[논문]수학과 연계한 장소기반 지구과학 프로그램에 대한 교육봉사활동 사례 연구: 지구의 크기 측정

유은정; 김경화

doi:10.5467/jkess.2019.40.5.518

수학과 연계한 장소기반 지구과학 프로그램에 대한 교육봉사활동 사례 연구: 지구의 크기 측정
A Case Study of Service Education Activities Applying Mathematics into a Place-Based Earth Science Program: Measuring the Earth's Size 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.40 no.5, 2019년, pp.518 - 537

유은정 (한국교육과정평가원) , 김경화 (창덕여자중학교)

초록
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본 연구는 중학교 교육과정에서 수학과 연계된 지구과학 실험 중 지구의 크기 측정을 중심으로 총 30시간 동안 지구과학 교육봉사 활동에 참여한 예비 지구과학교사와 중학생들에게 본 프로그램이 주는 의미를 살펴보고 혁신적 수업으로의 가능성을 탐색해 보았다. 중학교 과학 교과서에 소개된 고대 그리스 시대 에라토스테네스의 그림자 길이를 이용한 지구 크기 측정 실험에서 나타나는 오차를 최소화하기 위하여, 멀리 떨어진 수도권과 지방의 두 개의 중학교에서 삼각비를 이용한 탐구 활동을 수행 한 후, 실측한 자료를 두 학교 학생들이 공유하여 지구의 크기를 최종적으로 계산하였다. 이 과정을 통해 실측 자료를 효과적으로 표현하는 수학적 방법을 배우며, 반복적이고 정확한 자료 획득 과정의 중요성과 어려움을 체험하고, 도출된 결과에 포함된 오차의 원인들에 대해 토론하였다. 본 연구 결과는 학생들이 지구과학 탐구의 특성을 이해하고, 2015 개정 교육과정에서 과학과 수학교과에서 공통적으로 강조하고 있는 교과 역량인 문제 해결력, 사고력, 의사소통 능력을 함양할 수 있는 수학 과학 통합 프로그램 개발에 기초 자료를 제공할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined the implications of a place-based earth science program integrated with Mathematics. 11 pre-service earth science teachers and 22 middle school students participated in the service education activities of earth science for 30 hours focusing on the measurement of the earth's size through earth science experiments as part of the middle school curriculum. In order to minimize errors that may occur during the earth's size measurement experiments using Eratosthenes's shadows length method of the ancient Greek era, the actual data were collected after triangulation ratios were conducted in the locations of two middle schools: one in remote metropolitan and the other in rural area. The two schools' students shared the final estimate result. Through this process, they learned the mathematical method to express the actual data effectively. Participants, experienced the importance and difficulty of the repetitive and accurate data acquisition process, and also discussed the causes of errors included in the final results. It implies that a Place-Based Earth Science Program activity can contribute to students' increased-understanding of the characteristics of earth science inquiry and to developing their problem solving skills, thinking ability, and communication skills as well, which are commonly emphasized in science and mathematics in the 2015 reunion curriculum. It is expected that a place-based science program can provide a foundation for developing an integrated curriculum of mathematics and science.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 수학을 연계한 장소기반의 지구과학 프로그램을 개발 및 적용하여 혁신적 수업으로의 가능성과 교과 역량 신장이라는 2015 개정 교육과정의 목표를 달성하는데 기여할 수 있는지 그 가능성을 살펴보고자 하였다. 이를 위하여 다음과 같이 외부자적 관점(etic)과 내부자적 관점(emic)에서 연구 문제를 설정하였다.

제안 방법

이에 본 연구의 출발점은 중학교 지구과학 영역의 수업 활동에서 학습자들에게 어렵게 느껴지는 지구과학 개념에 대한 이해도를 높이고자 시작하였다. 본 연구에서는 중학교 교육과정 내 지구과학 영역중 이해가 어렵다고 판단되는 지구의 크기 측정 실험을 수학교과의 삼각비를 활용하여 학생들에게 친숙한 장소를 기반으로 진행해보았다. 과학에서 수학의 활용은 과학적 소양의 전제인 동시에 과학적 문제를 해결하는 실마리로 기능한다.
연구가 시작된 시점인 2019년 1월은 겨울방학 중이었음에도 학생들은 3박 4일간 과학 캠프에 자발적으로 참여하였다. 본 연구의 공동 저자이자 미래학교 과학교사인 지도교사는 지구과학 교육봉사 프로그램을 진행한 예비교사들의 지구 크기 측정 수업 활동에 방해가 되지 않도록 전체 진행에 행정적인 도움을 주었을 뿐 직접적으로 본 수업의 방향을 제시하거나 개입하지 않고 예비교사와 중학생들 사이에 활발한 교류가 자연스럽게 이루어지도록 가급적 교육에 직접 참여하지 않으며 수업을 참관하고 분석하였다. 수업활동은 모두 예비교사들 중심으로 구성되어 진행되었다.

대상 데이터

본 연구는 2019년 1월 현재 수도권 소재 C여중 2학년 12명과 지방 소재 남녀공학 A중학교 3학년 10명을 대상으로 하였다. 수업은 총 30시간(3박 4일) 동안 수도권과 지방에서 각각 이루어졌으며, 지구의 크기 측정을 주제로 수도권에 위치한 사범대학의 교육봉사* 프로그램에 참여한 12명의 지구과학 예비교사에 의해 진행되었다.

이론/모형

이에 지구과학 예비교사들은 삼각비 내용을 지구과학 수업에 적용하여 지구 크기 측정 수업을 계획하였다. 추출된 수학요소들이 과학 성취기준과 연계하여 지구과학 수업에 잘 반영되었는지를 살펴보기 위하여 PSMT (preservice Science and Math Teacher) 수업 분석에 광범위하게 이용되는 수업관찰 도구인 혁신적 교수 관찰 프로토콜(Reformed Teaching Observation Protocol) RTOP (Piburn et al., 2000; Sawada et al., 2002; Temiz and Topcu., 2014)를 분석 도구로 사용하였다.

성능/효과

둘째, 내부자적 관점에서 본 수업을 평가한 결과, 본 수업 활동은 예비교사 보다 학생들의 만족도가 더 높은 특징을 보여 주었다. 예비 교사의 경우 본 수업에서 학생들이 보여준 수업에 대한 열의를 몸소 느끼면서 오히려 수업을 더 잘 준비해 왔어야 했다는 반성의 기회가 되었다고 말한 반면, 학생들은 본 수업을 통해 지구과학에 흥미를 발견하고 과학 관련 진로를 결정하게 되는 계기가 되었다고 언급하였다.
첫째, 외부자적 관점에서 본 수업을 평가한 결과, 본 수업 활동은 학습 공동체의 구성원으로 학생 개개인을 참여시키도록 설계되었고, 학생 스스로 실험장치를 고안해 보도록 격려하였기 때문에 학생과 학생 사이에 자유로운 아이디어가 교환되었다. 실생활 주변에서 쉽게 구할 수 있는 도구들로 실험 장치를 구성하고 실측을 통해 실험 장치를 보완해나가는 과정을 통해 학생의 사고를 자극하며 학생이 주도하는 구성주의적 활동으로 진행되었음을 확인할 수 있었다.

후속연구

둘째, 장소를 기반으로 하는 지구과학 탐구의 특성을 살리는 다양한 실험활동을 모색하고 장소에 따른 독특한 경험을 통해 학생들의 지구과학 개념 형성에 유의미한 학습의 기회를 제공해 주어야 할 것이다.
셋째, 교육봉사 프로그램의 필요성과 효율적인 운영방법에 대한 사례를 수합하여 학교 현장과 협력적인 관계를 통해 예비교사의 자질을 향상하는 기회를 마련해 주어야 할 것이다.
첫째, 지구과학개념 중 수학적인 내용이 필요한 부분에 대한 연구가 필요하며 이를 위해서는 교육과정 구성 시 수학과 교육과정을 참고하는 일이 무엇보다 선행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	과학 현상을 이해하는데 어려움을 주는 요인은 무엇인가?	그러나 중학교 수준의 과학교과에서는 동일한 단위가 아닌 경우의 비례식도 다루어지고 있어 학생들은 이해에 어려움을 호소하고 있다. 대부분의 과학 개념이 비(ratio)의 관계로 정의되고, 과학적 현상을 설명할 때 그래프나 문제 풀이 과정에서 비는 필수적인 개념이므로, 비례에 대한 이해가 유의미한 수준에서 이루어지지 않을 경우 과학 현상을 이해하는데 어려움의 원인이 될 뿐만 아니라 과학 학습에 흥미를 감소시키는 요인이 될 수 있다. 이에 본 연구의 출발점은 중학교 지구과학 영역의수업 활동에서 학습자들에게 어렵게 느껴지는 지구과학 개념에 대한 이해도를 높이고자 시작하였다.
	장소기반 교육이란?	관측 및 역사 과학으로서 지구과학은 장소에 크게 의존하므로 장소기반 교육과정과 수업 방식은 지구과학 교육에 적용될 수 있다. 장소기반 교육(Placed Based Education: 이하 PBE)은 개인적인 애착과 의미를 가진 특정 장소와 맥락 속에서 실제 또는 대리 경험을 통해 맥락과 분명한 관련성을 형성하게 되는 간학문적(transdisciplinary) 교수 학습 방식이다(Semken et al., 2017).
	수학과 과학 교과간의 통합 교육이 필요한 이유는 무엇인가?	한편 자연세계의 규칙성을 효과적으로 표현하고, 자연현상을 양적으로 이해하는데 중요한 역할을 하는 수학은 과학적 의사소통을 위한 가장 이상적인 언어이다(Ziman, 1991). 과학의 많은 영역에서 수학 교과의 학습 내용이 폭넓게 활용되고 있어 수학의 어려움으로 인해 과학 학습에서 곤란을 겪게 되는 경우가 종종 발생한다. 따라서 수학과 과학 교과간의 통합 교육이 가능한 주제를 선택하여 통합적인 교수모형을 설계하고 수학과 과학 분야의 상관관계를 설명하는 다양한 연구가 보고되고 있다(Park & Choi, 2010; Park, 2014; Angell et al, 2008; De Lozano & Cardenas, 2002; Hines & McMahon, 2005; Prain &Waldrip, 2006).

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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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