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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.41 No.2 pp.194-207
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2020.41.2.194

Analysis of Elementary School Pre-service Teachers’ Explanation Types and Characteristics in Description of Observable Lunar Phases

Yoonjoo Shin1, Yumin Ahn2*
1Department of Earth Science Education, Seoul National University, Seoul 08826, Korea
2Korea Institute for Curriculum and Evaluation, Chungcheongbuk-do 27873, Korea
Corresponding author: i177117@kice.re.kr Tel: +82-43-931-0260
April 14, 2020 April 20, 2020 April 21, 2020

Abstract


The purpose of this study is to identify the types and characteristics of elementary school pre-service teachers revealed in the process of resolving the change of lunar phases, which emphasizes the context of actual observation, and to provide suggestions for areas to be considered in the elementary school teacher training program. To this end, we analyzed the 30 pre-service teachers’ explaining the observable lunar phases, and the main research results are as follows. First, the phase change of the moon was often explained by introducing the timetable for each phase of the moon rather than based on observation of the phenomenon and scientific reasoning. Second, an alternative concept of the type that the moon is invisible when the sun rises or that the moon can always be observed has been identified. Third, there was a case of explaining that the time and orientation for observing the moon can be observed regardless of the position of the sun or when observing the sun. Also, the date of observing the moon was assumed to be approached by assuming the lunar calendar. Based on the above results, pedagogical implications were discussed.



관찰 가능한 달의 위상에 대한 초등 예비교사의 설명 유형과 특징 분석

신 윤주1, 안 유민2*
1서울대학교 지구과학교육과, 08826, 서울특별시 관악구 관악로 1
2한국교육과정평가원 교육평가본부, 27873, 충청북도 진천군 덕산읍 교학로 8

초록


이 연구의 목적은 실제 관찰의 맥락을 강조한 달의 위상 변화 문제를 해결하는 과정에서 드러나는 초등 예비교 사의 설명 유형과 그 특징을 파악하여 초등 교사 양성 프로그램에서 고려해야 할 부분에 대한 시사점을 제공하는데 있 다. 이를 위해 초등 예비교사 30명이 관찰 가능한 달의 위상을 설명한 내용을 분석하였으며, 주요한 연구 결과는 다음 과 같다. 첫째, 달의 위상 변화에 대해 현상의 관찰과 이에 대한 과학적 추론에 바탕을 두기 보다는 달의 위상별 출몰 시간표를 도입하여 설명하는 경우가 많았다. 둘째, 태양이 뜨면 달이 보이지 않거나 또는 달이 떠 있다면 무조건 달을 관찰할 수 있다고 생각하는 유형의 대안 개념이 확인되었다. 셋째, 달을 관찰할 수 있는 시각과 방위에 대해서는 태양 의 위치와 무관하게 관찰할 수 있다거나 남중할 때 관찰할 수 있다고 설명하는 경우도 있었다. 또한 달을 관찰하는 날 짜는 음력으로 상정하여 접근하는 방식도 볼 수 있었다. 이상의 결과로부터 교육학적인 시사점을 논의하였다.



    서 론

    천문학은 가장 오래된 과학 분야이자 가장 오랜 형 식적 교육의 전통을 가지고 있는 학문 분야이며, 특 히 달의 모양 변화는 일상에서 쉽게 관찰할 수 있는 친숙한 자연 현상이어서 달력에 등장하는 ‘월(month)’ 도 ‘달(moon)’에서 유래했다고 한다(Trundle et al., 2006). 천문학이 이처럼 유구한 역사를 가지게 된 데 에는 인류의 삶과 밀접하게 관련되어 중요한 영향을 주었다는 점과 무관하지 않다. 이에 달과 관련한 개 념의 이해는 여러 국가의 초 · 중등교육에서 중요한 학 습 요소로 다루고 있다. 우리나라의 2015 개정 과학 과 교육과정의 초등학교 3-4학년에서는 달의 모양과 환경을, 초등학교 5-6학년과 중학교 1-3학년에서는 달의 위상 및 그 변화를 포함하고 있다(Ministry of Education, 2015). 미국의 차세대과학교육표준(Next Generation Science Standards)에서도 K-12를 망라하 여 달과 관련한 여러 개의 성취기준을 제시하고 있 으며, 그중에서도 6-8학년에서 달의 위상 변화 경향 에 대해 태양-지구-달 모델을 사용하여 해당 개념을 이해할 수 있도록 제시하고 있다(NGSS Lead States, 2013).

    달의 위상 변화는 달의 공전, 빛의 반사, 태양-지구 -달의 위치 관계 등과 같은 다양한 개념의 종합적 이 해가 필요한 까닭에 천문학의 여러 내용 중에서도 학생들이 특히나 어려워하는 주제 중 하나이다(Choi and Paik, 2020;Trundle et al., 2002;Zeilik and Birsd, 2000). 이와 관련하여 그간 많은 연구가 수행 되었는데, 달의 위상 변화에 대한 오개념 또는 대안 개념을 규명하거나 교수 · 학습 과정에서 활용할 수 있는 대안적인 방법과 보완적인 모델을 제안한 연구 가 대표적인 예라 할 수 있다(Åberg-Bengtsson et al., 2017;Choi and Paik; 2020;Kim, 2006;Lee and Choe, 2008;Starakis and Halkia, 2010;Treagust, 1988;Trundle et al., 2002). 그러나 달의 위상 변화를 비롯 한 천문 개념에 대한 부족한 이해는 비단 학생들에 만 국한되지 않아서 초중등 예비교사뿐만 아니라 현 직교사들도 기본 개념에 대해 제대로 이해하지 못하거 나 심지어 오개념을 가지고 있음이 밝혀졌다(Kalkan and Kiroglu, 2007;Kang et al., 2004;Kanli, 2014;Lee et al., 2011;Myeong, 2001).

    이와 관련하여 교사가 기본적인 과학 개념을 제대 로 이해하지 못할 경우에 발생할 수 있는 사태에 대 해 많은 연구자가 우려하였다. Lee and Lim (1997) 은 과학 개념에 대한 교사의 불충분한 이해는 곧바 로 학생들에게 영향을 주게 되어 학생들로 하여금 오개념을 갖게 할 수 있으며 학생들의 개념을 파악 하고 그에 적절히 대처하는 것에 제한을 받게 된다 고 지적하였다. 마찬가지로 Kwak (2011)도 교사의 교 과 내용 지식이 부족하면 학생 중심의 수업을 하기 보다는 단순 지식 전달식 수업을 하게 되고, 탐구를 하게 되더라도 내용에서의 다양성이 제한될 여지가 높아 과학은 암기 과목이라는 잘못된 믿음을 심어주 는 동시에 과학 과목에 대한 태도를 부정적으로 만 들 수 있다고 주장하였다. 따라서 달의 위상과 같이 교육과정에서 중요하게 다루는 천문 현상에 대한 교 사의 이해 수준을 규명하는 연구의 수행이 필요하지 만, 초등 예비교사가 가지고 있는 오개념에 대한 국 내의 연구는 아직도 미비한 실정이다(Park and Park, 2018).

    이와 같이 초등 예비교사의 천문학 이해에 대한 연구가 선행되어야 한다는 필요성을 바탕으로 이 연 구에서는 실제적인 관측 상황에서 관찰 가능한 달의 위상에 대한 초등 예비교사의 설명을 심층적으로 분 석하고자 한다. 따라서 이 연구에서 설정한 연구 문 제는 다음과 같다.

    1. 초등 예비교사가 관찰 가능한 달의 위상을 설명 하는데 도입한 내용 요소는 무엇이며, 과학적인 이해 를 바탕으로 하는가?

    2. 실제 관찰하는 맥락을 강조한 달의 위상 변화 문제를 해결하는 과정에서 드러나는 초등 예비교사들 의 설명 유형과 그 특징은 무엇인가?

    이상의 연구 문제를 해결함으로써 천문학 지식의 과학적인 토대가 비교적 약한 초등 예비교사들이 (Kang et al., 2004;Lee et al., 2011;Myeong, 2001) 현직에 입문하여 관련 내용을 가르치는데 충분한 전 문성을 확보할 수 있도록 교사 양성 프로그램에서 고려해야 할 점에 대한 시사점을 탐색할 것이다.

    연구 방법

    연구 대상 및 자료 수집

    이 연구에서는 수도권 소재 교육대학교 4학년에 재학 중인 초등 예비교사 30명이 달의 위상 변화에 대해 설명한 내용을 분석 대상으로 삼고 있다. 이들 은 연구자 중 1명이 운영하는 지구과학 강좌를 수 강하고 있었으며, 교사가 되었을 때 천문학 분야의 내용을 가르치는 것에 대해 특히 우려하였는데, 이 는 태양계 천체들의 운동으로 인해 나타나는 다양 한 현상에 대한 내용 지식이 충분하지 않다고 여기 기 때문이었다. 따라서 이들이 수강한 지구과학 강 좌에서는 2015 개정 과학과 교육과정의 ‘지구와 우주’ 영역에서 제시하는 핵심 개념과 내용 요소를 망라하 여 다루되, 특히 천문학 분야는 한 학기 기준 15주 의 기간 중 총 5주를 할애하여 비교적 자세하게 다루 었다. 구체적인 강의 내용은 2015 개정 과학과 교육 과정(Ministry of Education, 2015)의 초등학교 과학 성취기준인 [6과09-01]-[6과09-03], [6과14-01]-[6과 14-03]에 해당하는 ‘지구의 자전과 공전’, ‘낮과 밤’, ‘하루 동안 달의 위치 변화’, ‘계절별 별자리 변화’, ‘달의 위상 변화’ 및 ‘태양 고도의 일변화’, ‘기온의 일 변화’, ‘태양의 남중 고도’, ‘계절별 낮과 밤의 길이’ 등과 같은 학습 요소와 밀접하게 관련되었으며, 이 를 통해 초등학교에서 다루는 천문학 분야에 대한 내용 지식의 수준이 교직 진출 시점에 학생들을 가 르치는데 부족함이 없을 정도로 향상될 수 있기를 기대하였다.

    한편 이 연구의 자료 수집을 위해 한 학기의 강좌 가 마무리되는 시점에 달의 위상 변화와 관련하여 Table 1의 질문에 대한 설명을 글과 그림으로 구성하 도록 요청하였다. 이 연구에 참여한 초등 예비교사들 은 대부분 글과 그림을 이용하여 자료를 설명하였으 며, 그림은 예비교사가 글로 설명한 내용을 타당하게 분석하기 위한 보조적인 수단으로 활용되었다.

    자료 수집 대상이 초등 예비교사이므로 관찰 가능 한 달의 위상에 대해 여러 경우를 종합적으로 고려 하여 다양한 상황과 그에 적합한 설명을 스스로 구 성할 수 있도록 질문을 다소 포괄적으로 제시하였다. 다시 말하면, 특정 시간대 대신 ‘아침 일찍’, ‘방과 후’ 등의 표현을 사용한 것은 연구에 참여했던 초등 예비교사들이 관찰의 경험 또는 실제 관찰 가능한 상황을 바탕으로 달의 위상에 대한 자신의 이해를 자유롭게 구성하기를 의도하였기 때문이다. 문제 상 황은 새 학년이 시작된 3월 첫날, 아침 일찍 등교하 는 학생이 하늘에 뜬 달을 육안 관측하게 되었을 때 로 설정하였다. 그리고 학교 방향에서 달이 관찰되었 을 때 달(학교)의 방위, 이때 관찰된 달의 위상, 일정 시간이 지난 이후에 하교하면서 달이 다시 관찰되었 을 때 경과 시간과 이때 달의 위상에 대한 3가지 질 문을 제시하였다. 첫 번째와 두 번째 질문의 의도는 예비교사들이 관찰 가능한 달의 위상과 방위, 즉 달 이 ‘떠 있다’와 ‘보인다’를 어떻게 이해하고 있는지, 달의 위상에 따라 관찰할 수 있는 시각과 방향을 제 대로 이해하고 있는지를 알아보기 위한 것이다. 특히 주어진 조건에서 관찰 가능한 달에 초점을 맞춘 것 은 자연 현상의 실제적인 맥락과 직접적으로 결합한 질문을 해결할 수 있도록 하고자 함이었다. 세 번째 질문은 달의 위상 변화의 경향성을 이해하고 있는지 를 파악하기 위한 것이었다.

    분석 방법

    자료 분석은 2단계로 나누어 이루어졌는데, 1단계 분석에서는 초등 예비교사에게 제시한 질문에 대한 설명을 토대로 1) 태양-지구-달의 위치 관계에 따른 달 의 위상을 제대로 이해하는가, 2) 어떤 위상이 특정 시간에 떠 있는 방향을 제대로 이해하는가, 3) 한 달 동안 달의 위상 변화의 경향성을 제대로 이해하는가 에 대해 과학적 개념에 부합하는지의 여부와 언급하 지 않은 경우의 3가지 유형으로 기초 분석을 실시하 였다. 2단계 분석에서는 2015 개정 과학과 교육과정 의 초등학교 5-6학년의 성취기준 해설 중 ‘달의 모양 과 위치가 주기적으로 바뀌는 현상을 관찰하여 확인 하는 데 초점을 둔다’에 주목하여 초등 예비교사들이 달의 위상이 주기적으로 변화하는 현상에 대해 ‘실제 맥락’을 바탕으로 구성된 질문을 어떻게 인식하고 해 결하는지 확인하고자 하였다. 따라서 이 연구에서 초 등 예비교사에게 제시한 질문, 2015 개정 교육과정의 초등학교 과학에서 달의 위상 변화와 관련된 성취기 준 및 평가기준(Kim et al., 2016;Ministry of Education, 2015), 그리고 Trundle et al. (2002)이 규 명한 달의 위상과 관련한 개념적 이해의 유형 등을 토대로 종합적으로 구성하여 분석틀의 초안을 구안하 였다. 1단계 분석 과정에서 잠정적인 분석틀이 포괄 하지 않는 범주는 2단계 분석틀에 추가 또는 삭제하 는 방식의 귀납적인 과정을 통해 3개의 범주로 구조 화한 분석틀을 확정하였다. 예를 들어, Trundle et al. (2002)의 연구에서는 달의 위상을 설명하는 초등 예 비교사의 대안 개념으로서 식 현상, 구름에 의한 가 림 등의 유형이 포함되어 있었으나 이 연구에서는 발견되지 않아 삭제하였으며, 달의 위상별 출몰 시간 표를 설명의 한 쪽에 병기하는 경우가 다수 등장하 여 이를 분석 유형에 추가하는 등의 수정과 정교화 과정을 거쳤다. 이 과정에서 분석 자료를 토대로 하 는 연구자 2인의 논의가 동반되었으며, 이상의 단계 를 거쳐 확정된 분석틀의 최종안은 Table 2와 같다. 한편 각 단계의 분석에서는 분석의 목적에 따라 양 적 분석과 질적 분석이 따로 또는 함께 수행되었으 며, 분석 유형에서 설정한 준거에 따라 분석 결과를 구조화하여 제시하였다.

    연구 결과

    관찰 가능한 달의 위상 변화 설명에 도입하는 내 용 요소

    관찰 가능한 달의 위상 변화를 설명하는데 필요한 기본적인 지식수준을 확인할 수 있는 1차 분석 결과 는 Table 3과 같다. 태양-지구-달의 위치 관계로부터 달을 관찰할 수 있는 방향과 위상을 설명한 초등 예 비 교사는 30명 중 9명(30.0%)에 불과하였다. 이에 비해 해당 위상이 특정 시간에 떠 있는 방향에 대해 서 과학적으로 오류 없이 글 또는 그림으로 설명한 경우는 약 87%에 해당하는 26명이었으며, 달의 위상 변화의 경향성, 즉 달의 공전 경향성에 대해 과학적 개념에 부합하는 설명을 제시한 경우도 26명으로 나 타났다. 그러나 이전에 수행했던 관찰 경험과 관련지 어 설명하거나 태양과 달의 각거리, 위상에 따른 달 의 겉보기 밝기 차이 등을 명시적으로 도입한 경우 는 발견되지 않았다.

    달을 관찰할 수 있는 시각에 대한 설명 분석

    앞서 언급하였듯이 예비교사들에게 주어진 문항에 서는 특정 시간 대신 ‘아침 일찍’과 ‘방과 후’ 등의 표현을 의도적으로 사용하였으며, 연구 참여자들이 설명하는 달의 위상이 관찰되는 시간을 특정하라고 요구하지 않았다. 그러나 상당수 예비교사가 자신이 설명하는 달이 관찰되는 특정 시각 또는 시간대를 명시하였다.

    우선 오전에 등교할 때 관찰할 수 있는 달에 대해 서는 30명 중 18명이 시각을 명시하거나, 해뜨기 전, 새벽 등 시간을 가늠할 수 있는 표현을 사용하였다. 이중 6시라고 명시한 경우가 11명으로 가장 많았으 며, 해당 시간대를 해뜨기 전 새벽 또는 새벽으로 칭 한 경우도 있었다. 6시 이후 시간에 대해서는 6-7시라 는 응답이 1명, 8시라는 응답이 2명, 9시라는 응답이 3명으로 대체로 6시에 대한 집중도가 높게 나타났다. 오후에 하교할 때 관찰할 수 있는 달에 대해서는 특 정 시간을 언급하지 않은 경우가 4명이었으며, 시간 으로 응답한 경우는 18시라고 한 경우가 19명으로 가 장 많았고, 낮 시간대인 14시 30분이 1명, 15시가 1 명, 17시와 19시가 각각 2명이었다.

    오전에 관찰할 수 있는 달에 대해서는 새벽, 해뜨 기 전, 6시 등을 모두 6시로 보고, 6시로부터 얼마나 떨어진 시간에 달이 보인다고 하는지, 마찬가지로 오 후에 관찰할 수 있는 달에 대해서는 18시를 기준으 로 얼마나 떨어진 시간에 달을 관찰할 수 있다고 응 답하였는지에 대한 결과를 Fig. 1에 제시하였다.

    달을 관찰할 수 있는 각각의 문제 상황에 대해 시 간대를 특정한 인원이 다르므로 백분율로 살펴보면, 오전에 달을 볼 수 있는 시간대를 특정한 18명 중 60% 이상이 오전에 달을 볼 수 있는 시간을 6시 또 는 6시까지로 한정하였으며, 오후에 달을 볼 수 있는 시간대를 특정한 26명 중 약 80%에 달하는 인원이 18시 또는 그 이후에 달을 볼 수 있다고 생각함을 알 수 있다.

    달을 관찰할 수 있는 방위와 위상에 대한 설명 분석

    오전에 관찰할 수 있는 달의 방위와 각 방위에 따 른 위상 분석 결과는 Table 4에 제시하였다. 아침 등 교 시간에 관찰할 수 있는 달에 대한 질문을 한 이 유는 실제 관찰 상황에서 태양과 함께 달이 ‘떠 있을’ 때 달이 ‘보이기’ 위해서 어떤 방향에 있어야 하는지 를 확인하려는 것이었음을 앞서 언급한 바 있다. 여 기에는 예비교사들이 이러한 질문에 대한 설명을 구 성할 때 최소한 아침에 태양이 떠 있을 위치인 동쪽 을 지목한 경우는 매우 제한적일 것이라는 연구자의 예상과 기대가 깔려 있었던 것이다. 그럼에도 불구하 고 아침에 달이 보이는 방향이 동쪽 또는 남동쪽이 라고 언급한 예비교사가 12명, 그리고 방향에 관계없 이 달을 볼 수 있다고 응답한 5명에 대해서도 동쪽 에서 보이는 것이 가능하다는 응답으로 분류하면 전 체 예비교사 30명 중 17명, 즉 50%를 넘는 인원이 아침에 동쪽에서 달을 볼 수 있을 것이라고 생각하 는 것이다.

    Table 4를 보면 아침에 달을 볼 수 있는 방향으로 예비교사들은 북쪽을 제외한 모든 방향을 언급하는 것을 확인할 수 있는데, 방향을 특정한 25명이 지목 한 방위를 좀 더 가시적으로 표현하면 Fig. 2와 같다.

    한편 달을 관찰할 수 있는 방위를 특정한 근거는 3가지 유형으로 대별할 수 있었는데, 1) 음력으로 1 일이기 때문에, 2) 선택한 달이 떠 있을 수 있는 시 간이므로, 3) 태양과의 위치 관계를 고려하였기 때문 으로 나눌 수 있다. 우선 음력으로 1일이기 때문이라 고 답한 예비교사들은 동쪽 계열을 선택한 경우에서 많이 나타났는데, 이들은 음력 1일에 해당하는 달의 위상을 선택한 다음에 그러한 모양의 달을 볼 수 있 는 방위를 선택하였다. 이 과정에서 태양이 동쪽에서 뜨고, 아침 등교 시간에 이미 태양이 떠 있어 달을 관찰할 수 없을 것이라는 생각하는 경우가 많았고, 따라서 등교 시간을 6시 이전이나 해뜨기 전이라고 한정하는 것으로 분석할 수 있다. 달이 떠 있는 시간 이기 때문이라는 범주에 해당하는 응답에서는 삭망과 상현, 하현 등 주요 위상에서 각각의 달이 뜨고/남중 하고/지는 시각을 쓴 다음 달이 떠 있는 시간이 아침 시간대와 맞는 위상을 임의 선정하는 경우가 많았으 며, 방향에 무관하다고 답한 경우도 해당 시간대에 각 방위마다 떠 있을 수 있는 달을 모두 그려 놓는 식이었다. 태양과의 위치 관계를 고려한 범주의 응답 중 일부에서는 태양과 같은 방향에 있다면 달이 잘 보이지 않으며, 아침의 태양과는 떨어져 있어야 한다 는 근거를 제시하기도 하였다. 그러나 오히려 태양과 같은 방향에 있음으로 해서 태양이 뜨기 직전에 관 찰할 수 있는 달을 언급하는 경우도 있었다. 이상과 관련한 빈도 분석 결과는 Table 5에 정리하였다.

    달의 위상 변화의 작동 원리에 대한 설명 분석

    태양-지구-달의 위치 관계에 따른 위상 변화에 대 해 과학적인 설명을 구성한 경우는 30명 중 9명으로 나타났다. 이에 비해 특정 위상이 관찰될 수 있는 방 위나 위상 변화의 경향성 자체에 대해서는 과학적으 로 오류 없이 설명한 경우가 26명으로 더욱 많았다. 따라서 달의 위상 변화가 나타나는 원리에 대한 예 비교사들의 이러한 설명이 과학적인 이해에 기반한 것 인지에 대한 해석이 요청되었다. 이와 관련하여 연구 자가 주목한 부분은 예비교사의 설명에서 빈번하게 등장하는 달의 위상별 출몰 시간표였다. 즉, 태양-지 구-달의 위치 관계를 설명에 포함했는지의 여부와 별 개로 예비교사의 절반 정도(14명)는 중 설명의 귀퉁 이에 주요한 위상별 출-남중-몰 시간을 함께 적었던 것이다.

    Table 6은 예비교사의 설명에서 달의 위상별 출몰 시간표를 제시한 사례를 나타낸 것이다. 이중 일부는 출몰 시간표뿐만 아니라 그림 설명을 추가하였지만, 태양-지구-달의 위치 관계에 따른 위상 변화를 확인 하기에는 제한적인 경우가 다수였다. 사례 1-3에 해당 하는 예비교사는 달이 공전하는 것을 그림 설명에 담 았지만, 달의 공전 궤도 상 위치에서 해당 위상이 보 이는 것을 설명하는 것이라 보기는 어렵다. 사례 4에 서는 방위에 따른 달의 위상을 그림 설명에 포함하 였지만, 태양-지구-달의 위치 관계를 기반으로 설명한 것은 아니다. 사례 5에서는 달의 위상별 출몰 시간표 만을 제시하였는데, 이러한 경우는 인용한 사례 이외 에도 상당수 존재하였다.

    관찰 가능한 달의 위상에 대한 대안적인 설명 유형

    Table 2의 분석틀을 바탕으로 자료를 분석하여 관 찰 가능한 달의 위상을 결정하는 조건과 관찰 가능 한 시각 및 방위 등에 대해 초등 예비교사가 가지고 있는 대안적인 설명 유형을 도출하여 최종적으로 정 리한 결과는 Table 7과 같다.

    먼저 달을 관찰할 수 있는 조건과 관련하여 2가지 유형의 대안 개념이 발견되었는데 태양이 떠 있으면 달은 보이지 않는다거나 달이 떠 있다면 항상 달을 관찰할 수 있다고 생각하는 것으로 드러났다. 태양이 떠 있으면 보이지 않는다고 설명한 6명의 예비교사 는 앞서 동쪽에서 관찰 가능하다고 응답한 경우는 포 함하지 않은 결과이다. 이 연구에서 주어진 질문을 성 공적으로 해결하지는 못하였지만 예비교사가 동쪽에 서 아침에 태양이 뜨는 상황으로 구성한 것과는 과학 적으로 일치하는 설명이기 때문이다. 또한 달이 떠 있 다면 달을 관찰할 수 있다고 설명한 8명의 예비교사 는 달이 낮에도 관찰될 수 있는 상황을 중요하게 고 려하지 않고 단지 달이 떠 있는지의 여부만을 고려한 결과에 따른 설명 유형으로 분류될 수 있다. 달을 관 찰할 수 있는 조건과 관련되는 이상의 설명 유형은 실제 관찰 상황과도 부합하지 않을 뿐만 아니라 하 위 유형 사이에도 개념이 충돌한다.

    달을 관찰할 수 있는 시간대와 관련하여 발견되는 대안적인 설명 유형은 달을 관찰하기 가장 좋은 시 각이 태양이 뜨기 직전이라는 것으로, 이는 과학적인 개념이 포함되어 있지만 이 연구에서 주어진 문제 상황뿐만 아니라 여타의 위상에서도 일관되게 적용될 수 없는 설명 유형이다. 또한 달을 관찰할 수 있는 방 향에 대해서는 태양이 어느 방향에 떠 있어도 달이 떠 있다면 달을 관찰할 수 있다고 설명하는 유형도 예 비교사 8명에게서 나타났으며, 달이 남중했을 때 남 쪽 방향에서 달을 관찰할 수 있다고 설명하는 유형 도 3명이었다. 특히 달이 남중했을 때 남쪽 방향에서 달을 관찰할 수 있다는 설명은 달의 관찰 가능한 방 위뿐만 아니라 관찰 가능한 시간과도 관련되는데, 달 의 위상 변화를 설명하는 교과서 상의 모형이 남중 할 때의 달 모양과 짝을 이루다 보니 등장하는 설명 유형으로 보아 해당 유형을 관찰 가능한 방위에 분 류하였다.

    기타로 분류되는 유형에서 가장 많이 등장하는 것 으로는 앞서 Table 6에서 예시한 바와 같이 달의 위 상별 출몰 시간표를 바탕으로 하는 설명이었으며, 달 의 위상을 음력의 역법과 관련지어 설명하는 경우와 글 및 그림 설명에서 달이 서쪽에서 뜨는 것으로 설 명하는 유형 등도 발견되었다. 특히 특정 날짜가 주 어졌을 때 달의 위상 변화와 관련하여 이를 음력이 라고 단정하여 설명하는 경향이 확인되었는데, 음력 날짜로부터 달의 위상을 결정하고 여타 조건을 그것 에 맞게 조정할 때 등장하는 설명 유형이다. 한편 이 상의 설명에 제시한 빈도는 1명의 예비교사가 구성 한 설명에서 복수의 유형을 포괄하는 경우가 다수 있는 까닭에 빈도의 총합은 30명을 초과하게 됨을 밝혀둔다.

    관찰 가능한 달의 위상에 대한 대안적인 설명 사례

    앞서 언급하였듯이 태양이 떠 있으면 달을 볼 수 없다는 설명 유형은 많은 예비교사들에게서 확인할 수 있었다. 이러한 유형의 사례에는 다음과 같은 설 명이 포함되었다.

    • 학교는 집에서 남쪽에 있다고 말할 수 있다. 달이 지구를 공 전하기 때문에 하현달은 밤 12시에 동쪽 하늘에서 떠 남쪽 하늘을 지나 낮 12시에 서쪽 하늘로 지는데 6시쯤 해가 떠 오르기 전까지 달을 볼 수 있으므로, 그때 달은 남쪽 하늘에 떠 있을 것이기 때문에 학교는 남쪽 방향에 있을 것이다. (예 비교사 A)

    • (아침에 달을 볼 수 있는 방향은) 서쪽이다. 달을 보기 위해 서는 해 반대편인 서쪽을 보면 희미하게 달이 보인다. 따라 서 학교는 서쪽에 위치하여야 한다. ...(중략)... 아침에 동쪽 하늘에서 해가 뜨고 있으므로 반대편인 서쪽 하늘에서 지고 있는 달이 보인다. 새벽 6시 경 서쪽 하늘에 떠 있는 달은 보름달이다. (예비교사 B)

    예비교사 A는 태양이 뜨기 전까지 달을 볼 수 있 을 것이라고 설명하였는데, 아침 시간대에 떠 있을 수 있는 달을 이야기하기는 하지만, 해가 뜬 이후에 까지 달을 볼 수 있다는 것에는 저항을 갖는 것으로 보인다. 서쪽에서 아침 달을 볼 수 있다고 한 예비교 사 B의 설명을 보면, 태양이 떠 있을 때 달이 보이 려면 어떠한 조건을 만족해야 하는지를 알고 있으며, 다른 예비교사들과는 달리 그때의 달에 대해서도 묘 사를 하고 있는 것을 확인할 수 있다. 그러나 예비교 사 B 역시 아침 일찍 등교하는 시간을 아직 태양이 뜨지 않은 새벽 6시로 설정하고 있어서, 태양과 달이 같은 하늘에 떠 있는 것에 대한 심리적 저항을 엿볼 수 있다. Fig. 3은 예비교사 C가 글과 그림으로 설명 한 사례를 나타낸 것으로, 예비교사 C는 방향에 무 관하게 달을 볼 수 있다고 이야기하면서 6시로 시간 을 한정하여 해가 뜨지 않는 상황 하에서 설명을 전 개하고 있다. 예비교사 C의 설명 중에서 남쪽에 있 는 달은 해가 뜬 후에도 어느 정도까지는 볼 수 있 을 것이나 모든 방향의 달에 대해서 시간을 6시로 동일하게 한정하는 것으로 보아 태양이 뜨면 달은 보이지 않는다고 생각하는 것으로 보인다.

    태양이 떠 있는 방향과 관계없이 달이 떠 있다면 달을 관찰할 수 있다는 대안적인 설명 유형에 분류 되는 예비교사들은 달의 위상과 떠 있는 방향에 집 중해서 설명을 하는 경우가 많았다. 예비교사 D의 사례를 나타낸 Fig. 4를 보면 3월의 첫날을 음력으로 상정하고 문제에 접근하고 있음을 알 수 있으며, 달 이 그려지지 않은 채 남쪽 방향을 나타내는 그림을 그리고 달의 위상별 출몰 시간표를 함께 적어 놓았 다. 음력 날짜로 접근한 다른 예비교사들이 태양이 떠 있지 않도록 하기 위해 ‘해뜨기 전’ 등의 단서를 추가한 것과는 달리 예비교사 D는 9시 경에 초승달 을 볼 수 있을 것이라고 설명한다. 또한 오후에 관찰 할 수 있는 달을 설명할 때도 태양에 대한 언급을 전혀 하지 않고 있어서 태양과의 연관은 전혀 고려 하지 않는 것으로 보인다.

    달을 관찰하기 가장 좋은 시각에 대한 유형 중에 서 Fig. 5에 제시한 예비교사 E의 사례에서는 학교에 갈 때 동쪽에서 달을 볼 수 있되 아침 시간에 볼 수 있는 유일한 달은 그믐달이라고 설명하고 있다. 예비 교사 E는 태양이 떠 있으면 달을 볼 수 없다는 생각 도 가지고 있는 것으로 보이는데, E가 특정한 시간대 인 5-6시에는 망과 하현 등의 위상도 볼 수 있지만 그믐달만 볼 수 있다고 설명한다는 점에서 태양이 떠 있는 것에 더불어 그믐달은 아침에 잠깐 보이는 달이라는 단편적이고 구조적인 틀을 우선 적용하는 사례로 볼 수 있다.

    예비교사 E와 유사한 설명을 하고 있는 예비교사 F의 사례를 Fig. 6에 추가로 제시하였다. 예비교사 F 는 달의 위상별 출몰 시간표에서 6시에 뜨는 삭을 확인한 다음, 그보다 조금 더 일찍 뜨는 달인 그믐달 을 선택했음을 알 수 있다. 그러나 달의 위상별 출몰 시간표를 보면 6시 무렵에는 망과 하현인 위상의 달 도 볼 수 있지만, 예비교사 F는 이들을 선택하지 않 은 데에는 합리적인 선택의 근거를 제시하지 않고 있다.

    한편 예비교사 G는 태양이 떠 있는 상황에서도 달 을 볼 수 있다고 생각하며, 그런 상황에서 달을 볼 수 있으려면 태양과의 각거리에 일정한 차가 있어야 한다는 점도 드러내고 있다. 그러나 Fig. 7을 보면 달이 남동 또는 남서 어느 방향에 있건 가능하다고 보고, 이 중간치인 남쪽 하늘에 대해 그림으로 설명 하는 것으로 보아 달이 떠 있다면 어느 방향이건 상 관없이 달이 보인다고 생각하는 유형에 해당하는 것 으로 볼 수 있다.

    Fig. 8은 아침에 달을 볼 수 있는 방향을 남쪽으로 설명하는 예비교사 H의 설명 유형 사례를 담고 있 다. 예비교사 H는 동쪽 하늘은 해가 떠 있어서 달이 안 보인다고 한 후, 남쪽에 있을 때 가장 관찰이 잘 된다고 서술하였다. 달이 남중하였을 때 가장 고도가 높아지기 때문에 지상의 방해물에 방해를 받지 않는 것은 사실이나 남쪽에 있다는 이유로 가장 잘 관찰 되는 것은 아니며, 달이 남쪽에 있어도 태양이 남쪽 에 가깝게 떠 있다면 관찰할 수 없다는 점 등은 고 려하지 않은 결과이다.

    결론 및 제언

    이 연구에서는 초등 예비교사 30명을 대상으로 초 등학교 과학에서 가르쳐야 하는 천문 현상에 중점을 두고 한 학기 동안 지구과학 강의를 실시한 후, 등하 교시 달을 관찰할 수 있는 경우 그 위상과 방위에 대 한 질문을 제시함으로써 달의 위상 변화에 대한 이 해 수준과 대안적인 설명 유형을 확인하고자 하였다. 분석 결과에 따르면 달의 위상 변화나 해당 위상의 달이 뜨고 지는 시간, 또 위상 변화의 주기적 경향성 에 대해서는 90%에 달하는 예비교사들이 과학적으로 타당하게 설명하였다. 그러나 예비교사들의 설명에서 태양-지구-달의 위치 관계를 토대로 하는 경우는 30% 로 상대적으로 낮았으며, 질문에서 요구하지 않은 달 의 위상별 출몰 시간표를 설명을 위해 도입한 경우 가 확인되는 비율이 약 47%로 이들의 설명이 현상의 관찰과 이에 대한 과학적 추론에 바탕을 두기 보다 는 구조화된 지식에 기반하는 경우가 많다는 추정을 하게 하였다. 또한 달을 관찰할 수 있는 기본 조건 중에서 달은 태양이 뜨면 보이지 않는다는 개념을 가 지고 있는 예비교사가 많았는데, 이는 예비교사들이 등하교 시간을 특정하는 과정에서 확인할 수 있었다. 이와 달리 달이 떠 있다면 무조건 달을 관찰할 수 있다고 생각하는 유형도 있었다. 달을 관찰할 수 있 는 시각과 방위에 대해서는 태양의 위치와 무관하게 관찰할 수 있다거나 남쪽 방향에서 관찰할 수 있다고 설명하는 대안 개념도 확인되었다. 그 밖에 달을 관 찰하는 날짜에 대해서 뚜렷한 연결고리 없이 음력으 로 상정하여 달의 위상을 결정하거나 실제적인 관찰 맥락에서 동쪽과 서쪽의 방위를 제대로 파악하지 못 하여 달이 서쪽에서 뜨는 것처럼 설명하는 유형도 발견되었다.

    이상의 결과에 근거한 논의 끝에 연구진은 다음과 같은 결론에 도달하였다.

    첫째, 초등 예비교사들의 지식수준과 이해 수준 간 에는 상당한 괴리가 존재하는 것으로 보인다. 예비교 사 대다수는 특정 위상이 주어졌을 때, 그 위상이 떠 있는 시간과 방향에 대해서는 올바르게 답을 하였다. 그러나 이러한 높은 지식수준이 자신의 이해에 기반 하는 것임을 드러내는 근거나 추론을 도입하지는 않 았다.

    둘째, 예비교사들의 높은 지식수준은 구조화된 과 학 지식의 암기에 의한 결과일 가능성이 높다. 관찰 가능한 달의 위상과 방위, 시간에 대한 과학적으로 부합하는 답을 제시한 경우에도 상당수의 예비교사는 달의 위상별 출몰 시간표를 이용하고 있는 것을 확 인할 수 있었다. 이러한 점이 관찰 가능한 달에 대한 예비교사의 과학 지식이 전적으로 암기에 의존하는 것이라고 단언하기는 어려우나, 과학적인 설명을 구 성하기 위한 보조 도구로 태양-지구-달 시스템의 운 동 모형을 사용한 경우는 매우 적었다는 점에서 암 기에 바탕을 둔 지식일 가능성이 높은 것으로 생각 된다.

    셋째, 관찰 가능한 달의 위상에 대한 설명에서 초 등 예비교사의 지식수준에 비해 상대적으로 낮은 이 해 수준은 관찰 경험의 부재 때문일 가능성이 높다. 예비교사들의 그림 설명에서는 남쪽을 보고 있을 때 어느 쪽이 동쪽인지를 모르는 경우가 있었으며, 태양 이 뜨면 달을 볼 수 없다거나 태양이 떠 있어도 언 제든 달을 볼 수 있다는 설명 유형으로부터 예비교 사들이 직접 달을 관찰한 경험이 부족하리라는 합리 적 추론을 할 수 있다.

    이러한 결론으로부터 달의 위상과 관련한 초등 예 비교사 교육에 대한 다음을 제안하고자 한다.

    첫째, 초등 예비교사들을 대상으로 달의 위상 변화 를 다룰 때 구조화된 지식에 대한 암기가 되지 않도 록 유의하는 것이 필요하다. 분석 자료의 상당수에서 달의 위상별 출몰 시간표가 사용되었으며, 굳이 이 표를 병기하지 않더라도 글로 구성한 설명 속에서 ‘보 름달은 18시에 떠서 자정에 남중하고 6시에 진다’와 같이 설명의 대상이 되었던 모든 위상에 대해 뜨고 남중하고 지는 시간을 쓰는 경우로 미루어 보아 초등 예비교사들이 달의 위상에 대한 암기식 학습에 익숙 해 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 이와 같이 달의 출몰에만 집중하다 보니 달이 떠 있다면 보이 는 것이라고 답을 하기도 하고, 달의 출몰에 태양의 출몰을 경합하여 생각할 때도 함께 떠 있는 것을 피 하기만 하려는 경향도 나타나는 것으로 보인다. 또한 주어진 조건으로부터 그에 부합하는 상황에 대한 답 을 찾아가는 방식으로 문제를 해결하기보다는 답을 정하고 그 답에 맞는 상황을 가정하는 식으로 문제를 풀어나갔던 경우도 마찬가지이다. 예비교사들이 이런 식의 학습에 익숙해 있다면 교직에 입문하였을 때도 그런 식으로 과학을 가르칠 가능성이 높을 것이며, 이는 학생들의 과학에 대한 태도에 부정적인 영향을 끼칠 가능성이 높기에 예비교사 교육에서 이러한 점 에 주의를 기울이는 것이 필요하리라고 본다.

    둘째, 일련의 연구 결과는 초등 예비교사들에게 관 찰의 경험을 늘려 주어야 함을 시사하고 있다. 천문 현상의 관측이 야간에 용이한 까닭에 제한적인 부분 이 많기는 하지만, 오전이나 오후에 달을 관측하게 하는 것은 학기의 정규 수업 시간 중에서도 충분히 접근할 수 있는 경험이다. 초등 과학과 교육과정에서 다루는 현상도 같은 이유로 쉽게 관찰할 수 있는 자 연 현상을 대상으로 하는 경우가 많다는 것과 상통 하는 부분이다. 특히 이 연구에서 다루었던 주제와 관 련한 관찰은 태양이 떠 있어도 정오에 가까운 시간 을 피해 있다면, 그리고 달이 어느 정도 밝다면 달을 관찰할 수 있다는 것을 예비교사들이 쉽게 받아들이 게 되는 계기가 될 것이다. 낮에 나온 반달이 그냥 동요 가사에 불과한 것이 아니라 실제 상황이라는 것 을 충분히 이해하게 된다면, ‘반달’이라는 동요도, 그 리고 달의 위상과 그 위상이 관찰되는 시각과 방위 에 대해서도 더욱 흥미롭게 가르칠 수 있는 초등 교 사가 되리라 생각된다. 또한 초등 예비교사들에게 관 찰의 경험을 제공할 때 단편적인 관찰이 아니라 그 운동의 경향성을 확인할 수 있도록 적절한 관찰 간 격과 충분한 관찰 시간을 설정할 필요가 있다는 점 도 함께 고려해야 할 것이다. 이는 연구를 수행하는 과정에서 초등 예비교사들과 강의실 밖으로 나가서 오전 하늘에 뜬 달을 같이 볼 수 있었음에도 불구하 고 그런 경험을 제공하지 못했던 것을 뼈저리게 후 회했던 연구자의 반성에서 비롯되었다.

    셋째, 초등 과학과 교육과정에서 강조하는 달의 관 찰뿐만 아니라 제반 천문 현상의 관측 프로그램을 초등 예비교사들에게 제공할 때에는 자율적인 관측보 다는 적절한 가이드와 피드백이 제공될 수 있도록 구 성하는 것이 대단히 중요하다. 이 연구에 참여했던 초 등 예비교사들은 표면적으로는 달의 운동에 대해서 잘 알고 있는 것처럼 보였지만, 실제의 관찰 맥락을 고려할 때에는 관측 방향과 방위를 제대로 알지 못 하는 경우도 상당수 있음이 확인되었다. 따라서 형식 이 정해져 있지 않은 자유 관측 프로그램은 비효율적 인 관측이 될 가능성이 높다. 관찰과 관련하여 아는 만큼 보인다는 흔한 격언을 ‘무엇을 보아야 할지 아 는 만큼 보인다’라고 해석한다면 무엇을 보아야 할지, 본 것으로부터 어떤 부분을 생각할 수 있을지에 대 한 가이드가 반드시 필요할 것이다. 그리고 관측 결 과에 대한 검토와 피드백을 제공함으로써 예비교사들 이 구성하는 대안적인 설명의 본질을 적확하게 파악 할 수 있어야 할 것이다.

    이상의 논의는 이 연구가 관찰 가능한 달의 위상 에 대하여 글과 그림으로 설명한 내용에 한정하여 분석하였다는 한계에서 자유롭지 못하다. 이에 예비 교사들이 설명을 구성한 과정의 심층적인 분석을 위 해서는 면담 등에 의한 후속 연구가 필요하다. 또한 이 연구는 지구과학 영역의 교수를 위한 초등 예비 교사 양성 프로그램의 개선에 환류될 수 있도록 직 접적이고 실제적인 증거가 될 수 있는 후속 연구의 필요성 위에 놓여 있다.

    Figure

    JKESS-41-2-194_F1.gif

    Distribution of answers to the observable time of the morning moon.

    JKESS-41-2-194_F2.gif

    Distribution of answers to the direction of the morning moon(number of person).

    JKESS-41-2-194_F3.gif

    Example of pre-service teacher C’s drawn and written explanation (oc1).

    JKESS-41-2-194_F4.gif

    Example of pre-service teacher D’s drawn and written explanation (oc2).

    JKESS-41-2-194_F5.gif

    Example of pre-service teacher E’s drawn and written explanation (ot1).

    JKESS-41-2-194_F6.gif

    Example of pre-service teacher F’s drawn and written explanation (ot1).

    JKESS-41-2-194_F7.gif

    Example of pre-service teacher G’s drawn and written explanation (od1).

    JKESS-41-2-194_F8.gif

    Example of pre-service teacher H’s drawn and written explanation (od2).

    Table

    Descriptions of task

    The analytical framework

    The results of basic analysis

    The results of observable direction and phase of the morning moon

    Frequencies of observable direction and its reason

    Examples of moon time tables on the research participants’ answer sheets

    Types of explanation used to pre-service teachers’ description

    Reference

    1. Åberg-Bengtsson, L. , Karlsson, K.G. , and Ottosson, T. ,2017, “Can there be a full moon at daytime?” Young students making sense of illustrations of the lunar phases.Science Education, 101(4), 616-638.
    2. Choi, K. and Paik, S.-H. ,2020, Development of educational materials related to phase change of moon using GeoGebra program. School Science Journal, 14(1), 7-20. (in Korean)
    3. Kalkan, H. and Kiroglu, K. ,2007, Science and nonscience students' ideas about basic astronomy concepts in preservice training for elementary school teachers. Astronomy Education Review, 1(6), 15-24.
    4. Kang, H.-K. , Kim, M.-H. , Noh, S.K. , Park, J.W. , Lee, M.U. , and Choi, S.-Y. ,2004, Development of science curriculum program for elementary teacher education. Ministry of Education and Human Resources Develop-ment, Seoul, Korea, 302 p. (in Korean)
    5. Kanli, U. ,2014, A Study on identifying the misconceptions of pre-service and in-service teachers about basicastronomy concepts. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 10(5), 471-479.
    6. Kim, H.-K. , Lee, M.-K. , Lee, J.-B. , Lee, S.-Y. , Lee, Y.-R. , Kwak, Y. , Shin, Y. , Kim, J. , Kim, K. , Park, S. , Shin, H.-I. , Kim, K.-H. , and Kim, S.-H. ,2016, Research and development of the assessment standards of the 2015 revised national science curriculum at the primary and middle school levels. Korea Institute for Curriculum and Evaluation, CRC 2016-2-7, 426 p. (in Korean)
    7. Kim, J.H. ,2006, High school students` conceptual change of the lunar phases on instruction using the lunar phases drawing module. Journal of the Korean Earth Science Society, 27(4), 353-363. (in Korean)
    8. Kwak, Y.-S. ,2011, A study on actual conditions and ways to improve primary school science teaching. Journal of the Korean Earth Science Society, 32(4), 422-434. (in Korean)
    9. Lee, M.A. and Choe, S.U. ,2008, Complementary models for helping secondary school students to develop their understanding of moon phases. Journal of the Korean Earth Science Society, 29(1), 60-77. (in Korean)
    10. Lee, S. and Lim, C. ,1997, Preservice elementary teachers’ understanding on the basic science concepts. Journal of Korean Elementary Science Education, 16(2), 325-339. (in Korean)
    11. Lee, Y.-S. , Kim, S.-S. , Lee, S.-G. , Nam, Y.-K. , Joo, E.-J. , and Lee, H.-L. ,2011, The pre-service elementary school teachers' conceptual understanding survey about astrono-mical field. Journal of Korean Society of Earth Science Education, 4(3), 297-304. (in Korean)
    12. Ministry of Education,2015, The national science curriculum.Sejong, Korea, 274 p. (in Korean)
    13. Myeong, J.-O. ,2001, Reasons for unsuccessful earth science problem solving of pre-service teachers : A study on the motions of the moon and the planets. Journal of the Korean Earth Science Society, 22(4), 339-349. (inKorean)
    14. NGSS Lead States,2013, Next generation science standards:For states, by states. The National Academies Press, Washington DC, USA, 532 p.
    15. Park, K.-R. and Park, H.-J. ,2018, Analysis of research trend on conceptual change in earth science. Journal of the Korean Earth Science Society, 39(2), 193-207. (in Korean)
    16. Starakis, J. and Halkia, K. ,2010, Primary school students’ ideas concerning the apparent movement of the moon.Astronomy Education Review, 9(1).
    17. Treagust, D.F. ,1988, Development and use of diagnostic tests to evaluate students' misconceptions in science. International Journal of Science Education, 10(2), 159-169.
    18. Trundle, K.C. , Atwood, R.K. , and Christopher, J.E. ,2002, Preservice elementary teachers’ conceptions of moon phases before and after instruction. Journal of Research in Science Teaching, 39(7), 633-658.
    19. Trundle, K.C. , Atwood, R.K. , and Christopher, J.E. ,2006, Preservice elementary teachers’ knowledge of observable moon phases and pattern of change in phases. Journal of Science Teacher Education, 17(2), 87-101.
    20. Zeilik, M. and Bisard, W. ,2000, Conceptual change in introductory-level astronomy courses. Journal of College Science Teaching, 29(4), 229-232.