고등학생들과 예비교사들의 지구과학 그래프 해석 능력 및 인식
이진봉1·이기영2,*·박영신3
1경기북과학고등학교, 480-120, 경기도 의정부시 녹양동 305
2강원대학교 과학교육학부, 200-701, 강원도 춘천시 강원대학길 1
3조선대학교 지구과학교육과, 501-759, 광주광역시 동구 서석동 375
Graph Interpretation Ability and Perception of High School Students and Preservice Secondary Teachers in Earth Science
Jinbong Lee1, Ki-Young Lee2,*, and Young-Shin Park3
1Gyeonggibuk Science High School, Gyeonggi 480-120, Korea
2Division of Science Education, Kangwon National University, Kangwon 200-701, Korea
3Department of Earth Science Education, Chosun University, Gwangju 501-759, Korea
Abstract: The purpose of this study was to investigate the graph interpretation ability and perception of high school students and preservice secondary teachers in Earth science. We developed two different instruments; one was a graph interpretation ability inventory that consists of 9 graph types with 18 items, and the other one is two questionnaires to explore the participants' perception about Earth science-related graph. The results of this study are as follows: High school students and preservice secondary teachers demonstrated their remarkable ability in interpreting a line graph, but showed their limited ability with the graph of overlapped and directional change, which means the graph interpretation ability was affected by a graph type; two groups participated in this study revealed a considerable difference in the graph interpretation ability depending on the grade level; preservice teachers were superior to high school students in discriminating two graphs, the representation method, which are different with the same topic; and many participants in both groups considered that the property of Earth science graph was considerably different from that of other science subjects, especially in directional change graph, scatter graph, contour map, and domain graph. The results suggest that the effective graph instruction strategies be developed in Earth science learning.
Keywords: graph interpretation ability, graph type, earth science-related graph, high school student, preservice teacher 요 약: 이 연구의 목적은 고등학생과 예비 교사의 지구과학 그래프 해석 능력과 인식을 알아보는 것이다. 이를 위해 지 구과학 그래프 해석 능력을 알아보기 위한 9개 그래프 유형의 18문항으로 구성된 1개의 검사지를 개발하였으며, 지구과 학 그래프에 대한 인식을 알아보기 위한 2개의 설문지를 각각 개발하였다. 연구 결과는 다음과 같다: 고등학생과 예비교 사들은 선 그래프에 대한 해석 능력은 높은 반면, 중복 그래프와 방향성 변화 그래프에 대한 해석 능력은 낮은 것으로 나타나 그래프 해석 능력이 그래프의 유형의 영향을 받는 것으로 분석되었다; 고등학생과 예비교사 모두 학년에 따른 해석 능력에 차이가 있는 것으로 나타났다; 고등학생에 비해 예비교사가 동일한 주제의 서로 다른 표현 방법의 그래프 차이를 더 잘 인식하는 것으로 나타났다; 다수의 고등학생과 예비교사는 지구과학 그래프가 타 과학 교과와 상당한 차 이가 있다고 인식하고 있었으며, 가장 많은 차이가 있는 그래프 유형은 방향성 변화 그래프, 분산 그래프, 등치선도, 영 역 그래프인 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과를 토대로 효과적인 그래프 지도 방략에 대한 함의를 논의하였다.
주요어: 그래프 해석 능력, 그래프 유형, 지구과학 그래프, 고등학생, 예비 교사
(해 설)
*Corresponding author: [email protected]
*Tel: 82-33-250-6752
*Fax: 82-33-242-9598
서 론
과학은 실제적이고 구체적인 자연 세계를 탐구하고 인식이 가능한 범위 내에서 조직하여 의미 있는 형 태로 조직화하는 행위라고 볼 수 있다. 이러한 조직 화 작업은 과학자 사회와 학생들을 비롯한 일반 대 중들에게 효과적이고 경제적으로 표현되기 위해서 표 나 그래프, 방정식과 같은 시각자료(inscription)를 필 요로 하게 된다. 따라서 시각자료에 대한 이해는 현 상과 실제 세계를 쉽고 제대로 이해하기 위한 통로 가 된다(이진봉과 이기영, 2007; Latour, 1987).
과학적 활동의 이해를 위해 시각자료의 중요성이 점점 증가되고 있는 추세이다. 과학자들의 논증 (argument)에서 보면 물리적 현상이 여러 가지 시각 적 표상들로 변환되어 사용되는데, 문서에 포함되어 자신의 주장을 입증하는 자료로 이용된다. 이 중 그 래프는 그 활용 빈도가 높은 표상 중의 하나이다 (Bowen and Roth, 2002).
그래프는 실제의 다른 측면을 표현하는 기호학적 (semiotic) 대상이고, 과학적 의사소통에서 수사학적 (rhetorical) 기능을 하며, 공동 과학 활동을 중재하는 공유(conscription) 장치로서의 역할을 한다(Roth and McGinn, 1997). 또한 그래프는 이미 공유된 논리적 인 자료의 배열과 시각적으로 우세한 장점으로 인해 수학과 과학은 물론이고 지리학, 경제학, 통계학 등 여러 학문 분야에서 폭넓게 사용되고 있다(박현진, 2000; 성태제, 2001; 정광복, 2005).
그래프는 과학에서 자료를 표현하는 하나의 방식으 로 변수들 사이의 관계를 잘 보여주므로 그래프가 대상으로 삼고 있는 개념이나 현상의 본질을 분석하 는데 도움을 주며, 과학 자료의 분석과 양적인 정보 의 의사소통을 위한 강력한 수단이다(Dori and Sasson, 2008; Harris, 2000). 그래프를 해석한다는 것은 그래 프에 담긴 양적, 질적 정보를 추출해내는 것이다. 그 러므로 학생들이 그래프를 해석하거나 작성할 때 사 용하는 논리적인 추리 과정을 이해하는 것은 과학 교사에게 도움이 된다(Wavering, 1989).
그래프의 유형은 그래프의 모양이나 자료의 표현 방식에 따라 분류된 같은 군(group) 내의 그래프들이 가지고 있는 공통된 형식적 특징을 말한다(Meyers, 1970). 어떤 학생들은 두 그래프에서 그래프 유형이 다르다는 느낌을 갖기는 하지만, 그래프를 구성하는 형식적인 요소들을 분해하고 추출하는 능력이 부족하
므로 그래프 유형의 차이를 제대로 파악하거나 드러 내지는 못한다(Brasell and Rowe, 1993; McKenzie and Padilla, 1986). 또한, 학생들은 그래프의 유형을 그래프의 형식적 요소 측면에서 이해하기보다는 그래 프의 전체적인 형태로만 인식하는 경향이 있다(Roth et al., 1999). 학생들이 배우는 과학 교과서에는 상당 히 많은 그래프가 등장한다. 하지만 제시되는 그래프 들의 대부분이 그래프의 유형과 특징에 대한 별도의 설명이 이루어지지 않기 때문에 학생들은 그래프 해 석에 많은 어려움을 겪게 된다(Leinhardt et al., 1990).
그동안 과학 교육에서 학생들의 그래프 해석 및 작성 능력과 관련된 다양한 선행 연구들이 있었다.
이 중 학생들의 그래프 해석 능력과 논리적 사고력, 과학적 탐구능력과의 관계를 분석한 연구들(김유정, 2006; 김태선과 김범기, 2002; 배덕진, 1999; 최성봉, 2008; Wavering, 1989)이 많았으며, 대부분의 연구들 이 교과-특정적(subject-specific)이기 보다는 교과-일 반적(subject-general)인 성격이 강하였다(김태선과 김 범기, 2005; 최영순, 2005; 오영재와 임청환, 2004).
또한 특정 그래프 유형에 대한 심층적인 몇 연구들 (김태선, 2003; 문충식과 김범기, 1998; Wavering, 1989)이 이루어지긴 하였지만 특정 교과를 대상으로 한 연구들은 상대적으로 많지 않았다. 생물 교과에서 고등학생들을 대상으로 생물 그래프 이해와 작성 능 력을 조사한 연구가 있었으며(임현미, 2008), 화학 교 과에서 그래프 작성 과정에서의 오류를 분석한 연구 가 있었다(문세정, 2009).
지구과학 교과에서는 지구과학 그래프의 유형과 특 징을 분석한 이진봉과 이기영(2007)의 연구가 있었으 나 학생들이 지구과학 그래프를 학습하면서 겪게 되 는 해석상의 어려움에 대한 연구는 아직 이루어지지 못하였다.
지구과학 교과에서 사용되는 그래프는 다른 교과에 비해 그 수가 많을 뿐만 아니라 유형도 다양하다. 다 른 교과에서는 거의 사용되지 않는 YX 그래프, 등치 선도가 지구과학 교과에서는 활용 빈도가 높으며, 분 산 선 그래프와 중복 그래프, 방향성 변화 그래프 또 한 다른 과학 교과에 비해 더 많은 비율을 차지하는 등 전반적으로 선 그래프의 세부 유형도 다양하다(이 진봉과 이기영, 2007). 이는 지구과학이 물리학이나 화학, 생물학에 비해 현상과 지리적인 요소와의 관계 가 중요한 학문이기 때문이다. 실제로 지구과학의 그
래프들은 독립변수로 지리적인 개념이 관련된 위도나 거리를 사용한 그래프의 비율이 높다. 등치선도나 등 치선 그래프는 실시간으로 제공되는 전 지구적인 환 경 변화를 한눈에 보여줄 수 있고, 지구과학적 물리 량의 수평 및 수직 분포를 일목요연하게 보여줄 수 있기 때문에 지구과학 교과에서 그 활용 빈도가 높 다. 하지만 이들 그래프들이 공간적인 해석 능력을 요구하는 특성상 교사나 학생 모두에게 해석하는 데 어려움을 줄 수 있다.
이처럼 지구과학 교과에서 사용되는 그래프의 종류 와 유형이 다른 교과와 많은 차이가 있기 때문에 학 생들이 지구과학 그래프를 해석하는 능력이나 해석상 의 어려움에 대한 교과-특정적 연구가 수행될 필요가 있다.
이러한 필요성에 근거하여 이 연구에서는 고등학생 들과 예비 지구과학 교사들이 지구과학 그래프를 해 석하는 능력이 어느 정도인지, 이것이 그래프 유형과 어떤 관련이 있는지 알아보고자 하였다. 또한, 이 두 집단이 지구과학 그래프에 대해 어떻게 인식하고 있 는지에 대해서도 분석하였다.
연구 방법 및 내용
연구 대상
이 연구는 고등학교 2, 3학년 학생 111명과 사범대 학 재학 중인 지구과학 전공의 예비 교사 93명을 대 상으로 하였다(Table 1).
고등학생의 경우는 지구과학 I을 배우고 있는 고등 학교 2학년 학생 60명과, 지구과학 I을 이수하였고 지구과학 II 과목을 수강하고 있는 고등학교 3학년 학생 51명이다. 2학년 학생들의 경우 경기도 소재 2 개 고등학교 학생 각 30명으로 학교별로 1개 학급씩 을 표집하였으며, 3학년 학생들은 1개 학교에서 2개 학급 학생들을 표집하였다.
그래프 해석 능력 검사지 및 설문지 개발 이 연구에서는 지구과학 그래프 해석 능력을 알아 보기 위한 1개의 검사지와 그래프에 대한 인식을 알 아보기 위한 2개의 설문지를 개발하였다.
• 검사지(18문항): 지구과학 그래프 해석 능력
• 설문지 1(9문항): 동일 주제의 다른 지구과학 그 래프 차이
• 설문지 2(3문항): 지구과학 그래프 유형의 친숙도 지구과학 그래프 해석 능력 검사지
지구과학 I, II 교과서 분석을 통해 지구과학 그래 프를 유형별로 분류하고, 그 중 9개의 대표적인 그래 프 유형에서 각각 2개씩 총 18개의 그래프를 선정하 였다(Table 2). 이 검사지를 구성하는 9개 그래프 유 형은 이진봉과 이기영(2007)의 연구에 의해 도출된 대표적인 지구과학 그래프 유형을 차용한 것이다. 그 래프 해석 능력 검사지에 수록된 그래프들은 지구과 학 I 과목에서 8개, 지구과학 II 과목 10개를 선정하 였다. 각각의 그래프에는 학생들의 그래프 해석 능력 을 알아보기 위한 완성형 문항이 제시되어 있다. 검 사지의 문항을 설계함에 있어 그래프 관련 내용의 사전 지식 없이도 그래프를 해석하여 문제를 풀 수 있도록 최대한 고려하였으며 문항의 형식도 선다형이 나 서술형이 아닌 완성형으로 설계하였다. Fig. 1은 실제 검사지에 사용하였던 2개 문항의 형식을 예로 나타낸 것이다. 선다형으로 만들 경우 여러 개의 보 기를 만드는 과정에서 내용 지식이 개입될 여지가 있으며, 또한, 서술형 문항으로 제작할 경우 지구과 학 II 과목을 배우지 않은 고등학교 2학년 학생들이 검사 문항에 응답하기 어려울 것으로 판단하였다.
검사지에 사용된 그래프는 교과서에서 스캔(scan) 작업을 통해 발췌하였으며, 그래프 상에 검사 문항의 직접적인 힌트가 되는 내용이 그래프에 인쇄되어 있
Table 1. Subjects of this study
High school Students Preservice teachers
A School B School Sum C Univ. D Univ. Sum
2nd 30 30 60 7 17 24
3rd 51 51 10 29 39
4th 13 17 30
Total 81 30 111 30 63 93
는 그래프는 일부 수정 작업을 한 후 수록하였다.
동일 주제의 다른 표현 방법의 지구과학 그래프 차이에 대한 인식 설문지
동일한 주제라 하더라도 교과서에 따라서 축이나 눈금 척도를 설정하는 방식, 개념을 설명하는 그래프 영역 내의 세부 표현 방법 등에 있어서 차이가 있다.
이 설문지에서는 동일한 주제에 대한 서로 다른 출 판사의 지구과학 I, II 교과서에 수록된 그래프에 대
한 학생들의 인식 차이를 비교하였다. Table 3에 제 시된 총 9가지 주제의 그래프에 대하여 학생들에게 어느 그래프가 보다 쉽고 이해하기에 좋은지를 물었 으며, 두 그래프간의 차이를 간단하게 서술형으로 진 술하도록 하였다. 총 9개 중 6-7개의 그래프는 지구 과학 II 과목에서 발췌했는데, 이것이 2학년 학생들 에게는 그래프의 주제가 생소할 수 있기 때문에 그 래프에 관한 ‘내용관련 설명’을 각 그래프 앞에 간단 히 제시하였다.
Fig. 1. Two examples of item consisting graph interpretation ability inventory. (a) Item No. 13 (b) Item No. 15 Table 2. Types and topics of graph in graph interpretation ability inventory
Type of graph No. of Item Topics Subject
Simple line graph 5 Tidal curve II
9 Variation of sunspot number I
Multiple line graph 4 Tropopause according to latitude I
8 Condition of magma formation II
Overlapped graph 11 Surface salinity distribution I
17 Saturation vapor pressure of supercooled waterdroplet and ice crystal I
Scatter graph 10 Frequency of earthquake by volcanic activity I
18 H-R diagram II
Directional change graph 12 Long time change of earth magnetic field II
16 Evolution of protostar II
YX graph 2 Atmospheric stability I, II
13 Seasonal thermocline I
Contour map 1 Distribution of declination in Korea II
15 Travel diagram of tsunami II
Contour graph 6 Warm and cold high pressure II
7 Density change by temperature and salinity change II
Domain graph 3 Condition of diamond and graphite formation II
14 Classification of igneous rock II
*I and II indicate earth science I and II subject, respectively
◇ 수온 약층은 수심에 따라 수온이 급격히 변하는 층을 말한다. 위 그림에서 수온 약층 이 보다 뚜렷한 경우는 A와 B중에서( )이다.
(a)
◇ 일본 서해안에서 발생한 해일(쓰나미)이 속초에 도달하는 시간은 해일 발생 약 ( ) 분 후이다.
(b)
지구과학 그래프 유형의 친숙도에 대한 설문지 이 설문지는 그래프 유형의 친숙도에 대한 내용으 로 구성되어 있다. 먼저, 학생들에게 지구과학 그래 프와 다른 과학 영역 및 수학의 그래프와의 차이에 대한 인식을 알아보기 위한 설문을 제시했으며, 차이 가 있다고 생각하는 경우 어떤 유형의 그래프가 차 이가 있다고 생각하는지 물었다. 또한, 그래프의 유 형 측면에서 가장 쉽고 친숙한 그래프를 물었다.
한편, 학생들에게 지구과학 그래프와 다른 과학 영 역 및 수학의 그래프와의 차이에 대한 인식을 알아 보기 위한 문항을 제시했으며, 차이가 있다고 생각하 는 경우 특히, 어떤 유형의 그래프가 차이가 있다고 생각하는지 물었다. 4번 문항을 제외한 각 문항은 이 전 단계의 18개 문항 중에서, 1순위부터 4순위까지 답하도록 구성하였다.
검사지 및 설문지 내용 타당도 검토
개발된 검사지와 설문지를 지구과학 교사(2명), 과 학 교육 석사 과정(2명) 및 석사(1명)에게 의뢰하여 내용 타당도를 검토하였다. 내용 타당도의 평가는 고 태식(2002)의 연구에서 실시한 리커트 5점 척도(매우
적절함-매우 부적절함) 방법을 이용하였는데, 각 문항 과 이에 대한 평가 목표를 제시하여 이 문항이 이러 한 평가 목표를 달성하는데 적절한지를 물었다. 평균 내용 타당도 평가 점수는 5점 만점에 4.1로 ‘적절한’
것으로 나타났으며, 낮은 점수(5점 만점에 1-2점)로 평가된 문항에 대해서는 수정하거나 삭제하였다1).
연구 결과 및 논의
지구과학 그래프 해석 능력 분석
지구과학 I, 지구과학 II 교과서에 수록된 대표적인 지구과학 그래프에서 유형별로 2개씩 선정하여 그래 프에 관한 해석 문항 18개를 만들어 고등학생과 예 비 지구과학 교사에게 각각 투입하였다. 각 문항은 그래프의 내용 지식보다는 그래프 해석 능력에 초점 을 맞추어 구성하였다. Table 4는 지구과학 그래프 해석 능력 검사지의 각 문항별 정답률을 정리한 것 이다.
전체 평균에서는 예비교사의 정답률이 고등학생에 비해 높았으며, 학년간 차이는 고등학생이 더 큰 것 으로 나타났다. 또한 고등학생과 예비교사 모두 고학 Table 3. Topics and descriptions of graph in questionnaire 1
No. of Item Topics Descriptions Subject
1 Earth’s interior and velocity of seismic wave Independent variable ‘depth’ assign for X-axis Independent variable ‘depth’ assign for Y-axis II
2 Condition of magma formation Independent variable ‘depth’ assign for Y-axis Independent variable ‘depth’ assign for X-axis II
3 Classification of igneous rock Classifying criteria are represented in 3-D domain graph Combine domain graph with classification table II
4 Atmospheric stability Cloud shapes are represented according to height
I, II Air parcel's moving is represented using arrows
5 Temperature distribution of world oceans Contour map without colour Contour map with colour I
6 Surface temp. & density distribution accord- ing to latitude
Compare two line graph separately Compare two line graph overlapped I
7 Kepler’s 3rd law a3: X-axis, p3: Y-axis a3: Y-axis, p3: X-axis II
8 Luminosity curve of Cepheid variable star Luminosity change is represented as curve only
Luminosity change is represented as curve and diagram together II
9 (2.7K) Cosmic background radiation Theoretical value and observation value are expressed in curve Theoretical value is expressed in curve solely II
*I and II indicate earth science I and II subject, respectively
1) 내용 전문가들에게 내용 타당성을 의뢰했던 검사 문항 중, 설문지 1과 2의 문항 중에서 각각 1문제씩 삭제하였다. 삭제된 문항은 설문지1의 4번, 2의 9번 문항이었다.
년이 저학년에 비해 평균이 높게 나타났으나, 18개 문항에서 일관된 경향을 보이진 않았다. 고등학생의 경우는 6개 문항, 예비 교사의 경우는 8개 문항이 저 학년에서 더 높은 점수를 나타내었다.
고등학생과 예비교사 모두 정답률이 가장 높은 문 항은 5번으로 각각 평균 90.7%와 99.1%를 나타내었 으며, 학년간 차이는 거의 없었다. 5번 문항은 ‘조석 곡선’에 관한 것으로 유형은 단순 선 그래프였다. 반 면, 정답률이 가장 낮은 문항은 고등학생은 17번, 예 비 교사는 12번이었다. 12번 문항은 ‘자기장의 영년 변화’에 관한 방향성 변화 그래프였으며, 17번 문항 은 ‘과냉각 물방울과 빙정의 포화 수증기압’에 관한 중복 그래프였다.
한편, 저학년과 고학년간의 정답률 차이가 큰 문항 으로는 8번과 12번 문항을 들 수 있다. 8번 문항은
‘마그마의 생성 조건’에 관한 다중선 그래프였다. 특 히, 예비 교사의 경우는 3, 4학년간 차이에 비해 2, 3학년간 차이가 훨씬 크게 나타났는데 이것은 그래프 를 해석하는데 있어서 그래프에 대한 경험과 익숙함 이 영향을 미친 것으로 판단된다. 3학년의 경우는 전 공 과목을 집중적으로 이수하는 학년이므로 전공 과
목 비율이 높은데 비해, 2학년의 경우는 전공 공부를 시작하는 학년일뿐만 아니라 이수하는 전공 과목의 비율도 상대적으로 낮다. 그러므로 그래프를 해석하 고 작성할 수 있는 기회가 3학년에 비해 적을 수밖 에 없다. 또한 이것은 학생들이 그래프를 해석하는데 어려움을 겪는 이유는 실제 그래프를 해석하고 작성 해보는 등의 접할 기회가 부족하기 때문이라고 한 Roth and McGinn(1997)의 연구 결과와도 맥을 같이 한다.
Table 5는 그래프 유형에 따른 학생들의 해석 능력 의 차이를 알아본 것이다. 정답률이 가장 높은 그래 프 유형은 고등학생과 예비 교사 모두 학년에 관계 없이 단순 선 그래프로 평균 정답률이 모두 90%를 초과하였다. 반면, 정답률이 가장 낮은 그래프 유형 은 고등학생의 경우는 중복 그래프였으며, 예비 교사 의 경우는 방향성 변화 그래프였다. 고등학생은 총 9 개의 그래프 유형 중 7개 유형에서 3학년의 정답률 이 2학년보다 더 높게 나타났다. 학년간 정답률 차이 가 가장 큰 그래프 유형은 등치선도로 차이가 약 22%였으며, 대부분의 그래프 유형에서 10% 이상의 차이를 나타내었다. 반면, 예비 교사는 대부분의 그 Table 4. Correct percentage according to item as the result of graph interpretation ability inventory
Item 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Mean
Subject II I, II II I II II II II I I I II I II II II I II
High school students
2nd 55.0 63.3 86.7 71.7 91.7 81.7 73.3 40.0 95.0 88.3 58.3 30.0 86.7 66.7 75.0 70.0 31.7 48.3 67.4 3rd 80.7 82.0 93.7 60.6 89.7 92.4 91.0 82.9 95.9 89.7 55.6 57.8 94.6 59.3 93.7 65.1 30.4 59.2 76.4 Mean 67.8 72.7 90.2 66.1 90.7 87.0 82.2 61.5 95.5 89.0 57.0 43.9 90.6 63.0 84.4 67.5 31.0 53.8 71.9
Preservice teachers
2nd 91.7 95.8 95.8 75.0 100.0 91.7 87.5 50.0 100.0 100.0 91.7 37.5 95.8 70.8 100.0 66.7 41.7 62.5 80.8 3rd 89.7 84.6 92.3 74.4 97.4 94.9 92.3 84.6 89.7 94.9 97.4 59.0 97.4 71.8 89.7 84.6 66.7 71.8 85.2 4th 83.3 90.0 90.0 66.7 100.0 100.0 80.0 96.7 93.3 93.3 100.0 56.7 96.7 83.3 96.7 83.3 66.7 80.0 86.5 Mean 88.2 90.1 92.7 72.0 99.1 95.5 86.6 77.1 94.4 96.1 96.4 51.0 96.6 75.3 95.5 78.2 58.3 71.4 84.1
*Shaded areas indicate the difference of correct percentage between grades is bigger than 20%
Table 5. Correct percentage according to graph type as the result of graph interpretation ability inventory
Type of graph Simple line graph
Multiple line graph
Over- lapped
graph
Scatter graph
Directional change
graph
YX graph Contour map
Contour graph
Domain graph
No. of item 5 4 11 10 12 2 1 6 3
9 8 17 18 16 13 15 7 14
High school students
2nd 93.3 55.8 45.0 68.3 50.0 75.0 65.0 77.5 76.7
3rd 92.8 71.8 43.0 74.4 61.4 88.3 87.2 91.7 76.5
Preservice teachers
2nd 100.0 62.5 66.7 81.3 52.1 95.8 95.8 89.6 83.3
3rd 93.6 79.5 82.1 83.3 71.8 91.0 89.7 93.6 82.1
4th 96.7 81.7 83.3 86.7 71.7 93.3 90.0 90.0 88.3
*Shaded areas indicate most or least difficult graph type
래프 유형에서 학년에 따른 정답률의 차이가 크지 않았다.
고등학생과 예비 과학 교사들이 해석하는데 가장 어려움을 겼었던 문항은 12번과 17번 문항이었다.
12번 문항에 사용된 그래프는 ‘지구 자기장의 영년 변화’에 관한 그래프다(Fig. 2). 이 그래프는 연도에 해당하는 점들(분산)을 화살표를 통해 방향이 있는 선으로 연결한 ‘방향성 변화 그래프(directional change graph)’이므로 학생들이 이 그래프를 제대로 이해하 기 위해서는 시간(연도)에 따른 변화를 읽을 수 있어 야 한다. 하지만 이 그래프의 가장 특이한 점은 인과 관계를 나타내는 일반적인 그래프와는 달리 그래프 영역 내의 각 점(연도)이 가로축과 세로축의 변수에 의해 결정되는 종속 변수가 아니라는 사실이다. 오히 려, 연도를 표현한 점이 독립변수가 되며 그 점(해당 년도)에서의 편각과 복각 값이 가로축과 세로축을 차 지하면서 종속 변수로서의 역할을 한다는 것이다. 이 그래프는 지구과학에서만 볼 수 있는 독특한 그래프 로써 학생들은 이 그래프를 해석할 때 기존에 그래 프를 해석하는 방식과 달리 그래프 상의 연도별 점
들에 해당되는 값에서 출발하여 가로축과 세로축의 값들을 읽어서 그 의미를 해석해야 하는 어려움이 있다.
17번 문항에서 사용된 그래프는 ‘과냉각 물방울과 빙정의 포화수증기압’ 그래프이다(Fig. 3). 이 그래프 는 가로축에는 독립변수 ‘온도’를 공유하면서 세로축 에는 종속변수로 ‘수증기압’과 ‘수증기압차’를 사용하 는 두 개의 그래프가 겹쳐진 ‘중복 그래프 (overlapped graph)’이다. 0oC 이하에서 과냉각수와 얼음의 포화수 증기압이 차이가 나는 사실과 그 차이값을 동시에 보여주는 것인데, 학생들은 각각의 그래프를 세로축 의 변수값과 연결시키는 것에 어려움을 느끼는 것으 로 보인다.
동일 주제의 다른 표현 방법의 지구과학 그래프 차이에 대한 인식 분석
Table 6과 7은 동일 주제의 다른 지구과학 그래프 차이에 대한 고등학생과 예비교사의 인식을 각각 분 석한 결과이다. 9가지 주제에 대하여, 동일한 주제를 Fig. 3. Overlapped graph used in item 17.
Fig. 2. Directional change graph used in item 12.
Table 6. High school students’ perception of discriminating two graphs with their different structure but same topic
2nd 3rd
Option
Item ① (a)
(%) ② (b)
(%) ③ (a)=(b)
(%)
Option
Item ① (a)
(%) ② (b)
(%) ③ (a)=(b)
(%)
1 69 21 10 1 36 40 24
2 38 48 13 2 82 14 4
3 12 78 10 3 8 88 4
4 35 43 22 4 40 48 12
5 13 72 15 5 20 72 8
6 2 88 10 6 2 96 2
7 18 73 9 7 33 44 23
8 15 75 10 8 12 78 10
9 36 31 33 9 43 16 41
다루는 서로 다른 출판사의 교과서에서 발췌한 두 그래프를 나란히 제시하여 어느 그래프가 관련된 개 념을 이해하는데 더 쉬운가를 묻고, 두 그래프의 차 이를 간단히 서술형으로 진술하도록 하였다. 설문지 의 보기 ①은 “(a) 그래프가 더 이해하기 쉽다”, 보기
②는 “(b) 그래프가 더 이해하기 쉽다”, 그리고 보기
③은 “두 그래프가 비슷하다”이다.
Table 6과 7의 결과에서 보면, 고등학생과 예비 교 사 모두 동일 주제의 서로 다른 특징을 가진 그래프 에 대한 학생들의 반응은 일관된 경향을 나타내지 않았다. 또한 고등학생의 경우는 두 그래프가 비슷하 다는 의견이 많은 반면, 예비 교사의 경우는 두 그래 프가 대부분 차이가 있는 것으로 인식하였다.
두 그래프에 대한 인식 분석 결과를 크게 몇 가지 경우로 정리하면 다음과 같다.
첫째, 학년에 관계없이 두 그래프 중 한 그래프가 이해하기 쉽다고 응답한 경우가 압도적인 경우로, 2, 3, 5, 6, 8번 문항이 여기에 해당된다. 문항 2는 ‘마 그마의 생성조건’을 나타낸 그래프로, (a)는 깊이에 따른 압력을 Y축에 나타낸 전형적인 YX 그래프이고, (b)는 깊이에 따른 온도를 Y축에 나타낸 XY 그래프 였다. 고등학교 2학년 학생을 제외하면, 학생들은 XY 그래프보다는 YX 그래프가 훨씬 이해하기 쉽다 고 답하였다. 이것은 지구과학 그래프의 특징적인 유 형 중의 하나인 YX 그래프가 XY 그래프에 비해 실 제 상황을 더 잘 나타냄으로써 학생들에게 더 친숙 하게 인식되기 때문인 것으로 판단된다.
문항 3은 ‘화성암의 분류’를 나타낸 그래프에 관한 것이다. (a) 그래프는 분류 기준으로 이용된 광물의 양, 함량, 입자의 크기를 세 변수로 하는 3차원 영역 그래프로 표현한 것이고, (b) 그래프는 함량, 입자의
크기는 표로 나타내고 광물의 양을 표와 연결하여 영역 그래프(domain graph)로 표현한 것이다. 고등학 생들과 예비 교사들은 두 그래프의 차이를 대부분 제대로 인식하고 있으며, (a)의 3차원 그래프는 각 항목들이 산만하게 배치된데 비해서, (b) 그래프는 표와 연결되었기 때문에 더 체계적이고 이해하기 쉽 다고 응답한 학생들이 많았다.
문항 5는 ‘세계 대양의 수온 분포’를 나타낸 등치 선 그래프이다. (b)는 (a)와 거의 같지만 등치선과 등 치선 사이에 색을 달리하여 채움으로써 값의 차이를 부각시킨 등치선도이다. 전 세계의 수온 분포와 염분 분포를 표현한 등치선도는 넓은 지역을 표현하기 때 문에 등치선의 중간에 쓰여 있는 숫자가 상대적으로 인식력이 떨어지게 된다. 등치선도의 가장 큰 목적은 어떤 자료 값의 실제 지구상 분포를 보여주는 것이 다. 따라서, 등치선 사이를 다른 색으로 채워 제시한 것이 지구상 위치에 따른 값의 분포와 그 특징을 이 해하기 쉬웠을 것으로 판단된다.
문항 6은 ‘위도에 따른 표층 해수의 수온과 밀도 분포’를 나타낸 그래프이다. (a)는 위도에 따른 수온 의 그래프와 위도에 따른 밀도 변화의 그래프 2개를 분리하여 제시한 것이며, (b)는 이 두 개의 그래프를 하나의 그래프로 겹쳐 그린 ‘중복 그래프(overlapped graph)’이다. 대부분의 고등학생과 예비 교사들은 수 온과 밀도와의 관계를 이해하는데 중복 그래프가 더 쉽다고 생각하였는데, 이것은 Table 5의 그래프 유형 분석 결과와 일치하지 않는 부분이며 학생들은 두 가지 유형의 그래프를 혼합한 복합형 그래프나 두 개 이상의 자료를 하나의 도형으로 표현한 그래프를 해석하는데 어려움을 보인다고 한 박현진(2002)의 연 구 결과와도 다른 결과이다. 이것은 같은 유형의 중 Table 7. Preservice teachers’ perception of discriminating two graphs with their different structure but same topic
2nd 3rd 4th
Option
Item ① (a)
(%) ② (b)
(%) ③ (a)=(b) (%)
Option Item ① (a)
(%) ② (b)
(%) ③ (a)=(b) (%)
Option
Item ① (a)
(%) ② (b)
(%) ③ (a)=(b) (%)
1 57 43 0 1 62 31 8 1 33 60 7
2 70 26 4 2 69 18 13 2 77 17 7
3 4 96 0 3 10 87 3 3 10 90 0
4 30 61 9 4 72 13 15 4 47 50 3
5 9 91 0 5 5 82 13 5 7 93 0
6 4 87 9 6 8 92 0 6 0 93 3
7 30 48 22 7 46 36 18 7 30 53 17
8 22 78 0 8 5 95 0 8 3 93 3
9 57 0 35 9 62 15 18 9 47 27 23
복 그래프라도 두 종류의 자료가 서로 독립적이지 않고 밀접하게 연관성을 가지는 경우에는 두 값의 분포를 쉽게 비교할 수 있음으로 해서 오히려 해석 에 효과적일 수 있음을 말해준다. 하지만, 두 자료의 구분이 모호해지거나 자료의 분포가 지나치게 복잡한 경우 학생들의 그래프 해석에 오히려 혼란과 어려움 을 줄 수 있음을 주의해야 할 것이다.
문항 8은 ‘세페이드 변광성의 광도 곡선’을 나타낸 그래프이다. (a) 그래프는 주기에 따른 절대등급의 변 화를 나타낸 것이며, (b) 그래프는 밝기의 변화와 더 불어 변광성의 크기 변화 그림을 연결하여 보여주고 있다. 고등학생과 예비 교사들은 (b) 그래프가 변광 성의 크기 변화를 보여주는 그림과 같이 연결되어 있어 이해하기 쉽다고 대부분 진술하였다. 이것은 층 상(layered) 구조가 이해에 보다 효과적이라는 Han and Roth(2006)의 연구와 일치하는 것으로, 그래프가 표현하고 있는 자료가 왜 그렇게 변화하는지와 관련 된 그림을 연결하여 제시할 경우, 그래프만 제시한 경우에 비해 이해에 도움을 줄 수 있음을 말해준다.
둘째, 학년에 관계없이 (a)와 (b) 그래프를 선택한 학생의 차이가 크지 않은 경우로, 4번과 7번 문항이 여기에 해당된다. 문항 4는 ‘기층의 안정도 판단(안 정한 기층)’을 나타낸 그래프이다. (a) 그래프는 안정 한 기층을 표현하기 위해 ‘층운형으로 형성된 구름’
의 그림을 단열 변화선 및 기온 감률선을 나타낸 그 래프와 연결하여 제시하였으며, (b) 그래프는 건조 단열 변화선을 따라 상승 하강하는 공기의 이동 방 향과 가능성을 화살표와 공기 주머니의 크기 변화를 통하여 나타낸 일종의 ‘방향성 변화 그래프(directional change graph)’이다. (a) 그래프가 더 쉽다고 응답한 학생들은 그래프의 차이를 묻는 질문에서 구름의 모 양을 통해 직관적으로 안정한 기층의 이해가 잘 된 다고 답하였다. 반면에, (b) 그래프가 더 쉽다고 응답 한 학생들은 같은 질문에서 (b) 그래프가 간단하면서 도 화살표를 통해 공기의 운동 양상을 잘 보여주기 때문이라고 서술하였다.
문항 7은 ‘케플러 제 3법칙’을 나타낸 그래프로, 고등학교 2학년을 제외하면, 학생들은 두 그래프간 별다른 차이를 인식하지 못하는 것으로 나타났다. (a) 그래프는 가로축에 태양과의 거리의 세제곱을, 세로 축에 공전주기의 제곱을 표현하였으며, (b) 그래프는 가로축에 공전주기를, 세로축에 태양과의 거리를 표 현하였다. 즉, 두 그래프는 가로축과 세로축이 서로
반대이며, (a) 그래프의 경우 ‘거리’와 ‘공전주기’가 아닌 ‘거리3’과 ‘공전주기2’을 값을 두 변수로 한다 는 점이 다르다.
셋째, (a)와 (b) 그래프를 선택한 학생의 차이가 학 년간에 많이 다른 경우로, 1, 2번 문항이 여기에 해 당된다. 문항 1은 ‘지구의 내부 구조와 지진파의 속 도 분포’를 나타낸 그래프이다. (a) 그래프는 독립변 수인 ‘깊이’를 가로축으로 설정하였으며, (b) 그래프 는 세로축으로 설정한 ‘YX 그래프’이다. 고등학생과 예비 교사들은은 두 그래프의 차이를 대부분 제대로 인식하고 있으며, 일부 학생은 (a) 그래프에서 지각과 맨틀 상부에서의 지진파의 속도 변화를 보다 상세하 게 묘사하고 있어 (a) 그래프가 더 쉽다고 응답하기 도 했다.
문항 2는 ‘마그마의 생성 조건’을 나타낸 그래프이 다. (a) 그래프는 독립변수인 ‘깊이’를 세로축으로 설 정한 YX그래프이며, (b) 그래프는 독립변수를 가로 축으로 설정한 그래프이다. 특히, (a) 그래프는 세로 축인 ‘깊이’와 비례하여 증가하는 ‘압력’ 변수를 동시 에 다른 세로축에 표현한 것이 특징이다.
문항 1과 문항 2는 모두 YX그래프로, 고등학생과 예비 교사가 상당히 다른 결과를 나타내었다. 고등학 교 2학년 학생들은 독립변수인 ‘깊이’가 가로축으로 설정된 그래프를 보다 쉽다고 생각하였으며, 3학년 학생들은 독립변수인 ‘깊이’가 세로축으로 설정된 YX 그래프가 더 쉽다고 생각하였다. 이는 2학년 학 생들의 경우, 독립변수는 가로축에 설정하는 수학과 물리학을 비롯한 일반적인 그래프 표현법에 익숙해져 있기 때문이라고 판단된다. 반면, 3학년 학생들은 지 구과학 I 과목과 지구과학 II 과목의 수강을 통해 실 제 지구를 대상으로 하는 지구과학 학문 및 지구과 학 그래프의 특성과 그것의 효용성에 대해 어느 정 도 이해를 갖고 있기 때문이라고 해석된다.
한편, 예비 교사들은 YX 그래프에 대해 4학년만 일관된 반응을 나타내었고, 2, 3학년들은 일관되지 않은 반응을 보였다. 즉, 문항 2에서는 모두 YX 그 래프가 더 이해하기 쉽다고 인식하였는데 비해 문항 1의 YX 그래프는 학년에 따라 엇갈리는 반응을 나 타내었다.
이와 같은 고등학생과 예비 교사의 반응을 종합해 보면, 대체로 YX 그래프가 이해에 더 도움이 되는 것으로 인식하고는 있으나, 일관된 경향을 보이지는 않았다. 독립변수로 사용된 ‘깊이’는 지면으로부터 아
래로 갈수록 증가하는 값이며, 실제 지구 내부에서의 자료를 표현할 때, 깊이를 세로축, 그것도 아래 방향 으로 설정하는 것이 보다 직관적으로 이해될 수 있 다는 장점이 있다. 그러므로 고등학생과 예비 교사에 게 지구과학의 학문적 특성을 반영한 YX 그래프의 특징과 효용성에 대한 이해를 증진시킨다면 YX 그 래프가 많이 이용되는 지구 내부와 해양, 대기와 관 련된 개념의 학습에 도움이 줄 것으로 판단된다.
넷째, (a)와 (b) 두 그래프가 차이가 없이 비슷한 경우로, 9번 문항이 대표적이다. 문항 9는 ‘(2.7K) 우 주 배경 복사’를 나타낸 그래프이다. (a) 그래프는 우 주 배경 복사의 관측값(분산)과 이를 바탕으로 찾아 낸 2.7K의 이론적인 곡선을 같이 제시하고 있는 ‘분 산 선 그래프(scatter line graph)’로써 관측값과 이론 값 사이의 차이를 오차 막대(error bar)를 이용하여 보여주고 있다. 반면, (b) 그래프는 이론적인 플랑크 곡선만을 보여주고 있다. (a) 그래프가 더 쉽다고 응
답한 학생들은 (a) 그래프가 “관측치까지 보여주고 있어 더 와 닿는다”, “가로축과 세로축의 눈금이 더 자세히 나와 있다”의 의견을 기술했다. 그러나 고등 학생과 예비 교사 대부분은 (a) 그래프에서 오차 막 대를 이용한 관측치와 이론치 차이의 표현과 그 의 미를 발견하지 못하고 있었다. 이들은 오히려 (b) 그 래프가 간단하니까 더 이해하기 쉽거나 비슷하다고 응답하였다. 오차 막대를 사용한 그래프는 고등학교 교과서에서 잘 등장하지 않는 생소한 유형이다. 따라 서 ‘오차 막대’와 같이 학생들에게 처음 소개되거나 아직 익숙하지 않은 그래프 기법과 형식에 대해서는 그래프에 대한 보조 설명 등을 통해 학생들에게 소 개할 필요가 있다고 판단된다.
지구과학 그래프 유형에 대한 친숙도 분석 Fig. 4과 Fig. 5는 각각 고등학생들과 예비 교사들 의 지구과학 그래프 유형에 대한 친숙도를 학년별로 Fig. 4. High school students' familiarity with the types of earth science graph.
Fig. 5. Preservice teachers' familiarity with the types of earth science graph.
나타낸 것이다. 고등학생과 예비 교사들이 공통적으 로 가장 친숙하다고 답한 그래프는 13번이었으며, 그 다음으로 2번 문항을 친숙한 그래프로 인식하였다.
13번 문항은 ‘계절별 수온 약층’에 관한 YX 그래프 였으며, 2번 문항은 ‘대기의 안정도’에 관한 YX 그 래프였다. 고등학생과 예비 교사 모두 YX 그래프를 가장 친숙한 그래프 유형으로 생각하고 있었다. 반면, 가장 친숙하지 않은 그래프 유형으로는 고등학생과 예비 교사 모두 12번과 15번 문항을 응답하였다. 12 번 문항은 ‘지구 자기장의 영년 변화’에 대한 방향성 변화 그래프였으며, 15번 문항은 ‘지진해일의 전파도’
에 대한 등치선도였다. 고등학생과는 달리 예 교사들 은 14번 문항의 그래프를 매우 친숙한 유형으로 응 답하였는데, 이 문항은 ‘화성암의 분류’에 대한 영역 그래프였다.
한편, 친숙도와 정답률간의 상관을 정성적으로 분 석한 결과, 고등학생과 예비 교사 모두 친숙도가 높 은 문항과 정답률 간에 일관된 경향성을 나타내지 않았다. 다시 말해, 친숙한 유형으로 인식하는 그래
프 유형이라고 해서 해석하는데 용이하거나, 친숙하 지 않은 유형이라고 해서 꼭 해석이 어렵다는 것은 아니라는 것이다. 예를 들어, 가장 친숙하다고 응답 한 13번 문항의 경우, 고등학생과 예비 교사는 각각 90.6%와 96.6%의 높은 정답률을 보였으며, 가장 친 숙하지 않다고 응답한 12번 문항은 각각 43.9%와 51.0%의 낮은 정답률을 보여 정적(positive) 상관의 경향성을 나타내었다. 하지만, 매우 친숙하지 않은 것으로 응답한 15번 문항에서는 각각 84.4%와 95.5%의 매우 높은 정답률을 보였다. 이러한 부적 (negative) 상관의 경향성은 1번과 17번 문항에서도 나타났다.
Fig. 6와 Fig. 7은 각각 지구과학 그래프와 물리, 화학, 생물 과목의 그래프가 그 유형 면에서 차이가 있다고 생각하는지에 대한 고등학생과 예비 교사의 전체적인 인식을 학년별로 나타낸 것이다.
고등학생과 예비 교사 모두 ‘차이가 약간 있음’과
‘차이가 많음’으로 인식하는 비율이 50%를 넘는 것 으로 나타났으며, ‘거의 차이가 없음’으로 인식하는 Fig. 6. High school students’ perception about the difference of graph type between earth science and other science subjects.
Fig. 7. Preservice teachers’ perception about the difference of graph type between earth science and other science subjects.
비율은 30-40% 정도로 나타났다. 또한 타 과목과의 차이에 대한 인식에서 고등학생에 비해 예비 교사의 인식 비율이 더 높은 것으로 분석되었으며, 학년에 따른 일관된 경향성은 고등학생과 예비 교사 모두 나타나지 않았다.
Fig. 8과 Fig. 9는 각각 고등학생과 예비 교사의 지 구과학 그래프와 타 과학 교과 그래프와의 차이에 대한 인식을 문항별로 나타낸 것이다. 고등학생과 예 비 교사의 반응에는 큰 차이가 없었으며, 12번과 18 번 문항을 가장 이질적인 그래프 유형이라고 생각하 는 것으로 나타났다.
12번 문항은 가장 낮은 정답률은 보인 그래프 유 형으로 고등학생과 예비 교사 모두 가장 친숙하지 않은 것으로 인식하는 유형이기도 하다. 12번 문항의 그래프는 방향성 변화 그래프로서의 특성 이외에도 그래프에 사용된 변수의 측면에서 상당히 독특한 특 성을 가지고 있다. 이 그래프의 가로축과 세로축은
각각 편각과 복각으로 종속변수가 되며 그래프 평면 상에 도시된 점과 선으로 표현된 년도가 독립변수이 다. 즉, 그래프 평면상에서 독립변수의 변화를 보여 주는 것이 이 그래프의 가장 큰 특징이며, 이러한 그 래프는 다른 과학 과목에서 거의 찾아보기 어렵다.
‘H-R도’에 관한 18번 문항의 그래프도 분산 그래프 이기는 하지만, 원래 이름(H-R Diagram)처럼 다이어 그램의 성격도 가지고 있다. 가로축으로 표면 온도 이외에 색지수나 분광형도 동시에 표시할 수 있다는 측면, 별의 크기를 점의 크기로 나타낸다는 측면, 그 리고, 그래프 평면 위에서 자료 값을 여러 개의 집단 으로 표시한다는 측면에서 타 과학 과목과 이질적인 그래프 유형이라 생각한 것으로 판단된다.
그 외 고등학생과 예비 교사들이 타 과학 교과와 차이가 큰 것으로 인식하는 그래프 유형은 14번의 영역 그래프와 15번의 등치선도인 것으로 나타났다.
특이한 점은 13번과 같은 YX 그래프를 타 교과와 Fig. 8. High school students’ perception about the difference between earth science and other science subjects according to item.
Fig. 9. Preservice teachers’ perception about the difference between earth science and other science subjects according to item.
큰 차이가 없는 것으로 인식하고 있다는 것이다. 이 것은 YX 그래프가 지구과학 교과에서 독특하게 사 용되는 유형임에도 불구하고 고등학생과 예비 교사들 은 이런 특징을 제대로 파악하고 있지 못하고 있음 을 말해준다. 한편, 10번 문항에서 사용된 ‘화산 활동 전후의 지진 빈도’에 대한 분산 그래프는 고등학생들 은 타 교과와 별 차이가 없는 것으로 인식하고 있었 으나, 예비 교사의 경우는 상당한 차이가 있는 것으 로 인식하고 있었다.
결론 및 제언
이 연구에서는 고등학생과 예비 과학 교사의 지구 과학 그래프 해석 능력과 인식을 알아보고자 하였다.
이를 위해 지구과학 그래프 해석 능력을 알아보기 위한 9개 그래프 유형의 18문항으로 구성된 1개의 검사지를 개발하였으며, 지구과학 그래프에 대한 인 식을 알아보기 위한 2개의 설문지(동일 주제의 다른 표현 방법의 지구과학 그래프 차이와 지구과학 그래 프 유형에 대한 친숙도)를 각각 개발하였다.
연구 결과, 고등학생과 예비교사들은 선 그래프에 대한 해석 능력은 높은 반면, 중복 그래프와 방향성 변화 그래프에 대한 해석 능력은 낮은 것으로 나타 났다. 하지만, 이것을 그래프 유형에 의한 것만으로 판단하기에는 무리가 있으며, 그래프에 포함된 내용 의 영향을 완전히 배제할 수는 없을 것으로 판단된 다. 또한, 고등학생과 예비교사 모두 학년에 따른 해 석 능력에 차이가 있는 것으로 나타났다. 이러한 결 과에는 다양한 요인들이 복합적으로 작용하였을 것이 다. 이 연구만으로 그 원인을 명확하게 규명할 수는 없겠지만 지구과학 관련 수업 경험, 지구과학 그래프 작성 경험, 친숙함 등이 영향을 준 것으로 사료된다.
이진봉과 이기영(2007)의 연구에 의하면, 지구과학의 그래프는 그 유형이 타 과목에 비해 다양할 뿐만 아 니라 ‘YX 그래프’와 ‘등치선도’ 등 지구과학의 학문 적 특성이 반영된 독특한 유형의 그래프가 많이 사 용된다. 그러나, Brasell and Rowe(1993)의 연구나 Roth et al.(1999)의 연구 결과에서와 같이 고등학생 들은 그래프 유형에 대해 막연하게 느끼거나 이해가 부족하여 그래프의 형식적인 요소를 파악하고 이를 그래프의 해석에 제대로 적용하지 못하는 것으로 보 인다.
고등학생에 비해 예비교사가 동일한 주제의 서로 다른 구조의 그래프 차이를 더 잘 인식하는 것으로 나타났다. 또한 지구과학 그래프가 다른 과학 교과와 차이가 있다고 인식하고 있었으며, YX 그래프는 친 숙한 것으로, 등치선도와 영역 그래프와 같은 그래프 유형은 친숙하지 않은 것으로 인식하고 있었다.
위와 같은 연구 결과를 토대로 효과적인 그래프 지도를 위한 몇 가지 제언을 하면 다음과 같다.
첫째, 학생들은 비교적 많이 접한 ‘친숙한 그래프’
를 ‘친숙한 유형의 그래프’로 잘못 인식하기도 한다.
따라서 학생들에게 그래프를 설명할 때, 내용과 관련 된 독립적인 개체로만 가르치기보다 그래프의 유형 즉, 형식이나 표현 방식을 더불어 가르친다면 그래프 의 해석 능력과 작성 능력을 신장시킬 수 있을 것이 라 판단된다.
둘째, 그래프를 분석하여 그 안에 담긴 의미를 발 견하는 능력은 ‘전이력’이 있다. 즉, 훈련이나 연습을 통해 그래프 속에서 그래프의 유형, 축과 변인, 눈금 과 척도, 그래프 평면 내의 자료 표현 방식 등을 발 견할 줄 아는 안목을 길러준다면 그래프의 주제와 유형이 바뀌더라도 그래프를 제대로 해석해 낼 수 있을 것이다.
셋째, 현행 중등 교육과정에는 많은 그래프들이 제 시되고 있지만, 그래프 유형이나 그래프를 해석하는 방법 등 그래프 자체에 대한 기술이 거의 없는 실정 이다. 그러므로 이를 지도할 예비 과학 교사 양성과 정에서 학생의 탐구 능력과 관련지어 그래프 자체에 대한 교육 프로그램이 필요하다. 이러한 프로그램에 는 PCK와 연계하여 학생들에게 그래프를 보다 쉽게 이해시키기 위한 방략에 대한 고민이 있어야 할 것 이다.
이 연구는 현재 지구과학을 공부하고 있는 고등학 생들과 예비 교사들의 교과-특정적인 그래프에 대한 해석 능력과 인식을 알아보고 이것을 양적으로 분석 한 것으로 지구과학 그래프 관련 교수-학습과 교사 전문성 계발에 시사점을 얻기 위한 기초 자료로서 의미가 있다. 앞으로 이러한 분석 결과의 원인에 대 한 다양한 변수들(사전지식, 그래프 경험, 그래프 유 형 등)의 상관과 인과 관계에 대한 후속 연구가 이루 어진다면 이 연구가 보다 나은 의미를 가질 수 있을 것으로 기대한다.
