학생 참여형 과학 수업을 통한 고등학생의 과학긍정경험 변화와 인식 분석

본 연구는 광역시 소재의 남녀공학 공립 고등학교에서 실시되었으며, 연구 참여자는 연구자의 수업을 수강한 고등학교 1학년 7개 학급의 학생 157명이다. 이 중 특수교육대상자 9명, 전출·전입 학생, 사전 또는 사후 설문에 미응답한 19명을 제외한 129명의 응답 자료를 분석에 활용하였다.

학생 참여형 과학 수업 개발은 적용할 성취기준의 선정에서 시작되며, 이를 바탕으로 수업 주제를 결정하고 주요 수업 목표와 학생 참여형 수업 방식을 구체화한다. 이후 수업의 전개 흐름과 평가 기준을 마련하여 수업을 설계한다. 전체 설계 과정은 [그림 1]에 제시되어 있다.

그림 1. 학생 참여형 과학 수업 설계 과정

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다. 세부 수업 흐름도 작성

주제별 수업에서는 개발한 수업 방법이 반영되도록 세부 수업 흐름도를 작성하였다. 앞 단계에서는 학생 참여 수업 유형에 따라 아이디어를 바탕으로 수업 방법과 내용을 선정했다면, 이 단계에서는 각 주제별로 차시, 주제, 학생 활동, 학생 산출물, 수업 준비물 등의 요소를 포함하여 구체화하였다. 본 연구에서는 총 4가지 수업 주제로 14차시 분량의 수업을 4개월 동안 운영할 수 있도록 설계하였다. [그림 2]는 본 연구에서 활용된 주제 3과 주제 4의 수업 흐름도 예시이다. 이와 같은 학생 참여형 수업 설계 전 과정은 교수학습 전문가인 수석교사 2인의 피드백을 받아 수정·보완하여 완성하였다.

그림 2. 세부 수업 흐름도 작성 예시

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본 연구의 절차는 [그림 3]과 같다.

그림 3. 연구 절차

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첫째, 학생 참여형 과학 수업 설계 및 설문 문항 구성 단계에서는, 수업을 통해 학생들의 과학긍정경험 변화와 인식을 알아보고자 과학긍정경험과 수업 인식에 관한 설문 문항을 구성하였다.

둘째, 수업 전 단계로서, 학기 초(3월)에 학생들의 과학긍정경험 수준을 파악하기 위한 사전 설문을 실시하였다.

셋째, 한 학기 동안 총 4가지 주제에 걸쳐 14차시의 학생 참여형 과학 수업을 운영하였다.

넷째, 수업 효과 분석을 위해 학기 말(7월)에 동일한 문항으로 사후 설문을 실시하였으며, 학생들에게는 수업에 대한 자신의 태도, 긍정적 요소와 개선점, 기억에 남는 수업과 그 이유를 자유롭게 서술하도록 하였다.

다섯째, 수집된 과학긍정경험의 사전·사후 설문 결과와 수업 인식에 대한 응답을 바탕으로, 학생 참여형 과학 수업이 고등학생의 과학긍정경험 변화와 인식에 미친 영향을 분석하였다.

본 연구에서는 학생 참여형 과학 수업이 고등학생의 과학긍정경험에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 과학 학습 정서, 과학 관련 자아개념, 과학 학습 동기, 과학 관련 진로 포부, 과학 관련 태도의 다섯 하위 영역을 중심으로 대응표본 t-검정과 반복측정 분산분석(Repeated Measures ANOVA)을 실시하였다. 전체적인 과학긍정경험 변화는 <표 6>에, 반복측정 분산분석 결과는 <표 7>에 제시하였으며, 하위 영역별 평균 점수 변화는 <그림 4>에 시각화하였다.

그림 4. 과학긍정경험 하위 영역별 사전 및 사후 평균

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수업 이후, 모든 하위 영역에서 과학긍정경험 평균값이 유의미하게 증가하였다. 특히 과학 관련 태도(0.447)와 자아개념(0.347)에서 가장 큰 향상이 나타났으며, 그 뒤를 이어 학습 정서(0.303), 진로 포부(0.284), 학습 동기(0.253) 순으로 상승하였다. 반복측정 분산분석 결과, 모든 하위 영역에서 시간 요인에 따른 점수 변화가 통계적으로 유의미하였다(F값 모두 p < .001).

하위 영역별 세부 결과는 다음과 같다.

첫째, 정서적 특성을 반영하는 과학 학습 정서 영역의 평균 점수는 수업 전 3.098점에서 수업 후 3.401점으로 증가하였다(<표 6>). 대응표본 t-검정 결과 평균 차이는 통계적으로 유의미하였으며(t = -7.507, p = .000), 반복측정 분산분석 결과 역시 시간에 따른 변화가 유의하였다(F = 85.53, p < .001; <표 7>). 이는 학생들이 수업 후 과학을 보다 즐겁고 만족스럽게 학습하게 되었음을 의미한다.

둘째, 자기 효능감과 관련된 과학 관련 자아개념 영역은 수업 전 2.379점에서 수업 후 2.726점으로 상승하였다(<표 6>). 대응표본 t-검정(t = -6.864, p = .000)과 반복측정 분산분석(F = 75.84, p < .001) 모두 유의미한 변화가 나타났으며, 수업을 통해 학생들은 과학 문제 해결에 대한 자신감을 높인 것으로 해석된다.

셋째, 과제를 수행하려는 의지와 실생활 관련성 인식을 포함한 과학 학습 동기 영역은 수업 전 2.971점에서 수업 후 3.224점으로 증가하였다(<표 6>). t-검정(t = -7.465, p = .000)과 분산분석(F = 69.64, p < .001) 모두 통계적으로 유의하였다. 다만, 세부 문항 분석 결과, 수업 시간 내 참여와 집중은 높았으나 수업 외 자발적 학습 동기는 상대적으로 낮게 나타나, 자율적 학습을 유도하는 추가 전략의 필요성이 제기된다.

넷째, 이공계 진로에 대한 동기와 의지를 다루는 과학 관련 진로 포부 영역은 3.048점에서 3.332점으로 증가하였다(<표 6>). t-검정(t = -7.394, p = .000)과 분산분석(F = 131.55, p < .001) 결과 모두 유의미하였다. 수업을 통해 과학 진로에 대한 흥미와 가치 인식이 향상되었으나, 수업 내 진로 관련 정보 제공이 다소 부족했던 점에서 변화 폭은 제한적이었다.

다섯째, 과학의 가치와 역할에 대한 인식을 반영하는 과학 관련 태도 영역은 수업 전 2.806점에서 수업 후 3.283점으로 가장 큰 상승폭을 보였다(<표 6>). t-검정(t = -9.789, p = .000)과 분산분석(F = 127.04, p < .001) 모두 통계적으로 유의하였다. 특히 ‘과학은 학교 졸업 이후에도 쓸모가 있다’는 문항에서 가장 큰 점수 상승이 나타나, 학생들이 과학을 실생활과 연계된 유의미한 지식으로 인식하게 되었음을 보여준다.

본 연구는 학생 참여형 과학 수업이 고등학생의 과학긍정경험에 미치는 영향을 분석하고, 수업에 대한 학생들의 인식을 탐색하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 고등학교 1학년 129명을 대상으로 통합과학 성취기준에 기반한 14차시 분량의 학생 참여형 과학 수업을 설계·운영하였으며, 수업 전후의 과학긍정경험 변화를 측정하고 학생들의 수업 경험에 대한 인식을 분석하였다.

연구문제 1에 대한 분석 결과, 학생 참여형 과학 수업 이후 과학긍정경험의 모든 하위 영역(과학 학습 정서, 자아개념, 학습 동기, 진로 포부, 과학 관련 태도)에서 평균값이 통계적으로 유의미하게 증가하였다. 특히 과학 관련 태도와 자아개념에서의 향상이 두드러졌으며, 학습 정서, 진로 포부, 학습 동기 순으로 유의미한 변화가 나타났다. 반복측정 분산분석 결과에서도 시간 요인에 따른 점수 변화가 모든 영역에서 유의하였다.

연구문제 2에 대한 분석 결과, 학생들은 수업에 대해 전반적으로 긍정적인 인식을 보였다. 리커트 척도 자기평가에서는 교사의 적극적 지원, 수업 시간의 효율적 운영, 명확한 설명, 학생 참여 기회의 보장이 높은 평가를 받았다. 자유 서술형 응답에서는 ‘지루함 해소’, ‘재미와 흥미’, ‘자발적 참여’, ‘이해하기 쉬움’ 등의 긍정 요소가 도출되었으며, 이는 과학 학습 정서 및 동기와의 연관성을 보여준다.

또한 학생들이 가장 기억에 남는 수업 활동으로는 문제 해결 중심 체험 활동(예: 충격 흡수 장치 제작), 협력과 창의성을 발휘하는 활동(예: 신소재 홈쇼핑 촬영), 과학 개념을 실제에 적용하는 탐구 활동(예: 자유낙하 실험 등)이 주로 언급되었다. 이는 과학 개념의 실제 적용, 협력적 문제 해결 경험이 과학긍정경험을 증진시키는 데 효과적임을 시사한다.

이상의 결과를 종합하면, 학생 참여형 과학 수업은 고등학생의 과학에 대한 긍정적 정의적 특성—흥미, 자기효능감, 학습 동기, 진로 포부 등—을 향상시키는 데 효과적인 교수·학습 방법임을 실증적으로 확인할 수 있었다.

본 연구는 다음과 같은 시사점을 제공한다.

첫째, 학생 참여형 과학 수업은 단일 교수 전략이 아닌 탐구, 협력, 실험, 제작 등 다양한 참여 활동을 통합적으로 구성할 때 과학긍정경험을 실질적으로 향상시킬 수 있다. 이는 과학 교육에서 학생 주도적 탐구, 협력적 문제 해결, 체험 중심 학습의 중요성을 뒷받침한다.

둘째, 수업 방식의 효과는 수업 자체의 구조뿐 아니라 주제의 흥미도와 활동의 체험적 특성과도 밀접하게 관련된다. 특히 실생활과 연계된 문제 해결 활동은 학습자의 몰입과 과학 긍정 경험을 촉진하는 데 중요한 요소로 작용하였다. 이에 따라 수업 설계 시 주제 선정과 활동 구성의 전략적 고려가 필요하다.

셋째, 학생 참여형 수업에서도 교사의 적극적 지원, 명확한 설명, 체계적 수업 운영은 학생 인식에 중요한 긍정적 영향을 미친다. 즉, 학생 주도형 수업이라고 하더라도 교사의 안내와 조정은 필수적 요소임이 확인되었다.

넷째, 학생들은 협력과 창의성을 발휘한 활동, 실험·탐구 중심 활동을 긍정적으로 인식하였다. 이는 과학 수업이 단순한 개념 전달을 넘어, 문제 해결과 실제 적용 중심으로 설계될 때 정의적 특성의 향상이 더욱 두드러짐을 시사한다.

본 연구는 학생 참여형 과학 수업이 고등학생의 과학긍정경험에 미치는 영향을 실증적으로 분석하였다는 점에서 의의를 갖는다. 그러나 다음과 같은 몇 가지 제한점을 지닌다.

첫째, 본 연구는 단일 학교, 단일 학년의 학생을 대상으로 수행되었기 때문에 연구 결과의 일반화에 한계가 있다. 다양한 지역, 학교 유형, 학년을 포함한 후속 연구를 통해 외적 타당성을 강화할 필요가 있다.

둘째, 연구 설계가 단일 집단 사전–사후(pre-post) 방식으로 진행되어 통제집단이 존재하지 않았으므로, 외생 변수의 영향을 완전히 통제하기 어렵다. 향후 연구에서는 통제집단을 포함한 준실험설계를 적용하여 보다 엄밀한 효과 검증이 요구된다.

셋째, 학생 참여형 수업에서 활용된 탐구, 협력, 제작 등의 다양한 활동 요소가 과학긍정경험에 미친 상대적 영향력을 구체적으로 비교·분석하는 데 한계가 있었다. 각 활동 유형이 정의적 특성에 미치는 차별적 효과를 규명하기 위해 보다 정교한 분석이 필요하다.

넷째, 자유 서술형 응답 분석은 해석자의 주관이 개입될 수 있는 여지가 있다. 이에 따라 향후 연구에서는 내용 분석이나 주제 분석과 같은 체계적이고 신뢰도 높은 질적 분석 방법을 병행할 필요가 있다.

이러한 제한점을 바탕으로 향후 연구에서는 다음과 같은 방향이 고려될 수 있다.

첫째, 중학교와 고등학교 등 다양한 학교급을 대상으로, 물리, 화학, 생명과학, 지구과학 등 여러 과학 교과 내에서 학생 참여형 수업의 효과를 비교하는 연구가 필요하다.

둘째, 실험집단과 통제집단을 포함한 준실험설계를 적용하여, 학생 참여형 수업의 교육적 효과를 보다 명확히 검증할 수 있는 연구가 요구된다.

셋째, 탐구 중심, 협력 중심, 제작 중심 등 수업 내 활동 유형에 따라 과학긍정경험의 하위 요소(예: 학습 정서, 자아개념, 동기 등)에 미치는 영향을 구분하여 분석하는 후속 연구가 필요하다.

넷째, 학생 참여형 수업 과정에서 형성되는 흥미, 몰입, 자기효능감 등의 정의적 특성을 심층적으로 이해하기 위해 인터뷰나 포커스 그룹 인터뷰 등 질적 접근을 병행하는 연구가 요구된다.