대학교 화학 실험 수업에서 블렌디드 러닝의 적용과 효과

Abstract

The purpose of this study is to implement blended learning strategies and investigate its effectiveness. For this purpose, this study is consist of two researches, <Research I> and <Research II>. The purpose of <Research I> is to examine educational effects of Blended Learning Inquiry Strategies on inquiry ability, motivation, science related attitudes and satisfaction of college undergraduates. Blended Learning Inquiry Strategies was developed by the researcher, based on the inquiry approach in science education and the need analysis on general chemistry laboratory courses. Developed strategies were applied to general chemistry laboratory course for one semester. In this research, pre-test&#8228;post-test control group design was used. TIPS Ⅱ and TSPS were use to test students' inquiry ability, MSLQ to test motivation, TOSRA to test science related attitudes. A survey was carried out to find students' satisfaction on the strategies. Blended Learning Inquiry Strategies provide students with instant and rich feedback both in face to face and online setting. Thus, the result of this study is as follows. Blended Learning Inquiry Strategies 1) improve students' Inquiry Ability and its sub categories(basic process skills and integrated process skills effectively(p<.05). They are 2) statistically effective on motivation and science related attitudes(p<.05). Also, 3) students find it meaningful to participate activities done on online. Blended Learning Inquiry Strategies is 4) effective both on male and female undergraduates. The purpose of <Research II> is to analysis messages of synchronous web conference, which was considered more positive by undergraduate in <Research Ⅰ> and to examine its educational effects. Metacognitive strategies, metacognitive notes and metacognitive questions were used to maximize the effect of web conference. Synchronous web conference with metacognitive aids were carried out in Inorganic chemistry laboratory course for one semester. In this research, pre-test&#8228;post-test control group design was used. MAI was used to find undergraduates' metacognitive improvement and final examination to test their improvement in achievement. Message analysis was carried out. Interviews were was carried out to find students' satisfaction on the strategies. Synchronous web conferences provide students with instant and rich interactions between their instructor and them, both in face to face and online setting. Thus, the result of this study is as follows. Synchronous web conferences 1) improve students' metacognitive ability and educational achievement effectively(p<.05). It 2) increase interactions among its participants. Also 3) students find it much helpful compare to traditional laboratory courses. Thus, the use of Bended Learning should be encouraged in the field of science education. Blending what, when and how should be also studied. ;블렌디드 러닝이란 온라인과 오프라인 교육의 장점만을 결합하여 학습자들에게 다양한 상호작용과 학습 경험을 제공하는 학습을 의미한다. 블렌디드 러닝은 정보 통신 기술(ICT, Information and Communication Technology)이 발달함에 따라 더욱 관심을 받고 있는 교수&#8228;학습 방법이지만 과학 교과에서 블렌디드 러닝의 적용과 효과에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 이론적 배경을 통하여 과학 교과에서의 블렌디드 러닝 현황과 앞으로 연구 방향에 대해 알아보고 실험 연구를 통하여 과학 교과의 실험 수업에 적합한 블렌디드 러닝 전략을 개발&#8228;적용하여 그 효과를 알아보고자 하였다. 본 연구는 Ⅰ, Ⅱ의 두 부분으로 진행되었다. <연구 Ⅰ>에서는 대학에서의 과학과 실험 수업에 대한 경험과 과학 지식이 부족한 대학교 1학년 학생들을 대상으로 하여 블렌디드 러닝의 효과를 알아보고자 하였다. 과학 지식과 실험 경험이 부족한 학생들에게 다양한 상호작용을 경험할 수 있도록 동료 학습자와의 비동시적 웹 토론과 교수자와의 동시적 웹 토론을 포함하는 ‘블렌디드 러닝 탐구 실험 전략’을 개발하였다. 개발한 전략은 대학교 일반화학 실험수업을 수강하는 20명의 학생들에게 한 학기동안 적용하여 학생들의 과학 탐구 능력과 학습 동기, 과학 과련 태도에 미치는 효과와 온라인 학습 활동에 대한 만족도를 알아보았다. <연구 Ⅱ>에서는 이론에 대한 선행 지식과 과학실험 경험이 풍부한 대학교 3학년 학생들을 대상으로 <연구 Ⅰ>의 만족도 조사에서 학습에 보다 도움이 된다고 한 동시적 웹 토론에 메타인지적 전략을 강화하여 블렌디드 러닝의 효과를 알아보고자 하였다. 웹 토론의 효과를 높이고 웹 토론이 학습자 주도적으로 진행되도록 하기 위한 메타인지적 전략으로 메타인지 노트와 메타인지적 질문을 사용하였다. 동시적 웹 토론을 무기화학 실험수업을 수강하는 24명의 학생들에게 한 학기동안 적용하여 웹 토론에서 사용되는 메시지들의 특징을 알아보았으며, 웹 토론이 메타인지 능력과 학업 성취도, 과학 관련 태도에 미치는 효과와 웹 토론에 대한 학생들의 의견을 알아보았다. <연구 Ⅰ>의 결과, 일반화학실험 수업에 적용한 ‘블렌디드 탐구 실험 전략’은 과학 지식과 실험 경험이 부족한 학생들의 과학 탐구 능력과 학습 동기, 과학 관련 태도에 긍정적인 효과를 보였다. 과학 탐구 능력의 경우, 실험집단의 ‘과학 탐구 능력’과 하위 영역인 ‘기초 탐구 능력’, ‘통합 탐구 능력’이 전통적인 오프라인 실험 수업을 한 비교집단보다 통계적으로 유의미하게 향상되었다(p<.05). 전통적인 실험 수업이나 오프라인 상황의 탐구 실험 수업은 수업 시간이 정해져있어 학습자-교수자 상호작용의 기회가 제한되어 있다. 하지만 ‘블렌디드 러닝 탐구 실험 전략’에서 가설 설정과 검증, 실험 설계와 결과 해석에 익숙하지 않은 학생들의 질문을 교수자가 온라인과 오프라인 상에서 즉각적으로 피드백을 줄 수 있었다. 또한 학생들은 비동시적 웹 토론을 통해 동료 학생들과 온라인과 오프라인에서 자신의 의견이나 질문에 대해 논의할 수 있었다. 이것이 학생들의 ‘과학 탐구 능력’ 향상으로 이어진 것으로 보인다. ‘학습 동기’ 역시 실험집단의 ‘학습 동기’와 하위 영역인 ‘기대’ 척도가 비교집단보다 통계적으로 유의미하게 높았다(p<.05). 문제를 해결하는 과정에서 교수자와의 풍부한 상호작용이 학생들에게 학습 문제를 해결할 수 있다는 기대감을 높였으며 이것이 학습 동기의 향상으로 이어졌다고 생각된다. 과학에 관련된 태도도 마찬가지로 실험 집단의 ‘과학 관련 태도’와 그 하위 영역인 ‘과학 탐구에 대한 태도’, ‘과학에 대한 취미적 관심’이 비교 집단보다 통계적으로 유의미하게 높았다(p<.05). 일반적으로 과학 탐구 능력과 과학 관련 태도는 유의미한 상관이 있으므로 실험 집단의 ‘과학 탐구 능력’의 향상이 ‘과학 관련 태도’에 영향을 미쳐 ‘과학 관련 태도’가 좋아졌으며 또한 온라인을 이용한 풍부한 학습자-교수자 상호작용이 학생들을 계속 학습을 할 수 있게 하는 동기가 되어 학생들의 ‘탐구에 대한 태도’와 ‘과학에 대한 취미적 관심’이 높아진 것으로 보인다. 온라인 학습 활동에 대한 만족도를 조사한 결과, 학생들은 ‘비동시적 웹 토론’을 통해 자신들과 학습 수준이 유사한 동료 학생들부터 피드백을 받는 것보다 ‘동시적 웹 토론’을 통해 교수자에게 피드백을 받는 것이 자신의 학습에 도움이 된다고 생각하는 것으로 나타났다. <연구 Ⅱ>의 결과, 블렌디드 러닝 무기화학 실험 수업에서 ‘동시적 웹 토론’을 진행하였을 때 학생들은 ‘과학적 사고 차원’과 ‘상호작용적 차원’의 메시지를 주로 사용하는 것으로 나타났다. 또한 ‘동시적 웹 토론’은 학생들의 ‘메타인지’와 ‘학업 성취도’, ‘과학 관련 태도에 긍정적인 효과를 나타내었다. ‘메타인지 능력’과 ‘학업 성취도’가 높은 학생일수록 토론 주제인 ‘실험’에 대한 메시지를 많이 사용하는 것으로 나타났다. ‘동시적 웹 토론’의 메시지 분석에서 학습 내용과 관련된 메시지 차원인 ‘상호작용적 차원’, ‘과학적 사고 차원’, ‘메타인지적 차원’ 중 ‘과학적 사고 차원’의 메시지를 가장 많이 나타났으며, ‘상호작용적 차원’의 메시지, ‘메타인지적 차원’의 메시지 순서로 나타났다. 내용별로는 ‘실험’과 ‘과제 및 시험’에 대한 메시지를 가장 많이 사용한 것으로 나타났다. ‘메타인지’의 경우, ‘동시적 웹 토론’을 실시한 실험 집단의 ‘메타인지’와 그 하위 영역인 ‘인지 조절’이 전통적인 오프라인 실험 수업을 한 비교 집단보다 통계적으로 유의미하게 높았다(p<.05). 학생들이 스스로 메타인지 노트를 작성해봄으로써 자신의 인지 과정을 점검해 볼 수 있었으며 교수자와의 토론 과정을 통해 자신이 미처 생각해보지 못한 부분을 점검할 수 있었기 때문으로 생각된다. 이 과정을 통하여 자신의 학습 내용 중 부족할 부분을 점검하였기 때문에 ‘학업성취도’ 역시 실험 집단의 점수가 비교 집단에 비해 통계적으로 유의미하게 향상되었다(p<.05)고 생각된다. 또한 과학 관련 태도도 향상되었다. 메타인지 노트와 메타인지 질문을 사용하는 동시적 웹 토론에서 학생들이 사용하는 메시지 유형과 학생들의 메타인지 능력과의 관계를 알아보기 위하여 사전과 사후 메타인지 검사점수와 학업성취도로 군집 분석하였다. 분석된 집단이 사용하는 메시지를 비교한 결과, 메타인지 점수가 높고 학업 성취도가 높은 학생 집단에서 인지적 유형의 메시지를 많이 사용하며 과제나 시험에 대한 메시지보다는 실험방법과 과정, 이론에 대해 말하는 빈도가 높다는 것을 알았다. 인터뷰를 통해 학습자들은 교수자의 메타인지적 질문이 스스로 학습할 수 있게 하여 도움이 되었다고 응답했으며 웹 토론으로 실험 수업이 유의미하게 생각되었다고 응답하였다. 온라인과 오프라인 상황에서 교수자와 상호작용이 활발히 일어났기 때문으로 생각된다. 대학의 과학과 실험수업에 블렌디드 러닝 전략을 개발하여 적용한 결과, 학생들의 과학 탐구 능력, 과학 관련 태도, 학습 동기, 학업 성취도, 메타인지 능력을 향상시킬 수 있었다. 블렌디드 러닝 전략을 적용한 수업에 대한 학생들의 반응도 긍정적이었다. 이상의 결론을 바탕으로 다음과 같이 제언하고자 한다. 첫째, 블렌디드 러닝의 학습 효과는 오프라인 학습과 온라인 학습의 혼합 비율과 방법, 피드백 제공자, 피드백 사용 유무와 시기에 따라 달라질 수 있다. 블렌디드 러닝 탐구 실험 전략에서 사용한 요소들의 사용 유무나 투입 시기 등에 변화를 주어 효과를 연구한다면 블렌디드 러닝 탐구 실험 전략을 더욱 발전시킬 수 있을 것이다. 둘째, 블렌디드 러닝을 계획할 때 학습자가 필요로 하는 상호작용을 활성화시킬 수 있는 온라인이나 오프라인 교수&#8228;학습 매체를 선정해야 한다. 최근 블렌디드 러닝이 활성화되는 이유는 온라인 학습 환경이 정보를 검색하여 지식을 재창조하기에 편리하기도 하지만 웹 기반 교육이나 이러닝에 비해 인간적인 상호작용을 할 수 있기 때문이다. 따라서 학습자가 필요로 하는 상호작용을 제공해 줄 수 있을 때 개발한 블렌디드 러닝 전략의 효과가 극대화될 것이다. 셋째, 블렌디드 러닝으로 수업을 진행하는 교수자에 대한 지원이 필요하다. 동시적 웹 토론의 경우, 학습자와 동시에 웹에 접속해야하며 팀별로 토론이 진행될 경우, 오프라인 수업 시간이외에도 교수&#8228;학습에 많은 시간을 보내야 한다. 이를 위해 대학에서는 조교나 전 학기에 수업을 들었던 선배, 중등학교에서는 사전실습을 나오는 대학생이나 학교 선배를 학습 매니저나 멘토로 활용하는 방안도 있을 수 있다. 넷째, 블렌디드 러닝은 중등과학에서도 유의미하게 활용될 수 있다. 기존의 웹 기반 교육이나 이러닝의 경우, 학습자가 스스로 학습 계획을 세우고 학습에 필요한 자원을 확보하고 학습 전략을 선택하여 학습을 하는 자기주도적 학습 능력이 중요하다. 따라서 자기주도적 능력이 대학생에 비해 낮은 중등학교 학생들에게는 웹 기반 교육이나 이러닝이 어렵게 느껴질 수 있다. 블렌디드 러닝은 온라인으로 프로젝트나 일부 교수&#8228;학습 활동을 운영하면서 오프라인에서 피드백을 제공할 수 있으므로 중고등학생에게도 적합할 것으로 생각된다.