과학 교수-학습에서 사용되는 비유 분석과 비유를 활용한 수업의 효과

Abstract

비유란 새로운 개념을 이해하기 위해 새로운 개념과 동일한 속성을 지닌 친숙한 개념을 이용하여 두 개념 영역간의 구조를 비교하는 것이다. 여기서 친숙한 개념(근거 영역, source domain)이 비유물이 되고 새로운 개념(목표 영역, target domain)이 학습해야 할 목표물이 된다. 이와 같이 비유는 근거 영역의 정보를 이용해서 목표 영역의 정보를 유추하여 이해하게 한다. 본 연구에서는 고등학교 과학 교수-학습에서 비유가 사용되고 있는 현황과 과학 개념 이해에 비유가 미치는 영향을 조사하였다. 먼저 비유의 사용 현황을 파악하기위해 제 7차 교육과정에 의해 집필된 7종의 고등학교 과학 교과서와 9종의 물리Ⅰ교과서를 분석하여 교과서에 제시된 비유를 분석하였다. 그리고 서울과 경기 소재 고등학교 78명의 과학 교사들을 대상으로 설문 조사를 실시하여 실제 교수-학습에서 사용되는 비유를 조사하였다. 과학 개념 이해에 미치는 비유의 영향을 조사하기 위해서는 서울시에 소재한 중학교 3학년 144명과 고등학교 1학년 132명을 대상으로 동일한 과학 개념에 대해 단순 설명문(단순하게 과학 개념만을 설명하는 것을 지칭함)과 비유 설명문(비유를 제시하여 과학 개념을 설명하는 것을 지칭함)에 의한 문제를 풀게 하였고, 각 설명문에 대한 선호도를 알아보기 위해 인터뷰를 실시하여 과학 개념 이해에 미치는 비유의 효과를 분석하였다. 그리고 ‘비유 만들기 수업’을 실시하여 학생들 스스로 과학 개념에 합당한 비유물을 만들게 한 후, 비유 만들기 활동에 대한 학생들의 생각과 그 효과를 설문지를 통하여 분석하였다. 과학 교수-학습에서 비유가 사용되고 있는 현황을 조사하기 위해 실시한 고등학교 과학, 물리Ⅰ교과서에 사용된 비유의 유형별 분석 결과에 따르면, ‘심층적으로 유사한 비유’, ‘언어와 그림으로 표현한 비유’, ‘구체적 비유물에 추상적 목표물을 대응시킨 비유’로 그 유형을 정리할 수 있었다. 과학 개념에 대한 비유는 단일 비유가 많았으며, ‘비유’라는 용어를 언급하지 않고 과학 개념 설명에 비유를 사용한 경우가 많았다. 현재 과학 교과서에서 사용되는 비유는 실제 수업에서 학생들의 과학 개념 이해에 도움이 되는 비유도 많았지만, 비유물과 목표물간의 일대일 대응이 명확하지 않은 이유 등으로 과학 개념 설명에 적절하지 않은 비유도 많이 제시되고 있었다. 또한 비유 사용 빈도는 출판사와 영역에 따라 큰 차이를 보였으며, 특히 다른 영역에 비해 물리 영역에서 비유물의 수가 상대적으로 적게 나타났다. 고등학교 과학 교사를 대상으로 한 설문 조사를 분석한 결과, 많은 교사들이 비유가 과학 개념 이해 및 흥미 유발에 도움이 된다는 점에 동의하였다. 수업에서 사용하는 비유 자료는 교사 자신의 일상 경험에서 주로 얻고 있었으며, 실제 수업에서 활용할 수 있는 적절한 비유 자료가 많이 필요하다는 제안도 있었다. 비유가 과학 개념 이해에 미치는 영향을 조사하기 위해 실시한 학생들의 검사 결과를 분석해보면 비유 설명문이 단순 설명문에 비해 대체적으로 과학 학습에 효과적이라는 결론을 얻을 수 있었다. 그리고 비유를 활용한 수업이 교과서 위주의 전통적 강의 중심 수업에 비해 학생들의 과학 개념 이해에 효과적이었다. 또한 학생들 스스로 과학 개념에 대한 비유를 개발하게 하는 활동은 교사-학생 상호 작용뿐 아니라 학생들 간의 상호 작용을 통해 과학 개념에 대한 학생들의 이해도를 높이는 것으로 나타났다. 이상과 같은 연구 결과를 통해 볼 때 비유 설명이 가능한 경우에는 교과서를 비유 설명으로 구성하거나 수업시간에 학생들에게 친숙한 비유 설명을 제시한다면 학생들의 과학 개념 이해에 효과가 있을 것이다. 인과관계 파악 및 학생들의 추리를 돕는 적절한 비유 개발과 비유 활용에 대한 체계적인 연구가 향후 진행되어 그 결과가 교사에게 제공된다면 학생들의 과학 개념 지도에 보다 효과가 있을 것으로 판단된다.;Analogy is often used as an effective way to present a concrete picture of an abstract concept to facilitate comprehending and learning of the new concept. Many teachers and scholars agree that the use of analogy is effective, especially in the area of science teaching. The purpose of this study is to examine the content of Korean high-school textbooks, and to find out the effect of the use of analogy in science teaching on comprehending and understanding the science concept. Seven different versions of highschool science textbooks and nine physics I text books were used for content analysis written in 2002 according to 7th Curriculum Revision. The types of analogies are categorized into three; "simile," "textually and visually depicted analogy," and "analogy from concrete sources to abstract sources." There were less use of analogy in the Physics textbook compare to the Science textbook, despite the fact that physic is one of the hardest subject area. Total of 78 science teachers were interviewed for their opinion on the use of analogy in science teaching. The analyzed responses stated that teachers acknowledged the importance and the usefulness of analogy in science teaching, and also expressed the need of more effective analogical examples for teaching science classes than what the existing textbooks offer at present. The study also examined the effect of use of analogies in science teaching. A total of 144 9th grade students and 132 10th grade students participated in the class, in which analogies were used to teach science concepts, After the teaching, they were asked to solve two different-style problems. The students were also interviewed after the class, and they stated that use of analogies were helpful in understanding the new science concepts. Following the interview, the students participated in an activity, in which they were instructed to come up with analogical examples for the assigned concepts and principles they learned in the class. Students showed positive enthusiasm and interest and showed increased participation and task engagement in the class by presenting self-created analogies. We can conclude from these experiments and interviews that analogical examples are significantly helpful in teaching science to highschool students. This effect may be due to the catalytic process of mapping from familiar to unknown area. Future studies can focus on developing practical guidelines of constructing the effective analogy for mapping the causal relations and inferences to construe difficult science concepts.