Journal Information
Journal ID (publisher-id): chemical
Title: 대한화학회지
Translated Title (en): Journal of the Korean Chemical Society
ISSN (print): 1017-2548
ISSN (electronic): 2234-8530
Publisher: 대한화학회Korean Chemical Society
서 론▼
인공 지능, 사물 인터넷, 빅데이터 등과 같은 첨단 과학 기술이 경제·사회 전반에 융합되면서 만들어 내는 혁신적인 변화들은1 다가올 미래에 대한 기대를 더욱 키우고 있다. 동시에 첨단 과학산업 시대에서 생존을 향한 세계 각국의 움직임 또한 활발하다. 이런 긴박한 상황에서는 지식과 정보를 처리하고 활용하는 능력을 갖춘 인재 양성이 필수라고 할 수 있다. 이처럼 첨단 과학기술 분야에서 이와 같은 능력을 갖춘 인재를 양성하는 것은 한 국가의 생존의 문제와 직결되며2 과학교육 역시 한 나라의 국가 경쟁력의 맥락에서 이해되고 강조되고 있다.
이러한 시대적 변화의 흐름에 따라 우리나라에서도 최근 개정된 2015 과학 교육과정을 통해 미래사회에 요구되는 핵심 역량을 명시함으로써 과학적 사고력과 탐구능력, 그리고 문제해결 능력 등을 지닌 평생 학습자로서의 미래 시민 양성을 추구하고 있다.3 과학은 민주주의 사회의 구성원이 반드시 갖추어야 할 과학적 소양을 함양하기 위한 교과로,4 과학 비전공 학생을 포함한 모든 학생에게 과학 교육이 필요하다.5
한편 외국어에 능통한 인재 양성이라는 특수 목적으로 설립된 외국어 고등학교는 일반계 고등학교보다 학업 성취도가 높은 학생들의 입학과 자율적인 교육과정 운영을 통해 꾸준하게 명문대 진학률이 높지만 과학 비전공자로만 구성된 학교이다.6,7 외국어 고등학교의 특성상 교육과정 운영이 명문대 입시에 맞춰 파행적으로 운영된다는 비판8과 함께 과학 교과에 대한 기피 현상이 심화되고 있다는 결과가 보고된 바 있다.9 외국어 고등학교에서의 과학 교과는 학생들에게 외면 받고 포기 당할 가능성도 배제할 수는 없기 때문에 과학에 흥미를 가지고 학습할 수 있도록 이끄는 것이 중요하다.10,11
이와 같은 특수한 환경의 외국어 고등학교의 과학과 수업에서 지식 전달을 뛰어 넘어 학생들의 흥미를 유발하고 참여를 격려함으로써 진정한 배움의 기회를 제공하는 교수법의 하나로 거꾸로 교실(flipped classroom, flipped learning)을 들 수 있다. 거꾸로 교실은 교사의 강의를 교실 밖으로, 집에서 하던 과제 활동을 교실로 가져오는 방식으로, 수업과 과제의 순서를 뒤집은 일종의 혁신적 수업 방식이다.12,13 일반적인 거꾸로 교실 수업은 학생들이 교사가 제작한 강의 영상을 수업 전에 시청하면서 교과의 핵심 내용을 학습하고, 수업시간에는 학생들이 학습한 것을 연습하고 응용하는 학생 중심의 여러 활동을 하게 된다.13,14 거꾸로 교실은 미국의 화학 교사인 Bergmann과 Sams14에 의해 처음 시작된 후, 초등학교에서부터 대학에 이르기까지 여러 교과에 다양하게 적용되고 있다.15−17 국내에서는 2014년 3월 KBS 파노라마 ‘21세기 교육혁명: 미래교실을 찾아서’가 방영된 후 거꾸로 교실에 대한 관심이 증대되었고,18 일선 학교의 교사들에 의해 학습자 중심 수업 방법의 하나로 구현되고 있다.16
거꾸로 교실 관련 국내외 연구들을 메타 분석한 서미옥의 연구15,19에 따르면, 거꾸로 교실은 학습자의 동기, 수업 참여도, 수업 만족도, 학습 태도 등에 긍정적 효과를 보이는 것으로 나타났다. 특히 거꾸로 교실을 적용한 교과로는 과학 과목이 많은 비율을 차지하고 있으며, 여러 학교급중 고등학생이 가장 효과가 높았고,16 학업 성취도보다는 학습동기와 학습태도에서 더 높은 효과를 보였다. 최근에는 초등학교20 및 중학교21 과학 교과와 대학 일반화학실험22 및 유기화학 강의23에 거꾸로 교실을 적용함으로써 긍정적인 가능성을 확인한 바 있다. 이상의 결과를 고려할 때 외국어 고등학교의 과학과 수업에서, 특히 학생들의 과학 교과에 대한 태도 측면에서 적용가능성이 클 것으로 기대할 수 있다.
이에 이 연구에서는 외국어 고등학교에서 개설되는 화학I 수업에서 인문 교과나 진로와 연계하면서 교과 내용에 대한 흥미를 유발할 수 있는 학생 중심 활동을 포함하는 거꾸로 교실 수업의 가능성을 탐색하고자 하였다. 이를 위해 기초적인 화학 교과 지식을 바탕으로 해결할 수 있는 다양한 문제를 제시하였고, 학생들이 주도적으로 학습에 참여하도록 수업을 설계하고 적용하였다. 수업이 진행되는 동안 주기적으로 학생들이 작성한 노트와 설문지 등의 자료를 수집하고 분석함으로써 거꾸로 수업이 외국어 고등학교 학생들의 화학 학습과 수업에 대한 태도에 미친 영향을 조사하였다.
연구 방법▼
연구 대상
이 연구에서는 광역시에 소재하는 외국어 고등학교 1학년 176명(남학생 43명, 여학생 133명)을 대상으로 하였다. 학생들은 방과 후에 정해진 일과에 따라 방과 후 수업에 참여하거나 자기 주도 학습을 한다. 이 학교는 기숙형 외국어 고등학교로 교칙 및 기숙사 생활 규정에 따라 휴대용 전자 기기나 컴퓨터 사용이 제한된다. 일반적으로 거꾸로 교실은 온라인 영상을 통해 언제 어디서나 수업을 들을 수 있다는 점에서 많이 활용되고 있지만,24−26 거꾸로 교실 아이디어의 핵심은 강의 영상을 보는 것이 아니라15,27−28 교실 수업에서 유의미한 학습 활동을 통해 이루어지는 교사-학생, 학생-학생 간의 면대면 상호작용이라 할 수 있다.14,26 따라서 이 연구에서는 학습의 중심을 학생으로 두고 교실 밖과 교실 안의 학습을 유기적으로 연결하여 학생들의 사고를 촉진하며 능동적으로 참여하게끔 변형된 형태의 수업 방식으로 설계하였다.15,26
연구 절차
2016년 1학기 화학I 수업에 거꾸로 교실을 적용하였다. 전형적인 거꾸로 교실에서처럼 수업 전에 온라인으로 동영상을 시청하는 대신, 핵심 내용을 요약정리하면서 관련 내용을 예습할 수 있도록 개발한 사전학습용 학습지(Fig. 1의 왼쪽)를 제공하였다. 학생들은 자기 주도적 학습을 통해 ‘거꾸로 노트’(Fig. 1의 오른쪽)에 핵심 키워드를 찾고 학습 내용을 요약정리하였고, 이 과정에서 생긴 의문점을 기록하고 답을 스스로 찾았다. 또한 매시간 학습이 끝날 때마다 수업시간 혹은 학습 과정 전반에 대해 본인의 학습 활동을 점검하고 이를 반성하는 글을 거꾸로 노트에 작성해보도록 하였다.
수업시간에는 주로 모둠별로 문제 풀기 게임을 하거나 서로 가르쳐주기, 토론하기, 글 작성하기 등의 방식으로 학습자 중심 활동을 진행함으로써 학생들의 참여를 유도하였다(Fig. 2). 매 단원이 종료되는 시점에는 학습한 내용 중 어려웠던 부분과 수업시간에 실시했던 학습 방식이 교과 내용의 학습에 도움이 되었는지에 대해 자신의 생각을 표현해보도록 하였다(Fig. 3). 학기가 종료된 후 화학 및 거꾸로 수업에 대한 학생들의 인식을 조사하기 위해 수업 활동 평가지를 작성하게 하였다. 이후 중간고사 및 기말고사 성적을 통해 학생들의 학업 성취도 향상을 모니터링하였다.
분석 방법
한 학기 동안 외국어 고등학교 화학 I 수업에 적용한 거꾸로 수업이 학생들의 학업 성취도에 미치는 영향을 간접적으로 살펴보기 위해 연구 대상 학생들의 2016학년도 1학기 중간고사와 기말고사 점수를 비교하였다. 거꾸로 교실 적용 전후에 사전검사 및 사후검사 점수를 비교하는 것에 비해 실험설계의 엄밀도는 떨어지지만, 중간고사 및 기말고사 점수를 비교함으로써 학생들의 화학 성취도의 변화는 간접적으로 알아볼 수 있을 것이다.
학생들의 화학 및 거꾸로 화학 수업에 대한 태도 등과 같은 정의적 측면에 미치는 영향을 조사하기 위해 ‘수업 활동 평가지’를 통해 학생들의 인식을 조사하였다(Table 1). 이와 더불어 학생들이 수업 중에 작성한 거꾸로 노트와 매 단원 종료 후 작성한 수업 평가에 대한 응답을 검토하여 다른 분석을 뒷받침하였다.
Table1.
Survey questions on chemistry class
연구 결과 및 논의▼
거꾸로 교실이 학업 성취도에 미친 영향
거꾸로 교실을 적용한 2016년 1학기의 화학I 중간고사와 기말고사 점수를 비교한 결과, 중간고사의 평균은 60.6(표준편차 16.3), 기말고사의 평균은 67.9(표준편차 19.0)로 중간고사에 비해 기말고사 평균이 7점 높았다. 중간고사 점수에 비해 기말고사 점수가 향상된 학생은 176명 중 107명이다. 두 점수 간 대응표본 t검증(paired t-test)을 실시한 결과 .01 수준에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(t=-6.560, df=175, p=.000). 중간고사 점수를 비교군으로 설정하여 두 점수간 효과 크기(effect size)를 계산하면 .45로 보통 정도의 효과를 가진 것으로 볼 수 있다. 두 시험의 난이도가 동일하지 않기 때문에 단순히 점수의 증가를 학업 성취도의 향상과 연결 짓기에는 한계가 있다. 그러나 문항 출제교사 및 검토교사가 공통적으로 기말고사에서 큰 폭의 점수 상승을 기대하지 않았다고 인터뷰에서 응답한 점을 고려한다면 이러한 향상 정도는 나름의 의미를 가진다고 볼 수 있을 것이다.
거꾸로 교실의 효과성에 대한 학생들의 인식
거꾸로 교실이 학생들의 화학 성취도에 어떻게 긍정적인 영향을 미쳤는지 살펴보기 위해 성취도가 향상된 학생들이 수업 활동 평가지에 남긴 응답을 분석하였다. 우선 학생들은 거꾸로 교실 수업을 하면서 수업 시간에 동료들과 함께 문제를 해결하는 모둠 활동이 도움되었다고 응답하였다. 모둠 활동 과정에서 학생들이 주체적으로 참여하고 친구들과 소통하고 협력하며 배우는 과정이 학습에 도움이 되고, 이로 인해서 수업 및 학습 과정에도 흥미를 느낀 것으로 보인다. 즉 교실 수업 중에 학생 중심 활동으로 시도되는 모둠 활동과 또래 교수 및 개별 학습이 학습 내용을 쉽게 이해하도록 돕는다는 것을 다음의 응답으로부터 파악할 수 있다.
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• 수업에 적극적으로 참여할 수 있었고, 친구들과 서로 질의응답을 해서 성적이 올랐다.
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• 미리 예습하고 친구들과 토론하다 보니, 모르는 친구에게 설명을 해주며 내용이 더 잘 이해되었다.
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• 모둠 활동을 하니까 내용을 더 꼼꼼하게 이해할 수 있다.
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• 수업시간에 친구들과 이야기한 내용을 떠올리면서 공부하니, 핵심을 쉽게 파악할 수 있었다.
한편 수업 전에 제공되는 학습지와 거꾸로 노트를 통해 학습 내용을 파악하는 일종의 예습 활동이 학습 내용에 대한 선이해를 도와주는 것으로 보여진다. 이는 학생들에게 학습에 대한 자신감을 갖게 하고 수업 중 모둠 활동을 통해 학습 내용이 쉽게 정착되는 것으로 생각할 수 있다. 많은 학생들이 학습지와 거꾸로 노트를 통한 예습 활동의 장점을 다음과 같이 언급하였다.
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• 재미있고, 내용을 알아온 뒤 수업을 하니까 수업에 더 집중을 잘 하게 되고 자신감이 붙는 것 같다.
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• 예전에는 강의식 수업을 듣고 외우기만 하였는데, 거꾸로 수업을 하면 외우기보단 이해를 해서 시험 후 기억에 오래 남는다.
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• 수업에 참여하기 위해 예습을 해야 하고, 수업이 끝나고 복습까지 열심히 하다 보니 성적이 올랐다.
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• 먼저 예습을 해야 하는 거꾸로 수업을 통해 내용을 공부하면서 친구들과 어려웠던 부분과 질문들을 이야기하면서 스스로 공부하고 해결하는 능력을 기를 수 있게 해주었다.
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• 거꾸로 노트를 작성하여 내가 확실히 아는 부분, 모르는 부분을 정확히 확인하면서 공부를 할 수 있었다.
수업 중 다양한 학습활동에 참여하기 위해서는 수업 전에 제공된 학습지와 거꾸로 노트로 사전 학습을 해야 한다. 이 과정에서 자기 주도 학습이 일어나게 되는데 학습 과정에서 자신의 부족한 부분을 알고 이를 채워 나가는 등 메타학습이 이루어졌다.
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• 거꾸로 수업을 통해 내가 무엇을 모르는지 잘 알 수 있었고, 이로 인해 공부가 더 잘 되어 성적이 오른 것 같다.
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• 따로 시험 공부를 하지 않아도 수업시간에 스스로 능동적으로 공부하니 성적이 오른 것 같다.
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• 개인적으로 공부할 때 평소보다 시간이 훨씬 적게 들어서 공부의 효율성을 높일 수 있었다.
중간고사에 비해 기말고사에서 성적이 다소 하락한 일부 학생들도 거꾸로 수업의 장점에 대해 언급한 경우가 있었다. 앞서 제시하였듯이 사전 학습과 학생중심활동 수업을 통해 자기 주도 학습의 습관을 갖게 된 면을 긍정적으로 생각하였다.
화학 수업 및 거꾸로 수업에 대한 인식
한 학기 동안 거꾸로 교실 방식으로 진행한 화학 I 수업에 대한 학생들의 인식을 조사하였다. ‘화학 교과에 대해 어떻게 생각하는가?’라는 질문에 대해 총 167명이 응답하였다. 비록 인문계열이긴 하지만 평소에도 과학에 대한 이해도가 높은 편이고 화학 교과를 좋아한다고 응답한 학생은 22명(13.2%)이었고, 화학은 어렵지만 노력하면 이해할 수 있다고 응답한 학생이 92명(55.1%)이었다. 반면 화학은 어려운 과목이라고 응답한 학생이 53명(31.7%)으로 세 명 중의 한 명의 학생이 화학에 대한 어려움을 보였다. 이러한 결과는 외국어 고등학교 학생들에게 화학은 어려운 교과로 인식되고 있지만, 절반에 해당하는 학생들은 도전해 볼만한 과목으로 인식하는 것으로 볼 수 있다.
‘화학 수업 방식(거꾸로 교실)에 대해 어떻게 생각하는가?’라는 질문에 대해 총 166명의 학생들의 응답을 분석한 결과, 긍정적인 응답을 한 학생이 146명(88.0%), 부정적인 응답을 한 학생이 20명(12.0%)이었다. 그 이유를 분석한 결과, 긍정적인 유형으로 제시된 것에는 ‘이해하기 쉽고, 기억에 오래 남는다’(41명), ‘자기 주도적 학습에 도움이 된다’(37명), ‘친구들과 소통하고 협력할 수 있다’(33명), ‘졸리지 않다’(22명) 등의 응답이 있었다. 부정적인 유형으로 제시된 것에는 ‘귀찮고 힘들다’(8명), ‘선생님의 설명 없이 이해하기 어렵다’(7명), ‘자신의 모둠에 우수한 친구나 친한 친구가 없다’(5명), ‘시간이 많이 걸린다’(1명) 등의 응답이 있었다. 이러한 결과는 전반적으로 학생들이 거꾸로 교실의 수업 운영 방식에 만족하고 있는 것으로 볼 수 있다. 그러나 선생님의 설명 없이 혼자 학습하는 데 어려움을 갖고 있는 등 자기 주도 학습에 익숙하지 않은 경우 거꾸로 교실 방식에 부정적인 인식을 가질 가능성도 배제할 수는 없다.
거꾸로 교실이 학습 태도에 미친 영향
거꾸로 교실이 학습 태도에 미친 영향에 대한 인식을 조사하기 위하여 ‘학업 성취도 이외의 학교생활에 도움이 되었는가?’라고 물어본 결과 155명이 응답하였다. 중복 응답된 결과를 포함하여 분석한 결과, ‘도움이 되지 않았다’(1명), ‘잘 모르겠다’(4명), 기타(2명)로 응답한 7명의 학생을 제외한 나머지 학생들은 화학 수업 방식이 학교생활에 도움이 되었다고 긍정적으로 답했다. 이들 중 ‘화학 교과에 대한 태도가 긍정적으로 변화하였다’(19명), ‘학습 방식 및 태도에 도움이 되었다’(24명)에 대한 응답으로, 화학 교과 및 학습 방식 등 학업 관련 응답이 다소 포함되어 있었다. 절반에 가까운 75명(48.4%)이 교우 관계에 도움이 된다고 응답했다. 많은 응답에서 친구를 사귀고 더욱 친하게 지낼 수 있는 계기가 되었다고 했는데, 평소 친하지 않던 친구들과 친해질 수 있었고 친구들의 다양한 면모를 알게 되었다고 응답한 학생들이 많았다. 뿐만 아니라 많은 학생들이 ‘협동심’(20명), ‘적극성’(13명), ‘표현력 및 발표력’(13명), ‘자신감’(10명), ‘지적 성취’(8명), ‘지적 호기심’(4명), ‘창의성’(2명) 향상에 도움이 되었다고 언급하였고, 무슨 일이든 미루지 않고 하는 습관, 노력의 중요성, 싫어하는 것에 대한 태도 변화 등의 기타 의견이 있었다. 서미옥의 메타연구15에 따르면 학습 태도에 미치는 거꾸로 교실의 효과 크기는 .63으로 중간 이상의 효과를 가지는 것으로 보고된 바 있다. 이 연구에서도 학생들의 학습 태도는 긍정적인 경향을 보였는데, 이러한 결과는 학생 중심 활동으로 운영되는 거꾸로 교실의 특성상 학생과 학생, 학생과 교사간 의사소통이 많아지게 되고, 학생들의 수업에 대한 참여도가 높아지는 것과 관련 있는 것으로 보인다.20
결론 및 제언▼
이 연구에서는 외국어 고등학교의 1학년 화학 I 수업에 거꾸로 교실을 적용하였다. 교사의 강의 영상 없이 학습지를 제공하여 사전 학습을 실시한 후 수업에 참여하도록 하였고, 수업 시간에는 모둠 중심의 다양한 활동이 이루어졌다. 매 수업, 매 단원, 학기가 종료되는 시점에 자신의 학습 과정을 점검하고 반성할 수 있도록 거꾸로 노트를 작성하게 하고, 수업 활동 평가를 실시하였다. 수업 활동 평가지에 기록된 학생들의 응답을 분석하여 외국어 고등학생에게 거꾸로 교실을 적용한 화학 수업이 어떠한 영향을 미쳤는지 조사하였고, 학생들의 응답을 인지적 측면과 정의적 측면에서 분석하였다.
연구 결과, 외국어 고등학교에 적용한 거꾸로 교실은 모둠 활동 위주로 학습하면서 친구들과 함께 문제를 해결하며 학생들이 적극적으로 학습에 참여하게 함으로써 외국어 고등학교 화학 수업에 활용할 수 있는 교수법으로의 가능성을 확인할 수 있었다. 학생들이 작성한 수업 성찰 내용과 기존의 거꾸로 교실에 대한 선행연구를 토대로 학습 과정을 구체화해보면 다음과 같다. 수업 전에 활동지를 통해 사전 학습을 하고 수업에 임한 학생들은 수업 활동에 집중하면서 참여하고 자신의 부족한 부분을 채우게 된다. 이 과정에서 학생들은 일종의 완전학습의 형태를 거친다고 볼 수 있다.29 무엇보다 이러한 수업 방식을 통해 학생들은 예습 효과를 체득하고22 자신의 학습 방식이나 태도를 점검하는 등 자기 주도 학습을 하게 된다.20,30 수업 중 동료 학생들과의 모둠 활동을 통해 소통하고 협력하는 과정 또한 학급 내 유대 관계나 긍정적인 협력 학습 분위기 형성에 긍정적 영향을 미칠 가능성 또한 확인할 수 있었다.31
외국어 고등학교에 적용한 거꾸로 교실 수업을 통해 긍정적인 가능성만 확인한 것은 아니다. 자기 주도적 학습에 익숙하지 않은 학생들에게는 이 방식이 오히려 부담으로 작용할 가능성이 있으며, 모둠 중심의 수업 활동에 대해서는 모둠 구성에 대한 불만이 제기되기도 하였다. 이러한 부정적인 측면을 포함하여 외국어 고등학교 화학 수업에서 학생들 상황에 맞는 효과적인 수업 운영 방안을 계획하기 위해서는 추후 체계적인 접근이 필요하다. 특히 외국어 고등학교 학생뿐만 아니라 일반계고 인문 계열 및 예체능 계열 등의 과학 비전공 학생들이 좀 더 쉽고 흥미롭게 학습할 수 있는 다양한 형태의 수업 전략 및 교수-학습 자료의 개발과 그 적용 효과에 대한 후속 연구가 요구된다.