Analysis of Senior High School Students’ Understanding and Application of Green Chemistry in Palu City, Indonesia, for Instructional Media Development

기술 요약: 팔루 시(인도네시아) 고등학생들의 그린 케미스트리 이해 및 적용에 관한 분석

문제 제기
아나스타스와 워너(Anastas and Warner)의 그린 케미스트리 12대 원칙은 지속 가능성을 화학 커리큘럼에 내재화하기 위한 글로벌 프레임워크 역할을 하고 있으나, 중등 교육 단계 학생들의 이해도에 관한 실증적 근거는 매우 부족하며 지리적으로 편중되어 있다. 기존 문헌은 단일 학교 연구나 중국, 말레이시아, 나이지리아 및 서구권의 소규모 표본에 크게 의존하고 있어, 동남아시아 시스템, 특히 개별 학교 수준에서의 기록은 미비한 실정이다. 더욱이 인도네시아의 그린 케미스트리 교수 설계는 체계적인 원칙 단위의 요구 분석 없이 진행되는 경우가 많아, 증거보다는 가정에 기반한 개입으로 이어지는 경향이 있다. 특정 도시 내에서 학교별 맥락적 차이(시설, 교사 배치, 디지털 접근성)가 그린 케미스트리 이해도에 측정 가능한 차이를 만드는지, 그리고 이러한 차이가 구체적인 개념적 차원 및 12대 원칙과 어떻게 연관되는지에 대한 이해에 결정적인 공백이 존재한다.

연구 방법론
본 연구는 ADDIE 교수 설계 모델의 요구 분석 단계에 따라 양적 횡단면 설문 조사 설계를 채택하였다.

• 대상: 인도네시아 중앙 술라웨시 팔루 시의 8개 공립 및 사립 고등학교에 재학 중인 11학년 및 12학년 학생 343명. 표본 추출은 학교 규모가 24명에서 67명 사이인 비례 편의 추출 방식을 사용하였다.
• 도구: 검증된 31개 항목의 리커트 척도 설문지(중립값이 없는 1~4점 척도)가 사용되었다. 각 항목은 5가지 개념적 차원(지식, 학습 태도, 학습 실행, 일상생활 태도, 일상생활 실천)과 아나스타스 및 워너의 그린 케미스트리 12대 원칙에 매핑되었다.
• 데이터 분석: 서열 점수의 비정규 분포(Shapiro-Wilk p < .001)를 고려하여 비모수 통계 분석을 실시하였다. 기술 통계로 기초 수준을 설정하였고, 학교 간 차이는 효과 크기($\epsilon^2$)를 포함한 Kruskal-Wallis H 검정을 통해 테스트하였다. 유의미한 옴니버스 결과에 대해서는 다중 비교를 위한 Holm 보정을 적용한 Dunn의 사후 검정을 수행하였다. 차원 간의 관계는 Spearman의 순위 상관 계수($r_s$)를 사용하여 분석하였다. 모든 분석은 Python 3에서 수행되었다.

주요 결과

1. 전반적 이해도: 학생들은 그린 케미스트리의 이해와 적용에 있어 전반적으로 보통 수준($M = 3.05$, $SD = 0.47$)을 보였다.
2. 원칙별 편차: 12대 원칙에 따른 성취도는 불균형했다. "더 안전한 화학 물질 설계(Designing safer chemicals)"가 가장 높은 점수($M = 3.29$)를 기록한 반면, "분해를 위한 설계(Design for degradation)", "실시간 오염 방지(Real-time pollution prevention)", "촉매(Catalysis)"가 가장 낮은 점수를 보였다. 약한 원칙들은 더 기술적이며 직관적으로 눈에 덜 띄는 특성이 있는 것으로 나타났다.
3. 학교 간 격차: 8개 학교 간의 총점은 유의미한 차이를 보였다($H(7) = 44.25$, $p < .001$, $\epsilon^2 = 0.111$). 학교 평균은 2.71(학교 F)에서 3.27(학교 A)까지 분포했다.
4. 맥락적 영향: 학교 간 차이의 크기는 균일하지 않았다. 효과 크기는 학교 밖 차원(일상생활 태도 및 실천; $\epsilon^2 = 0.03–0.05$)보다 교실 중심 차원(지식, 학습 태도, 학습 실행; $\epsilon^2 = 0.12–0.15$)에서 유의미하게 더 컸다. 사후 검정 결과, 낮은 점수를 보인 학교(D 및 F)는 주로 교실 관련 지표에서 높은 점수를 보인 학교(A 및 G)와 유의미한 차이를 보였다.
5. 구성 타당도: 5가지 차원은 모두 강한 상관관계($r_s = .61$ ~ $.81$, $p < .001$)를 보였으며, 이는 구조가 일관되지만 완전히 분리되지는 않았음을 시사한다. 그러나 일상생활 차원은 교실 차원과 가장 약한 상관관계를 보여, 이들이 더 뚜렷한 진단 대상으로서 기능할 수 있음을 나타냈다.
6. 기초 맥락: 70.3%의 학생이 화학을 어렵다고 인식했으나, 88.9%는 그린 케미스트리가 학습에 잘 부합한다고 동의했다. 스마트폰 보유율은 91.0%로 높았으며, 89.5%가 이미 이를 화학 학습에 사용하고 있었다. 반면, 데스크톱/태블릿의 학습용 사용률은 높은 보유율에도 불구하고 낮게 나타났다.

주요 기여
본 연구는 문헌에 세 가지 구체적인 기여를 한다:

1. 도구 개발: 검증된 31개 항목의 도구를 5개 차원 프레임워크와 그린 케미스트리 12대 원칙에 동시에 매핑하여, 단순 합산 점수가 아닌 원칙 단위의 진단을 가능하게 한 첫 번째 연구이다.
2. 통계적 엄밀성: 단순히 기술적 보고를 넘어, 단일 도시 내 학교 간 그린 케미스트리 이해도의 실제적이고 통계적으로 방어 가능한 차이를 테스트하기 위해 추론 통계(Kruskal-Wallis, Dunn's test, Spearman correlation)를 적용하였다.
3. 진단적 유용성: 진단 결과를 게임 기반의 교수적 개입 개발이라는 실질적인 목적에 직접 연결하였다. 본 연구는 개입 설계 전 지원이 필요한 특정 학교와 원칙을 식별함으로써 "진단 없는 설계"의 문제를 해결한다.

의의 및 주장
저자들은 개인의 성향보다 학교 수준의 교수 요인이 공식적인 교실 환경 내 그린 케미스트리 학습 변화의 주요 동인이라고 주장한다. 본 연구는 이러한 구체적인 진단 없이는 교수적 개입이 격차를 해소하기보다 기존의 불평등을 강화할 위험이 있다고 상정한다.

연구 결과는 다음과 같이 제언한다:

• 타겟 콘텐츠: 향ule의 교수 자료는 이해도가 가장 낮은 "분해를 위한 설계", "촉매", "실시간 오염 방지"를 우선적으로 다루어야 한다.
• 전달 형식: 높은 스마트폰 보유율과 사용률은 교육용 게임의 모바일 우선 전달 형식을 뒷받침한다.
• 형평성 있는 배포: "일률적인(one-size-fits-all)" 개입은 불충분하다. 교실 중심 점수가 낮은 학교(예: 학교 D 및 F)는 가정 차원보다 교실 차원에서 격차 해소가 더 용이하므로, 개입의 조기 또는 집중 배포가 필요하다.

본 연구는 요구 분석 설문을 증거 기반으로 취급함으로써, 지속 가능성 교육이 어디에서 효과적이고 어디에서 그렇지 않은지에 대한 의사결정에 유용한 증거를 생성할 수 있음을 결론짓는다. 특히 인도네시아 중등 교육 맥락 내에서 그러하다.