[논문]초등학교 과학교과서에 제시된 탐구활동의 교수전략, 유형, 개념과의 연관성 분석 - 지구과학 영역을 중심으로 -

임성만

doi:10.15267/keses.2020.39.3.449

초등학교 과학교과서에 제시된 탐구활동의 교수전략, 유형, 개념과의 연관성 분석 - 지구과학 영역을 중심으로 -
Analysis of Teaching Strategies, Types of Inquiry Activities and the Relationship between Inquiry Activities and Concepts Presented in Elementary School Science Textbooks - Focusing on Earth Science - 원문보기

초등과학교육 = Journal of Korean elementary science education, v.39 no.3, 2020년, pp.449 - 463

Abstract ▼ AI-Helper

This study was to analysis teaching strategies, types of inquiry activities and the relationship between science concepts and inquiry activities presented in science textbooks. As a result of the study, first, the inquiry-based teaching strategies presented in science textbooks were experiment, simulation, demonstration, and field study. Second, there were 53 inquiry activities presented in 8 units related to the earth science area of science textbooks, and the types of inquiry activities were experimental observation (EO) 18, mock activity (SA) 20, investigation discussion and presentation (IP). It was analyzed as 12, data interpretation (ID) 2, and express (EX) 1 piece. Third, the relationship between inquiry activities and science concepts presented in science textbooks was analyzed. As a result of the analysis, out of a total of 42 inquiry activities, 21 inquiry activities corresponded to EA (explicit activities), in which the result of inquiry activities was directly and explicitly linked to science concepts. And IA (implicit activities), which is an implicit inquiry activity in which science concepts must be inferred using the results of inquiry activities, were analyzed as 21. In particular, IA (implicit activities), which is an implicit inquiry activity, can be said to be the result of reflecting the characteristics of earth science areas where many simulated activities (SA) are used. This is considered to be a matter to be considered in the process of developing various elementary science textbooks in the future.

주제어

표/그림 (10)

표 Table 1. Elementary school earth science unit
표 Table 2. Strategies of teaching science using an inquiry activity
표 Table 3. Type of inquiry activities (정수연과 장정호, 2019)
표 Table 4. Inquiry teaching strategies and types of inquiry activities presented in science textbooks
표 Table 4. Continued
표 Table 4. Continued
표 Table 4. Continued
표 Table 5. The frequency of inquiry teaching strategies and types of inquiry activities presented in science textbooks
표 Table 6. Relationship between inquiry activities and concepts presented in science textbooks
그림 Fig. 1. IA inquiry activities that are similar to reality

AI 본문요약
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문제 정의

, 2004)는 관점에서 과학교과서에 제시된 지구과학과 관련된 탐구 활동을 분석해 보고자 한다. 과학교과서에 제시된 탐구활동이 과학적인 개념을 이해시키고, 과학적인 탐구 기능을 경험시키기 위해 어떤 교수전략을 사용하고 있으며, 개념과 탐구활동 간의 연관성은 무엇인지 조사․분석해 보고자 한다. 이러한 과정과 결과는 앞으로 시대의 변천에 따라 새로운 교과서 개발 및 교육과정 개발에 시사점을 제공해줄 수 있으리라 생각한다.
이러한 이유로 많은 탐구활동이 교실 내에서 이루어지는 모형실험이 많다. 모형실험을 말 그대로 실제 자연 현상을 모형화한 실험을 진행한 후 그 결과를 바탕으로 실제 자연 현상을 추리하는 것이다. 이러한 추리가 동반되는 탐구활동은 이번 연구에서 IA로 분류하였다.
이 연구는 과학교과서에 제시된 탐구활동이 과학적인 개념을 이해시키고, 과학적인 탐구 기능을 경험시키기 위해 어떤 교수전략을 사용하고 있으며, 탐구활동 유형은 어떠한지, 그리고 교육과정에 제시된 성취기준의 과학 개념과 과학교과서의 탐구활동 간의 연관성을 분석하는 것이었다. 연구 결과, 첫째, 과학교과서에 제시된 탐구 기반 교수전략은 Experiment, Simulation, Demonstration, Field Study였다.
즉, 과학 교과서에 제시된 과학 개념을 습득하기 위해 탐구 활동은 학생들에게 제공되는 것이며, 이 탐구활동은 학생들이 습득해야 할 과학 개념과 연관이 있어야 한다. 이러한 관점에서 이번 연구에서는 과학교과서에 제시되어 있는 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 분석해 보았다. 이 연관성이라는 것은 사실 학생들에게 과학 개념을 가르치기 위해 타당한 탐구 활동을 이용하였는지를 확인하는 것과 맥을 같이 한다고 할 수 있다.
더불어 우리나라의 과학교과서는 다른 나라 교과서에 비해 탐구활동이 강조되어 있으며, 탐구활동이 학습의 대부분을 차지한다고 할 수 있다(임성만, 2018). 이러한 부분에서 이번 연구는 과학교과서에 제시된 탐구활동에 대해 분석하였다. 탐구활동 분석의 관점은 두 가지였다.
이번 연구는 과학을 모방하고 단순하게 경험하는 것이 과학에 대한 이해를 보장해 주지는 않는다 (Sadler et al., 2010; Schwartz et al., 2004)는 관점에서 과학교과서에 제시된 지구과학과 관련된 탐구 활동을 분석해 보고자 한다. 과학교과서에 제시된 탐구활동이 과학적인 개념을 이해시키고, 과학적인 탐구 기능을 경험시키기 위해 어떤 교수전략을 사용하고 있으며, 개념과 탐구활동 간의 연관성은 무엇인지 조사․분석해 보고자 한다.
이러한 학습 이해의 어려움을 해소하기 위해 다른 영역에 비해 지구과학 분야에서는 개념 이해를 돕고 학습자의 흥미를 유발할 수 있는 탐구활동 구성이 더욱더 중요하다. 이에 본 연구에서는 현재 초등학교 과학교과서에 제시되어 있는 지구과학 분야의 탐구활동이 지구 과학 개념과 어떤 연관성을 갖고 있으며, 그 연관성이 학습자의 개념 이해에 도움을 주는지 분석해 보고자 한다.
즉, 과학교과서를 개발할 때에는 다음과 같은 과정을 고려해 보아야 할 것으로 생각된다. 첫째, 과학교육 과정에서 요구하는 과학 개념에 맞는 탐구 기반 교수전략을 고민하였는가?, 둘째, 학생들의 과학 개념 생성 및 습득을 위한 적절한 탐구활동 유형을 선택하였는가?, 셋째, 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 고려하여 탐구활동을 적절하게 구성하였는가? 앞으로 초등학교 현장에도 검정제도가 도입되면서 많은 과학교과서가 개발될 것이다. 이러한 점에서 앞서 논의한 내용은 많은 과학교과서의 질을 어느 정도 답보하기 위한 방안일 수 있을 것이다.

가설 설정

즉, 과학교과서를 개발할 때에는 다음과 같은 과정을 고려해 보아야 할 것으로 생각된다. 첫째, 과학교육 과정에서 요구하는 과학 개념에 맞는 탐구 기반 교수전략을 고민하였는가?, 둘째, 학생들의 과학 개념 생성 및 습득을 위한 적절한 탐구활동 유형을 선택하였는가?, 셋째, 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 고려하여 탐구활동을 적절하게 구성하였는가? 앞으로 초등학교 현장에도 검정제도가 도입되면서 많은 과학교과서가 개발될 것이다. 이러한 점에서 앞서 논의한 내용은 많은 과학교과서의 질을 어느 정도 답보하기 위한 방안일 수 있을 것이다.

제안 방법

이를 위해 과학교과서 집필 경험이 있는 과학교육전문가 1인과 지구과학교육전문가 1인의 자문을 받아 분석관점을 설정하였다. 과학 개념과 탐구활동의 연관성의 초기 분석관점은 질적 연구방법 중 하나인 귀납적 범주화를 이용하여 분석하였는데, 교과서에 제시된 탐구활동을 반복적으로 훑어보면서 자료를 동일한 위계에 놓는 자료의 수평화를 먼저 실시하였다. 예컨대 과학교과서에 제시된 탐구활동과 과학 개념을 동일한 카드에 제시한 후 ‘퇴적암 관찰하기’와 같이 탐구활동의 결과가 곧 과학 개념 인지, 아니면 ‘지층 모형 만들기’ 탐구활동과 같이 탐구활동의 결과를 이용해 과학 개념을 추리해야 하는지에 따라 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 분류하였다.
예컨대 과학교과서에 제시된 탐구활동과 과학 개념을 동일한 카드에 제시한 후 ‘퇴적암 관찰하기’와 같이 탐구활동의 결과가 곧 과학 개념 인지, 아니면 ‘지층 모형 만들기’ 탐구활동과 같이 탐구활동의 결과를 이용해 과학 개념을 추리해야 하는지에 따라 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 분류하였다.
이러한 관점에서 ‘화석을 이용하여 생물의 모습과 환경 알아보기’와 같은 활동을 ‘Demonstration’ 교수전략으로 분류하였다.
특히 구성주의 학습 이론에 바탕을 둔 과학탐구활동은 여러 형태를 취할 수 있지만, 일반적으로 학생들이 실험과 실제적인 실제 경험을 통해 개념을 배우도록 요구한다(Suarez, 2011). 이러한 관점에서 과학교과서에 제시된 과학 개념과 탐구활동에 사용된 교수 전략과 탐구활동 유형을 분석해 보았다. Table 4와 5는 앞서 논의한 방향에 따라 초등학교 3∼6학년 과학교과서에 제시된 개념과 탐구활동을 분석한 것이다.
하지만 타당성을 논하기 전에 탐구활동이 과학 개념과 어떠한 연관성을 지니고 있는지를 분석하는 것이 먼저일 것이다. 이러한 점에서 과학교과서에 제시된 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 분석하기 위해 탐구활동의 결과가 곧 과학 개념으로 제시되는 것, 즉 탐구활동의 결과가 과학 개념과 직접적으로 연결되는지, 아니면 탐구 활동의 결과를 이용해 과학 개념을 추리해야 하는 지를 분석했다. 과학교과서에 제시된 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 분석결과는 Table 6과 같다.
모형실험을 말 그대로 실제 자연 현상을 모형화한 실험을 진행한 후 그 결과를 바탕으로 실제 자연 현상을 추리하는 것이다. 이러한 추리가 동반되는 탐구활동은 이번 연구에서 IA로 분류하였다. IA는 실제를 얼마나 반영하였는지에 따라 과학 개념과의 연관성이 높거나 낮을 수 있다.
이번 연구에서 사용한 탐구 기반 교수전략의 분석 도구를 개발한 Shamsudin et al. (2013)은 구체적인 상황을 만들어 시연하는 활동과 증거를 통해 무언가의 존재나 진실성을 증명해내는 활동을 ‘Demonstration’ 탐구 기반 교수전략으로 구분하였다.
이번 연구인 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 분석하는데 있어서 과학교과서에 제시된 개념은 과학교육과정에 제시된 ‘성취기준’에 명시된 과학 개념만을 분석하였다.

대상 데이터

초등학교 과학교과서에 제시된 지구과학 관련 단원은 총 8개로, 지질과 관련된 3개 단원, 천문과 관련된 4개 단원, 기상과 관련된 1개 단원이다. 8개 단원과 관련하여 교육과정에 제시된 성취기준과 탐구활동, 그리고 교과서에 제시된 탐구활동을 구체적인 분석 대상으로 하였다. 더불어 구체적으로 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 분석하기 위해 현행 과학교과서의 단원 학습 체계 중 학습개념과 탐구활동이 제시되어 있는 ‘과학탐구’ 단계만 연구 대상으로 설정하였다.
더불어 구체적으로 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 분석하기 위해 현행 과학교과서의 단원 학습 체계 중 학습개념과 탐구활동이 제시되어 있는 ‘과학탐구’ 단계만 연구 대상으로 설정하였다.
이러한 결과로 이번 연구에서는 8개 단원에서 총 42개의 탐구활동이 개념과의 연관성 분석의 대상이 되었다. 42개의 탐구활동 중 탐구활동의 결과가 바로 과학 개념과 직접적이고 명시적으로 연결 되는 EA (explicit activities)에 해당되는 탐구활동은 21개였다.
두 번째 분석 관점은 과학교과서에 제시된 개념과 탐구활동의 연관성을 분석하는 것이었다. 이를 위해 과학교과서 집필 경험이 있는 과학교육전문가 1인과 지구과학교육전문가 1인의 자문을 받아 분석관점을 설정하였다. 과학 개념과 탐구활동의 연관성의 초기 분석관점은 질적 연구방법 중 하나인 귀납적 범주화를 이용하여 분석하였는데, 교과서에 제시된 탐구활동을 반복적으로 훑어보면서 자료를 동일한 위계에 놓는 자료의 수평화를 먼저 실시하였다.
지구과학의 영역 중 초등학교에서 다루고 있는 영역은 지질학, 기상학, 천문학으로 모두 Field Study가 가능하고, 강조되어야 할 영역들이다. 특히 지구과학 중 지질 분야는 오랜 시간 동안 변화해온 것들은 연구대상으로 한다. 그러다보니, 시간적․공간적으로 큰 규모를 가지고 있기 때문에 지질학적 자연현상을 직접 관찰할 수 없다.

이론/모형

첫 번째 관점은 과학교과서에 제시된 탐구활동이 과학적인 개념을 이해시키고, 과학적인 탐구 기능을 경험시키기 위해 어떤 교수전략을 사용하고 있는지에 대한 분석, 그리고 제시된 탐구활동의 유형을 분석하는 것이었다. 이를 위해 Shamsudin et al. (2013)의 연구에서도 밝힌 일반적인 5가지 탐구기반 교수 전략(Table 2)과 정수연과 장정호(2019)가 송신철과 심규철(2018)의 연구를 참조하여 개발한 탐구활동 유형 분석틀을 이용하였다(Table 3).

성능/효과

앞으로 다양한 박물관, 과학관과 같은 학습 기반 시설이 늘어나고 있는 것을 고려한다면 이러한 활동의 확대가 교과서 개발에 반영되어야 할 것으로 생각된다. 둘째, 과학교과서에 제시된 탐구활동의 유형을 분석해본 결과, 8개 단원의 총 탐구활동 수는 53개였으며, 실험관찰(EO)에 해당하는 탐구활동은 18개, 모의 활동(SA) 20개, 조사토의 및 발표(IP) 12개, 자료 해석(ID) 2개, 표현하기(EX) 1개로 분석되었다. 그러나 글쓰기 읽기 (RW)에 해당하는 탐구활동은 없는 것으로 분석되었다.
분석한 결과, 탐구활동의 결과가 바로 과학 개념과 직접적이고 명시적으로 연결되는 EA (explicit activities)에 해당되는 탐구활동들은 주로 탐구 유형 중 실험 관찰(EO)과 조사 토의 및 발표(IP)에 해당되었으며, 탐구활동의 결과를 이용해 과학 개념을 추리해야 하는 암묵적 탐구활동인 IA (implicit activities)은 탐구 유형 중 모의 활동(SA)이 모두 이에 해당하였다. IA (implicit activities)에 해당되는 탐구 활동들은 학생들의 추리를 도와줄 수 있는 학생들 간의 상호작용 활동이 추가되어야 한다.
이러한 관점에서 다양한 탐구활동이 개발되고, 과학교과서에 반영되어야 할 것이다. 셋째, 과학교육과정에 제시된 성취기준의 과학 개념과 과학교과서에 제시된 탐구활동과의 연관성을 분석한 결과, 총 42개의 탐구활동 중 탐구활동의 결과가 바로 과학 개념과 직접적이고 명시적으로 연결되는 EA (explicit activities)에 해당되는 탐구활동은 21개, 탐구활동의 결과를 이용해 과학 개념을 추리해야 하는 암묵적 탐구활동인 IA (implicit activities)는 21개로 분석되었다. 특히 암묵적 탐구활동인 IA (implicit activities)는 모의 활동 (SA)이 많은 지구과학영역의 특성을 반영된 결과라고 할 수 있다.
이러한 특성이 이번 분석에서도 확인할 수 있었다. 실험 과정을 거쳐 결과를 도출해야 되는 탐구 활동 또는 오감을 이용하여 직접 관찰하는 탐구활동의 유형인 실험관찰(EO)이 탐구활동의 기본이라고 할 수 있지만, 이번 지구과학 영역을 대상으로 한 탐구활동 유형에서는 모의 활동(SA)이 20개로 가장 많았다. 모의 활동(SA)은 Table 3에서의 설명(구하기 어려운 실험 재료를 필요로 하거나, 실제 과정을 구현하기 어려운 경우, 모형을 이용한 활동 및 모의실험이나 역할극 등을 통한 탐구 활동)과 같이 모형을 이용한 실험을 포함하는 의미를 지니고 있다.
이 연구는 과학교과서에 제시된 탐구활동이 과학적인 개념을 이해시키고, 과학적인 탐구 기능을 경험시키기 위해 어떤 교수전략을 사용하고 있으며, 탐구활동 유형은 어떠한지, 그리고 교육과정에 제시된 성취기준의 과학 개념과 과학교과서의 탐구활동 간의 연관성을 분석하는 것이었다. 연구 결과, 첫째, 과학교과서에 제시된 탐구 기반 교수전략은 Experiment, Simulation, Demonstration, Field Study였다. 그러나 탐구 기반 교수전략 중 사용하고 있지 않은 것으로 분석되었다.
이러한 이유로 우리나라의 과학교과서에서도 탐구를 바탕으로 한 교육활동은 과학적 개념 이해뿐만 아니라, 과학적 탐구 능력, 태도, 기능, 그리고 과학적 소양 등을 함양하는 데 매우 중요한 부분으로 여겨지고 있다(교육부, 2015). 이러한 관점으로 이번 연구에서 과학교과서에 제시된 지구 과학 단원의 탐구활동의 유형을 조사한 결과, 지구 과학 단원에 해당하는 8개 단원의 총 탐구활동 수는 53개에서 실험관찰(EO)에 해당하는 탐구활동은 18개, 모의 활동(SA) 20개, 조사 토의 및 발표(IP) 12개, 자료 해석(ID) 2개, 표현하기(EX) 1개였다 (Table 5). 그러나 글쓰기 읽기(RW)에 해당하는 탐구활동은 없는 것으로 분석되었다.

후속연구

특히 지구과학 영역이 지질과 천문, 기상 내용으로 이루어진 것을 고려하였을 때, 직접적인 관찰 활동이라고 할 수 있는 Field Study와 Projet Work 활동에 대한 소극적인 구성은 아쉬운 점이었다. 앞으로 다양한 박물관, 과학관과 같은 학습 기반 시설이 늘어나고 있는 것을 고려한다면 이러한 활동의 확대가 교과서 개발에 반영되어야 할 것으로 생각된다. 둘째, 과학교과서에 제시된 탐구활동의 유형을 분석해본 결과, 8개 단원의 총 탐구활동 수는 53개였으며, 실험관찰(EO)에 해당하는 탐구활동은 18개, 모의 활동(SA) 20개, 조사토의 및 발표(IP) 12개, 자료 해석(ID) 2개, 표현하기(EX) 1개로 분석되었다.
즉, 과학교과서를 개발할 때에는 다음과 같은 과정을 고려해 보아야 할 것으로 생각된다. 첫째, 과학교육 과정에서 요구하는 과학 개념에 맞는 탐구 기반 교수전략을 고민하였는가?, 둘째, 학생들의 과학 개념 생성 및 습득을 위한 적절한 탐구활동 유형을 선택하였는가?, 셋째, 과학 개념과 탐구활동의 연관성을 고려하여 탐구활동을 적절하게 구성하였는가? 앞으로 초등학교 현장에도 검정제도가 도입되면서 많은 과학교과서가 개발될 것이다. 이러한 점에서 앞서 논의한 내용은 많은 과학교과서의 질을 어느 정도 답보하기 위한 방안일 수 있을 것이다.
과학교과서에 제시된 탐구활동이 과학적인 개념을 이해시키고, 과학적인 탐구 기능을 경험시키기 위해 어떤 교수전략을 사용하고 있으며, 개념과 탐구활동 간의 연관성은 무엇인지 조사․분석해 보고자 한다. 이러한 과정과 결과는 앞으로 시대의 변천에 따라 새로운 교과서 개발 및 교육과정 개발에 시사점을 제공해줄 수 있으리라 생각한다. 이번 연구의 구체적인 연구 문제는 다음과 같다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	교과서는 무엇을 고려하여 개발되는가?	그만큼 학교 현장에서 교과서가 갖는 역할은 지대하다고 할 수 있다(임성만, 2019). 실제 교과서는 학년의 수준을 고려함과 동시에 교사가 교과를 가르치는 데 필요한 내용과 자료의 부족을 느끼지 않도록 개발된다(Ball & Feiman-Nemser, 1988; Yager, 1996). 또한 교과서는 국가에서 제시하는 교육과정의 내용을 충실히 반영하고 있으며, 여러 지역에서 사용할 수 있도록 다양한 상황을 고려하여 개발된다(Rillero, 2010).
	교사들이 과학 학습에 있어 전통적으로 의존해 왔던 것은?	과학 학습에 있어서도 많은 자료와 교재가 있지만, 교사들은 전통적으로 과학교과서에 의존해 왔다(Roseman et al., 2001; Schwarz et al.
	지구과학 분야의 학습자들이 학습 내용을 이해하는데 많은 어려움을 겪고 있으며, 오개념이 많이 나타나는 이유는?	한편, 과학에서 지구과학 분야는 다른 분야에 비해 매우 긴 시간과 큰 공간을 다루고 있다. 더불어 지구과학과 관련된 실험들은 실험실 내에서 동일 실험 및 반복 실험이 다른 분야에 비해 불가능한 것이 많으며(임청환과 정진우, 1993), 다루고 있는 개념들이 추상적이고 직접 관측하기 어려운 것이 많다(김범기 등, 1996). 이러한 이유로 명전옥(2001) 이 주장한 것처럼 학습자들은 학습 내용을 이해하는데 많은 어려움을 겪고 있으며, 오개념이 많이 나타나는 영역이기도 하다.

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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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