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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10056839&local_id=10086417
스마트 기기를 활용한 과학 교수학습 전략의 개발 및 적용: 개념 적응형 개별 학습과 협력적 개념 학습 및 집단 지성 생성을 중심으로
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number 2014S1A5A2A01014274
Year(selected) 2014 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2017년 10월 27일
Year type 결과보고
Year(final report) 2017년
Research Summary
  • Korean
  • 스마트 교육이 현장에 보급되면서 실제 학교 수업에서 스마트 교육을 효과적으로 실행하기 위한 구체적인 교수학습 전략을 마련하는 것이 시급하다고 할 수 있다. 이에 이 연구에서는 스마트 교육을 효과적으로 실행하기 위한 교수학습 전략을 개발하였다. 또한 개발한 전략을 적용하여 효과를 조사하였고 이러한 결과를 바탕으로 교수자용 안내 자료도 개발하였다. 먼저, 스마트 기기를 활용한 과학 교사의 교수 실행과 스마트 교육의 적용 방안에 대한 과학교사의 의견을 조사한 결과, 교사들은 필요할 때 즉시적 상호작용 요소를 활용하였으나 상호작용의 수준은 낮았으며, 협력적 상호작용 요소를 활용하는 경우는 적어서 스마트기기가 상호작용 지원을 위해 효과적으로 활용되고 있지 않았다. 교사들은 스마트 기기의 자기주도 학습 지원요소에 대해 인식하지 못하였고, 향후 스마트 교육이 학생들의 협력적 상호작용과 자기주도 학습을 돕는 방향으로 발전할 필요가 있다는 의견을 제시하였다. 스마트 기기를 활용한 개념 적응적 개별화 학습의 효과를 조사한 결과 개념 검사, 처치 집단의 개념 파지 검사, 학습 동기 검사, 과학 수업에 대한 즐거움의 검사 점수가 통제 집단에 비하여 유의미하게 높았다. 스마트 기기를 활용한 소집단 학습의 효과를 조사한 결과, 학업 성취도 검사 점수에서 사전 화학 성취도와의 상호작용 효과가 유의미하게 나타났으며 학습 동기, 과학 수업에 대한 태도에서 처치 집단의 교정 평균이 통제 집단에 비하여 유의미하게 높았다. 스마트 기기를 활용한 소집단 과학 학습에서 학생의 언어적 상호작용을 분석한 결과, 과제 관련 진술의 빈도가 높았는데, 특히 정보 설명, 정보 질문, 기준 반성의 빈도가 높았다. 스마트 기기를 활용한 과학관련 사회쟁점(SSI) 토론 수업에서 학생들은 각자의 지식과 관심을 반영하여 자기주도적으로 자료를 수집하였다. 온라인보다 오프라인에서의 공유가 활발하게 일어났으며 스마트 기기보다는 종이에 자료를 정리하였다. 교실 토론에서는 구체적 근거에 기반한 주장과 반박이 활발하게 이루어졌으며, 온라인 토론에서는 교실 토론에서 소극적이었던 학생들의 토론 참여가 높아지는 것으로 나타났다. 또한, 소집단 토론과 전체 학급 토론을 비교하면 전체 학급 토론에서는 주장과 근거에 대한 의문 제기와 반박이 활발하게 이루어졌고, 새로운 근거와 자료가 다양하게 제시되었다. 반면, 소집단 토론은 편안한 분위기에서 이루어져 상대방의 주장과 근거에 대한 명료화와 추가정보를 요구하는 담화가 많았다.
  • English
  • As smart education is spreading, it is urgent to establish concrete teaching-learning strategies for effective implementation of smart education in school classes. In this study, we developed teaching-learning strategies and investigated the effects of the developed strategies. Based on these results, we also developed a teaching guide for teachers. First, we investigated science teachers' teaching practices using smart devices and their opinion on their application in science education. Science teachers interacted instantly using smart devices, but their interactions were found to be at a low level. They did not effectively use smart devices for the support for interactive learning. They were not aware of ‘support for self-directed learning’ in smart education and believed that smart education should be developed to help students learn interactively and in a self-directed manner. The results of individualized learning adapted to students’ conceptions using smart devices revealed that the scores of a conception test, the retention of the conception test, a learning motivation test, and an enjoyment of science lessons test for the group using smart devices were significantly higher than those for the group not using smart devices. The results of small group learning using smart devices revealed that there was a statistically significant interaction effect by their previous chemistry achievement in the achievement test scores. The adjusted means of the group using smart devices were significantly higher than those of the group not using smart devices in learning motivation and attitude toward science lessons. The analyses of verbal interaction among students in small group science learning using smart devices revealed that the frequencies of verbal interactions were high in task category, especially at information explanation, information question, and reflection on standards subcategories. In socioscientific issues (SSI) debate classes using smart devices, students collected self-directed and in-depth data while reflecting their knowledge and experience. They shared more data offline than online and organized their data by using paper rather than smart devices. They claimed and rebutted based on concrete grounds in classroom debate. The participation of the students who were passive in classroom debate was enhanced in online debate. In the comparison of small group debate and classroom debate, students actively queried and rebutted claims or grounds in classroom debate. Various grounds and data were also presented in classroom debate. On the other hand, the atmospheres of small group debate were relaxed, and they asked the opponents more for clarification of their claims or grounds, and additional information.
Research result report
  • Abstract
  • 스마트 교육이 현장에 보급되면서 실제 학교 수업에서 스마트 교육을 효과적으로 실행하기 위한 구체적인 교수학습 전략을 마련하는 것이 시급하다고 할 수 있다. 이에 이 연구에서는 스마트 교육을 효과적으로 실행하기 위한 교수학습 전략을 개발하였다. 또한 개발한 전략을 적용하여 효과를 조사하였고 이러한 결과를 바탕으로 교수자용 안내 자료도 개발하였다. 먼저, 스마트 기기를 활용한 과학 교사의 교수 실행과 스마트 교육의 적용 방안에 대한 과학교사의 의견을 조사한 결과, 교사들은 필요할 때 즉시적 상호작용 요소를 활용하였으나 상호작용의 수준은 낮았으며, 협력적 상호작용 요소를 활용하는 경우는 적어서 스마트기기가 상호작용 지원을 위해 효과적으로 활용되고 있지 않았다. 교사들은 스마트 기기의 자기주도 학습 지원요소에 대해 인식하지 못하였고, 향후 스마트 교육이 학생들의 협력적 상호작용과 자기주도 학습을 돕는 방향으로 발전할 필요가 있다는 의견을 제시하였다. 스마트 기기를 활용한 개념 적응적 개별화 학습의 효과를 조사한 결과 개념 검사, 처치 집단의 개념 파지 검사, 학습 동기 검사, 과학 수업에 대한 즐거움의 검사 점수가 통제 집단에 비하여 유의미하게 높았다. 스마트 기기를 활용한 소집단 학습의 효과를 조사한 결과, 학업 성취도 검사 점수에서 사전 화학 성취도와의 상호작용 효과가 유의미하게 나타났으며 학습 동기, 과학 수업에 대한 태도에서 처치 집단의 교정 평균이 통제 집단에 비하여 유의미하게 높았다. 스마트 기기를 활용한 소집단 과학 학습에서 학생의 언어적 상호작용을 분석한 결과, 과제 관련 진술의 빈도가 높았는데, 특히 정보 설명, 정보 질문, 기준 반성의 빈도가 높았다. 스마트 기기를 활용한 과학관련 사회쟁점(SSI) 토론 수업에서 학생들은 각자의 지식과 관심을 반영하여 자기주도적으로 자료를 수집하였다. 온라인보다 오프라인에서의 공유가 활발하게 일어났으며 스마트 기기보다는 종이에 자료를 정리하였다. 교실 토론에서는 구체적 근거에 기반한 주장과 반박이 활발하게 이루어졌으며, 온라인 토론에서는 교실 토론에서 소극적이었던 학생들의 토론 참여가 높아지는 것으로 나타났다. 또한, 소집단 토론과 전체 학급 토론을 비교하면 전체 학급 토론에서는 주장과 근거에 대한 의문 제기와 반박이 활발하게 이루어졌고, 새로운 근거와 자료가 다양하게 제시되었다. 반면, 소집단 토론은 편안한 분위기에서 이루어져 상대방의 주장과 근거에 대한 명료화와 추가정보를 요구하는 담화가 많았다.
  • Research result and Utilization method
  • 스마트 기기를 활용한 교수학습 전략을 개발 및 적용하고, 그 결과를 바탕으로 학교 현장에서 스마트 기기를 효과적으로 활용할 수 있는 핵심 요소와 Tip 등을 제공하는 것을 목표로 진행된 이 연구의 결과는 다음과 같이 활용될 수 있다.
    첫째, 과학 수업에서 스마트 기기를 활용한 교수학습의 실제 현황과 교사들의 인식에 대한 구체적인 정보를 제공할 수 있다. 이 연구는 스마트 기기를 활용한 과학 수업의 실제 사례를 분석하고 과학 교사들이 겪는 어려움과 요구, 스마트 기기의 효과적인 적용 방안에 대한 인식을 조사하였다. 따라서 이 연구를 통해 얻게 된 심층적인 정보들은 앞으로 과학 수업 현장에 필요한 스마트 기기를 활용한 다양한 교수학습 전략을 개발하거나 스마트 기기 활용 교육에 대한 교사 연수 내용을 개발하는 데 유용하고 핵심적인 자료로 사용될 수 있다.
    둘째, 중등 과학 수업에서 스마트 기기를 활용한 학습자 중심의 맞춤형 개별화 학습을 구현하는 데 필요한 구체적인 전략을 제공할 수 있다. 이 연구는 학생들의 과학 개념에 적응적인 개별화 학습 전략을 개발하고, 이를 실제 수업에 적용하여 과학 개념 이해도가 향상되는 등의 긍정적인 효과를 얻었다. 따라서 이 연구에서 개발한 교수학습 전략을 과학 교사들이 실제 수업에서 적용한다면 학생들은 자신의 개념에 실시간으로 적응적인 피드백과 개별화 학습 자료를 제공받음으로써 개념 이해도를 향상시키는 데 도움을 받을 수 있다.
    셋째, 과학 수업에서 스마트 기기를 활용한 협력 학습을 통해 자기주도적인 학습을 지원하고 협력적 상호작용을 유발하는 구체적인 전략을 제공할 수 있다. 이 연구는 과학 소집단 학습에 효과적인 요소를 고려하여 스마트 기기를 활용한 소집단 학습 전략을 개발하고, 이를 실제 수업에 적용하여 학습 동기 등이 향상되는 등 긍정적인 효과를 얻었다. 따라서 이 연구에서 개발된 스마트 기기를 활용한 소집단 학습 전략을 실제 수업에 적용한다면 모든 구성원들의 협력적 상호작용을 유발하여 과제 해결에 실질적으로 기여할 수 있는 기회를 제공할 수 있을 것이다.
    넷째, 중등 과학 수업에서 스마트 기기를 활용한 과학관련 사회쟁점(SSI) 토론 수업을 효과적으로 진행하기 위해 구체적인 전략을 제공할 수 있다. 이 연구는 SSI 토론 수업에서 자유롭게 스마트 기기를 활용할 수 있도록 하여 학생들이 수업 단계별로 스마트 기기를 사용하는 방식과 스마트 기기 활용에 대한 학생들의 인식을 분석하였다. 학생들은 스마트 기기를 활용하여 토론에 필요한 내용을 자신의 사전지식이나 이해수준에 따라 검색하여 관련 지식을 충분히 습득하였고, 토론과정에서는 실시간 검색을 바탕으로 구체적인 증거를 들어 자신의 의견을 주장하고 상대 측 의견에 적극적으로 반박하였다. 따라서 이 연구의 결과를 바탕으로 토론에 활용할 수 있는 적절한 앱과 각 단계별로 스마트 기기를 활용할 수 있는 방법을 학생들에게 소개할 수 있다.
    다섯째, 실제 수업 현장에서 스마트 기기의 효과적인 사용을 유도하는 데 도움이 될 것이다. 이 연구에서 개발한 스마트 기기를 활용한 개별화 학습 전략과 협력 학습, 토론 학습 전략을 실제 수업에 적용한 결과, 개념 이해도나 학습 동기, 수업에 대한 태도 등 인지적, 정의적, 동기적 측면에서 긍정적인 효과가 있었다. 스마트 기기 사용의 부정적 영향을 최소화하고, 긍정적 효과를 극대화하기 위해서는 스마트 기기의 사용 자체에 대한 논란보다 효과적인 사용을 유도하는 실천적인 전략이 필요하다. 따라서 이 연구의 결과는 스마트 기기의 도입에 대한 막연한 우려를 해소하고 스마트 기기를 수업에 적극적으로 도입할 수 있는 구체적인 자료가 될 수 있을 것이다.
    마지막으로, 연구의 결과를 현직교사 재교육이나 예비 과학교사 양성교육에 활용함으로써 스마트 기기 활용 교육에 대한 과학교사의 전문성을 향상시킬 수 있다. 많은 과학 교사들이 아직까지 수업에서 스마트 기기를 활용하는 교수학습 전략에 대한 전문적인 지식이 부족하고, 실제 수업 현장에서의 활용 수준도 낮은 실정이다. 따라서 이 연구의 결과를 현직 과학교사를 위한 연수나 예비 과학교사 양성교육 과정에서 활용한다면 과학 학습에서 효과적인 스마트 기기 활용 방안에 대한 과학교사의 이해를 증진시키고, 학습자 중심의 맞춤형 개별화 학습과 협력적 상호작용을 촉진하는 협력 학습 활동, 집단 지성이 효과적으로 이루어지는 SSI 토론 수업을 설계할 수 있는 교사의 역량을 신장시킬 수 있을 것이다.
  • Index terms
  • 스마트 교육, 개별 학습, 적응적 학습, 협력적 개념 학습, 집단 지성, 교수학습 전략
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