구체적 조작물과 웹 기반 가상현실 프로그램 중심의 학습이 초등학교 남녀학생의 공간시각화 능력에 미치는 효과

Abstract

남녀의 교육 기회의 균등이 보장되어 있고, 물리적으로 비슷한 여건 속에서 교육을 받는데도 불구하고 수학에 있어 여성이 남성에 비해 상대적으로 늦은 흥미와 성취를 보이고 있다면, 그 이유는 무엇일까? 수학 성취도와 공간능력 간에는 밀접한 관계가 있고, 일반적으로 수학적 능력에서의 성별 차이는 공간능력 및 공간시각화에서의 성별 차이에서 기인한다는 논의가 있어왔다. 이 실험 연구는 초등학교 6학년 학생들의 성별에 따른 공간시각화 능력에서의 교수-학습의 효과와 공간시각화 능력에서 발견되는 성별 차이에 대해서 알아보고자 한다. 이를 위해서 공간시각화 교수-학습을 위해 교실에서의 쌓기 나무와 공간시각화 활동지를 이용한 교수-학습 활동과 김영옥(2000)이 개발한 공간시각화 교수-학습을 위한 웹 기반 가상현실 프로그램을 이용한 교수-학습 활동, 이 두 개의 교수-학습 방법이 남녀학생들의 공간시각화 능력에 어떤 영향을 미치는지를 살펴보기 위하여 다음과 같은 연구 문제를 설정하였다. 첫째, 공간시각화 능력에 성별 차이가 존재하는가? 둘째, 쌓기 나무와 공간시각화 활동지를 사용하는 공간시각화 교수-학습 방법과 웹 기반 가상현실 프로그램을 이용한 공간시각화 교수-학습 방법, 사전 검사를 통한 연습이 학습자들의 공간시각화 능력에 영향 을 미치는가? 셋째, 쌓기 나무와 공간시각화 활동지를 사용하는 공간시각화 교수-학습 방법과 웹 기반 가상현실 프로그램을 이용한 공간시각화 교수-학습 방법, 사전 검사를 통한 연습으로써 영향을 받는 학습자들의 공간 시각화 능력에 대한 교수-학습효과 면에서 성별 차이가 존재하는가? 넷째, 쌓기 나무와 공간시각화 활동지를 사용하는 공간시각화 교수-학습 방법과 웹 기반 가상현실 프로그램을 이용한 공간시각화 교수-학습 방법, 사전 검사를 통한 연습 사이에 공간시각화 능력 향상에 미치 는 교수-학습 효과에 차이가 존재하는가? 다섯째, 쌓기 나무와 공간시각화 활동지를 사용하는 공간시각화 교수-학습 방법과 웹 기반 가상현실 프로그램을 이용한 공간시각화 교수-학 습 방법이 어떤 공간시각화 하위 요인(문제 유형)에 더 효과적인가? 여섯째, 공간시각화 능력에서의 공간시각화 교수-학습 효과가 시간이 지나도 유지되는가? 연구 대상은 서울 시내 강북에 위치한 초등학교 2개교에서 A학교에서 164명, B학교에서 85명을 모집한 6개반(총 239명)을, 실험 집단 A와 B, 그리고 비교 집단에 무선할당 하여, 공간시각화 교수-학습 방법이 5일 동안 매일 1시간씩 5회 시행하였다. 연구를 위한 실험 처치는 실험 집단 A는 쌓기 나무와 같은 구체적 조작물과 공간시각화 활동지를 사용하는 교수-학습 방법을 통하여 학습하는 집단이고, 실험 집단 B는 웹 기반 가상 현실 프로그램을 이용한 교수-학습 방법을 통하여 학습을 하게되고, 비교 집단은 어떠한 공간시각화 교수-학습도 제공받지 않았다. 실험에 사용된 사전과 사후, 장기 사후 공간시각화 검사지는 미시간 주립대의 MGMP(Middle Grade Mathematics Education Project)에 의해 개발된 SVT(Spatial Visualization Test)를 사용하였으며, 실험 집단 A와 B, 비교 집단은 본격적인 공간시각화 학습을 하기 전에 MGMP SVT로 검사 받았고, 이 사전검사 점수에 성별 독립표본 t-검정을 실시하여 남녀간의 공간 능력 및 공간시각화 능력 차가 존재하는지를 살펴보았다. 사전 검사와 공간시각화 교수-학습의 수행 사이에 1주일의 기간을 두었는데, 이는 실험 집단의 사전 검사를 통한 연습 효과를 최소화하기 위한 연구 설계이며, 사전 검사를 통한 연습의 효과를 비교 집단의 사전 검사와 사후 검사의 차이에 대한 두 종속 표본 t-검정을 실시함으로서 알아볼 수 있다. 공간시각화 교수-학습 후에 사후 검사를 실시함으로서 사전 검사와 사후 검사 차이에 대한 두 종속표본 t-검정을 통해 각각의 공간시각화 교수-학습 방법의 효과 차이를 볼 수 있게되었고, 사후 검사를 실시하고 4주 후에 실시한 장기 사후 검사를 통해서 공간시각화 교수-학습 방법에 의한 교수-학습 효과가 유지되는지를 살펴보았다. 쌓기 나무와 공간시각화 활동지를 이용한 교수-학습 방법과 웹 기반 가상현실 프로그램을 이용한 교수-학습 방법과의 학습 효과 차이 분석을 위해 다중 비교를 실시하였고, 각 10 개의 공간시각화 하위 요인에 어떤 공간시각화 학습 방법이 효과적인지를 보기 위해 다변량 분산 분석을 실시하였다. 실험 결과, 공간능력 및 공간시각화 능력에서 통계적으로 유의할 만한 성별 차이는 발견되지 않았다. 그리고 쌓기 나무와 공간시각화 활동지를 이용하는 교수-학습 방법과 웹 기반 가상현실 프로그램을 사용하는 교수-학습 방법, 사전검사에 의한 연습이 학습자들의 공간시각화 능력 향상에 유의미한 영향을 미치고, 각각의 공간시각화 교수-학습 방법과 사전 검사의 연습에 의해서 영향을 받는 학생들의 공간시각화 능력에 대한 교수-학습 효과 면에서 성별 차이가 존재한다. 각각의 공간시각화 교수-학습 방법과 사전 검사를 통한 연습 효과 사이에 공간시각화 능력 향상에 미치는 교수-학습 효과에 차이가 존재하며, 쌓기 나무와 공간시각화 활동지를 통한 교수-학습이 가장 효과적이 것으로 나타났는데, 웹 기반 가상현실 프로그램을 이용한 교수-학습은 공간시각의 하위 요인 중에서 3차원 회전 능력을 향상시킨다. 그리고 사후 검사와 장기 사후 검사 점수 차이를 살펴보면, 공가시각화 교수-학습에 의한 교육 효과가 유지되고 있음을 알 수 있다. 이러한 실험 결과를 종합적으로 정리해보면, 공간시각화 능력은 적정한 중재를 통해서 향상될 수 있으며, 그 교수-학습 방법은 쌓기 나무와 공간시각화 활동지를 통해서 교수-학습 방법이 가장 효과적이지만, 이러한 전통적인 모습이 아니라 오늘날 급속히 발전하고 있는 웹 기반 학습으로도 가능하다. 여러 선행 연구 결과들이 주장하듯이 공간시각화 학습 프로그램은 구체적인 대상의 조작이 특히 강조되는 분야이다. 이는 공간시각화 능력 중 2차원으로 표현되어진 3차원 대상의 눈에 보이지 않는 부분을 시각화 할 수 있는 능력을 향상시키기 위해서는 학습자들이 직접적인 조작 활동을 통해 스스로 공간감각을 익혀야 하기 때문이다. 따라서 웹 상에서 이루어지는 공간시각화 교수-학습 프로그램도 이런 조작과 같은 상호 작용이 필수적이고, 이런 필요를 채워주는 기술이 가상현실 프로그램이다. 본 실험연구는 웹 기반 가상현실 프로그램을 이용한 공간시각화 교수-학습 방법이 성별 차이가 나타나는 것으로 알려진 3차원 심적 회전능력에 높은 교수-학습 효과를 나타냄을 보였다. 그러므로 이러한 가상현실 프로그램의 장점을 잘 이용하면서 보다 복잡한 조작(쌓기 나무를 직접 쌓아보는 것과 같은)이 가능한 공간시각화 학습 프로그램 개발이 필요성이 제안된다. 이러한 가상현실을 이용한 가상공간 즉 사이버 공간의 학습 경험은 특히 여학생들의 공간능력 및 공간시각화 기능 향상에 도움이 될 것이라 기대되며, 동시에 여학생들은 이러한 교수-학습 상황에서 컴퓨터를 학습에 이용하는 경험을 통해서 테크놀로지를 이용한 수학 교수-학습에 보다 높은 흥미와 자신감을 가지게 될 것이다.; This study is conducted to investigate differences in spatial visualization abilities and effects of instructions using the concrete manipulate and web-based virtual reality program on visualization skills of sixth grade students by sex. About 239 students from two elementary schools participated in this study. The spatial ability and visualization instructions engaged students in concrete activities, building and drawing solids made of cubes and manipulating keyboard and mouse of computer. The instrument used was the MGMP Spatial Visualization Test on the pretest, post, and retention test. Before instruction, there was statistically no significant differences in spatial visualization performance by sex (favoring boys), by instruction ( favoring instruction using the concrete manipulate). After instruction intervention, students profited considerably from instructions using the concrete manipulate and web-based virtual reality program on visualization skills, and girls gain was better than boys despite initial sex differences (favoring boys). Retention of effects persisted after a 4-week period.