특성화고 학생들의 크기와 규모 어림에 대한 수업의 교육적 효과

Abstract

본 연구의 목적은 크기와 규모 어림에 대한 수업을 통해 특성화고등학교에 재학 중인 학생들에게서 나타나는 교육적 효과와 학생들의 크기와 규모에 대한 인식 수준 및 과학 수업에 대한 인식의 변화를 알아보는 데 있다. 우리 은하의 크기나 원자핵의 크기 등의 크기와 규모에 대한 질문은 과학 교과서에서 흔히 볼 수 있는 내용으로서, 정확한 수치를 계산하는 것이 아닌 그 크기와 규모에 대한 물리량을 어림하는 것만으로도 질문의 답을 찾을 수 있다. 특히 ‘크기와 규모’에 대한 단위와 물리량에 대한 교육은 공업계열 특성화고 학생들의 전공 교과 교육에서도 이루어지고 있으며, 좀 더 구체적으로 교육할 필요가 있다. 공업계열 전공 교과에서는 학과에 따라 차이가 있기는 하지만 기본적으로 단위나 물리량에 대한 학습이 필요하기 때문이다. 이에 본 연구에서는 총 10차시 분량의 공간 및 시간의 크기와 규모에 대한 수업을 개발하였고, 서울 소재의 공업계열 특성화고등학교 1학년 12개 학급을 연구 대상으로 선정하였으며 이 중 6개 학급은 전통적 강의식 수업을 적용한 비교반으로, 다른 6개 학급은 크기와 규모 어림에 대한 수업을 적용한 실험반으로 설정하여 수업을 진행하였다. 또한 본 연구 프로그램이 크기와 규모에 대한 인식, 과학에 대한 태도, 과학학습흥미, 과학학습동기에 미치는 영향을 알아보기 위하여 사전-사후 검사 통제 집단 설계 방법을 활용하여 분석하였다. 또한 총 2회에 걸친 심층 면담을 통해 수집한 면담 자료로 크기와 규모에 대한 인식 수준 및 과학 수업에 대한 인식 변화에 대해 분석하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 크기와 규모 어림에 대한 수업은 학생들의 공간 및 시간의 크기와 규모에 대한 인식 수준을 향상시키는데 효과적이었다(p<.05). 학생들은 공간 및 시간의 크기와 규모 모두 일상생활의 영역에서 가장 점수가 높았다. 극단적으로 크거나 작은 크기와 규모에 대해서는 어려워하고 정확하지 않게 어림하였다. 또한 극단적으로 작은 크기와 규모는 과대추정하고 극단적으로 큰 크기와 규모는 과소추정하는 경향을 보였다. 또한 micro scale의 크기와 규모에 비해 macro scale의 크기와 규모에서 좀 더 오류가 적음을 알 수 있었다. 둘째, 크기와 규모 어림에 대한 수업은 학생들의 과학에 대한 태도를 향상시키는데 효과적이었다(p<.05). 본 연구 프로그램에서는 학생들에게 과학 전 영역에 걸친 일상과 연관된 내용부터 매우 작거나 큰 다양한 크기와 규모에 대한 주제를 활용한 활동 중심의 수업을 처치하였다. 이를 통해 학생들은 일상생활 속 경험을 통한 학습 등을 활용하여 교과와 수업에 대한 흥미가 향상되었고, 학습에 도움이 되었다고 하였다. 학생들에게 친숙한 크기와 규모에 대한 어림활동이 학생들로 하여금 과학세계와 실세계 사이의 상호작용을 촉진하여 수업의 재미와 흥미를 향상시켰기에 과학에 대해 좀 더 친숙함을 느낄 수 있었고, 따라서 과학에 대한 태도가 향상될 수 있었다. 셋째, 본 연구에서 개발한 크기와 규모 어림에 대한 수업은 학생들의 과학학습흥미를 향상시키는데 효과적이었다(p<.05). 크기와 규모에 대한 낮은 이해도는 과학적 사고의 저해와 과학에 대한 흥미를 잃게 하는 요인이므로, 본 연구 프로그램에서는 4명씩 한 조로 구성된 모둠 수업으로 진행하였다. 학생들은 직접적인 의사소통과 상호작용을 통해 도움을 주고받을 수 있었기 때문에 과학학습에서의 긴장감이 줄어들어 과학학습흥미가 향상되는 효과가 있음을 알 수 있었다. 넷째, 본 연구에서 개발한 크기와 규모 어림에 대한 수업은 학생들의 과학학습동기를 향상시키는데 효과적이었다(p<.05). 특성화고 학생들은 과학 교과를 자신의 진로나 직업과 연관되지 않는 교과로 인식하고 있으며, 이 때문에 낮은 과학학습동기를 나타낸다. 그러나 연구 대상이 된 특성화고등학교의 전공 학과들은 이공계 분야로서, 과학적 원리를 이해하여 공학적 지식으로 활용하므로 과학 교과와 밀접한 관련이 있다. 따라서 크기와 규모 어림에 대한 수업을 통해 학생들이 수업에서 배운 단위, 물리량 등의 과학이 전공과 연계된다는 것을 깨달음에서 형성되는 ‘직업동기’혹은 ‘진로동기’를 통해 과학학습동기가 향상되는 것을 알 수 있었다. 다섯째, 크기와 규모 어림에 대한 수업 경험에 대한 학생들의 면담 자료를 분석한 결과 ‘과학과 전공과의 연관성 인식 향상은 ‘과학학습흥미’와‘과학학습 참여에 대한 태도’라는 과학 수업에 대해 인식 변화를 나타냈다. 이는 본 연구 프로그램이 과학 수업과 진로 및 전공과의 연관성, 학생의 관심에 맞는 일상생활과 연관된 과학학습 방법과 수업활동, 학습자의 특성에 맞는 교사의 교수 방법, 학습자의 학습에 대한 의지, 실용적이고 흥미로운 학습내용, 학습 진행에 도움이 되는 도구 및 수업 환경 등의 조건이 충족시켰기 때문에 학생들로 하여금 과학흥미를 느끼고 과학학습동기가 유발되어 과학 수업에 대한 능동적인 참여를 촉진하여 실제 교육 현장에서 유용하게 활용될 수 있음을 시사한다. 학생들은 본 연구 프로그램의 적용 전, 과학과 전공과의 연관성을 낮게 인식하였기 때문에 과학 교과와 과학 수업에 대한 흥미가 낮고 관심이 적었으다. 그러나 본 연구 프로그램인 크기와 규모 어림에 대한 수업을 통해 크기와 규모에 대한 필요성을 인식하고 다양한 학습방법을 경험하며, 이를 통해 과학학습흥미와 과학학습동기가 향상되는 등 과학에 대한 태도에 긍정적인 효과가 있었다. 또한 과학과 전공과의 연관성에 대한 인식이 높아지면서 능동적으로 과학 수업에 참여하는 등 과학 수업에 대한 인식이 변화하는 것을 확인하였다. 이는 크기와 규모를 활용한 수업이 어떻게 적용될 수 있는지에 대한 방법을 보여줌으로써 수업 활용에 대한 기초 자료로서의 의의를 가진다. 따라서 전공 및 직업 연관성이 낮아 학생들의 흥미와 관심이 적은 과학 수업에서 학생들의 진로와 계열별, 학년별 교육과정 특성에 맞게 좀 더 다양한 크기와 규모에 대한 내용과 주제로 프로그램을 개발하고 정교화 하여 학생들의 과학에 대한 인식에 변화를 유도할 수 있다면, 학생들의 과학에 대한 태도를 변화시켜 적극적이고 능동적으로 과학 수업에 참여하게 하여 다양한 교육적 효과를 볼 수 있을 것이다.;The purpose of this study is to investigate educational effects in a specialized high school and the cognitive level in size and scale and cognitive changes in science class through the size and scale estimation class. Questions about size of the galaxy and an atomic nucleus are normally found in science textbooks. We can find the answers for the questions by estimating physical quantity of the size and scale, not by calculating accurate figure. Education on units of size and scale and physical quantity is being made through major subjects for industrial specialized highschool, and it should be done more specifically, because units and physical quantity should be studied. In this study, 10 periods of science class for size and scale of space and time are designed and 12 classes of first-year student in an industrial specialized high school located in Seoul are selected. For 6 classes out of 12 classes, a classical lecture method is applied, and the other 6 classes are designed as experiment classes that size and scale estimation is applied. To investigate the effect of this program on cognition in size and scale, a attitude toward science, interest in science learning and motivation in science learning, the pretest-posttest control group method is used. In addition, a cognitive level of size and scale and a cognitive change in science class are analyzed using two depth interviews with students. The results of this study are as follows; First, the class of size and scale estimation is effective for improving students' cognition in spatial and temporal size and scale(p<0.5). Students get the highest score in the everyday-life domain in regards with both spatial and temporal size and scale. In terms of extremely small and big scale, they feel difficult and estimate inaccurately. Also, they overestimate extremely small scale and underestimate extremely big scale. Moreover, less errors are found in macro scale than micro scale. Second, the class of size and scale estimation is effective for improving students' attitude toward science(p<.05). This program provides students activity-oriented classes using subjects from all areas of science related to everyday life to very small and huge size and scale. Through learning by experience in everyday life, students' interests are improved and learning is promoted. Size and scale estimation activities familiar to students help students to interact between science and everyday world and it makes classes more interesting. Therefore students feel more familiar to science and have a better attitude toward science. Third, the size and scale estimation class developed in this study is effective for improving students' interest in learning science(p<.05). As low intelligibility of size and scale is a factor of losing interest and hindering scientific thinking, a-group-of-4 activities are done in this program. Because students can get help by directly communicating and interacting each other, tension in science learning is lessen and interest in learning science is improved. Forth, the size and scale estimation class developed in this study is effective for motivation in science learning(p<.05). Specialized highschool students think science as the subject which is not related to their career, and it causes low motivation. However, the targeted students' major subjects belong to science and an engineering field, which require understanding scientific principles and use scientific knowledge, so they are closely connected to science subject. Therefore motivation in learning science is improved by 'job motivation' or 'career motivation', which is built while students learn that science, such as the units and physical quantity, relates to their major through the class about estimation of size and scale. Fifth, the analysis result from students' interview about the size and scale estimation class is that the improved awareness of relation between science and major makes changes in the awareness in science class, which consists of interest in science learning and an attitude toward class participation. It is suggested that this program can be useful in a real education field, because the conditions are met, such as the association between science class and major, class activities and learning methods connected to everyday life, teaching methods suited for learners' characteristics, leaners' leaning conation, practical and interesting contents and helpful tools and environments for leaning etc, to raise students' interest and motivation in science learning and promote students' active participation in science class. Before this program is applied, students regarded the correlation between science and their major as low, so they had a low interest in science subject and class. However, through this program, the size and scale estimation class, positive effects in students' attitude toward science are found. Students realize the importance of size and scale and experience various learning methods and students' interest. Also, students' motivation in learning science are improved. Moreover, as students' awareness of the relation between science and their major is improved, students actively participate in a science class, so it can be said that their attitude toward science is changed as well. It is meaningful as a basic reference by showing how the size and scale estimation class is applied. Consequently, in the science class that students have a low interest by the reason of low association with major and career, various educational effects can be led by developing and elaborating programs with various contents and subjects about size and scale, suited for students' careers and characteristics of curriculum to cause student's changes in cognition about science.