디지털 테크놀로지 활용 시민과학 교육 프로그램을 구현한 초등학교 수업 분석: 행위자-네트워크 이론(ANT)을 기반으로 = An Exploration of the Implementation of a Citizen Science Education Program Using Digital Technology in an Elementary Classroom Using Actor-Network Theory

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, various forms of irreversible challenges, such as global warming and COVID-19, that have been difficult to control have emerged, and the results have become difficult to predict. To solve these problems, students need civic competencies with a scientific understanding of science- and technology-related issues and transformational capabilities geared toward the future to seek and practice direct solutions. Extreme citizen science education can enhance citizens' future capabilities by helping them explore science and technology-related topics directly related to real life, seek solutions, and participate in the problem-solving processes through individual politicized actions. Therefore, this study focused on an extreme citizen science education program.
This study organized an extreme citizen science education class program using digital technology, focusing on the possibility that rapidly introduced digital technology can contribute to promoting extreme citizen science activities. In other words, digital technology was used in class programs because it made obtaining data for extreme citizen science activities related to the atmospheric environment easy and fulfilled the need for a technical platform that acquired, integrated, and converted data.
Extreme citizen science education programs which are using digital technology consist of human and non-human actor networks. For example, technology is a non-human actor that enables and facilitates extreme citizen science activities while facilitating data collection, transformation, and communication functions. In this way, due to the nature of a program that consists of networks between various humans and non-humans, it is necessary to include both humans and non-humans actors as objects of analysis to analyze the execution process in depth. Therefore, this study aimed to understand teaching and learning phenomena in a new and comprehensive way by focusing on Actor-Network Theory (ANT), which looks at behavior through human and non-human actor networks.
This study aimed to obtain implications for extreme citizen science education by analyzing the process of preparing and implementing extended extreme citizen education using digital technology from an ANT perspective. There were two specific research questions: What is the network construction process that appears when implementing an extreme citizen science education program using digital technology in elementary schools? What are the network and the process of change that occurred as a result of the group activities of this program?
Participants in the study were one homeroom teacher and 21 students in the fifth grade of H Elementary School in Seoul. The program was developed by the researcher that was revised and supplemented for the level of elementary school students through discussions with assistant teachers and teachers. It consisted of 24 sessions in three step : Step 1 (understanding digital technology), Step 2 (scientific inquiry activities), and Step 3 (social action). The digital technology used in the class consisted of hardware and software involving devices that collected data about atmospheric environments and converted the collected data into numbers and graphs. Data from in-depth interviews with participants, the teacher's reflection journal, and the participation observation journal were collected and were analyzed by the Callon’s (1986) four stages of translation to described the trajectory of the network. And the collected data was analyzed and described as the process of folding and unfolding networks between actors over time for each program steps. After that, the data were analyzed using a continuous comparative analysis method.
The results of the study are as follows. First, in the process of preparing and implementing an extreme citizen science education program using digital technology, the characteristics of the network construction process were examined. In the problematization stage, the behavior of disturbing the existing education network, which began with the researcher, led to the teacher's interest, and the teacher continued and expanded by raising the problem to students on behalf of the researcher. However, more and more actors failed to pass the initial OPP(Obligatory Passage Point) set at the stage of raising the issue, causing the overall alliance to falter, resulting in cases of betrayal, which led to a change of the OPP. After that, the main actors began to try again to form alliances to achieve their respective interests while making the changed OPP mandatory. At the attention-grabbing stage, the researcher used various strategies and devices to continue to cause interest of teachers and students, and the teacher also discussed various strategic devices with the researcher and used various strategic devices to arouse students' interest. Non-human actors caused students' interest without intention. However, each actor had various positions and expected benefit, increasing the complexity of network construction and making it difficult to recruit. Due to these differences, there were various cases, such as successful registration, betrayal, and complex cases. After that, the stage of registration occurred briefly through the proposed articles and posters, but it ended without receiving a proper answer due to reasons such as the closing ceremony.
Second, during the process of implementing the extreme citizen science education program using digital technology, the network and change processes formed in small-group activities were examined. Students were able to confirm that new non-human and human actors entered the educational field and changed the existing network formation method, which had been fixed as a problem-solving strategy. The learning strategies used were different for each student, and the network was stabilized, including various human and non-human actors. In addition, the results showed that even if the non-humanization of digital technology and student actor fails to make black box, a discourse can be formed through the inscription. Learning was more active in the group where members interacted organically with each other in their network than in the group where members have the limited role. The expressed behavior was different depending on which actor was connected to the non-human actor such as digital technology and the inscription. Unpredictable situations that occurred by broken black box greatly influenced learning. This process indicated that non-human actors were beings with agency large enough to disturb the teaching and learning network. In addition, results of learning activities appeared not to be due to the capabilities or abilities of the human actors, but to be due to various complex network processes. Connections by human actors unintentionally made the expansion of learning networks fail. In terms of social behavior, adult actors needed to intervene to actively relate to inscription-student-actors outside of school.
These research results have the following educational implications. First, to help with learning, it is necessary to use various methods to have multiple human and non-human actors. In addition, in order to develop meta recognizing ability of how to appropriately involve them according to their needs, we should help students to directly or indirectly experience to involve various actors. Second, in order for non-human actors to exhibit appropriate behavior in the educational field, support must be provided in consideration of various factors surrounding non-human actors. To this end, it is necessary to dismantle the black boxed non-human actor before introducing it into the teaching and learning situation. Through this process, it will be possible to appropriately adjust the stage of meeting the actors who make up the non-human so that it is appropriate to the level of the students. Third, the design of teaching and learning should consider that knowledge is acquired and that learning occurs in the process of constructing networks with both non-humans and humans. In the process of examining the causes of learning outcomes, finding that human and related non-human actors are intertwined in multiple ways can allow new perspectives on teaching and learning problems that have not been solved. Fourth, education and learning also need to be understood as a result of human/non-human interaction. This is important because it can suggest looking at teaching and learning from a new perspective that breaks away from the humanistic perspective in educational research.
This study shows through case studies that learning involves a network composition that goes beyond the existing teaching and learning perspective, suggesting possibilities for how to prepare classes from a network perspective and how to help learning. The aim is for educational discussions to be continued from a new perspective by providing an opportunity to reconsider the roles and positions of non-humans that have heretofore been overlooked. In addition, this research aims to support the effective application of extreme citizen science education programs in the future by expanding understanding of the process of preparing and applying expanded extreme citizen science education using digital technology.

국문 초록 (Abstract)

근래 지구온난화, COVID-19 같은 통제하기 힘든 여러 비가역적인 난제들이 다양한 형태로 나타나고 있다. 더욱이 그 결과는 예측하기 힘들어지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 학생들은 과학기술과 관련된 문제에 대한 과학적 이해와 직접적인 해결방안을 모색하고 실천하기 위한 변혁적 역량을 갖춘 미래 시민 역량이 필요하다. 확장 시민과학 교육은 실생활과 밀접한 과학기술 관련 주제를 탐구하고, 해결방안을 모색하며, 개인의 정치화된 행동을 통해 문제해결과정에 참여하는 것으로 미래 시민이 갖추어야 할 역량에 높이는 데 기여할 수 있을 것이다. 이에 이 연구에서는 확장 시민과학 수업 프로그램에 주목하였다.
아울러, 이 연구에서는 교육에서 빠르게 도입되고 있는 디지털 테크놀로지가 확장 시민과학 활동을 활성화하는 데 기여할 가능성에 주목하여 디지털 테크놀로지를 활용한 확장 시민과학 교육 수업 프로그램을 구성하였다. 즉, 대기환경과 관련된 시민과학 활동을 위해서 데이터를 획득하기 용이한 디지털 테크놀로지와 데이터를 획득하고 통합 및 변환하는 기술적 플랫폼의 필요성 등을 감안하여 디지털 테크놀로지를 수업 프로그램에 활용하였다.
한편, 디지털 테크놀로지를 활용한 확장 시민과학 수업은 여러 인간과 비인간이 함께 네트워크를 형성하고 있는 프로그램이다. 예를 들어, 테크놀로지는 데이터의 수집과 변환 및 소통을 위한 행위성을 발휘하면서 시민과학 활동을 가능하게 그리고 원활하게 하는 비인간 요소이다. 이처럼 여러 인간과 비인간 사이의 네트워크로 구성된 프로그램 특성상 그 실행 과정을 심도 있게 분석하기 위해서는 인간과 비인간 모두를 분석의 대상으로 포괄하는 방법이 필요하다. 이에 이 연구는 인간과 비인간의 네트워크로 행위를 바라보는 행위자-네트워크 이론(Actor-Network Theory, 이하 ANT)에 주목하여 학습 현상을 새롭고 종합적으로 이해하고자 하였다.
이에 이 연구에서는 디지털 테크놀로지를 활용한 확장 시민과학 수업을 준비하고 실행하는 과정을 ANT의 관점에서 분석함으로써 시민과학 교육에 주는 시사점을 얻는 것을 목적으로 하였다. 구체적인 연구 문제로 다음과 같다. 첫째, 디지털 테크놀로지를 활용한 확장 시민과학 교육 프로그램을 초등학교에서 실행할 때 나타나는 네트워크 구성과정은 어떠한지 살펴본다. 둘째, 이 프로그램의 소집단 활동에서 구성되는 네트워크와 변화과정은 어떠한지 살펴본다.
연구 참여자는 서울 소재 H 초등학교 5학년 담임 교사 1명, 학생 21명이다. 수업 프로그램은 연구자가 개발한 프로그램을 보조교사 및 교사와 논의를 거쳐서 초등학생 수준에 맞추어 수정 보완한 것으로, STEP 1 (디지털 테크놀로지에 대한 이해), STEP 2 (과학적 탐구 활동), STEP 3 (사회적 행동) 총 세 단계 24차시로 구성되어 있다. 수업에 활용된 디지털 테크놀로지는 하드웨어와 소프트웨어로 구성되어 있으며 대기 환경을 수집하는 장치, 수집한 자료를 숫자와 그래프로 변환시켜주는 장치 등이 사용되었다. 수업 녹화자료, 연구 참여자 면담자료, 교사의 수업 성찰 일지, 연구자의 참여 관찰일지 등이 연구 자료로 수집되었다. 연구자는 수집된 자료들을 연구문제에 따라 ANT의 관점을 바탕으로 네트워크의 궤적을 기술하였다. 이를 위해 Callon(1986)의 번역 4단계를 기반으로 하였으며, 시간의 흐름에 따라서 행위자들 간에 네트워크가 접히고 펼쳐지는 과정을 수업 단계 및 사례에 따라서 기술하고자 하였다. 이후 지속적인 비교 분석방법을 통해 분석하였다.
연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 디지털 테크놀로지를 활용한 확장 시민과학 교육 프로그램을 준비하고 실행하는 과정에서 네트워크 구성과정의 특징은 다음과 같았다. 문제제기 단계에서는 연구자로부터 시작된 기존 교육 네트워크 교란 행위가 교사의 관심 끌기로 이어졌으며, 교사가 연구자를 대신하여 학생들에게 문제제기 하는 것으로 연속・확장되는 특이점을 보였다. 그러나 문제제기 단계에서 설정한 초기 OPP를 통과하지 못하는 행위자들이 많아져 전체적인 동맹 관계가 흔들리며 배반의 사례가 생겨나 OPP를 변경하게 되었다. 이후 주요 행위자들은 변경된 OPP를 의무적으로 통과하면서 각자의 이익을 달성하기 위해서 동맹 관계를 맺으려 다시 노력하기 시작하였다. 관심끌기 단계에서는 연구자는 교사와 학생들의 관심을 지속해서 유발하기 위해서 다양한 전략과 장치들을 사용했으며, 교사 역시 연구자와 함께 학생들의 관심을 유발하기 위해 여러 가지 전략 장치들을 논의하고 사용하였다. 비인간 행위자들은 의도와 무관하게 학생들의 관심을 유발하였다. 그러나, 행위자별로 다양한 입장과 기대이익을 가지고 있어 네트워크 구축의 복잡성을 증대시키고 포섭을 어렵게 만들었다. 이러한 차이로 인해 등록하기에 성공하거나 배반하는 사례, 혹은 복합적으로 이루어지는 사례 등 다양한 사례가 나타났다. 이후 제안하는 글, 포스터 등 불변의 가동물을 통해 등록하기 단계가 잠시 나타났지만, 종업식 등의 이유로 답변을 제대로 받지 못한 채 마무리되었다.
둘째, 디지털 테크놀로지를 활용한 확장 시민과학 교육 프로그램을 실행하는 과정 중에 소집단 활동에서 구성되는 네트워크와 변화과정은 다음과 같았다. 학생들은 새로운 비인간-인간 행위자가 교육현장에 들어오면서 문제 해결 전략으로 고착화되어 있던 기존 네트워크 형성방법을 바꾸는 것을 확인할 수 있었다. 사용된 학습전략은 학생마다 다르며 다양한 인간 행위자와 비인간 행위자를 포함하여 네트워크 안정화를 꾀하고 있었다. 또한, 디지털 테크놀로지라는 비인간과 블랙박스화에 실패하더라도, 기입물을 통해서 담화를 형성할 수 있음을 확인하였다. 모둠 내의 역할에만 국한되어 활동한 모둠보다 모둠원들이 각자 자신의 역할을 수행하되 각자의 연결망에 서로 유기적으로 연결되어 교류하는 모둠에서의 학습이 활발하게 이루어졌다. 디지털 테크놀로지, 기입물 등의 비인간 행위자가 어떤 행위자와 연결되는지에 따라서 발현된 행위성이 달라졌으며, 비인간의 블랙박스가 깨지면서 예측 불가능한 상황이 생기며 학습에 큰 영향을 미치기도 하였다. 이 과정에서 비인간 행위자는 교수학습 네트워크를 흔들 정도로 큰 행위성을 가진 존재임이 드러났다. 또한, 학습 활동의 결과물은 인간 행위자의 역량이나 능력으로 인한 것이 아니며 여러 복잡한 네트워크 과정으로 발현되는 것임이 드러났다. 비인간뿐만 아니라 인간 행위자에 의한 연결로 비의지적으로 학습 네트워크를 확장하는 데 실패하기도 하였다. 사회적 행동을 할 때 성인 행위자가 ‘기입물-학생-학교 밖 행위자들’과 적극적으로 관계 맺기를 위한 개입이 필요함을 알 수 있었다.
이와 같은 연구 결과는 다음과 같은 교육적 시사점을 주고 있다. 첫째, 학습을 돕기 위해서는 다양한 방법을 사용하여 여러 인간-비인간 행위자들을 만날 수 있도록 해야 한다. 그리고 이들을 자신의 필요에 따라 적절히 포섭하는 방법에 대한 메타적으로 인지하는 능력을 길러주기 위해 여러 행위자를 포섭해보는 경험을 직・간접적으로 할 수 있도록 도와줘야 한다. 둘째, 비인간 행위자들이 교육현장에서 적절한 행위성을 발휘하려면 비인간을 둘러싼 다양한 요인을 고려하여 지원해주어야 한다. 이를 위해 비인간을 교수학습 상황에 도입하기에 앞서 블랙박스화 되어 있는 비인간을 해체해볼 필요가 있다. 이러한 과정을 거친다면 학생들의 수준에 맞추어 비인간을 구성하는 행위자들과 만나게 되는 단계를 적절히 조절할 수 있을 것이다. 셋째, 인간뿐만 아니라 비인간과 네트워크를 함께 구성하는 과정에서 지식이 획득되고 학습이 일어난다는 점을 고려하여 교수학습을 설계해야 할 것이다. 학습결과의 원인을 살펴보는 과정에서 인간 행위자만 주목하는 것이 아니라 관련 비인간-인간 행위자들이 다중적으로 얽혀있는 모습에 주목함으로써, 그동안 해결하지 못했던 교수・학습문제를 새로운 관점에서 다시 접근해 볼 수 있게 한다. 넷째, 교육과 학습도 인간-비인간 상호작용의 결과로서 이해할 필요가 있다. 그동안 교육 연구에서 인본주의적 관점에서 교수・학습을 바라보던 것에서 탈피해 새로운 관점에서 교수학습을 바라보는 것을 제안할 수 있다는 점에서 의의가 있다.
이 연구는 기존의 교수・학습 관점을 넘어 학습이 네트워크의 구성이라는 점을 사례 연구를 통해서 보여줘 네트워크적 관점에서 수업을 어떻게 준비해야 하는지, 그리고 학습을 돕기 위해서는 어떻게 해야 하는지 시사점을 주고 있다는 점에서 그 의미를 찾을 수 있다. 그동안 간과되어 있던 비인간들의 역할과 위치에 대해서 재고해볼 기회를 제공하여 새로운 관점에서의 교육적 논의를 이어나갈 수 있을 것이라 기대한다. 아울러 디지털 테크놀로지를 활용한 확장 시민과학 수업을 준비하고 적용하는 과정에 관한 이해의 폭을 넓혀 앞으로 시민과학 교육 프로그램의 효과적인 적용에 도움이 될 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구의 필요성 및 연구 목적 1
• 제 2 절 연구 문제 7
• 제 2 장 이론적 배경 8
• 제 1 절 시민과학 교육 8
• 1. 시민과학의 개념 7
• 2. 시민과학의 유형 17
• 3. 교육맥락에서의 시민과학 21
• 4. 시민과학과 테크놀로지 24
• 제 2 절 행위자-네트워크 이론 28
• 1. 행위자-네트워크 이론의 개관 28
• 2. 행위자-네트워크 이론의 주요개념 29
• 3. 행위자-네트워크 이론과 번역 35
• 4. 행위자-네트워크 이론과 교육 42
• 제 3 장 연구 방법 47
• 제 1 절 연구 맥락 47
• 1. 연구 과정 47
• 2. 방법론적 맥락 49
• 3. 학교 맥락 및 수업 프로그램 51
• 4. 연구 참여자 60
• 제 2 절 자료 수집 및 분석 66
• 1. 자료 수집 66
• 2. 자료 분석 70
• 3. 연구 신뢰도 및 타당도 확보 방안 78
• 제 4 장 프로그램 준비 및 실행 단계에서의 네트워크 구성과정 80
• 제 1 절 문제제기 81
• 1. 문제제기 81
• 2. 의무통과점 설정 84
• 제 2 절 관심끌기 91
• 1. 연구자의 관심끌기 전략 91
• 2. 비인간의 관심끌기 전략 107
• 3. 교사의 관심끌기 전략 114
• 제 3 절 등록하기 120
• 1. 각 행위자의 역할 120
• 2. 배반 122
• 제 4 절 동원하기 129
• 제 5 장 개인 및 소집단 활동에서 구성되는 네트워크 및 변화과정 134
• 제 1 절 지아를 둘러싼 네트워크 사례 136
• 1. 디지털 테크놀로지와 블랙박스 형성 실패과정 136
• 2. 탐구 활동 과정에서 네트워크 형성과정과 특성 143
• 3. 사회적 행동준비 및 활동 과정에서 네트워크 형성과정과 특성 152
• 제 2 절 효진을 둘러싼 네트워크 사례 160
• 1. 디지털 테크놀로지와 블랙박스 형성 성공과정 160
• 2. 탐구 활동 과정에서 네트워크 형성과정과 특성 166
• 3. 사회적 행동준비 및 활동 과정에서 네트워크 형성과정과 특성 176
• 제 3 절 소영을 둘러싼 네트워크 사례 186
• 1. 디지털 테크놀로지와 블랙박스 형성 성공과정 186
• 2. 탐구 활동 과정에서 네트워크 형성과정과 특성 192
• 3. 사회적 행동준비 및 활동 과정에서 네트워크 형성과정과 특성 197
• 제 4 절 예지를 둘러싼 네트워크 사례 207
• 1. 디지털 테크놀로지와 블랙박스 형성 실패과정 207
• 2. 탐구 활동 과정에서 네트워크 형성과정과 특성 211
• 3. 사회적 행동준비 및 활동 과정에서 네트워크 형성과정과 특성 215
• 제 6 장 결론 및 제언 219
• 제 1 절 결론 219
• 제 2 절 논의 및 제언 224
• 1. 시사점 224
• 2. 제언 228
• 참고문헌 231
• Abstract 245

참고문헌 (Reference)

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