중학교 과학 ‘광합성’ 단원에서 거꾸로 수업의 효과¹⁾

[그림 Ⅱ-1]과 같이 이질 집단 사전․사후 검사 설계를 하여, 2017학년 11월 초순부터 12월 초순까지 G광역시 소재의 중학교 1학년 4개 학급 총 102명의 학생을 대상으로 연구를 수행하였다. 2017학년에 이 학교의 1학년 과정에서 자유학년제를 실시하고 있었다.

그림 Ⅱ-1. 연구 설계

Download Original Figure

‘광합성’ 단원의 총 12차시에 대하여 <표 Ⅱ-1>과 같은 교수·학습 내용과 활동으로 거꾸로 수업을 적용하였다.

본 연구에서는 박상준(2015)이 우리나라 교실 수업에 적합하게 개발한 거꾸로 교실 모형을 중학교에 맞게 수정·보완하여 적용하였다. 수업 절차는 [그림 Ⅱ-2]와 같다. 실험집단은 아침 자율학습 시간을 이용해 디딤 영상을 보고 공책에 요약정리를 하고 질문을 만든다. 본 수업 시간에는 디딤 수업 내용을 상기시키고 학습 목표를 안내한 후, 카드 게임, 비주얼 싱킹, 지식 시장, 탐구·실험, 창의적으로 표현하기 등 경쟁과 협력을 통해 학습하는 활동을 한다. 활동 후 모둠별 토의 또는 학생이 제작한 퀴즈를 통해 학습을 점검하고 다음 디딤 수업에 대한 안내 후 수업을 마친다. 비교집단은 교사 중심 설명식 수업을 한다.

그림 Ⅱ-2. 수업 절차

Download Original Figure

거꾸로 수업이 과학 학업성취도에 미치는 영향을 알아보기 위하여 수업 전과 후에 동일한 학업성취도 검사를 실시하였다. 학업성취도 검사지 초안에 대하여 생물교육 전공 교수, 과학 교사, 교육대학원생 등 7명이 함께 검토하였고, 이를 토대로 검사지의 내용과 형태, 채점 기준의 내용을 수정하고 보완하였다. 학업성취도 검사는 ‘광합성’ 단원 내용을 토대로 단답형 문항 14개(28점)와 선다형 문항 10개(48점), 총 24문항(76점 만점)으로 구성하였다.

사전 검사와 사후 검사의 결과에 대해서 SPSS 22 프로그램을 이용하여 통계 분석하였고, 사후 검사의 차이는 사전 검사를 공변량으로 하여 공분산분석을 하였다.

과학학습동기 검사지로 PALS(Patterns of Adaptive Learning Survey, 이하 PALS)를 사용하였다. PALS는 Ames와 Archer 등이 주장한 목적이론을 기본으로 만든 검사도구로 Anderman & Young(1994)이 제작한 동기 검사도구이며, 이중 과학 영역 버전을 이용하였다. 본 연구에서는 서진나(2010)가 수정·보완한 검사지를 사용하였다. PALS는 총 33문항으로 이루어져 있고, 하위 요소는 과학에 대한 자아효능감, 피상적 전략, 심층적 전략, 자아개념 능력, 가치, 기대, 능력 중심 목표 지향, 학습 중심 목표 지향이다. 문항 형식은 5단계 리커트 척도로, 응답 결과에서 ‘매우 그렇다’는 5점, ‘그렇다’는 4점, ‘보통이다’는 3점, ‘아니다’는 2점, ‘매우 아니다’는 1점으로 하였고, 부정 문항의 경우는 역으로 점수를 부여하였다.

학업성취도 검사의 경우와 마찬가지로, 과학학습동기 검사의 경우에도 사전 검사와 사후 검사의 결과에 대해서 SPSS 22 프로그램을 이용하여 통계 분석하였고, 사후 검사의 차이는 사전 검사를 공변량으로 하여 공분산분석을 하였다.

거꾸로 수업에 대한 학생들의 인식을 알아보기 위하여 수업 후에 설문 조사를 실시하였다. 거꾸로 수업에 대한 흥미도, 참여도, 디딤 영상의 도움 정도, 학습 내용 이해도, 앞으로 거꾸로 수업에 대한 참여 희망, 활동 선호도, 거꾸로 수업의 좋았던 점 및 개선점 등 총 8개 항목에 대해 10문항으로 구성된 설문지를 제작하였다. 학습 내용 이해도 항목의 경우 거꾸로 수업이 잘 이해된 이유와 그렇지 않은 이유에 대해 응답하게 하였다. 리커트 척도로 물어본 문항에 대해서는 평균과 표준편차를 구했고, 서술형 응답에 대해서는 응답 내용을 분류하여 정리하였다.

면담은 거꾸로 수업에 참여한 학생들 중에서 12명을 대상으로 사후 검사가 끝난 후 학생 개인별로 약 20분씩 실시하였다. 면담 항목은 설문 항목과 유사하게 설정하여 반구조화 면담 방식을 적용함으로써, 학생들로부터 더 상세한 의견을 얻고자 하였다. 면담 결과를 분석하기 위해 면담 내용을 녹음하여 전사한 후, 면담 항목별로 학생의 응답 내용을 분류하여 정리하였다.

비교집단과 실험집단의 사전·사후 검사 결과를 살펴보면, 비교집단의 경우 사전 검사의 평균은 3.16이었고 사후 검사의 평균은 3.10이었다. 실험집단의 경우 사전 검사의 평균은 3.19이고 사후 검사의 평균은 3.25였다. 사후 검사에서 실험집단의 점수가 비교집단의 점수보다 높게 나타났다(<표 Ⅲ-3> 참조).

집단에 따른 과학학습동기검사 점수를 비교하기 위해 공분산분석한 결과, F 값이 5.588, 유의확률이 .020으로 .05 수준에서 유의한 차이가 나타났다(<표 Ⅲ-4> 참조). 이를 통해 거꾸로 수업에서 과학학습동기가 향상됨을 알 수 있다.

이러한 결과는 초등학교 과학, 수학, 사회과에서 거꾸로 수업을 적용하여 학습동기의 향상이 나타난 결과(김재환, 2017; 이승직, 2016; 이희숙, 강신천, 김창석, 2015; 정진아, 배진호, 소금현, 2015)와 같다.

초등학교 6학년 대상으로 ‘빛’과 ‘생태계와 환경’ 단원에 거꾸로 수업을 적용했을 때 학생들의 과학 태도 향상에 효과적이었으며, 특히, 호기심, 협동성, 자진성, 끈기성 요소에서 유의미한 차이가 나타났다(이병희, 이형철, 2016). 중학교 가정과에서 거꾸로 수업을 적용한 연구(조희수, 장윤옥, 2016)에서도 거꾸로 수업을 적용한 집단이 강의식 수업을 한 집단보다 수업참여도가 유의하게 높아졌다. 초등학교 수학과에 거꾸로 수업을 적용하여 수학에 대한 태도의 향상을 보였고, 상위 수준의 학습자들에 비해 하위 수준의 학습자들의 태도가 더 많이 향상되었다(정민, 김현진, 2016). 거꾸로 수업을 중학교 영어과에 적용하여 흥미도, 목적의식, 성취동기 같은 정의적 영역에서 향상을 보였고(김민경, 신창원. 2016), 초등학교 4학년 실과 단원에 거꾸로 수업을 적용한 연구(홍기칠, 김주이, 2017)에서도 자기주도적학습력의 하위요인인 행동영역의 유의미한 향상이 나타났다.

이와 같이 여러 연구에서 거꾸로 수업을 통해 학습자의 태도, 동기와 같은 정의적 영역에서 긍정적인 영향이 나타났다. 거꾸로 수업에서는 수업 시간에 교사의 지식 전달 과정 대신에 다양한 활동을 하게 되는데, 이는 학생들에게 새로운 수업 경험이 되어 호기심과 관심을 불러 일으켜서 수업에 적극적으로 참여하게 하고, 그 결과 학생들의 학습동기를 높인 것으로 생각된다.

집단에 따라 과학학습동기검사의 요소별 점수를 비교하기 위해 공분산분석한 결과는 <표 Ⅲ-5>와 같다.

공분산분석 결과 8가지 하위영역 중 ‘과학에 대한 피상적 전략’과 ‘과학에 대한 심층적 전략’에서 유의확률 .05 수준에서 유의미한 결과가 나타났다. 피상적 전략의 경우 F 값이 5.069로 유의확률 .05 수준에서 유의하였다. 심층적 전략의 경우 F 값이 5.856으로 유의확률 .05 수준에서 유의하였다.

학습 과정에 관심을 두는 학생들은 새로운 지식을 기존의 지식과 관련지으려는 능동적이고 심층적인 학습전략을 사용하며, 석차를 중요시 하는 학생들은 최소한의 노력으로 좋은 성과를 거두기 위해 단순한 지식을 암기하는 기계적이고 피상적인 학습전략을 사용하는 경향이 있다(Meece & Jones, 1996). 연구 결과에서 자신의 능력을 과신하고 겉으로 드러나는 결과에 집착하는 피상적 전략과 학습 자체를 목적으로 두는 심층적 전략 모두 증가하였음을 볼 수 있다. 두 전략은 과학 학습에 대한 전혀 다른 접근이기는 하지만 양립할 수 없는 것은 아니다.

거꾸로 수업에서 다양한 활동을 하면서 모둠 간 경쟁이 필요하기도 하고, 모둠 내 협력이 필요하기도 하였다. 학생들이 수업에 흥미가 생기고 과학을 잘하고 싶어 하면서 타 모둠과의 비교를 통해 자신의 능력을 증명하거나 인정받으려는 경향이 강해지게 되어서 피상적 전략이 증가한 것으로 생각된다. 한편 적극적으로 학습에 참여하여 개인적으로는 과학을 좋아하게 되고 즐거움을 느끼게 되면서 배우는 것 자체에 가치를 두고 자신의 발전에 초점을 두는 학습 자체가 목적이 되는 경향도 강해져서 심층적 전략 또한 증가된 것으로 생각된다.

거꾸로 수업이 이전에 했던 과학 수업보다 흥미로웠는지에 대한 응답 결과를 살펴보면 50명 중 21명(42.0%)이 ‘매우 흥미 있었다’, 19명(38.0%)이 ‘약간 흥미 있었다’고 응답하였다. 학생들과의 면담에서도 수업 시간에 다양한 활동을 해서 흥미가 있었다고 다음과 같이 답했다.

이러한 결과는 중학교 사회과 거꾸로 수업으로 인해 사회 과목에 대한 흥미와 동기가 유발되었다는 응답이 59.8%였고(박인옥, 2018), 중학교 영어과에서 협동학습 기반의 거꾸로 수업을 적용한 경우 학생들의 만족도가 높게 나타난 것(서예은, 성귀복, 2015)과도 일관된다.

거꾸로 수업에 적극적으로 참여하였는지에 대한 응답 결과를 살펴보면, 27명(54.0%)이 ‘매우 적극적으로 참여하였다’, 13명(26.0%)이 ‘약간 적극적으로 참여하였다’고 응답하였다. 이는 거꾸로 수업을 적용한 가정과 수업에서 학생들의 수업 참여도가 유의하게 높아진 결과(조희수, 장윤옥, 2016)와 일관된다. 학생 대상 면담에서도 다음과 같이 긍정적인 응답을 하였다.

면담 결과, 학생이 중심이 되는 수업 환경에서 학생들이 수업을 끌어가는 주체로 인식하게 되어 적극적인 참여를 이끌어낸 것으로 생각된다.

거꾸로 수업을 하기 전 디딤 영상이 수업에 도움이 되었는지 정도에 대한 응답 결과를 살펴보면 19명(38.0%)이 ‘매우 도움이 되었다’, 20명(40.0%)이 ‘약간 도움이 되었다’라고 응답하였는데, 4명(8.0%)은 디딤 영상이 수업에 별로 도움이 되지 않는다고 응답하였다. 다음은 디딤 영상의 도움 정도에 대한 학생들과의 면담 내용이다.

면담 결과, 학생들은 미리 디딤 수업을 통해 학습하며 이해가 잘 안된 부분을 미리 체크하고 질문거리를 만들어 오는 등 스스로 점검하였으며, 이를 통해 본 수업 시간의 활동의 이해도를 높인 것으로 보인다.

거꾸로 수업에서 했던 여러 가지 활동을 통해 학습 내용이 잘 이해되었는지에 대한 응답 결과를 살펴보면, 33명(66.0%)이 ‘잘 이해되었다’라고 응답하였으며 어떤 점에서 잘 이해되었는지 묻는 추가 질문에서 30명(44.1%)이 ‘다양한 활동을 하면서 재미있게 공부했기 때문’이라고 응답하였다. 17명(25.0%)은 ‘수업 전에 디딤 영상을 통해 미리 내용을 알고 왔기 때문’이라고 응답하였으며, 11명(16.2%)은 ‘선생님이 아닌 우리가 수업을 주도적으로 이끌어 나갈 수 있기 때문’이라고 응답하였다.

‘잘 이해되지 않았다’라고 대답한 학생은 없었으나 잘 이해되지 않은 이유를 묻는 추가 질문에 4명(66.7%)이 ‘디딤 영상 내용에 집중하지 않아서 활동에 참여하기 어려웠기 때문에’라고 응답하였다. 이는 거꾸로 수업의 특성상 미리 제공되는 디딤 영상을 보고 오지 않을 경우 아이들이 수업활동의 참여에 어려움을 느낀다는 선행 연구의 결과(김영배, 2015; 박인옥, 2018)와 일치한다. 또 ‘활동이 흥미롭지 않아서 활동에 잘 참여하지 않았기 때문에’와 ‘선생님이 학습 내용을 직접 가르쳐 주지 않았기 때문’에 각각 1명이 응답하였다.

다음은 거꾸로 수업의 학습 내용 이해도에 대한 학생들과의 면담 내용이다.

면담 결과, 학생들은 수업 시간에 진행되는 여러 활동들을 통해 사전에 디딤 수업을 통해 학습해 온 내용을 점검하고 자신이 모르는 부분에 대해서 깨닫는 등 자연스럽게 학습 내용에 대한 이해도가 높아지는 것을 알 수 있다.

앞으로 거꾸로 수업에 참여 의사를 묻는 질문에 38명(76.0%)이 ‘참여하고 싶다’. 5명(10.0%)이 ‘참여하고 싶지 않다’, 7명(14.0%)이 ‘모르겠다’라고 응답하였다. 대부분의 학생들이 거꾸로 수업의 참여에 긍정적인 응답을 하였는데, 수업 전에 미리 디딤 영상을 보아서 수업 내용이 잘 이해되었다는 의견, 수업 시간의 다양한 활동에 대한 긍정적인 의견 등이 있었다. 한편 부정적인 의견으로는 수업 전에 디딤 영상을 보는 것보다 수업 시간에 수업하는 것이 집중이 더 잘 된다는 의견도 있었다.

면담에 참여한 학생 모두 앞으로 거꾸로 수업에 참여하고 싶다고 응답하였다. 다음은 앞으로 거꾸로 수업에 참여하고 싶은 이유에 대한 학생들의 면담 내용이다.

면담 결과, 거꾸로 수업이 흥미도, 이해도, 학업에 도움 정도 등 다양한 면에서 학생들의 참여 희망에 대한 긍정적인 인식을 심어준 것으로 보인다.

거꾸로 수업의 활동에서 가장 즐거웠던 활동과 그 이유를 묻는 질문에 ‘과자로 잎의 구조 표현하기’ 38명(30.9%)으로 가장 선호도가 높았으며 ‘실험’이 23명(18.7%)으로 두 번째로 높은 선호도를 보였다. 이어서 ‘지식 시장’과 ‘명문대 입학하기’가 각각 17명(13.8%), ‘카드 게임’이 13명(10.6%), ‘비주얼 싱킹’ 8명(6.5%), ‘4컷 만화 그리기’ 7명(5.7%)으로 선호도를 보였다. 선택한 이유에 대한 응답과 면담 결과를 살펴보면 다음과 같다.

‘과자로 잎의 구조 표현하기’ 활동에서는 모둠별로 여러 종류의 과자를 이용해 전지에 잎의 단면을 나타내고 각 부분에 대한 설명을 적은 뒤에, 완성된 작품을 전시하였다. 학생들은 다음과 같은 이유로 이 활동을 즐거워하였다.

‘실험’을 선택한 이유에 대해서는 ‘영상을 보고 실험 내용이 재미있었는데 직접해보니까 더 좋았기 때문에’, ‘교과서로 배우면 실험도 하지 않고 넘어 가는 실험이 많았을텐데 직접 참여해서 흥미로웠고 재미있었다’, ‘과학 내용을 실험을 통해 눈으로 직접 볼 수 있어서 좋았다’라는 의견이 있었다.

‘지식 시장’ 활동은 광합성 단원을 마무리하는 단계에 적용하였는데, 모둠별로 학습 주제를 정한 뒤에 그 내용을 전지에 정리해서 교실 벽에 부착하고, 모둠원들 중에서 일부 학생들은 지식을 판매하고, 다른 학생들은 다른 모둠의 지식을 사러갔다. 이 활동을 즐거워한 이유로는 ‘시장형식으로 지금까지 배운 내용을 정리하는 것이 즐거웠음’, ‘설명을 해줄 때 친구들이 듣는 모습을 보면 뿌듯했다’, ‘내가 직접 수업하는 것 같아서 좋았다’, ‘친구들에게 설명해준 후 받는 화폐가 좋았다’라는 의견이 있었다.

‘명문대 입학하기’ 활동에서 학생들은 학습 내용에 대한 면접을 보는데, 면접을 준비하는 과정에서 모둠별로 공부하고 모둠원들이 빨리 통과할 수 있도록 협력하였다. 이 활동을 즐거워한 이유로는 ‘엄청난 지식을 외워서 좋았다’, ‘내가 배운 것을 토대로 선생님께 인정받고 또 내가 다른 사람의 면접을 보는 면접관이 되어서 내가 아는 지식을 다른 친구들에게 알려주어 좋았다’, ‘애들이랑 공부하면서 답을 맞혔을 때 보람을 느꼈기 때문’, ‘시험을 본다는 자체가 부담이 되고 힘들었지만 많은 것을 알게 되었다’라는 의견이 있었다.

‘카드 게임’ 활동에서는 원 카드 게임 방식을 활용하여 문제에 대한 답을 말하고 내려놓거나, 카드를 모두 뒤집은 후 한 장씩 뽑아 정답을 말하고 가장 많은 카드를 가진 학생이 이기는 등 경쟁을 통해 학습하였다. 이 활동을 즐거워한 이유로는 ‘게임을 통해 하나 하나 정답을 맞춰나가는 활동이라 승부욕이 자극돼서 재미있었다’, ‘잘 이해하지 못했던 내용을 재밌는 카드게임으로 공부하면서 하니 즐거운 학습이었다’, ‘게임으로 하니 내용을 이해하기가 더 쉬웠다’라는 의견이 있었다.

‘비주얼 싱킹’ 활동에서는 뿌리라는 큰 범주 안에 뿌리의 종류, 뿌리의 구조, 뿌리의 기능, 뿌리의 물 흡수 원리 등 하위 범주의 내용을 글, 도형, 기호, 색상 등을 활용하여 시각적으로 표현하였다. 이 활동을 즐거워한 이유로는 다음과 같은 응답이 있었다.

‘4컷 만화 그리기’ 활동에서는 증산 작용에 대해 내용을 쉽게 설명할 수 있는 4컷 만화를 모둠별로 구상하고 표현하였다. 이 활동을 즐거워한 이유로 ‘4컷 만화를 그리기 위해서는 정보가 있어야 해서 공부를 많이 했다’라는 의견이 있었다.

거꾸로 수업의 좋았던 점에 대한 응답을 살펴보면, 다양한 활동을 해서 재미있었고, 학습 내용을 잘 이해할 수 있었으며, 학습자 중심으로 수업을 하는 방식에 대해 긍정적이었고, 활동에 대해 보상을 받는 것도 좋아하였다. 다음은 거꾸로 수업의 좋았던 점에 대한 면담 내용이다.

면담 결과, 학생들은 거꾸로 수업의 좋았던 점으로 수업 이해도 증가, 다양한 활동에 대한 흥미, 학생이 중심이 되는 수업 환경, 모든 학생들의 적극적인 수업참여 등을 꼽았다. 거꾸로 수업이 학생들의 흥미와 호기심을 자극하고, 적극적인 참여를 이끌고, 학습에 대한 이해도를 높이므로 학생들이 거꾸로 수업에 대해 긍정적으로 인식함을 알 수 있었다.

거꾸로 수업의 개선점에 대한 응답을 살펴보면, 다양한 활동을 더 많이 했으면 좋겠다는 의견도 있었고, 디딤 영상에 대한 부정적인 의견이 있었다. 면담 결과에서도 다음과 같이 학생들이 디딤 영상을 시청하는 것에 대한 부담감을 언급하였다.

디딤 수업을 통한 예습이 플립러닝의 성패를 좌우하는 가장 중요한 요소(김영배, 2015; 박인옥, 2018)인데, 수업 전에 디딤 영상을 미리 보는 것이 수업 내용에 대한 이해를 높여서 수업에 더 적극적으로 참여하게 할 수도 있지만, 예습의 의무를 가지게 되어 부담감을 갖게 된 것으로 보인다.

그 외 ‘경쟁 수업을 좀 줄였으면 좋겠다. 열심히 했는데 어떤 몇 명만 상품을 받으면 나머지 애들이 기분이 나쁠 수 있기 때문이다’ 등 경쟁 수업에 대한 부담감이 있었다.