예비초등교사들의 시스템사고 능력 및 특성에 대한 연구
A Study on the Abilities and Characteristics of the Systems Thinking for Pre-service
Elementary Teachers
4)문병찬*․김해경**
Moon, Byoung-Chan*․Kim, Hai-Gyoung**
Abstract
This study focused on the analysis of the abilities and characteristics of the systems thinking for pre-service elementary teachers. Systems thinking is defined as the ability to see the world as a complex system in which one understands that everything is connected to everything else. For this study, 345 subjects carrying of the 2nd grade were selected and participated in making out the protocol developed by Sweeney and Sterman(2000) for the estimating ability of the systems thinking.
As a result, the proportion of the correct answers based on the total points of view was 63%. However, the proportion of correct answer was considerably different according to the gender. The women group showed 53%, while the men group was 76%. Especially, there was a great difference in the rates of correct answer depending on their academic tracks of the humanities or natural science courses in the high school. The average rates of the correct answers for the natural science and the human science were 84 and 46%, respectively. Consequently, the ability of the systems thinking for pre-service elementary teachers is highly related with their gender and learning experience in the high school. The results of this study may contribute the practical use of the systems thinking in the area of the science education.
Keywords: 예비초등교사, 시스템사고, 과학교육
(Pre-service Elementary Teacher, Systems Thinking, Science Education)
* 광주교육대학교 과학교육과 교수 (제1저자, [email protected])
** 광주교육대학교 과학교육과 교수 (공동저자, [email protected])
Ⅰ. 서 론
교육은 추상적 개념으로서 그 용어 자체가 고유한 목적을 담고 있지는 않다(Dewey, 1916). 그러므로 당시의 시대와 그 사회가 처한 상황에 따라 추구하는 이상을 별도의 교육 목적으로 수립한다. 우리나라의 경우에는 1949년에 공포된 교육법 제 1조에 홍익인간을 교 육의 궁극적 목적 이념으로 두었으며, 그 목적을 효과적으로 달성하기 위한 수단의 실체로 서 교육 과정을 계획하여 활용하고 있다(유봉호, 1992). 따라서 교육과정은 그 사회가 추구 하고 있는 교육의 목적과 그것을 달성하기 위한 포괄적인 목표와 방향, 구체적인 내용 등 을 포함하고 있는 교육활동의 핵심적 표상으로 볼 수 있다(김재복 등, 1999). 현재 우리나 라에서 적용되고 있는 제7차 교육과정은 학습자의 개성신장과 창의성 개발 그리고 민주적 공동체 의식의 함양을 강조한다(교육부, 1997). 이 중, 창의성은 과거 경험의 재생에 의하 지 않고, 그와 다른 방식에 의한 문제해결 방법 또는 태도를 의미하는 것으로써(김재복 외, 1999), 현재 교육의 패러다임이 학생들의 정신활동의 하나인 사고의 측면에 중점을 두고 있는 것으로 이해된다.
사실, 교육의 하위영역인 과학교육분야에서는 일찍부터 학생들의 과학적 사고 계발에 관 심을 두어왔으며, 최근에는 학교에서 과학수업을 통한 학생들의 과학적 사고력신장, 사고 기술개발, 사고수준의 향상 등을 위한 구체적 방안을 모색하는 연구들이 증가하고 있다 (Assaraf & Orion, 2005; Dori & Tal, 2003; Kali et al., 2003; Orion & Kali, 2005; Resnick, 1996, Sweeney & Sterman, 2000). 이는 과학 학문이 자연의 사물이나 자연현상을 결국, 인 간의 합리적인 사고과정을 통해 탐구함으로써 이루어진다는 것을 감안해 볼 때, 과학 학습 에서 학생들의 사고활동을 매우 중요한 학습요소로 인정하고 있기 때문이다(김재복 등, 1999).
한편, 전통적인 과학수업에서는 학생들에게 한정된 부분에 대한 인과관계의 규명에 효과 적인 분석적 사고를 강조하였다. 이러한 분석적 사고는 단편적인 부분을 대상으로 원인과 과정, 결과의 상호관계를 철저하게 규명하는 것이 특징이며, 탐구대상을 최소의 조각으로 분리하여 각각의 특성을 그 자체로 분석하고, 수집된 결과들을 다시 하나로 통합하면 전체 의 특성은 부분들의 총합으로 나타 날 것임을 전제한다(김만희와 김범기, 2002). 그러나 최 근 자연현상 등과 같은 복잡시스템의 경우 분석된 각 구성요소들의 단일 특성이 전체시스 템의 결과에 일관적으로 반영되어 재현되지는 않는다는 것이 밝혀지면서, 과학교육에 있어 서도 학생들의 효과적인 과학학습을 위한 새로운 사고방식에 대한 필요성이 제기되고 있다 (Kali et al., 2003; 김만희와 김범기, 2002). 이런 맥락에서, 단편적인 부분에 집착하지 않고, 전체시스템을 구성하는 각 구성요소들 간 음․양의 상호작용과 피드백효과 그리고 그 과
정에서 관여되는 지연시간 등을 고려하여 전체시스템의 특성을 통찰하는데 효과적인 것으 로 인정받고 있는 시스템사고의 활용을 제안하였다(Bryan, 2003; Penner, 2000).
또한, 시스템사고는 수준 높은 사고들 중 하나로 인정될 뿐만 아니라(Chen & Stroup, 1993; Zeidler et al., 1992), 과학적인 사고방식이고 미약한 증거를 통해 비약적 결론에 도 달하는 것을 허락지 않으며 논리적이고 종합적인 사고 특성(김동환, 2006)을 가짐으로서, 과학교육에서 강조하고 있는 학생들의 사고력 신장, 탐구활동 그리고 학교에서 학습한 과 학지식을 학생들이 일상생활에서 적용할 수 있도록 하는데 유리한 사고방식 이라는 인식하 에 최근 외국의 과학교육 분야에서는 시스템사고에 대한 관심이 높아지고 있다(Assaraf &
Orion, 2005; Dori & Tal, 2003; Kali et al., 2003; Orion & Kali, 2005). 과학교육분야에서 지구과학영역은 암석권, 수권, 기권, 생물권의 시스템들이 오랜 지질시간 동안 다양한 상호 작용의 결과로 나타낸 지구환경의 현상들을 주로 다룬다. 이런 맥락에서 시스템 사고는 복 잡한 지구환경 시스템을 학생들이 통찰 적으로 이해하는데 특히 효과적인 사고의 도구이다 (Orion & Kali, 2005).
지금까지 우리나라에서 시스템사고와 과학교육에 대한 선행연구로는 김만희와 김범기 (2002)에 의한 ‘현대 과학교육의 동향과 시스템사고 패러다임의 비교연구’가 있으며, 이 연 구에서는 현대과학교육의 동향과 시스템사고 패러다임이 매우 일치하는 특성임을 결과로 제시하고 우리나라 과학교육현장에서 시스템사고의 활용을 제안하였다.
한편, 교육현장은 학교수업이 핵심이며, 학교에서의 수업은 교사와 학생간의 상호작용에 의해 이루어진다. 즉, 우리나라의 과학교육현장에서 시스템사고가 효과적으로 활용되어지 기 위해서는 우선적으로 과학교사들의 시스템사고에 대한 이해가 필수적이다. 시스템사고 의 특성과 가치를 이해한 과학교사가 과학수업을 진행하는 과정에서 시스템 사고의 방식으 로 접근할 수 있기 때문이다. 이런 맥락에서, 미래에 과학교사로서의 역할을 수행하게 될 예비교사들에게 시스템사고를 소개하고, 이를 과학수업에서 학생들에게 활용할 수 있는 교 수-학습 방법을 모색할 수 있도록 도와주는 것은 과학교육과 시스템사고의 발전이라는 두 가지 측면에서 필요할 것으로 생각한다. 그러나 예비과학교사들에게 미래에 학교현장에서 시스템사고를 활용할 수 있는 교수-학습전략을 수립하는데 필요한 정보를 마련하기 위해서 는 우선 예비과학교사들의 시스템사고에 대한 이해정도와 그 특성에 관한 기초적인 자료가 있어야만 가능할 것이다.
이에, 문병찬 등(2004)은 사범대학에서 지구과학을 전공하는 예비과학교사들을 대상으로 탄소순환의 개념에 대해 시스템 사고적 관점을 적용하여 활용수준을 연구한 바 있다. 그러 나 이 연구는 연구대상이 6명에 한정되어 그 연구결과를 일반화하는데 다소 무리가 있으 며, 또한 그 연구에서 활용된 도구가 시스템사고에서 핵심개념으로 인식되는 저장(stock),
흐름(flow), 지연(delay time), 피드백(feedback)의 요소 중, 피드백 개념만이 특히 강조된 ‘순 환성’과 ‘역동성’에 한정된 관계로 추가적 연구의 필요성을 제언하였다. 따라서 본 연구는 선행연구의 한계를 극복하기 위한 방안의 하나로 연구의 대상을 달리하여 그 수를 확장하 고, Sweeney & Sterman(2000)에 의해 개발된 시스템사고 평가도구를 적용하였다. 특히, 시 스템사고의 수준과 예비교사들의 다양한 특성 간에 나타나는 상관관계를 보다 구체적으로 알아보는데 본 연구의 목적을 두었다.
Ⅱ. 연구방법
본 연구는 예비초등교사들을 대상으로 시스템사고와 관련하여 사고수준과 사고의 특성 을 알아보기 위한 것으로써, 연구대상은 초등예비교사 2학년에 재학중인 10개반, 345명이 다. 연구목적을 달성하기 위하여 활용된 도구는 Sweeney & Sterman(2000)이 개발하여 2000 년 MIT Sloan School Managent Course의 학생들에게 적용한 시스템사고 평가지인 BT(Bath Tub)로써, 시스템사고의 가장 기본적인 수준으로 인정되는 그래프 해석, 자료변환의 능력 외에도 시스템사고의 핵심개념인 ‘흐름(flow)’, ‘저장(stock)’, ‘지연(delay time)’, ‘피드백 (feedback)’ 중 피드백에 대한 개념을 제외하고, 유입(input)과 산출(output)에 대한 개념은 충실히 반영되었다(부록 1).
수집된 자료를 분석하는 방법으로는 Sweeney & Sterman(2000)의 선행연구의 방법을 참 고하여 시스템사고에 대한 평가결과를 ‘흐름(flow)', '저장(stock)', 지연(delay time)' 개념으로 세분하고, 각각에서 나타나는 정답률의 차이와 모든 관점을 충족하여 정답에 도달한 비율 을 조사하였다. 또한 시스템사고의 활용 능력이 예비초등교사들의 심화교과별, 연령, 성별, 그리고 고등학교에서의 이과와 문과에 대한 선행학습경험 등에 따라 어떻게 나타나는지를 분석하였다.
Ⅲ. 연구결과 및 논의
1. 연구대상의 배경
본 연구에 참여한 교육대학교 10개 교과의 2학년에 재학 중인 345명의 예비초등교사들 은 여자가 210명, 남자는 135명으로 여자가 차지하는 비율이 61%로 남자에 비해 다소 높
았다. 각 교과에 따른 성비에 있어서는 영어과의 경우 31명 중, 여자가 24명(77%)으로 높 은 비율을 차지하였다. 반면, 국어과의 경우에는 전체 38명 중, 17명이 여자로서, 오히려 남자의 비율이 여자보다 높은 55%를 차지하였다.
고등학교에서의 이과와 문과에 대한 비율은 전체 345명 중, 문과에 소속되었던 학생수가 195명(57%)으로 이과에 비해 그 비율이 다소 높았다. 각 교과에 따라서는 국어과의 경우, 38명 중 문과의 비율이 89%를 차지하였으나, 과학과의 경우에는 문과의 비율이 1%미만으 로 매우 낮았다. 연령분포의 특징은 345명 중, 21세에 해당하는 학생들이 53%를 차지하여 가장 높은 비율을 나타내었고, 다음으로는 23세 이상에 해당하는 학생들이 71명(21%)으로 두 번째를 차지하였다. 연구에 참여한 일부 학생들은 30살이 넘은 경우도 있었지만 그 수 는 많지 않았다(표 1).
연구대상 345
국어 38
사회 35
수학 37
과학 33
체육 34
미술 31
실과 31
교육 40
영어 31
컴퓨터 35
나이
20 0 4 3 4 11 4 6 4 1 7
21 25 28 17 12 18 18 22 14 15 14
22 6 8 8 2 3 1 5 7 7
23이상 7 3 9 9 3 6 2 17 8 7
성별 남 21 16 16 12 18 9 8 16 4 15
여 17 19 21 21 16 22 23 24 27 20
선행학 문영역
이과 4 5 27 31 7 17 16 16 7 20
문과 34 30 10 2 27 14 15 24 24 15
[
표 1
]연구대상의 배경
2. BT(Bath Tub) 평가
첫 번째 항목은 ‘저장’개념에 대한 이해를 묻는 것으로 유입량이 유출량을 초과하는 시 점에 대해 정확한 답변을 하고 있는지에 대한 것이다. 만약 첫 번째 항목에 대해 올바르게 이해한 경우에는 유입량이 유출량을 초과하는 0분부터 4분 동안 수조의 물은 일정한 비율 로 상승하는 그래프의 형태가 나타난다. 수조의 양이 일정하게 증가하는 시스템의 특성 뿐 만 아니라, 수조의 물 양이 증가되는 양적측면을 올바로 이해 한 경우에는 4분에서 수조의
물은 200ℓ에 도달하게 된다. 그러나 양에 대한 부분은 잘못 생각하였더라도 수조의 저장 된 물의 양을 의미하는 그래프의 형태가 0분에서 4분까지 일정한 비율로 증가하는 형태이 면 첫 번째 항목에서는 맞는 것으로 인정하였다.
평가지의 첫 번째 항목에 대해서 많은 학생들은 올바르게 생각하였다. 그림 1ⓐ와 같이 처음 수조에 저장된 100ℓ의 물이 일정한 비율로 증가하여 4분에 도달하면 수조에 저장된 물의 양은 200ℓ가 된다. 그러나 일부는 그림 1ⓑ의 경우와 같이 유입량이 유출량을 초과 하여 수조의 물의 양이 4분까지는 증가한다고는 생각함으로써, BT시스템의 특성을 이해하 고 있었으나 양적인 측면에서 4분에 수조에 저장된 물이 150ℓ에 도달할 것으로 생각하였 다. 그림 1ⓑ 외에도, 1ⓒ의 경우와 같이 4분 후에 수조의 물이 200ℓ에 도달한다는 것과 시스템의 특성이 4분까지는 수조의 물이 증가할 것이라는 것을 이해하였지만, 4분 동안에 증가되는 수조의 물의 양이 일정한 비율로서가 아니라, 불규칙하게 증가 될 것으로 생각하 는 것 등은 ‘저장(stock)’개념에 대해 완전한 이해를 하지 못함에서 나타난 것으로 해석된다 (Sweeney & Sterman, 2000).
그림 1ⓑ와 그림 1ⓒ를 포함하여, 일부 예비초등교사들의 그래프 형태가 그림 1ⓐ와는 동일하지 않더라도, 첫 번째 관점이 4분에 이르면 유출량이 유입량을 초과하는지에 대해 이해하고 있는가에 대한 것이었기 때문에 첫 번째 관점에 한정되어서는 맞는 것으로 인정 하였다. 반면 첫 번째 관점에 대해 잘못된 생각을 하는 예비초등교사들의 경우도 상당수가 보여 졌다. 예를 들면 그림 1ⓓ의 경우처럼 전체적으로 시스템의 특성을 잘못 이해하기도 하였지만, 그림 1ⓔ나, 그림 1ⓕ의 경우와 같이 첫 번째 관점에서 지속시간과 양적측면에 대해서 잘못 생각하는 경우도 나타났다. 그 외에도 시스템에 대한 잘못된 이해에서 여러 형태의 그래프가 제시되었다.
두 번째 관점은 유출량이 유입량을 초과하여 수조의 물의 양이 감소하기 시작하는 시점 을 이해하는가에 대한 관점으로 평가지의 정답에서 물의 양이 4분 이후에 감소되므로 첫 번째 관점을 충족시킨 경우에는 두 번째 관점 또한 올바로 이해할 가능성은 훨씬 높아진 다. 연구결과에서도 이러한 경향은 잘 나타난다. 다만, 첫 번째의 관점에서 정답으로 제시 된 그래프 형식이 정답과 일치하지 않더라도 4분후에 유출량이 유입량을 초과하여 수조의 물의 양이 감소할 것이라는 생각을 하는 경우도 나타났다(그림 1ⓖ). 그러나 첫 번째 관점 을 잘못 이해한 예비교사들의 경우에는 두 번째 관점에서도 다양한 경향의 사고가 나타났 다(그림 1ⓗ).
(ⓐ) (ⓑ) (ⓒ) (ⓓ)
(ⓔ) (ⓕ) (ⓖ) (ⓗ)
[
그림 1
]첫 번째 항목에서 예비초등교사들이 제시한 그래프 형태(ⓐ-ⓒ: 올바른 형태, ⓓ-ⓕ: 잘못된 형태, ⓖ: 두 번째 항목에서 올바른 형태, ⓗ: 두 번째 항목에서 잘못된 형태)
세 번째 관점은 평가지에서 4분, 8분, 12분, 16분에서 그래프의 정점을 잘 나타내고 있 는가에 대한 관점이다. 위 관점에서는 전체적으로 평가지의 정답을 올바로 표시한 경우에 는 모두 맞은 것으로 인정되고, 전체적으로 정답이 올바르지 않더라도 4개의 정점에서 그 래프의 경향이 맞은 경우에도 정답으로 인정하였다(그림 2ⓐ, 2ⓑ, 2ⓒ, 2ⓓ). 그러나 4개 의 정점이 정답과는 다른 시간에서 나타나거나, 정점의 수가 4개에서 나타나지 않은 경우 도 보여 졌다(그림 2ⓔ, 2ⓕ, 2ⓖ, 2ⓗ).
네 번째 관점은 시스템의 특성을 잘 파악하고 있는가를 알아보는 것으로 수조의 물이 증 가하는 것을 나타내는 그래프 경향이 급격히 변하지 않고 연속적인 경향으로 제시되었는가 하는 것이 평가의 관점이다. 예를 들면 그림 3ⓐ의 경우처럼 수조의 물이 단속적으로 급격 하게 변할 것으로 생각하면 잘못된 것으로 구분하였다(그림 3ⓐ, 3ⓑ). 그러나 그래프에서 나타내고 있는 수조의 물의 양이 올바른 값이 아니더라고 BT시스템을 점진적인 경향이 있 는 것으로 이해하는 경우에는 올바른 것으로 분류하였다(그림 3ⓒ, 3ⓓ).
(ⓐ) (ⓑ) (ⓒ) (ⓓ)
(ⓔ) (ⓕ) (ⓖ) (ⓗ)
[그림 2
]세 번째 항목의 그래프 형태 (ⓐ-ⓓ: 올바른 형태, ⓔ-ⓗ: 잘못된 형태)
(ⓐ) (ⓑ) (ⓒ) (ⓓ)
[
그림 3
]네 번째 항목에 대한 그래프 형태(ⓐ-ⓑ: 잘못된 형태, ⓒ-ⓓ: 올바른 형태)
BT시스템에 대해 위에서 언급한 네 가지의 관점을 모두 충족하면 다음과 같은 형태의 그래프가 완성 된다(그림 4). 정답으로 제시된 그래프 중, 일부는 평가지의 여백을 활용하 여 수학적 계산을 통해 그래프를 완성시킨 경우도 있었지만, 모든 과정을 사고를 통해 그 래프를 완성하는 경우와 처음에는 BT시스템에 대해 잘못된 생각을 하였지만, 이를 수정하 여 올바른 그래프를 완성한 경우도 있었다(그림 4ⓐ, 4ⓑ, 4ⓒ).
[
그림 4
]전체적 측면에서 정답으로 인정된 그래프 형태
3. 심화과정별 BT(Bath Tub)시스템 평가
예비초등교사들의 BT시스템에 대한 결과를 세부항목에 따라 분류하고 이를 교과별로 분 석한 결과는 다음과 같다(표 2).
연구대상 345 (100)
국어 38 (%)
사회 35 (%)
수학 37 (%)
과학 33 (%)
체육 34 (%)
미술 31 (%)
실과 31 (%)
교육 40 (%)
영어 31 (%)
컴퓨터 35 (%)
Sterman 100 (%)
항 목
첫 번째 (79)
26 (68)
22 (63)
37 (100)
33 (100)
26 (76)
25 (81)
25 (81)
28 (70)
19 (61)
32
(91) (80) 두 번째
(91) 34 (89)
26 (74)
37 (100)
33 (100)
32 (94)
29 (94)
28 (90)
32 (80)
29 (94)
33
(94) (80) 세 번째
(89) 30 (79)
27 (77)
37 (100)
33 (100)
30 (89)
27 (87)
28 (90)
32 (80)
29 (94)
33
(94) (86) 네 번째
(78) 26 (68)
18 (51)
36 (97)
33 (100)
24 (71)
25 (81)
24 (77)
29 (73)
21 (68)
31
(89) (89) 정 답
(63) 16 (42)
16 (46)
34 (92)
33 (100)
17 (50)
18 (58)
20 (65)
19 (48)
13 (42)
29
(83) (77) [
표 2
]교과별 BT시스템 평가 결과
첫 번째 항목에 대한 정답비율은 전체평균이 79%였다. 정답비율이 평균값에 도달하지
못한 교과는 국어(68%), 사회(63%), 체육(76%), 교육(70%), 영어(61%)과로 나타났다. 특히 여러 교과 중 가장 낮은 평가결과를 보인 영어과의 경우에는 평균값과 비교해 볼 때 큰 차 이를 보였다. 반면, 평균값에 비해 높은 점수를 나타낸 교과들은 수학(100%), 과학(100%), 미술(81%), 실과(81%), 컴퓨터(91%)였다. 특히 수학과와 과학과의 경우에는 평가에 참여한 학생 모두가 올바른 답을 하여 100%의 정답률을 나타내었다. Sweeney & Sterman(2000)에 의한 선행연구의 결과에서는 첫 번째 항목에서의 평균정답률이 80%로서, 본 연구의 결과 와 비교하여 거의 비슷한 수준을 보였다.
두 번째 항목의 평균 정답률은 91%에 도달하여 첫 번째 항목에 비해 높은 값을 보였다.
사실, 도구의 특성상 첫 번째 항목에서 정답을 제시한 경우, 처음 4분 동안에 수조의 물의 양이 증가할 것으로 생각하였기 때문에 4분 이후에는 수조의 물이 감소할 것으로 생각하는 경우가 많아 첫 번째 항목에 비해 높은 정답률이 나타났다. 다만, 선행연구의 결과에서는 첫 번째 항목과 두 번째 항목의 정답률이 80%로 동일한 비율로 나타났다. 교과별로는 평 균에 비해 낮은 값을 보인 교과는 국어(89%), 사회(74%), 실과(90%), 교육(80%)이었다. 가 장 낮은 정답률은 사회(74%)에서 나타났으며, 가장 높은 정답률은 수학(100%)과 과학과 (100%)에서 보였다.
세 번째 항목의 경우, 평균정답률은 89%였다. 평균값에 도달하지 못한 교과는 국어 (79%), 사회(77%), 미술(87%), 교육과(80%)였으며, 평균값이상을 나타낸 교과는 수학 (100%), 과학(100%), 실과(90%), 영어(94%), 컴퓨터(94%)였다. 첫 번째 항목에서 가장 낮은 정답률을 보인 영어과의 경우, 세 번째 항목에서는 94%로 매우 높은 비율을 보였다. 도구 의 특성 상, 세 번째 항목은 4분, 8분, 12분, 16분의 정점을 올바로 이해하고 있는지를 평 가하는 것으로서 세부항목 중에서 수학적 계산능력이 강하게 반영되어 있는 것으로 판단된 다.
네 번째 항목에서 평균정답률은 78%였다. 선행연구의 결과에서는 네 개의 항목 중, 네 번째의 정답률이 86%로 가장 높은 값을 보였지만, 본 연구의 결과에서는 두 번째, 항목과, 세 번째 항목에 비해 큰 차이로 낮은 값을 보였다. 네 번째 항목의 관점은 수학적 계산능 력과는 별개로 BT시스템의 전체적 특성이 점진적인지와 급변적인가를 알아보는 것이다.
정해진 시간과 조건에서 일정한 양의 물이 공급과 배출이 이루어지도록 설계된 BT시스템 의 특성에 대해, 본 연구에 참여한 예비초등교사들은 선행연구에 참여한 MIT대학의 학생 들에 비해 수조에 저장된 물의 양이 급변할 것으로 판단하는 경우가 많았다. 전체 평균값 에 비해 낮은 정답률을 보인 교과는 국어(68%), 사회(51%), 체육(71%), 실과(77%), 교육 (73%), 영어(68%)이었다. 반면, 평균값에 비해 높은 정답률을 보인 교과는 수학(97%), 과학 (100%),미술(81%), 컴퓨터과(89%)였다. 네 번째 항목에서 시스템의 특성을 단속적인 것으
로 생각하는 경우에서 그 형태가 다양하게 제시되었고, 이러한 경향은 선행연구의 결과에 서 보여준 사례와도 유사하였다(그림 5).
(ⓐ) (ⓑ)
(ⓒ) (ⓓ) (ⓔ) (ⓕ)
[
그림 5
]시스템의 특성을 단속적으로 생각하는 그래프의 예 (ⓑ: 선행연구의 경우, ⓐ, ⓒ, ⓓ, ⓔ,
ⓕ : 우리나라 예비초등교사들의 경우)
마지막으로, 평가도구에서 요구하는 모든 관점을 충족하여 정답의 그래프를 완성한 예비 초등과학교사의 전체 평균율은 63%였으며, 선행연구에서 나타난 77%에 비하면 낮은 수준 이었다. 이 결과를 각 교과별로 구분하여 분석해 보면, 수학과의 경우, 37명중 34명이 올바 른 그래프를 나타냄으로써 92%의 높은 수준을 보였으며 과학과의 경우에는 33명이 모두 옳은 답을 하여 정답률이 100%였다. 반면, 국어과의 경우에는 38명 중 16명, 영어과의 경 우에는 13명만이 정답의 그래프를 제시하여 정답률은 각각 42%로, 조사된 교과 중에서 가 장 낮았다.
교과별로 세분하여 결과를 분석하면 정답비율이 60%미만에 해당하는 교과들은 국어, 사 회, 체육, 미술, 교육, 영어 등 이었으며 그중에서도 특히 낮은 정답률을 보이는 교과들은
국어(42%), 사회(46%), 영어(42%), 교육(48%)이었다. 반면, 다른 교과에 비해 큰 차이로 높 은 정답률을 보인 2개의 교과는 100% 정답률을 보인 과학과와 수학과(92%)였다. 그 다음 으로 높은 정답률은 컴퓨터(83%)에서 보여 졌다. 이러한 결과들에 근거하면 정답률이 높은 값을 보인 교과들은 주로 이학계열로 분류되는 교과들이고, 낮은 정답률에 속하는 교과들 은 일반적으로 인문계열에 해당된다는 점은 주목할 만 하다.
사실, 우리나라 교육대학교의 여건 상, 예비초등교사들의 교과별 소속은 사범대학과는 달리 교육과정에서 큰 차이를 보이지 않는다. 물론 심화과정을 적용받은 4학년의 경우에는 교과별 학습경험이 다소 차이가 있지만, 본 연구에서는 2학년을 대상으로 하였으므로 소속 교과에 대한 심화학습 경험은 없다고 볼 수 있다. 그러므로 본 연구결과에서 나타나는 소 속교과별 평가결과의 차이는 교육대학교에 입학한 이후 이과/문과의 전공계열에 대한 학습 에 있기보다는 아마도 다른 요인에 의한 때문으로 판단된다.
교과에 따른 학력수준 측면에서 고려해 볼 때, 교육대학교에 재학 중인 학생들은 체육특 기자와 같이 특별전형을 거친 일부를 제외하고, 대부분은 동일한 조건에서 정형화된 입시 과정을 거쳐 입학하였으므로 일반적으로 인식되는 학력수준은 비슷할 것으로 생각된다. 다 만, 일부 소속교과를 선택하는 과정에서 한 교과에 많은 지원자가 생길 경우에는 입학성적 을 기준으로 우선순위를 부여하기 때문에 위와 같은 원인에서 근소한 차이는 발생할 수 있 을 것이다. 그러나 본 연구의 결과와 교과별 결과를 비교해 볼 때, 평가결과가 다른 교과에 비해 매우 낮은 수준을 나타낸 국어과와 영어과 등은 이 연구를 실시한 교육대학교의 여건 상 일반적으로 학생들의 지원 수요가 많기 때문에 학력수준은 다른 교과에 비해 결코 낮다 고 볼 수 없다. 그러므로 교과별 학력수준 또한 교과별 평가결과의 차이를 나타낸 특징의 원인으로 작용했다고 보기는 어려울 것으로 판단된다.
본 연구에서 나타난 교과별 평가결과의 차이에 영향을 미칠 수 있는 또 다른 요인으로서 평가도구가 지니고 있는 잠재적 특성을 고려해볼 수 있다. 평가도구의 특성에 대하여 도구 개발자인 Sweeney & Sterman(2000)은 적용된 도구의 특성이 다소 수학적임을 인정하였다.
그럼에도 불구하고, 도구의 세부항목에서 저장과 흐름을 포함한 개념 들을 학생들이 어떻 게 이해하고 있는가에 대한 정보를 종합적 분석함으로써 시스템사고의 관점에서 학생들의 시스템사고 특성을 평가할 수 있는 가능성에 대해 선행연구의 결과에서 강조하였고, 특히 수조안에 저장된 물의 양을 수적으로 계산하는 능력과는 별도로 수조의 물이 증가하거나 감소함에 있어서 그 변화양상을 올바로 이해하고 있는가와 변화량을 의미하는 그래프의 특 성이 점진적이거나 또는 급진적인 특성으로 나타났는가를 세부항목에서 중요한 평가관점 으로 하고 있다는 것을 근거해 볼 때, 본 연구에서 활용된 평가도구가 BT시스템의 특성에 대한 이해의 관점에서 그 수준을 알아보는데 인정되어질 만한 타당성과 신뢰성을 지니고
있는 것으로 판단된다.
이에, 이 연구에서 적용된 도구의 종합적 평가결과를 반영하고, 특히, 다른 4개의 세부항 목에 대한 결과에 비해 교과별로 가장 큰 차이를 보인 최종정답률을 예비초등교사들의 나 이와 성별, 과거 고등학교에서의 이과/문과 중 어느 분야에 속해있었는지를 조사하여 그 결과를 상호 비교하였다(표 3).
소속
연령 고교학습계열 성별
정답 오답 정답 오답 정답 오답
20 21 22 23 20 21 22 23 이과 문과 이과 문과 여 남 여 남
국어(38) 9 4 3 16 2 4 1 15 3 19 3 13 14 8
사회(35) 2 11 3 2 17 5 11 19 5 11 14 5
수학(37) 3 15 7 9 2 1 25 9 2 1 20 14 1 2
과학(33) 4 12 8 9 31 2 21 12
체육(34) 5 9 3 6 9 2 4 13 3 14 2 15 14 3
미술(31) 3 9 3 3 1 9 3 13 5 4 9 11 7 11 2
실과(31) 3 14 1 2 3 8 13 7 3 8 13 7 10 1
교육(40) 1 5 3 10 3 9 2 7 11 8 5 16 10 8 14 8
영어(31) 4 4 5 1 11 3 3 6 7 1 17 11 2 16 2
컴퓨터(35) 7 11 7 4 3 3 17 12 3 3 16 13 4 2
345 28 99 37 51 16 84 10 20 126 89 24 106 112 102 98 33 [
표 3
]연구대상들의 연령, 고등학교에서의 이과/문과, 성별의 분류에 따른 평가결과
표 3에서 나타낸 바와 같이 345명의 연구대상 중, 최종정답을 보인 경우는 215명으로 62%였다. 이 결과를 나이별로 세분하여 분석해 보면, 20세는 총 44명 중 28명이 정답을 제시하여 64%에 해당하였다. 21세의 경우에는 총 183명 중 정답은 99명으로, 54%의 정답 률을 보였으며, 22세는 47명 중, 37명이 정답을 제시하여 79%, 그리고 23세 이상의 경우에 는 총 71명 중 37명이 정답을 보여 65%의 정답률을 나타내었다. 분석결과, 22세에서 79%
로 가장 높은 정답률을 보였고, 반면 가장 낮은 정답률은 54%로 21세에서 나타났다. 그러 나 나이에 따른 정답률 분석의 결과에서, 나이와 정답률이 비례하거나, 또는 반비례 한다는
증거는 보여 지지 않았다.
다음으로, 성별에 따른 분석결과에서는 여자의 경우 총 210명 중에서 112명이 정답을 제시하여 53%의 정답률을 보였다. 반면, 남자의 경우에는 총 135 명 중, 102명이 정답을 나타냈으며 정답률은 76%에 해당한다. 물론, 본 연구에서는 동일한 남녀수를 설정하지 않 았고, 그밖에 또 다른 변인들을 통제하지 않은 조건에서, 단순히 드러난 평가결과를 남녀로 구분하여 분석하였으므로 이 연구의 결과만을 통해서 남자가 여자에 비해 시스템사고의 능 력이 높다고 단정 지을 수는 없다. 그러나 여자의 정답률에서 나타난 53%와 남자의 정답 률 76%는 수치적으로 상당한 차이를 가지므로, 이는 남녀의 시스템사고의 활용수준에서 시사하는 바는 있는 것으로 생각된다.
마지막으로 고등학교에서의 이과/문과별 소속이 평가결과와 어떤 관계를 보이는지를 조 사하였다. 이과의 경우, 총 150명 중 126명이 정답을 나타내어 정답률은 84%였다. 반면에 문과의 경우에는 총 195명 중 89명이 정답을 보였으며 이는 46%의 정답률에 해당한다. 이 결과 또한 위에서 언급한 성별에 따른 분석결과와 동일하게 단순비교의 측면을 가진다. 그 러나 정답률과 과거 고등학교에서 예비초등교사들이 소속되었던 이과/문과별과의 단순비교 의 결과로 인정하더라도, 345명이 교과별로 각각 동일한 조건에서 시스템사고 활용수준에 대한 평가를 받았고 그 결과에서 두 집단의 정답률이 84%와 46%라는 큰 차이가 발생하였 다는 것은 두 집단간에 시스템사고의 활용수준이 서로 구분되어질 수 있는 것으로 생각된 다. 즉, 복잡시스템을 해석함에 있어서 구성요소들의 저장, 흐름, 지연, 피드백효과 등을 고 려하여 시스템의 단편적인 부분에 집착하지 않고 전체시스템에 대한 통찰적 사고의 특징을 갖는 시스템사고의 활용수준은 고등학교 시절 이과에 속했던 학생들이 문과에 속했던 학생 들에 비해 더 높은 것으로 인정할 수 있다. 그러나 이 연구의 결과에서 드러난 정답률의 차이를 분석함에 있어서, 그 이전부터 시스템 사고의 활용수준이 더 높은 학생들이 고등학 교에서 문과보다는 이과에 더 많이 지원하는지, 또는 시스템사고의 수준향상이 고등학교에 서 이과의 교과목들에 대한 학습효과로 나타나는지에 대해서는 알 수 없다. 또한, 이 연구 에서 사용된 평가도구의 특성이 다소 수학적인 개념이 반영되어진 것으로 인해 정답률에 있어서 큰 차이를 발생시켰을 가능성에 대해서도 생각해 볼 만 하다.
Ⅳ. 결 론
본 연구는 복잡한 자연현상을 해석하고 이해하는데 있어서 관련지식 뿐만 아니라, 과학 의 개념들을 조합하고 통합하는 사고의 방법 또한 매우 중요한 것임을 가정하고, 시스템사
고의 특성이 수많은 요소들로 구성된 복잡시스템의 특성을 통찰적으로 이해하는데 매우 효 과적이라는 선행연구들의 결과들에 근거하여, 우리나라 과학교육 분야에서 과학교사와 학 생들에게 시스템사고를 소개하고, 이를 효과적으로 활용할 수 있는 방안을 모색하는 차원 에서 이루어졌다.
사실, 시스템사고가 수준 높은 사고활동이라는 인식에서 어린 학생들의 인지수준을 고려 하면 초등학교의 과학수업에서 시스템사고를 활용하는 것에 대한 적절성에 의문이 있을 수 있다. 그러나 이미 3세의 유아들이 시스템사고의 기본적인 효과로 인정되는 구성요소들 간 의 인과 관계적 상호맥락을 이해할 수 있으며, 원인과 과정, 결과들을 서로 연결하는 것이 가능하다(Shultz et al., 1986)는 연구결과 뿐만 아니라, Sheehy 등(2000)이 8세-11세에 해당 하는 100명의 학생들을 대상으로 시스템사고의 활용능력을 조사한 결과, 조사대상 중 많은 학생들은 환경문제를 해결하는데 부분에 집착하지 않고 전체시스템의 특성을 통찰하는 시 스템사고의 특성을 의미 있게 나타내었다. 이러한 선행연구결과들은 시스템사고가 우리나 라 초등과학교육분야에서 활용되어질 수 있는 가능성을 시사한다.
Ossimiz(1998)는 교육현장에서 시스템사고의 활용정도는 교사들의 시스템사고에 대한 이 해와 활용정도와 매우 밀접한 관계가 있음을 연구결과로 제시하였다. 이런 맥락에서, 예비 초등교사들을 대상으로 시스템사고의 활용정도를 조사한 본 연구의 결과는 나름대로 의의 를 갖는다고 볼 수 있다.
이 연구에서 드러난 결과에 근거해 볼 때, 우리나라 예비초등교사들의 시스템사고의 활 용수준은 고등학교에서의 이과/문과의 학습경험과 매우 밀접한 관계를 갖는 것으로 볼 수 있다. 다음으로는 여자와 남자의 성별에 따라서도 시스템사고의 활용정도가 다소 차이를 갖는 것으로 이해된다. 이는 교육대학교에서 예비초등교사들에게 교육되어지고 있는 과학 교과목들에 있어서 과학개념들을 소개하고 이를 이해시키는 지식적 측면 뿐 만 아니라, 예 비초등교사들의 고등학교에서의 선행학습경험을 고려하여, 특히 문과의 학습경험이 많은 학생들이 소속된 일부 교과들에 있어서는 과학개념들을 조합하고, 통합하는 사고 기술적 측면에도 관심을 가져야 함을 시사한다.
이 연구는 외국에서 개발된 시스템평가 도구를 바탕으로, 이미 대학교에 입학하여 1년 이상을 학습한 예비초등교사들을 대상으로 하였다. 이에, 우리나라 학생들의 수준과 상황 에 가장 적절한 시스템사고 측정도구가 개발되어 예비초등교사들 뿐 만 아니라 연구대상을 확장하여 적용함으로써, 과학교육분야에서 효과적인 활용 방안을 모색하는데 보탬이 되었 으면 한다.
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【부록 : 시스템사고 평가도구】
다음을 읽고 그림과 (가)그래프를 참고하여 (나)그래프를 완성 하시오.
두개의 수도꼭지가 달린 한 개의 수조가 있습니다. 한 개의 수도꼭지는 수조에 물을 공급하고 다른 수도꼭지는 수조의 물이 밖으로 배출되도록 되어 있습니다. 수조에 100ℓ(리터)의 물을 채운 후, 두개의 수도꼭지를 동시에 열고 16분 동안 수조의 수위변화를 관찰하였습니다.
그림. 물이 담긴 수조
(가)
물의 공급,과배
출률 (ℓ/분)
100
공급 ↴
(나) 배출↴
0 2 4 6 8 10 12 14 16
시간(분)
(나)
수조의 물의 양 (ℓ)
200
150
100
50
0 2 4 6 8 10 12 14 16
시간(분)
논문접수일: 2007.09.10/ 심사완료일: 2007.10.26
