생물축적에 대한 올바른 개념 형성을 위한 탐구학습 프로그램 개발

Abstract

생물축적은 생체이물의 생태계 내 거동을 보여주는 생태학의 주요한 응용 개념으로, 이 과정에 생물농축, 생물증폭 등의 개념이 포함되어 있다. 그러나 우리나라에서는 중ㆍ고등학교 및 대학에서 생물축적에 관련된 현상을 주로 생물증폭 개념으로만 가르치고 있다. 이에 본 연구에서는 고등학생, 예비 생물교사 및 현직교사가 가진 생물축적 관련 지식의 문제점과 원인을 밝히고, 중ㆍ고등학교 교과서 및 대학 교재의 내용과 현직교사의 의견을 분석하여 생물축적 학습 내용에 대한 개선안을 제시하였다. 이를 바탕으로 생물축적에 대한 학습 지도 및 이해를 올바르게 할 수 있는 기회를 예비 생물교사에게 제공하는 탐구학습 프로그램을 개발하였다. 연구 Ⅰ에서는 고등학생 210명, 예비 생물교사 175명, 현직 생물교사 66명을 대상으로 생물농축의 정의, 수중생태계에서 오염 물질의 이동 경로, 수중생태계에서 생물증폭이 되는 물질의 종류, 생물축적 물질의 특성, 생물축적과 관련된 사례 등에 대한 지식을 조사하였다. 또한 생물농축의 정의에 대한 지식과 사례에 대한 지식을 어떻게 습득하였는지를 분석하였다. 고등학생, 예비 생물교사 및 현직 생물교사 대부분은 생물농축을 생물증폭의 개념으로 인식하고 있었으며 생물축적 과정에 대해 먹이사슬 관계만을 주로 인식하는 제한된 시각을 보여주었다. 또한 생물축적이 되는 물질의 특성과 종류에 대한 지식은 주로 중금속 류에 편중되는 경향을 보였으며, 사례에 대한 지식 역시 미나마타병과 이타이이타이병 등의 독성 금속으로 인한 피해 사례에 국한되는 경향을 보였다. 고등학생과 예비교사, 현직 교사 모두 생물축적과 관련된 지식은 주로 중고등학교 수업에서 얻는 것으로 나타났으며, 특히 예비 생물교사들은 교사양성과정에서 생물축적과 관련되어 심화된 지식을 습득할 기회를 갖지 못하는 것으로 드러났다. 연구 Ⅱ에서는 생물축적과 관련된 지식에 대하여 학습 내용 및 과정을 개선하기 위하여 제7차 교육과정의 중학교 환경 교과서 3종, 고등학교 과학 교과서 9종, 일본 고등학교 생물 교과서 7종, 미국의 고등학교 생물 교과서 2종, 대학의 일반 생물학 교재 7종을 분석하고 관련 수업을 진행해 본 현직 생물교사를 대상으로 교재 및 수업 개선을 위한 의견을 수렴하였다. 우리나라 교과서는 생물증폭 개념과 생물축적 개념을 명확히 구분하지 않고 생물증폭 개념에 대해서만 설명하고 있었으며, 대학에서 사용되는 교재에서는 biological magnification에 대한 우리말 용어가 통일되지 않은 것으로 나타났다. 또한 생물축적이 일어나는 물질의 특성에 대한 설명은 간단한 반면 물질의 종류에 대해서는 지나치게 많은 용어가 사용되며, 금속 원소에 편중되어 설명하는 문제점이 있는 것으로 드러났다. 현직 생물교사들은 생물농축 단원은 가르칠 가치가 있지만, 학생들의 흥미와 호기심을 돋울만한 최신의 생물축적 사례와 생물축적의 원리에 대한 설명이 부족하다는 점을 지적하면서, 생물축적 관련 수업을 위해 진부한 유형에서 탈피하여 다양한 사례 자료와 친밀한 소재를 활용한 탐구학습 자료가 필요하다는 의견을 제시하였다. 연구 Ⅲ에서는 연구Ⅰ과 Ⅱ의 결과를 바탕으로 예비 생물교사들에게 생물축적에 대해 심화된 개념을 학습할 수 있는 기회를 제공하면서도 학습자의 흥미와 호기심을 유도할 수 있는 생물축적 탐구학습 프로그램을 POE 수업모형을 활용하여 개발하였다. 개발된 탐구학습 프로그램은 우포늪의 마름을 기반으로 하는 먹이사슬(잎벌레-소금쟁이-늑대거미)에 대한 납과 카드뮴의 생물축적 실험 결과를 활용하였다. 탐구학습 프로그램은 도입 단계에서 우포늪에 대한 동영상을 활용하여 학생들의 관심을 끌 수 있도록 하였으며, 예상 단계에서는 우포늪의 먹이사슬에 대한 납과 카드뮴의 생물축적 결과를 예상하게 한 후, 관찰 단계에서는 납과 카드뮴의 생물축적 결과를 확인하고 제시된 실험 결과를 자료변환 해보도록 하였다. 설명 단계에서는 예상과 관찰 결과 사이의 갈등을 해결할 수 있도록 불일치하는 이유를 생각해 보고 토의해 보도록 하였으며, 정리 단계에서 자신의 생각을 발표하고 교사의 설명을 통해 생물축적에 대한 올바른 이해를 높일 수 있도록 구성하였다. 개발된 탐구학습 프로그램을 예비 생물교사 양성 과정의 대학교 2학년생 27명에게 적용한 후, 프로그램에 대한 평가 및 생물축적에 대한 개념 검사를 수행한 결과, 예비교사들은 개발된 탐구학습 프로그램은 흥미로우면서도 다양한 사고를 유도하게 한다는 평가를 내렸다. 또한 예비교사 4학년생의 개념 검사 결과와 비교했을 때, 모든 독성 금속이 생물증폭현상을 보이는 것은 아니라는 사실을 인식할 수 있게 되었으며, 생물축적과 생물증폭을 구별할 수 있게 되었고, 오염 물질의 생물축적에 대해 보다 다양한 경로를 고려할 수 있는 등 생물축적에 대한 올바른 지식을 습득하게 된 것으로 나타났다. 결론적으로 본 연구에서 개발된 우포늪 먹이사슬을 활용한 생물축적 탐구 프로그램은 생물축적 과정 및 물질에 대한 심화된 개념을 학습할 수 있는 기회를 제공하는 수업 자료로서, 생물축적에 대한 학습 지도 및 이해를 올바르게 하기 위한 예비 생물교사 대상의 탐구학습 프로그램으로 활용이 가능하다.