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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.39 No.6 pp.617-629
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2018.39.6.617

Elementary Teachers’ Perceptions on the Experiment of Making a Model of Volcanic Activity

Gyuho Lee*
Department of Science Education, Gyeongin National University of Education, lncheon 21044, Korea
Corresponding author: ghlee@ginue.ac.kr Tel: +82-32-540-1241
August 27, 2018 October 1, 2018 December 20, 2018

Abstract


The purpose of this study was to explore the elementary school teachers' perceptions about making a model of volcanic activity. Thirty elementary teachers participated in the study after they in which they conducted the experiment of “Making a Model of Volcanic activity”. A questionnaire was used to investigate how the teachers understood the strengths and weaknesses of the experiment in terms of the goals of school science inquiry. The results showed that 50-60% of the teachers were able to conduct the experiment as guided in the textbook regardless of their career or area of concentration. The teachers perceived that the experiment of current textbook was safe and useful for students to develop their creativity. However, they pointed out three major weaknesses of the textbook experiment: First, the textbook experiment does not clearly present the main purpose of the activity. Second, it does not appropriately reflect the natural volcanic activity. Third, it is a merely simple craft activity. In addition, the teachers agreed that the main goals of school science inquiry are the application of scientific knowledge, development of inquiry skills and cultivation of student’s curiosity. However, the teachers perceived that the experiment of current textbook did not meet these three goals. They suggest that the experiment reflect the nature of real volcanic activities.



‘화산 활동 모형 만들기’ 실험에 대한 초등 교사의 인식

이 규 호*
경인교육대학교 과학교육과, 21044, 인천광역시 계양구 계산로 62

초록


본 연구의 목적은 화산 활동 모형 만들기 실험에 대한 초등 교사들의 인식을 분석하는 것이다. 이에 ‘화산 활동 모형 만들기’ 실험으로 실제 수업을 진행한 경험이 있는 30명의 초등 교사들에게 설문을 통해 교사들이 생각하는 학교 과학 탐구의 목표를 바탕으로 해당 실험에 가진 장점과 개선점을 알아보았다. 결과에 의하면, 교사의 50-60%가 경력이 나 근무 지역에 관계없이 교과서 화산 모형 만들기 실험으로 수업을 진행하였다. 교사들이 언급한 현재 교과서 화산 모형 만들기 실험의 장점은 안전하고 학생들의 창의성에 개발에 유용하다는 것이었다. 반면, 교사들은 현재 교과서 화 산 모형 만들기 실험의 문제점으로 현재 교과서 화산 모형 만들기 실험은 이 수업이 추구해야 하는 본질과 괴리가 있 으며 실제 화산 활동 모습과도 다르고 단순한 만들기 활동에 한정되고 있다는 점을 제시하였다. 탐구의 특성에 근거해 서 분석해 본 교사가 생각하는 학교 과학 탐구의 주요 목표는 과학적 지식 적용, 탐구 능력 개발 및 학생 호기심 함양 이었다. 이러한 목표에 비추어 볼 때 현재의 교과서 화산 모형 만들기 실험은 세 가지 모두를 충족하지 않고 있다. 그 리고 교사들은 모형 실험은 실제성을 충족해야만 한다고 강조하였다.



    서 론

    과학 교육의 목표에 대해 현재의 교육과정은 “자 연 현상과 사물에 대하여 호기심과 흥미를 가지고, 과학의 핵심 개념에 대한 이해와 탐구 능력의 함양 을 통하여, 개인과 사회의 문제를 과학적이고 창의적 으로 해결하기 위한 과학적 소양을 기른다.”고 명시 하고 있다(Minister of Education, 2015). 이를 위해 다양한 탐구 중심의 학습을 요구하고 있다. 이렇게 교육과정 상에서 과학 탐구를 강조해 온 것은 제 3 차 교육과정 이후 현재까지 이어지고 있다(Park and Kim, 2007).

    교사들은 과학 탐구를 통해서 탐구 기능뿐만 아니 라 과학적 태도와 성취도에서도 향상을 할 수 있을 것으로 생각하고 있다(Mao and Chang, 1998). 이러 한 과학 탐구가 실제 교육 현장에서 제대로 실행되 기 위해서는 교사의 역할이 무엇보다도 중요하기 때 문에 탐구에 대한 교사의 인식이 어떠한가 하는 연 구가 여러 연구자들에 의해 이루어져왔다(Park et al., 2004;Park and Kim, 2007;Kang et al., 2008;Park, 2010;Lee et al., 2011;Yoon et al., 2011;Cho and Baek, 2015).

    초등 교사들은 과학자 활동과 학교 과학 실험이 목적과 과정 측면에서 차이가 있다고 생각한다(Lee et al., 2011). 특히 초등학교에서는 실험 경험을 통해 동기 유발, 호기심, 민감성을 발달시키는 것을 목표 로 해야 한다고 생각하고 있다(Lee et al., 2011). 반 면 중등 교사들은 탐구 활동에서 학생들의 사고 측 면을 강조하는 경향이 있다(Yoon et al., 2011). 물론 중등 교사들도 실제 수업에서는 과학적 사고를 기르 는 활동으로만 생각하지 않고 조작적 활동에 대한 정보 제공자, 문제 해결자 역할을 수행하고 있다 (Park, 2010). 또한 과학의 흥미를 높이는 것도 중요 하게 생각하고 있다. 그러나 실제 현장에서는 다양한 요인들로 인해 탐구 학습의 실행에 어려움을 겪고 있는 것으로 파악되었다(Park et al., 2004). 그 결과 교사들은 탐구 수업 설계를 할 때 학습과 흥미 중 어디에 중점을 두어야 할 지에 대한 고민을 가지고 있다(Cho and Baek, 2015). 기존의 이러한 탐구 수 업에 대한 교사의 인식 연구들을 통해 교사들이 탐 구 수업을 어떻게 생각하고 있는지에 대해 이해할 수 있었지만 실제 수업에서의 실행에 대한 담론을 진행하는데 있어서는 일반적인 인식 연구만으로는 한 계가 있다. 학교 현장에서 구체적인 수업 설계는 각 수업에서 어떠한 주제 혹은 소재를 대상으로 다루는 지에 따라서도 영향을 받을 수 있을 것이다.

    학교 현장에서 탐구 수업을 수행하기 위한 방법 중 하나는 모델을 활용하는 것이다(Oh et al., 2007;Kang, 2017;Cho and Nam, 2017). 학생들이 직접 경험하기 어려운 현상이나 과정을 모형으로 설명하면 과학 개념 접근에 흥미가 높으며, 개념 이해에도 효 과적이다(Kim and Kim, 2007;Kim and Kim, 2009;Grosslight et al., 1991).

    과학을 가르치고 배우는 상황에서 모델에 관한 인 식은 중요하다(Oh, 2009). 과학에서 모델을 사용하는 목적에 대해 예비 초등교사들은 주로 대상을 가시화, 단순화, 명료화하기 위한 것이라 생각하지만(Oh, 2009), 과학교육 연구자들은 모델을 과학의 본성을 이해하는데도 활용할 수 있고(An and Kim, 2011) 과학 탐구과정에서 모델이 핵심적인 역할을 수행할 수 있다고(Kang, 2017) 생각한다.

    초등학교에서 물리, 화학, 생명과학, 그리고 지구과 학 분야는 과학이라는 하나의 과목으로 다루어지고 있다. 이 네 분야가 과학의 속성 측면에서 공유하고 있는 부분이 매우 많기는 하지만 각각의 학문 분야 에 따라서 조금씩 다른 특성을 가지고 있는 것도 사 실이다. 특히 지구과학의 경우 탐구 대상이 거대한 시공간적 규모를 지닌 경우가 많으며 통제가 불가능 할 경우가 많다(Kim, 2002). 그렇기 때문에 지구과학 의 탐구 대상을 실험실 내에서 탐구하는 것이 매우 어려울 경우가 많다(Lee and Kwon, 2010). 이런 이 유로 지구과학 분야에서는 모델을 활용한 수업이 적 용되는 경우가 많고, 또한 모델과 관련된 여러 연구 들이 진행되었다(Gilbert et al., 1998;Gorbert, 2000;Oh et al., 2007). 그리고 1989년부터 2016년까지의 모델과 모델링 관련 국내 과학교육 연구 동향 분석 에서도 지구과학 분야의 연구가 가장 많았던 것(Cho and Nam, 2017)처럼 모델은 특히 지구과학 분야에서 중요하게 다루어지고 있다고 하겠다.

    화산은 전형적인 지구과학 탐구 대상의 특징을 지 니고 있는데, 초등학교에서는 이와 관련된 내용을 모 형을 활용해 수업하도록 제시되어 있다. ‘화산 활동 모형 만들기’는 현재 4학년 1학기 ‘화산과 지진’ 단 원에 포함된 활동으로 이 단원의 전체 내용은 ‘화산 분출, 화산 모양, 화산 활동에 의한 암석, 화산 활동 의 영향’으로 구성되어 있다(Lim, 2015). 그동안 교 육과정에 따라 제시된 화산 활동 모형 만들기 실험 들은 Table 1과 같다.

    제 4차 교육과정에서부터 제 7차 교육과정까지 화 산 활동 모형 만들기는 중크롬산 암모늄을 활용한 폭발 실험이었다. 제 7차 교육과정에서 심지가 될 헝 겊을 사용하는 부분이 추가된 것을 제외했을 때, 해 당 교육과정 기간 중에는 모래의 양의 차이가 있었 을 뿐 실험 과정이 거의 같았다(Minister of Education, 1983;Minister of Education, 1990;Minister of Education, 1997;Ministry of Education & Human Resources Development, 2002). 제 7차 교육과정에서 는 ‘이런 실험도 있어요’라는 단락에서 베이킹 파우 더, 소다, 액체 세제를 사용한 분출형 화산 모형 만 들기 실험도 함께 제시되었다(Ministry of Education & Human Resources Development, 2002). 하지만 2007 개정 교육과정부터는 화산 사진을 보고 찰흙, 고무찰흙이나 색점토 등을 활용한 화산 활동 모형 만들기 활동으로 대체가 되었다(Fig. 1)(Ministry of Education, Science and Technology, 2010;Minister of Education, 2014). 기존의 중크롬산 암모늄을 사용 한 실험은 안전상의 문제로 인해 교과서에 빠지게 되었지만 탐구 활동이 바뀌게 된 이유를 교사용 지 도서에서는 설명이 되지 않았다. 화산과 관련된 탐구 활동들은 주로 관찰활동이 주를 이루고 있고 그것도 사진을 활용한 경우가 대부분이다(Lim, 2015).

    이 차시의 성취기준은 ‘화산 활동 모형을 만들고, 화산이 분출할 때에 나오는 여러 가지 물질을 설명 할 수 있다’이며 Lee et al.(2013)은 이 성취기준이 화산 활동에 대한 필수적인 중핵 개념 요소를 다루 고 있으며, 탐구 능력 함양을 위한 요소를 포함하고 있으므로 2009 개정 교육과정의 핵심 성취기준으로 선정하였다. 또한 이 성취기준에 나오는 여러 가지 화산 분출물 중 하나인 용암은 식어서 화산암이 되 므로 바로 다음의 성취기준인 ‘화성암의 정의를 알고, 그 생성 과정을 설명할 수 있다’와도 매우 밀접한 관 계가 있다. 하지만 화산 내부에서 마그마 활동과 분 출 과정에 대해서는 예비 지구과학 교사들조차 낮은 이해도를 보이고 있다(Kim et al., 2011). 예비 초등 교사들의 경우는 화산과 함께 지진의 발생 원인에 대한 개념 또한 확고하지 못한 상태이며, 이와 관련 된 오개념들이 초중학교에서 발생하고 있다(Kang, 2013). 실제 초등학생들은 ‘화산 안에 있는 불이 점 점 뜨거워져서 폭발하는 것’ 혹은 ‘지구의 온도가 올 라가기 때문에 폭발하는 것’과 같이 화산 발생 원인 에 대한 오개념을 지니고 있으며 그 비율은 과학적 개념의 2배에 달하고 있다(Ban, 2009).

    이에 많은 연구자들이 초등학생들의 화산에 대한 이해를 높이기 위한 연구를 수행하였고, 그 방법에는 개념도(Jung et al., 2003), 설명적 그림(Park, 2011), 화산 영화(Kim, 2005), 인터넷(Lee, 2007), 화산 분출 동영상(Choi, 2016)을 활용한 경우들이 있다. 하지만 개념도나 설명적 그림을 활용한 연구들은 전체적인 학습 효과를 알아보는 연구여서 현장 교사들이 해당 연구 결과를 개별 차시에서 어떻게 적용할지에 대한 구체적인 지침이 부족한 상황이며 화산 영화나 인터 넷을 활동한 연구의 경우 화산의 발생 혹은 활동 원 인에 대한 개념에서는 개선 효과가 있었으나 초등학 교 학교 현장에서 중요하게 생각하는 조작적 활동이 빠져있는 문제가 있다. Lim and Kim(2017)의 연구 에서는 화산 활동 모형 만들기 실험으로 마시멜로를 활용한 실험을 제안하며 실험 개선을 시도하였지만 목적 자체가 실험 개선이라기보다는 ‘지속가능발전 교육’을 적용하기 위한 하나의 수단으로 활용한 면이 있다.

    최근의 모델 관련 국내 연구의 대부분은 학생을 대상으로 진행되었고 약 10% 정도만 현직 교사를 대상으로 이루어졌다(Cho and Nam, 2017). 본 연구 에서는 현직 초등학교 교사들을 대상으로 지구과학의 탐구 대상의 특징을 잘 가지고 있는 ‘화산’이라는 주 제와 이러한 탐구 대상을 학교 현장에서 다루는 방 식인 ‘모형’이라는 방법이 함께 녹아 있는 ‘화산 활 동 모형 만들기’라는 실험이 어떻게 학교 현장에서 수행되고 있는지 현황과 함께 현재 실험의 장점과 개선점을 알아보고 향후 관련 탐구활동 개발의 기초 를 마련해 보고자 한다.

    연구 방법

    분석 대상 및 검사 도구

    본 연구는 2017학년도에 인천광역시 2개교, 경기도 7개교에 근무하는 초등교사 30명을 대상으로 한 설 문 조사를 토대로 이루어졌으며 설문 조사가 이루어 진 시기에는 2009 개정 교육과정이 시행되는 시기였 다. 설문에 응답한 교사들은 모두 설문 조사가 이루 어지는 때에 실제 해당 차시 수업을 진행했던 상태 였다. 설문 조사지는 대학원 석사 학생들과의 수업 중에 나온 의견을 중심으로 제작되었으며 지구과학교 육을 전공한 1인을 포함한 과학교육 전공 박사 2인 으로부터 설문 내용에 대한 내용의 타당성을 검토 받았다. 전담 교사 여부, 교직 경력, 근무 지역과 같 은 교사의 배경에 관한 질문 3가지와 함께 ‘화산 활 동 모형 만들기’와 관련한 질문 7가지로 구성이 되었 으며 3개의 문항은 하위 문항을 포함하여 제작되었 다. 설문 문항은 Table 2와 같다.

    1번 문항은 현재의 교과서에 제시된 실험을 수행하 는지 여부를 묻는 질문으로 이 질문에 대한 선택 여 부에 따라 2번 문항이나 3번 문항을 선택하도록 하 였다. 전체 문항 중 1번 문항과 7-1번은 두 개 중 하 나를 선택하는 질문으로 3-1번과 3-2번은 여러 선택 지 중 하나를 고르는 선택형 문항으로 구성되었고 나머지 문항들은 자유롭게 서술하도록 하였다.

    자료 수집 및 분석

    설문에 응답한 30명의 교사들의 배경은 Table 3과 같다.

    설문에 응한 총 30명의 교사 중 3명의 교사만 과 학 전담 교사였으며 5년 이상 경력을 가진 교사의 수는 2명이었다. 상대적으로 과학 전담 교사의 수가 매우 적고 경력 5년 이상의 경력 교사 수도 매우 적 었기 때문에 역할과 경력에 따른 교차 분석은 실시 하지 않았다. 근무 지역에 따라서 교과서 제시 실험 을 하는지 여부에 대한 분석은 교차 분석을 실시하 였고 분석에는 IBM SPSS Statistics ver. 25를 이용 하였다.

    교사들이 과학에서 탐구 수행을 하는 이유와 초등 학교 과학에서 탐구를 수행하는 이유에 대한 서술형 답변에 대한 분석은 Yoon et al.(2011)의 연구에서 제안한 분석틀(Table 4)을 활용하였다. 지구과학 분야 의 모형실험이 갖추어야 할 요소는 탐구가 지향하는 목표를 바탕으로 파악될 수 있을 것이며 탐구가 지 향하는 목표는 탐구가 가지는 특성으로 파악할 수 있을 것이다. 이 분석틀은 응답자의 직접적인 발언을 질적 방법으로 분석하면서 이 표의 각 특성들은 인 식할 수 있는 모든 기능을 포함할 수 있도록 만든 포괄적인 목록으로부터 공통된 속성을 기반으로 그룹 화 시켜서 만든 것으로 다양한 특성을 고려하였기에 본 연구에서는 교사들의 답변 분석에 효과가 있을 것으로 판단하여 사용하였다.

    분석하는 과정에서 한 명의 교사 답변에 여러 가 지의 의미가 함께 진술되었을 때는 각각의 의미를 나누어서 각각 하나의 특성으로 구분한 다음 빈도 계산을 하였다. 실제 분석에서는 예를 들어 4번 교사 가 4번 문항에 대해 ‘개념을 좀 더 쉽게 학습하기 위 해, 실제로 경험하는 것이 중요해서’라고 답하였고 5 번 문항에 대해 ‘학생들의 흥미 유발, 과학 수업에 재미를 갖게 하려고 경험을 통한 학습’이라는 답변을 하였을 때, 4번 문항에 대해서는 ‘개념 학습, 실제 경 험→지식의 적용’, 5번 문항에 대해서는 ‘흥미 유발, 재미를 위한 경험→학생의 호기심’과 같은 방식으로 교사의 답변을 분류하였다. 분석에는 연구자를 포함 하여 석사과정 대학원생 2명이 개별적으로 주요어가 갖는 의미를 기준으로 하여 분류하였으며 분석자간 일치도는 Table 5와 같다.

    분석 결과 일치하지 않은 경우는 주로 한 교사의 진술을 어떤 분석자는 2개의 특성으로 분류하였고 또 어떤 분석자는 3개의 특성으로 분류한 경우였다. 1가지로 분류한 경우는 약 94% 이상 일치하였다. 일 치하지 않은 교사의 진술은 3명의 합의를 거쳐서 최 종적으로 특성 분류를 하였다. 합의 하는 과정에서 진술의 핵심 내용에 해당하는 탐구 특성이 없을 경 우는 ‘기타’로 분류하였다.

    연구 결과 및 논의

    화산 활동 모형 만들기 실험의 현황

    초등학교 4학년 ‘화산과 지진’ 단원을 지도한 경험 이 있는 교사들을 대상으로 ‘화산 활동 모형 만들기’ 차시 수업에서 어떤 실험으로 수업을 진행하였는지 설문을 수행하였다. 역할 및 경력에 따라 교과서에 제시된 실험을 실시하였는지 여부에 대한 결과는 각 각 Table 6, 7과 같다.

    Table 6에 따르면 담임교사의 55.6%, 과학 전담 교 사의 66.7%가 교과서에서 제시된 실험으로 수업을 진행하고 있으며 역할에 따른 두 집단 간의 통계적 차이에 대한 논의는 무의미 한 상태이다. 교직 경력 에 따라 어떤 양상이 나타나는지를 알아본 Table 7에 의하면 5년 미만의 경력을 가진 교사의 경우는 27명 중 15명인 55.6%가 교과서에 제시된 실험으로 수업 을 진행하였고, 5년 이상의 경력을 가진 교사는 2명 중 2명 모두 교과서에 제시된 실험으로 수업을 진행 하였다. 비율적으로는 경력이 적은 교사들이 교과서 외의 실험을 더 많이 시도하는 것으로 보이지만 5년 이상 경력의 교사 수가 매우 적어 두 집단을 서로 비교하는 것은 적절하지 않은 것으로 생각된다.

    근무하고 있는 지역에 따라 교과서에 제시된 실험 을 실시하였는지 여부에 대한 결과는 다음과 같다 (Table 8).

    근무하고 있는 지역에 있어서는 대도시 교사 7명 중 4명인 57.1%, 중소도시 16명 중 9명인 56.3%, 읍 면 지역 6명 중 3명인 50.0%로 크게 차이가 없었다. 통계적으로도 세 집단의 교차 분석 결과에 의한 p값 은 0.959로 유의미한 차이가 없는 것으로 파악되었 다. 따라서 교과서에 제시된 실험으로 수업을 진행하 는 지역에 관계없이 50-60% 정도가 되는 것으로 생 각된다.

    1) 교과서 실험으로 수업을 진행한 교사들의 생각 교과서에 제시된 실험을 하는 교사들을 대상으로 현행 교과서대로 수업을 진행한 이유에 대한(문항 2- 1) 교사들의 답변들은 Table 9와 같다.

    교사들은 대부분 실험 수행에 있어서의 안전과 실 험 준비와 관련된 이유로 교과서대로 수업을 진행하 였다. 과거 교과서에 제시되었던 중크롬산 암모늄을 이용한 폭발 실험이 안전 문제로 인해 교과서에서 빠지게 되었던 일이 있었던 만큼 교사들은 안전 때 문에 교과서에 제시된 실험을 그대로 사용하고 있는 것으로 확인되었다.

    현재 교과서 제시 실험으로 수업을 진행한 교사들 이 제시한 교과서 실험의 장점과 문제점(문항 2-2)에 관한 핵심 용어는 각각 Table 10과 같다.

    앞의 질문에 대한 답변에서도 나타났듯이 현재 교 과서 실험의 가장 큰 장점은 안전성이라고 하겠다. 또한 학생들이 자유롭게 모형을 꾸밀 수 있는 만큼 학생들의 창의성을 키워줄 수 있다고도 생각하고 있 다. 다만 창의성 신장을 장점으로 삼은 교사 중 1명 만이 창의성 신장을 목적으로 현재 교과서 실험을 수행한다고 답변하였고 나머지 4명의 교사는 창의성 을 신장시킬 수는 있지만 현재 교과서 실험을 수업 에 활용하는 이유로는 그러한 장점을 언급하지는 않 았다. 전반적으로 준비, 실험 수행, 학생의 이해 등과 같이 실험을 수행하는데 쉽다는 것이 현재 교과서 실험의 장점으로 제시되었다. 다루어야 할 내용이 많 은 과학 실험들 중에서 쉽다는 것은 무시할 수 없는 중요한 장점일 수 있다는 점을 교사들의 답변을 토 대로 확인할 수 있었다. 반면 현재 교과서 실험의 개 선점과 관련한 의견에서는 현재 교과서 실험이 수업 본질과 어긋난다는 의견이 가장 많았다. 2009 개정 교육과정에서 이 차시의 성취기준은 ‘화산 활동 모형 을 만들고, 화산이 분출할 때에 나오는 여러 가지 물 질을 설명할 수 있다’이다(Lee et al., 2013). 현재의 화산 활동 모형 만들기 실험은 성취기준과 비교했을 때 적절한 탐구 활동이라고 할 수 있겠지만 교사들 이 생각하는 수업의 본질은 성취기준과는 다소 차이 가 있는 것으로 생각되며 현재 교과서의 실험으로는 화산이 만들어지는 과정을 알 수가 없으며 실험 영 역하고는 거리가 먼 것 같다는 의견들을 제시한 것 으로 보아 교사들은 이 차시의 탐구활동을 통해 화 산 생성 과정까지 다룰 수 있어야 한다고 생각하는 것으로 보인다. 그 다음으로 교사들이 많이 언급한 부분은 실제와 모형이 많은 차이점을 지니고 있다는 점이었다. 실제 화산 활동을 그대로 실험실에서 재현 하는 것은 불가능하기 때문에 필연적으로 모형실험으 로 수업을 진행할 수밖에 없다는 것은 지구과학 실 험이 갖는 한계라고 하겠다(Lee and Kwon, 2010). 따라서 현재 교과서 실험 또한 실제와 차이가 존재 할 수밖에 없지만 교사들은 개선되어야 할 중요한 문제점으로 생각하고 있다. 또한 현재 실험은 정적 모델(Oh et al., 2007)을 활용하고 있는 모형이어서 단순 만들기 활동으로 치우치기 쉽다는 점을 공동으 로 지적하고 있다. 이러한 부분은 과학과 미술과의 연계 활동으로 생각하면 장점이 될 수도 있겠지만 현 재 교과서 실험은 과학보다는 미술에 무게 중심이 실 린 것처럼 보인다는 것이 교사들의 공통된 의견이다.

    2) 교과서 외 실험으로 수업을 진행한 교사들의 생각 교과서에 제시되지 않은 새로운 실험으로 수업을 진행한 13명의 교사들의 선택 실험 및 출처는 Table 11과 같다.

    어떤 대체 실험을 하였는지에 대한 질문에(문항 3- 1) 13명의 교사 중 5명의 교사는 탄산수소나트륨과 식초를 활용한 실험을, 각각 3명의 교사는 화산활동 모형 전개도를 활용한 실험과 마시멜로우, 탄산수소 나트륨과 구연산을 활용한 실험을, 그리고 2명의 교 사는 디지털 교과서, 유투브 동영상을 활용한 실험으 로 수업을 진행하였다고 진술하였다. 해당 대체 실험 을 알게 된 경로로는(문항 3-2) 개인적인 인터넷 조 사를 통해 알게 되었다는 교사가 13명 중 8명으로 가장 많았다. 그리고 그 절반의 교사는 동료 교사로 부터 해당 대체 실험을 소개 받은 것으로 나왔다. 해 당 질문에 대한 선택지로 제시된 교사용 지도서나 대학 및 대학원과 같은 정규 교육과정, 그리고 과학 관련 연수 자료에서 대체 실험을 소개받았다고 응답 한 경우는 한 건도 없었다. 설문에 응답한 교사들의 90% 이상이 경력 5년 미만이었기 때문에 아직 관련 연수를 받지 못했거나 대학원 진학이 이루어지지 못 한 경우가 있을 가능성이 있지만 적어도 현행 교과 서 실험을 대체하고 싶은 교사들에게 적절한 대안을 교육기관에서 마련해 주지 못하고 있는 것으로 생각 된다.

    교사들이 대체 실험을 선택하게 된 이유에(문항 3- 3) 대한 답변은 다음과 같다(Table 12).

    다양한 의견들 중 ‘성취기준 고려’, ‘화산 폭발 원 리 파악 목적’, ‘화산 내부 파악 목적’과 같이 내용 지식과 관련된 의견들이 모두 7건으로 가장 높은 비 율을 차지하였다. ‘학생의 흥미’나 ‘학생들 노력에 걸 맞는 활동’과 같이 학생을 고려한 이유는 3건이었고, ‘기존 실험이 미술 수업 같아서’라는 의견도 2건이 나왔다. 현재 교과서 실험으로 수업을 진행한 교사들 은 현재의 교과서 실험의 개선점으로 ‘수업의 본질과 어긋난다’는 의견이 가장 많았다(Table 10). 교사들의 수업의 본질을 언급할 때는 크게 두 가지 종류가 있 었는데 그 중 한 가지는 ‘실험 목적에 맞지 않는다’ 는 식의 의견과 ‘화산 생성 과정과 연결시키기 어렵 다’는 식의 의견이 그것이다. 내용 지식과 관련한 부 분은 현재 교과서 실험으로 수업을 진행한 교사나 대체 실험으로 수업을 진행한 교사나 모두 현재 실 험이 가지고 있는 문제점이라고 판단하고 있었다. 따 라서 내용 지식 부분도 연계시킬 수 있는 새로운 화 산 활동 모형 만들기 실험이 교사들에게 제시될 필 요가 있다고 생각된다.

    대체 실험을 선택한 교사들이 자신들이 택한 실험 이 가지는 장점과 또 그 실험이 가지고 있는 개선해 야 할 부분(문항 3-4)으로 제시한 의견은 Table 13과 같다.

    대부분의 교사들은 대체 실험이 학생들의 흥미를 이끌어내기에 적합하다고 생각하였다. 현재 교과서에 있는 실험은 화산 사진을 보고 화산의 특징을 잘 나 타낼 수 있도록 외형적인 화산 활동 모형을 만들도 록 구성되어 있다(Fig. 1). 때문에 모둠별로 다양한 모형이 만들어질 수 있지만 모두 외형에 초점이 맞 춰진 정적인 모델이다. 이에 반해 마시멜로우, 탄산 수소나트륨, 구연산을 활용한 실험과 탄산수소나트륨, 식초를 활용한 실험은 모두 산과 염기가 만나면서 물과 이산화탄소가 발생하는 화학 반응을 이용한 실 험으로 화학 반응에 의해 기존에 없었던 물과 이산 화탄소가 생기면서 거품이 넘쳐흐르도록 만든 동적인 모델이다. 따라서 학생들이 흥미를 가지고 실험에 임 할 수 있다. 또한 액체가 흐르는 모습을 통해서 실제 용암이 흘러내리는 듯한 효과를 볼 수 있기 때문에 실제감을 느낄 수 있는 장점을 포함하고 있다. 디지 털 교과서나 유투브 동영상 등의 동영상으로 수업을 진행한 교사들 또한 학생들의 흥미를 장점으로 내세 웠다. 화산활동 모형 전개도를 활용한 실험을 한 교 사들의 경우 주로 내부 모습을 파악할 수 있다거나 학생들이 짧은 시간 안에 수월하게 제작할 수 있다 는 장점을 내세웠다.

    그러나 대체 실험들도 여러 개선점을 가지고 있다 고 판단하였는데 대체 실험들도 폭발 현상을 보여줄 수 없다거나 마그마의 이동을 보여줄 수 없으며 실 제 화산 활동과 괴리가 있다고 주장하였다. 또한 화 산 폭발과 관련된 이론 부분과 관련하여 학생들이 한 질문에 답하기가 매우 어려웠으며 해당 활동으로 학생들이 화산에 대한 이해가 높아졌는지에 대한 의 구심 또한 제기하였다. 그리고 한 교사의 경우 해당 실험으로 인해 학생들에게 화산에 대한 오개념이 심 어지지 않을까 걱정의 말을 남겨 놓기도 하였다. 이 처럼 교사들이 생각하는 대체 실험들은 실제 화산 활동과 유사하여 화산에 대한 개념 형성에 도움을 줄 수 있는 실험이다. 그리고 간과할 수 없는 것이 교사들은 그 실험을 택할 때 학생들의 흥미를 매우 중요하게 고려하므로 현재 교과서 실험을 대체하는 실험은 내용상에도 문제가 없되 활동 자체도 흥미로 울 필요가 있겠다.

    교사들이 생각하는 탐구 수행 이유에 관한 인식

    1) 탐구 수행의 이유에 관한 인식

    교사들이 생각하는 과학에서의 탐구 수행의 목적 (문항 4)에 대한 진술을 Yoon et al.(2011)의 틀을 이 용하여 분석한 결과는 Table 14와 같다.

    분석 결과 수업 참여에 관한 생각과 안전성 측면 의 응답과 같이 기존의 분류 틀에 해당하지 않는 답 변 2개를 포함해 43개의 답변이 나왔다. 교사들은 주 로 지식의 적용(32.6%), 탐구 능력(20.9%), 학생들의 호기심(16.3%), 가설 검증(14.0%) 때문이라고 생각하 였다. 반면 공유하기, 사고하기, 문제 해결과 열린 결 과와 관련한 목적은 상대적으로 거론하지 않았다.

    학교 과학의 목적에 대한 교사들의 생각을 묻는 문항 5에 대한 교사들의 답변을 같은 방식으로 분석 한 결과는 Table 15와 같다.

    총 46개의 답변 중에서 가장 높은 빈도를 보이는 항목은 지식의 적용(43.5%), 탐구 능력(21.7%), 학생 들의 호기심(21.7%)이였으며 이러한 경향은 탐구 능 력(37.8%), 사고하기(15.9%) 등을 중요하게 생각한다 고 한 Yoon et al.(2011)의 연구와는 다소 다른 결과 를 보이고 있다. 학교에서의 탐구 목적에 대한 교사 들의 의견은 과학자들은 탐구를 왜 수행하는가에 관 한 질문에 대한 답변과 유사한 경향을 보이고 있다. 심지어는 9명의 교사는 문항 4와 문항 5에 대한 답 변을 동일하게 하였다. 이와는 반대로 또 상당수의 교사들은 과학자들의 탐구 목적과 학교에서의 탐구를 구별 짓고 있는데(Lee et al., 2011) 일반적인 탐구에 서 강조되던 가설 검증에 관한 의견이 학교에서의 탐구에서는 현저히 빈도가 떨어지고 있음을 확인할 수 있다. 또한 학생의 흥미를 목적으로 해야 한다는 의견도 많아졌으며, 지식의 적용이 목적이라는 의견 도 훨씬 증가하였다.

    2) 탐구 수행 목적에 기반한 화산 활동 모형 만들 기 실험의 문제점

    화산 활동 모형 만들기 실험과 관련된 교사들의 생각과 비교해 볼 때, 교사들이 실험을 선택할 때의 중요 포인트인 학생들의 흥미와 관련 이론 부분은 비슷하게 강조되고 있었던 반면 학교 탐구에서 강조 되던 탐구 기능 부분은 화산 활동 모형 만들기 실험 에서는 중요하게 고려되지 않았고 실제성과 관련된 사항이 더 중요하게 여겨졌다. 이는 지구과학에서의 탐구 활동이 타 과학 영역에서의 탐구 활동과 다소 다른 부분이 있기 때문으로 생각된다. 교사들의 생각 을 종합해 볼 때 화산 활동 모형 만들기 실험과 같 은 지구과학 영역에서의 모형실험을 도입할 때는 과 학 이론으로 설명 가능한 실제와 유사한 모형이면서 도 학생들의 흥미를 유도할 수 있어야 한다는 점이 다. 이는 화산 활동 모형 만들기 실험의 문제점에 대 한 문항 6에 대한 교사들의 답변에서도 확인할 수 있었다(Table 16).

    의견의 제시하지 않은 2명의 교사를 제외한 28명 의 교사들은 총 38건의 의견을 제시하였다. 그 중 가 장 빈도수가 높은 의견은 현재의 실험이 ‘탐구 과정 이 아닌 단순한 만들기 미술 수업이라고 생각됨’, ‘단 순한 미술 활동과 큰 차이가 없어 화산 발생에 대한 이해가 잘 되지 않는다.’와 같은 ‘단순 만들기 혹은 미술 활동에 그침’과 ‘화산 폭발의 원리를 함유하고 있지 못함’, ‘화산의 원리를 직접 체험하고 느끼기엔 부족함이 많음’과 같이 ‘원리 설명 부족’이라는 의견 이다. 현재 교과서 실험은 화산 사진을 보고 화산의 특징을 잘 묘사하는 화산 활동 모형을 만드는 활동 이기 때문에 ‘왜’ 혹은 ‘어떻게’라는 질문은 제시하지 않고 있다. 그렇기 때문에 원리 설명이 부족해 질 수 밖에 없으며 원리 설명이 부족하다 보니 관련 활동 이 과학 활동인지에 대한 의구심이 든다고 하겠다. 이러한 의견들은 ‘지식의 적용’과 ‘탐구 기능’과 관련 되는 내용으로 볼 수 있다. 그와 함께 사진을 보고 만들었다고 해도 여전히 실제 화산 폭발이 일어나는 과정을 묘사할 수 없기 때문에 실제성 또한 부족하 고 외관에만 집중된 모형일 수밖에 없다고 생각하고 있었다. 이러한 의견들은 탐구의 특성에 따른 분류에 서는 적확하게 일치하는 항목이 없다. 그리고 초등학 생들의 활동에서 중요하게 생각하는 호기심, 흥미 (Lee et al., 2011)조차 자극하지 못하고 있다고 판단 하고 있다. 이러한 내용은 ‘학생들의 호기심’과 관련 된 내용이며 교사들의 의견을 바탕으로 할 때 현재 의 화산 활동 모형 활동 실험은 새로운 동적 모형실 험으로 대체될 필요가 있다고 판단된다.

    하지만 교사들은 실제성을 살리기 위해 혹은 외관 뿐만 아니라 내부 관련 관찰도 할 수 있도록 VR 혹 은 AR을 활용한 실험을 선택하기 보다는 학생들이 직접 해 볼 수 있는 실험을 선호하고 있었다. VR 혹 은 AR을 활용한 실험과 직접 해보는 실험 중 어떤 실험을 선호하는가 하는 질문에 대해(문항 7-1) 전체 30명 90%의 교사들이 직접 해보는 실험을 선택하였 다. 교사들은 직접 해 보는 실험이어야만 학생들이 좀 더 흥미를 가질 수 있으며 체험 속에서 더 많은 것을 배울 뿐만 아니라 관련 개념을 더 오래 파지할 수 있다고 생각하고 있었다.

    결론 및 제언

    연구 결과 교사들은 근무 지역에 관계없이 50-60% 정도 교사가 교과서에 제시된 실험으로 수업을 진행 하고 있었다.

    교과서에 제시된 실험으로 수업을 진행하는 교사들 은 현재 실험의 장점으로 안전성을 가장 많이 거론하 였으며 창의성 신장에도 도움을 준다고 하였다. 반면 개선할 부분으로는 현재의 실험이 수업 본질과는 다 소 괴리가 있으며 모형이 실제와도 차이가 있고 단순 만들기 활동에 그치는 경우가 많다고 지적하였다.

    대체 실험으로 수업을 진행하는 교사들은 성취기 준, 화산 폭발의 원리, 화산 내부 파악 등과 같은 내 용 지식과 관련된 이유로 인해 교과서 실험이 아닌 새로운 실험으로 수업을 진행한다고 하였다. 교사들 은 주로 개인적인 인터넷 조사를 통해 해당 실험을 알게 되었는데 교사용 지도서나 대학 및 대학원과 같은 정규 교육과정이나 과학 관련 연수에서 도움을 받은 경우는 한 명도 없었다. 교사들은 대체 실험이 학생들의 흥미를 높일 수 있는 것이 가장 큰 장점이 라고 생각하고 있었으며 움직임 등을 표현할 수 있 어 교과서 실험보다는 실제감이 더 있는 것으로 생 각하였다. 하지만 여전히 작동성의 문제와 실제감 부 족이 개선되어야 할 것으로 생각하며 실험을 통해 오개념이 형성될까 우려하는 목소리도 있었다.

    교사들이 생각하는 과학 탐구의 목적은 주로 지식 의 적용과 탐구 능력 향상이었다. 이는 학교 과학 탐 구에 있어서도 비슷한 생각이었다. 다만 일반적인 과 학 탐구에서는 학생들의 호기심과 함께 가설 검증이 중요한 목적이었으나 학교 과학 탐구에서는 가설 검 증은 중요하게 생각하지 않고 지식의 적용에 좀 더 많은 교사들이 공감하는 경향을 보였다.

    학교 과학 탐구의 목적에 기반한 교과서 화산 활 동 모형 만들기 실험의 문제점에 대한 의견 또한 학 교 과학 탐구에서의 목적과 유사한 경향을 보였다. 대부분의 교사들은 원리 설명에 부족함을 느꼈으며 만들기 과정이 탐구 기능을 익히는데 도움이 되지 않고 있으며 학생들의 호기심이나 흥미를 자극하지 못하고 있다고 하였다. 다시 말해 교과서 실험을 포 함해서 현재 알려진 여러 화산 활동 모형 만들기 실 험은 교사들이 중요하게 생각하는 학교 탐구의 목적 에 부합하지 못하고 있다는 것이다. 또한 화산 활동 모형 만들기와 관련하여 교사들이 언급한 중요한 문 제는 실험이 외관 관찰에 그치고 있고 실제성이 부 족하다는 것이다. 실제와 비슷한 모형은 모형에서 나 타난 현상을 통해 원리를 생각해 볼 수 있으므로 적 어도 추론이라는 탐구 기능을 신장시킬 수 있을 것 이다. 그러므로 실제성을 높이는 것은 탐구 기능을 신장 시키는 데에도 효과가 있다고 하겠다.

    결론적으로 말해 교사들은 현재 교과서 실험과 대 체 실험 등에 여전히 개선해야할 부분이 많다고 말 하고 있다. 새로운 실험은 학교 과학 탐구에서 중요 하게 생각하는 지식적 측면, 탐구적 측면을 모두 충 족시킬 필요가 있으며 더불어 실제 현상과 유사함이 바탕이 되는 동적 모형실험이어야 하겠다. 이러한 동 적 모형실험은 학생들의 흥미를 유발할 수 있는 가 능성이 정적 모형보다 더 높을 수 있을 것이다.

    교사용 지도서나 과학 관련 연수를 포함한 여러 교 육이 현장 교사의 요구를 충족시키고 있지 못하다는 사실 또한 앞으로 개선이 필요한 부분이라 하겠다.

    향후 교사들이 필요로 하는 부분이 고려된 새로운 화산 활동 모형 만들기 실험이 개발될 필요가 있으며 이러한 실험이 개발된 이후 여러 교육을 통해 효과적 으로 활용할 수 있도록 지원할 수 있어야 하겠다.

    Figure

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    Experiments of making a volcanic activity model of recent textbooks.

    Table

    Experiments of a making volcanic activity model according to curriculum

    Questionnaire contents used in this research

    Variables of participants; N(%)

    Characteristics of inquiry teaching: teacher perspectives (Yoon et al., 2011)

    Agreement between analysts for item 4 and 5

    Cross-analysis results between the role and the type of experiment performed; N(%)

    Cross-analysis results between the career and the type of experiment performed; N(%)

    Cross-analysis results between the working area and the type of experiment performed; N(%)

    Reason for using the current textbook experiment

    Advantages and improvements of the current textbook experiment

    Cross-analysis results between the type and source of alternative experiment: N(%)

    Reason for choosing alternative experiment

    Advantages and improvements of selected alternative experiments

    The purpose of the science inquiry thought by the teachers classified based on the characteristics of inquiry

    The purpose of the school science inquiry thought by the teachers classified based on the characteristics of inquiry

    Problems on the experiment of making a volcanic activity model that the teacher is thinking

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