The Effectiveness of an Integrated 9E Learning Cycle and Tetrahedral Representation Model on Students' Motivation and Attitude Toward Hydrocarbons

화학은 종종 학생들에게 멀게만 느껴지는 이질적인 언어처럼 다가온다. 눈에 보이지 않는 입자들과 학생들이 매일 걷는 세상과는 동떨어진 듯 보이는 추상적인 기호들의 과목이기 때문이다. 이는 연료, 플라스틱, 그리고 우리가 숨 쉬는 공기 그 자체의 근간을 이루는 탄소 기반 분자인 탄화수소에 있어서 특히 그러하다. 많은 교실에서 이러한 개념들은 암기와 빠른 강의를 통해 교육되며, 이로 인해 학생들은 자신이 볼 수 있는 것과 상상하도록 요구받는 것 사이의 간극에서 어려움을 겪는다. 내용이 너무 추상적으로 느껴지면 학생들은 학습 의욕을 잃고, 과목에 대한 태도는 부정적으로 변한다. 이를 해결하기 위해 교육자들은 두 가지 특정 접근법을 결과적으로 결합하는 새로운 교수법을 테스트하기 시작했다. 하나는 학생들이 단계별 발견 과정을 거치도록 안내하는 학습 주기이고, 다른 하나는 학생들이 볼 수 있는 것, 볼 수 없는 것, 그리고 과학자들이 이를 설명하기 위해 사용하는 수학적 코드 사이를 번역할 수 있도록 돕는 시각적 모델이다.

에티오피아의 한 연구팀은 이 두 가지 방법을 혼합하는 것이 실제로 학생들의 화학에 대한 감정을 변화시킬 수 있는지 알아보기 위해 연구를 수행했다. 연구진은 4개의 공립 학교에서 10학년 학생 176명을 대상으로 연구를 진행했으며, 다양한 교수 스타일을 테스트하기 위해 학생들을 여러 그룹으로 나누었다. 한 그룹은 표준 교과서 방식으로 학습했고, 나머지 그룹은 새로운 통합적 접근 방식이나 두 방법 중 하나만을 경험했다. 목표는 단순히 학생들이 더 많은 사실을 학습하는지를 보는 것뿐만 아니라, 학습 동기와 과목에 대한 전반적인 태도가 개선되는지를 측정하는 것이었다. 또한 연구진은 남학생과 여학생이 이러한 새로운 교수법에 다르게 반응하는지에 대해서도 주의 깊게 살펴보았는데, 이는 과학 교육에서 오랫동안 논쟁이 되어온 질문이다.

결과는 교실 내의 명확한 변화를 보여주었다. 새로운 교수 모델을 경험한 학생들은 전통적인 방식으로 배운 학생들에 비해 탄화수소에 대해 더 높은 몰입도를 보였으며 더 긍정적인 전망을 갖게 되었다. 단계별 학습 주기와 다층적 시각 모델을 결합하여 사용한 그룹이 가장 높은 평균 점수를 기록했지만, 통계적 분석 결과 이 그룹이 동기 부여 측면에서 학습 주기나 시각 모델만을 단독으로 사용한 그룹보다 유의미하게 더 효과적이지는 않은 것으로 나타났다. 사실, 세 가지 중재 그룹 모두 학생들의 학습 의욕을 높이는 데 있어 비슷하게 우수한 성과를 보였다. 그러나 태도와 관련해서는, 결합된 접근 방식이 학습 주기만을 사용했을 때보다 뚜렷한 우위를 보였으나, 시각 모델을 단독으로 사용했을 때와는 유사한 성과를 보였다. 이 결합된 그룹에서 학생들은 이미 알고 있는 것에 새로운 아이디어를 연결하는 것으로 시작하여, 직접적인 탐구로 나아가고, 마지막으로 이러한 발견을 실제 세계의 응용 사례와 연결하는 구조화된 과정을 거쳤다. 또한 그들은 네 가지 다른 '층위'를 가로질러 개념을 번역하는 연습을 했다. 즉, 눈으로 보고 만질 수 있는 거시적 층위, 보이지 않는 원자와 분자의 미시적 층위, 화학 공식이라는 상징적 층위, 그리고 과학을 사회 및 일상생활과 연결하는 인간적 요소의 층위이다.

연구진이 데이터를 검토했을 때, 결합 그룹이 가장 높은 평균 점수를 가졌지만, 다른 중재 그룹들도 동기 부여를 촉진하는 데 있어 통계적으로 대등한 수준임을 발견했다. 특정 모델의 종류와 관계없이 모든 중재 그룹은 동기와 태도 모두에서 전통적인 수업 집단을 유의미하게 능가했다. 흥 흥미롭게도, 연구 결과 남학생과 여학생은 처음에 비슷한 수준의 관심을 보였으나, 중재 그룹의 남학생들이 여학생들보다 과목에 대해 약간 더 긍정적인 태도를 갖게 된 것으로 나타났다. 그러나 성별에 따른 동기 부여의 차이는 유의미하지 않았는데, 이는 남녀 모두 새로운 교수법의 능동적이고 직접적인 참여 방식으로부터 동등하게 혜택을 받았음을 시사한다.

중재 전 학생들과의 인터뷰를 통해 학생들의 공통된 괴리감이 드러났다. 학생들은 화학을 어렵고, 추상적이며, 지루하다고 묘사했으며, 스스로 질문을 던지거나 아이디어를 탐구할 기회가 거의 없는 수동적인 정보 수용자라고 언급했다. 새로운 교수법이 도입된 후, 분위기는 완전히 바뀌었다. 학생들은 수업이 마치 발견의 여정처럼 느껴진다고 보고했다. 그들은 동료들과 협력하고, 보이지 않는 입자를 시각화하기 위해 시뮬레이션을 사용하며, 배우고 있는 화학이 자신의 삶에 어떻게 적용되는지 확인하는 기회를 높게 평가했다. 한 학생은 현상을 관찰하고, 입자를 상상하고, 방정식을 쓰고, 실생활의 영향을 이해하는 과정을 오가는 능력이 학습을 매끄럽고 의미 있게 만들어준다고 언급했다.

연구진은 이러한 통합 모델이 학생들이 화학을 경험하는 방식을 변화시키는 강력한 도구라고 결론지었다. 추상적인 이론과 구체적인 현실 사이의 장벽을 허묾으로써, 이 접근법은 학생들이 과학 교실에서 흔히 겪는 두려움과 지루함을 극복하도록 도왔다. 이 연구는 학생들이 보이지 않는 것을 시각화하고 학습 내용을 주변 세계와 연결하는 도구를 갖추게 될 때, 그들의 타고난 호기심이 다시 살아난다는 점을 시사한다. 비록 표본의 크기는 특정 지역에 국한되어 있으나, 이 연구 결과는 암기 위주의 학습에서 벗어나 학생들을 과학적 사고 과정에 능동적으로 참여시키는 교수법으로 나아가야 한다는 설득력 있는 근거를 제시한다.