ‘상황제시-창의적 설계-감성적 체험-새로운 도전-정리 및 평가’의 순으로 구조화하였다.
- 연구를 위해 먼저 소형망원경과 DSLR을 이용한 천체 측광 연구에 대한 문헌 및 선행연구를 통해 연구계획을 수립하였다. 전문가 패널의 협의를 거쳐 교육과정과 교과서를 분석하여 교육 자원을 추출했고, 야외천체관측과 STEAM (Science, Technology, Engineering,Arts, and Mathematics) 교육 모형을 적용하여 지구과학 교과 천체 관측 교육 프로그램을 구안했다.
- 개발 프로그램의 현장 적합성과 학습자 요구를 반영하기 위해 실시한 예비수업(pilot test)의 검사도구는 STEAM 교육 효과를 분석할 수 있는 설문지의 내용을 본 연구에 맞도록 수정 보완하여 사용했다(Yoon and Hong, 2012). 예비수업 결과에 대한 검사 도구는 4개 영역에 대하여 만족도 인식(11문항)을 조사하였고, 수업 과정에 대한 개방형 질문(6문항)으로 구성하였다. 긍정적인 태도를 표현하는 문항의 경우에는 ‘매우 그렇다(5점)’, ‘그렇다(4점)’, ‘보통이다(3점)’, ‘동의하지 않는다(2점)’, ‘매우 동의하지 않는다(1점)’로 채점하였으며 부정적인 태도를 표현하는 문항의 경우는 이와 반대로 채점하였다(Kind et al.
- 90)는 의견이 있었다. 이를 반영하여 핵심 개념과 학습자 활동 중심으로 수업 내용을 적정화하여 학생들이 좀 더 여유 있게 활동할 수 있도록 보완했다. 새로운 용어의 소개와 천체 관측 및촬영 방법 연습 및 실습 과정에서 학생들이 이해하기 쉽도록 충분히 설명하고, 질의-응답 시간을 갖도록 개선하였다.
- 학생들은 산개성단 M44의 관측 영상과 전처리 영상(Bias, Dark, Flat)을 각각 5장씩 얻었으며 모든 사진은 Raw 파일로 저장하였다. 이후 Maxim DL로 마스터(Master) 전처리 영상을 만들어 각 관측 영상들을 전처리 후 한 장으로 합성하였다. 다음으로 RGB 필터별로 분리하여 B, G 영상을 이용해 측광하였다.
- 자료 수집을 위해 2015개정 과학과 교육과정과 교과서를 분석하였고, 소형 망원경과 DSLR을 활용한 측광 관측을 통한 H-R도 작성 교육에 적합한 수업모형을 탐색하였다. 개발된 교육 프로그램은 6인의 교육 전문가 패널에 의해 타당도와 적합성을 검증 받는 자료를 수집하였다.
- 연구를 위해 먼저 소형망원경과 DSLR을 이용한 천체 측광 연구에 대한 문헌 및 선행연구를 통해 연구계획을 수립하였다. 전문가 패널의 협의를 거쳐 교육과정과 교과서를 분석하여 교육 자원을 추출했고, 야외천체관측과 STEAM (Science, Technology, Engineering,Arts, and Mathematics) 교육 모형을 적용하여 지구과학 교과 천체 관측 교육 프로그램을 구안했다. 개발 프로그램에 대해 과학교육 전문가의 타당도 검증과 실제 학교현장 적용의 적합성을 높이기 위해 예비수업(pilot test)을 통한 학생들의 반응을 분석 후그 결과를 완성했다(Fig.
- 창의적 설계 단계에서는 다음 단계인 자기주도적 감성적 체험활동을 위한 기구 사용과 방법적 기능 등을 습득하는 수업으로서 총 3차시에 걸쳐 ‘성도-관측 장비(망원경-DSLR 등)-천체 사진 촬영-SW 활용’ 등을 실습하였다.
- 설문 항목은 교수-학습 과정의 체계성과 수업내용의 적절성 등 수업 전반에 관련된 문항들과 천체 관측 및 촬영 교육에 관련된 천문우주 소양 함양,융합적 사고 등 교육 방향의 타당성을 확인하는 설문으로 구성되어 있다. 천체 관측 및 촬영 관련 전문가 1명, 융합 교육 전문가 교수 2명과 고등학교 지구과학 교사 3명 등 총 6명의 패널이 참여하여 윤리와 안전, 수업내용, 교수 학습 과정, 평가, 교재 및 프리젠테이션 등 5가지 측면에서 패널들 간의 신뢰도를 구축한 후 타당도를 검증했다. 타당도 검증 과정에서 패널들이 프로그램 개선에 대한 의견을 제시하였고,이를 반영하여 델파이 방법으로 수정-보완하며 개선하였다.
- 수업관찰 결과, 학생 주도적인 관측 활동과 실황 관측 자료 수집, 새로운 탐구의 경험 등에 학생들이 매우 만족함을 관찰하였다. 천체 관측과정에서 직면하는 많은 문제 상황에 대해 조별 협력학습으로 창의적 문제 해결 과정과 의사소통 역량을 발휘하는 것을 관찰했다. 교실에서 배우는 지구과학 교과 지식을 바탕으로 실제 천체 관측 현장에서 실황자료를 직접 수집하고 이를 분석하여 천문학자들이 하는 탐구활동을 진행해 보는 활동이 적극적이고 학생 주도적인 수업 상황을 만들 수 있음을 시사한다.
- 고등학교 과학탐구실험에서는 ‘생활 속의 과학 탐구’ 단원을 통해 우주와 천체에 대해 흥미와 호기심을 갖고 과학 탐구에 참여하고, 분야 간 협동 연구 등을 통해 협력적 탐구 활동을 수행하며, 도출한 결과를 증거에 근거하여 해석하고 평가할 수 있도록 하고 있다. 천체(성단) 관측 등 탐구 수행으로 얻은 정성적 혹은 정량적 데이터를 분석하고, 그 결과를 다양하게 표상하고 결론을 도출하며 소통할 수 있도록 한다. 지구과학 I에서 ‘별과 외계 행성계’ 단원을 통해 우리 은하에 있는 별을 H-R도에 나타낸 자료로부터 별의 진화 과정의 특징을 설명하고 주계열성의 에너지원을 알고 주계열성의 내부 구조가 질량에 따라 달라짐을 이해하도록 하고 있다.
- 본 연구의 구체적인 연구문제는 다음과 같다. 첫째, 소형망원경과 DSLR을 활용하여 산개성단을 촬영 후 측광을 통해 데이터를 얻어낼 수 있는 방법을 알아보고, 둘째, 이를 활용해 산개성단의 H-R도 작성을 위한 탐구활동이 가능한 융합교육 프로그램을 개발한다. 셋째, 개발된 교육 프로그램이 고등학교 천체 동아리 학생들의 교육에 적합하고 타당한가를 검증하고자 한다.
- 첫째, 천체 관측 교육 프로그램을 개발하기 위해 4단계 교수-학습 설계 모형(PDIE)에 따라 각 단계에서 전문가 패널의 의견을 반영하고 수정-보완하여 완성하였다. 먼저 2015개정 교육과정을 분석하여 학습 내용을 선정하고, 차시별 계획과 교수-학습 과정안,교사용 안내자료, 학생 탐구 활동지 등을 천체 관측교육과 지구과학 교과 지도의 관점에서 개발하였다.
- 학생들은 야간에 학교 근교의 야외로 나가 소형망원경과 DSLR을 연결하여 직초점 촬영을 통해 산개성단을 촬영하는 야외천체사진 촬영학습을 실시한다. 촬영 과정에서 팀별 협동학습의 장점과 천체 관측 및 자료 수집에 대한 재미를 느낄 수 있도록 했고,전문가가 밤하늘을 보면서 별자리를 신화와 함께 설명하며 팀별로 다양한 천체를 관측해 보고 토의하며 천문 우주에 대한 관심과 흥미가 충족되고 감성적 체험을 할 수 있도록 했다. 학생들은 산개성단 M44의 관측 영상과 전처리 영상(Bias, Dark, Flat)을 각각 5장씩 얻었으며 모든 사진은 Raw 파일로 저장하였다.
- 천체 관측 및 촬영 관련 전문가 1명, 융합 교육 전문가 교수 2명과 고등학교 지구과학 교사 3명 등 총 6명의 패널이 참여하여 윤리와 안전, 수업내용, 교수 학습 과정, 평가, 교재 및 프리젠테이션 등 5가지 측면에서 패널들 간의 신뢰도를 구축한 후 타당도를 검증했다. 타당도 검증 과정에서 패널들이 프로그램 개선에 대한 의견을 제시하였고,이를 반영하여 델파이 방법으로 수정-보완하며 개선하였다.
- 1과 같다. 프로그램의 개발 과정과 타당도 검증, 예비 적용 수업 등 연구의 전 과정에서 지구과학과 천체 관측, 과학교육의 전문가인 6명 패널(지구과학 교사 3명, 과학교육 전문가 2명, 천체 관측 및 촬영 전문가1명)이 참여하여 델파이 분석으로 개발 하였고, 검토와 평가를 통해 프로그램을 개선했다.
- 89)로 매우 타당하다는 검증을 받았다(Table 3). 프로그램의 타당성 검증 과정에서 야외학습의 안전 준수와 수업 내용(분량, 시간 배정)의 적절성, 학습 내용의 학교 급간 연계와 계열성에 대한 의견이 제시되어 이를 반영하여 보완하였다.
- 촬영 과정에서 팀별 협동학습의 장점과 천체 관측 및 자료 수집에 대한 재미를 느낄 수 있도록 했고,전문가가 밤하늘을 보면서 별자리를 신화와 함께 설명하며 팀별로 다양한 천체를 관측해 보고 토의하며 천문 우주에 대한 관심과 흥미가 충족되고 감성적 체험을 할 수 있도록 했다. 학생들은 산개성단 M44의 관측 영상과 전처리 영상(Bias, Dark, Flat)을 각각 5장씩 얻었으며 모든 사진은 Raw 파일로 저장하였다. 이후 Maxim DL로 마스터(Master) 전처리 영상을 만들어 각 관측 영상들을 전처리 후 한 장으로 합성하였다.
대상 데이터
- 2015개정 과학과 교육과정(MOE, 2015)과 초중고등학교 과학, 통합과학, 과학탐구실험, 지구과학 I, II 교과서를 분석하여 고등학생의 천체 관측 교육 자료를 선정했다. 초등학교 과학과에서는 ‘태양계와 별’단 원(5학년)을 통해 태양계의 특징과 별자리를 이해하도록 하고 있다.
- 자료 수집을 위해 2015개정 과학과 교육과정과 교과서를 분석하였고, 소형 망원경과 DSLR을 활용한 측광 관측을 통한 H-R도 작성 교육에 적합한 수업모형을 탐색하였다. 개발된 교육 프로그램은 6인의 교육 전문가 패널에 의해 타당도와 적합성을 검증 받는 자료를 수집하였다. 예비수업(pilot test) 적용은 대전의 D 과학고등학교 천체 동아리 학생 9명을 대상으로 2019년 3월부터 4월까지 10차시 수업으로 진행하였다.
- 본 연구에서는 2015개정과학과 교육과정에서 제시되어 있는 학습요소, 성취기준 해설, 교수학습방법 및 유의사항, 평가 방법 및 유의사항을 분석하여 천체관측과 우주에 대한 관련 내용체계와 성취기준, 탐구활동 내용을 분석하였다. 또한 초중학교과학과 고등학교 통합과학, 과학탐구실험, 지구과학 I, II 교과서를 분석하여 고등학생들의 천체 관측 교육 자료를 선정했다.
- 연구 대상은 대전시 D과학고등학교 천체 동아리 학생 9명을 대상으로 하였다. 학생들의 자발적인 참여 의사를 확인한 후, 학부모와 학교장의 동의를 거친 후 연구에 참여시켰다.
- 예비수업(pilot test) 적용은 대전의 D 과학고등학교 천체 동아리 학생 9명을 대상으로 2019년 3월부터 4월까지 10차시 수업으로 진행하였다. 예비수업 적용 과정에서 학생 보고서와 산출물, 설문지 등으로 현장 적합성 검증 자료를 수집하였다.
- 개발된 교육 프로그램은 6인의 교육 전문가 패널에 의해 타당도와 적합성을 검증 받는 자료를 수집하였다. 예비수업(pilot test) 적용은 대전의 D 과학고등학교 천체 동아리 학생 9명을 대상으로 2019년 3월부터 4월까지 10차시 수업으로 진행하였다. 예비수업 적용 과정에서 학생 보고서와 산출물, 설문지 등으로 현장 적합성 검증 자료를 수집하였다.
데이터처리
- ,2007). 수집된 자료는 SPSS/Win 23.0 프로그램을 이용하여 통계 처리를 통해, 개방형 질문과 수업 관찰 및 면담에 의해 수집된 자료는 정성적 방법에 의해 분석하였다(Strauss and Corbin, 1998). 수업에 참여했던 학생들과 예비교사들의 의견을 반영하여 학교 현장에 적합하게 운영될 수 있도록 개발 프로그램을 개선했다.
이론/모형
- STEAM 교육 프로그램 개발 모형은 준비-개발-실행-평가의 4단계로 구성된 Kim (2011)의 PDIE (Preparation,Development, Implementation, Evaluation) 모형을 활용하였다. PDIE 모형에서 준비 단계는 STEAM 자료개발의 사전 단계로서 학습자 및 대상자들의 요구와 교육과정, 교과서 등을 분석하고, 학습 목표와 평가도구를 설계한다.
- 모든 별들의 B, G 등급을 구해 존슨(Jhonson)의 B, V 등급으로 변환하였고 이를 이용해 H-R도를 완성하였다. 본 연구에서는 Parket al. (2016)가 제시한 변환식에서 색지수 항을 하나로 만든 후 변환과정에 사용하였다. 이를 통해 성단의 색과 등급과의 관계를 확인할 수 있었다.
- (2011)은 창의적 설계와 감성적 체험을 통해 과학기술과 관련된 다양한 분야의 융합적 지식, 과정, 본성에 대한 흥미와 이해를 높여 창의적이고 종합적으로 문제를 해결할 수 있는 융합적 소양을 갖춘 인재를 양성하는 교육 모델로서 STEAM 교육을 제안했다. 본 연구에서는 과학 탐구의 협력적 본성에 기초하여 학생들의 협동학습 활동을 통하여 창의성 뿐만 아니라, 소통과 배려를 추구하는 STEAM 교육모델을 적용하였다. 교사와 지식 중심의 과학(Earson,Eyes on)에서 학습자가 스스로 활동하여 즐거움을 찾고 실생활에 응용할 수 있는 과학(Hands-on,Minds-on)으로 발전시키며, 궁극적으로 개념 기반의 융합적 사고와 창조적 아이디어를 산출(Hearts-on)할 수 있도록 했다(Yoon and Hong, 2012).
성능/효과
- • 관측과 촬영 과정에서 보이지 않던 천체를 촬영했을 때 그 이미지를 보고 학생들이 감동하는 모습을 보였고, 실제 학생들이 직접 별을 관측하고 촬영 및 실습하는 과정을 통해 새로운 경험을 할 수 있는 기회여서 좋았다는 반응이 있었다.
- • 촬영 중에 스마트폰 사용이나, 별지시기를 사용하여 재촬영한 사례가 있었고, DSLR 사용법, 천체사진 촬영법, 스타호핑법 등을 완벽히 숙지하지 못하여 성단을 촬영하지 못한 팀이 있었는데,이를 위해 사전 준비 및 설계 시간을 조금 더 주는 것이 좋은 것 같았다(관측에 필요한 장비 세팅 등 충분한 사전준비 및 사전실습 시간을 줄 필요가 있음).
- (2012)은 천체 분광 실험 교육을 위하여 과학교육용 실험 장비인 랩주니어(Lab-Junior)를 이용하여 소형망원경으로도 천체의 스펙트럼을 얻을 수 있는 어댑터를 개발하였다. 5인치 망원경에 랩주니어 장비를 장착하여 달과 행성의 태양반사 스펙트럼을 얻을 수 있었고, 12인치 망원경에 장착하여 데네브(deneb) 같은 밝은 천체의 스펙트럼을 얻을 수 있었다. Yang et al.
-
교육 프로그램 검증과 개선
개발된 천체 관측 교육 프로그램에서 수업에 활용되는 교재와 수업자료에 대하여 전문가 패널의 검증을 받았다. 검사도구는 융합교육 프로그램에 대한 타당도를 검증할 수 있는 설문지(Yoon and Hong,2012)를 본 연구의 목적에 적합하게 수정하여 활용하였다.
- 82)를 활용하여 교육 전문가 패널 6인의 응답 결과를 분석했다. 그 결과 모든 검사항목에서 5점 리커트 척도 3.90 이상, 평균 4.26 (CVI.89)로 매우 타당하다는 검증을 받았다(Table 3). 프로그램의 타당성 검증 과정에서 야외학습의 안전 준수와 수업 내용(분량, 시간 배정)의 적절성, 학습 내용의 학교 급간 연계와 계열성에 대한 의견이 제시되어 이를 반영하여 보완하였다.
- 17이다(Table 4). 모든 검사 문항에서 3.68 이상으로 프로그램의 유용성과 흥미도, 참신한 학습 내용, 천체 관측 수업 적합성 등에서 만족하였음을 알 수 있다. 특히 수업 내용이 어려운 천체관측을 직접 수행하고 자료를 수집-분석하는 과정이 참신하고 새로워서 재미있었다는 의견이 많았고(4.
- 68 이상으로 프로그램의 유용성과 흥미도,참신한 학습 내용, 천체 측광 관측 수업 적합성 등에서 만족하였다. 수업관찰 결과, 학생 주도적인 관측 활동과 실황 관측 자료 수집, 새로운 탐구의 경험 등에 학생들이 매우 만족함을 관찰하였다. 천체 관측과정에서 직면하는 많은 문제 상황에 대해 조별 협력학습으로 창의적 문제 해결 과정과 의사소통 역량을 발휘하는 것을 관찰했다.
- 수업에 참여했던 학생들은 천체 관측에 관심이 많고 탐구 의지가 높아서 학습태세가 우수한 사례였다. 프로그램 만족도는 평균 4.17이었으며 모든 검사 문항에서 3.68 이상으로 프로그램의 유용성과 흥미도,참신한 학습 내용, 천체 측광 관측 수업 적합성 등에서 만족하였다. 수업관찰 결과, 학생 주도적인 관측 활동과 실황 관측 자료 수집, 새로운 탐구의 경험 등에 학생들이 매우 만족함을 관찰하였다.
후속연구
- 개발 프로그램은 과학 동아리나 천체 동아리의 탐구활동,R&E 주제 등으로 활용될 수 있으며 고등학생들의 천문학과 우주에 대한 관심, 과학적 태도, 융합적 탐구역량을 함양하기 위한 것이다.
- 첫째, 이 프로그램을 고등학교 과학동아리 탐구활동에 적용할 경우, 충분한 실습과 연습 시간을 제공해야 하며 학생 중심의 자발적인 탐구활동과 조별 협력학습으로 안내한다면 교육 효과가 더 클 것이다. 둘째, 학생들의 관심과 흥미가 높은 천문학 분야에서 실질적인 관측 활동과 야외 현장 중심의 수업은 학생들에게 다양한 문제 상황과 예기치 못한 문제를 직면하게 함으로서 조원들 간의 동료학습과 창의적인 문제해결 역량을 기를 수 있어서 미래 사회의 창의적인 융합인재 교육의 좋은 사례가 될 수 있을 것이다. 이와 같이 교실에서 배운 전문적인 지식을 실제상황에서 탐구하고 적용해 보는 교육프로그램을 다양한 분야와 교과에서 개발할 것을 제언한다.
- 본 연구를 통해 천체 동아리나 지구과학 사사 과정 학생들에게 천문학자들이 하는 천체 측광 연구의기초를 경험해 보게 함으로써 천문 우주 마인드를형성하고 미래 학습자 역량으로서 과학적 소양을 함양할 수 있을 것으로 기대한다. 본 연구를 토대로 다음을 제언한다.
- 이에 본 연구에서는 학교에 구비되어 있는 소형망원경과 DSLR 카메라로 촬영 후 측광을 통해 학생들이 H-R도를 작성해 보고, 나아가 성단의 거리를 추정하는 연구 과정을 경험해 볼 수 있는 천체 관측 교육 프로그램을 개발하고자 하였다. 이 프로그램은 중고등학교 과학 동아리나 천체 동아리뿐만 아니라, 지구과학 영재반 학생들을 위한 천체 관측 탐구 활동으로도 확장되어 이용될 수 있을 것이라 생각된다. 본 연구의 구체적인 연구문제는 다음과 같다.
- 둘째, 학생들의 관심과 흥미가 높은 천문학 분야에서 실질적인 관측 활동과 야외 현장 중심의 수업은 학생들에게 다양한 문제 상황과 예기치 못한 문제를 직면하게 함으로서 조원들 간의 동료학습과 창의적인 문제해결 역량을 기를 수 있어서 미래 사회의 창의적인 융합인재 교육의 좋은 사례가 될 수 있을 것이다. 이와 같이 교실에서 배운 전문적인 지식을 실제상황에서 탐구하고 적용해 보는 교육프로그램을 다양한 분야와 교과에서 개발할 것을 제언한다.
- 본 연구를 토대로 다음을 제언한다. 첫째, 이 프로그램을 고등학교 과학동아리 탐구활동에 적용할 경우, 충분한 실습과 연습 시간을 제공해야 하며 학생 중심의 자발적인 탐구활동과 조별 협력학습으로 안내한다면 교육 효과가 더 클 것이다. 둘째, 학생들의 관심과 흥미가 높은 천문학 분야에서 실질적인 관측 활동과 야외 현장 중심의 수업은 학생들에게 다양한 문제 상황과 예기치 못한 문제를 직면하게 함으로서 조원들 간의 동료학습과 창의적인 문제해결 역량을 기를 수 있어서 미래 사회의 창의적인 융합인재 교육의 좋은 사례가 될 수 있을 것이다.
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