중등 화학 교육에서 플립드 러닝(flipped learning)을 기반으로 한 탐구 수업의 적용과 효과

Abstract

Inquiry-based education is the most important part of science education, but there are practical difficulties such as redundant contents of curriculum in education field, college entrance-focused educational environment and a lack of autonomy in school curriculum. Experiment and experience-based scientific inquiries are being conducted, but they are still far from practical inquiries because there has been no opportunity to demonstrate that the collected data is reasonable ground for the theory. Flipped learning-based inquiry lessons can be an alternative to solve these problems. With the flipped learning-based inquiry lessons, learners are provided more time and opportunities to go through the process of inquiry learning in chemistry lessons of high school. In addition, the flipped learning is focused on increasing the students' understanding and applying the contents of lessons through related activities, but not through videos. Therefore, the flipped learning needs to be used as an alternative teaching strategy. The purpose of this study was to identify differences in students' academic performance on cognitive abilities, attitudes toward science and self-directed learning skills and scientific inquiry skills on affective aspects in secondary chemistry education by the application of flipped learning-based inquiry learning environment and traditional learning environment. This study also aimed to examine the perception of students about lessons in flipped learning environment. Study subjects were 142 students in science major from four second-year classes of college preparatory high school which is located in Gyeonggi-do. The subjects were assigned to two groups; students from two class were assigned to experimental group to which flipped learning-based inquiry learning was applied and students from the other two classes were assigned to comparative group to which traditional learning-based lessons and inquiry experiments were applied. The experiment was carried out over 10 times, and the results of pre and post experiments were analyzed using academic performance of chemistry, 50 questions drawn from TOSRA (Test of Science Related Attitudes), TSPS (Test of Science Process Skills) and SDLRS-K-96 (Self-Directed Learning Readiness Scale). Structured questionnaires were used in order to examine the perception of the experimental group about class. The results of the study are as follows. First, ANCOVA (Analysis of Covariance) was conducted in order to find out the differences in academic performance of chemistry according to learning environment, and there was significant difference between experimental and comparative groups. Therefore, it can be said that the inquiry lessons based on flipped learning have an positive effect on increasing students' academic performance. Second, students' attitudes for science according to learning environment were investigated and ANCOVA was conducted. According to the results, there was significant difference between experimental and comparative groups. Therefore, it can be understood that flipped learning-based inquiry learning is effective in improving scientific attitudes. Third, ANCOVA was conducted in order to identify the difference in students' self-directed learning skills according to learning environment, and there was significant difference between experimental and comparative groups. Therefore, flipped learning-based lessons can improve the students' self-directed learning skills. Fourth, inquiry lesson based on flipped learning is effective in improving scientific inquiry skills. There was significant difference between experimental and comparative groups and in the subordinate levels it was found that there were significant differences in observation and measurement regarding basic inquiry skills and in hypothesis construct and generalization regarding integrated inquiry skills. Fifth, survey of perception on flipped learning-based inquiry lessons was conducted. Most students answered that they ask questions and answer more in flipped learning-based inquiry lessons than in previous instructor-led teaching and the flipped learning-based inquiry lesson helped them to understand the concepts and experiments of chemistry. Most said they would like to participate in flipped learning-based lessons again. Based on the study results mentioned above, it has confirmed that flipped learning-based inquiry lessons are more effective in improving academic performance, attitudes for science, self-directed learning skills and scientific inquiry skills than traditional instructor-led lessons.; 과학교육에서 탐구 중심의 교육이 무엇보다 중요하나 실제 교육 현장에서 제한된 수업시수에서 교과 내용의 과다, 입시 위주의 교육 환경과 교육 과정에 대한 자율권 부족 등 현실적인 어려움이 존재한다. 실제로 학교 현장에서는 경험을 중시하는 실험 위주의 과학 탐구를 수행하고 있으나 수집한 자료가 이론에 합당한지를 토의할 기회를 제공하지 않아 실질적 탐구와 거리가 있다. 고등학교 화학 수업에서 플립드 러닝을 기반으로 한 탐구 수업 방식은 학습자들에게 더 많은 탐구 학습을 할 수 있는 시간과 기회를 제공할 수 있다. 따라서 플립드 러닝(flipped learning)을 기반으로 한 탐구 수업이 이러한 문제를 해결할 수 있는 하나의 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 중등 화학 교육에서 플립드 러닝을 기반으로 한 탐구 수업 환경과 전통적 수업 환경을 적용하여 학생들의 인지적 영역에서 학업 성취도와 정의적 영역에서 과학에 대한 태도, 자기 주도적 학습 능력 및 과학적 탐구 능력의 차이를 알아보고자 하였다. 또한 플립드 러닝을 기반으로 한 탐구 수업 환경에서 학생의 수업에 대한 인식을 알아보고자 하였다. 연구대상은 경기도 소재 일반 인문계 고등학교 자연과정 2학년 4개 학급의 142명을 대상으로, 이 중 2개 학급은 플립드 러닝을 기반으로 한 탐구 수업을 적용하는 실험집단으로, 나머지 2개 학급은 전통적 강의 중심의 수업과 확인실험을 적용하는 비교집단으로 하였다. 수업은 총 10차시에 걸쳐 이루어졌다. 측정 도구로 화학 과목의 학업성취도, 과학에 대한 태도 검사지, 과학 탐구 능력 검사지, 자기 주도 학습 능력 검사지를 활용하여 사전・사후 결과를 분석하였다. 또한 실험집단에서 수업 후 수업에 대한 인식을 알아보았다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 학습 환경에 따른 화학과목의 학업 성취도 차이를 알아보기 위해 공분산분석(ANCOVA)을 실시한 결과, 실험집단과 비교집단에서 유의한 차이가 나타났다(p<.05). 이러한 결과는 실험집단에서 수업 중에 과정중심탐구학습 활동지의 문제를 해결하면서 개념을 적용하고 응용해봄으로써 수업 내용을 확실하게 이해할 수 있었기 때문으로 보인다. 둘째, 학습 환경에 따른 학생들의 과학에 대한 태도의 차이를 알아보기 위해 공분산분석(ANCOVA)을 실시한 결과, 실험집단과 비교집단에서 유의한 차이가 나타났다(p<.05). 이는 실험집단에서 학생 스스로 적극적으로 수업에 참여하여 과학적 태도들을 적용하면서 과학 수업에 대한 즐거움을 느끼게 되었고, 모둠활동을 통해 문제를 해결하고 결과를 공유하면서 전반적으로 과학에 대한 태도가 향상되었다고 본다. 셋째, 학습 환경에 따른 학생들의 자기 주도적 학습 능력의 차이를 알아보기 위해 공분산분석(ANCOVA)을 실시한 결과, 실험집단과 비교집단에서 유의한 차이가 나타났다(p<.05). 이는 인터넷 동영상 강의 시청을 통해 개념을 학습하거나 수업 시간 중에 활동을 실행함에 있어 학습자의 주도적인 참여가 이루어졌기 때문으로 보인다. 넷째, 플립드 러닝을 기반으로 한 탐구 수업이 과학적 탐구 능력을 긍정적으로 향상시키는데 효과가 있었다. 실험집단과 비교집단에서 유의미한 차이가 나타났으며, 하위영역에서 살펴보면 기초적 탐구 능력에서는 관찰과 측정, 통합적 탐구 능력에서 가설설정과 일반화에서 유의한 차이가 나타났다(p<.05). 이는 실험집단에서 금속의 반응성이나 중화반응 탐구 실험을 통해 관찰과 측정 능력이 향상되었으며, 과정중심탐구학습 활동지의 문제를 해결해나가면서 가설설정이나 일반화 능력이 향상되었기 때문으로 보인다. 다섯째, 플립드 러닝을 기반으로 한 탐구수업에 대한 인식을 확인한 결과 97.2%의 학생들이 ‘이전의 강의식 수업에 비해 더 많은 질문과 답변을 한다.‘에 ‘보통이다’ 이상으로 답하였다. 또한 97.2%의 학생들이 플립드 러닝을 기반으로 한 탐구수업이 화학개념 및 실험을 이해하는데 도움이 되었으며, 94.4%의 학생들은 다시 플립드 러닝 수업에 참여하고 싶다고 답하였다. 이상의 연구 결과는 플립드 러닝을 활용한 탐구 수업이 화학 학습에 있어 효과적이고 효율적이며, 새로운 전략으로서 탐구 수업 방식의 변화가 화학 수업에 흥미롭게 참여할 수 있다는 가능성을 보여주는데 그 의의가 있다. 앞으로 이러한 연구를 통해 다양한 교육 현장에서 플립드 러닝의 활용 가능성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.