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Korean J General Edu > Volume 16(3); 2022 > Article
비대면 교육환경에서의 수준별 협력 학습을 활용한 플립드 러닝 적용 사례 -일반화학 수업 중심으로

Abstract

본 연구는 비대면 온라인 환경에서 운영한 일반화학 교과목에서, 수준별 협력학습을 활용한 플립드러닝(Flipped Learning) 교수법 적용 수업 설계 및 운영에 관한 사례를 통해 온라인 기반의 기초과학 교과목을 비롯한 다양한 교양 교과목 운영에서의 학생 학습 수준별 필요를 고려하여, 수업 참여의 동기를 강화하고, 사전 학습 내용들을 다양한 방식으로 적용하고 활용하는 유용한 교수법 설계를 개발하고자 하였다.
이를 위한 수업 전략으로 활용한 사전학습 진단과 결과 분석은 학생들의 선행 학습 정도를 파악하여 수업에서 다루어질 내용을 학생들의 학습적 필요에 맞추어 구성한 적응형 수업 진행에 활용하여 사전학습과 실제 수업의 연계를 강화하여 학생들의 수업 참여 및 학습 효과를 높이고자 하였다. 또한, 개념 이해도를 토대로 산출한 학습 수준별 군집화를 통해 소집단 활동에서 균형 있는 학생 - 학생 상호작용을 통한 협력 활동이 이루어지는 데 활용하였다.
수업 운영 이후, 기말고사 평균 비교를 통해 학업 성취를 살펴보았고, 수업 운영관련 설문과 강의 평가를 통해 수업 운영에 관한 학생들의 인식을 살펴보았다. 마지막으로, 수업 운영 효과에 대한 학업 성취 상위 그룹과 하위 그룹의 차이를 살펴보았다.
본 연구의 수업 모형 적용 결과 학생들의 전반적인 학업 성취도에 향상이 있었으며. 학습 흥미도, 이해도, 학습유지 등에 긍정적인 영향이 있었음을 확인하였다. 특히, 학습 유지 부분에서 가장 높은 만족도를 나타내었다. 수업 운영 과정에 관한 인식은 전반적으로 상호작용 관련 수업 활동 영역에서 높은 만족도를 보였다. 수업 운영 결과에 관한 상위 그룹과 하위 그룹의 비교에서는, 상위 그룹의 경우 학생-학생 간 상호작용 중심의 조별 활동에서, 하위 성취 그룹의 경우 학습 성취와 학습 진도 유지에 큰 효과가 있었던 것으로 확인되었다.
이를 통하여, 해당 교과목에서 활용한 수업 모형의 개발 및 운영에 관한 사례는 향후 기초 과학 분야를 비롯하여 교양 교육에서의 비대면 온라인 수업에서 실재감을 높이고, 상호작용을 강화하는 수업 전략을 개발하고 운영하는 면에 기여할 수 있을 것으로 보인다. 또한, 대면 수업 환경과의 유연한 연계를 통해, 보다 효과적인 교과목 운영에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

Abstract

This study is a case report on the design and operation of classes using flipped learning using level-specific collaborative learning in general chemistry subjects operated in a non-face-to-face online environment.
The pre-learning diagnosis and result analysis used as a teaching strategy for this purpose were used in the adaptive teaching process organized to fill the students’ learning needs and to increase their motivation to participate. In addition, clustering by learning level contributed to meaningful learning through balanced student to student interaction in small group activities.
As a result of running the class, there was an improvement in academic performance of the students. There was a positive effect on their interest in learning, their understanding of the concepts, and their maintenance of the leanring process. Also, there was a high level of satisfaction in the area of interaction-related class activities overall. In the comparison of the upper and lower groups on the results of class operations, we found that the upper group had a significant effect on the group activities centered on the interaction between the students and that the lower group had a significant effect on learning achievement and maintaining learning progress.
Finally, our study will contribute to the development and operation of basic science classes for the enhancement of interactions in non-face-to-face environments, as well as in the face-to-face teaching environment. It is believed that this will contribute to a more effective operation of the curriculum.

1. 서론

최근의 대학 교육 현장에서는 대응적 임시 체제로서의 온라인 교육이 아닌, 과학 기술의 급격한 시대 변화에 맞는 교육의 방향성과 역할에 관한 고찰들이 활발하게 논의되고 있다. 이러한 맥락에서 그동안의 비대면 수업에서 활용된 교수전략과 이를 뒷받침하는 다양한 온라인 기반의 교육 기술들을 비교 검토하고, 이를 토대로, 향후 전개될 다양한 교육환경에서의 수업운영을 위한 효과적이고 실제적인 교수설계의 필요성이 제기되고 있으며, 관련 연구들이 지속적으로 진행되고 있다(김은경, 2020; 도재우, 2020; 황윤자, 2021).
더불어, 코로나 펜데믹으로 인해 확산 된 비대면 수업 환경은 전체적인 학습의 질적 저하에 대한 우려뿐 아니라, 선행 학습 정도 및 학습 역량 등의 차이와 같은 요인으로 인한 학생들의 학습 격차가 교육의 양극화를 만들어내는 현상에 대한 고민을 양산하기도 하였다(김상미, 2020:1093). 이에 대한 대안으로 사전에 제공되는 동영상의 활용과 같은 온라인 학습을 통해 자기주도적인 온라인 학습과 이어지는 실제 수업에서 질의⋅응답, 협업 학습, 토론 등의 활동을 통해 부족한 부분을 보충하거나 사전학습 상황에 맞는 수준별⋅개별학습을 할 수 있도록 하는 교수방법들 중의 하나로 플립드 러닝이 주목을 받고 있으며 이와 관련한 실제적인 교육적 효과들을 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다(윤미선, 2021; 이유화, 2020).
플립드 러닝은 사전에 기초적인 개념을 학생들의 미리 공부해 오면 학생들의 사전 학습을 바탕으로 학생들의 사전 학습을 바탕으로 교실수업에서는 개념을 적용하는 문제 풀이나 학습자 중심의 수업을 수행함으로써 고차원적 사고 능력을 키우는 것이 목표이다. 이러한 플립드 러닝을 적용한 수업이 그 목표를 달성하기 위해서는 학생들은 사전학습을 충실히 수행하여야 하고, 교수들은 학생들의 학생들의 이해 수준을 정확히 파악하고 그에 맞추어 수업을 진행하여야 한다. 하지만 플립드 러닝을 실제 수업 현장에서 적용하고 운영하는 것에는 여러 가지 어려움이 따른다. 그러한 문제들은 학습자 측면에서 학생들이 사전 학습을 충실히 해오지 않는다는 점, 교수자 측면에서 학생들의 사전 학습 수준을 파악하기가 쉽지 않다는 점, 수업 운영 측면에서 온라인 사전 학습과 교실수업이 연계되지 않는다는 점과 학생들의 협력 학습에서 학생 수준에 따른 학습 효과성이 달라진다는 점 등이다(김도희, 강명희, 강민정, 2017; 오정숙, 2015; 임상훈, 강수민, 이신우, 유영만, 2016). 이러한 문제는 플립드 러닝을 수업에 도입한 취지와 목적을 달성하기 위해서는 학생들의 충실한 사전 학습을 유도하고, 그에 따른 학생들의 사전 학습 수준을 분석한 후 학생 특성을 바탕으로 사전 학습과 실제 수업을 연계하는 것이 필요하다는 것을 의미한다.
이에 본 연구에서는 비대면 온라인 교육환경에서 학생들의 사전 학습 수준 데이터 분석을 통해 사전 학습과 실제 수업의 연계성을 강화하고, 수준별 조별 협력 학습 활동 방식으로 이루어진 플립드러닝을 대학 기초화학 수업에 적용한 후 수업의 효과성을 분석하고자 하였다. 비대면 교육환경에서 효과적이고 실제적으로 구현 가능한 플립드 러닝 수업 운영을 탐색하고, 더불어 대면 교육환경에서도 유연하게 활용될 수 있는 교양 기초 과학 교육의 방법을 모색하고자 하였다.
이러한 연구목적을 위해 설정한 연구 문제는 다음과 같다.
첫째, 비대면 교육환경에서. 수준별 협력 학습을 활용한 플립드 러닝 적용에 관한 학습자들의 학습 성취도에는 어떠한 영향을 미쳤는가?
둘째, 비대면 교육환경에서. 수준별 협력 학습을 활용한 플립드 러닝 적용에 관한 학습자들의 인식은 어떠한가?
셋째, 학습 이해도 수준이 유사한 집단 구성으로 이루어진 협력 활동에서 효과는 학업 성취 상위그룹과 하위그룹에 어떤 영향을 미쳤는가?

2. 이론적 배경

2.1. 대학 교육에서의 플립드 러닝

대학 교육에 있어서의 플립드 러닝은 주요 수업내용의 동영상을 미리 보면서 학습자가 자신의 학습 속도에 맞추어 자율적이고 주도적으로 사전 학습을 하고, 실제 강의에서는 학생들 중심의 다양한 활동을 하는 방식으로 수업이 진행된다. 또한, 선행한 연구들을 통해 학생들 간의 능동적인 참여가 가능하고 학습자 간 그리고 교수자 간의 상호작용이 원활하게 되어 학업 성취도 향상에 긍정적인 영향을 미치는 교수학습법으로 받아들여지고 있다(서예은, 2015; 최정빈, 2015).
초기의 플립드 러닝은 온라인 동영상 학습 및 수업처럼 인식되는 오해를 받기도 했으나, 플립드 러닝의 창시자인 Bergmann과 Sams(2012:28-32)는 플립드 러닝에 있어, 사전 학습과의 연계 및 학습자들의 유의미한 상호작용이 일어날 수 있도록 하는 활동을 다루는 본 수업 설계의 중요성을 강조하며, 플립드 러닝의 핵심이라고도 표현하였으며, 이러한 맥락에서 관련한 다양한 연구들이 보고되고 있다(이재경, 2018).
하지만, 선행한 연구들은 실제 수업 현장에서의 플립드 러닝 운영에 관한 어려움들을 지속적으로 언급하고 있다. 김도희, 강명희, 강민정(2017: 619-623)의 연구에서와 같이 학습자들이 사전 학습에서 공부한 내용을 잊어버린 채로 강의에 들어오거나 사전 학습 시 어떤 부분에 중심을 두고 학습해야 하는 지에 대해 알지 못해 어려움을 겪었으며, 이 때문에 사전 학습과 교실수업이 연계되지 않는다고 느끼는 것과 같은 온라인 사전학습과 실제 수업의 분절성과 이를 해결하기 위한 방안의 필요성을 강조하고 있다(오정숙, 2015; 임상훈, 강수민, 이신우, 유영만, 2016).
플립드 러닝 수업 적용에서도 많이 활용되고 있는 협력 학습 활동은 문제해결력과 대인관계 능력을 기르도록 하는데 기여하며(Scott Freeman, 2014: 8410), 학생의 인지적⋅사회적 통합과 성장에 밀접한 영향을 미친다(Pascarella & Terenzini, 2005)는 측면에서 강조되어왔다. 아울러, 미래역량으로서의 4C(Critical Thinking 비판적 사고 능력, Creativity 창의성, Communication skill 의사소통 능력, Collaboration 협업 능력) 또한 이러한 협력학습을 통하여 강화될 것으로 예측된다.
그러나, 이러한 협력 활동에서 서로 다른 학습 능력의 학습자 간의 다양한 상호작용이 주는 긍정적 효과와 별개로 부정적인 측면도 제기되고 있다. 다수의 선행연구에서 협동학습의 부정적인 측면으로 협동학습 시 소집단 이질성이, 상위 학습자의 일방적 기여와 능력의 소모 및 무임승차 문제, 조활동 평가의 공정성 등과 같은 학습능력 수준에 따른 협동학습 참여 및 활동 효과에 관한 부정적 요소들이 보고되고 있다(신연진, 2013; 정숙경, 2008; Johnson and Johnson, 1996). 이러한 측면에서, 비대면 교육 환경에서 온라인 협력학습은 실시간 또는 비실시간으로, 다양한 자료를 활용하여 협의에 참여할 수 있으며, 수업 중에도 공간의 제약 없이 자료의 공유와 댓글 창과 음성과 화면을 통해 의견을 전개할 수 있다는 장점을 토대로, 다양한 수업전략으로 시도되어 왔다(임정훈, 1998; 황윤자, 2021). 그러나, 실제로 온라인 협력학습에서 기대한 상호작용의 발생은 해당 교과목의 특성과 학습자의 특성, 학습 동기 등에 따라 다르다(이은철, 2017: 240; 임규연, 2014: 69-71). 특히, 의사결정이 주로 일어나는 토론에서는 개별적인 생각과 의견의 단편적 제시 수준과 방향성 없는 자유토론 진행 등으로 오히려 면대면 수업에서보다 효과적인 상호작용이 덜 일어나는 것으로 보고되기도 하였다(임정훈 1998: 114). 이와 관련하여 온라인 팀 활동에서의 상호작용 강화를 위한 운영 방식과 전략 활용에 관한 연구들이 지속적으로 진행되고 있다(김은경, 2020; 이은철, 2017; 황윤자, 2021; D.R. Garrison, 2010).

2.2. 학습자 수준별 학습

플립드 러닝이 성공적으로 적용되기 위해서 교수자는 실제 수업의 활동으로 사전학습의 연계를 통한 내용의 심화와 확장 외에도 학습자 특성을 고려하여 활발한 상호작용이 이루어질 수 있는 협력 활동에 관련한 교수설계를 고려해야 하는 것의 중요성이 강조되고 있다(이정민, 2019). 이는 학습 과정에서의 학생들의 인식과 활용이 이전의 학습 경험 및 결과와 같은 선행 배경지식에 많은 영향을 받기 때문이기도 하다(Van den Broek, 2010: 453-454), 이와 같은 맥락에서, 협력 학습의 경우에도 개별 학습자의 특성을 고려한 그룹의 형성과 지원이 이루어져야 한다는 관점에서의 수준별 교육도 함께 주목받고 있다(Dillenbourg, 2002: 1-19; Magnisalis, 2011: 5-20).
수준별 교육과정은 주어진 교육체제 안에서 발달 단계가 유사한 학습자들을 함께 훈련하여, 학생 간의 편차에서 발생하는 교육의 손실을 막고, 균형적인 훈련을 통해 학습 능률을 증진 시킨다. 또 집단 내의 동질성을 바탕으로 학습자의 수준에 따른 교재를 선택하고 수업 활동을 다양화함으로써 학습의 수월성을 높여 보다 긍정적인 교육효과를 기대할 수 있는 교육체제이다(김현옥, 2010). 이에 영어, 수학 등의 기초 교양 교과목에서 수준별 분반 수업이 시도되고 있으며 관련한 연구들이 진행되고 있다(박지영, 2019; 안종수, 2014). 반면, 대학의 기초 과학 교육 역시, 선행 학습량의 감소와 선행 학습 정도에 따른 학 습자 간의 수준별 차이가 다양하기에 실제적인 연구가 필요함에도 관련 사례가 많지 않다는 문제점이 있다.

2.3. 사전 학습 데이터를 활용한 수준별 협력 학습

학습 과정의 진단과 평가는 학생의 학습 상황을 파악하고, 이를 반영한 교육적 활용을 위해 교수 설계 과정에서 다양하게 활용되었다, 학생들의 학습 진행과 평가는 교수학습 과정에서 중요한 요소들이며, 평가는 교수자가 계획한 학습 목표를 분명히 해주고, 학습과 관련한 달성도를 점검하여 학습 목표의 달성과 관련한 피드백을 할 수 있도록 한다(최병순, 2013: 391). 이와 관련하여 시스템은 학습 진행 및 운영 전반, 평가 및 결과 공유를 포함하는 수업 진행과 관련한 도구적 측면으로 다룰 수 있다. 최근 과학 기술의 발달은 온라인 학습자의 학습 자료 분석을 통해 제공하는 데이터 기반 맞춤형 학습 시스템을 활용한 교수 활동 전략의 새로운 가능성을 제시하고 있다(손찬희, 2019; 이은주: 2019:85-86).
선행연구들에서도 다양한 플립드 러닝 적용 사례에서도 역시 테크놀로지를 활용한 사전학습과 협력기반의 교실 활동을 다루고 있다(박경은, 이상구, 2016; Long, Cummins, & Waugh, 2016). 특히 교실활동이 플립드 러닝의 핵심으로 꼽히는 만큼(Bergmann & Sams, 2012) 협력학습 활동에서의 학습 데이터 분석은 학습 데이터를 수집하고 시각화학고, 학습 관련 예측을 통해 학습을 독려하기 위한 구체적인 방안을 실행하고 지속적인 점검과 개선하는 작업(Pardo, 2014)을 넘어 학습자의 특성, 학습 스타일, 지식수준 등을 고려하여 그룹을 적응적으로 구성함으로써 협력 학습을 지원할 수 있으며, 이를 통해 그룹 내 학습자 간 상호작용의 질을 향상시켰다는 결과 보고도 있다(한정윤, 2019; Magnisalis, 2011). 이러한 학습 데이터의 활용은 다양한 측면에서 협력 학습의 효과를 향상시키는 데 기여할 수 있다.
그러나, 학습과 관련한 산출 데이터들이 다양한 선행 학습 정도와 학습 성향을 가지고 있는 학생들을 대상으로 하는 대학 교육 현장에서 사전 학습의 단계에서부터 강의와의 연결을 통해 강화되고, 확장되어 실제적인 성과를 만들어내기 위해서는 교과목의 내용과 운영 방식을 설계과정에서부터 많은 노력을 필요로 한다. 그러기에, 향후 에듀테크 기반의 비대면 수업이 계속해서 확장된다고 할 때, 교수자는 학생들의 학습 수준을 고려한 수업 자료를 교수자의 교수 목표와 학습자의 수준에 상황에 맞추어 효율적으로 제공하는 시스템을 수업과 연계하여 효율적으로 활용하는 노력이 필요하다.

3. 연구 방법

본 연구를 위하여 수도권 소재 A 대학의 비대면 수업으로 진행된 화학 교과목에 학생들의 사전 학습 수준을 진단하고 이를 바탕으로 수준별 협력학습 기반의 플립드 러닝을 적용하였다.

3.1. 연구 대상

이 연구는 화학과 1학년 학생 34명(남학생 13명, 여학생 11명)을 대상으로 진행되었다. 학생들의 수업 운영에 관한 영향을 수준별 분석하기 위하여 총 34명의 학생들을 대상으로 아래와 같은 문항을 이용하여 분석하였다. 중복 응답 및 불충분한 응답 2명을 제외한 총 32 명의 설문 결과를 분석한 결과, 연구에 참여한 학생들의 전공이 화학이지만, <표 1>에서 볼 수 있듯이 화학에 대한 높은 흥미와는 별개로 고등학교 때의 화학 과목 성적이 높지 않은 학생들도 10% 이상인 것으로 나타났다.
<표 1>
참여자의 선행 학습 관련 분석
화학
흥미도
고등학교 때 화학 과목을 공부했다면 화학 과목에
흥미를 느꼈나요?
전혀 없었다 없었다 있었다 매우 있었다 합계
0 명 0명 10명 22 명 32 명
0.00% 0.00 % 35.29 % 64.70 % 100 %
화학 과목 성적 고등학교 때 화학 과목 성적은 어느 정도 였나요? 아주 낮았다. 낮은 편이다 약간 높았다 매우 높았다 합계
2 명 3명 15명 12명 32명
5.88 % 8.82 % 44.12 % 35.29 % 100 %

3.2. 수업 설계 및 적용

본 연구와 관련한 플립드 러닝 수업은 2020년 1학기에 총 16주차로 구성하고 14주간 진행하였다. 구체적인 수업설계 사항은 다음의 <표 2>와 같다.
<표 2>
연구 절차
연구 단계 내용
수업 설계 1학년 대상 교양 필수인 기초과학 교과목 중 일반화학 교과목 선정
수준별 협력 학습을 활용한 플립드 러닝 수업 모형 개발
코로나로 인하여 대면 수업용 모형을 비대면 수업으로 수정
수업 자료 개발 한 학기 내용 분석 후 개념별 분류 진행 (12주제→ 주제당 7 개 내외의 대분류→ 각 대분류당 3개의 소주제)
소주제별 교수자 수업 영상 제작
진단퀴즈 문제 은행 개발 후 교내 학습 진단 시스템에 업로드
형성 퀴즈 문제 은행 개발 후 교내 LMS에 업로드
학생 개별 웹과제 시스템 운영 준비 및 검토
소주제별 수준별 협력 활동을 위한 문제 은행 개발과 활동지 초안 제작
수업 적용 수업 전 사전 영상 시청
수업 전 사전 진단 객관식 퀴즈 완료 및 개념 관련 학생의 주관식 질문 작성
사전 학습 진단 분석 및 활용
개념별 학습 이해도 진단을 이용한 실시간 강의
개념 이해도를 토대로 한 조별 상호작용 수업
수업 후 소 주제별 형성 평가 실시
형성 평가를 토대로 한 학습 성취 파악 후 수준별 웹과제 부여
수업 평가
및 분석
대면 기말고사 평가 채점 및 결과 분석
수업 운영 관련 만족도 설문지 조사 및 결과 분석
학기 종료 후 강의 평가 진행 및 결과 분석
이 연구에서 다룬 수업은 기초 과학교과목으로서의 일반화학 전 분 분야를 2학기로 나누어 이수할 때 그 첫 학기가 되는 ‘화학 1’을 토대로 설계하여 운영하였다. 화학의 전 분야에 대하여 본질적인 개념과 기본적인 내용을 다루도록 하였다. 일반화학의 16주 한 학기 강의 내용을 바탕으로 하여 한 주제를 한 주당 75분씩 2차시로 총 3시간 진행하였으며, 수업에서 적용한 플립드 러닝 수업 운영 모형은 [그림 1]과 같다.
[그림 1]
플립드 러닝 활용 수업의 기본 모형
kjge-2022-16-3-191-gf1.jpg
수업은 학생들이 실시간으로 줌(Zoom)을 통해 온라인 화상으로 참여하는 온라인 비대면 실시간 수업으로 진행하였다 다음의 <표 3>에서 해당 교과목의 운영에 관한 기본 사항들을 정리하였다. 평가 및 반영은 정기고사로서 중간고사의 경우 1회를 코로나 상황으로 인하여 기존의 대면 지필고사가 아닌, 교내 LMS를 활용해 온라인 시험으로 진행하였으며, 기말고사의 경우 코로나 이전과 동일한 방식으로 1회를 대면 지필고사로 진행하였다. 반영 비율은 각기 100점 만점을 기준으로 채점 후, 전체 성적을 100%로 산출했을 때, 중간고사 30%, 기말고사 40%로 합계 성적에 반영하였다.
<표 3>
플립드 러닝 운영 관련 기본 사항
구분 학습자 활동 교수자 활동 학습 데이터 활용 평가 및 반영
Pre-class 동영상 시청 개별학습 진행 상황 파악 동영상 시청 관련 기록( 횟수, 시간, 완수율)자료
변환 후 대쉬 보드 공지
시청/미시청 (5/0 )%
개별 퀴즈 및 질문 작성 내용 이해 진단
개별 질문에 대한 답안 작성
주, 객관식 퀴즈 결과 분석 자료 대쉬 보드 공지
및 공유
참여/미참여 (5/0 )%
In-class 사전학습 점검 진단 퀴즈 결과 요약 및 해석 개념별 이해도 현황 공유 참여/미참여 (5/0 )%
개인별 주관식 질의 응답 개념별 주관식 질의 응답 사항 공유
개념 간 구조화 요약 강의- 개념 구조화 중심
조별 협력 학습- 활동지 조별 피드백 (조교 지원) 개념 이해도 기반 소그룹 공지
활동지 평가 후 성적 공지
빈칸 채우기 완성도 (5/3/0 )%
형성 평가 학습 이해도 점검 형성 평가 결과 분석 자료 공지 형성 평가 전체 평균 이상/평균 미도달 웹과제 /수준별 웹과제 (10/5/0 )%
Post-class 온라인 수준별 과제 학습 성취도 파악 온라인 과제 결과 공지

3.3. 학습 진단 분석 및 활용

3.3.1. 동영상 학습 관련 분석 자료

수업에서 다루고자 하는 강의 주제에 관련한 개념 설명 중심의 동영상을 적극적으로 활용하여, 충실한 사전학습을 하도록 유도하기 위하여, 교수자가 직접 참여한 녹화 영상을 LMS에 업로드하고, 학생들의 동영상 강의 학습과 관련한 영상 접속 횟수, 학습 완료율, 집중도, 배속시청 여부에 관한 기록들을 다운로드하여 정리하고, 평가의 비율(전체 100% 중 5%)을 고려하여 학습관리시스템에 탑재된 대시보드를 통해 <표 4>와 같이 공지하였다.
<표 4>
영상 시청 결과 - KALTURA analysis
순번 학번 성명 시청 결과 점수 환산 총합 5% 환산
1 △△△△△ OOO 100% 1 21 5.00
2 △△△△△ OOO 100% 1 21 5.00
3 △△△△△ OOO 90% 1 19 4.52
4 △△△△△ OOO 100% 1 21 5.00
5 △△△△△ OOO 100% 1 21 5.00
실시간 수업 이전까지 LMS에서 50% 이상 학습한 것으로 기록된 것을 학습 완료기준으로 하여, 1점으로 환산을 하였으며, 50% 미만은 0점으로 처리하여, LMS의 대시보드에 주 1회 추가 공지하였다. 수업 운영 전체로 총 21회에 걸쳐 총합을 5% 반영을 위해 5점 기준으로 환산하여 최종 공지하였다. 학생들의 동영상 강의 평균 학습률은 95%였으며, 5점 환산 평균은 4.52점이었다. 교수자의 경우 동영상 강의 수강 플랫폼에서의 학생들의 학습 과정과 결과를 분석하여 요일별 추이, 시간별 추이를 활용하여 학생들에게 학습 독려에 활용하였다.

3.3.2. 사전학습 진단 자료

플립드 러닝의 사전 학습에 관한 이해도 관련 학습 수준 데이터 분석은 A 대학교에서 자체 개발한 시스템을 활용하였다. 이 시스템은 교내 LMS의 온라인 문제 출제와 자동 채점 기능을 활용하여, 각 평가의 학생별 성적, 각 평가의 세부 영역별 수강생의 평균적인 이해도 시각화 차트, 세부 영역별 이해도를 바탕으로 수강생의 자동 군집화 결과 등의 자료를 산출해주는 기능을 구현할 수 있다. 또, 교수자는 이 시스템의 자료를 받은 후, 수업적 활용을 고려하여 가공하여 실제 수업 운영에 활용하였다. LMS의 대시보드에 공지하여 학생들에게 공유하여, 수업 전과 후의 학습 활동에도 활용하도록 하였다. 다음의 [그림 2]는 해당 시스템에서 보여지는 학습자 활동 분석 화면이다.
[그림 2]
학습자 활동 분석 화면
kjge-2022-16-3-191-gf2.jpg
① 학습 이해도 진단을 이용한 실시간 강의
사전학습 과정에서의 학습 이해도 진단을 위해서 가장 먼저는 앞서의 <표 2>에서의 수업 자료 준비 단계에서 학기 개설 전 <표 5>와 같이 구성한 주제 분류에 따라 소분류 기준 각 개념 당 3개의 문제출제하여 Bb에 업로드한 후 각 개념에 관한 정답 수를 토대로 개념 이해도를 파악하였다. 가장 일차적인 정보는 [그림 3]과 같은 개별 학생의 정답수가 막대 그래프의 형태로 변환되어 학생들에게 LMS 대쉬 보드를 통해 공지할 수 있도록 제공되었으며, 교수자는 전체적인 학습 이해 수준과 학생별 성적을 직관적으로 알 수 있었다.
<표 5>
개념 학습을 위한 주제별 분류 예시
단원 주제- 대분류 주제 - 소분류
12.1 12장 용액의 물리적 성질 01. 용해 과정의 분자적 관찰 용해
02. 농도단위 질량 백분율
몰분율
몰농도
몰랄농도
밀도와 몰랄 농도
질량 백분율과 몰랄 농도
03. 기체의 용해도에 미치는 온도와 압력의 영향 기체의 용해도에 미치는 온도와 압력의 영향
[그림 3]
학생별 성적
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학생들의 사전 학습 이해도는 [그림 3][그림 4]과 같이 막대그래프와 파이차트를 통해 교수자가 확인할 수 있다.
[그림 4]
토픽별 이해도
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[그림 3]은 개념별 이해 수준을 나타내는 토픽별 이해도로 해당하는 파이의 면적이 이해도수준을 나타낸다. 예시로 첨부한 [그림 3]의 경우는 물리적 성질에 관한 12장 1차시 수업의 개념별 이해 수준에 관한 결과 분석 자료이며, 1.00 기준 0.61정도의 값을 보여 다른 개념에 비해 상대적으로 낮은 값을 보이는 기체의 용해도에 미치는 온도와 압력의 영향’ 부분의 내용 보완이 가장 필요한 것으로 파악된다. 이러한 자료는 수업에서 다루는 주제의 보완이 필요 부분을 파악할 수 있도록 해주었으며, 실시간 강의 전반부의 전체 요약 강의에서 ‘기체의 용해도에 미치는 온도와 압력의 영향’에 관한 소주제들을 중심으로 강조하여 다루었다.
또한 <표 6>과 같은 사전 진단 결과의 객관식 문항 분석 요약자료는 개별 문항에 대한 학습 이해도에 관한 학습 진단으로, 해당 개념과 관련한 문제에 대한 정답률을 통해 이해수준을 파악하고. 표준편차 값을 통해 전반적인 이해도 분포를 파악할 수 있었다. 예를 들면 ‘용해 과정의 분자적 관찰 (3)’은 평균 점수가 9.38로 가장 높은 평균 점수를 보이며, 작은 표준편차를 통해 전반적으로 학생들의 고른 이해를 볼 수 있다. 반면, ‘기체의 용해도에 미치는 온도와 압력의 영향(3)’은 평균 점수가 5.94로 가장 낮은 정답률을 보였고. 표준편차 역시 4.49 정도로 학생별 이해도의 차이가 있는 것으로 확인된다.
<표 6>
사전진단 객관식 결과 분석 요약 일부
문항 문제 유형 평균 점수 표준 편차
용해 과정의 분자적 관찰(1) 객관식 8.44 3.69
용해 과정의 분자적 관찰(2) 객관식 7.82 4.21
용해 과정의 분자적 관찰(3) 객관식 9.38 2.46
기체의 용해도에 미치는
온도와 압력의 영향 (1)
객관식 6.25 4.92
기체의 용해도에 미치는
온도와 압력의 영향 (2)
객관식 6.88 4.71
기체의 용해도에 미치는
온도와 압력의 영향 (3)
객관식 5.94 4.49
아울러, 진단평가 자료 중 주관식 질문을 통해 학생들이 학습에 어려워하는 내용을 파악하였다. 학생들의 응답을 높이기 위해 객관식 문항에 비해 2배 높은 20점으로 배정하였다. <표 7>과 같은 주관식 답변을 통해 학생들의 개별적인 이해의 필요를 구체적으로 파악한 후, 실시간 강의에서의 학생 개인별 질의응답 시간에 학생들 스스로가 작성한 질문에 대한 답변을 통하여 개별적인 학생과 교수자의 피드백을 실시간 수업 안에서 이루어지도록 하였다.
<표 7>
주관식 질의 응답 답안 정리 일부
이름 설명 필요 및 어려웠던 개념
강OO 증기압 내림이 어렵습니다.
김 O 문제 19번, 20번처럼 증기압과 몰분율을 이용하여 첨가해야 할 용질의 질량을 구하는 과정이 아직 어려운것 같습니다.
김OO 9번, 17에서 대략적인 개념은 이해했으나, 막상 문제로 마주 치니 막막합니다. 문제에 대한 설명이 필요한것 같습니다.
김OO 19, 20 번 문제와 같이, 증기압이 주어졌을 때 설탕 혹은 요소의 질량을 구하기 위해 어떤 관계식을 세워야하는지 알고 싶습니다.
② 이해도 기반 학습자 군집화를 이용한 조별 협력 활동
사전 학습 진단자료는 사전 학습으로 획득된 개념을 심화하고 확장하는 수업에서의 연계를 강화하고, 학생-학생 간 균형 있는 상호작용을 통해 진행되는 협력 학습을 진행하기 위하여, 데이터마이닝 기법 중 하나인 군집 분석기법을 R기반으로 구현한 학생 군집화 기능을 활용하였다. 군집 기능은 대분류 학습 개념 이해 상태, 소분류 학생 개념 이해 상태에 따라 교수자가 원하는 수만큼의 그룹을 자동 군집을 생성할 수 있도록 하였다. 실제 수업에서 가장 많이 활용한 기능은 소분류 개념 이해도를 토대로 한 상, 중, 하 그룹으로 구분하였다. 수준별 조별 수업을 위해 주로 사용한 학습 진단 결과의 군집화 프로그램은 소제목 군집별 이해도를 토대로 상⋅중⋅하의 세 개의 군집 결과를 조별 편성하여 보여 준다.1) 실시간 강의의 후반부 대략 45분 정도의 수업은 해당 수업일 오전에 분석 및 전달 된 그룹핑 자료를 토대로 온라인 조별 토의 방을 개설하여, 진단평가에서 다룬 중요 주제들을 적용 해 볼 수 있는 활동지를 사용하여, 학생들을 그룹 1, 그룹 2,⋅그룹 3으로 나누어 수준별 협력활동을 진행하였다.
이런 조별 구성은 해당 조의 구성원이 조별 협력 학습 과정에서 다루는 개념에 대한 비슷한 이해도를 가지고 있으며, 자신의 수준을 고려한 과제를 접함으로써 사전 지식을 토대로 비교적 균등한 의사 진행을 하도록 하여 수업에서의 참여도와 실재감을 강화고자 했다. 이러한 학습의 실재감은 수업만족도와 학습 효능감에 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것으로 생각된다(채민정, 2017). 특히, 학습성과가 낮은 학생들의 의사소통 방식과 네트워크를 활용하는 온라인 환경과 교수전략의 필요성과 관련하여, 이러한 학생들의 수업 중 실재감을 높이는 데 기여하는 수업 전략으로 사용하고자 하였다(서장욱, 2020; 홍성연, 2020).
이와 관련하여, 퀴즈 정답 수를 통한 전체 성적 분류 ‘상’의 군집이며 동시에 미흡한 개념 이해도 분류 역시 ‘상’의 군집에 속했던 학생들의 경우에는 전반적으로 전체 개념에 대한 이해도가 높은 학생들이어서, 개념들을 종합적으로 활용한 문제들로 구성한 활동지를 토대로 자체적인 의논과 풀이의 과정을 거쳐 비교적 원활하게 협력 학습이 진행되었다. 조별 분류 ‘하’의 경우에는 다른 조에 비해 기본 개념 확인 및 단순 적용에 관한 문제들을 활동지에서의 정답 공유 차원에서 진행하였다. 활용한 활동지의 문제가 난이도가 다른 수준의 조별 활동에 비해 높지 않은 난이도로 구성되어 있었기 때문에 구성원 간 협력을 통한 조별 활동이 비교적 어렵지 않게 진행되었다.
흥미로운 현상은 이러한 군집이 단순한 성적순이 아니라, 미흡한 개념의 이해도 정도를 중심으로 생성되기 때문에, [그림 3]과 같은 퀴즈 정답 수와 같은 단순 전체 성적의 상⋅중⋅하의 분류와 [그림 2]와 같은 개념별 이해 정도로 산출한 상⋅중⋅하 군집 결과에서의 차이가 협력 학습의 흐름을 이어가는 연결자의 역할을 만들어낸다. 예를 들면, 진단퀴즈 정답 수 결과 ‘중’의 분류에 있던 학생의 경우, 특정 개념에 관한 이해도가 높지 않아 개념별 이해도를 토대로 분류된 군집 결과, 대체로 전체 성적 ‘하’의 분류에 있던 학생들로 이루어진 조별 활동에 참여하게 되어, 자신이 특히 몰랐던 개념을 제외한 비교적 이해도 높은 다른 개념에 관한 적용과 풀이를 주도적으로 이끌며, 학생-학생 간 상호작용을 높이고, 다른 학생들의 조력자 역할을 하기도 한다.
개념 이해도별 군집화는 학생들의 개념 이해도 성향과 수준에 따른 조별 활동에 활용한, 상⋅중⋅하 활동지의 문제 구성과 활용에도 활용되었다. 먼저, 해당 전체 주제의 각 개념에 관한 학생들의 군집별 필요 개념을 [그림 2]의 결과를 통해, 확인한 후 <표 5>와 같은 내용 구성 기준을 토대로 하여, 활동지를 구성하고, 조별 활동 직전에 LMS 상에 업로드하고, 소집단 별 각 학생들은 해당 그룹의 활동지를 수업 직전 다운로드하여, 소집단 별 온라인 회의실에 입장하도록 하였다.2) 학생들은 조별 활동 과정에서 이 활동지를 작성한 후 조별 활동 종료 후 온라인상에서 제출하도록 하였다. 제출한 활동지는 빈칸 채우기 완성도에 따라 모두 완성하여 제출하면 5점, 미흡하면 3점, 미제출 0점으로 처리하여 채점한 후 관련 결과는 LMS 상에 공지하였다. 세부 평가 기준을 문항당 정답과 같은 형태로 다루지 않은 이유는 전체적으로 배당받은 과제의 난이도가 다를 수 있으며, 정답 자체를 맞추기보다, 과제를 중심으로 일어나는 상호작용에 중심을 두었기 때문이다.
조별 활동에 활용한 개념 이해도 수준별 활동지의 내용 구성 기준은 <표 8>과 같다. 학기 시작 전 상⋅중⋅하의 수준별 기본 활동지를 사전 구성한 후, 수업일 오전 소제목 군집별 이해도를 토대로 최종 구성하였다. 문제의 형식은 해당 문제에 필요한 단순 개념 확인 문항과 정량적 계산 과정에 필요한 식 전체를 빈칸 채우기 방식으로 활용하였다. 분량은 한 주제에 관한 평균 3개의 문제를 A4 한 페이지 분량으로 다루었다. 식 유도 과정을 전체적으로 다룬 이유는 학생들이 단순한 식 암기를 넘어 식의 사용과 전개에 관한 논리적인 흐름을 확인하도록 하고자 한 목적이었으며, 식 전개 과정 중에 빈칸 채우기를 사용한 이유는 한정된 강의 시간의 효과적 활용적 측면과 단순히 계산하는 과정 자체가 아닌 식 안의 중요한 개념들을 안내하기 위해 활용하였다. 실험 결과를 활용한 활동지의 경우 일반화학 실험 보고서의 작성 방식을 차용하기도 하였다. 상⋅중⋅하의 수준별로 문항 기술 방식(1), (2), (3)의 비율을 조정하였다. 즉, 해당 개념에 관한 이해도가 높지 않은 소집단에 활용될 활동지의 경우 채워 넣어야 할 빈칸의 수를 줄이고 적용 문제보다는 개념 확인에 관한 문항의 비율을 더 높였다. ‘상’의 소집단에서 주로 다루는 개념은 진단 문항을 토대로 복합적인 개념들을 활용한 문제를 구성하여, 개념 간 융합과 다소 복잡한 계산문제와 화학적 실제 사례 활용을 강화하였다.
<표 8>
개념 이해도 수준별 활동지 내용 구성 기준
주제 문항 기술 방식 상⋅중⋅하
활용한 기본 개념 용어
* 단위 및 상수
확인 및 환산
주제 관련 문제 기술
(1) 문제에 필요한 단순 개념 확인 문항
- ( ) 빈칸 채우기 방식
(2) 실험 결과 분석 및 결과 처리
(3) 답을 얻기 위한 계산 식 전체 다루기
- ( ) 빈칸 채우기 방식
실험 분석 결과 활용
종합 개념
식의 다양한 활용
실험 분석 결과 활용
식의 다양한 활용
개념의 확인
개념 관련 식 적용

3.3.3. 형성 평가 결과의 수준별 과제 활용

해당 주제의 2차시 운영 2차시 수업 시간 (3차시 운영 수업의 경우 3차시) 종료 전 15분간 주제별 형성 평가를 LMS의 온라인 문제 출제와 자동 채점 기능을 활용하여 진행하였다. 이를 위하여 수업 자료로 개발 한 문제들을 진단퀴즈에서 활용한 주제 분류에 맞추어 난이도를 ‘중’ 정도로 유지되도록 한, 개념 활용 중심의 문제를 객관식 문항으로 업로드하였다. 학생들의 평가 결과는 LMS에서 자동 채점되며, LMS 상에서 학생들에게 개별 점수가 보고되어, 학생들이 학습 결과를 스스로 확인하도록 한다. 교수자 또한 개별 학생 점수와 <표 9>와 같은 시험 결과 분석 자료를 제공받을 수 있으며 이를 통하여 학생들의 평균 성취도를 파악할 수 있다. 해당 학기의 학생들의 형성 평가 점수 평균은 전체적으로 7점 만점에 4.5 수준이었다.
<표 9>
시험 분석 요약 예시
배점 문제 개수 응시 횟수 평균 점수 평균 시간 변별력 난이도
7 7 34 5.18 11분 6 : 높은
1 : 보통
0 : 낮음
0 : 계산할 수 없음
하:1
중:6
상:0
이러한 형성 평가는 그 결과를 토대로 성취도별 과제를 부여하는 데 사용되었다. 성취도별 과제는 maple 사에 제공하는 플랫폼에 교수자들의 개발 문제 은행을 이용하여 필요 문제들을 업로드하여 자동 채점된 성적을 학생과 교수자가 확인할 수 있도룩 운영해오던 기존의 웹과제를 변형하여 활용하였다. 이 시스템은 역시 각 개념 이해도를 확인하기 위해 개념에 관련된 유사한 유형의 3개의 문제를 풀어야 하는데, 정답을 표기할 때까지 3회의 시도 횟수를 부여하고, 가장 높은 점수로 최종 점수를 산출하는 방식으로 운영하였다. 평가에 활용되는 문항은 각 개념별 3개의 문제가 학생별로 랜덤 배포되기 때문에, 동일한 평가지를 부여받는 학생이 존재할 확률은 거의 없다.
수준별 과제의 경우 평균 이상의 학생들에게는 추가 성취도별 과제를 면제하고 형성 평가에 할당한 최고점인 10점을 부여하였고, 평균 미만의 학생들에게는 추가 웹과제 응시 후 틀린 문제에 관한 풀이를 작성하여 LMS 과제 항목을 통하여 업로드한 경우 5점을 부여하였으며, 그 외의 학생들에게는 0점을 부여하였다. 전체 수강 학생들 중 30% 미만의 학생들이 추가 과제 대상자였다.
학생들의 형성 평가 결과를 점수 그대로 반영하지 않은 이유는 기본적으로 학습 성취도를 확인하는 목적의 정기고사를 중간고사와 기말고사를 진행하였고, 무엇보다 해당 형성 평가는 교수설계 상 완전학습 측면에서 학습 수준별 학습 성취도에 관한 부족 부분에 관한 학습을 위해 적용한 단계이기 때문이었다. 문제 학습 과정에서 필요한 학습 질의응답 관련 조교 지원도 병행하여 운영하였다.

3.4. 측정 도구

3.4.1. 학습 성취도

본 연구에서 학습 성취도는 정기고사 중 기말고사를 활용하였다. 코로나 상황으로 인하여 중간고사는 비대면으로 진행되어 비교 군으로 최근 3년간의 동일 방식으로 학과에서 만든 지난 기출문제를 토대로 만든 문제 은행을 활용하여 유사수준으로 출제하고 대면으로 진행된 공동 기말고사를 토대로 활용하였다. 또한, 기말고사의 결과를 상위 그룹과 하위그룹의 분류하여 수업 운영 효과에서의 상위⋅하위 그룹의 비교에 활용하였다.

3.4.2. 수업 운영 효과

본 연구에서는 학습에 관한 효과를 수업 종료후 수업 운영 만족도를 학습 도움, 이해도, 흥미도, 학습 유지로, 학습 과정에서 도움이 되는 항목을 ‘사전영상’ , ‘진단평가’, ‘진단평가 해설’ , ‘강의’, ‘그룹활동’, ‘형성평가’, ‘형성평가 문제 해설’, ‘개별과제’의 세부영역으로 나누어 Likert 5점 척도의 문항으로 설문으로 진행하고, 중복 기입과 누락된 문항을 제외한 설문 답안을 토대로 산출하여 결과를 도출하였다.

3.4.3. 강의 만족도

수업 전체의 운영 결과는 학기 종료 후 강의 만족도로 34명의 학생에게 ‘수업 준비’, ‘수업 진행 및 내용’, ‘과제 및 평가’, ‘기타 영역’의 총 17 개 문항으로 Likert 5점 척도의 설문을 진행하였다.

4. 운영 결과

비대면 환경에서 학생들의 학습 데이터 분석을 통해 사전학습의 연계성을 강화하고, 개념 이해도 기반의 수준별 조별 협력학습을 진행하여 학생들의 상호작용이 활발하게 이루어질 수 있도록 있는 플립드 러닝을 일반화학 교과목에 적용하여 구현하였고, 그 수업 운영 효과를 앞 서에서 제시한 연구 문제를 토대로 학생들의 학업 성취도, 수업 운영 만족도, 강의 만족도를 통해 확인하고자 하였다. 또한, 학습 이해도 수준이 유사한 집단 구성으로 이루어진 협력 활동에서 효과는 무엇인지와 더불어, 학습 수준을 반영한 수업 모형이 학업 성취 그룹과 하위 그룹에 어떤 영향을 미치는가를 확인하여 보고자 하였다.

4.1. 학업 성취도

4.1.1. 기말고사 결과 분석

학생들의 학업 성취도 부분에서의 영향을 보기 위하여 지난 기출문제를 토대로 만든 문제 은행을 이용하여 동일 문항 수와 객관식, 주관식 배점 등에서 유사 유형으로 진행된 기말고사에서 동일 학과인 화학과 학생들의 평균을 본 연구가 수행된 2020년을 포함한 3년간의 성적을 <표 10>에서와 같이 비교하여 보았다. 동일 학과의 개설은 매해 1학기에 이루어지기 때문에, 해당 수업 모형을 사용한 2020년 바로 전해인 2019년 1학기와 2018년의 1학기 결과로 비교하였다. 2020년 중간고사의 경우, 코로나로 인하여 이전 학기들과 동일 유형으로 진행되지 않아, 비교 자료로 선택하지 않았다. 대면 수업으로 진행된 2018, 2019년과 달리 2020년에는 급작스러운 비대면 수업의 전환으로 인한 학력 저하 현상의 우려와 달리 평균의 급격한 하락은 보이지 않았다. 또한, 전체 평균, 최고 점수와 최저 점수 모두 증가한 것을 볼 수 있었다. 2020년 1학기의 평균 점수의 경우 2018년에 비해 18점, 2019년에 비해 12점 상승하였다. 또한, 최고 점수의 경우에도 2018년에 비해 12점, 2019년에 비해 6점 상승하였다. 최저 점수의 경우에도 2018년에 비해 10점, 2019년에 비해 6점 상승하였다.
<표 10>
3년간 동일 교과목 기말고사 결과
2018 년도 1학기 2019년도 1학기 2020년도 1학기
평균(점) 51 57 69
학생 수 (명) 41 41 38
최고 점수 (100점 만점) 81 87 93
최저 점수 (100점 만점) 8 12 18

4.1.2. 기말고사에서의 상위그룹과 하위그룹 비교

플립드 러닝 적용으로 인한 학습적 성취 수준별 변화 추이를 확인하고자, 기말고사의 상위 5 ~ 30% 학생들과 하위 5 ~ 30%의 대상으로 전체 평균 대비 세부 군집 간 평균의 비를 <표 11>에서와 같이 해당군집 평균/전체 평균으로 확인하여 보았다. 2020년의 경우 상위그룹에서의 전체 평균에 대한 증가는 보이지 않았다. 오히려 전체 평균으로 상위 그룹 학생들의 전체 평균과의 상대 비교 값은 감소한 것으로 보인다. 상위 5 %의 경우 2018년 대비, 2019년 대비 순으로 나열 하였을 때, (0.16, 0.14), 상위 10%의 (0.13, 0.19), 상위 20 % 의 경우 (0.12, 0.20), 상위 30%의 경우 (0.10, 0.20) 감소하였다. 그러나 전체 평균과 최고점에서 보듯이 다른 학년에 비하여 절대적인 학업 성취도는 높아진 것은 아닌 것을 밝혀 두고자 한다. 단, 상위 학생들을 위한 수업 설계의 보완이 필요한 것으로 보인다.
<표 11>
3년간 동일 교과목 기말고사 상⋅하위 그룹 평균 비교
2018 년도 1학기 2019년도 1학기 2020년도 1학기
평균 평균/전체 평균 평균 평균/전체 평균 평균 평균/전체 평균
전체 50.9 1.00 57.00 1.00 69.00 1.00
상위 5 % 76.5 1.50 86.5 1.52 92.5 1.34
상위 10% 73.5 1.44 85.75 1.50 90.3 1.31
상위 20% 70 1.38 83.13 1.46 86.8 1.26
상위 30% 67 1.32 81 1.42 83.9 1.22
하위 30% 31.7 0.62 32.4 0.57 48.2 0.80
하위 20% 26.75 0.53 28.7 0.5 42.3 0.61
하위 10% 20 0.39 18.67 0.33 35.3 0.51
하위 5% 15.5 0.30 16.5 0.29 29 0.42
반면, 세분화 된 하위그룹 학생들의 전체 평균 대비 평균 점수 비율이 크게 상승한 것으로 보인다. 하위 30 %의 경우 2018년 대비, 2019년 대비 순으로 (0.18, 0.23), 하위 20 % 의 (0.08, 0.11), 하위 10 % 의 경우 (0.12, 0.18), 하위 5% 의 경우 (0.12, 0.13) 증가가 있었다. 특히, 하위 30 % 의 학생들의 큰 상승을 볼 수 있었고, 하위 영역의 경우 대부분 평균 점수 비율의 상승을 볼 수 있었다. 이 결과는 해당 수업이 하위 학생들의 학업 성취도에 더 큰 영향이 있었음을 볼 수 있다.

4.2. 수업 운영 관련 설문 결과

수업 운영에 관한 인식은 수업 운영 만족도 설문과 강의평가를 통해 분석하였다.

4.2.1. 수업 운영 만족도 결과

먼저 수업 운영 관련 만족도는 <표 12>의 문항으로 설문을 진행하였다. 문항들은 5점 리커트 척도 (Likert scale)로 측정하였다.
<표 12>
수업 운영 만족도 조사 결과
항목 문항 매우 그렇지 않다 그렇지 않다 보통 이다 그렇다 매우 그렇다 합계 평균 표준 편차
학습도움 본 교과목의 전체적인 수업 방식은 전반적 인 나의 학습에 도움이 되었다. 0명 0명 4명 11명 17명 32명 4.41 0.71
0.00% 0.00% 12.50% 34.38% 53.13% 100.00%
이해도 본 교과목의 전체적인 수업 방식은 수업 내용을 이해하는 데 도움이 되었다. 0명 1명 3명 9명 19명 32명 4.44 0.80
0.00% 3.13% 9.38% 28.13% 59.38% 100.00%
흥미도 본 교과목의 전체적인 수업 방식은 화학에 대한 흥미를 가지는 데 도움이 되었다. 0명 0명 4명 13명 15명 32명 4.34 0.70
0.00% 0.00% 12.50% 40.63% 46.88 100.00%
학습진도 본 교과목의 전체적인 수업 방식은 학습 진도를 포기하지 않고 따라가는 데 도움이 되었다. 0명 2명 2명 6명 22명 32명 4.50 0.88
0.00% 6.25% 6.25% 18.75% 68.75% 100.00%
<표 12>에서 볼 수 있는 바와 같이 학생들은 해당 학기에 활용한 수업 모형 운영 결과 ‘이해도’, ‘흥미도’, ‘학습 도움’, ‘학습 진도’ 부분에서 고르게 긍정적인 평가를 한 것을 볼 수 있다. 학습 진도의 경우에는 가장 높은 점수를 보였다.

4.2.2. 수업 운영 만족도의 상위 그룹과 하위 그룹 비교

수업에 참여한 학생들 중 상위그룹과 하위그룹의 수업 운영 만족도 비교를 위하여 테이터의 전체적인 분포 상태를 보여주는 확률밀도함수를 활용하였다. 그래프의 면적은 1이며, X값은 리커트척도 점수(1~5)이고 Y값은 X값에서의 확률의 순간변화율로서 그 자체로는 의미가 없고 X의 특정 구간을 적분한 값이 그 구간에서의 분포 상태, 즉 어느 정도 분포하는지를 보여준다. Y값은 해당 차트의 데이터 분포 상태에 따라 값의 범위가 달라지는데 대부분 1이하이므로 대부분의 차트는 최대값을 1로 맞추었고 1을 넘어가는 차트의 경우 범위를 1.5로 수정하였다.
[그림 5]의 그래프는 학업 성취도 기준 상위 30%와 하위 30% 학생을 대상으로 수업 운영 만족도를 해당 교과목의 운영으로 인한 학습 도움, 이해도, 흥미도, 학습진도에 관한 영향을 만족도 추이로 보여준다. 전반적인 응답은 <표 12>와 같이 높은 만족도를 나타냈으나. 상위그룹과 하위그룹의 차이점을 발견할 수 있다.
[그림 5]
수업 운영 만족도의 상⋅하위그룹 추이 비교
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하위 그룹의 학생들의 학습도움, 이해도, 흥미도, 학습 진도 부분에서의 특히, 높은 만족도를 볼 수 있었다. 가장 먼저 하위그룹의 학생들은 ‘학습 도움’의 경우 5.0 척도 문항에서 4.0에서 가장 높은 만족도를 통해, 대체적으로 높은 학습 도움의 결과를 볼 수 있었다. 또한, ‘이해도’, ‘흥미도’, ‘학습 진도’의 측면에서 모두 상위그룹보다 긍정 답변을 하였다. 세부적으로 하위 30% 학생들의 경우 ‘이해도’ 측면에서 3.5 이상의 높은 만족도를 보였으며, 학습 관련 ‘흥미도’,의 경우에도 역시 상위 그룹의 학생보다 더 높은 만족도를 보였다. 특히, 해당 교과목 운영에서 ‘본 교과목의 전체적인 수업 방식은 학습 진도를 포기하지 않고 따라가는 데 도움이 되었다.’로 기술한 ‘학습 진도’와 관련한 항목에서 하위 그룹 학생들은 대부분의 학생이 학습 진도 유지에 높은 만족도를 보였다. 이는 화학 전공임에도, 고등학교 화학 성적 분포로 볼 때, 화학 관련 기초지식이 그리 높지 않은 하위권 학생들의 학습 유지 및 진행에 관한 가능성을 보여준다.
이는 전통적인 강의에서는 수업에서는 하위 집단의 학생들이 수업에 소외되어 집중도가 떨어졌었지만(이재경, 2015), 사전 학습 수준 분석을 활용한 수업에서의 필요 부분에 대한 점검이 이루어지고, 수준별 협동학습 학습지를 적용한 수업에서는 자신의 수준에 맞는 문제를 접함으로써 수업시간에 참여도가 높아 집중이 잘 되어서 학업 성취도 향상이 있었고 특히, 하위그룹에 큰 영향을 준 것으로 해석된다. 특히 온라인 비대면 강의의 중도 탈락자가 많은 부분에 대한 보고(임정훈, 1998; Harker, 2005)와 하위 학습 역량 학습 지원의 필요성이 지속적으로 언급되는 최근의 연구결과(홍성연, 2020)들을 고려할 때 해당 수업의 긍정적인 결과로 보여진다.

4.2.3. 수업 과정 만족도 결과

사전 학습으로 진행된 ‘사전 영상’ 및 ‘진단 평가’와 실시간 강의에서 진행한 ‘진단평가 문제해설’, ‘개념 구조화 중심의 요약 강의’, ‘조별 활동’ 그리고 ‘형성 평가’와 웹기반으로 진행된 ‘형성 평가에 대한 문제 해설’ 그리고 형성 평가 결과에 따른 ‘개별과제’로 영역을 구분하여 영역 만족도를 <표 13>과 같이 조사하였다.
<표 13>
수업 과정에 대한 각 영역 만족도 결과
문항 매우 도움이 되지 않았다 도움이 되지 않았다 보통 이다 도움이 되었다 매우 도움이 되었다 합계 평균 표준 편차
사전영상 0 명 3명 4명 12명 13명 32 명 4.09 0.96
0.00% 9.37% 12.50% 37.50% 40.63% 100.00%
진단평가 1명 0 명 4 명 15 명 12 명 32 명 4.16 0.88
3.12% 0.00% 12.50% 46.88% 37.50% 100.00%
진단평가 해설 0 명 0 명 1 명 16 명 15 명 32 명 4.44 0.56
0.00% 0.00% 3.12% 50.00% 46.88% 100.00%
강의 0 명 0 명 3 명 15 명 14 명 32 명 4.34 0.65
0.00% 0.00% 9.37% 46.88% 43.75% 100.00%
그룹활동 0 명 0 명 3 명 6 명 23 명 32 명 4.63 0.66
0.00% 0.00% 9.37% 18.75% 71.88% 100.00%
형성평가 0 명 0 명 4 명 13 명 14 명 31 명 4.32 0.70
0.00% 0.00% 12.90% 41.94% 45.16% 100.00%
형성평가 문제 해설 0 1명 3 명 13 명 13 명 31 명 4.27 0.78
0.00% 3.67% 9.67% 43.33% 43.33% 100.00%
개별과제 0 3 명 10 명 9 명 8 명 30 명 3.73 0.98
0.00% 10.00% 33.33% 30.00% 26.67% 100.00%
해당 항목 중에서 사전 학습 진단 및 결과를 학생-학생 간 상호작용 강화를 중심으로 설계한 개념 이해도를 토대로 한 ‘조별 활동’이 가장 높은 평점을 보인다. 또한, 진단 평가의 개념별 학습 이해도 진단과 학생별 학습 이해도 진단 결과를 활용한 실시간 요약 강의에서의 ‘진단평가 문제 해설’ 부분도 역시 두 번째로 높은 평점을 보인다. 이는 사전학습과 실제 수업의 연계를 위하여 설계하고 활용한 수업 전략들의 효과들을 수업 모형 운영 과정 안에서 확인할 수 있었다.

4.2.4. 수업 과정 만족도의 상위 그룹과 하위 그룹의 비교

아래의 [그림 6]의 그래프는 학업 성취도 기준 상위 30%와 하위 30% 학생을 대상으로 수업 과정의 세부 영역별 만족도의 양상을 보여준다.
[그림 6]
수업 과정 만족도의 상위그룹과 하위그룹의 비교
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사전 영상 학습과 관련하여 상위그룹과 하위그룹 모두 전반적으로 충실히 한 것을 볼 수 있었다. 하위그룹의 경우 사전학습 이후 진행된 ‘진단평가’에서 상위그룹 학생보다 높은 긍정 평가를 하였다. 다만, 교수자 없이 사전 학습의 형태로 진행된 진단 평가 문제 해설 활용의 경우는 상대적으로 상위그룹 학생들이 활용 및 만족도가 높은 것을 볼 수 있다. 이는 강의를 통해 내용 학습이 이루어진 후 진행된 형성 평가 및 형성 평가 문제 해설의 경우 하위그룹 학생들의 좀 더 높은 활용과 만족도를 통해, 학습 과정에서의 사전 지식은 학생의 인식의 과정에서 중요한 역할을 하는 것을 다시 한 번 볼 수 있다.
그룹 활동의 경우에도 전반적으로 3.0 이상의 긍정 답변이 많았지만, 가장 높은 만족도의 경우 상위그룹 학생들이 대부분을 이루는 것을 볼 수 있다. 이는 수준별 조별 학습의 경우에도 선행 학습 정도 및 성취는 협력 학습의 만족도에 여전히 중요한 역할을 하고 있음을 볼 수 있다. 반면 형성 형가 후 진행된 개별 과제의 경우 하위그룹의 사후 학습과정으로서 더욱 효과적으로 활용된 것으로 보인다. 또한 상위그룹의 경우 형성 평가 결과를 반영하여 주어지는 추가 과제가 없었기 때문에 개별 과제 항목에 대한 만족도가 하위그룹의 학생들보다 높지 않은 것으로 보인다. 또한, 앞 서의 <표 13>에서도 볼 수 있듯이, 상위그룹의 답변을 포함한 전체 ‘개별 과제’ 항목의 낮은 점수를 통해서 이에 대한 보완이 필요한 것으로 해석된다. 함께 진행한 주관식 설문 문항 분석 중에서도 역시 개별 과제에서 다루는 문제의 난이도와 수에 대한 보완을 요청하는 내용을 고려할 때 추후, 문제 은행 시스템의 보강이 필요하며, 이를 수준별 과제에 효과적으로 활용하는 방안도 지속적으로 연구해야 할 필요성이 보였다.

4.3. 강의 평가

학기 종료 후 34명의 학생을 대상으로 진행된 강의평가 결과는 <표 14>와 같다. 강의평가 설문은 ‘수업 준비’, ‘수업 진행 및 내용’, ‘과제 및 평가 영역’, ‘기타’ 영역에서 17개 문항으로 구성되어 있다. 먼저 전체적인 수업 만족도는 5.0 만점 중 4.50점으로 나타났다. 평가 항목 따라 분석한 결과 ‘수업 준비’는 4.38점, ‘수업 진행 및 내용’은 4.60점, ‘과제 및 평가’는 4.50점, ‘기타’는 4.43점으로 나타났다. 실시간으로 진행된 본 수업에서의 만족도가 가장 높은 것으로 나타났다.
<표 14>
2020년도 1학기 강의평가 결과
평가영역 매우 그렇지 않다 그렇지 않다 보통이다 그렇다 매우 그렇다 합계 평점
수업 준비 0.00 % 8.08 % 5.05 % 27.27 % 59.60 % 100.00% 4.38
수업 진행 및 내용 0.00 % 2.89 % 5.20 % 21.39 % 70.52 % 100.00% 4.6
과제 및 평가 0.00 % 1.52 % 7.58 % 30.30 % 60.61 % 100.00% 4.5
기타 0.00 % 2.02 % 8.08 % 34.34 % 55.55 % 100.00% 4.43
합계 4.5

5. 결론

코로나 펜데믹으로 직면하게 된 비대면 수업 환경은 대학교육에서 교수학습의 역할을 재검토하고, 대면수업 환경에서와는 다른 방식과 접근을 통해 새로운 방향성을 구축하기 위한 다양한 노력들이 폭발적으로 증가한 시기이기도 하였다. 대학에서 이루어진 비대면 원격강의의 성찰적 연구들은 학습자의 학습 접근의 편의성과 자율성에서의 장점에도 불구하고, 교수 환경에서의 상호작용의 약화로 인한 한계들을 극복할 수 있는 수업 설계의 필요성을 강조하고 있다. 이러한 맥락에서 이 연구는 비대면 환경에서 BSM 계열의 일반화학 교과목에 학생들의 사전 학습 수준 데이터 분석 및 수업에 연계, 교실 수업에서의 수준별 조별 활동으로 구성된 플립드 러닝의 수업 설계와 실제 운영 사례를 보고하고자 하였다.
실제 수업 운영과 관련한 결과는 다음과 같다. 첫째, 비대면 교육 환경에서의 사전 학습 진단 결과를 활용한 플립드 러닝 적용은 학업 성취 면에서 긍정적 효과를 보였다. 학생들은 이전의 대면 수업 환경의 동일 유형의 시험 결과와의 평균 비교에서 더 높은 학업 성취를 보였다. 이러한 결과는 학생들의 사전 학습 결과 진단을 통한 개인별 질의 응답과 수업 시간에서의 재점검을 다루는 학생의 수업적 필요를 파악하고 조치하는 실제 수업 연계를 통한 개념 학습의 및 적용의 강화와 수준별 협동학습 과정에서 학생의 학습 수준에 맞는 과제로 진행되는 수준별 협동학습방식 전체적인 수업 참여도를 높임으로써 완전학습 측면에서의 학생들의 학업성취도의 향상에 도움이 된 것으로 보인다.
둘째, 학생들의 전반적으로 수업 운영 설문, 강의 평가를 통해 강의 전반에 관한 긍정 평가를 하였고, 학생 간 상호작용을 중심으로 진행되는 조별 활동에 가장 높은 만족도를 보였다. 특히, 조별 활동 만족도의 경우, 협력 학습에서의 선행 결과들에서 보여지는 상위 성취 그룹에서 주로 보이는 부분적인 효과와는 다르게 하위 성취 그룹에서도 높은 만족도를 보였다. 이는 유사한 성취수준의 학생들이 학습 수준에 알맞은 학습 목표를 토대로 한 학습 활동에서 일방적인 지식 수여자가 아닌 대등한 학습 수준을 토대로 균형 있는 상호 협력 활동을 한 것으로 해석된다.
마지막으로, 본 연구에서의 수업 모형 적용의 상위그룹과 하위그룹의 주요 효과를 비교하면, 상위 집단의 경우 주로 충분한 사전 학습을 통해 다양한 생각과 과제를 통해 협력학습 활동을 진행한 조별 활동에서 특히 만족도가 높았다. 이는 선행 연구 결과에서도 지속적으로 확인되는 바와 같이 상위 성취 수준 학생들의 경우 협력 학습 과정에서의 활발한 상호작용으로 인한 유의미 학습이 이루어지는 것과 동일한 결과로 해석된다.
하위 집단의 경우 학습 성취와 학습 진도 유지 부분에서 큰 효과가 있었던 것으로 보인다. 이는 학생들의 사전 학습 분석을 통해 학습 수준에 대한 수업 전후의 공유 및 지원을 통한 자기 주도 학습과 실제 수업의 효과적 연계의 긍정적 영향으로 보인다. 전통적인 수업에서는 소외되거나, 비대면 교육 환경에서 자기 주도 학습역량의 부족으로 학습유지가 어려웠던 하위집단의 학생들에게 사전학습 진단 분석을 토대로 한 학생의 수업에서의 목적의식과 수업 참여에 관한 동기 강화 부분에 효과가 있었던 것으로 보인다.
연구 대상 교과목으로 선정한 화학 1은 기초화학 교과목은 주로 대학 1학년 학생들을 대상으로 진행되며, 보통 교육적 질 관리 측면에서 표준 및 공동 강의계획서를 이용하여, 대규모 분반 강의에서의 일반적으로 유사한 내용 체계와 수준을 유지하며 이루어진다. 그러나, 이러한 교과목 운영에 있어 수강 학생들의 선행 학습 정도의 다양한 차이가 존재한다. 이는 학생의 교과목 관련 기본 개념에 대한 이해에 있어 수월성의 차이를 만들고, 개념의 적용과 활용의 난이도 및 확장의 범위에 차이를 만들어낸다. 이러한 측면에서, 본 연구는 온라인 기반의 기초과학 교과목을 비롯한 다양한 교양 교과목 운영에서의 학생 학습 수준별 필요를 고려하여, 수업 참여의 동기를 강화하고, 사전 학습 내용들을 다양한 방식으로 적용하고 활용하는 유용한 수업 전략이 될 수 있을 것으로 보인다. 또한 이 수업의 모형에서 고려한 항목들은 대면 수업 상황에서도 적용되어 교양 과학 교육의 새로운 교수방법 설계에 도움이 될 것이라 생각한다.
마지막으로, 교양 기초과학 교육의 목표를 단편적인 지식 강화만이 아닌 지식과 역량, 이해와 사고를 함께 다루는 이해의 확장과 적용을 통한 소양의 영역을 포함해야 함을 고려할 때, 온라인의 다양한 교수전략들이 다양하고 실제적인 상호작용을 통해 구현되는 과정에서, 경험과학으로서의 실험과 관찰의 결과를 통한 정성적, 정량적, 추론적 해석을 논제로 활용하는 협력 학습을 수업 설계에 활용하는 것을 제안하고자 한다. 아울러, 과학적이고 합리적 사고를 바탕으로 자연과 물질의 구성과 원리를 변화하는 사회 속에서 소통하고 융합하는 사유들을 경험할 수 있는 내용학적 구성의 확장과 이를 실현하는 유연한 과학 기술의 활용이 구현될 수 있는 교과목 운영을 지속적으로 개발하고 적용하는 것을 제안하고자 한다.
해당 연구는 화학을 전공으로 하는 학생들을 대상으로 진행한 연구이기에 다양한 계열의 수강 학생들로 구성되는 수업에서의 적용이 필요하다. 관련하여 본 연구의 연구분석 결과를 활용하여 화학 전공 이외에 다양한 학과의 학생들로 구성하여 해당 연구의 검증 및 심화하는 과정을 후속연구로 진행하여, 이를 정리하여 정교하게 수업 설계를 보완할 필요가 있다. 그리고 이러한 지속적인 연구결과는 다양한 문제 은행을 적응형으로 제공하는 또 다른 후속 연구의 동기 부여가 될 수 있을 것이다.

Notes

1) 학생들의 조별 명칭은 상⋅중⋅하가 아닌, group 1⋅2⋅3 로 표기하였으며, 이러한 개념 이해도 별 조 편성은 단순한 전체 문항에 대한 정답률로 산출한 성적별 구분과는 다른 접근으로 학생들에게 받아들여져 수업 중 조별 운영의 거부감을 줄일 수 있었다. 전체 성적 상과 하의 군집은 개념별 상과 하의 구성은 대체적으로 비슷하였다. 조별 구분 기준에 대한 기본 안내는 각 조별 활동에서 다루는 주요 개념의 차이로 안내하였다.

2) 비대면 상황의 조별 활동 진행 상황 파악을 위해 세 개의 조로 편성하였고, 조별 수업 운영에 조교가 참여하도록 하였다. 조별 수업에 참여한 조교의 경우 해당 학과 졸업생으로 관련 내용에 이해도가 높으며, 비교과 형식의 학내 학습 지원 프로그램의 조교로 활동한 학생들로 같은 학과 선배로서의 경험을 통해서도 학생과의 조별활동에서의 상호작용에 기여하였다.

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