중학교 ‘소화’ 단원에서 가상 실험 수업과 실험 수업의 효과에 관한 연구

Abstract

과학과 교육과정의 목표는 사물에 대해 흥미와 호기심을 갖고, 과학의 지식 체계를 이해하며, 탐구 방법을 습득하여 올바른 자연관을 가지도록 하는 것이다. 이러한 목표를 달성하기 위해 활용하는 다양한 수업 기법 중에서 실험 수업은 학생들의 흥미와 호기심을 높이고, 탐구 능력을 향상시키기에 매우 적합하다. 보편적인 실험 수업은 실험실에서 실험 기구를 이용해 실제로 활동을 하는 것이지만 초고속 통신망이 학교에 보급됨에 따라 컴퓨터실에서 웹을 이용한 가상 실험도 가능하게 되었다. 본 연구는 학교 과학 수업에서 가상 실험 수업 활용이 가능한가를 진단하기 위해 중학교 1학년「소화」단원에서 가상 실험과 실제 실험의 효과를 알아보고자 하였다. 연구에 이용한 가상 실험은 에듀넷과 사이언스올에 탑재된 ‘영양소 검출’, ‘어떤 물질이 셀로판 막을 통과할까’와 연구자가 수업목표에 맞게 개발한 ‘침의 작용’이다. 연구 대상은 서울시에 소재하고 있는 중학교 1학년 4학급 176명의 학생으로 실험실에서 실험을 하는 집단과 컴퓨터실에서 가상 실험을 하는 집단으로 나누어 수업하였다. 중학교 1학년「소화와 순환」대단원 중에서「소화」단원에 있는 세 가지 실험 주제를 3차시에 걸쳐 수업 처치하였다. 수업처치 전과 후에 학업성취도 검사와 과학 수업에 대한 태도 검사를 하였고, 수업처치 후에 가상 실험 집단만을 대상으로 개발한 가상 실험에 대한 설문조사를 하였다. 검사 및 조사하여 얻은 자료는 SPSS 11.0 통계 프로그램을 이용하여 공변량분석(ANCOVA), t 검정, 빈도분석을 하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다. 첫째, 가상 실험 수업 집단과 실험 수업 집단 간에 수업방법에 따른 학업성취도와 과학 수업에 대한 태도는 유의미한 차이가 없었다(p>.05). 따라서「소화」단원 가상 실험 수업은 과학 수업에서 실험 수업과 동일한 학습 효과를 유발하므로 가상 실험 프로그램을 학교 현장에서 활용할 수 있다. 둘째, 가상 실험 수업이나 실험 수업에서 성별에 따른 학업성취도 차이는 없었다(p>.05). 그러나 태도 면에서는 실험 수업의 경우 남학생이 여학생에 비해 유의미하게 향상되었다(p<.05). 이것은 활동적이고 사고에 대한 두려움이 적은 남학생의 특성에 의한 것이라 할 수 있다. 따라서 가상 실험은 여학생에게 실험실 안전사고를 예방하기 위한 조처로 활용될 수 있을 것이다. 셋째, 학생들은 개발한 가상 실험 프로그램의 흥미도, 이해도, 화면 구성 만족도 등에서 긍정적으로 응답한 것으로 나타나 개발한 가상 실험 프로그램은 과학 교수-학습 자료로서 유용하게 사용할 수 있다고 판단된다. 학생들이 가상 실험의 좋은 점으로 개별 실험과 반복 실험을 가장 많이 선택한 것으로 보아 자기주도적인 수업과 자신의 수준에 맞는 학습을 하고 싶어 하고 있음을 알 수 있다. 학생들은 앞으로의 과학 수업에서도 가상 실험 수업을 요구하므로 학습 주제별 다양한 프로그램의 개발이 요구된다. 넷째, 학생들은 가상 실험 수업에서는 개별 실험을 선호하고 실험 수업에서는 모둠별 실험 활동을 선호하는 것으로 나타났다. 학생들의 학습 형태는 수업방법에 따라 개별학습이나 협동학습으로 결정되어야 할 것이다. 이러한 연구 결과로 볼 때 앞으로 학교 현장에서 활용할 수 있는 가상 실험 개발이 요구되나 일선 교사 단독으로 개발하기는 어려우므로 국가 차원의 교육기관에서 수준 높은 가상 실험 프로그램을 개발하여 학교 현장에 보급하여야 할 것이다.; The curriculum of the science department aims to make students have curiosity and interest in things around them, understand the system of scientific knowledge, and have the right point of view on nature. Among the various teaching techniques to achieve these aims, the experimental activity is very suitable for fostering students' interest and curiosity and improving their inquiry ability. The traditional experimental activity is a real activity with experimental tools in the laboratory. However, the web-based virtual lab becomes possible in the computerized classroom as the high-speed internet communication network has become popular. This study is purposed to examine the effects of the web-based virtual lab and the real experimental activity in the lesson of 'Digestion' of the 7th grade students, and to diagnose if it is possible to introduce the web-based virtual lab under the school field. The virtual labs I utilized for this study are 'Detection of Nutrients' and 'Which Substance Passes Through Cellophane?', found in Edunet and Scienceall, and 'Function of Saliva' that I developed for the lesson. The subjects of this study are 176 students of the 7th grade in Seoul. They are divided into two groups. One is the group of the real experimental activity in the laboratory, and the other is that of the virtual lab in the computer room. Three different experiments in the lesson of 'Digestion' that is included in 'Digestion and Circulation' have been done through three periods. Before and after the experiment, I examined each student's learning achievement and science-related attitude. After the experiment, I examined only the group of the virtual lab by giving a questionnaire on the virtual lab. The data of this study was analyzed with ANCOVA, T-Test, and Frequencies, by using the SPSS 11.0 program that is the statistical analysis software. The conclusion of this study are summarized as follows. First, there was no meaningful difference between the group in the virtual lab and that of the real experimental activity in improvement of learning achievement and students' attitude toward science according to the lesson techniques (p>.05). Therefore, the web-based virtual lab of the lesson of 'Digestion' can be applied to the science class at school. Second, we have no meaningful difference between the virtual lab and the real experimental activity in improvement of learning achievement according to student's gender(p>.05). However, male students' attitude toward science has been improved more meaningfully than female students' attitude toward science in the real experimental activity(p<.05). It depends on the characteristics of male students who are active and less afraid of accidents. Third, students responded positively to the virtual lab program which was developed for this study in the areas of interest, understanding, helpfulness, and satisfaction of screen organization. It shows that the virtual lab program can be useful as a teaching-learning material. Students say that the merits of the virtual lab are the individual experiment and the repetitive experiment. It means they want autonomous learning according to their own levels. Especially it is required to develop various programs because the most part of students want the virtual lab in their future science class. Fourth, students preferred the individual experiment in the virtual lab and they preferred the small group experiment in the real experimental activity. We should consider the form of activity -- the individual activity or the group activity, according to the teaching techniques. According to the result of this study, it implies that it is necessary to develop the web-based virtual lab programs available for the science class at school. However, it is difficult for an individual teacher to do it. Therefore, I suggest that we develop high-leveled virtual labs to introduce to each school by experts.