과학적 탐구 수행에서 초등교사가 겪은 어려움과 성장으로 탐색한 교사의 과학적 지식 향상 방안

탐구 기반 교육을 통해 교사의 과학의 본성, 과학적 절차, 과학에 대한 이해, 과학 개념의 이해를 얻을 수 있다는²² 선행연구의 결과를 고려하여 실행연구 과정에서 탐구의 전 과정을 계획하고 실천한 경험이 있는 3명의 초등교사를 심층면담 대상자로 선정했다(Table 1).

심층면담 대상자 3명 모두 일반계 고등학교에서 자연계열 과목을 이수했고 교육대학교 진학 후 전공으로 과학심화과정을 선택했다. 이후 교육대학교 대학원에 진학했고 석사학위 취득을 위해 실행연구를 수행했다. 연구의 목적은 교육과정 기반의 탐구 활동을 지도하기 위해 교사가 알아야 할 내용 지식을 제안하고 동시에 심층면담 대상자들 스스로의 과학지식을 향상시키는 것이었다. 이를 위해 심층면담 대상자들은 초등학교 과학 교육과정의 물질 영역에서 다루는 현상 중 자신이 지도하고 있는 학년에 해당하는 현상(단원)을 연구했다. 심층면담 대상자들은 학생들이 현상을 학습하여 성취기준에 도달하는데 필요한 학습 활동들을 제시하고 각 학습 활동에서 사용되는 다양한 물질과 도구, 실험 방법 등을 변인으로 직접 탐구를 수행했다.

탐구 수행은 탐구과제 선정, 탐구 계획 수립, 예비탐구 수행, 본 탐구 수행, 탐구 타당성 검증 단계로 이루어졌으며 전체 과정은 과학교육전문가와 협의체를 구성하여 진행했다. 심층면담 대상자들은 협의체 내에서 탐구 과정과 결과에 대해 공유하고 검토-수정-재실행 단계를 거치면서 자신의 탐구수행 적절성에 대해 점검했다. 이 과정에서 심층면담 대상자들이 작성한 자료 조사 일지, 실험계획 및 보고서, 협의 일지, 성찰 일지를 수집하고 분석해 교사가 탐구로 해당 현상을 지도하고자 할 때 이해하고 있어야 할 최소한의 내용지식을 제안하고 동시에 심층면담 대상자들의 과학지식 변화를 드러냈다.

심층면담 대상자 3명이 고등학교와 대학교를 거치면서 수행한 탐구는 대부분 강의를 기반으로 하거나 주어진 절차대로 수행하는 방식이었다. 따라서 이들이 실행연구 과정에서 탐구 절차의 대부분을 직접 결정하고 판단한 경험이나 탐구 결과로 얻어진 데이터의 정밀도와 정확도를 따지는 경험은 처음 겪는 것이었다. 그리고 이들이 탐구 과정에서 경험한 시행착오에서 개선점이나 수정해야 할 것들을 도출하고 다시 보완하여 재실행하는 과정 또한 익숙하지 않은 것이었다. 이러한 과정에서 심층면담 대상자 3명은 자신이 학습해왔던 방식과 다른 방식으로 학습하는 과정에서 어려움을 겪기도 했고 이전과 다른 경험으로 인해 성장하기도 했다.

심층면담 대상자들이 탐구를 계획하고 수행하는 과정에서 겪은 어려움과 탐구를 실천하는 과정을 통해 성장한 점을 파악하고자 질문지를 구성했고 면담의 질문 영역은 크게 ‘겪은 어려움’, ‘나의 성장’, ‘제안’의 세 가지로 구성했다. ‘겪은 어려움’의 경우 탐구 수행 과정에 따른 어려움을 구체적으로 드러내고자 주제 분석 과정, 탐구 계획수립 과정, 탐구 수행 과정, 논의 과정에서 겪은 어려움을 진술하도록 질문을 구성했다. ‘나의 성장’의 경우 심층면담 대상자들이 연구를 수행한 이후 개선된 자신의 역량과 달라진 점들에 대해 진술하도록 질문을 구성했다. ‘나의 성장’은 교사들이 연구 과정에서 작성한 연구일지와 반성일지에서도 구체적으로 드러난다는 점에서 질문 응답에 활용해 줄 것을 요구했다. 그리고 마지막으로 이러한 실행연구 방식을 과학 교사 전문성 향상 프로그램으로 적용한다면 제안하고 싶은 부분에 대해 진술하도록 구성했다(Table 2). 그리고 심층면담 대상자들의 탐구 수행 당시의 맥락 정보를 파악하고자 교직 경력, 학교 급별 학업 과정, 진학 과정 등에 대한 질문을 추가로 제시했다.

심층면담은 반구조화된 형태로 30~50분 정도에 걸쳐서 실시되었고 면담 내용은 녹취·전사한 후 분석했다. 자료분석은 과학교육전문가 1인과 박사과정 대학원생 2인으로 구성된 전문가 세미나를 바탕으로 진행했다. 연구자와 대학원생 2인은 각자 전사한 내용을 분석하여 개방 코딩작업을 실시하였고 논의를 통해 각 범주별로 공통적으로 나타나는 내용들의 코드를 추출했다. 이후 범주별로 추출한 코드를 분석틀로 구성하였고 연구자와 대학원생 2인은 각각 분석틀을 이용해 겪은 어려움, 나의 성장, 제안에 대한 내용을 분류하고 비교하는 과정을 반복해서 분석의 일관성을 높였다. 그리고 분석한 내용을 전문가 세미나에 참여한 모든 인원들과 함께 기존 선행 연구 결과와 비교, 분석하는 과정을 통해 연구 결과의 의미를 논의했다.

교사들은 주제를 분석하고 탐구를 계획하는 과정에서 내용 지식의 부족으로 인한 어려움을 나타냈다. 주제 분석 과정에서 주제와 관련된 이론이나 개념들의 관계에 대해 정확하게 파악해야 학생들이 경험해야 할 현상의 수준이나 내용을 제안할 수 있다. 하지만 내용 지식의 부족으로 인해 추가적인 정보 수집이 필요한 경우가 있었고(An□□) 현재 자신의 수준을 파악하지 못하는 메타인지적인 문제도 드러났다(Kim○○). 그리고 Kim△△ 교사의 경우 고등학교에서 물질의 농도에 대한 이론을 학습했지만 대학에서 활용한 시간이 충분하지 않아 이론이나 공식을 숙지하고 있지 못해 실험 계획 수립에 어려움을 겪었다. 이렇게 3명의 교사가 겪은 문제는 초등예비교사들이 자유탐구활동을 수행하는 과정에서 배경지식의 부족으로 인해 겪은 문제로 보고된 내용²³과 같았다. 이렇게 교사의 내용 지식이 부족하게 된 배경이 여러 가지가 있을 수 있다는 점에서 교사의 전문성 향상을 목적으로 교사 교육을 수행하고자 할 때 가장 먼저 교사의 현재 상황에 대한 판단이나 진단이 필요함을 알 수 있다.

교사들은 양성과정과 재교육 과정에서 탐구를 설계하고 실제로 수행한 경험이 부족하여 어려움을 겪는 경우가 있었다. 탐구를 계획하는 과정에서는 실험 활동에서 가장 중요한 부분이라고 할 수 있는 변인을 다루는 부분에 대해 정확하게 파악하지 못하는 경우가 있었다(An□□). 실험 수행 과정에서는 기본적으로 사용되는 실험 도구를 다루어본 경험이 부족하여 도구를 선정하는 것도 어려워했다(Kim△△). 실험 활동 후에는 수집된 데이터를 어떻게 처리해야 하는지 모르는 경우가 있었다(Kim○○). 즉, 교사들은 설명이나 전달을 통해 절차적 지식에 관한 용어는 이해하고 있었지만 실제 맥락 속에서 어떻게 적용되고 사용되는지 이해하지 못해 어려움을 겪었다.

그리고 교사들은 개념에 대한 통합적인 이해가 부족하여 관찰한 사실과 이론을 연결시키는데 어려움을 겪는 경우가 있었다(An□□, Kim○○). 이런 어려움의 원인으로 교사들은 현상이 일어나는 맥락 속에서 과학 개념을 학습하고 이해하는 경험을 하지 못하고 선언적 지식으로만 개념을 이해하고 있었다는 점을 지적했다. 이는 학습자들은 실제 탐구 활동에서 현상에 대한 설명을 개발하고 사용하고 의사소통에 참여할 때 활동과 이해를 통합할 수 있다는 연구 결과²⁴와 같이 교사들의 과학 학습도 실제 탐구 경험을 바탕으로 개념을 정립하는 과정이 필요함을 알 수 있다.

앞서 연구대상에서 교사들의 배경에 대해 언급한 바와 같이 교사들은 고등학교에서 과학 학습방법은 주로 이론 중심의 강의 기반 수업을 경험했다. 그리고 대학에서는 강의뿐만 아니라 여러 가지 실험활동도 경험했지만 실험의 방식은 주로 정해진 절차를 수행하는 것이었다. 이는 선행 연구에서도 대부분의 초등 교사 양성 과정이나 재교육 과정에서 교사들은 과학자와 같은 실제적인 과학 탐구를 경험하지 못하고 있다¹⁷고 지적한 바 있다. 이러한 점에서 교사들은 스스로 탐구를 계획하여 수행한 경험 자체를 성장한 점이라고 밝혔다(Kim△△, Kim○○, An□□).

교사들의 탐구 경험은 교사들의 내용 지식 향상에 영향을 미쳤는데 이는 연구 과정에서 작성한 연구일지와 반성일지에서 확인할 수 있었다. 먼저 교사들은 학생의 학습활동으로 가능한 탐구 활동들을 실제로 탐구하는 과정에서 사용되는 실험 도구와 사용되는 물질에 대한 이해가 향상되었다고 밝혔다. 교사들은 탐구 과정에서 교과서나 교사용 지도서에 제시된 실험기구나 물질을 그대로 사용하지 않고 실험의 목적과 방법에 따라 사용할 실험기구와 물질을 달리했다. 이 과정에서 조사 활동을 통해 교과서에 제시되지 않은 실험기구의 종류와 사용법 등을 확인했고 물질의 특성, 안전성 등에 대해 이해하게 되었다(Kim△△). 그리고 실험기구들을 설치하고 활용하는 과정에서 발생할 수 있는 오류나 오차로 인한 문제들을 경험하면서 실험기구 조작 능력도 향상되었다. 또한 실험에 사용되는 물질들의 농도와 양에 따라 물질 간 반응의 정도와 속도 차이를 경험하면서 학생들의 학습 활동 과정에 사용할 물질의 종류, 농도, 양 등을 파악할 수 있었다(Kim○○, An□□).

교사들은 주제를 분석하는 과정에서부터 탐구 결과에 대해 논의하는 과정까지 전 과정을 경험하면서 내용 지식과 더불어 절차적 지식, 메타인지적인 부분까지 향상되었다고 했다(Kim△△, Kim○○, An□□). 교사들이 수행한 연구의 목적 자체가 내용 지식을 향상시키기 위한 것이었다는 점에서 내용 지식의 향상은 당연한 것으로 보인다. 하지만 특징적인 것은 실제 탐구의 실천이 교사들이 가지고 있던 탈맥락화된 내용 지식을 서로 연결시켜 통합적으로 이해할 수 있도록 했다는 점이다. 뿐만 아니라 의도하지 않았던 절차적 지식의 향상에도 영향을 미쳤다는 것을 알 수 있다. 이는 탐구 실천 과정에서 탐구 계획을 수립하고 실천한 경험과 함께 협의체와의 논의 과정을 통해 탐구 계획의 수정과 재실행을 반복하는 것을 바탕으로 절차적 지식이 암묵적으로 전달되고 향상되었을 가능성이 높다. 이는 실험 활동에서 문자화 된 설명으로 전달되지 않더라도 반복적 경험을 통해 과학지식을 습득할 수 있다는¹⁸ 연구 결과와 맥락을 같이 한다.

이어서 교사들은 데이터 수집에 대한 이해가 향상되었다고 밝혔다. 교사들은 탐구 과정에서 탐구 문제를 해결하기 위한 데이터를 수집하는데 어떤 방법과 도구를 사용할 것인지 직접 판단하는 경험을 했다. 이 과정에서 탐구 목적과 방법에 맞는 도구가 사용되어야 함을 이해했고 도구의 종류, 도구의 측정 범위도 고려해야 할 요소라는 것을 이해할 수 있었다(An□□). 더불어 협의체 논의 과정에서 수행한 실험 절차와 방법을 바탕으로 수집된 데이터의 정확도와 정밀도를 분석하여 고려하지 못한 변인들이나 오차가 생기게 된 원인들을 파악했다. 이를 다시 실험계획에 반영하여 재실험을 하면서 재현성을 가지는 데이터를 얻기 위한 방법을 이해하게 되었다(Kim△△, Kim○○). 특히 Kim○○교사의 경우 데이터 수집 방법으로써 관찰과 측정에 대한 인식의 변화도 언급했다. 이러한 교사들의 변화는 의미 있는 탐구 활동의 맥락 속에서 탐구를 직접 경험하는 것이 탐구에 관한 이해를 발전시킨다는²⁵ 연구 결과와 맥락을 같이 한다.

마지막으로 일부 교사들의 경우 탐구수업에 대한 인식의 변화도 나타냈다. 실제 탐구를 실천하면서 얻은 여러가지 경험이 교과서와 교사용 지도서에 제시된 탐구활동 이외에 학교 환경과 학급 학생들에게 의미 있는 활동들을 제공해 줄 수 있는 기반이 되었다고 밝혔다(Kim○○, An□□).

교사들이 교육대학교 재학 과정이나 교사 재교육 과정에서 경험했던 탐구들은 대부분 동료교사로만 집단을 이루어 수행한 것이 대부분이었다. 반면 교사들이 수행한 탐구는 지도교수와 협의하면서 개별로 진행되었다는 점에서 교사들은 본인들이 수행한 실행연구 방식을 과학 교사 전문성 향상 프로그램으로 적용한다면 동료 교사, 과학 전문가 등으로 구성된 학습공동체를 조직하여 운영할 필요가 있다고 이야기했다(Kim△△, Kim○○, An□□). 면담 대상자들이 수행한 실행연구의 경우 하나의 주제를 한 명이 연구해 나가는 방식으로 진행하면서 교사들은 탐구 내용 및 결과에 대한 점검 기회가 부족했다고 지적하고 있다. 따라서 주변 동료 및 전문가와 공동체를 구성하여 논의하고 점검하는 기회를 가지는 것이 학습에 더 효과적일 것이라고 이야기했다. 학습은 개인의 머릿속이 아니라 특정 맥락 속에서 공동체와의 상호작용에 의해 일어나는 과정이라는 관점에서²⁶ 주변 동료들과 논의하고 점검하는 활동은 자연스러운 학습을 유도하게 된다.