보편적 학습설계를 적용한 과학 수업이 중학교 장애학생과 비장애학생의 과학학업성취도, 수업참여도 및 교수·학습활동에 미치는 영향

Abstract

In universal design for learning(UDL), they have their fundamental idea on not regarding students with disabilities in all ranges as extra learning objects but rather including them in sort of learners who have multiple characters, considering all learner's needs, designing proper learning curriculum, method, and environment for each person, and assuring equal opportunity and method to engage in learning. In this UDL, there are 3 basic principles: concerning all learners' differences by suggesting teaching contents with various methods, expressing students' responses in various ways, and providing means which can make students engage in many ways. The factor which can fulfill UDL successfully is not designing good teaching material or fully equipping high-technical installation itself, but providing constant efforts which can make learners learn more. Recent tendency of science education field is 'Science for All', which means to help learners get useful experiences that can use in their everyday living, through science learning based on routine experiences. In special education field, science education can enlarge empirical foundations of students with disabilities who had limited experiences, and grow techniques and knowledge, and problem-solving thinking skills which are essential for everyday life, through specific and operant scientific activities. In practice of science lesson, however, negative results and difficulties have been reported about science achievement and academic engagement of students with disabilities because of many reasons. Previous researchers have reported that it is effective to design learning activities related to everyday life, focused on cultivating self-efficacy, positive attitude, and interest toward science, and maximizing the opportunities of students' activities and responses, rather than improving scientific knowledge. It can be seen to be the same vein of the principles in UDL, which provide various expressions and engagement method of learners. Some controversies are also pointed out for the successful realization of UDL. That is, for both factors of UDL and individualization to be effectively applied to existed curriculum and lessons, school curriculum should be easily approachable for all. Also, in order to expand the area of UDL in schools, the application of UDL, further research for its effect, and constant collection of qualitative and quantitative outcome would be needed. Thus, the purpose of the present study was to analyze the effects of science class applied UDL on science achievement, academic engagement, and teaching·learning performance of students with and without disabilities by applying lesson plans, which were designed with selecting proper teaching methods that are suitable to domestic middle school science class and classroom members' characters among UDL principles and application methods, to classroom practices. Participants for this research are 6 students with disabilities who are in general middle school in Seoul, 192 students without disabilities who are in corresponding classes, and 8 teachers who are for supporting UDL(4 science teachers, 2 special education teachers, 1 science laboratory assistant teacher & researcher). The experiment was carried out in general middle school over 15 weeks, consisted of 28 lessons of intervention, pre- and post-test, field participant observation, and interview. Resrarch process was carried out in the following sequence: choosing UDL teaching method to be used in intervention, teacher training, developing lesson plans, deliberation meeting on lesson plans, pre-test, meeting before intervention, meeting after intervention, post-test, participant observation through whole process, and interview with study participants. The data collected through the above process were analyzed in various ways to examine the effects of science class applied UDL on science achievement(3 subareas of knowledge, comprehension, & application) and academic engagement(4 subscales of 4 behaviors). For students with disabilities, the collected data were analyzed by comparing the differences of scores and profile fluctuation on graphs. For students without disabilities, the collected data were analyzed by analysis of covariance(ANCOVA) utilizing pre-test scores as covariates to test the effects of UDL science class. In order to examine how the effectiveness obtained by group average would appear distinctly when it focused on students, this study also employed latent growth class analysis(LGCA) to explore subgroups within experimental and control groups, and analyzed the characteristics of score growth rate of subgroups that emerged from both whole area and 3 subareas of science achievement. Also through the process applying UDL, qualitative research method was employed to figure out the factors that affect teachers' teaching performance and students' learning performance. Through observation recording, class inspection, meetings, and in-depth interviews, qualitative data were collected, transcribed, coded by coding system, and analyzed using the constant comparative method. In this process, the techniques including triangulation, peer debriefing, and member checks were conducted to ensure reliability of this qualitative research. The results obtained from this study are summarized as follows: First, it could be seen that through secondary science class that applied UDL, there was a positive effect on science academic achievement of students with and without disabilities. In case of students with disabilities, compared to control group, experimental group tended to get an increase in achievement in both whole area and subareas. Particularly in knowledge area, the increasing tendency was the largest, and the lowest in application area. In case of students without disabilities, the significant differences were appeared between experimental and control groups on science achievement in whole area and in knowledge and comprehension subareas; but, there was no significant difference in application area. With the result of analyzing the tendency of within-group score growth rate of experimental and control groups by applying LGCA, it was shown that in experimental group, all 4 subgroups maintained scores in states that are hard to expect future increase or decrease in score. In control group, however, in case of students whose scores are in range from late 40 to late 50 rather tended to show decrease in achievement. For each subgroup, most positive effect of increasing achievement was shown in students with 30~40 scores. Students with 50~60 scores in experimental group showed a tendency to maintain their scores, while students with 50~60 scores in control group showed a tendency to get reduced scores. When comparing the two groups, therefore, it could be said that it was relatively effective. Based on overall review of results above, it can be concluded that the whole science academic achievement of experimental group was enhanced more than that of control group. Moreover, the experimental group exhibited much more positive effect on achievement in the end of semester, which adds performance assessment result including the evaluation of attitudinal science ability. Second, in terms of academic engagement, students with and without disabilities showed increased results on both whole scale and 4 subscales of attending behavior, class preparing behavior, task performing behavior, and proper responses behavior. In case of students with disabilities, they gradually got an increase in concentrating during class and in preparing before class, although there were differences among individuals. In case of students without disabilities, it was ascertained by statistics that UDL made significantly positive effects on academic engagement in both whole scale and 4 subscales, as a result of analyzing post-test results with controlling the effect of pre-test. Third, in the process of implementing UDL, under 5 themes―approach based on diversity, collaborative approach, strategic approach for pracice, supporting factors in need when applying UDL, educational outcome factor―, 12 sub-themes were drawn as affecting factors to teachers' and students' performance. Positive educational outcome were yielded because classes based on students' diversity was prepared and conducted collaboratively through a strategic regulation process toward real situation. These factors affected teachers' and students' performance reciprocally, and various supporting factors that are needed for more effective performance were also found. In conclusion, it was proved that secondary science class that applied UDL brought favorable effects to science academic achievement and class engagement of both students with and without disabilities. Also in that process, affecting factors to teachers' and students' performance could be figured out. These results indicate several implications as follows: that specific realization measures can be provided to domestic secondary integrated education field that researches relating to UDL were not done that much; the effects were analyzed by objective quantitative data as well as thick qualitative data; achievement assessment tool that was developed with consideration of characteristics of students with disabilities was used to analyze the effects toward those students more reliably and validly; and the effects were proved with more abundant data by analyzing and synthesizing the results from observation and formative evaluation in each lesson. Also there are some factors that make this research be differentiated from other researches. Those factors are as follows: dividing science achievement into 3 subareas(knowledge, comprehension, & application) to provide more specific information of changes in scores of each group; dividing science achievement into 4 subgroups according to achievement of participants without disabilities to provide scientific information of score growth rate for each subgroup; dividing academic engagement into 4 subscales including 4 behaviors(attention, class preparation, task performance, & proper response) to provide information about the effects of intervention more specifically and synthetically; and abundant content analysis that can complement the results from statistical analysis could be possible by analyzing qualitative data which were collected from various methods. There are limitations in this study, however, that it was applied only in science subject, in a single school that includes students who have only intellectual disabilities. In the future, therefore, further researches which can fill up those limitations should be actively conducted.;보편적 학습설계(UDL)에서는 모든 장애영역의 학생을 별도의 교육 대상자로 간주하지 않고, 다양한 특성을 가진 학습자에 포함시키고, 모든 학습자의 특성과 요구를 고려하여 적절한 교육과정, 방법, 환경을 설계하고, 학습에 참여할 수 있는 동등한 기회와 방법을 보장하는데 근본 이념을 두고 있다. 이러한 보편적 학습설계에는 3가지 기본 원리가 있다. 이는 모든 학습자의 차이를 고려하여 교수 내용을 다양한 방법으로 제공하고, 학생이 다양한 방법으로 표현할 수 있게 하며, 학생이 다양한 방법으로 참여할 수 있게 하는 수단을 제공하는 것이다. 보편적 학습설계를 성공적으로 실천할 수 있게 하는 요인은 교수자료 설계나 첨단 공학적 설비를 완비하는 것 그 자체가 아니며, 교사가 학습자들이 더 많이 배울 수 있도록 지속적인 노력을 하며 실천하는 데 있다. 최근 과학교육계의 동향은 ‘모든 사람을 위한 과학(Science for All)'으로 일상생활의 경험을 바탕으로 하는 과학학습을 통하여 모든 학습자들이 사회에서 유용하게 사용할 수 있는 경험을 쌓을 수 있게 하는 데 있다. 특수교육 분야에서 과학교육은 제한된 경험을 해왔던 장애학생들의 경험적 기반을 확대할 수 있으며, 구체적이고 조작적인 과학적 활동을 통해 사회생활에 필수적인 기술과 지식, 문제해결적 사고력을 기를 수 있다. 그러나 그동안 장애학생들의 과학학업성취도와 수업참여도를 높이기 위한 많은 연구들이 이루어져 왔음에도, 실제 과학수업 현장에서는 여러 가지 원인으로 장애학생의 과학학업성취도와 수업참여에 대하여 부정적인 결과와 어려움을 보고하는 경우가 많다. 이들 선행연구들에서는 과학적 지식보다 과학에 대한 흥미와 자기효능감 및 긍정적 태도 함양을 도모하고 일상생활과 관련된 내용으로 학습활동을 구성하되 학생들의 활동과 반응의 기회를 극대화하는 학생 활동 중심의 교수가 효과적이라고 밝히고 있다. 이는 보편적 학습설계에서 학습자의 다양한 표현 및 참여 방법을 제공하는 원리와 같은 맥락이라고 볼 수 있다. 성공적인 보편적 학습설계의 구현을 위하여 몇 가지 논쟁점도 지적되고 있다. 그것은 보편적 학습설계의 요소와 개별화의 방법 모두가 기존 교육과정과 수업에서 효과적으로 적용되기 위해서는 학교 교육과정이 모두에게 더 접근하기 쉬워야 한다는 것이다. 또한 보편적 학습설계가 교육 현장에서 더 효율적으로 확대 적용되기 위해서는 보편적 학습설계의 적용과 그 효과에 대한 더 많은 연구와 양적 및 질적 결과물의 지속적인 수집이 필요하다. 이에 본 연구에서는 보편적 학습설계의 원리 및 적용 방법들 중 국내 중학교 과학수업 현장과 학급구성원들의 특성에 적절한 교수법을 선정하여 학습지도안을 고안한 후, 이를 실제 수업에 적용하여 장애학생 및 비장애학생의 과학학업성취도와 수업참여도에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 본 연구의 참여자는 서울시에 위치한 일반중학교에 재학 중인 장애학생 6명과 그에 대응하는 학급의 비장애학생 192명, 보편적 학습설계를 지원하기 위한 교사 8명(과학교사 4명, 특수교사 2명, 과학실험보조교사 1명, 연구자)이다. 실험은 연구참여 학생들이 속한 일반중학교에서 총 15주에 걸쳐 중재 28차시 및 사전·사후검사, 현장참여관찰 및 면담 등이 이루어졌다. 연구과정은 중재에서 사용할 보편적 학습설계의 교수법 선정, 교사 연수, 지도안 개발, 지도안 검토 협의회, 사전검사, 중재 전 협의회, 중재, 중재 후 협의회, 사후검사, 전 과정의 참여관찰 및 연구참여자 면담 등의 순으로 진행되었다. 이러한 과정에서 수집된 자료로 과학학업성취도와 수업참여도에서의 UDL 수업의 효과를 알아보고자 장애학생의 경우, 점수의 차이 및 변화 추이를 그래프로 나타내어 비교 분석하였다. 비장애학생의 경우, 과학학업성취도와 수업참여도에서 공분산분석을 실시하여 실험·통제집단 간 차를 검정하였으며, 과학학업성취도는 잠재성장계층모형을 기용하여 실험집단과 통제집단 내의 점수변화에 대한 하위유형들을 탐색하였다. 이 때 장애학생과 비장애학생들의 경우 모두 과학학업성취도와 수업참여도에서 전체 및 하위영역에 대하여 점수변화의 특성을 각각 분석하였다. 또한 보편적 학습설계를 적용하는 과정에서 교사의 교수활동과 학생의 학습활동에 영향을 미치는 요소들을 파악하기 위하여 질적연구 방법을 적용하였다. 이를 위하여 관찰기록, 참관, 협의회, 심층 면담 등을 통하여 자료를 수집하고 전사한 후, 각종 자료에 대하여 개방적 부호화 과정을 거쳐 부호 체계를 작성하고 연속적 비교분석법을 사용하여 분석하였다. 이 과정에서 질적연구의 신뢰성을 확보하기 위하여 삼각검증법, 연구 구성원간 검토, 동료 확인 과정을 거쳤다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 보편적 학습설계를 적용한 중등 과학수업을 통하여 장애 및 비장애학생들의 과학학업성취에 긍정적인 효과가 있음을 알 수 있었다. 장애학생의 경우, 실험집단이 통제집단에 비하여 전체점수와 하위영역에서 성취도가 상승하는 경향이 나타났다. 특히 지식영역에서 상승하는 경향이 가장 크게 나타났고, 적용영역에서는 상승하는 경향이 작게 나타났다. 비장애학생들의 경우, 공분산분석을 기용하여 보편적 학습설계의 적용 유무에 따른 실험·통제집단 간 과학학업성취도를 분석한 결과, 성취도 전체영역과 지식 및 이해영역에서 유의한 차가 있었으나, 적용영역에서는 차가 없었음을 알 수 있었다. 잠재성장계층모형을 적용하여 실험 및 통제집단의 집단 내 점수변화의 경향을 분석한 결과, 전체 성취도에서 실험집단은 하위 네 집단 모두 앞으로의 향상 혹은 감소를 예측하기 어려운 상태로 점수가 유지되었고, 통제집단은 40점대 후반과 50점대 후반 점수의 학생들이 오히려 성취도가 낮아지는 결과가 나타났다. 각 하위영역에서는 30~40점대 점수의 학생들에게 성취도 향상의 긍정적 효과가 제일 크게 나타났고, 50~60점대 학생들은 실험집단의 경우 점수를 유지하는 경향을 나타낸 반면, 통제집단의 경우 감소하는 경향을 보여 이를 비교하였을 때 상대적으로 효과가 있었다고 볼 수 있다. 상기의 종합적인 검토 결과를 토대로, 실험집단이 통제집단보다 전체 과학학업성취 도가 향상되었다는 결론을 내릴 수 있었다. 더욱이 태도적 측면의 과학능력 평가를 포함하는 수행평가 결과를 합산한 학기말 성취도에서는 실험집단이 더 많은 긍정적 효과가 있었음을 알 수 있었다. 둘째, 수업참여도의 경우, 전체 척도 점수와 4개의 하위척도(주의집중행동, 수업준비행동, 과제수행행동, 적절한 반응행동) 점수에 대하여 장애 및 비장애학생들 모두 향상된 결과가 나타났다. 장애학생의 경우, 개인차가 존재하지만 대체적으로 수업 시간에 집중하고 수업 전 준비를 하는 측면에서 향상된 경향을 볼 수 있었다. 비장애학생의 경우, 사전검사의 영향을 통제한 상태에서 사후검사 결과를 분석한 결과, 보편적 학습설계가 수업참여도 전체 점수와 4개 하위척도 모두에 통계적으로 유의하게 긍정적 영향을 미쳤음을 확인할 수 있었다. 셋째, 보편적 학습설계를 수행하는 과정에서 교사와 학생의 수행에 영향을 미치는 요소로서 5개의 큰 주제―다양성에 기반한 접근, 협력적 접근, 실천을 위한 전략적 접근, UDL 적용상의 지원 요구, 교육성과적 요소― 하에 12개의 부주제가 도출되었다. 학생의 특성을 고려한 다양성에 기반한 수업을 협력적으로 준비 및 실행하고, 현실적 상황에 대한 전략적인 조절 과정을 거쳐, 긍정적인 교육성과를 산출할 수 있었다. 이러한 요소들은 상호 순환적으로 교사와 학생의 수행에 영향을 미치고 있었으며, 더욱 효과적으로 수행할 수 있도록 하기 위해 지원을 요하는 요소들도 확인할 수 있었다. 이상의 연구 결과를 종합하면, 보편적 학습설계를 적용한 중학교 과학수업은 장애 및 비장애학생들의 과학학업성취도 및 수업참여도에 긍정적인 효과가 있음을 입증할 수 있었다. 또한 그 과정에서 교사 및 학생의 수행에 영향을 미치는 요소들을 파악할 수 있었다. 이러한 결과는 보편적 학습설계의 적용에 관한 연구가 많이 이루어지지 않은 국내 중등 통합교육 현장에 구체적인 실현 방안을 제공할 수 있다는 점과 그 효과를 심층적인 질적 자료 외에 객관화된 양적 자료로 분석하였다는 점, 장애학생에게 미치는 효과를 보다 신뢰롭고 타당하게 분석하기 위하여 장애학생의 특성을 고려하여 개발한 성취도 평가도구를 사용하고, 매 차시 형성평가와 관찰결과를 종합·분석하여 보다 풍부한 자료로 효과를 입증한 점에서 의의가 있다. 또한 과학학업성취도를 전체 및 지식, 이해, 적용의 세 가지 하위영역으로 나누어 영역별로 보다 자세히 정보를 제공하였다는 점과 연구참여 비장애학생을 성취도에 따라 하위집단으로 나누어 각 계층 별 점수 변화에 대한 과학적 정보를 제공한 점 그리고 수업참여도를 전체 및 수업준비행동, 주의집중행동, 과제수행행동, 적절한 반응행동의 네 가지 하위영역으로 나누어 중재의 효과에 대하여 보다 자세하고 종합적으로 정보를 제공한 점과 여러 가지 방법을 통해 수집된 질적 자료를 분석함으로써 통계분석 결과를 보완하는 풍부한 내용분석이 가능하였던 점에서 다른 연구와 차별화된다. 그러나 본 연구에서는 지적장애 학생들만 포함되어 있는 단일학교에서 과학교과에만 적용하였다는 제한점이 있다. 따라서 추후 연구에서는 이러한 제한점들을 보충할 수 있는 연구가 활발히 이루어져야 할 것이다.