과학적 모형의 사회적 구성 수업에서 초등학생들의 모형 변화 양상에 관한 사례 연구

Abstract

과학적 탐구는 과학적 개념을 이해하기 위한 다양한 방법과 과정을 통한 추론 활동을 포함한다. 또한 과학자들이 탐구하는 대상이나 여러 현상들은 직접적으로 관찰하거나 다루어지기 어려운 것들을 포함하는 경우가 많은데 그렇기 때문에 과학적 탐구 방법의 일환으로 자연 현상이나 아이디어를 표상하고 과학적 모형의 제작 및 이를 조작해보는 일 또한 중요시되고 있다. 이에 최근에는 모형을 기반으로 한 탐구가 강조되면서 사회적 상호작용을 통한 탐구활동을 통해 과학적 모형을 공동으로 구성해가는 것의 중요성을 인식하게 되었다. 모형을 기반으로 한 학습은 모형을 통해 사실이나 현상, 이론을 기술하고 설명할 수 있게 하며 서로의 의견을 공유하면서 과학적 개념에 대한 이해를 용이하게 함과 동시에 과학적 추론 능력 또한 향상시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는 초등학생을 대상으로 천문 현상에 대한 학생들의 초기 모형을 분석하고, 과학적 모형의 사회적 구성 수업에서 학생들의 모형 변화 과정을 탐색하여 그 특징을 이해하고자 하였다. 연구를 진행하기 위해 먼저 선행 연구와 문헌 연구를 실시하고 과학적 모형 구성 수업의 모듈을 개발하여 인천 소재 초등학교 5학년 2개 반에 적용하였다. 수업은 5학년 「지구와 달」 단원의 낮과 밤이 생기는 까닭과 달의 위상 변화에 관한 것이며, 수업의 진행은 사실/현상/이론 제시 → 개인 모형 구성(초기 모형, 중간 모형 1, 중간 모형 2) → 소집단 합의 모형 → 전체 합의 모형 → 최종 모형의 적용 및 확장의 단계로 이루어졌다. 이때 모든 활동은 소집단 단위로 이루어지도록 하였으며 모형 구성 과정에서 학생 개인의 생각이 잘 드러날 수 있도록 초기 모형과 중간 모형 1, 2에서는 개인 모형을 구성하게 하였다. 그러나 개인 모형을 구성하는 과정에서도 끊임없이 소집단 토론이 이루어지도록 하였고, 모형을 구성하는 단계마다 모형 변화에 영향을 미치는 요인이 무엇인지 살펴보았다. 자료의 수집은 전체 활동과 소집단 활동의 오디오와 비디오 녹화를 실시하였고 학생 활동지와 사후 인터뷰도 함께 이루어졌다. 그리고 이들 자료는 질적으로 분석하였다. 자료의 해석과 분석은 전문가와 참여자 검증 그리고 자료 간 검증을 통해 확인하였다. 연구 결과로 첫째, 낮과 밤이 생기는 까닭과 달의 위상 변화에 대한 초등학교 5학년 학생들의 초기 모형은 학생의 선행 학습 정도와 탐구 능력에 따라 다양한 수준으로 만들어지고 이를 통해 학생들이 지니고 있는 개념을 파악할 수 있었다. 낮과 밤이 생기는 까닭에 관한 학생들의 초기 모형을 유형화하면 지구 자전 모형과 혼합 모형, 지구 공전 모형, 태양 공전 모형, 지구 회전 모형, 태양 이동 모형, 그리고 행성 모형으로 나타났다. 달의 위상 변화에 관한 학생들의 초기 모형은 달의 공전과 상대적 위치 모형, 달의 공전과 지구 그림자 모형, 태양 중심 달의 공전 모형, 달 공전 모형, 지구 자전과 보는 각도 모형, 지구 자전과 지구 그림자 모형, 달 구름 모형, 그리고 달 스스로 모양 변화 모형으로 유형화할 수 있었다. 둘째, 과학적 모형의 사회적 구성 수업에서 초등학생들의 개인 모형의 변화 양상을 분석하였을 때 모형 수준의 변화가 나타난 경우와 나타나지 않은 경우로 크게 나눌 수 있었다. 이는 소집단 구성원 중에 초기 모형이 목표 모형에 해당하는 학생의 존재 유무와 구성원 간의 상호작용 정도, 교사나 동료 학생으로부터 제공된 과학적 정보나 자료에 대한 이해 능력 및 활용 능력, 그리고 그것을 조직화하고 논리적으로 표현하는 능력 등의 유무에 따라 모형 수준의 변화 양상이 달라졌음을 알 수 있었다. 그러나 수치적으로 모형 수준의 변화가 나타나지 않더라도 모형 도식을 분석해보면 모형의 요소와 구조면에서 모형 구성 활동을 통해 학생들의 모형이 보다 구체적이고 정교화 되면서 과학적으로 변화하였다는 것을 알 수 있었다. 이상의 연구 결과를 토대로 본 연구는 낮과 밤이 생기는 까닭과 달의 위상 변화에 대한 초등학교 5학년 학생들의 개념을 모형을 통해 확인할 수 있었고, 모형 구성 수업에서 학생들의 모형이 어떻게 변화하며 이러한 모형 변화에 영향을 미치는 것에는 무엇이 있는지 확인할 수 있게 하였다. 또한 이와 더불어 본 연구는 초등 수준에서의 모형 구성 활동의 가능성을 보여주었고, 더 나아가 초등학생을 대상으로 한 모형 기반 수업 전략 수립에 유용한 정보를 제공하고 기반이 되는 사례 연구가 될 것이라 기대한다.