초등학교 2007년 개정 교육과정에 따른 빛 단원 실험에 대한 교수 학습 실태 분석

강정구 한국교원대학교 교육대학원 2012 국내석사

이 연구는 2007년 개정 교육과정 빛 관련 단원에 대한 현장에서의 교수․학습 실태를 조사 분석한 것이다. 시대의 변화와 흐름에 더불어 변화하는 교육과정을 학교 현장에 있는 현직 교사가 얼마나 잘 소화하여 전달하는지 알아보고, 그에 따른 교육적 시사점을 얻는데 목적이 있다. 이 연구에서는 제7차 과학교육과정과 2010년에 3, 4학년을 시작으로 2011년 올해 5, 6학년이 바뀐 2007년 개정 과학과교육과정 중에서 빛관련 단원 중 실험수업을 추출하여 교수․학습 실태를 분석하였다. 초등학교의 특성을 고려하여 대학원에서 초등과학을 전공과정으로 받고 있는 교사와 일반 교사를 나누어 분석하였으며, 2007년 개정 과학과교육과정에 나온 빛 관련 수업을 실제로 실시한 교사와 그렇지 않은 교사로 나누어 연구를 진행하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 대학원에서 과학을 초등과학전공과정으로 받고 있는 교사와 일반 교사가 생각하는 빛 단원 실험 수업 실태는 개별, 조별 실험 위주로 비슷한 양상을 보였다. 하지만 두 집단에서 모두 실제로 수행한 빛 단원 실험에서 개별, 조별 실험이 이상적이라고 생각하는 실험 수업 실태에 비해서 20% 정도 적게 나왔다. 둘째, 효과적인 빛 단원 수업을 위해서는 지속적인 연수를 통한 2007년 개정 교육과정에 대한 교사의 이해도를 높이고, 학교 현장의 과학실 여건을 개선시키는 등 다각도의 노력이 필요하였다. 이상의 연구 결과를 통해 다음과 같은 시사점을 얻을 수 있었다. 첫째, 교육과정을 구성함에 있어 일정 시간 지속될 수 있는 교육과정을 만들어 학교 현장에 혼란을 덜 주어야 한다. 둘째, 바뀐 교육과정 연수를 지속적으로 실시하여 교사가 교육과정을 충분히 이해할 수 있는 여건을 마련해 주어야 한다. 셋째, 빛 관련 과학 단원 수업에 있어서 set화된 실험 준비물은 교사의 실험준비 부담을 줄여줄 수 있으며, 더불어 수업에만 초점을 맞출 수 있어, 수업의 질을 높일 수 있다.

영재의 동료교수 과정에서 비유의 역할 분석

박혜정 한국교원대학교 대학원 2014 국내석사

본 연구의 목적은 동료교수 과정에서 중학교 영재 학생들이 생성한 비유가 개념이해에 미치는 영향을 조사하여 동료교수 수업의 비유 생성 및 개념이해에 대한 효과성을 밝히고, 나아가 영재 교육 프로그램 및 비유 수업 모형 개발에 시사점을 제공하는데 있다. 세종시 영재 교육원 소속 학생 28명(과학 영재:14명, 수학 영재:14명)을 대상으로 동료교수 수업을 진행하여 수업 중 생성된 비유 및 변화과정, 개념이해에 대한 효과성을 토론 과정 전사 자료와 설문조사를 통해 파악하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 영재 학생들은 동료교수 상황에서 문제 해결 및 동료에게 설명하기 위해 다양한 비유를 생성하였으며, 문제해결에 도움이 되는 비유와 그렇지 않은 비유가 모두 나타났다. 영재 학생들은 동료교수 토론에서 동료의 설명을 통해 비유 생성을 위한 원천을 얻을 수 있었고 이로 인해 다양한 비유를 생성하였다. 둘째, 영재는 동료와 토론하는 과정에서 단순히 비유를 생성한 것뿐만 아니라 초기에 생성한 비유를 스스로 평가 및 변형하였다. 이 과정에서 영재 학생들은 동료의 이해를 돕기 위해 사고실험과 형상화 시뮬레이션을 수행하였고 연결 비유를 생성하였으며 설명적 모델을 건설하여 제시된 문제와 관련된‘원리’를 발견하였다. 셋째, 적절한 비유가 생성된 문항에서 정답률의 변화가 매우 높았으며, 대다수의 학생들이 의견을 바꾼 이유가 비유 때문이라고 응답하였다. 영재 학생들은 동료의 비유가 ‘설명을 이해하기 쉽고’, ‘확신이 생기며’, ‘증거를 제공’받고, ‘생각의 오류를 찾을’수 있다고 응답하였다. 또한 사전․사후 개념 검사 결과에서도 수학반은 정답률이 57.14%, 과학반은 42.86%가 상승하였고 Hake Gain은 수학반이 0.727로 High Gain, 과학반이 0.429로 Medium Gain이었다. 따라서 동료교수 중 생성된 동료의 비유는 이해가 쉽고 동료교수법은 비유의 생성 및 개념변화에 효과적이었다고 판단할 수 있다. 이러한 연구 결과로 볼 때 동료교수 상황에서는 동료의 설명을 통해 비유를 생성할 수 있는 원천을 제공받을 수 있고 동료와의 토론을 통하여 비유를 평가하고 변형시킨다. 또한 동료의 이해를 돕기 위해 연결비유를 생성하고 동료들이 생성한 비유를 제공받을 수 있으며 사고실험 및 형상화 시뮬레이션을 수행하여 작동 가능한 유연한 도식을 포함한 설명적 모델을 건설할 수 있다. 이와 같은 요인은 설명적 모델을 변화 및 정교화 시킨다. 설명적 모델의 변화는 곧 개념의 변화로 이어지며 본 연구의 동료교수 상황에서 비유 생성을 통하여 개념변화가 일어났음을 판단할 수 있다. 따라서 동료교수는 비유 수업을 성공으로 이끌 수 있으므로 동료교수를 변형한 비유 수업 모형을 개발할 것을 제안한다. 또한 본 수업을 통해서 생성된 비유와 사고실험, 형상화 시뮬레이션이 포함된 설명은 중학교 2학년 영재 학생이 생성한 것으로 동료의 개념변화에 효과적이었다. 따라서 본 수업에서 생성된 비유와 설명들을 튜토리얼로 개발할 것을 제안한다.

냉각된 87Rb 원자 매질에서 외부자기장과 레이저 결맞음에 따른 λ형 전자기 유도 투과 신호 특성

이현경 한국교원대학교 대학원 2014 국내석사

본 연구에서는 냉각된 87Rb 원자 매질에서 외부 자기장의 유무와 레이저 결맞음에 따라 λ형 전자기 유도 투과 신호를 측정하고 특징을 분석하였다. 광자기 포획, 압축 포획, 편광 광 기울기 냉각 과정을 실시하여 만들어진 87Rb 원자의 평균 온도는 도플러 한계 이하인 36±1µK이다. 냉각된 원자의 포획에 사용된 외부자기장을 제거하고, 2대의 펄스 레이저를 이용하여 전자기 유도 투과 신호를 관측하였다. 증기 셀에서의 투과 신호와 달리 광 펌핑 효과가 나타나지 않았으며, 결합광의 세기에 따라 효율이 크게 변하지 않았다. 또한 포획 자기장이 존재하여 섭동된 원자 매질에서의 전자기 유도 투과 신호 보다 3배 이상의 효율을 보였다. 이는 3준위 원자계 모델에서 포획에 사용된 자기장이 결합광의 편이를 주는 요인이 되므로 전자기 유도 투과 효율을 줄인다는 계산 결과와도 일치한다. 따라서 외부자기장이 제거된 냉각 원자가 결맞음 상호작용에 의한 비선형 효과를 증가시키는 결정적인 요인이 될 수 있음을 확인할 수 있었다. 전자기 유도 투과 신호 측정을 위한 2대의 레이저들 간의 위상 결맞음을 증가시키기 위하여 광 주입 잠금법을 실시하였다. 전기 광 변조기를 이용하여 87Rb 원자의 두 바닥 준위(5S1/2)에서 6.8GHz의 주파수 편이 값을 가지고 발진하는 조사광과 결합광을 제작하였고, Fabry-Perot 간섭계를 이용하여 발진 모드를 점검하였다. 독립된 2대의 레이저를 사용했을 때와 위상 잠금된 2대의 레이저를 사용했을 때 측정한 전자기 유도 투과 신호를 비교한 결과, 결합광의 결맞음성이 조사광의 투과율을 증가시키는 데 큰 영향을 보이지 않았다. 이는 최근에 발표된 2중 람다 구도에서 얻은 결과와 일치하는 결과이다.

냉각된 87Rb 원자 매질에서 전자기 유도 투과를 이용한 빛의 편광 변화 분석

문예린 한국교원대학교 대학원 2014 국내석사

본 연구에서는 Λ형 전자기 유도 투과(Electromagnetically Induced Transparency) 현상을 이용하여 냉각된 87Rb 원자에서 조사광의 편광을 변화시키고 결합광의 편광과 세기에 따른 효과를 분석하였다. 높은 밀도의 냉각 원자 매질을 만들기 위해 2D-MOT 진공 셀 & 3D-MOT 진공 셀을 직경 1mm 구멍으로 분리시킨 후 2Γ (Γ : 5P3/2(F'=3) 상태의 자연선폭) 적색편이와 청색편이 된 두 종류의 이송광을 이용하여 4.3×1017 개/m3의 냉각원자를 만들었다. EIT 구도를 위해 결합광은 5S1/2(F=1) → 5P3/2(F’=2) 전이선에 주파수를 안정화하였고 조사광은 5S1/2(F=2) → 5P3/2(F’=2) 전이선을 사용하였다. 5ms동안 포획 자기장을 끄면서 조사광을 스캔한 결과 EIT 현상에 의해 공명진동수의 20MHz 범위에서 조사광의 편광 회전을 관측하였다. 결합광이 원편광인 경우에는 조사광의 편광 변화가 공명진동수를 중심으로 분산함수 형태로 나타났다. 결합광이 서로 반대 방향의 원편광일 때에는 같은 진동수 범위에서 조사광의 편광 회전 방향이 반대방향으로 나타났다. 결합광이 선편광인 경우에는 조사광의 편광 변화가 두 분산 신호의 차의 형태로 나타났다. 이러한 차이는 축퇴된 자기부준위 사이의 전이에 대해 조사광의 두 원편광 성분과 결합광의 Λ형 EIT 구도의 개수 차이, Clebsh-Gordan 계수의 비대칭성에 의해 생긴다고 해석된다. 결합광의 세기가 증가함에 따라 결합광이 σ+편광, p-편광일 때에는 최대 편광 회전각이 증가하는 경향이 있었지만 σ-편광, s-편광일 때에는 감소하는 경향이 있었다. 또한 결합광의 세기가 증가할 때 AC-Stark 효과에 의해 편광이 변하는 진동수의 범위가 넓어짐을 확인할 수 있었다. 가장 큰 편광의 회전 각도는 결합광이 σ+편광이고 세기가 279MHz일 때 160mrad(9.2°)이었다. 본 연구는 향후 냉각 원자 매질에서 전자기 유도 투과 현상을 이용하여 광스위칭(optical switching)으로 사용하기 위한 기초적인 자료가 될 수 있을 것이다.

천체관측행사 프로그램을 주도한 영재학생들의 문제해결능력 및 의사소통능력 변화

오세희 한국교원대학교 교육대학원 2013 국내석사

본 연구는 천체관측행사를 영재학생들이 기획하고 이끌도록 설계한 수업이 영재학생들의 문제해결능력 및 의사소통능력에 도움을 주는지 알아보는 데 목적이 있다. 이를 위하여 실험집단은 A시 교육청 영재교육원 중학교 2학년 20명, 통제집단은 A시 B중학교 부설 영재학급 2학년 20명으로 설정하였다. 실험집단은 4월23일에 수업을 시작하여 5월25일에 천체관측행사를 치를 때까지 총 7회의 수업이 진행되었다. 통제집단은 4월23일에 영재학급 자체 프로그램이 진행되었으며 5월30일까지 총 7회의 수업이 진행되었다. 프로그램 투입 전ㆍ후에 한국교육개발원에서 개발한 생애능력 측정 도구 중 문제해결능력 및 의사소통능력 검사를 하였다. 연구 결과 천체관측행사를 주도한 영재학생들의 의사소통능력과 그 세부능력인 해석능력, 자기제시능력, 메시지전환능력과 이에 따른 하위요소인 정보수집, 경청, 자기드러내기, 타인관점이해 4개 요소들은 의미있는 향상이 나타났다. 문제해결능력은 상승하기는 하였으나 유의한 차이는 나타나지 않았다. 그러나, 세부능력인 계획 및 실행능력과 그에 따른 하위요소인 기획력요소는 의미있는 향상이 일어난 것으로 분석되었다. 의사소통능력이나 문제해결능력 향상을 위한 비교과영역에서 다루어지는 별도의 프로그램이 아닌 과학내용을 바탕으로 구성한 프로그램도 영재학생들의 의사소통능력과 문제해결능력의 향상에 도움이 된다는 것을 알 수 있다.

인지갈등 측정도구(CCLT)에서 '불안'요인의 경향성에 따른 인지갈등 수준 판단 방법 재검토

신소영 한국교원대학교 교육대학원 2013 국내석사

인지갈등이 높고 낮은 정도를 판단할 때 많은 연구에서 인지갈등 측정도구(CCLT:Cognitive Conflict Levels Test)를 검사도구로 사용하였다. 인지갈등 측정도구(CCLT)는 인지갈등 과정모형에 근거하여 개발된 검사도구로 ‘인식’, ‘흥미’, ‘불안’, ‘인지적 재평가’ 네 요인으로 구성되어 있다. 그러나 많은 연구에서의 인지갈등 측정도구의 결과를 보면 ‘불안’요인의 점수가 나머지 세 요인보다 낮게 나오는 경우가 있었고, 이러한 요인별 점수의 경향성을 구체적으로 알아본 연구는 거의 없는 실정이다. 그러므로 이 연구에서는 다음과 같은 세 가지를 연구 문제로 설정하였다. 첫 번째로 인지갈등 측정도구를 사용하여 검사한 논문에서 ‘불안’요인에 초점을 맞추어 네 요인의 점수의 경향성을 탐색해 보았다. 둘째로, 인지갈등 수준을 판단한 기준과 방법은 어떠했는지 알아보았다. 셋째로, 위의 두 연구 문제의 결과를 토대로 인지갈등 과정모형에 근거한 인지갈등 측정도구의 갈등 수준 판단 방법을 재검토해 보았다. 이러한 연구 목적을 위해서 문헌 연구 방법을 이용하여 인지갈등 측정도구(CCLT)를 검사도구로 사용한 논문 21편을 대상으로 논문에 제시된 검사 결과를 분석하였다. 이 연구를 통해서 다음과 같은 결과를 얻었다. 첫째, 인지갈등 측정도구를 사용한 연구에서 ‘불안’ 요인이 나머지 세 요인보다 낮은 점수로 나타났고 인지갈등 측정도구로 갈등의 수준을 판단할 때 ‘불안’요인의 점수는 요인별 점수를 합산하여 총점으로 판단한다면 총점에 대한 기여도가 나머지 세 요인과는 다른 양상을 보인다는 것이다. 둘째, 인지갈등 검사 결과 갈등 수준 판단 방법은 ‘불안’요인의 점수가 인지갈등의 총점에 대한 기여도가 다름에도 요인별 점수 합산 총점을 사용한 연구가 많았고, 인지갈등은 높다고 판단되나 ‘불안’요인은 높거나 낮은 경우가 있어 ‘불안’의 유형별로 분류한 연구가 있었다. 총점을 사용하여 판단한 연구는 절대 기준으로 판단한 연구와 상대 기준으로 판단한 연구가 있었다. 셋째, 위의 두 연구문제에 대한 결과를 토대로 인지갈등 수준 판단 방법을 재검토해 보았다. 인지갈등 과정모형에서 ‘흥미’와 ‘불안’에 모두 반응하거나, ‘흥미’나 ‘불안’ 중에 어느 하나만 반응하여도 정의적 반응이 일어난 것으로 본다. 따라서 인지갈등 과정모형에 근거하면 ‘불안’에 반응하지 않아도 인지갈등은 일어난 것이며 ‘불안’요인 점수가 다른 세 요인과 달리 낮게 나올 수 있다. 그러므로 인지갈등 측정도구로 갈등 수준을 판단할 때 네 요인별 점수를 합산하여 총점을 상대 기준으로 판단하는 방법은 갈등 수준에 차이가 없으나 절대 기준으로 판단하는 방법은 갈등 수준이 낮게 평가될 수 있다. 따라서 이러한 정의적 요인의 반응을 고려하여 ‘흥미’나 ‘불안’ 중 높게 반응하는 요인의 점수를 택하는 고득점 선택법을 제안할 수 있다. 정의적 반응 중 고득점을 택하는 인지갈등 측정도구의 갈등 수준 판단 방법은 ‘흥미’에만 반응하거나 ‘불안’에만 반응하는 학생의 요인별 점수를 모두 합산하였을 경우 인지갈등 총점이 낮아지기 때문에 갈등 수준이 낮게 평가되었던 기존 방법을 보완할 수 있고, 인지갈등 과정모형에 근거한 갈등 수준 판단 방법이라고 할 수 있다. 또한 인지갈등 상황에 대면했을 때 정의적 반응 중 ‘흥미’보다는 ‘불안’에 반응하지 않는 학생들이 많다는 것에 주목하고 이에 대한 후속 연구의 필요성을 강조하였다.

물리Ⅰ의 자기 관련 개념 조사

이영림 한국교원대학교 교육대학원 2012 국내석사

본 연구는 물리Ⅰ의 자기 관련 개념을 조사하기 위하여 검사 도구를 개발하였고, 개발된 문항으로 학생들의 개념을 조사하고 분석하여 자기장을 효과적으로 지도하는데 시사점을 얻고자 한다. 자석에 의한 자기장, 전류에 의한 자기장, 전자기력, 전자기 유도의 4개 영역으로 구성된 12개의 검사 문항을 물리Ⅰ을 배웠거나 배우고 있는 인문계 고등학교 2, 3학년 248명을 대상으로 각 문항별, 영역별, 학년별, 성별로 비교?분석한 결과는 다음과 같다. 물리Ⅰ의 자기 관련 개념의 전체 정답률의 평균은 41.3%로 낮았으며, 성별 분석에서는 남학생의 정답률(47.9%)이 여학생의 정답률(34.4%)보다 높게 나타나 유의미한 차이를 보였으나 학년별 분석에서는 2, 3학년의 정답률에 유의미한 차이가 없었다. 영역별 정답률은 전류에 의한 자기장에 대한 정답률이 53.5%로 가장 높았으며, 전자기력(49.2%), 전자기 유도(35.8%), 자석에 의한 자기장(34.2%) 순서로 나타났다. 학생들은 자석이 잘라져도 다시 자석이 된다는 개념을 알고 있으나 실제 잘려진 자석 사이의 나침반의 방향을 그리는 것은 어려워하였으며, 물체와 자기장의 상호 작용을 물체와 전기장의 상호작용과 혼동하는 경향이 나타났다. 전류에 의한 자기장의 방향에 대한 개념 형성은 비교적 잘 되어 있으나 전자석 심의 종류에 따른 전자석의 세기 변화에 대한 정답률이 낮았으며 회로에 전류가 흐르면 전선에 자성이 생겨 가까이에 있는 자석에 붙는다고 생각하는 경향이 나타났다. 자속 변화에 따른 유도 전류의 방향, 유도 기전력과 유도 전류의 세기 비교에 대한 무응답률이 다른 문항에 비해 상대적으로 높게 나타났고 전압과 전류의 개념 혼동이 유도 기전력과 유도 전류의 개념 형성에도 영향을 주었으며 자기장 방향의 반대 방향을 유도 전류의 방향으로 생각하는 경향이 나타났다. 결과적으로 물리Ⅰ의 자기 관련 비과학적인 개념들의 유형은 비슷한 형태를 갖고 있으므로 학생들이 어떤 종류의 오개념을 어느 정도 가지고 있는지에 대한 정보를 제공하고 학생 개념 수준에 맞게 다양하고 구체적으로 학습 자료가 개발된다면 다른 영역보다 과학적 개념으로 변화가 효과적으로 나타날 것이다.

동료 평가가 과학 글쓰기에 미치는 영향

강태연 한국교원대학교 교육대학원 2013 국내석사

이 연구의 목적은 과학 글쓰기에 동료평가 활동을 적용하여 동료평가가 과학 글쓰기에서 측정하고 향상시키고자 하는 능력에 어떤 영향을 미치는지를 분석하고 학생들의 동료평가에 대한 인식을 알아보고자 하는 것이다. 본 연구를 위하여 중학교 1학년 학생들을 대상으로 하여 과학 글쓰기 활동을 한 학생들을 통제반으로 하고 과학 글쓰기와 동료평가 활동을 같이 한 학생들을 실험반으로 하여 처음 쓴 글과 최종 쓴 글의 변화를 비교하고 분석하였다. 통제반과 실험반 학생들은 같은 과학 글쓰기 주제로 글쓰기를 실시하였으며 현 중학교 1학년 학생들이 사용하고 있는 17종의 과학 교과서를 연구자를 포함한 교사 3인이 분석하여 과학 글쓰기에 맞는 주제를 선정하였고 총 10차시 20시간의 수업을 하였다. 또한 실험반 수업에 선행연구 고찰을 통해 수정하고 개발한 과학 글쓰기 채점 기준표를 통해 매 차시가 끝날 때마다 동료의 글을 읽고 평가하도록 하였으며 같은 평가 척도를 사용하여 연구자를 포함한 교사 3인이 평가한 점수를 분석하여 이를 연구 결과에 사용하도록 하였다. 본 연구에서는 과학 글쓰기를 통해 이해분석력, 논증력, 창의력, 표현력의 4개 항목을 측정하여 각 항목별 성취수준의 향상에 동료평가가 어떤 영향을 미치는가를 분석할 수 있었다. 과학 글쓰기를 통해 모든 학생들의 글쓰기 수준이 전반적으로 향상되었으며 본 연구의 과학 글쓰기에서 측정하고자 하는 4개 항목에 대해 긍정적인 발전이 이루어졌으며 이는 실험반과 통제반에 모두 공통적인 결과를 얻었다. 단순히 과학 글쓰기를 반복한 학생들에게서보다 과학 글쓰기에 동료평가를 적용한 학생들의 과학 글쓰기 평가결과가 과학 글쓰기의 논제나 제시문을 이해하고 분석하여 논리적으로 증명할 수 있는 수준이 눈에 띄게 향상되었으며 문단이나 문장의 표현력에서도 의미 있는 향상을 보여 주었는데 이는 통계적으로 유의미한 값을(p<.05) 나타낸 것으로 증명되었다. 동료평가에서는 학생들이 쓴 글을 사이에 두고 학생들이 서로 필자와 독자로서 상호 관계가 지속되고 그 과정을 통해 능숙한 필자로 거듭날 수 있었음을 판단할 수 있었다. 과학 글쓰기 활동에 동료평가를 적용한 수업에 대한 학생들의 인식을 설문지 작성을 통해 분석하였으며 인터뷰를 통해 전사하였다. 과학 글쓰기 활동을 통한 동료평가는 흥미를 유발하고 생각을 자유롭게 표현할 수 있으며 이를 다른 사람의 글을 읽어보는 동안 일어나는 반복적 사고를 통해서 과학의 개념이 명확해지기 때문에 긍정적이라는 반응을 보여 주었다. 학생들은 동료평가 활동을 통해 학습자로 하여금 학습뿐만 아니라 평가 과정에서도 능동적으로 수업에 참여하도록 함으로써 학습에 대한 책임감과 주체의식 및 자신감을 갖게 할 수 있음을 알 수 있다.

과학영재의 역동적 지식생성을 통한 통찰과정 분석

이지원 한국교원대학교 대학원 2014 국내박사

이 연구에서는 과학적 문제해결 과정에서 도저히 문제가 풀리지 않는 막다른 골목에 도달하였을 때, 문제표상(전제와 문제)과 해결자의 인지구조(스키마) 활성화를 재구조화하면서 어떻게 문제를 해결해 나가는지 그 과정을 알아보고자 한다. 이를 위하여 통찰이 일어날 수 있는 과학 기반 문제상황을 설계하여 과학영재학생들에게 제공하고, 이들이 문제를 표상하고 재구조화한 후 해결에 이르는 과정을 미세 분석하였다. 과학영재의 통찰과정을 분석하기 위해, 학생들이 과학 이론에 기반하여 표상한 전제와 문제로는 답을 찾지 못하고 막다른 골목에 도달하게 되는 상황을 설계하였다. 이 문제를 해결하기 위해서 재구조화가 일어나는 과정은 통찰 과정을 분석하기 위해 적절한 상황이라고 볼 수 있다. 고등학교 2학년인 과학영재학생 4명을 대상으로 문제상황과 실험도구를 제시하고 스스로 전제와 문제를 표상한 후, 만족스러운 답이 나올 때까지 충분히 논의하고 탐색하도록 하였다. 문제해결의 전 과정을 녹화하여 수행된 논의와 실험을 분석하였고 재구조화는 무엇을 계기로 일어나는지, 어떤 과정을 거쳐 일어나는지, 사용되는 정보는 무엇인지, 그 정보는 어떻게 생기는지에 초점을 두고 분석하였다. 연구 결과를 통해 다음과 같이 결론을 정리하였다. 첫째, 과학영재들은 문제상황에 직면하였을 때 과학적 스키마에 기반하여 전제를 표상하였기 때문에 전제에 대한 강한 신념을 갖고 있었다. 또한 전제에 기반하여 표상한 문제의 틀 안에서 가설이 생성되었기 때문에, 생성된 가설은 전제를 벗어나지 못하였다. 둘째, 과학영재들은 문제해결과정에서 문제상황에 대한 가설만 생성한 것이 아니라, 다른 관련 현상들에서 파생된 여러 의문을 함께 탐색하였다. 가설평가과정에서 공통적으로 발생한 의문을 탐색하였고, 이를 통해 전제가 다른 스키마와 충돌한다는 이론적 모순을 발견하였다. 또한 문제상황을 변형시키면 어떤 현상이 나타날지에 의문을 갖고 탐색하여, 전제와 불일치하는 현상을 실험적으로 발견하였다. 셋째, 추가의문의 탐색 도중 돌발상황이 나타나기도 하였는데, 과학영재들은 이 또한 호기심을 갖고 탐색하였다. 이러한 돌발상황과 문제상황의 유추를 통해 전제를 의심하는 것이 재구조화의 계기가 되었다. 변형상황 탐색 과정에서 수행한 실험 정보를 이용하여 새 전제를 실증적으로 확인하였고, 전제가 재구조화됨에 따라 문제 또한 재구조화되었다. 이러한 재구조화의 과정은 비교적 짧은 시간동안 일어났고, 추가의문의 탐색 도중 생성한 정보가 재구조화의 각 과정에서 사용되었다. 넷째, 재구조화 이후에는 새 문제표상에 대한 이론적 설명을 찾기 위한 탐색을 시행하였다. 표상이 새롭게 바뀌었으므로 이를 설명할 수 있는 새로운 스키마가 활성화되어야 하기 때문이다. 이 때 과학영재들은 활성 스키마를 명확하게 하기 위해서 초기 탐색과정에서 생성된 정보를 활용하였다. 즉 추가의문의 탐색을 통한 정보생성은 문제해결과정 전반에 걸쳐 큰 역할을 하고 있음을 알 수 있다. 이 연구 결과는 과학적 문제해결이 막다른 골목에 부딪쳤을 때 주어진 문제에만 집중하기보다는 추가적인 의문을 갖고 다른 관련 현상에 대해서도 열린 탐색을 함으로써 역동적 지식생성을 통해 통찰이 일어날 수 있음을 시사한다.

초등 과학수업에서 주제에 따른 Peer Instruction의 효과

김규환 한국교원대학교 대학원 2012 국내박사

이 연구는 Eric Mazur에 의해 개발된, 교사-학생, 학생-학생 간 상호작용적 교수 접근법인 Peer Instruction을 초등학생을 대상으로 하여 적용하여 보고 그 효과를 살펴본 것이다. 이전 연구들은 주로 미국 대학생들을 대상으로 Peer Instruction의 효과를 살펴본 것으로 초등학생들을 대상으로 한 연구는 거의 없었다. 특히 국내에서는 정규 수업과 마찬가지로, 단위 수업에서 하나의 주제로 Peer Instruction을 적용한 사례가 아직 보고되지 않은 상황이다. 이에 정규 수업과 같은 형태로 Peer Instruction을 적용하여 보고 그 효과를 살펴볼 필요성이 제기되어 이 연구가 진행되었다. 연구를 위하여 특별히 두 가지 학습 주제가 선택되었는데, 그 이유는 초등학생을 대상으로 한 Peer Instruction의 효과 확인과 더불어 주제에 따라 효과가 나타나는 양상도 함께 살펴보기 위해서였다. 첫 번째 주제는 기존의 연구들에서 학생들의 오개념이 견고한 것으로 알려진 광학 현상이었는데, 그 중에서 ‘빛의 직진 현상’을 다루었다. 첫 번째 주제를 이와 같이 선정한 이유는 Peer Instruction이 학생들의 개념 변화, 그 중에서도 오개념의 개선에 어떠한 효과가 있는지 살펴보기 위해서였다. 두 번째 주제는 뜨고 가라앉는 현상과 관련된 ‘밀도’였다. 밀도와 관련된 내용은 초등학생들에게 생소할뿐더러 학생들의 발달단계 상 다소 도전적인 주제에 해당한다. 그러므로 이와 같은 학습 주제의 선정은 학습 사태에 있어서 생소하고 도전적 주제에 대한 학생들의 반응 태도와 이러한 주제에 대하여 Peer Instruction이 학생들의 학습에 미치는 영향을 살펴보기에 적합하였다. Peer Instruction 적용 수업은 초등학교 6학년 48명을 대상으로 이루어졌으며, 두 주제는 각각 별도의 단위 수업을 통해 제시되었다. 수업 적용에 따른 교수법의 효과의 검증은 사전&#8729;사후 개념검사 결과 및 수업 중에 제시된 ConcepTest 문항에 대한 학생들의 답안 선택, 그리고 동료토론 중의 대화 내용의 분석을 통하여 이루어졌는데, 정량적인 효과성의 검증 도구로 Hake's Gain이 활용되었다. 수업의 전반적인 효과성은 사전&#8729;사후 개념검사의 비교를 통해 이루어졌는데, 빛의 직진과 밀도를 다룬 두 수업 모두 0.7 이상의 Hake's Gain을 산출하여 Peer Instruction의 효과는 비교적 높은 것으로 확인되었다. 수업의 효과가 나타나는 구체적 양상에 대해서는, 먼저 빛의 직진 현상을 다루는 수업의 경우, 오개념이 견고한 해당 주제의 특성으로 인해 초기 ConcepTest 문항들에 대한 Hake's Gain이 비교적 낮게 나왔다. 그러나 ConcepTest 문항들에 대한 답안 선택, 그리고 동료 토론이 실시된 ConcepTest 문항들의 Hake's Gain의 변화를 전체적으로 살펴본 결과, 개념의 개선이 점진적으로 일어나고 있음을 확인할 수 있었다. 대화 분석 결과도 이와 같은 양상을 보였는데, 초기 ConcepTest 문항에 있어서는 오개념의 견고성으로 인해 과학적 개념에 근거해 정답을 선택하고서도 동료토론 중의 상대방의 그릇된 주장에 의해 쉽게 오답으로 답안 선택을 바꾸는 학생들이 많았으나, 점차적으로 그와 같은 학생들의 수가 줄어들었을 뿐 아니라, 강의에서 다루어진 과학적 개념을 근거로 한 주장에 의해 정답으로 답안 선택을 바꾸는 학생들의 수가 차츰 증가하였다. 결국 오개념이 견고한 주제에 대하여 Peer Instruction이 효과적인 이유는 Peer Instruction의 절차에 포함되어 있는 ConcepTest 과정이 일반적인 강의식 수업으로는 개선이 되지 않는 그릇된 오개념을 ConcepTest 문항이나 동료토론을 통해 표출시키고, 오개념을 계속 고수하였을 경우에 ConcepTest 문항의 정답 제시 순간이나 동료토론 중에 과학적 개념과의 불일치라는 인지 갈등 상황에 놓이게 함으로써, 오개념이 점진적으로 과학적 개념으로 변화되도록 하기 때문으로 나타났다. 밀도를 활용하여 뜨고 가라앉는 현상을 다루는 수업의 경우, 대부분의 ConcepTest 문항들에 대한 사전 정답률이 비교적 높게 나타났다. 답안 선택 근거의 확인을 위해 높은 사전 정답률을 기록한 ConcepTest 문항들 중 세 문항에 대하여 임의적인 동료토론을 실시하여 대화 내용을 분석한 결과, 대부분의 학생들이 강의 과정에서 교사가 제시한 개념을 수용하여 적용하고 있음을 알 수 있었다. 유일하게 중간 범위의 정답률을 기록하여 전형적인 동료토론의 실시 조건을 만족한 한 개 문항의 경우, 강의 과정에서 다루어진 정성적인 방법 만으로는 해결이 곤란하고 일정 부분 정량적인 방법을 통한 해결이 요구된 문항이었음에도 불구하고 동료토론을 통하여 올바른 개념의 적용이 확대되어 Hake's Gain이 1이라는 이상적인 결과를 산출하였다는 사실은 주목할 만한 점이었다. 이 문항의 동료토론 내용을 살펴본 결과, 오개념이 견고한 주제인 빛의 직진과는 달리, 오답을 선택한 학생들이 정답을 선택한 학생들의 주장에 큰 저항없이 대체로 수긍하는 형태로 토론이 이루어지는 특징이 있었다. 결과적으로, 생소한 학습 주제의 경우에 있어서는, 오개념의 개입이 적기 때문에 Peer Instruction의 강의 과정을 통해 개념의 수용이 대체적으로 이루어지고, Peer Instruction의 ConcepTest 과정은 개념의 적용 기회로 활용되며, 이 과정에서 일어나는 동료토론은 미처 올바른 개념 적용에 이르지 못한 학생들로 하여금 개념의 적용을 정교화하도록 만들어 올바른 개념 적용에 이를 수 있도록 하여준다는 사실을 알 수 있었다. 두 가지 특징적인 주제로 Peer Instruction을 적용한 이상의 결과들로부터, Peer Instruction은 ConcepTest 문항들을 통한 다양한 상황에의 직면 및 학습한 개념의 적용 기회 부여, ConcepTest 과정을 통한 오개념의 노출 및 개념 불일치라는 갈등 상황에의 경험, 개념 적용의 정교화 기회 부여 등으로 인해 초등학생들의 과학적 개념의 형성 및 변화에 효과적임을 알 수 있다.