예비 초등 교사들의 지구 시스템 내 물 순환에 대한 시스템 사고 수준 분석 document_id A220623200383

이 연구의 목적은 2015 개정 교육과정에서 도입된 ‘물의 여행’ 단원과 관련하여 초등 예비교사들의 ‘물 순환’에 대한 시스템 사고 수준을 분석하고 초등 예비 교사 교육에서의 시사점을 도출하고자 하였다. 이를 위하여 예비 초등교사 22명을 대상으로 국내외 선행 연구에서 활용된 시스템 사고 검사 도구를 연구 도구로 활용하였다. 그리고 시스템 사고 수준은 예비 초등 교사들이 작성한 시스템 사고 검사 도구를 정성적 및 정량적으로 분석한 결과를 바탕으로 결정하였다. 분석 결과, 시스템 사고 수준 측정 루브릭 채점과 정량적 검사지 점수와의 상관이 .592로 유의미한 상관이 나타났으며 이를 토대로 22명 중 12명이 시스템 사고 수준 4, 7명이 수준 3, 3명이 수준 2로 결정되었다. 시스템 사고 수준4의 경우 개념들 사이의 연결이 모두 과학적이고, 다양한 피드백 과정과 동적 과정을 표현하였다. 또한 숨겨진 차원과 시간 지연을 정확하게 나타내었다. 수준 3의 경우 수준 4의 예비 초등 교사들보다 물 순환 과정을 단순하게 표현하는 특징이 있었으나 교과서에 제시된 ‘물 순환’에 대해서는 과학적으로 사고하는 모습을 보였다. 수준 2의 경우에는 ‘물 순환’에 대한 피드백 고리가 부족하였으며 시스템 내에서 나타나는 시간 지연이나 하위 요소의 복잡한 상호작용이 부족하다고 분석되었다. Kali et al., Ben-zvi-Assaraf Orion등에서 시스템 사고는 적절한 교수·학습 자료와 시스템 사고 향상 전략을 활용할 경우 향상되는 능력으로 제시하였다. 따라서 ‘물의 여행’ 단원에 대한 효과적인 교수·학습을 위하여 초등 교사 교육에서도 시스템 사고 향상과 관련된 프로그램을 활용할 필요가 있을 것이다. 이 연구에서는 2015 개정 교육과정의 과학 과목에 도입된 통합 단원 ‘물의 여행’의 핵심 개념인 물 순환에 대하여 예비 초등 교사들이 가지고 있는 시스템 사고 수준을 분석하고 시스템 사고 향상을 위한 초등 교사 교육에서의 시사점을 도출하고자 하였다. 이를 위하여 광역시 소재 교육대학교 4학년 재학생 22명을 대상으로 정량적 정성적 시스템 검사 도구를 활용하여 연구를 수행하였다. 연구 결과를 토대로 다음과 같은 결론과 제언을 도출할 수 있었다. 첫째, 예비 초등교사 22명이 정량적 정성적 시스템 사고 검사 도구에 작성한 내용을 분석하고 Lee et al 에 근거하여 시스템 사고 수준을 분석하였다. 그 결과 22명 중 12명은 ‘수준 4’, 7명은 ‘수준 3’, 3명은 ‘수준 2’로 분석되었다. 정량적 검사 결과 및 루브릭에 의한 채점 결과를 종합하여 수준을 부여하기 때문에 연구자와 초등학교 교사 2인이 각자 분석한 결과를 토대로 협의회를 거쳤으며, 3인의 의견이 대체로 일치한다는 결과를 토대로 예비 초등 교사들의 시스템 사고 수준을 결정할 수 있었다. 예비 초등교사의 시스템 사고 수준 별로 검사지 결과를 비교해보면 ‘수준 4’의 평균은 33.29점, ‘수준 3’의 평균은 30.92점, ‘수준 2’의 평균은 26.67점으로 나타났다. 시스템 사고 수준 판단에 활용한 각 검사지 사이의 상관 분석 결과, 시스템 사고 수준 평가 루브릭에 의한 점수와 STMI 검사지 점수 사이에는 .592로 뚜렷한 상관이 나타났다. 기존의 선행연구에서도 .856, .762의 강한 상관이 나타났는데, 이 연구에서도 루브릭 점수와 STMI 검사지 점수 사이에 상관이 통계적으로 유의미한 뚜렷한 상관이 도출되었으므로 예비 교사들에게 부여한 시스템 사고 수준이 타당하다고 판단된다. 다만, 시스템 사고 분석을 위해 활용된 EST, GMQ, GDN, CTQ 검사지의 경우 GMQ 검사지가 STMI 검사 도구와 .504의 상관이 나타났을 뿐 다른 검사들과의 상관이 높지 않았다. 이러한 결과는 Ben zvi Assaraf Orion에서 EST, GMQ, GDN, CTQ 검사지를 개발할 때 전문가의 내용 타당도 검증에 기초하여 문항이 제작된 후, 추가적인 타당도 검증 연구가 진행되지 않은 점, 그리고 문항 제작 당시와 현재의 학생들의 특성 변화 등의 영향으로 나타난 결과라 해석된다. 둘째, ‘물 순환’에 대하여 예비 초등 교사들의 시스템 사고 수준 별 특성을 정성적으로 분석하였다. 그 결과를 종합하면 대체로 예비 초등 교사들은‘물 순환’에 대한 개념과 개념 사이의 연결을 모두 과학적으로 표현하고 있음을 알 수 있었다. 단, 시스템 사고 수준에 따라 지구계의 하위 요소에서 제시한 개념의 수가 ‘수준 4’에서 가장 많고 ‘수준 2’로 갈수록 적어졌으며, 개념 사이의 연결 수도 같은 경향을 보여주고 있었다. 특히 ‘수준 2’의 학생들은 인간 활동에 의한 ‘물의 오염’과 같은 숨겨진 차원에 대한 개념 제시가 부족하였는데, 이러한 부분은 ‘물의 여행’ 단원에서 ‘물 순환 나타내기’ 이후에 학생들에게 가르칠 ‘물 부족’현상에 대하여 지구 시스템의 다양한 상호작용을 고려한 문제 이해에 어려움을 겪을 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 비선형성과 인과 관계에서도 예비 초등 교사들이 직접 작성한 지구계 내의 순환 과정은 과학적으로 제시하였음을 알 수 있었다. 그러나 개념 제시와 마찬가지로 ‘수준 4’에서 ‘수준 2’로 낮아짐에 따라 연결된 인과 관계의 수가 적어졌으며 하나의 개념에서 2개 이상의 개념으로 연결되는 비선형성을 나타내는 연결 수도 적게 나타났다. 피드백 과정에서는 대부분의 예비 초등 교사들의 경우 ‘바다’로부터 물 순환이 시작되어 다시 ‘바다’로 돌아오는 과정을 표현하였으며 ‘지구계 내의 물의 총량은 일정하다’라는 균형적 피드백 사고를 보여주었다. 그러나 피드백 과정을 세부적으로 살펴보면 ‘수준 4’에 해당하는 예비교사들은 ‘바다’에서 출발한 ‘물 순환’ 과정이 중간 과정에서 생물권, 수권, 인간 활동의 영향 등 다양한 하위 요소와 상호 작용을 거쳐 ‘바다’로 돌아왔으나, ‘수준 3’과 ‘수준 2’로 낮아짐에 따라 중간에 나타나는 다른 하위 요소와의 상호 작용 과정이 적어졌다. 또한 수준이 높을수록 균형적 피드백 사고뿐만 아니라 인간 활동에 의한 물 오염이 미치는 영향, 지구 온난화로 빙하가 녹는 영향에 대한 강화적 피드백 사고 등 다양한 피드백 과정을 고려한다는 것을 알 수 있었다. 또한 지구 시스템 내에서 나타나는 물 순환에 대한 지식의 설명, 상황의 설명에서 시스템 사고 수준이 높아질수록 동적 개념을 많이 활용하여 순환을 설명하였으며 인간 활동의 영향도 구체적으로 제시하는 모습을 보여주었다. 시간 지연 및 숨겨진 차원 파악에서는 모든 수준에서 ‘지하수’, ‘응결’, ‘증발’ 등을 제시하였으나 시스템 사고 수준이 높아짐에 따라 ‘지하수’와 다른 하위 요소와의 상호작용을 많이 표현하였으며 동적인 과정에서도 ‘승화’, ‘증산’, ‘광합성’ 등 다양한 하위 시스템에서 나타나는 순환 과정을 사고하고 있음을 알 수 있었다. 분석 결과로부터 예비 초등 교사들에게 초등 교사교육에서 실시해야 할 교육의 시사점을 제시할 수 있다. Kali et al., Kang et al., Ben zvi Assaraf Orion에서는 학생들이 학습하는 지식이 분절되지 않고, 서로 연결 고리를 가지며 상호 작용을 고려하기 위해서는 이를 가르치는 교사의 역할도 중요하다고 제시하였다. ‘물의 여행’과 같은 통합적인 개념을 다루고 나아가 지구 시스템에서 나타나는 순환을 이해하는 단원에서 학생들에게 지구 시스템의 상호 작용을 종합적으로 바라보는 관점을 길러줄 필요가 있다. 이 때 가르치는 교사가 시스템에 대한 이해가 부족하거나 시스템 사고 수준이 낮을 경우 효과적인 교수･학습이 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 창의 융합 인재 양성 등 2015 개정 교육과정에서 추구하는 목적을 달성하기 위하여 초등 교사교육에서 과학 과목과 관련된 수업이나 워크숍 등을 통해 예비교사들에게 ‘시스템을 전체적으로 바라볼 줄 알고 나아가 시스템의 하위 요소들을 고려하며 하위 요소 간의 상호작용을 이해하는 능력’을 향상시킬 수 있는 교육과 구체적인 방법에 대한 안내도 이루어질 필요가 있다. 이를 위해서는 예비 초등교사 교육에서 지구 시스템과 그 하위 요소를 고려하는 여러 가지 개념에 대하여 상호작용에 대해 이해할 수 있도록 다양한 활동을 활용하는 것이 좋은 예가 될 것이라 판단된다. 또한 학습 내용과 사회적인 문제와의 관련성을 제시하고 나아가 시스템 내 하위 요소에 존재하는 ‘숨겨진 차원이나 시간 지연’에 대한 높은 수준의 시스템 사고를 수행할 수 있는 기회도 제공되어야 한다. 이 연구의 결론을 바탕으로 앞으로의 연구를 위한 제언을 하면 다음과 같다. 첫째, 기존에 개발된 시스템 사고 검사 도구의 지속적인 타당도 검증 연구가 필요하다. 이 연구에서 활용한 Ben zvi Assaraf Orion의 EST, GMQ, GDN, CTQ 검사지의 경우 다른 시스템 사고 검사 도구의 상관이 다소 낮게 나타났다. 이러한 결과가 나타난 요인은 검사지가 개발된 이후 시간이 흘러 나타난 학생들의 특성 변화, 문항 번안 과정에서 나타난 의미 변화 등 다양한 영향이 있을 것으로 판단된다. 따라서 EST, GMQ, GDN, CTQ 검사지의 초안을 바탕으로 지속적인 내용 타당도 검증, 구인 타당도 검증 등의 타당화 연구가 진행될 필요성이 제기된다. 둘째, 예비 초등교사 양성을 위한 교육과정에서 초등학교 과학과 교육과정 내에 포함된 시스템과 시스템의 상호작용을 가르치는 단원에 대하여 ‘시스템 사고’ 를 활용하는 방법에 대한 체계적인 안내가 필요하다. 이 연구의 주제와 관련된 학습 단원인 ‘물의 여행’ 에서는 초등학생들이 지구 시스템 내의 하위 영역에서 나타나는 ‘물 순환’을 통합적으로 사고할 수 있도록 교사가 지도할 필요성이 있다. 이러한 통합적인 사고, 지식 통합 활동 등은 결론에서 언급한 바와 같이 학생들이 시스템 사고를 통해 성공적으로 수행할 수 있다. 따라서 ‘물의 여행’, ‘에너지와 생활’ 등의 통합 단원뿐만 아니라 에너지 순환, 생태계 등 시스템을 다루는 영역에서 예비 초등 교사들이 시스템 사고를 정확히 이해하고 이를 초등학교 교육에서 적용할 수 있도록 돕는 교육 자료나 프로그램이 제공될 필요가 있다. 셋째, 이 연구의 경우 예비 초등교사 22명을 대상으로 시스템 사고 수준 분석이 진행되었다. 정량적 분석 및 정성적 분석까지 수행하기에 22명의 연구 대상이 작은 규모는 아니지만, 통계적으로 유의미한 결과를 얻기 위해서는 최소한 30명 이상의 데이터가 필요할 것으로 판단된다. STMI 검사 도구의 경우 초등학교와 중학생의 결과를 비교하기 위하여 300명 이상의 데이터를 활용하여 유의미한 결과를 도출하였다. 예비 초등 교사들에 대하여 기존의 데이터와의 유의미한 차이점 도출 등 일반화 가능한 통계 분석 연구를 위해서는 200명 이상의 예비 초등 교사들을 대상으로 한 연구가 필요할 것으로 판단된다.