중학생들의 3차원 외적 표상을 도입한 소집단 모델링 과정 이해: 달의 위상 변화를 중심으로

Abstract

모델을 생성, 사용, 평가, 수정하는 것이 과학탐구에서 중심적인 역할을 하며, 학생들의 과학 교육에서도 주요한 특징이 되어야 한다(Passmore et al., 2009). 천문학적 현상은 3차원 공간 속에서 나타나므로, 이에 대해 학생들이 갖는 모델도 3차원적 속성을 포함해야 할 것이다. 따라서 학생들이 과학적 모델을 보다 효율적으로 생성하고, 표현하고, 공유하기 위해서는 3차원의 사고를 자극할 수 있는 3차원의 외적 표상이 활용되어야 할 필요가 있다. 본 연구는 달의 위상 변화 단원과 관련하여 3차원 외적 표상이 중학생들의 소집단 모델링 과정에 어떠한 역할을 하는가를 탐색해보고자 하였다. 이를 위하여 서울 소재의 중학교 3학년 1개 학급을 대상으로, 2차원의 외적 표상을 사용할 때와 비교하여 3차원 외적 표상을 모델링 과정에 활용할 때 나타나는 특징을 분석하였다. 또한 3차원 외적 표상의 사용과 모델링 활동 참여와의 관계를 알아보기 위하여 시간의 흐름에 따른 소집단 구성원들의 수업 참여 양상의 변화를 분석하였다. 분석 결과 3차원 외적 표상은 (1) 소집단 구성원들에게 공통의 내부적 표상 구성하도록 하고, (2) 모델에 새로운 조건을 추가하며, (3) 내부적 표상과 외부적 표상의 커플링을 통해 시간과 공간을 동시에 조작하며 추론하도록 돕는 기능을 가지는 것으로 나타났다. 학생들의 소집단 모델링 활동 참여 양상 측면에서 살펴볼 때, 3차원 외적 표상을 사용할 경우 Off-task 영역에서의 참여가 줄어들고 모델링 영역에서 좀더 많은 시간을 보내는 것이 나타났다. 또한 2차원 외적 표상 사용 시 모델링 활동에 소극적으로 참여하던 학생이 3차원 외적 표상을 사용할 경우 적극적 참여자로 변하는 사례도 나타났다. 본 연구는 학생들이 천문 단원과 같이 3차원 공간을 다루는 모델링 활동을 수행하고자 할 때, 3차원의 외적 표상이 필수적으로 제공되어야 한다는 점을 시사한다.