[논문]지구 자전과 태양의 겉보기 운동 학습을 위한 역할놀이 활동의 학습 효과 및 학생들이 겪는 어려움

김성운

doi:10.15523/jksese.2020.13.1.29

지구 자전과 태양의 겉보기 운동 학습을 위한 역할놀이 활동의 학습 효과 및 학생들이 겪는 어려움
Learning Effects and Difficulties of Role Play Activities to Learn Earth Rotation and Sun's Apparent Motion 원문보기

대한지구과학교육학회지 = Journal of the Korean society of earth science education, v.13 no.1, 2020년, pp.29 - 39

초록
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본 연구에서는 지구 자전과 태양의 겉보기 운동을 학습하기 위한 역할놀이 활동의 학습 효과 및 어려움을 알아보기 위해서 역할 놀이 활동을 통한 개념 이해정도, 면담으로 수집한 활동에서 나타나는 어려움, 활동 중 시선이동을 분석하였다. 연구 참여자는 초등학교 5학년 학생 22명이며, 역할 놀이 중 실험 행동과 사후 면담, 시선이동자료를 수집하여 분석하였다. 연구결과, 학생들은 역할 놀이 활동을 통해 지구의 자전과 자전방향은 설명할 수 있지만 태양의 겉보기 운동을 설명하는 것은 어려워했다. 학생들은 역할 놀이 활동을 통해 태양의 겉보기 운동을 지각하기 어려워하기 때문에, 자전에 의해 나타나는 태양의 겉보기 운동 개념을 학습하기 위한 역할 놀이 활동은 학습 효과가 낮다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, to find out the learning effects and difficulties of role play activities to learn the earth's rotation and the sun's apparent motion, the degree of concept understanding through role play activities, difficulties arising from activities collected by interview, and eye movement during activities are analyzed. 22 fifth graders participated in this study and collected and analyzed experimental behaviors, post-interviews, and eye movement data during the role play of the students. The study found that students could explain the rotation and direction of the Earth through role play activities, but it was difficult to explain the apparent motion of the sun. Since it is difficult to perceive the sun's apparent motion through role play activities, the learning effect of the earth rotation role play activity is low.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Activities inserted in the 2009 revised curriculum science textbook
그림 Fig. 2. Experimental manual
그림 Fig. 3. Experiment environment
그림 Fig. 4. Snapshot and AOI
표 Table 1. Analysis of understanding of the Earth's rotation and the Sun's apparent motion concept
표 Table 2. Motion perception in each situation (Goldstein & Brockmole, 2016).
그림 Fig. 5. Examples of experimental behavior of participants
표 Table 3. Total fixation duration by AOI

AI 본문요약
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문제 정의

1. 지구 자전 역할놀이 활동을 수행한 학생들의 지구 자전 및 태양의 겉보기 운동에 대한 이해 는 어떠한가?
초등학교 5학 년을 대상으로 역할놀이 활동을 수행하도록 하여 학생들의 실험 행동을 관찰하고 학생들이 언급한 어려움을 분석한다. 그리고 시선추적방법을 적용하여 학생들이 지구 역할을 하면서 태양의 겉보기 운동을 지각할 수 있는지 알아본다.
본 연구는 지구의 자전과 태양의 겉보기 운동을 학습하기 위한 역할놀이 활동의 학습효과를 확인하였다. 이를 위해 역할놀이 활동에서 나타나는 학생의 어려움을 분석하고 학생들이 지구 역할을 하면서 태양의 겉 보기 운동을 어떻게 지각하는지를 시선추적방법으로 분석하였다.
본 연구에서는 연구 참여자가 태양의 겉보기 운동을 지각하는지 분석하기 위하여 시선추적장치를 이용해 시선추적을 하였다. 이에 연구 참여자의 안구 병력 여부와 나안시력을 사전에 확인하였다.
이상의 연구 결과 1과 2를 통해서 확인할 수 있는 것은 연구 참여자들이 전등의 겉보기 운동을 확인하는 것에 어려움을 겪는다는 것이다. 본 연구에서는 연구 참여자들이 겉보기 운동을 확인하기 어려운 원인을 파악하기 위하여 시선이동을 분석하여 살펴보고자 한다.
본 연구에서는 지구의 자전과 태양의 겉보기 운동 을 학습하기 위한 역할놀이 활동의 학습효과와 나타나는 어려움은 무엇인지 확인하고자 한다. 초등학교 5학 년을 대상으로 역할놀이 활동을 수행하도록 하여 학생들의 실험 행동을 관찰하고 학생들이 언급한 어려움을 분석한다.
분석틀의 범주는 ‘실험 행동’, ‘자전’, ‘태양의 겉보기 운동’, ‘자전과 태양의 겉보기 운동의 상대성’으로 구분하였다. 연구 참여자들의 실험 행동, 사후 면담결과를 종합하여 연구 참여자 개인별로 각 항목을 설명가능한지 여부를 확인하여 기록하였다.

가설 설정

그리고 실험 과제를 아직 학습하지 않았으므로 연구 참여에 적절하다. 또한 연구 참여자로부터 자료를 수집한 기간은 2학기 후반이므로 연구 참여자들에게 있어 인지 발달상의 어려움은 없는 것으로 가정하였다

제안 방법

분석틀은 Plummer et al.(2014)이 지구의 자전과 태양의 겉보기 운동에 대한 학생들의 성취수준을 분석하기 위해 사용하였던 분석틀을 바탕으로 실험 행동을 추가하여 작성하였다. 분석틀의 범주는 ‘실험 행동’, ‘자전’, ‘태양의 겉보기 운동’, ‘자전과 태양의 겉보기 운동의 상대성’으로 구분하였다.
2), 과학교육전문가 3인의 검토를 통해 확정되었다. 또한 실험 매뉴얼을 이용해 대학생 2명을 대상으로 예비실험을 하여 매뉴얼 이해와 실행에서 어려움을 점검하였다.
면담에서는 실험 중 어떤 점이 어려웠는지, 다른 친구는 어떤 점을 어려워할 것 같은지를 질문하였고, 지구의 자전에 대한 설명, 태양의 겉보기 운동에 대한 설명, 지구 자전과 태양의 겉보기 운동의 관계에 대한 설명과 같이 역할 놀이를 통해 학습한 내용에 대해서 설명을 요청하였다. 면담에서는 실험 과제의 정답을 유추할 수 있는 질문은 일체 하지 않았고, 연구 참여자가 몸짓이나 그림으로 자유롭게 응답할 수 있도록 허용적인 분위기를 조성하고 충분한 시간을 주었으며, 실험과정에 대한 회상이 필요한 경우 실험 매뉴얼을 단서로 제공하였다.
둘째, 교수학습방법의 효과를 학생의 관점에서 검증하기 위해서 시선추적방법을 활용할 수 있다. 본 연구에서는 태양의 겉보기 운동을 지각하는지 여부를 확인하기 위해 시선추적방법을 사용하였다. 이처럼 시선추적방법을 활용하면 학습의 효과를 학생 본인의 관점에서 정밀하면서도 과학적으로 분석할 수 있다.
연구 참여자들은 방위 용어에 대해 낯설어 했고, 그렇기 때문에 방위 용어로 실험 매뉴얼의 절차가 제시된 부분을 이해하는데 시간이 걸렸다. 본 연구의 실험 매뉴얼 개발과정은 2009개정 과학 교과서를 바탕으로 초등학생 수준으로 제작하였으며 과학교육전문가들의 검토를 받았고, 대학생들을 대상으로 수행 점검을 하여 타당한 과제 개발 절차를 거쳤다. 그러나 다수의 연구 참여자들에게서 실험 매뉴얼이 이해하기 어려운 것으로 확인되었으므로, 그 원인을 파악하기 위해서는 추가적인 연구가 필요해 보인다.
분석틀의 범주는 ‘실험 행동’, ‘자전’, ‘태양의 겉보기 운동’, ‘자전과 태양의 겉보기 운동의 상대성’으로 구분하였다.
사후 면담자료는 실험 과제를 해결한 후, 반 구조화된 면담질문지를 이용해서 진행하였다. 면담에서는 실험 중 어떤 점이 어려웠는지, 다른 친구는 어떤 점을 어려워할 것 같은지를 질문하였고, 지구의 자전에 대한 설명, 태양의 겉보기 운동에 대한 설명, 지구 자전과 태양의 겉보기 운동의 관계에 대한 설명과 같이 역할 놀이를 통해 학습한 내용에 대해서 설명을 요청하였다.
본 연구에서 수집한 자료는 연구 참여자의 실험행동자료, 사후 면담자료, 시선이동자료이다. 실험 행동자료는 실험에 참여 중인 연구 참여자의 전신 모습과 전등을 함께 녹화하기 위해서 연구 참여자로부터 일정한 거리를 두고 비디오카메라로 촬영하였다.
실험과제는 2009개정 초등학교 과학교과서를 수정하여 개발하였다(Fig. 1). 6학년 1학기 지구와 달의 운동 단원의 ‘지구의 자전이란 무엇일까요?’ 차시에서는 지구의 자전 개념과 태양의 겉보기 운동을 학습한다.
실험에서 나타나는 어려움을 분석하기 위해서 연구 참여자와의 면담을 전사하였고, 전사한 내용을 바탕으로 중점적으로 언급된 내용을 중심으로 귀납적 범주화하였다.
실험과제를 해결하는 시간은 정하지 않았으며, 연구 참여자가 자율적으로 과제 완료를 선언할 수 있도록 안내하였다. 실험을 마친 후, 사후 면담을 실시하였다. 연구 참여자들의 대략적인 과제 수행과 면담에 걸린 시간은 각각 5분 내외였다.
연구 참여자의 탐구 활동을 통한 개념 이해 정도를 분석하기 위해서 지구 자전 및 태양의 겉보기 운동 개념에 대한 이해를 점검하기 위한 분석틀을 제작하였다. 분석틀은 Plummer et al.
본 연구는 지구의 자전과 태양의 겉보기 운동을 학습하기 위한 역할놀이 활동의 학습효과를 확인하였다. 이를 위해 역할놀이 활동에서 나타나는 학생의 어려움을 분석하고 학생들이 지구 역할을 하면서 태양의 겉 보기 운동을 어떻게 지각하는지를 시선추적방법으로 분석하였다. 연구 결과로부터 다음과 같은 결론을 도출할 수 있다.
즉, 역할놀이 활동 상황에서 전등의 상대적인 움직임을 지각하기 위해서는 첫 번째 상황인 망막위에 맺힌 물체의 상의 위치가 시간의 흐름에 따라서 달라져야 한다는 것을 알 수 있다. 이에 본 연구에서는 망막에 맺힌 상의 위치가 바뀌는지 검증하기 위해서 시선 추적방법을 이용하였다. 시선추적방법은 망막 중 시력적으로 가장 예민한 중심와에 상으로 맺힌 물체를 추적하는 방법이다(Rodrigues & Rosa, 2015).
자료 분석은 탐구 활동을 통한 개념 이해 정도, 실험에서 나타나는 어려움, 시선이동을 분석하였다.
정량적 분석을 위한 AOI(Area of Interest)는 전등이 있는 가운데를 중심으로 각 30°씩 5개 구역으로 설정하였으며(Fig. 4), 분석매트릭스는 각 AOI별 전체 고정 지속시간(Total Fixation Duration)을 사용하였다.
본 연구에서는 지구의 자전과 태양의 겉보기 운동 을 학습하기 위한 역할놀이 활동의 학습효과와 나타나는 어려움은 무엇인지 확인하고자 한다. 초등학교 5학 년을 대상으로 역할놀이 활동을 수행하도록 하여 학생들의 실험 행동을 관찰하고 학생들이 언급한 어려움을 분석한다. 그리고 시선추적방법을 적용하여 학생들이 지구 역할을 하면서 태양의 겉보기 운동을 지각할 수 있는지 알아본다.
이 탐구활동을 본 연구의 과제로 개발하기 위하여 1인 활동으로 수정하였다. 한 사람이 태양 역할을 맡는 대신에 전등을 사용하고, 역할을 구분하기 위한 지구 머리띠를 생략하였다.

대상 데이터

’의 학습 기간 이 짧은 것을 고려하여 5학년을 대상으로 5학년 2학기 11월에 자료를 수집하였다.
본 연구에서 수집한 자료는 연구 참여자의 실험행동자료, 사후 면담자료, 시선이동자료이다. 실험 행동자료는 실험에 참여 중인 연구 참여자의 전신 모습과 전등을 함께 녹화하기 위해서 연구 참여자로부터 일정한 거리를 두고 비디오카메라로 촬영하였다.
스냅샷은 전등을 가운데로 하여 150° 파노라마 사진을 촬영하여 활용하였다.
시선이동자료는 Tobii사의 Tobii Pro Glasses 2를 이용하여 수집하였다. 본 연구 과제의 특성상 연구 참여 자가 손을 뻗거나 제자리에서 회전하는 등 신체활동이 포함된다.
실험 매뉴얼은 활동을 대표하는 사진 1장과 5개의 순서로 구성하였으며(Fig. 2), 과학교육전문가 3인의 검토를 통해 확정되었다. 또한 실험 매뉴얼을 이용해 대학생 2명을 대상으로 예비실험을 하여 매뉴얼 이해와 실행에서 어려움을 점검하였다.
이에 연구 참여자의 안구 병력 여부와 나안시력을 사전에 확인하였다. 실험 중 연구 참여자 22명 중 2명은 시선추적을 위한 시점조정(calibration) 에서 실패하였으므로 시선이동자료는 수집하지 못했으며 실험 중 수집한 실험 행동과 사후면담자료를 분석에 활용하였다. 연구 참여자들에게는 사전에 담임교사를 통해 실험내용을 안내하면서 시선추적이 인체에 무해함을 고지하였고, 학부모 및 학생 본인의 연구 참여 동의서를 확보하였다.
자료 수집 과정은 다음과 같다. 실험은 교실과 떨어져 있어 소음의 방해가 적은 초등학교 내 도서실에서 진행하였다. 실험실에 들어온 연구 참여자는 전반적인 실험내용에 대한 설명을 듣고 시선추적 가능 여부를 확인하기 위하여 시점조정과정(Calibration)을 거쳤다.
3). 연구 참여자가 실험과제에 참여하는 동안 실험 행동과 시선이동자료가 수집되었다. 연구자는 연구 참여자가 과제를 이해하지 못해 도움을 요청하면 실험매뉴얼을 이해할 수 있는 선에서만 도움을 제공하였고, 실험에는 일체 관여하지 않았다.
연구 참여자는 울산광역시 소재 초등학교 5학년 학생 22명(남 12, 여 10)이다. 초등학교 6학년 1학기 교과서에는 ‘지구와 달의 운동’ 단원이 2단원에 제시되어 있다.

데이터처리

시선이동 분석은 Tobii사의 분석프로그램인 Tobii pro lab(ver 1.92)을 사용하였다. 모바일 형 시선추적장치로 수집한 자료를 정량적으로 분석하기 위해서는 먼저 시선고정위치를 스냅샷에 맵핑하는 과정을 거쳐야 한다.

성능/효과

첫째, 학생들은 역할 놀이 활동으로 지구의 자전과 자전 방향은 설명할 수 있지만 태양의 겉 보기 운동을 설명하는 것은 어려워했다. 둘째, 학생들은 역할 놀이 활동을 통해서 태양의 겉보기 운동을 지각하기 어렵기 때문에 학습의 효과가 낮다.
, 2011)에서 언급되었던 방위개념의 혼동, 오른쪽과 동쪽을 혼동하는 것, 시계방향과 시계반대방향에 대한 이해 부족에 의한 응답이 나타났다. 또한 본 연구 의 실험 과제인 역할놀이와 관련해서 학생들이 역할놀이에서 스스로 지구가 되어 자전하는 것은 크게 어려움이 없는 것으로 나타났다. 그러나 전등이 어느 방향으로 움직이는 것처럼 보이는지 확인하여 겉보기 운동을 확인하는 것과 방위 용어를 이용해서 현상을 설명 하는 것은 연구 참여자들에게 어려운 것으로 나타났다.
연구 참여자들은 여러 번 반복해서 회전하고, 회전할 때 빠르고 느린 정도를 변화시키면서 전등을 바라보는 행동을 보였다. 연구 참여자들이 전등이 어떻게 움직이는지 확인하는데 대부분의 시간을 보냈고, 다수의 학생들이 그 활동을 통해서 전등의 움직임을 확인하는 것을 어려워했다.
연구 결과로부터 다음과 같은 결론을 도출할 수 있다. 첫째, 학생들은 역할 놀이 활동으로 지구의 자전과 자전 방향은 설명할 수 있지만 태양의 겉 보기 운동을 설명하는 것은 어려워했다. 둘째, 학생들은 역할 놀이 활동을 통해서 태양의 겉보기 운동을 지각하기 어렵기 때문에 학습의 효과가 낮다.

후속연구

본 연구의 실험 매뉴얼 개발과정은 2009개정 과학 교과서를 바탕으로 초등학생 수준으로 제작하였으며 과학교육전문가들의 검토를 받았고, 대학생들을 대상으로 수행 점검을 하여 타당한 과제 개발 절차를 거쳤다. 그러나 다수의 연구 참여자들에게서 실험 매뉴얼이 이해하기 어려운 것으로 확인되었으므로, 그 원인을 파악하기 위해서는 추가적인 연구가 필요해 보인다.
첫째, 역할 놀이를 효과적인 교수학습방법으로 적용하기 위해서는 절차를 상세하게 구조화 시킨 확인실험으로 구성해야 한다. 학생들은 지구 자전 역할 놀이 활동을 통해서는 현상을 관찰하여 태양의 겉보기 운동을 귀납적으로 학습하는 것이 어렵다.

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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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