디지털 역량 향상을 위한 물리학 융합탐구활동의 제안 : 2022 개정 교육과정을 중심으로

Abstract

디지털 기술의 발전에 따라 디지털 역량을 갖춘 인재의 필요성이 강조되고 있으며 이는 2022 개정 교육과정에서도 강조되고 있다. 하지만 디지털 역량은 애매한 개념을 내포하고 있어 학교 현장에 적용하기 어려움이 많으며, 선행연구에 따르면 교사들의 디지털 역량 필요성의 인식은 높지만 실제로 구현하는 비율은 낮다. 이에 따라 연구자는 학교 현장에서 수용할 수 있는 디지털 역량의 의미를 정확하게 제시하고 디지털 역량을 적용하는 교수·학습 과정의 방향성을 제시해야 한다 판단했다. 이를 위해 여러 문헌을 연구하여 과학 교과에 적용할 수 있는 디지털 역량의 정의와 그 하위요소를 제안하고 이것이 2022 개정 교육과정의 내용 요소에 어떻게 반영되는지 분석하였다. 이러한 분석을 바탕으로 학생들의 디지털 역량이 향상되도록 실천할 수 있는 교수·학습 방법의 한가지 사례로서 탐구활동을 개발한다. 우선, 문헌 연구를 통해 파악한 디지털 역량과 그 하위요소의 공통적인 내용을 확인한다. 이후 연구자가 개발한 탐구활동에 관한 설문 결과를 분석하는 과정에서 전문가와 고등학생들의 디지털 역량과 그 하위요소에 대한 의견을 확인한다. 설문 결과를 바탕으로 디지털 과학 역량이란 다양한 디지털 기술에 대한 지식과 이해를 바탕으로 이를 이용하고 활용하여 정보(또는 데이터)를 습득, 처리, 해석하여 자연 현상을 탐구할 수 있으며, 탐구한 결과를 협력적 의사소통을 통해 공유하는 역량이다.으로 제안한다. 또한 디지털 과학 역량의 하위요소로는 (1) 디지털 기술 이해 역량, (2) 디지털 기술 응용 역량, (3) 정보(데이터) 리터러시, (4) 의사소통 및 협동 4가지로 제안한다. 탐구활동을 개발하는 절차는 먼저 탐구활동에 적용할 핵심역량과 그 실천적 행동을 결정한 후 탐구활동을 진행할 교과 영역의 성취기준을 결정한다. 결정한 성취기준을 바탕으로 탐구활동의 도구와 과정을 개발한 뒤 이를 전문가의 타당과 과정과 고등학생의 파일럿 테스트 과정을 거쳐 보완한 후 최종 제안한다. 탐구활동에 적용할 핵심역량은 2022 개정 교육과정과 연구자가 제안한 디지털 역량을 기준으로 선정하였고 탐구활동 과정에 포함될 실천적 행동을 선정하였다. 탐구활동을 진행할 영역과 성취기준은 역학과 에너지 교과에서 다루는 열역학 과정 관련 내용이다. 탐구활동의 도구는 가장 대중적인 피지컬 컴퓨팅 장치인 아두이노와 센서를 이용하며 이를 통해 압력과 온도를 측정하고, 수집된 데이터는 MS-Excel 또는 파이썬을 이용하여 분석하는 과정과 그 관계를 시각적으로 확인하는 과정을 거친다. 마지막으로 탐구활동의 각 과정에 어떠한 디지털 역량 요소가 포함되었는지 확인하고 물리학 교과에서 중요한 디지털 역량의 요소를 분석한다. 탐구활동의 타당도 과정은 현직교사와 예비교사 각 11명에게 실시하였고 파일럿 테스트를 통한 만족도 조사는 고등학생 50명에게 실시하였다. 설문조사 결과를 바탕으로 탐구활동의 단계를 세분화하여 학교 환경이나 학생 상황에 따라 수행하는 과정을 유연하게 조절하도록 보완한다. 탐구활동 도구를 제작하고 관련 코딩을 적용, 학습하는 과정은 정보 교과에서 진행하고, 실험을 수행하고 데이터를 분석하고 그 의미를 해석하는 과정은 물리학 교과에서 진행하는 과정으로 수정한다. 이와 같은 탐구활동의 형태를 연구자는 융합탐구활동이라 정의한다. 본 연구의 한계점은 2022 개정 교육과정을 기반으로 하는 교과서나 다양한 교수·학습 방법은 아직 제시되지 않아 탐구활동의 효과성을 확인하기는 어렵다는 것이다. 하지만 디지털 역량을 강조한 2022 개정 교육과정의 성공적인 실현을 위한 융합탐구활동이 한가지 사례로서 역할하고, 이와 유사한 교수·학습 방법 및 과정의 연구 필요성을 제안한다.

Digital competency becomes an important educational subject given the era of digital technology. In particular, 2022 revised national curriculum highlights digital competency explicitly. However, it is not clear what digital competency is. In this study, I clarify this to be acceptable in science education, and then I propose a teaching and learning process to improve digital competency. Based on an extensive literature survey, I could summarize a proper definition of digital competency and its elements, for science. It is the ability to explore natural phenomena through observatory data that is acquired, processed, and analyzed using digital technologies; and to share scientific understanding through collaborative communications. I also propose four elements of digital competency: (1) understanding digital technologies; (2) applying digital technologies; (3) data literacy; (4) communication and collaboration. Next, I design an inquiry activity to provide a prototype example that can improve the digital competency for science. The activity is measuring air pressure and temperature, and analyzing data to understand thermodynamics. I use a physical computing device, Arduino, as a tool for measuring physical quantities and acquiring data. Then, the data is processed, visualized, and analyzed by using computer software or programs (e.g., Python). To confirm the validity of the developed inquiry activity, I survey the opinions of eleven teachers and eleven pre-teachers. One important feedback from them is that the inquiry activity can be divided into parts so that acquiring knowledge on tools can be learned in a information class, while analyzing data and understanding scientific results can be learned in a science class. Then, this inquiry activity naturally becomes a physics-convergence activity. I have actually realized this activity in school classes, and surveyed the satisfaction of participating students. They considered that this activity was helpful to convey thermodynamics knowledge. However, some of them commented on the difficulty of using digital tools. Since textbooks or teaching and learning methods are not available yet for the 2022 revised national curriculum, this study proposes a possible direction for future science education.