학습생태계 관점에서 디지털교과서 활용 학습 효과에 영향을 미치는 요인 간의 구조적 관계 규명

Abstract

As digital textbooks are introduced to primary and secondary schools on a large scale, it is now necessary to make systematic and comprehensive research on the learning effect of using digital textbooks. A perspective of learning ecology sees the learning development of learners as systemic interaction with the environment. This perspective has potential to expand the directions of research on the learning effect of using digital textbooks, while previous studies focused on testing the effects between variables including input and output. In this background, the purpose of this study is to establish the structural relationships between factors influencing the learning effect of digital textbooks in terms of learning ecology and to identify direct and indirect causal relationships between the variables set for each factor. This study posits that the structure of learning ecology consists of macrosystem, mesosystem, and microsystem. Specifically, for the macrosystemic factor for external learning environment surrounding the use of digital textbooks, class climate and digital textbooks quality are selected. For the mesosystemic factor, which indicates mutual relationships between digital textbook users, interaction between teachers and students and between students is selected. For the microsystemic factor related to learners’ personal experience of learning development, self-directed learning is selected. Finally, for the learning effect of using digital textbooks, perceived learning is selected. Research questions posed to achieve the research purpose largely comprise three parts: test of the proposed model, test of direct effects, and test of mediating effects. Specific research questions are presented as below: A. Test of the proposed model Research question 1. Are there structural relationships between the macrosystemic (class climate, digital textbook quality), mesosystemic (perceived interaction), microsystemic (self-directed learning) factors and the learning effect of using digital textbooks (perceived learning)? B. Test of direct effects Research question 2. Does the macrosystemic factor (class climate) have a direct effect on the mesosystem (perceived interaction, self-directed learning) and perceived learning? Research question 3. Does the macrosystemic factor (digital textbook quality) have a direct effect on the mesosystem (perceived interaction, self-directed learning) and perceived learning? Research question 4. Does the mesosystemic factor (perceived interaction) have a direct effect on the microsystemic factor (self-directed learning) and perceived learning? Research question 5. Does the microsystemic factor (self-directed learning) have a direct effect on the learning effect of using digital textbooks (perceived learning)? C. Test of mediating effects Research question 6. Does the mesosystemic factor (perceived interaction) mediate between the macrosystemic factor (class climate, digital textbook quality) and the microsystemic factor (self-directed learning)? Research question 7. Does the mesosystemic factor (perceived interaction) mediate between the macrosystemic factor (class climate, digital textbook quality) and the learning effect of using digital textbooks (perceived learning)? Research question 8. Does the microsystemic factor (self-directed learning) mediate between the macrosystemic factor (class climate, digital textbook quality) and the learning effect of using digital textbooks (perceived learning)? Research question 9. Does the microsystemic factor (self-directed learning) mediate between the mesosystemic factor (perceived interaction) and the learning effect of using digital textbook (perceived learning)? For this study, six schools were selected from digital textbook research schools nationwide through random sampling. Then, a survey was conducted of a total of 438 first-year middle school (or grade 10) students who use the science digital textbook. The structural equation modeling method was employed to test direct and indirect effects between the factors. The major findings of this study are as follows: First, the structural equation model was found fitting to support the proposed model which includes the macrosystemic factor (class climate, digital textbook quality), the mesosystemic factor (perceived interaction), the microsystemic factor (self-directed learning), and the learning effect of using digital textbook (perceived learning). Regarding the test of direct effects, Second, it was found that class climate had a direct effect on perceived interaction and self-directed learning, but did not have a direct effect on perceived learning. Third, it was found that digital textbook quality had a direct effect on perceived interaction, but did not have a direct effect on self-directed learning and perceived learning. Fourth, perceived interaction had a direct effect on self-directed learning and perceived learning. Fifth, self-directed learning of the microsystemic factor had a direct effect on perceived learning. Regarding the mediating effects between the factors, Sixth, perceived interaction mediated between class climate and digital textbook quality and self-directed learning. Seventh, perceived interaction mediated between class climate and digital textbook quality and perceived learning. Eighth, self-directed learning mediated between class climate and perceived learning, but did not mediate digital textbook quality. Ninth, self-directed learning mediated between perceived interaction and perceived learning. As shown from the needs and purpose for this study, testing process of research questions, and findings from the study, this study has the following significance: First, it laid a theoretical framework for conducting extensive research on directions for the learning effect of digital textbooks in the comprehensive and structured systems from the perspective of learning ecology. Second, in this process, the perspective of learning ecology was structured to include i) the macrosystemic factor influencing the use of digital textbooks but uncontrollable by individuals, ii) the mesosystemic factor influencing relationships between digital textbook users, and iii) the microsystemic factor influencing personal experience of learning development related to the use of digital textbooks. Third, the study presented basic data for developing guidelines for applying digital textbooks to schools by identifying the relationships between the factors surrounding the digital textbook-based learning. Fourth, the study expanded the scope of research by regarding the variable of class as a major factor, which has been lacking in previous studies on the use of digital textbooks. Through the variable, it addressed the importance of teachers‘ efforts to make positive class climate and of support for schools. This study also presented the importance of guaranteeing the quality of digital textbooks developed to improve lessons in the classroom as well as of devising and applying interaction strategies for using digital textbooks. It also pointed out the need for performing in-depth study on the effects of schools, homes, and national policies that go beyond the scope of the variables of class and digital textbook quality. The study also proposed that further study be carried out to identify how diverse class activities considering curricular features and learner levels are related to learning development. In the final analysis, it came to conclude that introducing digital textbooks as a new factor for improving class can make significant changes in education when there are not only efforts to raise the quality of the medium but also other factors. Such factors include positive changes in classroom and school environments, various learning activities capitalizing on the characteristics of digital textbooks, comprehensive and wide-ranging education focusing on the learning development of learners, and policy support for general application of digital textbooks.;디지털교과서가 활용되는 환경은 기본적으로 교실 수업 환경이다. 이 환경은 교실 안 밖의 다양한 요인으로부터 영향을 받기 때문에, 그 과정과 결과가 복잡하고 다면적이다. 이러한 복잡성을 이해하기 위해서는 특정 교육방법 혹은 학습매체가 학습 성과에 미치는 영향을 분석하는 데에 그치는 것이 아니라, 학습 성과에 미치는 다양한 영향 요인을 파악하고 해석하는 것이 필요하다. 이런 측면에서 학습자의 학습 성과와 경험의 변화를 환경과의 유기적인 상호작용으로 보는 학습생태계 관점은 학습자의 학습경험과 외부의 영향 요인 간의 관계를 종합적으로 파악하기 위한 기반이 될 수 있다. 이에 본 연구는 디지털교과서를 활용한 학습 효과에 영향을 미치는 변인들을 학습생태계 관점에서 외부, 중간, 내부체제로 구조화하고, 각 변인들 간의 직·간접적인 인과관계를 규명하는데 그 목적이 있다. 구체적으로 디지털교과서 활용과 관련된 외부환경 요인을 포함하는 외부체제로 학급풍토와 디지털교과서 품질을, 디지털교과서 활용 주체간의 상호 관계를 설명하는 중간체제로 교사와 학생, 학생 간의 지각된 상호작용을, 그리고 학습자의 학습 경험과 관련한 내부체제로 자기주도학습력을 설정하였다. 이러한 변인들의 영향을 받는 최종적인 학습 효과는 학생들이 인지하는 학업성취 수준으로 선정하였다. 연구 목적을 달성하기 위해, 연구문제는 크게 모형검증, 직접효과 검증과 매개효과 검증 측면에서 다음과 같이 설정되었다. [모형검증] 연구문제 1. 학급풍토와 디지털교과서 품질, 지각된 상호작용, 자기주도학습력과 인지된 학업성취 사이에 구조적 관계는 성립하는가? [직접효과 검증] 연구문제 2. 학급풍토는 지각된 상호작용, 자기주도학습력과 인지된 학업성성취에 직접적인 영향을 미치는가? 연구문제 3. 디지털교과서 품질은 지각된 상호작용, 자기주도학습력과 인지된 학업성취에 직접적인 영향을 미치는가? 연구문제 4. 지각된 상호작용은 자기주도학습력과 인지된 학업성취에 직접적인 영향을 미치는가? 연구문제 5. 자기주도학습력은 인지된 학업성취에 직접적 영향을 미치는가? [매개효과 검증] 연구문제 6. 지각된 상호작용은 학급풍토, 디지털교과서 품질과 자기주도학습력 사이를 매개하는가? 연구문제 7. 지각된 상호작용은 학급풍토, 디지털교과서 품질과 인지된 학업성취 사이를 매개하는가? 연구문제 8. 자기주도학습력은 학급풍토, 디지털교과서 품질과 인지된 학업성취 사이를 매개하는가? 연구문제 9. 자기주도학습력은 지각된 상호작용과 인지된 학업성취 사이를 매개하는가? 본 연구는 현재 전국적으로 운영되는 디지털교과서 활용 연구학교 134개교에서 연구 대상을 선정하였다. 특히, 과학 디지털교과서를 활용하는 중학교 6개교에서 1학년 학생 438명이 참여하였다. 디지털교과서를 활용한 과학 수업은 2015년 3월부터 9월 사이에 이루어졌고, 연구 결과를 분석하기 위한 자료는 2015년 9월에 수집되었다. 수집된 자료는 변인간의 직·간접적인 영향을 확인하기 위해 구조방정식 방법론을 활용하여 분석되었다. 이를 통해 밝혀진 본 연구의 결과는 다음과 같다. 먼저, 이 연구에서 상정한 학급풍토, 디지털교과서 품질, 지각된 상호작용, 자기주도학습력과 인지된 학업성취 간의 구조적 모형은 적합한 것으로 나타났다. 직접효과 검증과 관련해서는, 첫째, 학습생태계의 외부체제인 학급풍토는 디지털교과서를 활용한 교실 수업에서 교사와 학생, 학생 간의 지각된 상호작용과 학습자들의 자기주도학습력에 직접적으로 영향을 미치고, 인지된 학업성취에는 직접적인 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이는 학습자의 학습은 주변 환경과의 끊임없는 상호 관계 속에서 진행된다는 것을 말해준다. 학생들의 학급 생활에 대한 만족과 동료와의 응집이 교사의 학습 지원은 물론 친구들과의 정보 교류나 경험 공유, 협력 학습 등의 상호작용 활동에 영향을 미쳤다고 볼 수 있다. 또한 학급풍토는 학습자들의 학습 계획, 학습전략 설정, 자원 활용과 같은 인지적인 특성과 학습동기, 자기효능감과 같은 정서적인 성향을 포함하는 자기주도학습력에 직접적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 다만, 학급풍토가 인지된 학업성취에는 직접적으로 영향을 미치지 않았다는 결과는 우호적이고 친밀한 학급분위기가 학업성취를 위한 고려 요인이기는 하나 그 자체로는 학업성취를 보장하지 못함을 말해준다. 둘째, 디지털교과서 품질은 지각된 상호작용에는 직접적인 영향을 미쳤지만, 자기주도학습력이나 인지된 학업성취에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 디지털교과서의 품질 속성인 콘텐츠의 다양성이나 최신성, 개별학습 지원, 사용자 인터페이스, 학습커뮤니티 활용 등이 수업에서 교사와 학생, 학생 간의 상호작용 활동을 촉진시키는 직접적인 요인인 것으로 파악된다. 하지만, 디지털교과서 품질이 자기주도학습력이나 인지된 학업성취에 직접적인 영향을 미치지 않았다는 결과는 학습자의 자기주도학습력이나 학업성취가 다른 요인의 영향을 더 많이 받을 수 있음을 암시한다. 셋째, 지각된 상호작용은 자기주도학습력과 인지된 학업성취에 직접적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 학습생태계 관점에서 둘 이상의 주체간의 관계로 보았던 중간체제로서 가장 기본이 되는 교사와 학생, 학생 간의 상호작용 활동이 학습자의 자기주도학습력과 인지된 학업성취에 영향을 미친다는 것을 의미한다. 넷째, 자기주도학습력은 인지된 학업성취에 직접적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 학습자의 주도적인 학습능력과 수행이 학업성취와 밀접한 관계가 있음을 말해준다. 다섯째, 초기 연구모형에서는 예측하지 못했던 학급풍토와 디지털교과서 품질 간에 상호 직접적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 친구들 사이의 우호적인 학급풍토가 디지털교과서 활용을 촉진하고, 디지털교과서 품질 속성 중의 하나인 학습커뮤니티를 활용한 협력학습 경험이 긍정적인 학급풍토를 조성할 가능성이 있음을 나타낸다. 각 요인간의 매개 효과 관련해서는, 첫째, 중간체제 변인인 지각된 상호작용은 외부체제인 학급풍토, 디지털교과서 품질과 내부체제인 자기주도학습력을, 그리고 학급풍토와 디지털교과서 품질과 인지된 학업성취를 매개하는 효과를 가지는 것으로 나타났다. 이는 우호적이고 친밀한 학급분위기 속에서 활용되는 양질의 디지털교과서가 교사와 학생, 학생 간의 상호작용 활동을 매개로 하여 학생이 스스로 학습을 설계, 이행, 관리해 나갈 수 있는 자기주도학습력과 인지된 학업성취에 영향을 미친다는 것이다. 둘째, 학습자의 학습 경험으로서 자기주도학습력은 외부체제인 학급풍토와 인지된 학업성취를 매개하는 효과를 가져왔으나, 디지털교과서 품질과 인지된 학업성취의 매개효과는 나타나지 않았다. 또한, 자기주도학습력은 지각된 상호작용과 인지된 학업성취를 매개하는 효과를 가지는 것으로 나타났다. 학습을 설계하고, 전략을 설정하고 이행하는 과정이 학급에 대한 사회 심리적인 특성과 학업성취 사이에 간접적 영향을 미치고, 다양한 상호작용 활동과 학업성취사이에도 간접적으로 영향을 미친다는 것을 나타낸다. 연구결과를 종합적으로 논의하면, 디지털교과서를 활용한 교실 수업에서의 학습 효과는 학생들 사이에서 학급에 대한 만족도가 높고, 친밀한 학급풍토에서 양질의 디지털교과서 활용을 기반으로 교사와 학생, 학생 간의 다양한 상호작용이 이루어질 때, 학습자가 자기주도적으로 학습을 설계하고, 전략을 설정하고, 자신의 학습을 성찰할 수 있는 능력이 키워진다는 것이다. 특히, 상호작용은 모든 관련 변인들 간의 직접효과는 물론 매개효과를 가져오는 강력한 변인으로 밝혀졌다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 본 연구가 가지는 의의를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 이 연구는 기존의 연구와는 달리, 디지털교과서의 학습 효과를 이해하기 위하여 학습생태계 관점을 적용하였다. 학업성취에 영향을 미치는 다양한 변인들을 학습생태계 관점에 따라 외부, 중간, 내부체제로 구조화하고 각 변인들이 미치는 영향을 분석하므로, 디지털교과서 활용 학습 효과를 증진하기 위한 방향을 설정하였다. 둘째, 디지털교과서가 활용되는 학습 환경이 교실 환경임을 고려해 볼 때 디지털교과서 품질뿐 아니라 학급풍토에 대한 고려가 학업성취에 중요한 요인으로 작용함을 파악하였다. 셋째, 외부 학습 환경과 개인의 학습 수행, 그리고 학습 효과에 직·간접적으로 영향을 미치는 가장 중요한 요인이 상호작용 활동이며, 다양한 교육환경에서 학습 주체들 간의 상호작용을 지원하는 활동 설계의 중요성이 강조되었다. 넷째, 자기주도학습력은 다양한 외부 환경과의 상호작용 속에서 생성, 발달되는 학습자의 역량 측면에서 고려되어야 할 요소임을 시사하였다. 마지막으로, 본 연구에서는 디지털교과서를 활용한 학습에서 고려되어야 할 최적의 경로 또는 연관성 있는 변인들 간의 관계가 무엇인지를 파악하였다. 즉, 학급풍토는 교사와 학생, 학생간의 상호작용을 촉진하는 요소이며, 이러한 상호작용은 학습자의 자기주도학습 수행을 촉진한다는 것이다. 또한 디지털교과서 품질은 품질 속성을 고려한 상호작용 수업 전략이 구안되고 적용되었을 때, 학습자의 자기주도학습 수행과 학업성취를 기대할 수 있다는 점이다. 후속 연구를 위한 제언으로는 첫째, 학습생태계 관점을 고려하여, 교수학습 활동에 영향을 미칠 수 있는 학교, 가정, 국가 정책 등 거시적 관점에서 외부 학습 환경을 다루는 연구가 필요하다. 둘째, 학습 주체간의 상호 연관성을 교사와 학생 간에 일어나는 상호작용뿐 아니라 웹 기반 환경을 이용한 외부 전문가, 학부모 등 다양한 학습 주체들 간의 상호 연관을 고려한 연구가 수행될 필요가 있다. 셋째, 학습자의 학습 경험으로 다루어졌던 자기주도학습력 이외에 문제해결력, 의사소통 능력, 창의력 등 학습자의 역량 발달을 다루는 연구로 확대할 필요가 있다. 넷째, 본 연구는 과학과 디지털교과서 활용 수업과 중학교 1학년에 국한하여 연구가 수행되었으므로, 다른 교과에서의 적용과 초등학생 대상의 연구로 확장될 필요가 있다. 다섯째, 상호작용 활동에 대한 학생들의 지각된 경험을 넘어서 상호작용 과정에서 발생되는 데이터의 의미를 파악하는 학습분석(Learning Analytics)에 대한 연구 수행이 활발히 일어나기를 기대한다. 여섯째, 본 연구의 초기 연구 모형에서 예측하지 못한 학급풍토와 디지털교과서 품질과 관련한 상호 연관 관계 연구가 수행될 필요가 있다. 둘 간의 영향은 최종 구조모형의 적합도를 확연하게 높여주는 상호 관련성을 보여주었기 때문에 디지털교과서 활용 학습 효과와 관련한 영향 변인으로 흥미로운 주제가 될 것이라 판단된다.