언어네트워크분석을 이용한 야외지질학습 전후의 퇴적암에 대한 개념 구조 변화 분석
박경진·정덕호·조규성*
전북대학교 과학교육학부/과학교육연구소/융합과학연구소, 561-756, 전라북도 전주시 덕진구 백제대로 567
An Analysis of the Changes of High School Students’ Conceptual Structure about Sedimentary Rocks before and after the
Field Trip using the Semantic Network Analysis
Kyeong Jin Park, Duk Ho Chung, and Kyu Seong Cho*
Division of Science Education/Institution of Science Education/Institution of Fusion Science, Chonbuk National University, Jeonbuk 561-756, Korea
Abstract: The purpose of the study was to investigate the change of students’ conceptual structures about sedimentary rocks through the field trip. A semantic network analysis method was utilized to assess the change. An open-ended questionnaire was developed to assess high school students’ knowledge of sedimentary rock including its definition, classification, formation process, and characteristics. Fifteen high school students participated in the field trip of this study.
The text data were analyzed using the semantic network analysis method. Results are as follows. First, high school students’ conceptual structures about sedimentary rocks were more expanded after the field trip. Second, students’
conceptual structures formed a ‘small world network’ by combining the sub-clusters. Third, the size of students’
conceptual structures was decreased after a few month of field trip. Nonetheless, the connection among the clusters remained the same.
Keywords: field trip, sedimentary rocks, conceptual structures, semantic network analysis, small world network 요 약: 본 연구의 목적은 언어네트워크분석을 이용하여 야외지질학습에서 학생들의 퇴적암에 대한 개념 구조 변화를 알아보기 위한 것이다. 이를 위하여 고등학생 15명을 대상으로 퇴적암에 대한 정의, 분류, 생성과정 및 특징을 묻는 개 방형 문항을 개발하였으며, 이 텍스트 자료를 언어네트워크분석법을 통해 분석하였다. 그 결과 첫째, 야외지질학습을 통 해 학생들의 퇴적암에 대한 개념 구조는 사전에 비해 사후에 크게 확장되었다. 둘째, 학생들의 개념 구조를 구성하는 하위 클러스터는 서로 긴밀하게 연결되어 있는 ‘작은 세상 네트워크’를 형성하였다. 셋째, 학생들의 개념 구조의 규모는 수개월이 지난 후 감소하였지만, 하위 클러스터의 연결 상태는 그대로 유지하고 있었다.
주요어: 야외지질학습, 퇴적암, 개념 구조, 언어네트워크분석, 작은 세상 네트워크
서 론
2009 개정 지구과학 교육과정의 목표는 지구과학 과 관련된 다양한 문제를 과학적으로 이해하고 해결 하는 데 필요한 능동적인 태도와 과학적 소양을 기 르는 데 있다(Ministry of Education, Science and Technology, 2011). 이러한 목표를 달성하기 위해서는 학생들이 지구과학에 대한 흥미와 호기심을 가지는
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것이 무엇보다 중요하다. 그러나 학생들은 초등학교 때는 과학 수업에 대해 긍정적인 태도를 보이지만 중·고등학교로 진학할수록 부정적인 태도를 보이며 과학에 대한 흥미도 잃는 것으로 알려져 있다(Kim, 1998). 이는 상급 학교로 진학할수록 입시 위주의 교 육환경으로 개념 주입과 문제풀이 형태로 과학 수업 이 이루어지기 때문이다(Kook and Lee, 2004). 이런 상황에서 과학에 대한 흥미와 호기심을 높이기 위해 서는 학생들이 과학적 현상을 직접 관찰하고 체험해 보는 활동이 무엇보다 중요하며, 특히 지구과학의 지 질학 분야는 암석의 생성과 특징을 연구하는 분야이 기 때문에 노두에서 직접 관찰해 보는 활동인 야외 지질학습이 중요한 학습 방법이 될 수 있다.
야외지질학습은 학생들이 실제 야외에서 직접 관찰 하고 경험해 보는 활동을 통해 교실에서 학습한 내 용의 세부적인 예를 제시함으로써 학습을 촉진시킬 뿐 아니라(Manner, 1995), 자연을 아끼고 사랑하는 태도를 길러 정의적 영역 함양에도 매우 효과적이다 (Cho et al., 2002). 이처럼 야외지질학습의 긍정적 측 면으로 인해 7차 교육과정 이후부터 지속적으로 여 러 장소에서 야외지질학습장이 개발되어 왔다(Park et al., 2007, 2009; Lee and Cheong, 2005; Maeng and Wee, 2005). 그러나 야외지질학습에 대한 기존 연구가 자료 개발 수준에 머물러 있거나 효과성 검 증을 위해 주로 과학에 대한 태도, 자기 주도적 학습 능력, 학업성취도와 같은 양적 연구가 주를 이루었다 (Ryu, 2009; Park et al., 2007, 2009; Yun et al., 2005; Cho et al., 2002).
야외지질학습에 대한 양적 연구는 구조화되고 잘 조작된 연구 방법에 따라 선택형 검사지의 통계 분 석을 통해 결론을 도출함으로써 야외지질학습이 가지 는 장점이나 특징에 대한 확률론적 해석은 가능하지 만 자료를 수집한 상황의 맥락(context)이 통계 분석 과정에서 무시되는 경향이 있다(Libarkin, 2002). 하 지만 야외지질학습이 실질적으로 어떤 효과가 있는지 알아보기 위해서는 야외지질학습의 절차나 내용의 문 제점은 없는지, 학생들은 학습한 내용을 어떻게 이해 하여 의미를 구성하고 있는지에 대한 연구가 필요하 다(Maeng, 2004). 그렇기 때문에 기존의 양적 연구를 보완하기 위해 야외지질학습에 대한 질적 연구가 지 속적으로 수행되고 있다(Maeng and Wee, 2005;
Seo, 2004; Park, 2001).
야외지질학습의 질적 연구는 참여관찰을 통해 관찰
한 학생들의 참여 내용과 심층 면담 내용 및 학생들 이 작성한 활동지 및 탐구활동보고서를 정보 제공자 로 활용하여 학습 상황에 대한 맥락을 이해함으로써 심층적인 자료 해석이 가능하다는 장점이 있다. 그러 나 한편으로는 질적 연구가 주어진 상황에 대해 조 작 없이 있는 그대로를 탐구하고자 하는 방법임에도 불구하고 본질적으로 연구자를 도구로 삼고 있기 때 문에 학습 상황에 대한 맥락을 분석할 때 연구자의 편견이 개입될 소지가 있으며, 연구 결과에 대한 통 계적인 검증도 어렵다는 한계를 가지고 있다(Na, 2006).
이런 상황에서 야외지질학습의 질적 연구를 위한 정보 제공자 중 참여관찰이나 심층 면담 내용은 연 구자의 편견이 개입될 수 있으나 학생들이 작성한 탐구활동보고서는 야외지질학습 동안 획득한 정보를 문자 언어로 나타낸 것이기 때문에 연구자의 편견이 개입될 소지가 상대적으로 적어 질적 연구를 위한 중요한 자료가 된다. 그러나 대부분의 질적 연구가 학습 상황에 대한 맥락 이해를 통해 야외지질학습에 영향을 주는 변인을 발견하는 연구(Seo, 2004; Park, 2001)가 주로 수행되었을 뿐 탐구활동보고서에 대해 심도 있게 분석한 연구는 찾아보기 힘들다.
인간의 기억구조가 어떻게 구성되어 있으며, 기억 이 어떤 과정을 거쳐 저장되고 인출되는지를 연구한 연결 네트워크 모형(associative network model)에 따 르면 인간의 기억구조는 여러 개념들이 서로 연결된 일종의 네트워크를 형성하여 저장되어 있으며(Collins and Loftus, 1975), 이때 학생들이 가지는 과학 지식 도 학습과 관련된 단일 개념들이 상호 연관되어 있 고 이렇게 개념들이 연결되어 하나의 네트워크인 개 념 구조(conceptual structure)를 형성한다고 하였다 (diSessa, 2008; Kim, 2003). 본 연구에서도 학습과 관련된 학생들의 인지구조를 여러 단일 개념들이 서 로 연결되어 있는 네트워크인 개념 구조의 형태를 이루고 있다고 보았다. 이때 학습자에게 어떤 문제가 주어졌을 때 네트워크 내에 존재하는 개념이 활성화 되어 생각이 떠오르게 되며, 활성화된 생각은 문자 언어나 음성 언어 형태로 인출하게 된다(Atkinson and Shiffrin, 1968). 그렇기 때문에 학습자가 인출해 놓은 언어는 그것이 음성이나 문자 등의 형태와 상 관없이 학습자의 인지구조를 구성하는 하나의 시스템 으로 간주될 수 있으며, 이러한 언어 사이의 구조적 관계를 분석하는 것은 학습자의 인지구조 내에 존재
하는 개념들의 연결 구조를 유추할 수 있는 수단이 된다(Park and Leydesdorff, 2004; Doerfel and Barnett, 1999; Jang and Barnett, 1994). 그렇기 때문 에 야외지질학습 동안 학생들이 작성한 탐구활동보고 서의 문자 언어에 대한 구조적 관계를 분석하는 것 은 야외지질학습을 통해 형성된 학생들의 인지구조 내의 개념 연결 구조를 해석할 수 있는 수단이 될 수 있어 탐구활동보고서에 대한 심층적인 분석은 매 우 중요하다.
이와 같이 학생들이 작성한 문자 언어를 기초로 하여 단어 사이의 구조적 관계를 파악할 수 있는 적 절한 분석 방법이 언어네트워크분석(semantic network analysis)이라 할 수 있다(Doerfel and Barnett, 1999;
Lee et al., 2010). 언어네트워크분석은 한 가지 주제 를 설명하는 문장에서 함께 출현하는 단어들을 하나 의 선(link)으로 표시하여 단어 사이의 관계를 의미 네트워크(semantic network) 형태로 시각화할 수 있 다. 그렇기 때문에 여기서는 특정 단어와 함께 출현 하는 단어가 무엇인가에 관심을 두며 또한 함께 출 현하는 빈도를 산출하여 각 단어 사이의 관계 강도 를 통해 단어 사이의 구조적 관계를 쉽게 파악할 수 있다는 장점이 있다(Han, 2003).
퇴적암은 기존 암석이 풍화와 침식을 받아 형성된 퇴적물이 물이나 바람 등에 의해 운반되어 쌓인 후 굳어진 암석으로 여러 퇴적구조와 화석을 포함하며 퇴적환경에 따라 퇴적암의 종류가 달라지기 때문에 지구의 역사와 퇴적환경 변화를 알아내는 데 중요한 학습 요소가 된다. 본 연구 지역인 전북 부안군 변산 면 소재 채석강 일대는 주향이동단층을 따라 발달한 중생대 백악기의 비해양성 퇴적분지로 여러 종류의 퇴적암과 퇴적구조를 관찰할 수 있고 퇴적환경을 유 추할 수 있는 노두가 많아 퇴적암을 학습하기에 좋 은 장소이다(Park et al., 2007).
또한 야외지질학습을 통해 획득된 정보는 그대로 저장되는 것이 아니라 기존 인지구조와의 상호작용을 통해 통합적으로 저장되며, 이마저도 학습자의 능동 적인 정보처리과정인 되뇌기(rehearsal) 과정을 통해 감각 기억, 단기 기억으로 전이된다. 이 중 주의집중 을 받은 정보만이 장기 기억으로 파지되며 그렇지 못한 정보는 새롭게 유입된 정보에 의해 치환되거나 망각된다(Atkinson and Shiffrin, 1968). 따라서 야외 지질학습을 통해 획득한 정보가 학습자의 기존 인지
구조와의 상호작용이 제대로 이뤄졌다면 장기기억으 로 파지되지만 그렇지 않은 정보는 다른 형태로 변 형되거나 망각될 것이다. 그렇기 때문에 야외지질학 습을 통해 학습자가 획득한 정보가 지속적으로 유지 되는지 또는 정보처리과정을 통해 다른 형태로 변형 되었는지 알아보는 것은 야외지질학습이 얼마나 효과 적인지 알아보기 위한 중요한 요소가 된다.
이에 본 연구에서는 퇴적암을 학습하기에 적합한 채석강에서 학생들이 직접 관찰하고 탐구하는 야외지 질학습을 통해 퇴적암에 대한 개념 구조가 어떻게 변화하는지 알아보고자 하였다. 이를 위하여 학생들 이 작성한 검사지 및 탐구활동 보고서를 기초자료로 하여 언어네트워크분석을 실시하였으며, 이 결과를 통해 야외지질학습 전과 후의 개념 구조는 어떤 변 화가 있는지 알아보고자 하였다. 이를 위해 본 연구 에서 설정한 연구 문제는 다음과 같다.
연구 문제 1. 야외지질학습 전·직후·수개월 후 고 등학생들의 퇴적암에 대한 개념 구조는 어떤 특성이 있는가?
연구 문제 2. 야외지질학습에 따라 고등학생들의 퇴적암에 대한 개념 구조는 어떻게 변화하는가?
연구 방법
연구 대상
본 연구는 전북 군산시 소재 인문계 고등학교 2학 년 학생 15명을 대상으로 하였다. 이들이 재학 중인 학교는 집중이수 형태로 과학 수업을 진행하고 있어 야외지질학습 전 별도의 지구과학 수업을 받지 않아 야외지질학습 이외에 학생들의 개념 구조에 영향을 미칠 수 있는 요소가 없다고 판단되어 이들을 연구 대상으로 선정하였다. 또한 이들이 재학 중인 학교는 과학중점 학교로 지정되어 다양한 창의적 체험활동에 참여할 수 있는 기회가 주어지고 있었으며 학생들도 대체로 과학에 대한 흥미가 높은 편이었다. 그러나 야외지질학습에 대한 경험은 전혀 없었으며, 야외지 질학습에서 보인 지구과학 탐구능력이나 지구과학 지 식수준도 대체로 낮은 편이었다. 한편 야외지질학습 을 지도한 교사는 9년의 교육 경력을 가진 중견 교 사로 박사과정을 수료한 상태이며, 그동안 여러 차례 에 걸쳐 본 연구 지역에서 야외지질학습을 지도한 경험을 가지고 있었다.
연구 절차
본 연구에서는 야외지질학습을 통해 학생들이 인식 하는 퇴적암에 대한 개념 구조가 어떻게 변화하는지 알아보기 위해 ‘퇴적암의 정의, 분류, 생성과정 및 특 징’을 서술할 수 있는 개방형 문항의 검사지와 탐구 활동보고서를 개발하였다. 이렇게 개발된 검사지는 지구과학교육 전문가 2인과 박사과정 2인의 토의를 통해 1차 검토를 거친 후 예비 연구를 수행하여 문 제점을 수정·보완하였다. 이렇게 수정된 검사지를 활 용하여 퇴적암에 대한 학생들의 개념 구조를 알아보 기 위해 야외지질학습 일주일 전 별도의 시간을 편 성하여 설문 내용에 대해 자유롭게 서술하도록 하였 다. 또한 탐구활동보고서는 야외지질학습 동안 관찰 내용 및 노두의 특징을 기술하도록 하였으며, 사후 설문은 사전 설문과 동일한 검사지를 활용하여 야외 지질학습 후 수개월이 지난 시점에 응답하도록 하였다.
야외지질학습은 정규 수업이 아닌 비형식 학습 형 태로 진행되어 Maeng and Wee(2005)가 제안한 야외 지질답사 모형을 본 연구의 목적에 맞게 수정하여 사용하였다. 이를 위해 연구자는 ‘중생대 백악기 격 포분지의 퇴적환경은 어떻게 구성되었을까?’의 통합 문제를 제시하였다. 그리고 학생들이 통합문제를 해 결하기 위해 노두를 관찰하고 특징을 기술하도록 하 였으며, 학생 상호간에 자유로운 토론이 이루어지도 록 지도하였다. 또한 학생들이 노두에서 관찰 도중 누락한 사항이나 오류를 수정해 주었으며, 정리 단계 를 통해 학습한 노두의 특징에 대한 결론을 도출하 고 관찰내용에 대한 요약을 통해 학습 결과를 정리 하였다. 야외지질학습에 대한 전 과정은 학생들의 동 의 하에 녹음하고 전사하여 보조 분석 자료로 활용 하였다.
자료 분석
본 연구의 분석도구인 언어네트워크분석은 사회네 트워크분석(social network analysis)을 언어에 적용한 방법으로 여기서 사회네트워크란 사회를 구성하고 있 는 구성원끼리 서로 연결되어 있는 연결망을 의미하 며, 사회네트워크를 구성하는 사람 사이의 친밀도에 따라 연결 정도가 달라진다고 보는 것이다. 이와 유 사하게 언어네트워크분석은 사람을 단어로 간주하고 단어와 단어 사이의 관계를 파악함으로써 전체적인 구조를 파악하려는 방법이기 때문에 단어 간의 의미 론적 연관(semantic association)을 중요하게 여긴다
(Wassetman and Faust, 1994). 이처럼 언어네트워크 분석은 어떤 단어와 함께 출현하는 단어 사이의 공 출현 빈도를 기반으로 하여 단어 사이의 의미론적 연관성을 알아봄으로써 학습자가 어떤 개념을 어떻게 이해하고 있는지 네트워크 형태로 시각화 해주는 분 석방법이라 할 수 있다(Jung, 2012).
본 연구에서는 야외지질학습을 통해 학생들이 퇴적 암에 대한 개념 구조가 어떻게 변화하였는지 알아보 기 위해 언어네트워크분석을 실시하였다. 이를 위해 서 설문을 통해 수집된 검사지와 탐구활동보고서의 응답 내용은 모두 텍스트 파일로 변환한 후 문장 단 위로 구분된 파일을 생성하였다. 그 후 그 자체로 의 미가 없는 ‘이’, ‘가’ 등의 조사와 ‘등’, ‘들’ 등의 접 미사, ‘그리고’, ‘그러나’ 등의 접속사를 제거하고 유 의미한 단어만 남기는 정제화(cleaning) 과정을 거쳤 다. 이때 유의미한 단어란 명사를 기본으로 하되 퇴 적암을 설명할 때 반복적으로 사용하는 용어에 대해 언어의 구조적 관계를 보다 명확하게 분석하기 위해 박사과정 1인과의 협의를 거쳐 분석에 활용하였다.
그리고 퇴적암을 설명하는 과정에서 사용된 ‘돌’과
‘암석’과 같이 동일한 의미로 사용된 단어들은 과학 적인 용어인 ‘암석’으로 수정하였으며, 설명과정에서 제시어 자신을 반복 사용한 경우는 제거하였다(Jung, 2012; Park and Leydesdorff, 2004).
이렇게 정제된 파일은 단어 간의 의미론적 연관을 통한 네트워크 형태로 시각화하기 위해 Park and Leydesdorff(2004)가 영어 위주의 내용분석 프로그램 인 Fulltext를 한국어에 맞게 변형한 KrKwic 프로그 램을 이용하여 단어의 출현 빈도를 산출하였다. 이후 KrTitle 프로그램을 이용하여 불필요한 단어를 제외 하고 선정된 단어에 대한 구조적 관계를 파악하기 위해 단어×단어 공출현 매트릭스를 구성하였다. 마 지막으로 Ucinet 6 for windows 내의 NetDraw를 활 용하여 공출현 매트릭스를 네트워크 지도로 시각화하 였다.
한편 네트워크 지도의 특성 분석을 위해 사회네트 워크 분석 전문 프로그램인 Ucinet 6 for windows를 이용하여 밀도, 연결정도 중심성, 매개 중심성, 아이 겐벡터 중심성 등의 분석지표를 산출하였다. 여기서 밀도(density)란 네트워크 내 전체 단어들이 얼마나 많은 관계를 맺고 있는지를 나타내는 지표로 연결 가능한 전체 선(link)의 수에서 실제로 연결된 모든 선의 수가 차지하는 비율로 계산된다. 연결정도 중심
성(degree centrality)은 한 단어가 다른 단어들과 얼 마만큼 관계를 맺고 있는가를 통해 그 단어가 네트 워크의 중심에 위치하고 있는지를 정량적으로 나타낼 수 있는 분석지표이다(Son, 2008). 한편, 매개 중심성 (betweenness centrality)은 한 단어가 얼마나 다른 단 어와의 네트워크를 구성하는 데 중개자 또는 다리 (bridge) 역할을 수행하느냐를 측정하는 개념으로 매 개중심성이 높을수록 전체 네트워크 사이의 정보 흐 름과 교환에 있어 중요한 중재 역할을 수행하는 정 도를 측정할 수 있는 지표로 활용된다(Kim, 2007).
마지막으로 아이겐벡터 중심성(eigenvector centrality) 은 네트워크 구조 내에 각 단어가 어느 정도나 중심 에 위치해 있는지를 나타내는 데 이용하는 것으로 네트워크의 중심이 되는 핵심단어를 찾는데 주로 사 용된다(Bonacich, 1987).
Fig. 1은 텍스트 자료를 이용하여 네트워크 형태로 시각화한 언어네트워크분석의 예시를 나타낸 것이다.
Fig. 1a는 정제화 되지 않은 텍스트 자료를 나타낸 것이며, Fig. 1b는 정제화 과정을 거친 텍스트 자료 에서 유의미한 단어를 선정하여 공출현 매트릭스를 산출하고 이를 통해 시각화한 네트워크 지도를 나타 낸 것이다. 여기서 네트워크를 구성하는 동심원은 분 석에 활용된 유의미한 단어로 Fig. 1a에서 밑줄 친 단어를 나타낸 것이다. 이때 단어 사이의 공출현 빈 도가 높을수록 네트워크 지도의 중앙에 위치하며, 두 단어 사이의 관계가 강할수록 서로 근거리에 위치하 는 경향이 있다(Kim, 2007). Fig. 1b에서 볼 수 있는 것과 같이 ‘퇴적’, ‘퇴적물’은 공출현 빈도가 높아 서 로 근거리에 위치해 있는 것을 볼 수 있다. 한편, 동 심원의 지름은 해당 단어의 중심성 값이 클수록 크 게 표시된다. 즉, ‘퇴적’과 같은 단어는 주위 여러 단
어들과 많은 관계를 맺고 있기 때문에 중심성이 높 아 지름이 크게 나타난다. 한편 동심원을 연결하는 선(link)은 단어의 공출현 빈도를 나타낸 것으로 빈도 가 높을수록 선이 굵게 표시된다(Lee and Ha, 2012).
Fig. 1a의 ‘퇴적물’과 ‘퇴적’, ‘생성’의 단어가 다른 단어에 비해 함께 출현한 빈도가 높기 때문에 네트 워크 지도에서 선의 굵기가 굵게 표시되어 있다.
한편, 전체 네트워크는 몇 개의 하위 클러스터 (sub-cluster)로 구분할 수 있다. 하위 클러스터를 설 정하는 방법은 연구 목적에 따라 다양하게 구분될 수 있으나 본 연구에서는 단어(node)와 선(link)에 의 해 이루어지는 관계적 특성에 따라 링크 수가 적은 단어를 제거하는 과정을 반복하면서 하위 클러스터를 구분하였으며, 이때 하위 클러스터의 유사성을 집약 적으로 나타내기 위해 다른 단어와의 관계 강도가 2 이상인 경우만을 군집화 하였다.
연구 결과
야외지질학습 전 퇴적암에 대한 개념 구조 야외지질학습 전 퇴적암에 대한 학생들의 개념 구 조를 알아보기 위해 KrKwic 프로그램을 이용하여 학생들의 사전 검사지를 분석한 결과 사용된 단어는 43개, 링크의 수는 353개로 나타났다. 학생들이 퇴적 암에 대해 어떻게 인식하고 있는지 알아보기 위해 단어 사이의 공출현 매트릭스를 기반으로 한 언어 네트워크 지도를 시각화하였으며(Fig. 2), 네트워크 지도의 특성을 알아보기 위해 전체 네트워크의 밀도 (density)를 산출하였다. 분석 결과 야외지질학습 전 퇴적암에 대한 개념 구조를 나타내는 네트워크 밀도
(Dbefore)는 0.40으로 비교적 높게 나와 전체 네트워크
Fig. 1. The example of semantic network analysis.
가 서로 긴밀하게 연결된 것으로 해석할 수 있다. 그 러나 Fig. 2에서 볼 수 있는 것과 같이 실제 네트워 크 지도는 Cluster A를 구성하는 ‘퇴적’, ‘암석’과 같 은 특정 단어를 중심으로 밀집해 있는 쏠림 현상을 보이고 있으며, ‘층’과 ‘화석’과 같은 단어를 중심으 로 일부 단어는 소외된 모습을 보이고 있다.
Table 1은 야외지질학습 전 퇴적암에 대한 학생들 의 응답에 등장한 단어 중 아이겐벡터 중심성을 분 석하여 선정된 핵심단어를 제시한 것이다. 선정된 핵 심 단어를 사용 빈도 측면에서 보면 ‘퇴적’(23회)을 가장 많이 사용하였으며, ‘암석’(12회), ‘오랜시간’(8 회), ‘물질’(7회) 순으로 빈번한 사용을 보였다. 사용 빈도 뿐 아니라 중심성 분석 결과도 유사하게 나타 났는데, 연결정도 중심성이 높은 단어를 살펴보면 ‘퇴 적’과 ‘물질’이 10 이상으로 높은 값을 보였으며, ‘암 석’, ‘오랜시간’, ‘운반’ 등 사용빈도가 높은 단어일수 록 연결정도 중심성도 높게 계산되었다. 연결정도 중 심성이 높다는 것은 네트워크 내의 여러 연결 중에 서 중심에 위치해 있다는 것으로 다른 단어와의 링 크가 많아 해당 개념이 다른 인접 개념들로 확산이 용이할 뿐 아니라 해당 개념을 설명할 때 영향력 있 는 단어로 사용될 수 있다는 것을 의미하므로 사용
빈도가 높은 단어일수록 연결정도 중심성이 높아 학 생들이 퇴적암의 개념을 효과적으로 설명할 수 있는 단어로 인식하고 있는 것으로 해석된다. 반면 ‘자갈’,
‘모래’와 같이 퇴적물의 입자 크기에 따라 퇴적암을 분류하는 인식을 나타내는 단어들은 다른 단어에 비 해 연결정도 중심성이 낮게 나타났다.
네트워크를 구성하는 단어의 평균 매개 중심성은 3.01로 계산되었다. 여기서도 사용 빈도가 높은 ‘퇴적’,
‘물질’, ‘암석’ 등의 단어가 매개 중심성도 7 이상으 로 높게 나타나 전체 네트워크에서 중요 위치를 차 지하고 있다. 한편 ‘화석’은 다른 단어에 비해 사용 빈도는 적지만 매개 중심성은 9.74로 높게 나타났다.
이것은 ‘화석’이 전체 네트워크 구조를 통제할 수 있 는 중요한 위치를 차지하고 있어 학생들이 인접 개 념을 유기적으로 이끌어내는 핵심단어로 인식하고 있 다는 것을 알 수 있다. 이런 결과는 Fig. 2에서 ‘화석’
이 Cluster A와 Cluster B를 서로 연결시켜주는 역할 을 수행하는 것을 통해서도 알 수 있다.
야외지질학습 전 퇴적암에 대한 학생들의 네트워크 지도는 크게 세 개의 하위 클러스터로 구분할 수 있 다. 하위 클러스터는 네트워크를 이루는 세부적인 의 미집단으로 간주될 수 있으며 네트워크 내에서 유사 Fig. 2. Semantic network of students about sedimentary rocks before field trip. (The diameter of the circle is proportional to the eigenvector centrality, and the thickness of the line is proportional to the strength of the link)
한 성격을 가진 단어들이 군집화(cluster)를 이룬 것 이다. 이때 세부 의미집단은 공통성, 유사성의 특성 을 가지므로 하위 네트워크에 속한 단어들은 공통된 속성을 가지고 있는 것으로 볼 수 있다(Ohk and Han, 2009). 그렇기 때문에 하위 클러스터를 구성하 는 단어는 하나의 주제와 관련된 단어들의 집합으로 간주될 수 있어 이를 기준으로 하나의 세부 의미집 단의 개념 구조 해석이 가능하다(Lee and Ha, 2012;
Lee et al., 2010).
가장 큰 클러스터를 이루는 Cluster A는 ‘퇴적’, ‘퇴 적물’, ‘암석’과 같은 단어를 중심으로 ‘압력’, ‘물질’,
‘운반’, ‘생성’과 같은 단어로 구성되어 있어 주로 퇴 적암의 생성과정과 관련된 의미집단을 나타낸 것이다.
또한 Cluster A를 이루는 단어 사이의 선의 굵기로 보아 높은 연결강도를 보이고 있어 학생들은 주로 퇴적암을 생성과정과 관련지어 인식하는 경향이 크다 는 것을 알 수 있다. 반면, ‘입자’, ‘크기’, ‘모래’와 같이 퇴적물 입자의 크기에 따른 퇴적암의 분류를 나타내는 단어는 사용 빈도 뿐 아니라 연결정도 중 심성과 매개 중심성이 낮아 네트워크의 외각에 위치 하고 있다. 한편 Cluster B는 ‘층’과 ‘화석’을 중심으 로 퇴적층에서 관찰할 수 있는 특징인 ‘지층’, ‘줄무 늬’, ‘습곡’, ‘정단층’ 등의 단어로 구성되어 있으나 단어들의 연결강도가 낮을 뿐 아니라 클러스터 내의 인접 단어와도 긴밀하게 연결되어 있지 않다. 또한 Cluster B 내에 ‘편리’라는 단어가 등장하는데, 이 는 학생들의 응답 내용 중 퇴적암에서 관찰할 수 있 는 특징으로 ‘편리’를 관찰할 수 있다는 응답에서 나 타난 것이다. 일반적으로 ‘편리’는 변성암에서 관찰할 수 있는 특징임에도 불구하고 ‘편리’가 나타난 이유 는 퇴적암에서 관찰할 수 있는 ‘층리’의 개념과 혼동 하고 있는 것을 알 수 있다. 반면 Cluster C는 ‘구성 물질’, ‘깊이’, ‘강’, ‘산사태’ 등과 같이 퇴적물을 운 반하는 매개체에 대한 인식을 나타내는 단어로 구성
되어 있으나 클러스터 내 단어의 연결강도도 낮고, 인접 단어와 잘 연결되어 있지 않은 모습을 보인다.
또한 Cluster B와 C가 가장 큰 하위집단을 이루고 있는 Cluster A를 구성하는 단어와 연결 정도도 낮고 연결강도도 낮아 전체적으로 볼 때 퇴적암에 대한 개념 구조가 통합되지 못하고 분절된 상태를 보이고 있다.
야외지질학습 직후 퇴적암에 대한 개념 구조 야외지질학습 직후 퇴적암에 대한 개념 구조를 알 아보기 위해 학생들이 응답한 탐구활동보고서를 KrKwic 프로그램을 이용하여 분석한 결과 사용된 단 어는 88개, 링크의 수는 1,299개로 나타났다. 네트워 크를 구성하는 단어의 수가 많을수록 네트워크 구조 가 넓은 범위에 걸쳐 작용하고 있다는 것을 의미하 기 때문에(Kim, 2007), 야외지질학습을 통해 학생들 의 개념 구조가 외연적으로 확장되었다는 것을 알 수 있다. 반면, 네트워크의 밀도(Djust-after)는 0.33으로 계산되어 야외지질학습 전(Dbefore=0.40)에 비해 다소 감소하였다. 일반적으로 관찰된 밀도는 집단의 크기 에 반비례하여 나타나는데(Son, 2008), 본 연구에서 도 네트워크를 구성하는 단어의 수가 야외지질학습 전의 43개에서 88개로 크게 증가하여 네트워크의 크 기가 커졌기 때문에 나타난 결과라 할 수 있다. 그러 나 증가한 단어 수에 비해 밀도 값은 0.07로 적게 감 소하였는데 이는 네트워크를 구성하는 단어가 복잡하 게 연계되어 있어 링크의 수가 353개에서 1,299개로 크게 증가하였기 때문이다. 이러한 결과는 Fig. 3에 서와 같이 네트워크 지도를 이루는 단어들이 서로 긴밀하게 연결되어 있다는 것을 통해서도 확인할 수 있다.
Table 2는 야외지질학습 직후 퇴적암에 대한 학생 들의 개념 구조 네트워크를 구성하는 단어 중 아이 겐벡터 중심성이 높은 핵심단어를 나타낸 것이다. 사 Table 1. Word frequency and network centrality about sedimentary rocks before field trip (DC: Degree Centrality, BC:
Betweenness Centrality)
words frequency DC BC words frequency DC BC
sedimentation 23 12.88 18.07 formation 5 3.14 18.07
rock 12 6.71 7.19 transportation 5 4.00 7.19
for a long period 8 4.22 2.74 fossil 5 1.84 2.74
material 7 4.11 11.13 discovery 4 1.52 11.13
pressure 6 3.68 2.33 gravel 4 2.38 2.33
sediment 6 3.36 0.43 sand 3 1.62 0.43
용빈도 측면에서 보면 ‘입자’가 36회로 가장 많이 사 용되었으며, ‘작은’(21회), ‘퇴적’(19회), ‘사암’(18회),
‘이암’(18회), ‘크기’(16회) 등의 사용빈도가 높게 나 타나 학습 전과 비교해 볼 때 입자의 크기와 관련된 단어가 크게 증가하였다. 이런 변화는 본 연구 지역 인 채석강 일대가 다양한 종류의 퇴적암이 분포하고 있어 야외지질학습 동안 입자의 크기에 따라 다수의 암석을 관찰해보고 분류하는 탐구활동 때문에 생긴 변화로 판단된다. 네트워크를 구성하는 단어를 중심 성 측면에서 보면 단어의 평균 연결정도 중심성은 1.59이며, 사용빈도가 높은 ‘입자’, ‘퇴적’, ‘크기’, ‘층’
과 같은 단어가 4 이상으로 높게 나타났다. 그렇기 때문에 네트워크 지도에서 해당 단어가 중앙에 위치 하고 있어 이런 단어를 중심으로 주변 단어로의 확 산이 용이하게 이루어지고 있다. 그리고 네트워크를 구성하는 단어들의 평균 매개 중심성은 1.33으로 계 산되었으며, 사용 빈도가 높은 단어일수록 매개 중심 성도 높게 나타나 학생들은 사용빈도가 높은 단어를 중심으로 퇴적암과 관련된 주변의 개념을 유기적으로 이끌어내고 있다는 것을 알 수 있다.
야외지질학습 직후 퇴적암에 대한 네트워크 지도는 크게 세 개의 하의 클러스터로 구분할 수 있다(Fig.
3). 이 중 Cluster D '는 가장 큰 하위 집단을 이루고
있으며, ‘입자’, ‘크기’를 중심으로 ‘진흙’, ‘모래’, ‘자 갈’ 등 퇴적물을 지시하는 단어와 ‘이암’, ‘셰일’, ‘사 암’, ‘역암’과 같이 퇴적물의 입자 크기에 따른 퇴적 암 분류와 관련된 단어가 서로 복잡하게 연계되어 있다. 또한 ‘어두운색’, ‘밝은 색’, ‘단단’, ‘매끈’ 등과 같이 퇴적암의 육안 관찰을 통한 퇴적암의 특성을 설명하는 단어들이 서로 연결되어 있다. 이는 학생들 이 야외지질학습을 통해 퇴적물의 입자 크기에 따른 퇴적암의 분류에 대한 개념 구조가 크게 확장되었으 며, 육안 관찰을 통해 퇴적암의 특징을 이해하려는 개념 구조가 새롭게 획득되었다는 것을 의미한다. 한 편 Cluster B '는 퇴적암의 특징적인 구조인 ‘층’을 중심으로 퇴적층에서 관찰할 수 있는 ‘화석’, ‘물결자 국’, ‘건열’, ‘줄무늬’와 같은 개념이 하나의 하위 클 러스터를 형성하고 있다. 또한 Cluster C '는 ‘퇴적’,
‘퇴적물’과 같은 단어를 중심으로 ‘바다’, ‘호수’, ‘강’,
‘갯벌’ 등의 단어가 서로 연결되어 있어 퇴적물이 퇴 적되는 장소와 운반 매개체를 지시하는 단어들로 구 성된 하위 클러스터를 이루고 있다. 이는 야외지질학 습 전 학생들의 개념 구조인 Fig. 2의 Cluster B와 C 에서 사용된 단어가 유사하게 사용되었으나 하위 클 러스터를 구성하는 단어들이 야외지질학습 전에 비해 더욱 복잡하게 연결되어 있으며, 구체적인 사례를 제 Fig. 3. Semantic network of students about sedimentary rocks just after the field trip.
시한 여러 단어가 자주 사용된 것으로 보아 야외지 질학습을 통해 새롭게 획득된 정보가 학생들의 기존 인지구조에 그대로 저장된 것이 아니라 상호작용을 통해 유기적으로 통합됨으로써 야외지질학습 전 학생 들의 개념 구조가 크게 확장된 것으로 판단된다.
이런 결과로 미루어 볼 때 야외지질학습을 통해 형성된 학생들의 퇴적암에 대한 개념 구조는 네트워 크를 구성하는 단어들이 서로 별개로 존재하기보다 단어 사이에 함께 출현하는 빈도가 증가하여 서로 긴밀하게 연결됨으로써 작은 세상 네트워크(small world network)를 형성한다고 볼 수 있다(Latora and Marchiori, 2001). 즉, 야외지질학습 전 학생들의 퇴 적암에 대한 개념 구조가 서로 분절된 상태를 보이 던 것이 야외지질학습을 통해 거미줄과 같이 서로 유기적으로 연결된 개념 구조를 형성하고 있는 것이 다. 이처럼 네트워크 지도가 긴밀하게 연결되기 위해 서는 네트워크를 구성하는 하위 클러스터를 서로 연 결시켜 줄 수 있는 허브(hub)가 되는 단어가 필요하 다(Lee and Ha, 2012; Choi and Park, 2011). 일반적 으로 허브가 되는 단어는 높은 연결정도 중심성과 높은 매개 중심성을 가지는 특성이 있으며(Chan and Vitevitch, 2010), 여기서 전체 네트워크를 구성하고 있는 단어 중 ‘입자’는 연결정도 중심성과 매개 중심 성이 각각 9.98, 6.43, ‘퇴적’은 7.79, 21.76, ‘크기’는 5.70, 6.08, ‘층’은 7.32, 12.50을 보여 이와 같은 단 어가 하위 클러스터를 서로 연결시켜 주는 허브 역 할을 수행하고 있다는 것을 알 수 있다.
야외지질학습 수개월 후 퇴적암에 대한 개념 구조 야외지질학습 수개월 후 퇴적암에 대한 개념 구조 가 어떻게 변화하였는지 알아보기 위해 사후 검사지
에 답하게 하고 응답 내용을 분석하였다. 분석 결과 사용된 단어는 47개로 야외지질학습 전인 43개와 유 사한 네트워크의 크기를 보이지만 링크의 수는 520 개로 야외지질학습 전의 353개에 비해 높은 값을 보 였다. 이것은 야외지질학습을 통해 획득된 정보가 적 절한 자극이 지속적으로 주어지지 않아 주의집중을 받지 못하여 망각되거나 다른 형태로 변형된 것으로 해석된다. Fig. 4는 야외지질학습 후 학생들의 퇴적 암에 대한 개념 구조를 나타낸 네트워크 지도를 나 타낸 것이다. 이러한 네트워크의 밀도(Dafter)는 0.62로 계산되어 야외지질학습 전(Dbefore=0.40)이나 직후
(Djust-after=0.33)에 비해 크게 증가하였다. 이런 결과는
시간 경과에 따른 망각으로 인해 사용된 단어의 수 는 감소하여 퇴적암을 한정된 범위 내에서 인식하고 있지만 네트워크를 구성하는 단어들이 서로 복잡하게 연결되어 있어 링크의 수는 여전히 높게 나타났기 때문이다.
Table 3은 야외지질학습 수개월 후 퇴적암에 대한 학생들의 개념 구조 네트워크를 구성하는 단어 중 아이겐벡터 중심성이 높은 핵심단어를 제시한 것이 다. 단어의 사용빈도를 보면 ‘퇴적(28회)’, ‘퇴적물(17 회)’, ‘생성(12회)’, ‘암석(12회)’, ‘압력(10회)’, ‘크기 (10회)’ 순으로 높은 빈도를 보였다. 이런 단어는 주 로 퇴적암의 생성과정과 퇴적물의 입자 크기에 따라 퇴적암의 분류를 나타내는 것으로 학생들이 주로 퇴 적암을 생성과정과 입자 크기에 따른 분류와 관련지 어 인식하고 있다고 해석된다. 한편 네트워크를 구성 하는 단어의 평균 연결정도 중심성은 1.24이며, 사용 빈도가 높은 단어일수록 연결정도 중심성도 높게 나 타나 퇴적암의 개념을 설명할 때 영향력 있는 단어 로 작용하고 있다는 것을 알 수 있다. 이와 유사하게 Table 2. Word frequency and network centrality about sedimentary rocks just after the field trip
words frequency DC BC words frequency DC BC
particle 36 9.98 6.43 yellow color 11 3.19 2.09
small 21 6.22 4.58 black color 10 3.19 1.12
sedimentation 19 7.79 21.76 mud 9 3.34 0.57
sandstone 18 4.91 1.36 lake 9 2.30 3.91
mudstone 18 5.12 6.35 ocean 8 1.67 1.47
size 16 5.70 6.08 bright color 8 1.93 0.24
conglomerate 12 2.82 1.36 the naked eye 8 2.14 1.09
stratification 12 3.55 2.56 bed 8 7.32 12.50
large 12 3.14 0.83 fossil 8 1.46 3.18
sand 11 3.24 1.85 structure 7 2.19 1.65
shale 11 2.93 5.53
단어의 평균 매개 중심성은 2.04로 나타났으며 사용 빈도가 높은 단어일수록 매개 중심성도 높아 전체 네트워크 구조에서 전략적으로 중요한 위치를 차지하 고 있다. 반면 ‘물’은 사용빈도는 다른 단어에 비해 낮으나 매개 중심성은 높게 나타나 학생들이 전체 네트워크 구조가 잘 연결되도록 통제해주는 중요한 단어로 인식하고 있다는 알 수 있다.
야외지질학습 수개월 후 학생들의 퇴적암에 대한 개념 구조를 나타내는 네트워크 지도는 크게 3개의 하위 클러스터로 구분할 수 있다. 이 중 가장 큰 하 위집단을 구성하는 Cluster A+C ''는 ‘퇴적’, ‘퇴적물’,
‘생성’, ‘운반’, ‘압력’, ‘암석’, ‘오랜시간’과 같은 단어 를 중심으로 인접 단어들이 서로 긴밀하게 연결되어 있으며 또한 다른 클러스터에 비해 집단의 크기가 크게 나타났다. 이것은 대체로 퇴적암의 생성과정
(Fig. 2의 Cluster A)과 퇴적물의 운반 매개체(Fig. 3 의 Cluster C ')에 대한 인식이 통합된 형태를 보인다.
한편 Cluster D ''는 ‘입자’, ‘역암’, ‘자갈’, ‘모래’, ‘구 분’과 같은 단어를 중심으로 ‘색깔’, ‘크기’, ‘성분’ 등 의 단어들이 서로 연결되어 있으며 주로 퇴적물의 입자 크기에 따른 퇴적암의 분류에 대한 개념 구조 를 나타낸 것이다. 이것은 야외지질학습 직후의 개념 구조(Fig. 3의 Cluster D ')와 유사한 경향을 보이는 것으로 학생들은 야외지질학습을 통해 획득된 퇴적암 의 분류에 대한 개념이 기존의 인지구조에 통합되어 퇴적암에 대한 인식의 한 축을 이루고 있다는 것을 알 수 있다. 반면 Cluster B ''는 ‘층’과 ‘두께’가 작은 네트워크를 이루고 있으며, 주로 퇴적층에서 관찰할 수 있는 퇴적암의 특징을 나타내고 있어 야외지질학 습 전의 개념 구조(Fig. 2의 Cluster B)와 유사한 경 Fig. 4. Semantic network of students about sedimentary rocks after a few months of the field trip.
Table 3. Word frequency and network centrality about sedimentary rocks after a few months of the field trip
words frequency DC BC words frequency DC BC
sedimentation 28 9.48 26.10 size 10 0.94 2.16
sediment 17 4.10 7.81 water 9 8.29 15.99
formation 12 3.20 7.52 for a long period 8 1.85 1.26
rock 12 2.71 0.91 transportation 8 2.67 0.92
particle 12 1.48 6.42 material 6 1.23 0.63
pressure 10 2.46 1.37 mechanism 6 1.93 0.33
향을 보이지만 클러스터를 구성하는 단어가 인접 단 어와 잘 연결되지 않고 집단의 크기도 야외지질학습 전과 직후에 비해 오히려 감소한 모습을 보여준다.
야외지질학습에 따른 퇴적암의 개념 구조 변화 본 연구에서는 야외지질학습에 따라 퇴적암에 대한 학생들의 개념 구조가 어떻게 변화하는지 알아보기 위해 학생들이 작성한 검사지 및 탐구활동보고서를 기초자료로 하여 언어네트워크분석을 실시하였다. 이 를 통해 학생들의 퇴적암에 대한 개념 구조를 네트 워크 지도로 시각화하여 개념 구조의 특성을 분석하 였다. 이러한 결과를 바탕으로 야외지질학습에 따라 학생들의 퇴적암에 대한 개념 구조가 어떻게 변화하 였는지 Fig. 5와 같이 간단히 도식화하였다.
야외지질학습 전 학생들의 퇴적암에 대한 개념 구
조(CSbefore)는 퇴적암의 생성과정(Cluster A), 퇴적층
에서 관찰할 수 있는 특징(Cluster B) 그리고 퇴적물 을 운반하는 매개체(Cluster C)에 대한 하위 클러스 터로 구성되어 있었으나 이들이 서로 긴밀하게 연결 되지 못하고 분절된 상태를 보였다. 그러나 야외지질 학습 직후의 개념 구조(CSjust-after)는 입자의 크기에 따 라 퇴적암을 분류(Cluster D ')하는 인식을 나타내는 새로운 하위 클러스터를 형성하였으며 전체 개념 구 조의 가장 큰 부분을 차지하였다. 반면, 야외지질학 습 전 가장 높은 인식을 보인 퇴적암의 생성과정에
대한 개념은 감소하여 유의미한 의미집단을 형성하지 못하였다. 하지만 야외지질학습 전에서 보인 퇴적층 에서 관찰할 수 있는 특징(Cluster B)과 퇴적물을 운 반하는 매개체(Cluster C)와 같은 하위 클러스터는 사전 지식을 바탕으로 크게 확장된 상태의 하위 클 러스터를 형성(Cluster B '와 Cluster C ') 하였으며, 하위 클러스터 내의 특정 단어가 허브(hub) 역할을 하여 긴밀하게 연결된 상태를 보였다. 한편 야외지질 학습 수개월 후 퇴적암에 대한 개념 구조(CSafter)는 야외지질학습 전 형성되었던 퇴적암의 생성과정 (Cluster A)과 퇴적물의 운반 매개체(Cluster C)에 대 한 개념 구조가 야외지질학습을 통해 기존 인지구조 와 적절히 통합된 상태(Cluster A+C '')를 보였다. 또 한 야외지질학습을 통해 획득한 개념인 입자의 크기 에 따른 퇴적암의 분류(Cluster D ')에 대한 인식은 학습 중에 비해 크기도 감소하고 기존 인지구조와의 상호작용을 통해 다소 변형되기도 하였으나 여전히 개념 구조의 한 축(Cluster D '')을 이루고 있다. 한편 퇴적층에서 관찰할 수 있는 특징(Cluster B ')을 나타 내는 하위 클러스터는 다른 클러스터와 잘 연결되지 않아 연결강도도 낮으며, 집단의 크기도 오히려 감소 한 모습(Cluster B '')을 보였다.
위의 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 퇴적암이 비 교적 친숙한 개념이기 때문에 학생들은 기존의 학습 경험을 통해 퇴적암에 대한 개념 구조를 가지고 있 Fig. 5. A associative network changes of conceptual structures about sedimentary rocks according to the field trip.
었다. 그리고 야외지질학습을 통해 학생들은 학습 전 에 가지고 있던 개념 구조를 활용하여 새롭게 획득 한 정보를 통합하여 저장함으로써 개념 구조가 크게 확장된 모습을 보였을 뿐 아니라 하위 클러스터가 긴밀한 연결 관계를 형성하여 ‘작은 세상 네트워크’
를 이루었다. 이 중 채석강에서 여러 종류의 퇴적암 을 관찰할 수 있는 기회가 많아 입자 크기에 따라 퇴적암을 분류하는 인식을 나타내는 하위 클러스터가 크게 확장된 모습을 볼 수 있었다. 채석강은 여러 종 류의 퇴적암뿐 아니라 퇴적구조 및 퇴적환경을 유추 할 수 있는 노두가 여러 곳 존재하기 때문에 퇴적암 에 대한 종합적인 개념 구조가 형성될 수 있도록 지 도하는 것이 필요할 것이다. 한편, 야외지질학습 수 개월이 지난 후 학생들의 퇴적암에 대한 개념 구조 는 크기가 감소하기는 했지만 야외지질학습 전에 가 졌던 개념 구조를 바탕으로 정보처리과정을 거쳐 별 개로 존재하던 개념 구조가 통합된 모습을 보였으며, 여전히 긴밀하게 연결된 상태를 유지하고 있었다.
결론 및 제언
야외지질학습에 대한 질적 연구는 심층면담과 참여 관찰을 통해 학습 상황에 대한 맥락을 이해함으로써 심층적인 자료 해석이 가능하다는 장점이 있지만 연 구자의 편견이 개입될 소지가 있다. 그러나 질적 연 구의 또 다른 정보 제공자인 탐구활동보고서는 야외 지질학습 동안 학생들이 획득한 정보를 문자 형태로 나타낸 것이기 때문에 연구자의 편견이 개입될 소지 가 상대적으로 적다. 이에 본 연구에서는 학생들이 작성한 검사지 및 탐구활동보고서를 기초자료로 하여 야외지질학습을 통해 퇴적암에 대한 개념 구조가 어 떻게 변화하였는지 알아보고자 하였다. 이를 위하여 탐구활동보고서 내의 특정 단어가 함께 출현하는 단 어가 무엇인지를 바탕으로 단어 사이의 구조적 관계 를 네트워크 형태로 시각화할 수 있는 언어네트워크 분석을 실시하였으며, 이를 바탕으로 얻은 결론은 다 음과 같다.
야외지질학습 전 학생들의 퇴적암에 대한 개념 구 조는 퇴적암의 생성과정, 퇴적층에서 관찰할 수 있는 특징, 퇴적물을 운반하는 매개체에 대한 인식을 하위 클러스터로 한 네트워크를 구성하고 있으나 이들이 서로 긴밀하게 연결되지 못하고 퇴적암의 생성과정에 대한 하위 클러스터의 쏠림 현상을 보였다. 그러나
학생들은 노두에서 직접 퇴적암을 관찰하고 토론하는 활동을 통해 야외지질학습 전보다 퇴적암의 특징을 다양한 상황과 관련지어 인식하려는 모습을 보였다.
이때 다양한 종류의 퇴적암을 관찰해 보는 활동을 통해 퇴적암의 분류에 대한 개념을 새롭게 획득하였 으며, 퇴적층에서 관찰할 수 있는 특징과 퇴적물을 운반하는 매개체에 대한 인식이 기존 인지구조와의 상호작용을 통해 확장된 모습을 보였다. 특히, 네트 워크를 구성하는 여러 단어 중 하위 클러스터 내의 연결정도 중심성과 매개 중심성이 높은 특정 단어가 허브 역할을 하며 서로 긴밀하게 연결됨으로써 ‘작은 세상 네트워크’를 형성하였다. 이러한 결과는 야외지 질학습 전은 서로 분절된 상태를 보이던 하위 클러 스터가 특정 단어를 매개로 하여 긴밀하게 연결됨으 로써 퇴적암에 대한 복잡한 연결 구조가 형성된 것 으로 야외지질학습이 학생들의 개념 구조에 유의미한 변화를 가져왔다는 것을 의미한다.
한편, 야외지질학습 수개월 후 학생들의 개념 구조 는 야외지질학습 직후에 비해 네트워크의 크기는 감 소하였으나 여전히 네트워크를 구성하는 단어들이 서 로 복잡하게 연계되어 있었다. 또한 전체 네트워크는 퇴적암의 생성과정, 퇴적암의 분류, 퇴적층에서 관찰 할 수 있는 특징과 같은 유사성을 가진 하위 클러스 터로 구성되어 있었다. 학생들은 야외지질학습 전 입 자의 크기에 따라 퇴적암을 분류하는 개념 구조를 가지지 않았으나 야외지질학습을 통해 관련 개념 구 조를 획득하였으며, 이런 개념을 학습 후 수개월이 지나더라도 망각되지 않고 지속적으로 파지하고 있어 야외지질학습이 장기기억 파지에 효과적이라는 것을 알 수 있다. 또한 퇴적암의 생성과정에 대한 개념 구 조는 야외지질학습 전과 비교하여 다소 형태가 변형 되기는 했지만 여전히 퇴적암에 대한 개념 구조의 중요한 위치를 차지하고 있다.
학생들이 작성한 탐구활동보고서를 기초자료로 하 여 야외지질학습에 따른 개념 구조를 분석한 결과를 바탕으로 본 연구가 가지는 시사점 및 야외지질학습 의 개선 방안은 다음과 같다. 첫째, 그동안 야외지질 학습에 대한 질적 연구가 참여관찰이나 심층 면담을 통한 학습 상황의 맥락 이해에 중점을 두었다면 본 연구는 탐구활동보고서를 기반으로 학생들의 개념 구 조를 파악하였다는 의의를 가진다. 이러한 연구는 분 석 과정에서 연구자의 편견 개입을 최소화할 수 있 으며, 문장 내에 포함된 특정 단어의 사용 빈도와 네
트워크의 특성을 분석할 수 있는 분석 지표를 산출 하기 때문에 질적 자료의 양적 분석이 가능하다. 그렇 기 때문에 자료에 대한 반복적인 검증이 가능하여 질 적 연구의 한계를 보완할 수 있을 것으로 기대된다.
둘째, 야외지질학습이 지구과학 개념 형성에 어떤 영향을 미치는지 분석한 선행 연구는 설문을 통한 통계적인 분석을 실시하였을 뿐(Park et al., 2007;
Lee and Cheong, 2005), 실제적으로 개념 형성에 어 떤 영향이 있는지 알 수 없었다. 그러나 본 연구는 언어네트워크분석을 이용하여 문장 내에 등장하는 단 어의 구조적 관계를 통해 학생들의 인지구조 내에 존재하는 퇴적암에 대한 개념 구조를 시각화하여 실 제적인 변화를 확인할 수 있었다.
셋째, 야외지질학습을 통해 획득한 정보는 그대로 저장되는 것이 아니라 학생들이 기존에 가지고 있던 개념 구조를 적극적으로 활용하는 것으로 나타났다.
그렇기 때문에 야외지질학습이 효과적으로 이루어지 기 위해서는 야외지질학습 전 학생들의 사전 개념 구조를 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 이때 학생 들은 새로운 정보가 유입되었을 때 개념 구조 내의 허브가 되는 단어를 중심으로 새로운 개념을 통합하 기 때문에 학생들이 가지는 허브가 되는 개념을 확 인한다면 이런 개념을 중심으로 야외지질학습을 진행 함으로써 학습의 효과를 극대화시킬 수 있을 것이다.
넷째, 야외지질학습 동안 형성된 학생들의 개념 구 조는 다양한 퇴적암을 관찰하는 활동을 통해 획득된 것으로 교사가 야외지질학습을 어디에 초점을 두느냐 에 따라 연구 결과는 달라질 수 있다. 그렇기 때문에 야외지질학습을 지도하는 교사는 여러 노두에서 퇴적 암의 다양한 특징을 관찰할 수 있도록 지도함으로써 통합적인 사고를 함양할 수 있도록 지도할 필요가 있다.
야외지질학습의 효과를 심층적으로 분석하기 위해 서는 연구 참여자에 의한 질적 연구가 반드시 필요 하다. 그러나 참여관찰이나 심층 면담을 통한 학습 상황에 대한 맥락을 이해하는 것만으로는 야외지질학 습의 효과를 심층적으로 분석할 수 없다. 그러므로 추후 질적 연구를 수행할 때 참여관찰이나 심층 면 담을 통한 학습 상황에 대한 맥락을 이해하는 것과 함께 학생들의 활동지에 대한 분석을 통한 심층적인 삼각검증이 이루어진다면 연구 결과를 더욱 명시적으 로 나타낼 수 있을 것으로 기대된다. 이것은 단지 야 외지질학습 뿐 아니라 다양한 학습상황에 적용이 가
능하며, 또한 문자 언어만이 아닌 음성 언어를 분석 하는 데 활용할 수 있기 때문에 다양한 분야에서 학 생들의 특성을 분석하는 도구로서 언어네트워크분석 의 가능성을 알아볼 수 있는 연구가 지속적으로 수 행되어야 할 것이다.
감사의 글
본 연구의 질적 향상을 위해 많은 조언을 해주신 김경수 교수님과 익명의 심사위원님께 깊이 감사드립 니다.
참고문헌
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