The Effect of STS Modules Reflected Ansan's Local Characteristics for Chemistry I

안산 지역 특성이 반영된 STS 모듈의 효과: 화학 I 단원을 중심으로

Abstract

The purpose of this study was to investigate the effect of STS modules reflecting Ansan's geological characteristics in Chemistry I on high school students' science related attitudes and preference for STS lessons. The subjects were 10th grade students from K High School in Ansan and comprised 71 students in the experiment group and 78 students in the control group from 2 classes each. Pretest-posttest control group design was employed for the purpose of research. Four STS modules with lesson plans and teaching materials with themes of water, air, and energy, all of which are closely related to high school Chemistry I were developed and applied to the experiment group. The science related attitudes and preference for STS lessons were then examined in pre- and post-tests. The science related attitudes of the experiment group were significantly high in three out of five domains compared to the control group who was taught traditionally. The preference for STS lessons of the experiment group were highly positive in all five areas and were particularly high in the area of 'relation to society'. Such results imply that in order to make effective high school Chemistry I curriculum units related to STS, emphasized by both the 7th National Curriculum and the Revised 7th National Curriculum, it is necessary to use episodes reflecting local characteristics in which students show greater interest and active participation.

이 연구에서는 안산시의 지리적 특성을 반영한 고등학교 화학 I 단원의 STS 모듈을 개발하여 교과 수업에 적용한 후, 과학에 관련된 태도에 미치는 영향 및 STS 수업에 대한 선호도를 분석하였다. 연구 대상은 경기도 안산시에 소재한 K고등학교 2학년 2개 반 71명을 실험 집단으로, 2개 반 78명을 통제 집단으로 하였으며, 연구는 동일 집단 사전 사후설계 방식으로 진행되었다. 안산 지역 특성을 반영한 STS 모듈은 고등학교 화학 I 단원과 관련하여 물 공기 에너지를 주제로 4차시를 개발하여 적용하였으며, 수업 전 후 과학에 관한 태도와 STS 수업에 대한 선호도를 조사 분석하였다. 과학에 관한 태도 검사에서 STS 모듈을 적용한 실험 집단이 교과서 중심의 수업을 한 통제 집단에 비해 통계적으로 유의미한 향상 효과가 나타났으며, STS 수업에 대한 선호도 조사 결과에서도 학생들은 STS 프로그램에 대해 매우 긍정적이었으며, 사회와의 관련성 영역에서 보다 큰 선호도를 나타내었다. 이러한 연구 결과는 과학 기술 사회의 상호관련성에 관한 과학 수업의 효율적인 적용을 위해서는 학생들이 보다 주체적으로 참여할 수 있는 지역적 특성을 반영한 STS 모듈을 개발하여 적용할 필요가 있음을 시사한다.

서 론

현대 사회를 사는 사람들은 누구나 자연, 과학 기술, 사회의 세 가지 환경에 처해 있으며 자연 체계에 대한 개인적 이해와 그에 대한 지식을 과학 기술 및 그들의 일상적인 경험의 세계, 즉 사회와 통합해야 하는 상황에 놓여 있다.1,2 이러한 상황에서는 과학 지식만이 아니라 과학 기술에 대한 지식, 그리고 과학 및 과학 기술과 사회의 관계에 관한 지식을 지녀야 한다. STS 교육의 학습 지도 과정은 그 자체가 사회적 특성을 지니므로 학생들은 그런 과정을 숙달하고 그에 따라 과학을 학습함으로서 미래의 과학·기술·사회를 살아가는데 원만히 대처할 수 있는 능력을 가질 수 있게 된다.3 현대 사회에서 일어나는 과학 및 기술과 관련된 문제들은 대부분 문화적사회적 가치관과 집단 이익이 개재되어 있어서 학문적 접근법만으로는 해결되지 않고, 반드시 의사 결정 과정을 통해 해결된다. 이런 문제들에서 보다 지적이고 합리적이며 책임감 있는 의사 결정을 하기 위해서는 과학 기술의 속성과 과학 기술이 개인·사회·국가 등과 그 환경에 미치는 영향에 관한 충분한 이해가 필수 조건이며, 그것을 이해하는 데에는 전통적 과학 교육보다는 STS 교육이 더 효과적이다.4,5,6 제7차 교육과정의 화학I은 자연 현상과 물질에 관한 탐구활동을 통하여 화학의 기본 개념을 이해하게 하고, 민주시민으로서 갖추어야 할 화학적 소양을 기르기 위한 과목으로 과학·기술·사회의 상호관련성을 강조하고 있으며,7 이는 2007 개정 교육과정에서도 여전히 강조된 것이다. STS교육이 실질적 성과를 거두기 위해 가장 시급한 현실적 선행 과제는 학교 현장에 적용할 수 있는 STS 교수-학습 자료들을 개발하는 것이다. 교육과정을 수업에 구현시키는 교사들의 STS 교육에 대한 인식조사에서도 교사들은 교육과정에서 과학·기술·사회의 상호관련성을 강조하는 화학I의 성격을 이해하고 STS 교육의 필요성을 인식하고 있음에도 불구하고8 적절하고 효율적인 교수 학습 자료가 없어 어려움을 겪고 있는 것으로 나타났다.9 Yager10는 진정한 STS 교육의 한 출발은 지역적으로 다양한 과학·기술·사회에 관련된 문제에서 비롯된 탐구 주제를 학생 스스로 발견하면서 시작된다고 하였다. 또한 과학기술과 관련된 사회적 문제가 이슈가 된 상황에서 학생들이 토론과 사회적 상호작용을 통하여 합의에 이르는 과정을 경험하는 것은 사회과학적 문제의 해결에 필요한 합리적 의사결정 능력을 배양하는데 매우 중요하다.11,12 그러나 현재 한국에서 고유하게 개발된 STS 모듈들은 많지 않으므로 학년과 학교급 별로 지역의 특수성을 고려한 다양한 STS 자료의 개발이 필요하다.13,14

이 연구에서 STS 모듈 개발 시 수업 절차는 Iowa Chautauqua Program의 수업 모형에 따랐다. 이는 미국 아이오와주에서 미국과학재단(NSF)과 미국과학교사협회(NSTA)의 지원으로 1983년에 개발한 STS 교육프로그램이다.10

안산은 화학과 관련된 지역 사회 문제를 많이 추출할 수 있다는 특성이 있다. 안산은 시화호의 오염과 다시 깨끗해지는 과정을 통해 시화호 문제가 이슈화되었으며, 개발과 보존의 조화를 위한 노력이 여전히 진행 중이다. 뿐만 아니라 반월시화공단이 위치해 대표적 공해도시로 인식되었으나, 오염을 줄이려는 정부 기관 및 시민환경 단체 등의 노력으로 오염의 많은 문제가 개선되었으며, 2010년 12월 완공 예정인 세계 최대 조력 발전소가 시화방조제에 건설 중이고, 풍력 발전소와 안산 인근 영흥도에 화력 발전소가 위치해 있어 수도권에 전력을 공급하고 있는 등의 고등학교 화학I 교과에 적용할 수 있는 STS소재가 매우 다양하다. STS 관련 학습 경험은 학습 전략의 차원에서 동기 유발, 선행조직자, 갈등의 제공, 인지구조의 정착 등 다양한 목적으로 활용될 수 있을 것이고,15 학생들에게 친숙한 과제의 제공은 그 지역의 문제이고 자신과 관련된 문제이기도 하므로 학생들은 더욱 관심을 가지고 적극적으로 참여할 것으로 기대된다.

이 연구에서는 안산의 지역적 특성을 반영한 7차 교육과정 고등학교 화학Ⅰ 단원과 관련한 STS 모듈을 개발·적용하여 고등학교 학생들의 과학에 관련된 태도와 STS 선호도에 대한 영향을 알아보고자 하였다. 이에 대한 구체적인 연구 문제는 다음과 같다.

· 개발된 STS 모듈을 적용한 수업이 학생들의 과학에 관련된 태도에 미치는 영향은 어떠한가?

· 개발된 STS 모듈을 적용한 수업에 대한 학생들의 선호도는 어떠한가?

 

연구 내용 및 방법

연구 대상 및 설계

경기도 안산시 소재 K고등학교 2학년 4개 반 149명의 학생을 2개 반씩 나누어 통제 집단 78명과 실험 집단 71명으로 구성하였으며 연구 설계는 동일 집단 사전-사후 검사 설계로서 Fig. 1과 같다.

안산은 비평준화 지역으로 연구 대상인 K고등학교 학생들은 전국연합학력평가에서 과학탐구 학업성취도가 평균 3.7등급으로 중·상위권 수준의 성취도를 보였다. 또한 실험 처치 전에 시행된 과학에 관련된 태도 검사 결과, 백분위로 평균 70.8점의 점수를 나타내어 전반적으로 과학에 대한 태도는 긍정적이었다.

실험 처치 전 두 집단의 동질성 여부를 확인하기 위해 과학에 관련된 태도의 사전 검사를 실시하였으며, 실험 집단은 개발된 STS 모듈을 적용한 수업 처치가 이루어졌고, 통제 집단은 교과서 중심의 수업을 실시하였다. 수업 처치 후 과학에 관련된 태도의 사후 검사를 실시하였고, 이어서 STS 수업에 대한 반응을 조사하였다.

Fig. 1.Research design.

연구 절차

이 연구에서는 우선 안산 지역의 특성을 반영한 4차시분의 STS 모듈을 개발하여 연구 설계에 따라 적용하고, 과학에 관련된 태도에 관한 사전 사후 검사와 실험 집단에 대한 사후 STS 선호도 검사를 통하여 화학Ⅰ 단원에서 STS 수업의 효과를 분석하였다.

STS 모듈의 개발: Yager16는 STS 교육의 특징적 요소로 사회적 문제와 이슈에 초점을 맞추기, 의사 결정 전략을 연습시키기, 직업을 의식하게 하기, 지역과 공동체에 적합하게 하기, 실제 문제에 대한 협동 연구에 초점을 맞추기, 정보를 얻고 사용하는 능력에 바탕을 둔 평가하기 등의 여덟 가지를 들었다. 안산 지역의 특성을 반영한 STS모듈의 개발에 있어서도 이들 8가지 요소를 기준으로 하여 안산의 지역적인 특징과 쟁점을 살려 학생들의 관심을 유발하고, 화학I의 학습이 함께 이뤄지도록 하는데 초점을 두었다. 개발할 모듈의 주제 선정을 위해 안산에서 쟁점화 되어 있는 과학-기술 관련 사회 문제들을 탐색하였으며, 이들이 화학I의 물·공기·대체에너지에 대한 주제와 관련이 깊다고 판단하였다. 선정된 주제에 대한 모듈 개발을 위해 신문 기사, 잡지, 서적, 인터넷 등을 통해 많은 자료를 수집하였으며, 관련 기관의 홈페이지로부터도 자료를 수집하였다. 수집된 자료는 학습 내용과의 관계 분석을 통해 자료를 선정하고, 선정된 학습 자료를 분류하여 학습의 상황에 맞게 구성하였다. 일차적으로 완성된 모듈은 과학 교육 전문가와 과학 교사 6명의 검토를 통해 안산 지역 특성을 반영한 STS 모듈로서 적합한지, 7차 화학I 교육과정의 목표를 잘 반영하였는지에 대한 타당성을 평가받았으며, 적절성과 타당성에 대한 평가 결과를 반영하여 모듈의 수정·보완이 이루어졌다. 개발된 모듈과 차시별 화학I 교육과정과의 관련성은 Table 1에 나타내었으며, 개발한 자료의 일부를 부록으로 제시하였다.

STS 모듈의 수업은 Iowa Chautauqua Program의 기본 수업 모형 절차에 따라 진행하였다. 즉, 문제로의 초대 탐색 설명과 해결 방안 제시 실행의 4단계를 따른다. 개발된 STS 모듈의 각 차시별 주제와 활동 내용, STS 구성요소 및 학생 활동은 Table 2에 나타낸 바와 같으며, 화학I 수업에 적용할 수 있는 활동지의 형태로 구성하였다.

Table 1.STS Modules and its relation to Chemistry I in National Curriculum

Table 2.The structural components of developed STS Modules

검사 도구

과학에 관련된 태도 검사 도구: 과학에 관련된 태도 검사지의 각 문항은 Fraser가 개발한 TOSRA(Test of Science-Related Attitudes)를 기초로 김부연17의 연구에서 사용한 50문항으로 된 검사지를 사용하였다. 과학에 관련된 태도의 영역은 Munby18의 과학 관련 태도의 분류, Klopfer의 과학 목표 분류를 참고로 하여 Table 3과 같이 과학에 대한 태도, 과학의 사회적 의미, 과학 교과에 대한 태도, 과학적 태도, 과학 관련 직업에 대한 태도로 세분화하여 사용하였고 과학 교육 전문가에게 안면타당도를 검증 받았으며, 이 검사도구의 Cronbach α 지수는 0.861이었다.

Table 3.The categories and subcategories of the Science-related Attitude Test

STS 수업 선호도 검사 도구: STS 수업 처치 후 학생들의 선호도를 알아보기 위하여 사용한 설문지는 김부연17이 개발·수정한 STS에 대한 반응 조사 문항을 토대로 과학 교육 전문가의 검토와 수정을 거쳐 전체 13문항을 제작하여 사용하였다. 설문 문항은 과학에 대한 관심, 수업에 대한 만족도, 내용 이해, 생활 적용, 사회와의 관련성으로 구성된 Table 4와 같은 5단계 Likert 척도 설문으로, 마지막 문항은 STS 수업에 대해 느낀 점을 서술하도록 하였으며 이 검사도구의 Cronbach α 지수는 0.823이었다.

과학에 관련된 태도 검사의 각 설문 문항은 매우 그렇다의 긍정 단계에서 전혀 아니다의 부정 단계에 이르는 다섯 단계의 리커트 척도로 구성되어있다. 긍정과 부정의 문항이 혼합되어 있으며, 문항의 배점은 긍정의 문항에서는 매우 그렇다 5점, 그렇다 4점, 보통이다 3점, 아니다 2점, 전혀 아니다 1점으로 하였으며, 부정의 문항에서는 반대로 배점하였으며 SPSS 통계프로그램을 이용하여 분석하였다.

Table 4.Items of Preference Test for STS Lessons

연구의 제한점

이 연구의 제한점은 연구 대상이 안산시에 위치한 한 고등학교 네 개 반을 표집한 것으로 이 결과를 일반화하는데 제한이 있다.

 

연구 결과 및 논의

STS 모듈에 의한 수업이 과학에 관련된 태도에 미치는 효과

개발된 STS 모듈을 적용한 수업이 과학에 관련된 태도에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 실험 집단과 통제 집단으로 나누어 사전 검사를 통해 두 집단 간 동질성을 확인하고 실험 집단은 개발된 모듈을 적용한 수업을, 통제 집단은 교과서 중심의 수업을 처치한 후 사후 검사를 실시하였다. 과학에 관련된 태도의 사전·사후 검사 평균의 차이에 유의성을 알아보기 위해 t-검증을 통해 분석한 결과는 Table 5와 같다.

Table 5.*p < 0.05

Table 6.*p < 0.05

Table 5에서와 같이 사전 검사에서 통제 집단은 176.9점, 실험 집단은 177.1점으로 0.2점 차이는 있었으나, 통계적으로 유의미한 차이는 보이지 않았다(p>0.05). 따라서 조사 대상 학생들은 동일 집단으로 간주하였다. 반면 사후검사에서는 실험 집단이 통제 집단보다 평균이 7.1점 높게 나타났으며 이를 t-검증한 결과 유의미한 차이를 보였다(p<0.05). 이와 같은 결과는 개발된 STS 모듈을 적용한 수업이 학생들의 과학에 관련된 태도를 긍정적으로 변화시킨 것으로 판단할 수 있다.

과학에 관련된 태도 검사 설문지는 과학에 대한 태도, 과학의 사회적 의미, 과학교과에 대한 태도, 과학적 태도, 과학 관련 직업에 대한 태도의 다섯 가지 범주로 나눌 수 있으며 하위 범주별 분석 결과는 Table 6과 같다.

과학에 관련된 태도의 범주별 분석 결과 과학에 대한 태도, 과학의 사회적 의미, 과학 교과에 대한 태도, 과학적 태도, 과학 관련 직업에 대한 태도 다섯 가지 영역 중 과학에 대한 태도, 과학 교과에 대한 태도, 과학 관련 직업에 대한 태도의 3개 영역에서 집단 간에 유의미한 차이가 나타났다(p<0.05).

이 연구의 STS 수업에서는 지역 사회에 관련된 사회적 문제나 그에 관한 신문기사, 라디오 프로그램, 관련 사진 등의 자료가 소재로 사용되고, 학습 방법으로 토의나 자료 읽기, 자료 검색과 같은 방법이 사용되면서 과학적 태도보다는 과학에 대한 태도나 과학 교과에 대한 태도, 과학 관련 직업에 대한 태도를 향상시키는데 더 의미 있는 수업이 되었던 것으로 생각된다. 다음은 긍정적인 반응을 보인 학생과의 면담 내용이다.

과학의 사회적 의미는 실험 집단의 사전·사후 검사 결과 0.8점 높아졌으나 통계적인 의미는 없었다. 이것은 STS 수업에 대한 반응 조사에서, 다섯 가지 영역 중 사회와의 관련성 영역에서 86.7%로 매우 긍정적인 반응이 나온 것과 대조된다. 이는 과학의 사회적 의미에 대한 인식이 타 하위영역에 비하여 이미 높은 수준(76%)에 있었으며, STS 수업에 대한 인식은 수업내용의 특성에 따라 직접적으로 영향을 받지만 과학에 관련된 태도는 내면화 과정에 보다 긴 시간이 요구되기 때문으로 판단된다.

STS 수업에 대한 학생들의 선호도 조사 결과

STS 수업 처치 후, STS 수업에 대한 학생들의 반응을 알아보기 위하여 과학에 대한 관심, 수업에 대한 만족도, 내용 이해, 생활 적용, 사회와의 관련성에 대한 내용으로 13문항으로 구성된 STS 수업 선호도 검사를 실시하였다. 결과는 Table 7에 나타낸 바와 같으며 ( )안의 점수는 원점수를 나타낸 것이다.

설문 결과, 과학에 대한 관심(79.3%), 내용 이해(79.0%), 수업에 대한 만족도(80.0%), 생활 적용(79.0%), 사회와의 관련성(86.7%)의 모든 영역에서 긍정적인 반응을 보였고, 특히 사회와의 관련성 영역이 매우 높은 선호도를 나타냈다. 이는 수업에 지역 사회의 특성을 반영해서 개발한 모듈을 적용함으로서 사회와의 관련성을 매우 높게 평가한 것으로 생각되며, 학생들이 살고 있는 지역의 생활 주변 소재를 사용해 흥미와 관심도를 증가시키고, 지역의 문제에 관심을 갖고 참여하는 수업의 과정이, 경직된 교과서 중심의 강의식 수업보다도 STS 수업에 대해 보다 긍정적인 반응을 나타낸 것으로 생각된다.

STS 수업 선호도 검사에서 마지막 문항은 수업에 대한 자신의 생각을 자유롭게 서술하도록 하였는데 실험반 71명 중 49명의 학생들이 응답하였으며, ‘실험이 재미있었다’, ‘여러가지 활동이 있어 좋았다’ 등의 단순 서술도 있었지만 대부분의 학생들이 안산 지역의 소재라 더 관심이 생겼고, 실생활 속 이야기와 함께 화학을 공부해서 좋았다는 내용의 긍정적인 서술을 하고 있었으며 몇 가지 예를 제시하면 다음과 같다.

Table 7.Original scores in the parentheses.

 

결론 및 제언

과학과 기술의 발달로 인해 빠르게 변화하는 현대 사회를 성공적으로 살아가기 위해서는 과학과 기술에 관련된 사회 문제에 대해 능동적으로 가치판단하고 의사결정 할 수 있는 자질이 필요하다. 따라서 과학 교육은 과학 지식만이 아니라 일상생활의 문제를 창의적이고 합리적으로 해결할 수 있는 과학적 소양 능력을 함양할 수 있도록 해야 한다. STS는 이러한 변화 속에서 대두된 과학 교육 운동이며, 그러한 맥락에서 STS 교육의 중요성은 7차 과학 교육과정 뿐만 아니라 2007개정 과학교육과정에서도 여전히 강조되고 있는 부분이다.

이 연구에서는 과학 교육의 이러한 방향에 따라 안산지역 특성을 반영한 화학I 단원의 STS 모듈을 개발하여 교과 수업에 적용한 후 학생들의 과학에 관련된 태도와 STS 수업에 대한 학생들의 반응에 미치는 영향을 알아보았다. 연구 결과, 교과서 중심의 수업을 한 통제 집단에 비해 실험 집단이 과학에 관련된 태도에서 보다 긍정적으로 변화를 보였으며, 과학에 관련된 태도 5개 하위 범주 중에서 특히 과학에 대한 태도, 과학 교과에 대한 태도, 과학 관련 직업에 대한 태도에서 유의미한 변화를 보였다. 또한 STS 수업에 대한 반응 조사에서도 전반적으로 긍정적인 반응을 보였는데, 특히 사회와의 관련성 영역은 높은 선호도를 보였다. 이와 같은 결과는, 새롭게 개발하여 활용한 STS 모듈 화학 수업이 학생들이 살고 있는 지역의 특성을 반영한 친숙한 소재 중심으로 진행됨으로써, 학생들의 흥미와 관심도를 증가시켜 학생들의 동기 유발에 보다 효과적이었으며, 교사 중심의 강의식 수업에 비해 학생들이 실험이나 자료검색, 토의 등의 학습 과정을 통해 지역문제에 관심을 갖고 보다 주체적으로 수업에 참여하였기 때문으로 판단된다.

이상의 연구 결과를 바탕으로 STS 교육을 효과적으로 수업에 적용하기 위하여 몇 가지 제언을 하면 다음과 같다.

첫째, 앞으로 학습자의 상황에 맞는 다양한 형태의 STS 자료가 개발되어 수업에 활용될 수 있기를 바라며, 질 높은 자료의 개발을 위해서는 R&D 과정을 통하여 지속적으로 자료를 보완할 필요가 있다.

둘째, 토의나 실험과 같은 다양한 학생 활동 중심으로 이루어진 STS 교육을 실시하기에 시간이 부족하였다. 따라서 STS 교육의 효율적인 운영을 위해서 블록타임제와 같은 탄력적 수업시간의 운영이 필요하다.