고등학교 화학 I, II 수업에 대한 학생의 인식 조사

조사 대상은 일반계 고등학교에 재학 중인 총 1,087명의 학생(남학생 563명, 여학생 524명)이었다. 유층(지역별), 비례(학교 수), 임의(특정 학급)의 비례층화표집(proportionate stratified sampling) 방식을 이용하여 전국 고등학교 중 126개의 조사 대상 고등학교를 선별하였다. 표집된 학교에서 화학 I 또는 화학 II를 선택한 학생들의 자발적 참여로 조사가 진행되었다. 즉 화학 I을 선택한 학생은 화학 I의 조사에, 그리고 화학 II를 선택한 학생은 화학 II의 조사에 참여하도록 하였다. 이때 화학 I과 화학 II를 모두 수강했더라도 학생의 선택에 따라 두 과목의 설문에 모두 참여하였거나 그렇지 못한 경우도 발생하였다. 이점은 연구의 제한점으로 제시하고자 한다.

연구절차는 다음과 같이 진행되었다. 첫째, 설문지를 구성하기 위한 교육과정 실행에 영향을 주는 영역을 동정 및 추출하는 과정이다. 교육과정 실태 관련 주요 문헌들¹³⁻²¹을 기초로 주요 영역들을 귀납적으로 범주화하였다. 둘째, 설문 구성을 위한 큰 수준의 영역들을 추출한 후 전문가의 자문을 통해 하위 내용들을 구성하였다. 전문가는 모두 10년 이상의 교육경력과 과학 교육과정 및 교과서 개발 관련 경력을 지닌 대학의 과학교육 전문가 3인, 과학내용학자 3인, 학교 현장의 과학교사 4인이었다. 셋째, 설문지의 proto-type을 구성하고, 개선·보강하는 작업, 예비조사, 타당도 점검 등을 통해 설문지를 완성하였다. 넷째, 설문조사를 수행하여, 그 결과를 분석하였다.

학생들의 화학 I과 화학 II의 적합성에 대한 인식을 조사하기 위한 설문지의 영역은 화학교과 선택, 학습량, 내용 수준, 흥미, 수업, 내용의 적절성, 활동의 적절성으로 구성하였다. Table 1은 설문지의 영역 및 그 하위 내용이다.

내용 타당도: 개발된 예비 문항들은 과학교육 전문가 5인과 경력 5년 이상의 고등학교 화학 교사 4인에게 내용의 타당도를 검토 받았다. 전문가들의 평정 절차는 실제 학생들이 접하게 될 설문 상황과 동일한 상황에서 실시해야 생태적 타당성을 확보할 수 있기 때문에 구글 온라인 설문조사 상에서 실제로 문항에 응답해 보면서 실시간 평정 및 조언을 실시하였다.

내용 타당도는 5점 만점의 리커트 척도를 사용하였고, 예비 문항 평정 결과는 평균 4.51이었다. 부적절하다고 평정된 문항들은 전문가들이 제시한 검토 의견을 고려하여 수정·보완하였다.

실제에 의한 타당도: 설문의 내용 타당성을 점검하기 위해 Messick²²의 실제와 유사한 대상을 활용하여 예비 설문조사를 실시하였다. 이를 통하여 발견된 온라인 설문 응답 시스템의 오류와 설문 문항에서 발견된 오류를 수정하였고, 설문 응답에 걸리는 시간을 조절하는 등과 같은 수정 및 개선 과정을 거쳤다. 그리고 설문 문항과 응답 결과를 바탕으로 내용의 애매성, 표현의 중의성 등을 수정·보완하여 설문을 명료화시켰다. 또한 응답 결과를 분석하여, 필요시 응답의 예시를 추가하는 작업을 진행하였다.

한편 본 연구는 online survey system을 활용한 온라인 설문으로 개발되었다. 기존의 paper & pencil based test 방식과 차이가 있으므로, 학생에게 문항에 대한 인식 테스트와 실제 검사 실시에 의한 가독성 및 문항별 소요 시간 적합도 검사를 사전에 실시하여 실제의 대단위 검사 이전에 온라인 설문의 안정성을 기획하였다.

설문조사는 표집된 학교들을 대상으로 교육청 공문을 발송하여 진행되었다. 공문에는 ‘조사 참여 협조 요청 안내문’과 온라인 설문조사의 URL이 포함되었다. 각 학교의 교사와 화학 I 또는 화학 II를 선택한 학생들에게 조사 참여 동의를 얻은 후, 설문조사를 실시하였다.

설문방식은 on-line survey 방법을 활용하였다. 학생들이 교사의 지도에 따라 단체로 학교 컴퓨터실에서 설문조사에 참여하거나 또는 개별적으로 스마트 기기를 이용하여 온라인 설문조사에 참여하였다.

수집된 설문지는 문항별 결측치를 제외한 후 빈도와 백분율 등을 통한 기술통계로 분석하였다.

Table 2는 학생들이 화학 I 또는 화학 II를 선택한 이유를 조사한 결과이다.

먼저, 화학 I을 선택한 이유에 대한 응답자 수가 화학 II에 대한 응답자 수에 비하여 훨씬 많음을 알 수 있었는데, 이는 과학 선택과목 중 II과목은 교육과정 편제 및 대학입학시험에서의 선택에서 I과목에 비하여 훨씬 적음을 보여주고 있다. 학생들이 화학 I을 선택한 주된 이유는 교과에 대한 ‘관심과 흥미(24.5%)’, ‘기초 학문(24.1%)’, ‘대학 전공관련(20.2%)’, ‘학교에서 개설(19.0%)’의 순서로, 이들 4가지 이유에 대한 응답 비율은 비교적 유사한 비율로 나타났다. 화학 II를 선택한 주된 이유는 교과에 대한 ‘대학 전공관련(24.4%)’, ‘관심과 흥미(21.3%)’, ‘기초 학문(21.3%)’으로 나타났다. 즉, 학생들이 화학 I과 화학 II를 선택한 이유는 구체적인 비율에는 약간의 차이가 있지만 선택 이유는 큰 차이는 없음을 알 수 있으며, 상대적으로 비교할 때 화학 I은 학생들의 관심과 흥미 또는 기초학문으로서의 인식이 더 많은 이유를 차지한 반면, 화학 II는 대학 전공과 관련하여 선택하는 경우가 더 많음을 알 수 있었다.

Table 3은 학생들의 인식하는 화학 교과의 학습량을 나타낸 것이다.

학생들이 인식하는 학습량의 경우, ‘보통’ 수준이라는 응답이 화학 I은 67.1%, 화학 II은 56.8%로 나타났다. 화학 I의 경우, ‘약간 많음’과 ‘매우 많음’(24.9%)이 ‘약간 적음’과 ‘매우 적음’(7.9%)보다 약 3배 이상으로 나타났다. 화학 II의 경우, ‘약간 많음’과 ‘매우 많음’(23.5%)이 ‘약간 적음’과 ‘매우 적음’(19.7%)보다 높은 것으로 조사되었다. 특이하게도 화학 II 학습량의 ‘약간 적음’과 ‘매우 적음’이 화학 I 보다 약 11.8% 포인트 정도 높은 것으로 조사되었다. 화학 II를 선택한 학생들은 화학 I을 선택한 학생들보다 화학 II 학습량이 더 적다고 인식하고 있는 것으로 나타났다.

Table 4는 학생들이 인식하는 화학 교과의 어려움을 나타낸 것이다.

내용 수준은 화학 I은 보통 수준이 57.7%, 화학 II는 보통 수준이 56.9%로 나타났다. 화학 I의 경우, ‘약간 높음’과 ‘매우 높음’(31.5%)이 ‘약간 낮음’과 ‘매우 낮음’(10.7%)보다 약 3배 높은 것으로 나타났다. 화학 II의 경우, ‘약간 높음’과 ‘매우 높음’(30.1%)이 ‘약간 낮음’과 ‘매우 낮음’(12.9%)보다 약 2.4배 높은 것으로 조사되었다.

Table 5는 연구에 참여한 전체 학생들 중 화학이 어렵다고 응답한 학생들을 대상으로 어렵게 느끼는 이유에 대해 조사한 결과이다.

화학 I을 어렵다고 느끼는 이유는 내용이 어렵고(28.0%), 암기해야 하는 많은 내용(26.7%)이 주된 것으로 나타났다. 화학 I이 어렵다고 생각한 이유를 높은 비율의 순서대로 제시하면, 내용 자체의 어려움>많은 내용의 암기>이해의 어려움>교과서 설명의 불충분>수학적 계산 요구>어려운 실험이다. 즉 화학Ⅰ을 어려워하는 이유는 ‘내용 자체의 어려움’이 가장 큰 이유이며, ‘많은 내용의 암기’과 ‘이해의 어려움’ 또한 주된 것임을 알 수 있다.

화학 II를 어렵다고 느끼는 이유는 내용이 어렵기 때문(33.7%), 암기해야 하는 많은 내용(24.9%)이 주된 것으로 나타났다. 화학 II가 어렵다고 생각한 이유를 높은 비율의 순서대로 제시하면, 내용 자체의 어려움>많은 내용의 암기>이해의 어려움>어려운 실험>교과서 설명의 불충분>수학적 계산 요구이다. 화학Ⅱ를 어려워하는 이유는, 화학I과 같이, 내용 자체의 어려움이 가장 큰 이유이며, 그 다음으로 ‘많은 내용의 암기’, ‘이해의 어려움’ 이 주된 이유임을 알 수 있다.

화학 내용이 어렵고 암기할 것이 많다는 학생들의 인식을 변화시키기 위해서는 내용을 학생들의 수준에 따라 쉽게 표현하는 방안 또는 학생들의 화학에 대한 관심과 흥미를 높이기 위한 방안이 필요함을 알 수 있다. 즉 학생들의 수준 및 특성을 고려하여 화학 개념을 학습하는데 도움을 주는 다양한 학습 또는 교수 전략 및 방안 등에 대한 심층적인 연구가 필요할 것이다. 또한 화학 I 또는 화학 II의 모든 내용이 고등학생에게 필요한가에 대한 체계적인 연구도 필요하겠다.

Table 6는 학생들이 화학 교과에 대한 흥미 또는 관심을 조사한 결과이다.

흥미도의 경우, 화학 I의 보통 수준 43.9%, 화학 II의 보통 수준은 52.0%로 나타났다. 화학 I의 ‘약간 많음’과 ‘매우 많음’ 31.2%, ‘약간 적음’과 ‘매우 적음’ 24.9%로 나타났다. 화학 II의 경우, ‘약간 많음’과 ‘매우 많음’ 22.2%, ‘약간 적음’과 ‘매우 적음’ 25.7%로 조사되었다.

Table 7은 연구에 참여한 전체 학생들 중 화학 교과에 흥미가 없다고 응답한 학생들을 대상으로 그 이유를 조사한 결과이다.

화학 I에 흥미가 없는 이유는 화학 내용 자체의 어려움(29.4%), 관심과 재미가 없어서(27.2%), 화학의 기초가 없어서(22.3%)가 주된 이유로 조사되었다. 화학 II에 흥미가 없는 이유는 화학 내용 자체의 어려움(30.3%), 관심과 재미가 없어서(29.1%), 화학의 기초가 없어서(18.8%)가 주된 이유로 조사되었다.

Table 8은 학생들에게 화학 수업에서 진행되는 주된 수업 형태를 3가지 선택하도록 한 조사한 결과이다.

화학 I의 주된 수업 형태는 설명식 수업(54.9%)으로 조사되었다. 그리고 학습지와 문제풀이(15.6%), 실험실습 수업(10.7%), 학생들의 발표수업(10.2%) 등으로 수업이 진행되는 것으로 조사되었다.

화학 II의 주된 수업은 설명식 수업(38.1%)과 학습지와 문제풀이(24.7%)가 주된 형태로 조사되었다. 그리고 비디오와 컴퓨터 활용(11.3%), 학생들의 발표수업(10.8%) 등으로 수업이 진행되는 것으로 조사되었다.

이 결과에 따르면, 화학 수업은 주로 설명식으로 이루어지며, 또한 학습지나 문제 풀이가 주가 됨을 알 수 있다. 특히, 화학Ⅰ의 경우, 토의 수업의 비율이 가장 낮은 것으로 조사되었다.

Table 9는 학생이 선호하는 화학 수업 방법을 조사한 결과이다.

선호하는 화학 I의 수업 형태는 실험실습(25.2%), 실생활 연계 또는 과학자 이야기 활용(23.0%)이 주된 것으로 조사되었다. 그리고 이해가 쉬운 설명(16.9%), 비디오와 컴퓨터 활용(15.5%), 야외활동과 견학(11.1%), 학습지와 문제풀이(8.4%) 등이 나타났다.

선호하는 화학 II의 수업 형태는 실생활 연계 또는 과학자 이야기 활용(22.0%)과 실험실습(21.4%)이 주된 것으로 조사되었다. 그리고 이해가 쉬운 설명(18.3%), 비디오와 컴퓨터 활용(14.2%), 학습지와 문제풀이(13.0%) 야외활동과 견학(11.1%) 등이 나타났다.

학생들은 실험실습 활동과 실생활 연관된 또는 과학자 이야기, 그리고 이해가 쉬운 설명식 수업 형태를 선호하는 것을 알 수 있다.

Table 10은 학생들이 인식하는 화학 수업의 한 학기당 실험 횟수를 조사한 결과이다.

화학 I은 한 학기 동안 1~5회>실험 안함>6~10회>11~15회>16회 이상의 순서로 나타났다. 화학 II는 실험 안함>1~5회>6~10회>11~15회>16회 이상의 순서로 나타났다.

이와 같은 결과를 볼 때, 한 학기 동안 1~5회의 실험이 가장 많았고, 그리고 실험을 하지 않는 수업이 다음으로 많은 것으로 나타났다. 특히 화학Ⅰ의 경우는 1~5회의 범위 내에서 실험을 실시하고 있으나, 화학 II의 경우는 약 40%이상의 학교에서 실험을 전혀 하지 않는 것으로 조사되었다.

Table 11은 학생들이 인식하는 화학 실험의 형태를 조사한 결과이다.

화학 I과 화학 II에서 진행되는 실험의 형태는 조별 실험>교사 시범 실험>개별 실험의 순서로 나타났다.

Table 12는 학생들이 인식하는 화학에서의 융합 내용, 첨단 과학, 실생활 연계, 과학적 문제해결력, 과학적 의사 소통과 관련한 내용의 적절성을 조사한 결과를 나타낸 것이다. ‘적절함’은 약간 적절함과 매우 적절함을 모두 포함하고, 부적절함은 약간 적절하지 않음과 매우 적절하지 않음을 모두 포함하여 논의하였다.

융합 내용의 적절성에 대해 화학 I은 적절함(약간 적절함과 매우 적절함) 20.1%, 부적절함(약간 적절하지 않음과 매우 적절하지 않음) 13.9%로 나타났고, 화학 II는 적절함 20.6%, 부적절함 17.8%로 조사되었다. 첨단과학 내용의 적절성에 대해 화학 I은 적절함 20.3%, 부적절함 15.9%, 화학 II은 적절함 22.0%, 부적절함 17.5%로 조사되었다. 실생활 관련 내용의 적절성에 대해 화학 I은 적절함 21.1%, 부적절함 15.1%, 화학 II은 적절함 22.1%, 부적절함 16.0%로 조사되었다. 문제해결 내용의 적절성에 대해 화학 I은 적절함 21.2%, 부적절함 18.2%, 화학 II은 적절함 19.9%, 부적절함 17.1%로 나타났다. 의사소통 능력을 키울 수 있는 내용의 적절성에 대해 화학 I은 적절함 19.7%, 부적절함 16.2%로 적절하다는 의견이 약간 높았다. 화학 II는 적절함 20.0%, 부적절함 20.5%으로 거의 유사한 수준으로 나타났다.

이와 같은 결과를 볼 때 화학 과목들은 대체적으로 과학, 기술, 사회, 공학의 융합 내용, 첨단 과학, 실생활 연계, 과학적 문제해결력, 과학적 의사소통 관련 내용은 20% 포인트 수준에서 적절하다고 인식하는 것으로 조사되었다.

내용의 적절성을 화학 I을 선택한 학생들과 화학 II를 선택한 학생들로 카이 스퀘어 검증으로 조사한 결과, 실생활 연계(p=0.044), 문제해결(p=0.0014)에서 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 이는 융합 내용, 첨단과학, 과학적 의사소통에 비하여 이 두 항목의 적절성에 대해서는 화학 I과 화학 II를 수강하는 학생들의 인식이 약간 상이함을 의미한다. 자료를 살펴보면 이러한 통계적 차이는 실생활 연계와 문제해결 내용이 적절하거나 또는 부적절하다고 인식하는 학생 수의 전반적인 분포에 기인하기 보다는 부적절하다는 인식 중에서도 매우 부적절하다고 인식하는 학생이, 그리고 적절하다는 인식 중에서도 매우 적절하다고 인식하는 학생의 비율이 화학 II에서는 좀더 많은 것이 기인함을 알 수 있다.

Table 13은 학생들이 인식하는 화학 수업에서의 융합 내용, 첨단 과학, 실생활 연계, 과학적 문제해결력, 과학적 의사소통 관련한 활동의 적절성을 조사한 결과이다.

융합 활동의 적절성에 대해 화학 I은 적절함 22.7%, 부적절함 10.5%로 조사되었고, 화학 II는 적절함 18.0%, 부적절함 19.2%로 부적절하다는 의견이 적절하다는 의견보다 높게 나왔다. 2009 과학과 교육과정의 특징 중 하나가 융합의 강조임을 고려할 때, 화학 II에서 융합 활동을 반영하려는 노력이 필요하다. 첨단과학과 관련된 활동의 적절성에 대해 화학 I은 적절함 23.2%, 부적절함 15.1%, 화학 II은 적절함 20.5%, 부적절함 18.4%로 조사되었다. 화학 교과는 대체적으로 첨단 과학과 관련된 내용을 적절하게 제시하였음을 알 수 있다.

실생활과 관련된 활동의 적절성에 대해 화학 I은 적절함 27.7%, 부적절함 12.6%, 화학 II은 적절함 22.5%, 부적절함 17.1%로 조사되었다. 과학적 문제해결 활동의 적절성에 대해 화학 I은 적절함 25.4%, 부적절함 14.4%로 나타났다. 반면에, 화학 II은 적절함 18.5%, 부적절함 22.3%로 조사되어, 문제해결 능력을 보다 증진시킬 수 있는 활동 구성이 필요함을 알 수 있다. 의사소통 활동 제시의 적절성에 대해 화학 I은 적절함 22.1%, 부적절함 15.3%로 조사되었고, 화학 II는 적절함 18.8%, 부적절함 17.6%로 나타났다.

활동의 적절성을 화학 I을 선택한 학생들과 화학 II를 선택한 학생들로 카이 스퀘어 검증으로 조사한 결과, 문제해결(p=0.019)에서 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다.