초등 예비교사들의 먹이그물, 생태피라미드 모형 개발 과정의 단계별 일관성과 과학적 모형 평가와의 관계 분석

1. 연구 대상

본 연구에서는 과학교과 교재연구 및 지도법을 수강하는 교육대학교 3학년에 재학 중인 15명을 대상으로 하였다. 이들은 3명을 한 조로 총 5개 조를 구성하여, 초등 과학 교과서의 생물 영역의 내용 중에서 생물과 환경 단원의 먹이그물과 생태피라미드의 효과적인 지도를 위한 모형 개발 활동을 자발적으로 선택하였다. 특히, 본 연구에서는 모형 개발을 약 한 달 동안 진행한 다음 그 결과를 정리한 보고서와 개발 모형, 탐구 일기, 발표 PPT를 분석 자료로 활용하였다. 연구 대상자들에게는 일관성의 중요성을 1주차 오리엔테이션시간에 강조하였다.

2. 분석 방법

1. 먹이그물, 생태피라미드 모형 개발 단계별 일관성 분석

5개 조에서 먹이그물과 생태피라미드의 모형 개발 과정의 일관성 분석 결과는 <Table 1>과 같다.

<Table 1>

Analyzed Consistency in Process of Developing a Food Web and Ecological Pyramid Model

1조의 경우는 생태계 평형의 의미 및 생태계 평형 유지 원리와 관련하여 학생들의 실태를 직접 조사하여 그에 대한 문제점들을 알아보았고, 이러한 학습 목표를 달성하기 위해서 교과서상의 달성 여부를 확인하는 것으로 나타났다. 또한 모형 개발까지 이어지면서 두 가지 관점이 일관성 있게 반영된 것으로 분석되었다. 그러나 화살표의 의미와 에너지 개념에 대해서는 학습 목표 단계에서 제시되지 안았으며, 실태조사와 교과서 분석, 실제 모형에 표시하고자 하였다. 학습 목표에서는 다루어지지 않았으나 화살표의 의미를 제시하는 것이 먹이그물이 단순히 먹고 먹히는 관계만을 의미하는 것이 아니라 에너지의 흐름을 표현한다는 것을 이해시킬 수 있다고 보았다. 따라서 실제 개발한 먹이그물에서 에너지양을 화살표의 굵기로 달리 표시하여 실태조사부터 실제 모형 개발까지 화살표에 대한 일관성을 유지한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 애초에 교육과정에서 화살표의 의미를 강조하기보다는 생태계에서 먹이 관계와 평형 유지의 원리에 초점을 두었기 때문이다. 모형 개발 단계에서만 나타난 내용은 생태피라미드를 왜 피라미드 형태로 표현해야 하는지로, 학습 목표에서 교과서 분석까지는 파악하지 못했으나 직접 모형을 만들어 보면서 피라미드로 표현하는 것의 장점을 알게 된 것으로 나타났다.

그러나 예비교사로서 실제 학습자료를 개발한다는 것은 철저한 학습 목표 정립을 바탕으로 이루어져야 하나 학습이 진행되는 과정에서 학습 목표를 변경한다는 것은 아이들에게 혼란을 유발할 수 있으므로 학습 목표부터 일관성 있게 유지할 필요가 있다. 다행스러운 일일 수도 있으나 실제 예비교사들이 학습교구를 만들고 이것을 실제 현장에 사용한다고 했을 때, 학습 목표부터 일관성을 유지하면서 실제 교구를 활용할 가능성이 크다고 판단되었다. 1조가 실제 개발한 먹이그물과 생태피라미드는 [Fig. 1]과 같다.

[Fig. 1]

Food Web and Ecological Pyramid Model Developed by Group 1.

우드락을 이용해서 정육면체를 만듦으로써 연속적인 단면의 형태가 아닌 각 개체를 빼고 더할 수 있으므로 생태계 평형이 유지되는 원리를 효과적으로 설명할 수 있다고 보았다. 이를 통하여 학습 목표인 생태피라미드를 통한 평형 유지의 원리를 이해시키고자 하는 관점이 반영되었다. 생산자, 1차 소비자, 2차 소비자, 3차 소비자 상자를 각 1개씩 더 만들어 생태계 평형이 유지되는 원리를 설명할 수 있도록 했다.

그러나 왜 피라미드 형태인지에 대해서는 학습 목표에서는 이야기하지 않았으나 모형을 만들어 보면서 각 상자의 면에는 1, 2, 3, 4번 먹이사슬의 개체를 한 면씩 넣어 하나의 상자를 4가지 먹이사슬에 이용할 수 있고 생태계는 단일 생태계로 구성된 것이 아니라 다양한 생태계의 조합이라는 것을 이해시킬 수 있다는 것을 알게 되었다고 그들의 보고서에 진술하였다.

2조의 단계별 일관성을 분석한 결과, 탐구 활동의 내용을 생태계를 구성하는 생물의 먹이 관계를 설명할 수 있고 생태계 평형이 의미를 설명할 수 있도록 하기 위한 과정적 측면으로 접근한 것으로 나타났다. 즉, 두 관점에 대해서는 학습 목표부터 모형 개발 단계까지 일관성이 유지되면서 반영되었다. 그러나 먹이그물 구성 이해하기는 실태조사와 모형 개발 단계에서는 적용된 것으로 나타났고, 생태계의 정의 이해는 실태조사에서만 확인한 것으로 나타났다. 특히, 화살표의 방향과 에너지 방향과 관련해서는 교과서 분석을 통해 추가 설명을 해야 한다는 관점으로 접근하였고, 에너지양과 생태피라미드를 통하여 다양한 생태계를 표현하는 것의 중요성은 교과서 분석과 모형 개발 과정에서 나타났다. 따라서 탐구를 진행하면서 새로운 관점들에 관해 관심과 의견이 모와 지면서 비록 일관성은 단절되었으나 모형의 완성도를 높이는데 작용한 것으로 나타났다. 2조의 먹이그물과 생태피라미드는 [Fig. 2]와 같다. 옷걸이와 고리를 이용하여 먹이사슬이 모여 복잡하게 얽히면서 먹이그물이 되는 과정을 가시적으로 관찰할 수 있는 역할을 할 수 있도록 구성하였다. 생물카드는 고리를 통해 유동적으로 바꿔 끼울 수 있도록 구성한 것으로 확인되었다. 생태피라미드는 두꺼운 철사를 이용하여 피라미드 형태를 만들고 먹이그물에서 사용한 고리형 생물카드를 피라미드에 걸 수 있도록 만들어졌다. 또한 생물카드에 걸린 고리의 크기를 달리하여 에너지양을 표시하고 피라미드 면마다 육지, 해양, 하늘 생태계 등을 구성하는 생물들을 걸어 다양한 생태계를 표현하고자 한 것으로 분석되었다.

[Fig. 2]

Food Web and Ecological Pyramid Model Developed by Group 2.

3조에서 일관성을 보인 내용은 생태계 평형의 의미에 대한 것으로 학습 목표부터 모형 개발까지 지속해서 관심을 가지고 모형을 개발한 것으로 나타났다. 동시에 생태계 평형이 유지되는 원리까지 학습 목표 단계부터 시작하여 모형 개발까지 표현하고자 한 것으로 나타났다. 즉, 생태계의 평형은 먹이그물과 생태피라미드의 핵심 개념으로 본 것으로 판단된다. 학습 목표부터 분석된 생태계를 구성하는 생물의 먹이 관계에 대해서는 지속성을 보이지 않았다. 실태조사에서는 먹이그물의 의미와 포식과 피식의 몸의 크기에 관해서는 조사가 이루어졌으나 교과서 분석이나 모형 개발에서는 반영되지 않았다. 화살표의 의미에 관해서는 교과서 분석에서 그 의미에 관해 설명 부족을 지적하였고 실제 모형 개발까지 이어져 그 의미를 살리려고 한 것으로 나타났다. 반면에 생태피라미드에서 3차 소비자까지 이루어진 것에 대해서는 에너지 손실과 에너지양과 관련하여 모형 개발 단계에서만 반영하여 표현하자 한 것으로 나타났다. [Fig. 3]은 3조의 먹이그물과 생태피라미드의 모형이다. 먹이그물 모형에서는 다양한 서식지를 표현하여 펠트지로 제작하였고, 바다, 담수, 땅, 하늘의 먹이그물을 구성하였다. 화살표는 학생들이 쉽게 구부릴 수 있도록 철사로 제작하였다. 생태피라미드는 삼각뿔의 구조로 4층으로 구성하여 생산자와 3차 소비자까지 표현하여 에너지의 흐름에 따라 3차 소비자에서 실제 에너지양의 한계에 도달한다는 것을 표현하였다. 그리고 유동성 있게 조립을 할 수 있는 형태로 각 면의 위치를 바꿀 수 있게 하면서 생태계는 상호작용한다는 사실을 알려주기 위해서 모형을 구성한 것으로 나타났다.

[Fig. 3]

Food Web and Ecological Pyramid Model Developed by Group 3.

4조의 경우 생태계 평형의 의미 이해하기를 학습 목표로 설정하고 실태조사와 교과서 분석, 모형 개발 단계까지 지속해서 고려된 것으로 나타났다. 따라서 생태계 평형에 관해서는 모형을 통해 효과적으로 달성하고자 한 것으로 나타났다. 그 외에 내용에 대해서는 일관성을 보이지 않았다. 먹이그물의 의미와 생태피라미드의 개념은 실태조사와 교과서 분석까지 나타났으며, 화살표의 에너지 흐름의 의미에 대한 관점은 실태조사에서는 나타나고 그 이후 과정에서는 표현이 되지 않은 것으로 분석되었다. 모형 개발을 통해서는 에너지양과 에너지 근원인 태양, 생태피라미드의 4면이 활용과 관련하여 표현하고자 한 것으로 나타났다. 4조가 개발한 먹이그물과 생태피라미드 모형은 [Fig. 4]와 같다. 4조의 경우 오히려 먹이그물에서 먹이 관계를 화살표로 나타내게 되면, 먹고 먹히는 관계만 나타낼 뿐 에너지의 흐름을 명확하게 나타내지 못한다고 보았다. 상위 단계로 갈수록 에너지의 양이 감소한다는 사실을 고려하여 도르래 그림을 통하여 창의적으로 표현해보고자 하였다. 에너지의 흐름을 시각적으로 볼 수 있는 소재를 생각하여, 무거운 무게를 들 수 있는 도르래를 이용하여 에너지의 전달을 표현하였고, 도르래는 기존의 화살표의 역할로 표현하였다. 생물카드 옆에 놓인 양동이에는 각 영양 단계의 생물들이 다음 단계의 생물들에게 전달하는 에너지가 담겨있다. 위로 갈수록 에너지의 양이 감소하므로 양동이에 담긴 에너지도 위로 갈수록 감소하는 것을 볼 수 있다. 생산자들 또한 태양으로부터 광합성을 하고 에너지를 얻는 것을 표현하였다. 피라미드 모양에 더 가까워지기 위해서 각 층을 사각기둥 모양으로 구성을 하였고 층별로 생물들을 하나씩 선정하여 생물카드를 여러 개 뽑아 사각기둥 안에 집어넣어서 생물의 수가 증가하고 감소함을 표현하고자 하였다. 생물카드의 증감도 더 가시적으로 보여주기 위해서 부직포 벨트의 옆면에 붙이기로 하였다. 그리고 각 4개의 면에는 육지 생태계, 해양 생태계, 담수 생태계, 사막 생태계로 구분하여 표현하였다. 완성된 피라미드 모형을 이용하여 생태계 평형이 깨졌다가 다시 이루어지는 과정을 설명하고자 한 것으로 분석되었다.

[Fig. 4]

Food Web and Ecological Pyramid Model Developed by Group 4.

5조의 경우는 학습 목표부터 모형 개발까지 일관되게 반영된 내용은 생태계 평형이 유지되는 원리였다. 생태계에서 평형 유지의 원리는 생물과 환경 단원의 핵심적인 요소로 보고 실태조사와 교과서의 반영 여부, 실제 모형까지 어떻게 표현할지를 고민한 것으로 나타났다. 학습 목표 설정에서만 끝난 경우는 먹이 관계로 생태계 평형의 의미 측면이었다. 물론 생태계 평형의 의미를 그대로 원리까지 확장해서 적용했다고 볼 수는 있으나 실제 의미보다는 원리에 초점을 둔 것으로 보고서 분석 결과 확인이 되었다. 학습 목표는 교사로서 과학을 잘 가르쳤는지에 대한 판단 기준이 되며 만족스러운 수업의 평가 기준이기도 하다(Cho and Kim, 2020). 이러한 학습 목표를 달성한다는 것은 단계별 수업의 일관성을 유지한 결과로 해석할 수 있다. Kim (2008)은 학습 목표를 일관성 있게 진술하고 수행하는 것은 초등 과학과 교육과정에서 강조하고 있는 목표뿐만 아니라 본인의 학습 목표 도달 정도를 높이는 일이 된다고 주장하였다. 실태조사에서는 포식자와 피식자의 몸집의 크기 비교, 먹이그물의 의미를 조사한 것으로 분석되었고, 화살표의 의미와 그 의미의 가독성을 높이기 위한 전략이 교과서 분석과 모형 개발에서 반영된 것으로 나타났다. 이와 함께 화살표의 의미를 살리면서 먹이그물이 한눈에 파악되도록 모형 개발 단계에서 고려한 것으로 나타났다. 실제 5조에서 개발한 먹이그물과 생태피라미드는 [Fig. 5]와 같다. 5조는 교과서에서 제시된 먹이사슬, 먹이그물 형태는 서로 먹고 먹히는 관계가 드러나 있지만 복잡한 형태로 되어있어 한눈에 들어오지 않는다고 분석하였다. 이러한 맥락에서 지하철 노선도에서 착안하여 먹이그물을 한눈에 들어오도록 모형을 제작하였다. 배경은 벨크로를 사용할 수 있는 재질을 이용하였고 각 개체의 사진은 벨크로를 이용하여 붙였다 뗄 수 있도록 하였다. 각 개체의 관계를 화살표를 사용하여 먹고 먹히는 관계를 보여주었다. 또한, 태양 이미지를 추가하여 먹이그물의 관계가 태양 에너지의 영향을 받는다는 것을 표현하였다. 생태피라미드의 디자인은 이집트의 사각뿔 피라미드가 아닌 아스테카 문명의 계단식 피라미드의 디자인을 본 떠 제작하였다. 총 4면의 4층 구조로 만들어 각 면은 다른 개체의 관계를 보여주고 각 층에 따라 개체 수의 차이를 나타내기 위해 각 개체의 사진 수에 차이를 두었다. 생태피라미드를 통해 생태계 평형 원리를 설명하기 위해, 각 층에 벨크로를 부착하여 벨크로를 때면 층의 넓이가 늘어나고 붙이면 줄어들게 하여 개체수의 증감을 표현할 수 있게 만들었다. 또한 각 면에 ‘피, 라, 미, 드’ 구역을 표시하고 태양 모양으로 꾸며 모든 층이 태양 에너지의 영향을 받는다는 것도 표현하였다.

[Fig. 5]

Food Web and Ecological Pyramid Model Developed by Group 5.

2. 일관성 단절 원인 및 발생 단계 분석

먹이그물과 생태피라미드 모형 개발 단계까지 탐구내용의 일관성 단절 원인과 발생 단계를 분석한 결과는 <Table 2>와 같다.

<Table 2>

Causes of Consistency Break-off in Different Phases

1조의 경우는 학습 목표 단계에서 3개의 관점이 발생하였고 그중 2개의 관점은 일관성을 유지한 것으로 나타났으나 1개의 관점은 단절된 것으로 분석되었다. 이는 실태조사나 교과서 분석까지 이어지기에는 학습 목표를 너무 포괄적으로 접근한 것이 원인인 것으로 판단된다. 실태조사 단계에서는 3개의 관점이 발생하였으며 모두 교과서 분석과 모형 개발까지 반영한 것으로 나타났다. 교과서 분석 단계에서는 새로운 관점이 나타나지 않았으며, 모형 개발 단계에서는 1개의 관점이 새롭게 나타났는데 이는 직접 모형을 만들어 보면서 시행착오와 생태계 평형에 대해 새로운 정보를 습득한 원인인 것이 보고서와 탐구일기를 통해 확인할 수 있었다. 1조에서는 학습 목표에서 없었던 내용이 모형 개발 단계에서 나타나는 것은 직접 만들어 봄으로써 새로운 학습 목표에 도달해야 하는 사항을 찾았기 때문으로 볼 수 있다. 즉, 모형을 개발하기 위하여 새로운 아이디어를 냄으로써 새로운 상황이 도출된 것으로 볼 수 있다. 따라서 수업을 위해 직접 모형을 개발해 보는 과정이 매우 중요하다고 볼 수 있다. 또한 수많은 시행착오 과정에서 새로운 사항을 가르쳐야 한다는 점과 교사로서 알아야 한다는 것이 있다는 점을 반영한 것으로 볼 수 있다. 따라서 이러한 원인이 일관성 유지의 단절 원인은 될 수 있으나 발전된 방향으로 나아가기 위한 과정으로서 볼 수 있다. 특히, 학습 목표를 지도서에 제시한 형태로 설정할 경우 그다음 단계에서 실제 탐구자들의 개인적 의견이 추가로 반영되는 때도 있으므로 학습 목표는 지도서에 설정된 것만을 목표로 삼을 것이 아니라 전체적 시각에서 바라보면서 세부적으로 접근할 필요가 있다.

2조의 경우 학습 목표 단계에서 2개의 관점이 발생하여 모두 일관성 있게 반영된 것으로 분석되었다. 실태조사에서는 2개의 새로운 관점이 발생하였으나 1개는 모형 개발 단계에서 다시 나타났으며 1개는 단절된 것으로 나타났다. 모형 개발 단계에서 다시 나타난 것은 모형을 개발하면서 초등 학생들의 개념 이해에 대한 문제점을 모형에 반영하고 기본적인 먹이그물의 이해를 목표로 삼은 결과로 볼 수 있었다. 단절된 1개 개념은 단순 개념조사에 그침으로써 다음 단계로 이어지지 못한 것으로 볼 수 있다. 교과서 분석 단계에서는 4개의 새로운 관점이 나타났으며 그중에서 화살표와 관련해서는 교과서 분석에서 중요하게 다루어졌으나 모형 개발 단계까지 이어지지 않았고, 에너지양과 생태피라미드에서 다양한 생태계를 표현하고자 한 것은 모형 개발 단계까지 이어진 것으로 나타났다, 화살표 의미가 그다음 단계로 반영되지 않은 것은 교육과정에서 핵심 개념으로 다루어지지 않으므로 모형에도 반영하지 않은 것으로 2조의 탐구 일기에서 확인할 수 있었다. Leach et al. (1996)의 연구에서도 생태계 이미지에서 화살표의 의미와 방향을 단순 먹고 먹히는 관계로만 해석하는 경향이 있다고 보고하였다. 따라서 화살표가 에너지 흐름을 의미한다는 것에 대한 분명한 설명이 있어야 한다(Kim and Hwang, 2019). 2조에서는 학습 목표 단계에서는 단절 현상을 볼 수 없으므로 학습 목표를 그대로 모형 개발 단계까지 반영하고자 한 것으로 나타났다. 단절된 대표적인 부분은 교과서 분석을 통하여 개선해야 할 점을 찾아냄으로써 학습 목표에서는 제시하지 않았던 부분에 대해 중요성을 알게 됨으로써 새로운 관점으로 접근하게 된 것으로 나타났다. 따라서 교과서는 학습 내용과 탐구 활동의 전반적 내용으로 다루고 있는 만큼 어떻게 분석하느냐에 따라 새로운 모형 개발로 이어진다고 볼 수 있다. 즉, 먹이그물과 생태피라미드에 관한 교과서 개선점을 찾고 그에 대해 모형으로 반영하게 된 것으로 나타났다. 특히, 교과서 활동의 분석에 주안점을 두면서 새로운 활동을 위해서는 먹이그물과 생태피라미드의 개발이 필요하며 그 개발 과정에서 새로운 아이디어가 반영된 것으로 볼 수 있다.

3조의 경우 새로운 관점은 학습 목표 단계(3회), 실태조사(2회), 교과서 분석(2회), 모형 개발 단계(1회)에서 각각 발생하였다. 학습 목표 단계에서 발생한 2개의 관점은 일관성 있게 유지된 것으로 나타났으나 1개의 관점은 학습 목표 단계에서 단절된 것으로 나타났다. 이러한 원인은 너무 포괄적인 학습 목표를 설정한 원인일 수 있다. 실태조사에서 발생한 2개의 관점은 모두 다음 단계로 이어지지 않았는데 이는 곧 학생들의 개념의 문제점만 확인하고자 하는 것에 있다고 판단된다. 교과서 분석 단계에서 발생한 2개의 관점은 모형 개발 단계까지 이어진 것으로 나타났으며 모형 개발 단계에서 발생한 1개의 관점은 직접 만드는 과정에서 새로운 사실을 알게 되었고 그것을 반영하게 된 것으로 볼 수 있었다.

4조의 경우는 학습 목표 단계에서 2개의 관점이 발생하여 1개의 관점은 일관성을 유지하였으나 1개의 관점은 단절된 것으로 나타났다. 이는 다른 조와 공통적인 학습 목표로 지도서에 제시된 먹이 관계를 설명하는 것으로 실태조사나 교과서에서 중요하게 다루지 않았기 때문으로 보인다. 실태조사 단계에서는 3개의 관점이 발생하였고 그중 2개의 관점은 교과서 분석까지 이어졌으나 1개의 관점인 화살표가 에너지 흐름이라는 의미에 대해서는 실태조사까지만 하고 그 후에는 그 관점을 적용하지 않은 것으로 나타났다. 이는 교과서에서 핵심 개념으로 다루지 않았기 때문으로 보인다. 이는 현재 교과서의 생태계 단원에서는 지나치게 먹이사슬 및 생태피라미드 개념 중심의 설명으로 이루어지고 있음을 추정케 한다(Kim and Hwang, 2019). 교과서 분석 단계에서는 새로운 관점이 나타나지 않았다. 모형 개발 단계에서는 3개의 관점이 나타났으며 즉 그 이전에는 언급되지 않았다가 모형을 직접 만들어 봄으로써 새로운 정보 습득과 새로운 아이디어가 가미됨으로써 새로운 3개의 관점이 나타난 것으로 판단된다.

5조의 경우는 학습 목표 단계에서 3개의 관점이 발생하였고 1개의 관점에 대해 일관성을 유지하여 모형 개발 단계까지 반영된 것으로 나타났으나 2개의 관점은 학습 목표 단계에서 단절된 것으로 나타났다. 이는 교과서 분석 단계에서 중요 개념으로 보지 않았으며 이번 활동에서의 핵심적인 개념과 연결 짓지 않은 것으로 볼 수 있다. 그러나 교사가 자신의 학습 목표를 적절히 선정하고 이에 따라 수업내용 및 방법을 계획 실행 평가하는 것은 좋은 수업을 위한 필수 요소가 된다(An, 2018). 실태조사 단계에서는 2개의 관점이 발생하여 모두 단절된 것으로 나타났다. 즉, 초등학생들의 개념 실태만 조사하고 교과서 분석과 모형 개발과는 연결 짓지 않은 것으로 나타났다. 이는 교과서에서 주요개념으로 다루어지지 않았거나 교과서 활동이나 모형 개발을 새로운 관점으로 접근하고자 한 것에 원인이 있는 것으로 판단된다. 교과서 분석 단계에서는 1개의 관점이 발생하여 모형 개발 단계까지 이어진 것으로 분석되었다. 이는 교과서에 화살표의 의미와 가독성과 관련하여 개선점을 제시하여 모형에 반영한 것으로 볼 수 있다. 모형 개발 단계에서는 2개의 새로운 관점이 나타났으며 이는 생태계에 대한 새로운 정보 습득과 직접 모형을 만들면서 새로운 아이디어의 도출에 따른 것으로 판단된다.

따라서 일관성 단절 원인으로는 학습 목표의 포괄적 제시를 통하여 그다음 단계로 관점이 이어지지 않는 경우로 4회가 나타났으며, 모형 개발 단계에서 새로운 정보 습득을 통한 새로운 관점이 생겨 모형에 반영한 것이 4회가 나타났다. 따라서 적절한 학습 목표의 설정은 일관성을 유지하는 데 중요한 역할을 하는 것을 볼 때 세부적인 접근을 통한 학습 목표를 세울 필요가 있다. 특히 교사로서는 학습 목표를 먼저 세우기보다는 전체적인 교과서 분석과 모형을 구성한 다음 세부적인 학습 목표를 세우는 것도 일관성의 단절을 예방할 방법으로 판단된다. 모형 개발을 위하여 새로운 정보를 습득한다는 더욱 효과적인 모형 개발과 오개념을 방지할 수 있는 모형 개발을 위한 하나의 과정이므로 단절이 나타날 수 있으나 그때 발생한 새로운 관점은 다시 학습 목표 단계에서 재설정하는 과정이 필요하다. 교사는 교육과정이나 지도서에 제시된 학습 목표를 그대로 따라 하는 것이 아니라 자신의 수업 환경과 방법에 따라 좀 더 세분하거나 변형하여 적용하는 능력을 갖추어야 한다(An, 2015; Kang et al., 2019; Won and Kim, 2020).

3. 일관성과 과학적 모형 평가와의 관계

먹이그물과 생태피라미드의 과학적 모형 평가 결과를 분석한 결과, 일관성이 높은 조의 먹이그물과 생태피라미드의 과학적 모형 평가 점수가 높은 것으로 나타났다(<Table 3> 참조). 즉, 학습 목표에서 시작하여 실태조사, 교과서 분석, 모형 개발까지 일관성을 유지할수록 과학적 모형으로의 개념적 맥락, 시각적 맥락, 실용적 맥락, 역동적 맥락이 반영될 가능성이 높은 것으로 볼 수 있었다. 이는 곧 일관성을 유지한다는 것은 시행착오를 통한 지속적인 개선이 이어졌다는 것이며, 동시에 새로운 아이디어를 얻어 과학적 모형에 가까워진 것으로 평가할 수 있었다. 이는 Han (2004)의 연구에서 교사가 인식하는 과학 학습 목표와 사용하는 실제 전략이 일치할 때 효율적인 과학적 모형 활동이 이루어질 수 있다는 주장과 일치한다. Fortus and Krajcik (2012)의 학습 도구의 일관성 있는 특징으로 교과의 특징을 살릴 수 있는 수업 진행이 가능하다는 연구 결과와 일치한다. 또한 Khishfe (2017)는 과학 교과에서 일관성 있게 학습을 진행하는 것이 학생들이 대안적인 환경에서 과학적 아이디어를 꾸준히 사용하게 할 수 있고, 핵심 개념을 체계적이고 일관된 구조로 모형화하는데 도움이 된다고 보았다.

<Table 3>

Scientific Model Assessment (on a scale of 5)

과학 개념적 맥락은 지식적 측면으로 학습 목표에서부터 핵심 개념을 설정하여 모형 개발까지 반영되어야 한다. 학습 목표에서 핵심 개념이 빠져 있으면 모형에서도 그 개념을 이해시키는 데 한계가 있다. 따라서 과학 개념적 맥락은 일관성과 밀접한 관련이 있는 맥락이다. 시각적 맥락은 화살표의 사용이나 먹이그물이 한눈에 보이게 한다든지 실제 설명하고자 하는 먹이그물과 생태피라미드의 개념적 의미를 시각적으로 알아보기 쉽게 표현하는 것으로, 일관성이 높을수록 모형을 통해 시각적으로 표현하고자 하는 것이 현상과 유사해서 세밀하게 접근할 수 있을 것으로 판단된다.

실용적 맥락은 사용하기 쉬워야 하므로 교육과정의 목표와 학습방법을 초등 수준에서 적합하게 구성해야 한다는 관점이다. 따라서 학습 목표는 교육과정의 목표를 따르므로 일관성이 높을수록 조작하기 그리고 사용하기 쉬운 형태로 나타날 수 있을 것으로 기대된다. 역동적 맥락은 조작적 활동을 통하여 개념을 추가하고 수정하는 것을 의미한다. 모형은 과학 현상에 대한 새로운 이해를 만들어 내거나 그 이해를 전달하는 데 사용할 수 있다. 즉, 학습 목표부터 다양한 관점이 반영된 모형일수록 학생들에게 다양한 측면으로 개념에 접근할 수 있도록 하고 그에 따라 그들의 개념을 수정하게 보완할 기회를 제공할 수 있다. 모형은 동적인 수업 자료로 모델을 수정 보완해 가는 과정에서 학생들의 심화학습이 가능하다는 측면에서 학습효과 또한 크다(Schwarz et al., 2009).