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Korean J General Edu > Volume 17(6); 2023 > Article
대학 일반화학 수업에서의 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법의 구성 및 적용사례 연구

Abstract

본 연구에서는 대학교 일반화학 수업 시간에 활용할 수 있는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 구성 및 적용하고, 이에 대한 학생들의 만족도와 인식을 분석하였다. 구체적으로, 학습자가 화학적 개념과 현상을 능동적으로 이해하고, 정량적 사고의 중요성을 인식하며, 개념과 지식을 습득하려는 적극적인 자세를 취함과 동시에 스스로 고민하고, 자신의 의견을 표현하며, 동료의 의견을 청취하거나 동료를 설득하는 등의 태도를 체득할 수 있는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 구성하고자 하였다. 이에 이론적 고찰을 토대로 ConcepTests, 정량적 문제 해결, 동료 토론 등을 포함한 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 고안하고 적용하였으며, 학생들의 만족도와 인식을 분석하기 위해 2차례의 설문조사를 실시하고 이를 학기말 강의평가의 주관식 문항에 대한 학생의견과 종합하여 분석하였다. 분석결과, 첫째, 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법은 학생들이 기존에 경험한 수업 방식보다 학습자의 학습동기를 유발하고 학습내용에 대한 집중도와 이해도를 높이며 과학적 지식에 대해 더 오래 기억할 수 있도록 이끌었으며 학습자의 학습 효율성에 대한 만족도를 높였다. 둘째, 본 교수-학습 방법은 학습자로 하여금 화학적 지식에 대해 더 깊이 사고하고 갈등하며 지속적으로 고민하도록 자극하는 등 지식을 구성하며 논리적으로 사고하는 기회를 제공하였다. 셋째, 본 교수-학습 방법은 쌍방향 의사소통의 기회를 제공하여 구성원이 상호 소통하고 지식을 공유하도록 하였다. 넷째, 이상과 같은 긍정적인 결과에도 불구하고 학습자들은 학업적 부담감을 느끼는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 대학의 교양교육의 하나로 편성된 일반화학 수업에 적용할 수 있는 학습자 중심 교수-학습 방법을 제안하는데 의의가 있다.

Abstract

In this study, we constructed and applied a complex student-centered teaching and learning method (CSCTL) that can be used in a university general chemistry course, and analyzed students’ satisfaction and perceptions of it. Specifically, we aimed to construct a CSCTL that enables students to actively understand chemical concepts and phenomena, recognize the importance of quantitative thinking, take an active stance to acquire concepts and knowledge, and cultivate attitudes such as thinking for themselves, expressing their opinions, listening to their peers’ opinions, and persuading their peers. Based on the theoretical considerations, we designed and applied a CSCTL, including ConcepTests, quantitative problem-solving, and peer discussion to general chemistry classes, and conducted two surveys to analyze students’ satisfaction and perception. The results were analyzed in combination with the students’ opinions on essay questions in a course evaluation. The results showed that, first, the CSCTL induced students’ learning motivation, increased their concentration and understanding of the learning content, led to longer retention of scientific knowledge, and increased their satisfaction with learning efficiency comparing with the conventional lecture-centered teaching method. Second, the CSCTL provided students with opportunities to construct knowledge and to think logically, stimulating them to think more deeply, consider conflicting viewpoints, and continuously consider their chemistry knowledge. Third, the CSCTL provided opportunities for interactive communication, allowing members to communicate with each other and share knowledge. Fourth, despite the above positive results, we found that the students felt academic pressure in the class. The results of this study are significant in that we are suggesting the CSCTL that can be applied to a university general chemistry course, which is part of a general education in university.

1. 서론

대학에서 보통 1학년 학생들이 수강하는 교양과목 중 하나인 일반화학(general chemistry) 수업은 교수자가 강의를 주도하는 것이 일반적이다. 학생들이 행할 수 있는 능동적인 참여는 교수자에게 질문하는 정도이다. 이러한 한 방향의 교수법(instruction)은 수학이나 과학 교과목 강의에서 전통적으로 사용하고 있는 방법이다. 이 교수법은 새로운 혹은 많은 지식을 전달하기 위해 시간적 측면에서 효율성이 높은 강의 방식이다. 그러나, 고등학교 과정에서 습득한 각 과학 교과목에 대한 이해도가 학생 간에 차이가 있다는 점에서, 상호작용에 한계가 있는 이러한 한 방향 강의식 수업은 수강생들이 가진 사전 과학 지식이나 오개념 등을 교수자가 파악하기 어려운 방식이다. 또한, 인공 지능의 출현으로 지식의 단순 취득보다 소통하고 협력하는 능력, 논리적으로 탐구하는 능력 등이 점점 강조되고 있는 시대적 흐름을 고려해보면, 전통적인 강의 방식은 미래 사회가 요구하는 인재를 양성하는데 한계가 있다. 또한 “교양기초교육이 객관적 사실 인식을 토대로 하는 비판적⋅창의적 사고와 합리적 의사소통을 통해 민주주의 공동체의 문화적 삶을 주도할 수 있는 자질을 함양하는 교육”(한국교양기초교육원, 2022)임을 감안할 때 기초과학 교육에서도 교수법의 변화가 필요하다.
최근에 이르기까지 다양한 학문 분야에서 교수자 중심(teacher-centered) 교육이 학습자 중심(student-centered) 교수-학습으로 전환되고 있으며(Cicchelli, 1983; Mascolo, 2009; Serin, 2018) 대학교육에서 이러한 움직임은 더욱 활발하게 이루어지고 있다. 이에 본 연구팀은 교수자 중심의 교육환경에 익숙한 대학교 신입생들이 지식의 단순 취득에는 능숙한 반면 교실에서 스스로 답을 찾아가는 능력이 부족하다는 점에 주목하여, 일반화학 수업에 다양한 학습자 중심의 교수-학습 방법을 강의식 수업 방식에 접목한 복합적 형태의 교수-학습 방법을 고안하여 실행하고자 하였다. 학생들이 교수자가 전달하는 과학 개념 혹은 지식을 이해하고 있는지, 학생 자신의 기존 생각과 학습 내용이 일치하지 않아 내적으로 갈등을 겪고 있는지, 전혀 강의 맥락에 접근하지 못하고 있는지 등을 파악하기 위해서는 학생과의 상호작용이 필수적이므로 이를 위해 학습 내용을 고려한 여러 가지 교수-학습법을 채택하였다. 학습자 중심의 교육환경이 낯선 많은 학생들이 이러한 교수-학습법의 강의를 수강하는데 있어서 초반에 어려움을 겪을 수 있으나, 궁극적으로 상호작용을 통해 학습하는 방법을 체득하는 것은 필수적이다.
따라서 기존에 검증되어진 학습자 중심 교수-학습 방법 중에 일반화학의 학습에 적절하다고 판단되는 것들을 도입하여 강의를 구성하고자 하였다. 일반화학 강의 내용은 화학적 개념의 이해, 이를 통한 자연의 이해, 화학적 현상에 대한 정량적 접근 등으로 구성되어 있으므로 문헌 연구를 바탕으로 각 강의 내용에 적용 가능한 학습자 중심 교수-학습 방법을 도입하여 복합적으로 고안하였다. 즉, 학습자들이 화학적 개념과 현상을 능동적으로 이해하고, 정량적 사고의 중요성을 인식하며, 교수자 및 동료와의 상호작용을 통해 지식을 공유하고 구성해나갈 수 있는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 구성하였다. 화학적 개념 혹은 자연과학적 개념의 이해를 높이기 위해 교수자-학습자 상호작용 과정을 거치는 ‘개념 문제 풀이와 동료 토론’을, 화학적 현상에 대한 정량적 해석의 효과를 높이기 위해 ‘스스로 문제 풀기와 동료 토론’을 도입하였다. 더불어 학습자들이 개념이나 지식을 습득하는 적극적인 자세, 즉 스스로 고민하고, 자신의 의견을 표현하며, 동료의 의견을 청취하거나 동료를 설득하기도 하는 태도를 체득하도록 ‘동료 토론, 학습자가 본인의 단어로 수식이나 개념을 설명하기, 학습 내용 요약하고 질문하기’ 등의 학습자 중심 교수-학습 방법을 도입하였다. 이러한 학습자 중심의 교수-학습 방법을 도입하기 위해서는 주어진 강의 시간이 매우 부족하므로 학습자가 스스로 학습하기에 큰 어려움이 없는 부분을 사전에 읽어오는 ‘부분적 플립드 러닝(partial flipped learning)’을 적용하였다. 나아가 이를 본 연구팀의 일원이 개설⋅운영하는 일반화학 강의에 적용한 후 학생들의 인식과 만족도가 어떠한가를 분석해봄으로써 그에 대한 효과를 탐색해보고자 하였다.
즉, 본 연구에서는 대학교 일반화학 수업 시간에 활용할 수 있는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 구성 및 적용하고, 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법에 대한 학생들의 만족도와 인식을 분석하였다.

2. 학습자 중심 교수-학습 방법의 이론적 배경

2.1. ConcepTests

미국 하버드 대학교의 물리학 교수인 Mazur는 학생들의 물리학 개념에 대한 이해력을 향상시키기 위해 동료 학습법(Peer Instruction)을 개발⋅도입하였고, 10년 후인 2001년에 지난 기간의 경험과 결과에 관한 논문을 발표하였다. Mazur의 동료 학습법의 주요 절차는 개념 문제(concept tests)를 제시하고 동료 토론(peer discussion)을 진행하는 것이며, 그는 이러한 절차를 ‘ConcepTests’로 명명하였다. Mazur는 ConcepTests를 포함하는 동료 학습을 통해 학생들이 개념적 추론(conceptual reasoning)과 정량적 문제 해결(quantitative problem solving)의 숙달도가 증가하였다고 밝히고, 전통적인 교수법은 물리학의 중심 개념의 이해를 증진시키는데 거의 도움이 되지 않는다고 주장하기도 하였다(Crouch & Mazur, 2001). 이와 유사하게 미국 인디애나 대학의 Hake(1998)는 6천여 명의 학생들을 대상으로 하는 대규모 설문조사를 통해 상호작용적 개입(interactive-engagement) 방법과 전통적인 강의 방식의 효과를 비교하는 연구를 진행하였고, 물리학 수업에 있어서 상호작용적 개입방법이 학습에 더욱 도움이 된다는 결과를 발표하였다. 뿐만 아니라 Smith와 동료연구자들(2009)은 개념 문제 제시 후 이루어진 동료 토론이 학습자의 이해를 증진시킨다는 결과를 발표하였으며, 더욱이 개념 문제의 답을 최초에 아는 학생이 한 명도 포함되지 않은 그룹에서도 그룹 내 동료 토론을 통해 이해도를 높일 수 있었다고 주장하였다. 이와 같은 연구결과를 종합해보면, 과학적 개념을 이해시키기 위해 개념 문제를 제시하고 동료 토론을 진행하는 방식은 대학의 일반화학 수업에서도 적절하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다. 실제로 국내 대학의 무기화학 수업에서 ConcepTests를 활용한 연구가 진행되어 그 효과가 보고된 바 있으며(선혜영, 우애자, 2006), 일반화학 수업에서 구성원 간의 강도 높은 상호작용이 교과 역량과 학생만족도 등에 효과가 있다고 보고되기도 하였다(황은경, 신종호, 2022).
Mazur(1997)가 제안한 ConcepTests의 전형적인 구성을 살펴보면 다음과 같다. 강의 시간에 ① 교수자는 질문을 제시하고, ② 학생들은 질문에 개별적으로 답안을 선택하여 모두가 볼 수 있게 공개한다. ③ 이 때 정답률이 30% 이하 수준으로 높지 않은 경우 교수자가 힌트를 제시하고 다시 답안을 선택하게 하거나, 동료 학생들과 자유롭게 의견을 나누게 한 후 다시 답안을 선택하게 한다. ④ 정답률이 70% 이상으로 높아지면 답안 선택을 중단하고 교수자가 문제의 의도와 핵심 개념을 설명하여 학습자가 자신의 오류를 발견하고 개념을 보다 명확하게 이해할 수 있도록 돕는다. 이와 같은 과정에서 학습자는 이전 지식에 근거하여 제시한 답이 오답임을 깨닫고 동료와 혹은 교수자와 상호작용을 통하여 바른 답을 찾아가는 개념 변화를 체험하게 된다. 교수자의 상호작용적 개입은 학습효과에 다양한 측면에서 긍정적인 영향을 미치게 된다(Hake, 1998; Turpen, 2009).
ConcepTests는 기본적인 개념에 대한 이해를 묻는 질문이면서, 인지적 갈등(cognitive conflict)을 유도하는 문제들로 구성하는 것이 바람직하다(Baddock, 2008). 인지적 갈등은 학습자가 기존의 개념, 신념, 또는 인식과 경험 간의 불일치로 인해 내부적으로 불안 또는 혼란을 겪는 상태를 말한다. 즉, 직관에 반하는 수수께끼 같은 상황으로 인해 인지적 갈등이 야기되는 것이다(Appleton, 1993). 따라서 인지적 갈등은 문제 풀기(problem-solving)와 학습자의 기대에 반하는 데이터에 기반 하게 되며(Niaz, 1995), 인지적 갈등을 유발하는 ConcepTests는 학습자의 개념에 대한 이해를 확장하고 심화할 수 있다(권난주, 권재술, 2004; 김범기, 권재술, 1995; 류은희 외, 2012; 정현일, 2010).

2.2. 플립드 러닝

학습자 중심의 교육방법 중에 하나인 플립드 러닝은 학습자가 사전에 교재를 읽거나 동영상을 청취하여 사전학습을 해오고 강의 시간에는 학습자 중심의 활동이 주로 이루어지는 교수-학습 방법이다(Bergmann & Sams, 2012). 강의 시간에는 학습 목표에 따라, 교과목의 특성에 따라 다양한 학습자 중심의 활동을 전개할 수 있다. Flipped Learning Network(2014)에서는 플립드 러닝을 “그룹이 학습하던 상황을 개인이 학습하는 상황으로 전환하고, 현장 강의에서는 학습자들이 개별적으로 학습한 개념을 적용하고 주제에 창의적으로 참여할 수 있도록 안내하여 역동적 상호작용이 일어나도록 지원하는 교육적 접근 방식”으로 정의하고 있다.
다양한 교과목에서 플립드 러닝 방식이 적용되고 있는 가운데, University of Edinburgh의 Seery(2015)는 2013년부터 2015년까지 3년 동안 대학의 화학 교육에서 플립드 러닝을 적용한 사례들을 정리하여 발표하였다. 각기 다른 교수자에 의해서 진행된 12개의 강의에서 대부분은 동영상을 활용한 사전학습을 진행하였고, 사전학습에 대한 평가는 7개 강의에서만 진행하였고 나머지 강의에서는 진행하지 않았다. 현장 강의에서의 주된 활동은 문제 풀이였으며, 대부분의 강의에서 강의를 마친 후 학습자들에게 과제를 요구하지 않았다. Seery는 학습자들의 피드백 중에는 예전 수업에는 잘 참여하지 않았으나 플립드 러닝으로 인해 적극적으로 수업에 참여하게 되었다는 긍정적인 평가가 포함된 반면, 플립드 러닝이 부담스럽다거나 교실 밖에서의 학습 시간 조절이 어렵다는 부정적인 의견도(Yeung & O’Malley, 2014) 발견할 수 있었다고 보고하였다. 또한 학업 성취도 측면에서 긍정적 변화가 있는 그룹이 절반 정도 되는 것으로 해석하였다. 그는 화학 교육에서 지배적인 학습 이론은 구성주의이며, 새로운 아이디어와 정보를 통합하여 학생들이 이미 알고 있는 것을 이해하도록 접근하는 플립드 러닝이 능동적인 학습을 위한 공간을 만들어 수업 시간의 가치와 질을 향상시킬 수 있으며 구성주의에 부합하는 교수-학습 방법임을 시사하였다. 국내 대학의 일반화학 강의에서 플립드 러닝을 적용한 연구(황은경 외, 2022)에서는 비대면 환경에서의 플립드 러닝이 학생들의 학업 성취도와 조별 활동 만족도 등에 긍정적인 영향을 주었다고 보고하였다. 종합하면, 플립드 러닝은 강의의 시간적 제약의 문제를 해결하고 강의시간 내에 활발한 학습자 중심 활동이 가능하게 한다는 측면에서 대학의 일반화학 강의에 긍정적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

2.3. One minute paper(OMP)

OMP는 일반적으로 수업을 정리하는 차원에서 학생들에게 배포하는 질문지이며, (1) 오늘 수업에서 가장 중요하게 배운 것은 무엇인가? (2) 어떤 것이 이해하기 어려웠는가? 등의 간단한 문항으로 구성되어 있어 학생들이 수업을 되돌아보면서 내용을 요약하거나 질문을 정리하거나 학습에서 어려웠던 점을 호소할 수 있도록 한다. OMP는 Angelo와 Cross(1993)에 의해 대중화되었고, 수없이 재창조되어 현재는 여러 대학에서 사용되고 있다. 예를 들어 Harvard University(2023), University of Central Florida(2023), University of Rochester(2023) 등의 대학 홈페이지에서 OMP에 대한 지침과 안내 등을 확인할 수 있다. 이름에서 알 수 있듯이 학생들이 답을 완료하는 데 1~2분 정도의 시간을 소요하고, 교수자는 학생들의 답을 읽고 다음 수업에서 또는 개별적으로 답변하는 것이 일반적이다(Nilson, 2016; Stead, 2005). University of Maryland의 Harwood(1996) 교수는 학생들의 OMP 답변이 학생들의 수강 능력을 파악하게 해주어 강의의 속도를 조절하는 데 도움이 되었고, 지난 수업의 학생들의 질문을 취사선택하여 수업 모두에 읽어주는 것만으로도 교수자가 답변하는 것 이상의 효과가 있다고 진술하고 있다. 또한, 학생들이 활발히 질문하도록 장려하여 실제로 질문이 증가하는 결과를 보였으며 이는 메타인지적 자기성찰을 통해 고차원적인 인지 능력을 개발하는 데 중요한 역할을 한다고 주장하였다. 본 연구자는 OMP를 ‘서면 피드백(one minute-feedback)’으로 명명하고, 이를 활용하여 강의를 마친 후 학생들로부터 서면 피드백을 받는 과정을 진행하였다.

2.4. 양적 추론(quantitative reasoning)

많은 양의 데이터가 쏟아지고 있는 현대 사회에서 일상적으로 정량적 정보를 접하고 이해해야하는 상황이 증가하고 있다. 이러한 시대적 변화에 대응하기 위해 모든 전공의 학생들에게 양적 추론 능력을 배양시킬 필요성이 제기되고 있다(Rocconi et al., 2013). Association of American College and University [AAC&U]의 peer review(Elrod, 2014)에서는 “양적 추론은 기본적인 수학 기술을 적용하여 학문 또는 학제 간 문제의 맥락에서 실제 세상의 정량적 정보를 분석하고 해석하여 결론을 도출하는 것이다”라고 설명하고 있다. Science Education Resource Center at Carleton College [SERC] (2022)에서는 양적 추론을 “개인적, 전문적, 공공적 맥락에서 데이터와 정량적 도구를 다양한 문제에 적용하는 마음(mind)의 습관”으로 정의하며, 21세기 학생들의 핵심 학습 성과 중 하나라고 명시한 바 있다. 또한 Western Association of Schools and College [WASC] (2013) 고등교육위원회는 5가지 핵심 역량으로 글쓰기, 구두 의사소통, 비판적 사고, 정보 리터러시와 더불어 양적 추론을 제시하였다. 양적 추론은 비판적 사고, 기본적인 수학 기술, 학문 또는 실제 세상의 맥락적 이해들이 모두 요구되는 사고 과정이고(Elrod, 2014) 다양한 과목을 연결하는 학제간 학습의 중심이라 할 수 있다(김혜영, 2021). 한국교양기초교육원에서는 2021년에 “모든 학생을 위한 양적 추론 프로그램 개발 방안 연구” 보고서를 공개하여 경제, 사회, 과학, 보건, 환경, 역사, 문화 분야별 양적 추론에 관한 컨텐츠를 제공하였다(최병문 외, 2021). 따라서 대학 일반화학 수업에서도 양적 추론의 경험이 강조되어야 하나, 강의 시간의 한계를 고려하여 기본적인 수학 기술로 실제 세상의 화학적 현상을 이해하고 해석하는 과정을 경험하는 시간을 비중 있게 배정할 필요가 있으며, 교수자가 문제를 풀어 보이는 대신 학습자 스스로 주어진 문제를 분석하고 양적 결론에 도달하는 활동, 이에 이은 동료 토론 및 동료 학습을 진행하는 등의 학습자 중심의 교수-학습 방법이 도입될 필요가 있다.

2.5. 워크시트(worksheet)

워크시트를 활용한 학습자 중심 교수-학습 방법에서는 학습자가 주어진 문제에 대해서 반드시 활동 혹은 의견을 기입하거나 그려야 한다. 교육 도구인 워크시트는 생각하는 기술, 질문을 하거나 질문에 답하는 능력을 증진시킬 수 있다(Romli et al., 2018). 워크시트를 활용하여 학습자의 활동 및 참여를 견인해내고, 학습자는 지식을 구성하면서 학습 목표를 효과적으로 달성할 수 있다(Asrizal et al., 2019). 워크시트는 학습 내용과 목표에 따라 다양한 방식으로 구성할 수 있고(Ekantini & Wilujeng, 2018; Kibar & Ayas, 2010), 일반화학 수업에서도 다양한 방식으로 활용되어 질 수 있으며, 본 연구에서는 체계적인 비교가 필요한 일부 주제에 한정하여 워크시트를 활용하였다.

3. 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법의 구성

본 연구에서는 앞서 제시한 이론적 고찰을 토대로 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 구성하였다. 구체적으로 학습자들이 화학적 개념을 능동적으로 이해하도록 지원하기 위해, 특히 오개념에 대해 스스로 깨닫고, 정량적 사고의 중요성을 이해하도록 하며, 교수-학생 및 학생-학생 간의 상호작용이 증진될 수 있는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 구성하였다. 더불어 학습자들이 개념이나 지식을 습득하는 적극적인 자세, 즉 스스로 고민하고, 자신의 의견을 표현하며, 동료의 의견을 청취하거나 동료를 설득하기도 하는 태도를 체득하도록 돕는 것 또한 복합적 학습자 중심 교수-학습 구성의 하나의 이유이다. 이에 본 연구에서는 학습자들이 화학적 개념과 현상을 이해할 수 있도록 동료 토론을 포함하는 ConcepTests 및 워크시트를 적용하였고, 정량적 사고의 중요성을 이해할 수 있도록 학습자가 문제를 풀어본 후 동료와 토론하는 기회를 제공하였다. 이를 위한 구체적인 교수-학습 과정의 구성은 다음과 같다.
첫 번째로 개념 중심의 학습내용에 대해서는 동료 토론을 포함하는 ‘ConcepTests’를 도입하였다. ConcepTests는 학습자가 학습하고 있는 개념을 이해했는지를 확인하는 도구로 활용하였으며, 이를 위해 가능하면 인지적 갈등을 야기하는 문제들을 구성하고자 노력하였다. 오답이 많을 경우 몇몇 학생들을 지목하여 답을 도출하게 된 이유를 동료들에게 설명하도록 하였다. 이때 경우에 따라 오답을 제시한 학생을 지목하기도 하고 정답을 제시한 학생을 지목하기도 하여 학생들이 정답이 노출되지 않는 상황에서 자신의 생각을 논리적으로 설명해보는 기회를 갖고, 다른 사람의 주장을 통해 다양한 각도에서 문제를 바라볼 수 있는 기회를 제공하였다. 두 번째로 ‘정량적 문제 해결’ 과정에 많은 시간을 할애하였고 이 과정에서도 ‘동료 토론’ 혹은 ‘동료 학습’의 방법을 활용하였다. 각 단원의 정량적 문제들을 학생들이 스스로 풀도록 하고 이후 적정한 시간이 지나면 동료들끼리 답을 확인하며 부족한 부분에 대해서 상호 설명하거나 함께 논의하는 시간을 부여하였다. 한정된 수업 시간 때문에, 교양기초교육원에서 제시하는 양적 추론 프로그램의 예와(최병문 외, 2021) 같이 모델링이나 배경 데이터를 학생 개개인이 수집하는 과정은 진행하지 못하였으나 주어진 데이터와 학습 중인 모델 혹은 수식으로 정량적인 결론을 내리도록 하였다. 세 번째로 ‘학습자가 본인의 단어로 설명하기(paraphrasing) (Morrison et al., 2015)와 서면 피드백’을 활용하였다. 강의 중간에 학생 1인을 호명하여 스스로의 단어로 동료들에게 학습한 개념 혹은 수식을 설명하도록 하였다. 또한 수업을 마치기 직전에 전체 학생들로부터 당일 수업의 요약 및 질문을 포함하는 서면 피드백을 받았다. 학생들의 서면 피드백에 대해서는 다음 수업 시간에 교수자가 다시 피드백을 하였다. 네 번째로 체계적 비교가 필요한 학습 내용에 한해서는 학습자 스스로 내용을 정리할 수 있는 워크시트를 활용하였다.
한편, 이러한 일련의 학습자 중심 교수-학습 방법을 행하면서 정해진 학습 범위를 다루기에는 수업 시간이 부족하여 부분적 플립드 러닝을 도입하여 시간을 안배하였다. 단원마다 초등 및 중등 교과과정에서 반복적으로 학습한 부분에 대해서는 미리 읽기 과제를 부여하면서 참고자료로 해당 부분의 강의 동영상을 제공하였고, 수업을 시작하면서 읽기 과제 부분에 대해서 질문을 받은 후 과제 부분에 대해서 이해도 퀴즈를 실시하였다. 이후 이해도 퀴즈의 답을 설명하면서 강의를 시작하였다. 부분적 플립드 러닝을 시행한 부분, 즉 읽기 과제의 비율은 단원마다 30~40% 정도였으며, 나머지 60~70% 부분에 대해서는 교수자 중심의 강의를 진행하면서, 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 적용하였다. 이상과 같은 교수-학습 방법을 적용한 전체적인 한 단원의 수업 구성은 대체로 이해도 퀴즈-교수자 강의-ConcepTests-정량적 문제 해결 및 동료 토론-서면 피드백 순이었으며, 교수-학습의 과정과 학습자 및 교수자의 역할은 표 1과 같다.
<표 1>
복합적 학습자 중심 교수-학습 방법의 구성
교수-학습 과정(1단원 기준) 소요 시간 (총 100분) 학습자 중심의 활동 교수자의 역할
• 각 단원의 도입부에 대한 읽기 과제 (부분적 플립드 러닝) - • 읽어오기 • 각 단원의 30~40% 비율로 과제 부여

• 질의응답
• 과제에 대한 이해도 퀴즈
~10분 • 학습내용에 대한 질의
• 문제 풀기
• 읽기 과제를 수행했는지 확인하는 수준의 비교적 낮은 난이도의 문제 출제

• 이해도 퀴즈 해설 ~5분 • 질의 • 출제 의도와 함께 해설

• 교수자 강의 ~45분 • 질의 • 본인의 단어로 설명하기 • 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법과 연계


• ConcepTests ~15분 • 문제 풀기
• 동료 토론
• 단원 당 2~3문제 개발

• 정량적 문제 해결 및 동료 토론 15~25분 • 문제 풀기
• 동료 토론
• 계산기를 활용해야 하는 문제들로 단원 당 1~2문제 발췌

• 워크시트 0~5분 • 학습 내용의 구체화 • 학습내용에 따라 한정적으로 적용

• 서면 학생 피드백 ~3분 • 학습 내용 요약
• 질문 구성
• 다음 시간에 교수자가 피드백

4. 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법의 적용

4.1. 수업개요

본 연구에서는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 2023학년도 1학기에 Y대학교 공학계열 1학년 학생들을 위해 개설된 <일반화학및실험1> 두 개 분반에 적용하였다. <일반화학및실험1> 교과목은 주당 강의 수업 2시간, 실험 수업 2시간으로 구성되어 있으며, 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법은 강의 수업에 적용하였다. 일반적으로 강의 수업과 비교하여 대학일반화학의 실험 수업은 학습자가 스스로 답을 찾아가는 학습자 중심의 활동을 근간으로 하고 있고, Y대학교에서 개설된 모든 <일반화학및실험1> 교과목의 실험 수업은 동일한 절차와 방법으로 운영되도록 관리되어 있어 특별히 학습자 중심 교수-학습 방법의 적용은 강의 수업에 초점을 두었다. 1학기 총 15주 중 시험을(8주차 및 15주차) 제외한 강의는 총 13주에 걸쳐 진행되었고, 강의 내용은 물질, 에너지 및 측정(1주차), 원자, 분자 및 이온에 대한 개괄(2주차), 화학양론(3주차), 수용액에서의 반응(4주차), 열화학 (5주차), 원자의 구조(6주차), 원소의 주기성(7주차), 화학 결합(9주차), 분자 구조(10주차), 기체(11주차), 액체(12주차), 고체(13주차), 용액의 성질(14주차) 등이었다. 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법은 3주차 과정인 화학양론부터 14주차 과정인 용액의 성질까지 총 11번 적용하였다.

4.2. 읽기 과제 부여

기초적인 개념에 해당하는 부분에 대해서 읽기 과제를 부여하였다. 학생들은 과제 부분을 사전에 읽고 해당 부분의 예제 문제를 푼 다음에 수업에 임해야했다. 교재(Brown et al., 2022/2023) 각 단원의 앞부분은 대체로 초등 및 중등 교육에서 학습하였던 내용이고, 이해하기 쉬운 부분으로 구성되었으므로 읽기 과제로 채택하였다. 온라인 학습관리시스템 게시판에 과제를 공지하였으며, 공지에 과제 범위, 주의 사항, 오개념을 가지기 쉬운 사항에 대해서 부가 설명을 기재하였다. 읽기 과제의 비율은 각 단원마다 30~40% 정도였다. 과제 부분에 대해서 부차적으로 동영상 강의를 제공하였으며, 동영상 시청은 학생들의 의무로 제시하지 않고 필요할 때만 활용하도록 유도하여, 가능한 한 학생 스스로 교재를 읽고(Crouch & Mazur, 2001) 풀기를 권장하였다.
열화학(thermochemistry) 단원에서 제시한 읽기 과제의 예는 다음과 같다.
① 열화학 단원의 1절~4절까지(화학 에너지, 열역학 제1법칙, 엔탈피, 반응엔탈피) 읽고, 해당 범위의 예제를 푸시오.
② 상태 함수란 무엇인가?
③ 중학교 때 배운 (반응)열(heat)과 엔탈피가 어떻게 다른가?
④ 화학에서 일컫는 계(system)과 외부(surrounding)를 확실히 구별해야 함.
⑤ 화학 반응에서 일(work)은 주로 어떻게 행해지는가?

4.3. 이해도 퀴즈

강의를 시작하면서 읽기 과제에 대한 질문을 받은 후 과제 부분에 대한 이해도 퀴즈를 실시하였다. 이해도 퀴즈를 실시하는 이유는 학생들이 과제 부분을 읽어 왔는지, 핵심개념을 이해했는지를 확인하는 것이므로 비교적 난이도가 낮은 단순한 문제들을 선택하였다. 이해도 퀴즈 문제는 기본 개념을 서술하는 문제, 교재 내의 예제와 유사한 문제, 학습관리시스템에 읽기 과제 범위와 함께 미리 제시하였던 부가 설명과 관련된 질문들로 구성하였다. 각 이해도 퀴즈는 10점 만점이었고, 학생들의 평균 점수는 6점을 약간 상회하는 수준이었다. 이해도 퀴즈는 학기 중 총 11회 진행되었으므로 이해도 퀴즈의 총점은 110점이었으며, 이는 중간시험과 기말시험의 점수가 각각 100점으로 배정된 점을 고려하면 수업에 대한 준비도에 높은 비중을 둔 것이라 할 수 있다. 이와 같은 점수 배점은 학생들이 읽기 과제를 간과하지 않고 수업을 준비하도록 하여 이후 적극적인 참여를 유도하기 위한 구성이었다. 이해도 퀴즈를 실시하는 중에, 교수자는 강의실을 돌면서 일일이 학생들의 답안 작성 과정을 훑어보아 오개념이나 취약한 부분을 파악하였고, 퀴즈 종료 후에 퀴즈 중에 파악한 부족한 점에 대해서 학생들에게 피드백하고, 퀴즈 답안을 출제 의도와 함께 해설하였다.
열화학(thermochemistry) 단원에서 제시한 이해도 퀴즈의 예는 다음과 같다.
① 상태함수(state function)의 정의를 한 문장으로 쓰시오.
② HCl과 아연의 반응에서(그림 1) 일(work)의 부호는 양수인가? 음수인가? 이유를 한 줄로 쓰시오.
③ 엔탈피는 크기 성질인가? 세기성질인가? 이유를 한 줄로 쓰시오.
[그림 1]
HCl과 아연의 반응
kjge-2023-17-6-157-gf1.jpg

4.4. 교수자 강의

일반적으로 과학 교과목 강의에서 이루어지는 방식으로 교수자가 주로 강의하였다. 부분적으로 학습 효과를 높일 수 있는 동영상을 보여주거나, 중요한 예제들을 학생들과의 문답식으로 해설하였다.

4.5. ConcepTests

개념 문제의 문항을 구성하기 위해 Wisconsin-Madison 대학(ConcepTests, 2023. 1. 24)에서 제공하는 문항과 Brandeis 대학의 Herzfeld 그룹이 제공하는 문항(ConcepTests for general chemistry, 2023. 1. 24)의 형식을 참고하였으며, 주로 교재를 토대로 하여 가능하면 인지적 갈등을 유도하는 문제로 각 단원 당 2~3문제를 작성하였다. 개념 문제를 제시하고 학생들이 정답을 생각할 수 있는 1~2분 정도의 시간을 제공한 후 스마트폰의 LED scroller를 사용하여 학생들의 선택을 확인하였다. ConcepTests(Mazur, 1997)에서 많이 활용하는 clicker를 사용하지 않고, 스마트폰에 LED scroller 어플리케이션(일명 전광판 앱)을 설치하게 하여 이에 답을 기입하고 교수자에게 직접 보여주는 방식으로 학생들의 답변을 확인하였으므로 교수자가 전자교탁에 머물러야하는 clicker 사용 방식과 달리 학생들 사이에서 상호작용할 수 있었다. 약 30% 이하의 학생들만이 정답을 선택한 경우, 학생들끼리 자유롭게 논의할 수 있는 시간을 주었고 다시 본인의 선택을 LED scroller를 이용해 제시하도록 유도하였다. 60~70% 학생들이 정답을 선택한 경우에는 오답을 선택한 학생과 정답을 선택한 학생 각각 1인씩을 지명하여 선택한 논리를 설명하게 하였다. 정답률이 80%가 넘는 경우에는 정답을 선택한 학생 1명만 지명하여 선택 이유를 설명하게 하였다. 자신의 답안이 틀린 학생 중에 일부는 본인의 논리 중 어느 지점에 문제가 있는지를 자발적으로 질문하기도 하였다.
기체(gas) 단원에서 제시한 개념 문제의 예는 다음과 같다. 같은 온도에서 기체들의 평균 운동에너지가 동일하므로, 가벼운 원소일수록 빠르게 운동한다는 개념을 담고 있는 예제이다.
그림 2에서 보는 바와 같이, 같은 크기의 헬륨(He, 원자번호 2번) 풍선과 아르곤(Ar, 원자번호 18번) 풍선의 구멍을 동시에 연다면 어느 풍선이 먼저 작아지겠는가?
[그림 2]
헬륨 풍선과 아르곤 풍선
kjge-2023-17-6-157-gf2.jpg
① 헬륨 ② 아르곤
③ 동일하게 작아진다

4.6. 정량적 문제 해결 및 동료 토론

각 단원에 해당하는 정량적 문제를 제시하고 학생들이 스스로 해결하도록 적정한 시간을 부여하였다. 정량적 문제는 제한적인 강의시간으로 인해 5~15분에 해결할 수 있는 문제로 선정하였다. 학생들이 문제를 푸는 동안 교수자는 강의실을 돌면서 학생들의 답안 작성 과정을 살펴보고, 문제 풀기를 시작조차 못하는 학생들에게는 강의 중에 설명한 어떤 개념과 수식이 필요한지 일대일로 설명하였다. 적정한 시간이 지나면 옆 동료와 소란스러울 정도로 자유롭게 토론하면서 문제를 해결하도록 지도하였으며, 서로 서먹해하는 그룹의 경우에는 교수자가 다가가 서로 대화할 수 있는 분위기를 조성하였다.
용액의 성질(properties of solutions) 단원에서 제시한 정량적 해결을 요구한 문제는 다음과 같다. 일상생활에서 흔히 접하는 탄산음료에서 뚜껑을 열기 전후의 녹아 있는 이산화탄소의 농도를 각각 계산하여 그 차이가 만 배 이상이 된다는 사실을 밝혀내는 문제이다.
아래 두 상태의 탄산음료 안의 이산화탄소(CO2)의 농도를 각각 구하고, 유효숫자를 고려하여 농도 차이를 구하시오. (이 온도에서 물에 대한 CO2의 Henry 법칙 상수는 3.4 x 10-2 mol/L-atm이다.)
상태 (a): 음료 액체 위에 부분 압력 4.0 atm 의 이산화탄소(CO2)로 채워진 병 안.
상태 (b): 음료 병뚜껑이 열려서 부분 압력 3.0 x 10-4 atm의 이산화탄소로 평형을 이룰 때.

4.7. 워크시트

일부 내용에 한하여, 체계적 비교가 필요한 학습 내용에 대해서 학습자 스스로 내용을 정리하고 비교할 수 있는 워크시트를 활용하였다. 화합물의 명명법, 분자간 힘, 용액의 총괄성, 약산-강염기 적정과정 해석, 핵붕괴의 유형, 화합물 구조별 결정장(crystal field) 이론에 근거한 에너지 준위 등의 부분에서 주로 활용하였다.
표 2는 용액의 성질 단원의 총괄성(colligative properties)과 관련된 증기압 내림, 끓는점 오름, 어는점 내림, 삼투압의 학습 내용을 청취하면서 학생들 스스로가 정리하도록 한 워크시트의 예이다.
<표 2>
총괄성 워크시트
총괄성 종류 1. 2. 3. 4.
총괄성 공식

입자개수의 표현방법

상수의 단위

실례

4.8. 서면 피드백

수업을 마치기 바로 직전에 전체 학생들로부터 당일 수업의 요약 및 질문을 포함하는 서면 피드백을 받았다. 학생들의 서면 피드백에 대해서 다음 수업 시간에 교수자가 다시 피드백을 하였다. 이해가 심각하게 부족한 학생 혹은 이해에 어려움을 호소한 학생에게는 일대일 피드백을 진행하였고, 오개념을 포함한 질문 등에 대해서 전체 학생에게 피드백을 하였으며, 대단히 수준이 높거나 복합적인 질문에 대해서는 답변 자료를 따로 작성하여 피드백을 하면서 질문한 학생에게 참여도 점수를 부여하였다. 서면 피드백 용지는 다음과 같이 구성하였다.
One Minute-Feedback: What I Understood!
Major: #ID: Name: Date:
① 이번 장에서 학습한 내용은 자연의 무엇을 설명하고 있는가? (한 문장으로 기술)
② 이번 장에서 본인이 이해한 내용을 정리하시오. (교재를 보지 말고 정리)
③ 가장 인상적인 내용은 무엇이었는가? (한 문장으로 기술)
④ 무엇이 이해하기 어려웠는가? (if any)
⑤ 질문 (if any)

5. 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법에 대한 효과분석

5.1. 연구대상

본 연구의 대상은 2023학년도 1학기에 Y대학교 공학계열 1학년 학생들을 위해 개설된 <일반화학및실험1> 두 개 분반의 수강생 86명이었다. 해당 강의는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법으로 운영되었으며, 학기말에 진행된 2차례의 설문조사에 참여한 학생들은 1차 설문 시 54명, 2차 설문 시 81명이었다.

5.2. 연구방법

본 연구에서는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법에 대한 효과를 분석하기 위해 학생들의 만족도와 인식을 조사하는 두 가지 설문지를 작성하였다. 1차 설문지는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법에 대한 학생들의 만족도를 파악하기 위한 문항으로 구성하였으며, 구체적으로 수업 방식에 대한 학습자 만족도, 수업 방식의 강의에 대한 추천 여부, 화학적 지식을 이해하는데 가장 도움이 되었던 수업 방식, 화학적 지식에 대한 사고 강도를 묻는 문항들로 구성하였고 해당 문항의 형태는 5점 likert 평정형, 진위형, 선다형이었다. 2차 설문지는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법의 장단점을 묻는 서술형 문항으로 구성하였다. 1, 2차 설문지는 대학에서 기초과학 교양과목을 담당하고 있는 교수 2인의 검토를 받아 최종 완성하였다. 완성된 설문지는 2023학년도 1학기에 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 적용한 Y대학교 <일반화학및실험1> 강의의 수강학생들을 대상으로 학기말에 2차례 배포하였고, 수집된 자료를 토대로 평균과 표준편차, 빈도와 백분율을 산출하였으며 서술형 문항에 대해서는 반복 읽기를 통해 주제어를 추출하고 범주화하는 질적 분석을 실시하였다. 한편, 서술형 문항의 분석 시 추가적으로 학기말에 이루어진 강의평가의 주관식 문항에 대한 학생의견을 포함하였다.

5.3. 연구결과

5.3.1. 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법에 대한 학습자 만족도

본 연구에서 2023학년도 1학기에 Y대학교 일반화학 수업에 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 적용한 후, 수업에 참여한 학생들을 대상으로 만족도를 조사⋅분석한 결과는 다음과 같다.
표 3에 제시한 바와 같이 본 연구에 참여한 학생들은 기존에 경험한 수업 방식보다 복합적 학습자 중심 교수-학습 과정에서 집중도, 이해도, 과학적 지식에 대한 기억의 정도, 인지적 갈등의 정도, 학습의 효율성에 대해 보통 수준을 상회하는(4.24~4.39) 비교적 높은 수준의 만족도를 보였다. 반면, 본인이 다시 수강 신청을 한다면 복합적 학습자 중심 교수-학습 방식의 강의를 선택하겠는가를 묻는 문항에 대해서는 3.83정도로 상대적으로 낮은 평균을 보였다. 그러나 표 4에 제시한 바와 같이 응답자의 85% 이상이 후배에게 현재 수업 방식의 강의를 추천하겠다고 응답하였다. 이상의 결과들을 종합해볼 때, 학습자들은 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법에 대해 높은 수준의 만족도를 나타냈고, 많은 수의 학생들이 현재 수업 방식을 후배들에게 추천하고자 하였으나 학습활동에 대해서는 학업적 부담을 느꼈음을 알 수 있었다.
<표 3>
수업 방식에 대한 학습자 만족도
문항 내용 평균 표준편차
1. 수업에 대한 집중도는 현재 수업 방식이 더 높았다. 4.31 .84

2. 수업에 대한 이해도는 현재 수업 방식이 더 높았다. 4.28 .81

3. 현재 수업 방식으로 익힌 과학적 지식이 더 오래 기억에 남는다. 4.31 .77

4. 수업 시간 중 과학적 지식에 관한 인지적 갈등은 현재 수업 방식이 더 컸다. 4.39 .74

5. 학습의 효율은 현재 수업 방식이 더 높았다. 4.24 .89

6. 본인이 다시 수강 신청을 한다면 현재 수업 방식의 강의를 선택하겠다. 3.83 1.11
<표 4>
수업 방식의 강의에 대한 추천 여부
문항 내용 아니오 무응답



빈도 백분율 빈도 백분율 빈도 백분율
후배에게 현재 수업 방식의 강의를 추천하겠다. 46 85.2 1 1.9 7 12.9
한편, 연구에 참여한 학생들은 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법 중 화학적 지식을 이해하는데 도움이 되었던 방식에 대해 ‘ConcepTests’와 ‘정량적 문제 해결 및 동료 토론’, ‘1인 호명 후 질문’ 순으로 응답하였다(표 5). 이는 수업을 통해 화학적 지식을 습득하는데 ConcepTests와 정량적 문제 해결 및 동료 토론이 특히 유용하였음을 의미하는 결과이다.
<표 5>
화학적 지식을 이해하는데 가장 도움이 되었던 방식
문항 내용 빈도 백분율
1. ConcepTests 47 87.1

2. 정량적 문제 해결 및 동료 토론 34 62.9

3. 서면피드백 10 18.5

4. 1인 호명 후 질문(본인의 단어로 설명하기) 17 31.5

2가지 선다형의 다중응답 문항

연구에 참여한 학생 중 94% 이상 학생들은 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법이 기존의 강의 중심 수업보다 화학적 지식에 대해 더 사고하고 고민하도록 하였다고 응답하였으며, 비슷하다는 응답이 5.6%였고 그렇지 않다고 응답한 학생은 없었다(표 6). 이와 같은 결과는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법이 학생들로 하여금 화학적 지식에 대해 더 깊이 사고하고 갈등하며 지속적으로 고민하도록 자극하는 등 지식을 구성하며 논리적으로 사고하는 기회를 제공하였음을 의미하는 결과이다.
<표 6>
화학적 지식에 대한 사고 강도
문항 내용 아니오 비슷하다



빈도 백분율 빈도 백분율 빈도 백분율
현재 수업 방식이 화학적 지식에 대해 더 사고하고 고민하도록 하였다. 51 94.4 0 0.0 3 5.6

5.3.2. 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법에 대한 학습자 인식

본 연구에서 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법에 대한 학생들의 인식을 살펴본 결과는 다음과 같다.
첫째, 학생들은 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 통해 스스로 생각하고 지식에 대해 고민하며 적극적으로 학습하였다고 응답하였다.
… 학생들이 스스로 지적 호기심을 충족할 수 있도록 도와주었고, 스스로 해결하지 못한 부분은 자세한 피드백을 통해 도움을 받아 가치 있는 학습활동이었다. (2023. 1학기 강의평가 참여학생 A)
자유롭게 생각하고 내용을 공유할 수 있다는 점. 또 교수님 질문에 대답하는 과정에서 깨달음을 얻을 수 있다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 A)
어떤 부분을 더 공부하고 보완해야 하는지 스스로 파악할 수 있다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 B)
새로운 개념을 이해하고 받아들이기에 더 용이하다. 시험시간에만 몰아서 공부하는 것이 아니라서 기억에 더 남는다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 C)
… 의문점을 품고, 그 의문점을 해소할 기회가 많다는 점… (2023. 6. 2차 설문 참여학생 D)
간단한 퀴즈가 수업의 참여도 향상과 도전적 지식의 향상을 도모했다. (2023. 1학기 강의평가 참여학생 B)
둘째, 학생들은 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 통해 교수-학생, 학생-학생 간 소통하고 지식을 공유하며 깊이 있는 상호작용을 경험하였다고 응답하였다.
친구들이 헷갈리는 부분과 내가 이해하지 못한 부분을 서로 이해할 수 있도록 도와줄 수 있다는 점이 좋다. 서로 돕는 분위기도 좋다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 E)
수업에 참여할 수 있는 기회가 많다. 상호작용의 기회가 많다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 F)
서면피드백을 통해 생각을 정리할 수 있었으며, 교수님이 이를 많이 수용해주시는 모습이 좋았습니다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 G)
단순히 흘러가는 강의가 아니라 학생들이 자신의 이해정도를 직접 확인하고 점검하며 피드백을 받을 수 있었다는 점에서 좋았습니다. (2023. 1학기 강의평가 참여학생 C)
교수님께서 학생들의 피드백을 적극적으로 수용하시고 수업에 학생들을 참여시키려고 노력하시는 것이 느껴져서 좋았습니다. 학생들이 질문을 할 때마다 자세히 답변해주셔서 학습에 도움을 많이 받을 수 있었습니다. (2023. 1학기 강의평가 참여학생 D)
셋째, 학생들은 복합적 학습자 중심의 교수-학습 방법이 학습동기를 유발하고 이후 학습내용에 대한 이해도를 높이는데 도움이 되었다고 응답하였다.
미리 예습을 해오기 때문에 수업에 대한 이해도가 높다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 H)
매주 퀴즈를 진행해 학생들이 공부에 손을 놓지 않도록 꾸준히 할 수 있도록 동기를 주었다. (2023. 1학기 강의평가 참여학생 E)
직접 예습을 하여 수업에 더 적극적으로 참여할 수 있다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 I)
미리 공부해오면 수업내용을 따라가기 편해진다. 미리 고민할 시간을 가질 수 있다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 J)
넷째, 학생들은 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 대해 학업적 부담감을 느꼈던 것으로 나타났다.
지루하지 않고 긴장감 있고 교수님께서 핵심이나 어려운 부분만을 수업하시기에 좋다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 K)
내가 공부해야한다는 것이 단점이다. 많은 시간 투자가 필요하다는 점에서 조금은 버겁다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 L)
매번 준비할 것이 많은 것에 대한 부담감.… (2023. 6. 2차 설문 참여학생 M)
아직 익숙지 않은 내 생각을 물어볼 때 당황할 수 있다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 N)
스스로 공부하는 방식이 안 맞는 사람에게는 버거울 수 있다. (2023. 6. 2차 설문 참여학생 O)

6. 결론 및 논의

최근 대학교육은 교수자 중심 교육으로부터 학습자 중심 교수-학습으로 전환되고 있으며 대학의 교양교육이 비판적⋅창의적 사고와 합리적인 의사소통, 주도성을 강조하고 있다는 점에서 기존의 전통적인 교수방법은 교양교육의 목적과 시대적 요구에 대응하는데 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 기존에 검증되어진 학습자 중심 교수-학습 방법 중에 일반화학의 학습에 적절하다고 판단되는 교수-학습 방법을 강의식 수업 방식에 접목한 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 고안하여 실행하였다. 구체적으로 학습자가 화학적 개념과 현상을 능동적으로 이해하고, 정량적 사고의 중요성을 인식하며, 개념과 지식을 습득하려는 적극적인 자세를 취함과 동시에 스스로 고민하고, 자신의 의견을 표현하며, 동료의 의견을 청취하거나 동료를 설득하는 등의 태도를 체득할 수 있는 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법 구성하였으며, 이는 이해도 퀴즈-교수자 강의-ConcepTests-정량적 문제 해결 및 동료 토론-서면 피드백 순으로 전개되었다.
또한 본 연구를 통해 구성된 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 Y대학교 공학계열 1학년 학생들을 위해 개설된 <일반화학및실험1>에 적용한 후 만족도와 인식을 분석한 결과, 첫째 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법에 대한 학생들의 만족도가 높았으며, 이와 같은 수업 방식을 후배들에게 추천하고자 하였다. 구체적으로 학생들은 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법이 기존의 강의 중심 수업 방식보다 학생들의 학습동기를 유발하고 학습내용에 대한 집중도와 이해도를 높이며 과학적 지식에 대해 더 오래 기억할 수 있도록 이끌어 학습의 효율성을 높인 것으로 인식하였다. 또 화학적 지식을 습득하는데 ConcepTests와 정량적 문제 해결 및 동료 토론이 유용하게 작용한 것으로 판단하였다. 이와 같은 결과는 개념 문제 풀이와 동료 토론을 진행하는 ConcepTests가 학습자의 과학적 개념에 대한 이해를 높이는데 더욱 도움이 된다는 Crouch, Mazur(2001)와 Smith와 동료연구자들(2009)의 주장과 맥을 같이한다. 둘째, 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법은 학생들로 하여금 화학적 지식에 대해 더 깊이 사고하고 갈등하며 지속적으로 고민하도록 자극하는 등 지식을 구성하며 논리적으로 사고하는 기회를 제공하였다. 본 연구를 통해 학생들은 자신들이 가지고 있던 기존의 개념과 인식으로부터 새로운 지식을 받아들이는 과정에서 끊임없이 고민하고 인지적으로 갈등하며 스스로 지식을 구성해나갈 수 있었다. 이는 교수-학습의 과정에서 학습자가 스스로 지식을 구성하며 사고를 확장할 수 있도록 지원해야 한다는 주장(Niaz, 1995)과 인지적 갈등을 유발하는 ConcepTests가 학습자의 개념에 대한 이해를 확장하고 심화할 수 있다는 주장(김범기, 권재술, 1995)과도 연결된다. 셋째, 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법은 쌍방향 의사소통의 기회를 제공하여 구성원 상호 간 소통하고 지식을 공유하도록 하였다. 이는 동료, 혹은 교수자와 상호작용이 지식을 공유하고 교류하는 맥락을 제공하며, 이와 같은 상호작용적 개입이 교수자 중심의 강의보다 학습에 더욱 도움이 된다는 주장(Hake, 1998)과 맥을 같이하며, 일반화학 수업에서 구성원 간의 고강도 상호작용이 학생들의 교과 역량을 높였다는 주장(황은경, 신종호, 2022)과도 관련된다. 넷째, 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법은 학생들의 학습동기와 흥미를 유발하고 학습에 대한 이해도를 높였으나 사전학습에 시간을 할애해야하는 점과 본인의 이름이 호명 될 수 있다는 점에서 학업적 부담감을 느꼈던 것으로 나타났다. 이는 전통적인 강의중심 수업 방식과는 다른 학습자 중심의 교수-학습 방법에 대한 학습자의 저항 혹은 부담을 언급했던 연구자들(Crouch & Mazur, 2001; Seidel & Tanner, 2013; Yeung & O’Malley, 2014)의 보고와 유사한 결과이다.
이상의 결과를 종합하면 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법은 대학의 교양교육의 하나로 편성된 일반화학 수업에서 효과적으로 적용될 수 있는 의미 있는 교수-학습 방법이라 할 수 있다. 본 연구에서 일반화학 강의에 적용한 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 동일한 구성으로 다른 교과목에 적용하는 것은 무리가 따를 수 있다. 그러나 각 교과목의 학습 내용과 특성, 학습자의 수준과 강의 시간 등을 고려하여 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 다양한 형태로 재구성하여 적용해보는 것은 의의가 있을 듯하다.
한편, 본 연구의 전통적이지 않는 수업 방식에 대한 학생들의 저항이 있을 수 있다는 점, 학생들의 만족도가 단기적으로 학업 성취도로 귀결되지 않을 수 있다는 점, 대형 강의에 적용하는데 어려움이 따른다는 점 등은 한계로 남는다. 이에 후속연구를 통해 이를 극복하기 위한 방안을 모색해볼 필요가 있다. 또 본 연구에서 도출된 학생들의 만족도 조사결과를 바탕으로 향후 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법을 개선하고 그 효과를 심층적으로 분석해볼 필요도 있겠다. 끝으로 본 연구의 의의를 복합적 학습자 중심 교수-학습 방법에 대한 학습자 의견으로 대신하고자 한다.
… 기대했던 대학 수업입니다. 열심히 공부할 수 밖에 없는 수업이었습니다. 수업 시간 내내 교수님의 말씀에 집중하며 수업을 들을 수 밖에 없었습니다. 학생들이 대답하게 하였고 생각하게 하였습니다. 학생들이 진정으로 발전할 수 있도록 교수님께서 많이 고민하셨다는 것이 느껴졌습니다. 이해하는 것에 큰 도움이 되었고 열심히 공부할 수 있게 하는 계기가 되었습니다. 학생들의 부담을 조금 덜 수 있는 방향 역시 고민해보셨으면 좋겠습니다.… (2023. 1학기 강의평가 참여학생 F)

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