지질 답사 장소에 따른 중학생의 탐구 과정 탐색

Abstract

본 연구는 귀추적 탐구를 적용한 야외 지질 답사 프로그램을 개발하고, 친숙도와 상황에 따른 답사 장소에 대한 인식과 탐구 과정에서의 특징을 밝혀 야외 지질 답사의 교육적 적용 방안을 구체화하는데 목적이 있다. 특히 인식 특성과 탐구 과정에서의 특징은 답사 장소를 중심으로 분석하고자 한다. 답사 장소는 일반적 지질 답사 장소로 생활 반경에서 떨어진 생소한 공간인 자연 환경에 위치한 경우 GF-NE(geological field in natural environment)와 일상적 장소로 생활 반경 내에 위치해 학습자에게 익숙한 장소인 경우 GF-RE(geological field in real-life environment)로 분류했으며, GF-NE는 태백 구문소와 부산 송도반도, GF-RE는 대학교 캠퍼스와 올림픽공원을 선정했다. 귀추적 탐구를 적용한 야외 지질 답사 프로그램을 개발하기 위해 지질 답사, 현장 체험 학습, 귀추에 대한 선행 연구를 분석하고 사전 답사를 실시했다. 사전 지질학 개념 학습, 지질 답사, 답사 종합 및 사후 평가로 구성된 ‘발 언저리 지구 이야기’ 프로그램을 개발했다. 프로그램은 2019년 8월 ~ 2019년 12월 동안 서울 소재 대학에서 운영하는 토요 과학 교실에 다니는 6명의 중학교 1학년 학생들에게 적용했다. 연구 자료로서 모든 수업과 면담 과정의 녹화 및 녹음 자료, 학생 활동지, 사전·사후 조사지가 수집되어 질적으로 분석되었다. 연구를 통해 얻은 결과는 다음과 같다. 첫째, GF-NE에서의 학생들의 답사 장소에 대한 인식 특성과 귀추적 탐구 과정에서의 특징은 다음과 같다. 학생들은 GF-NE를 생소하게 생각했지만 지질 답사의 장소로 익숙하게 받아들였다. 또한, 그들은 GF-NE에서의 답사가 지질학 개념 학습에 유용하다고 느꼈다. 답사 주제와 내용보다는 주변 환경에 영향을 받아 관찰 내용 다양성이 높게 나타났으나 간혹 주제와 무관한 관찰이 일어나기도 했다. 노두의 연속성으로 인해 관찰 대상을 반복적으로 선택했으며, 집중된 하나의 대상에 대한 다양한 관찰이 이루어졌다. 학생들은 먼저 작은 규모의 단서를 활용해 비교적 간단한 가설을 생성하고, 이를 바탕으로 추가적인 단서를 선택해 지질 구조의 형성, 지형 생성 원리, 고환경, 암석 생성 순서 등 거시적 관점에서의 가설을 생성했다. 둘째, GF-RE에서의 학생들의 답사 장소에 대한 인식 특성과 귀추적 탐구 과정에서의 특징은 다음과 같다. 학생들은 GF-RE를 익숙하게 생각했으나 지질 답사의 장소로 생소하게 느꼈으며, GF-RE에서의 답사 시간 분배의 적절성과 효율성에 대해 긍정적인 반응을 보였다. 석재나 석상 등 주변에서 쉽게 발견할 수 있는 암석을 관찰 대상으로 삼으며, 지질학에 친근함을 느끼고 탐구 대상에 집중하는 경향이 나타났다. 그리고 주변 환경보다는 답사 주제와 내용에 영향을 받아 답사 난이도에 민감하게 반응했다. 학생들은 작은 규모의 단서를 중점으로 광물과 암석의 판별, 소규모 지질 구조 해석 등 비교적 간단한 가설을 생성하고, 다른 관찰 단서들은 새로운 가설을 생성하는 것보다 자신의 가설을 검토하는 데 활용했다. 셋째, 답사 장소의 특성에 따른 공통점과 차이점은 다음과 같다. 먼저, 두 장소에서의 답사 모두 공통적으로 야외에서 진행되었다. 때문에 현장 체험 학습, 야외 수업 등이 가지는 장점을 가지며, 학생들도 이를 매우 선호하는 경향이 나타났다. 가설 생성 과정은 단서의 익숙성에 따라 다른 경향을 보였다. 익숙성이 높은 단서는 자연스럽게 추론의 단서로 활용되어 추론 과정이 생략되고 즉시 가설을 생성하여 가설 생성 횟수가 증가했다. 그러나 학생들 간의 논의는 침체되었다. 익숙성이 낮은 단서는 관찰 단계에서 관찰 대상으로 선정되지 않았으며, 관찰하더라도 단서로 활용하는 빈도가 매우 낮았다. 익숙성이 적당한 단서는 관찰 후에 단서로 선택되어도 곧바로 그들이 가진 선지식과 연결되지 않아 논의가 활발했다. 또한, 과학적으로 가장 그럴듯한 가설을 찾아가는 과정에서 이상적인 귀추적 탐구가 이루어졌다. 차이점은 GF-NE에서는 익숙성이 적당한 단서, GF-RE에서는 익숙성이 높은 단서를 많이 관찰했다. 연구 결과들을 바탕으로 해석한 실제 교육 현장에서의 적용 가능성과 적용 방안은 다음과 같다. GF-NE는 기존 지질 답사에 대한 연구들과 같은 맥락에서 인지적, 정의적 측면에 긍적적인 경향을 보였다. 가설 내용 측면에서 암석의 생성 과정에 대해 연속적으로 학습하고자 하는 경우에 활용하는 것이 타당하고, 적절한 답사 장소를 선정하는 것이 중요하다. 교사는 학생들이 노두에서 단서를 잘 포착하도록 관찰 범위를 줄이는 것을 고려해야 하며, 주제와 무관한 관찰 대상을 선정하지 않도록 도와야 한다. 반면, 가설 생성 측면에서 지나치게 발산적인 논의가 이루어지지 않도록 유의해야 한다. GF-NE 답사는 심화 내용을 통해 학생들의 근접발달영역에서의 학습을 유발하는데 적합하다. 또한, 지질학자들의 귀추적 탐구를 직접 경험하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 지질 답사에 익숙하지 않은 학생들의 경우 답사의 내용과 난이도 측면에서 어려움을 느낄 수 있다. GF-RE 답사에서는 관찰 횟수가 많으나 가설 내용의 다양성이 낮게 나타났다. 대신 학생들은 주로 답사와 관련된 관찰을 수행했으며, 주변 환경보다는 관찰 대상에 집중했다. 여러 학생이 동일한 대상을 관찰하는 경향이 나타났으며, 내용적으로 광물과 암석의 종류, 소규모 지질 구조에 대한 논의가 주로 이루어졌다. 탐구 과정에서 GF-NE에 비해 제한적인 가설을 생성하는 경우가 많았다. 이러한 특성에 따라 GF-RE는 교실 학습 내용을 복습하고 적용하는 활동에 적합하다고 할 수 있다. 그러나 이러한 특성은 관찰 대상의 익숙함과 지질 요소의 분절성에 의해 나타나는 것이므로 교사는 관찰한 단서를 통해 다양한 논의가 이루어지도록 도울 필요가 있으며, 지나치게 수렴적인 논의가 이어지지 않도록 주의해야 한다. 또한, 추론 과정을 세부적으로 작성하도록 하고, 답사 장소의 지질 요소들을 미리 파악해 답사 순서 및 단서 조합 순서를 제시하는 것도 좋은 방법이 될 수 있다. GF-RE 답사는 간단한 귀추 위주의 탐구를 통해 탐구력이 낮거나 지질 답사에 익숙하지 않은 학생들도 쉽게 접근할 수 있는 장점이 있다. 연구 결과 GF-RE는 학교 현장에서 실행 가능성과 학생들의 인식 측면에서 장점을 가지며, 교실 수업과 지질 답사 간의 간극을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 GF-NE에서의 지질 답사를 그대로 적용했을 때 GF-RE 답사에는 한계가 있으므로 GF-RE에 적합한 답사 모형과 다양한 맥락에 따라 적절한 학습 방안 등을 고려한다면 보다 정교한 지질 답사를 설계할 수 있을 것이다. 이를 위해 프로그램을 개발, 적용, 활용에 대한 후속 연구가 필요하다. 또한, GF-RE 답사의 교육적 효과를 탐색하기 위한 양적‧질적 연구가 수반되어야 한다.;The purpose of this study is to develop geological field trip programs with abductive inquiry and to search into the perceptions and inquiry processes of the field trip sites. It is important to specify the educational application of geological field trip by revealing these characteristics. The characteristics of place-cognition and inquiry process were analyzed with particular focus on the field trip sites. The sites were divided into GF-NE(geological field in natural environment) and GF-RE(geological field in real life environment) according to the familiarity and context of place. GF-NE is an unfamiliar space away from life zone and is located in a natural environment. GF-RE is usual place, located in life zone, and familiar to students. The field trip sites were Taebaek Gummunso, Songdo Peninsula in Busan, university campus and Olympic Park, with the former two being GF-NE and the latter being GF-RE. To develop the program, I analyzed prior research on geological field trip, field experience learning, and abduction. After conducting a preliminary field trip at the selected sites, I developed a 'The story of the Earth around the feet' program. The program is conducted with pre-geologic conceptual learning, geological field trip, comprehensive conclusion, and post-evaluation. The program was applied to the 7th graders in after-school science class hosted by a University in Seoul from August 2019 to December 2019. As a research data, all fieldwork class recording data, pre- and post- survey, students' activity sheets were collected and analyzed qualitatively. The results from the study are as follows. First, in GF-NE, the characteristics of students' place cognition and the process of abductive inquiry are as follows. The students thought GF-NE was unfamiliar, but they were familiar with it as a site for geological field trip. Also, they felt that the fieldwork in GF-NE was useful for learning geological concepts. They were influenced by the surrounding environment rather than by the subject and content of the field work. Therefore, the diversity of observations was high, but occasionally observations were made unrelated to the subject matter. Due to the continuity of the outcrop, they repeatedly selected the target of observation, and various observations were made on one concentrated object. They first used small-scale clues to generate relatively simple hypotheses. Based on this, additional clues were selected to generate hypotheses from a macro perspective, such as the formation of geological structures, the principle of topography generation, the paleo-environment, and the sequence of rock generation. Second, in GF-RE, the characteristics of students' place cognition and the process of abductive inquiry are as follows. The students were familiar with the GF-RE but felt unfamiliar with the geological field trip site. And they responded positively to the appropriateness and efficiency of the time distribution of the fieldwork in GF-RE. They used rocks that could be easily found around them, such as stone blocks and stone statues, as an object of observation. There was a tendency to feel familiar with geology and focus on the subject of fieldwork. And they focused more on the subject and content of the fieldwork than on the surroundings, and were sensitive to the difficulty of the fieldwork. They produced relatively simple hypotheses, focusing on small clues, such as the discrimination of minerals and rocks, and the analysis of small geological structures. New observation clues were then used to examine their own hypotheses rather than to generate various hypotheses. Third, the common points and differences depending on the characteristics of the place of geological field tirp are as follows. First, the field trip in both places was conducted outdoors in common. Therefore, field experience learning and outdoor classes have advantages, and students tend to prefer them. Hypothesis generation processes tended to vary depending on the familiarity of the clues. Clues with high familiarity were naturally used as clues to reasoning. In the process, the inference process was omitted, and the number of hypotheses was immediately generated, increasing. However, discussions among students have stagnated. Clues with low familiarity were not selected for observation in the observation object, and even if observed, they were very infrequent in their use as clues. Even if the object of observation with the appropriate familiarity was selected as a clue, it was not immediately connected to their prior-knowledge, so the discussion was active. In addition, the ideal abductive inquiry was carried out in the process of finding the most plausible hypothesis scientifically. The difference was that I observed clues with moderate familiarity in GF-NE and clues with high familiarity in GF-RE. The applicability and application methods of the actual training site, based on the findings, are as follows. GF-NE was positive in terms of students' cognitive and emotive aspects. In terms of hypothesis content, it is reasonable to utilize it when teacher want to learn continuously about the generation process of rocks. Also, it is important to select an appropriate field trip sites. Teachers should reduce the scope of their observations so that students can capture clues well, and help them not to select objects unrelated to the fieldwork. It should be noted that there is no overly divergent discussion in terms of hypothesis generation. The GF-NE fieldwork is suitable for inducing students' learning in zone of proximal development through in-depth content. However, students with less experience in geological field trip may find it difficult in terms of the contents and difficulty of the exploration. GF-RE field trip showed a high number of observations, but low diversity in hypothesis content. Instead, students mainly conducted observations related to the fieldwork and focused on the observation rather than the surroundings. Several students tended to observe the same object. In content, discussions were mainly made on minerals, types of rocks, and small geological structures. In the course of exploration, they often produce limited hypotheses compared to GF-NE. Depending on these characteristics, GF-RE can be said to be suitable for activities that review and apply classroom learning content. However, this property is manifested by the familiarity and segmentation of the object being observed. However, these properties are caused by familiarity of the observed object and by segmented geological elements. Therefore, teachers need to help ensure that various discussions are made, and care must be taken not to lead to overly convergent discussions. It can also be a good idea to have the reasoning written in detail, identify geological elements of the site in advance, and present the order of fieldwork and combination of clues. In GF-RE, simple abductive inquiry is carried out, which makes it easy for students with low inquiry ability or less experience in geological field trip to access. Studies show that GF-RE has advantages in terms of viability in school and students' place-cognition. It is expected to reduce the gap between classroom and geological fieldwork. However, if I apply geological field trip in GF-NE as it is, I need to consider learning models and learning methods suitable for GF-RE because GF-RE field tirp has limitations. Then more sophisticated geological field trip could be designed. To this end, follow-up research on the development, application, and utilization of geological field trip programs is needed. In addition, quantitative and qualitative studies should be accompanied to study the educational effects of GF-RE fieldwork.