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사이버 과학관을 활용하기 위해, 초등교사 3인과 과학교육 전문가 1인과 함께 2015 개정 3,4학년 군 과학과 교육과정을 분석한 후 이를 기반으로 프로젝트 수업에 필요한 과제를 개발하였으며, 학습자의 수준에 맞게 과제 해결에 활용될 사이버 과학관들을 선정하였다. 이어서 수업 설계 및 학습 과제는 프로젝트 과제 해결을 위한 내용이되, 학급 학생들의 수준 및 관심에 맞도록 구성하였다. 마지막으로 과제와 설계를 실제 현장에 적용하여 그 결과를 분석하였다.

먼저 본 연구에서는 연구 대상인 초등학교 4학년 교육과정에서 <과학> 과목을 중심으로 하여, 사이버 과학관 활용에 적합한 주제를 검토하였다. 그 결과, 4학년 1학기 과학의 2단원인 ‘지층과 화석' 단원을 중심 교과 단원으로 정했으며, 국어, 미술, 창체 과목을 관련 교과로 하여 과학 단원과 통합적으로 다루어질 수 있는 과제(‘나만의 자연사 박물관 만들기')를 개발하였다. 과제를 개발할 때는 사이버 과학관의 콘텐츠가 문제 해결에 효과적인지, 전시 내용이 학습자의 흥미를 유발하며 수준에 맞는지에 주안점을 두었다. 그 결과, 사이버 과학관을 활용한 교수-학습활동 및 내용은 <Table 2>와 같다.

<Table 2>에서 알 수 있듯이 본 수업은 ‘나만의 자연사 박물관 만들기'라는 프로젝트를 총 6주간 14차시에 걸쳐 수행하는 방식으로 수업이 진행되었다. 주어진 과제해결을 위해 학생들은 사이버 과학관의 콘텐츠를 활용하여 지층과 화석에 대한 다양한 것을 탐색하도록 하였다. 이때 학생들은 국내의 대표적인 사이버 과학관인 ‘국립 과천 과학관', ’국가 지질 박물관-닥터 G어플‘을 주로 활용하여 지층과 화석에 관한 배경지식을 쌓았으며, ‘국가 지질 박물관', ‘부산 해양 자연사 박물관', ‘창조 자연사 박물관’을 활용하여 여러 지층과 화석을 관찰하였다. 주제를 해결하기 위해 각 사이버 과학관에서 활용할 수 있는 주요 자료는 <Table 3>과 같다.

<Table 3>에서 확인할 수 있듯이 수업에서 활용한 사이버 과학관들은 각기 다양한 학습 자료를 가지고 있다. 무엇보다 웹 사이트에서 얻는 자료보다 높은 수준의 질과 안정성 있는 자료를 가지고 있어서 수업 자료로 활용하기에 적합하다고 할 수 있다.

<Table 2>에서 제시한 수업 과정안에 따라, 사이버 과학관을 활용한 프로젝트 학습은 부산광역시에 위치한 G초등학교 4학년 한 반 30의 학생들을 대상으로 2019년 4월~5월 약 2개월간 14차시에 걸쳐 적용되었다. 수업 진행은 참여 학생들의 담임교사인 본 연구자에 의해 이루어졌으며, 본 연구자는 과학 교육 전문가와의 여러 차례 모임을 통해 본 연구의 목적 및 내용을 분명하게 인식하였다. 또한 수업 적용과정에서 학생들의 과제 해결을 위한 매 차시 학습목표 도달을 위해 초등학교 교사 3인과 과학교육 전문가 1인과 지속적인 논의를 통해 학생들의 수준에 적합한 학습 내용을 전달할 수 있도록 하였다.

학생들은 과제를 여러 차시에 걸쳐서 해결해 나가는 과정 중에 학습에 대한 지속성과 집중력 유지를 위해 매 차시 사이버 과학관을 통해 학습한 내용과 모둠 토의를 하며 발전, 정리한 학습 내용을 학습지에 기록하도록 하였다. 이는 학습일지로 보관하여 학생들이 해당 차시에 배운 내용과 지금까지 학습한 내용을 연계할 수 있도록 하였고, 앞으로 배울 학습 내용을 예상할 수 있게 하여 프로젝트 과제 해결에 도움이 되었다. 이때 사이버 과학관의 자료들과 이를 탐색하고 학습하는 과정들이 학생들의 학습에 어떤 역할을 하는지를 주로 관찰하였다.

마지막 수업 차시에서는 각 팀에서 완성한 결과물을 발표하는 시간을 가졌다. 학생들은 다양한 내용과 형태로 만든 자연사 박물관을 제작, 전시, 발표하였으며, 각 팀들의 결과물에 대한 평가 및 피드백의 시간이 이어졌다.

과학 학습 동기 검사지는 Anderman와 Young의 1994년에 개발한 PALS(Pattern Adaptive Learning Survey)의 과학영역 버전에서 추출한 33개 문항을 초등학생 수준에 맞게 25개 문항으로 수정하여 사용하였다. 과학 학습 동기는 8개의 하위영역으로 구성되어 있다.

본 검사지의 8개 하위 영역별 문항의 구성은 <Table 4>와 같다.

과학에 대한 태도 검사지는 Moon(2006)의 연구에서 사용된 Fraser(1981)의 TOSRA(Test of Science Related Attitude)의 문항을 초등학생 수준에 맞게 수정하여 사용하였다. Likert 5점 척도의 43문항으로 구성되어 있으며, 과학에 대한 태도를 7개 영역으로 나누었다.

본 검사지의 7개 하위 영역별 문항의 구성은 <Table 5>와 같다.

사이버 과학관을 활용한 프로젝트 학습이 초등학생의 과학 학습 동기에 영향을 미치는지 분석한 결과는 <Table 6>과 같다.

과학 학습 동기의 사전 검사와 사후 검사의 평균을 비교해보면 평균 3.423에서 4.38로 증가하였다. t-검정 결과(p .000 이라함은) 유의확률 99% 수준에서 통계적으로 유의미하였다(p,0.01). 따라서 사이버 과학관을 활용한 프로젝트 학습이 초등학생의 과학 학습 동기 향상에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

사이버 과학관을 활용한 프로젝트 학습을 했을 때 학생의 과학 학습 동기에 효과가 있는 지 구체적으로 알아보기 위해 하위 영역별로 비교해 보았다. 결과는 <Table 7>과 같다.

과학 학습 동기에 대한 하위 영역별 사후 검사 결과, ‘자아효능감’, ‘피상적 전략’,‘심층적 전략’, ‘자아 개념적 능력’, ‘가치’, ‘기대’, ‘능력 중심 목표 지향’, ‘학습 중심 목표 지향’ 모든 영역이 유의확률 99% 수준에서 수업전에 비해 유의미하게 증가하였다(p,0.01). 세부적으로 살펴보면 자아효능감, 학습 중심 목표 지향, 피상적 전략, 능력 중심 목표 지향은 오랜 시간에 걸쳐 내면화 되는 것으로 사이버 과학관을 활용한 프로젝트 학습은 약 2개월간에 걸쳐 10회가 넘게 사이버 과학관을 방문하여 학습함에 따라 이러한 영역들에서 긍정적인 효과가 나타났음을 알 수 있다.

심층적 전략 영역과 관련하여 학습자가 사이버 과학관을 방문하여 스스로 학습 관련 자료와 정보를 탐색함으로써 시험 결과와 성적만을 위해서 단순히 암기하려는 것이 아니라 학습 내용을 내면화 하려는 태도를 가질 수 있었다.

이로 인해 가치, 기대, 자아 개념적 능력 영역과 관련하여 각자의 수준에 맞는 개별화 학습이 이루어져 본인의 학습 수준에 대한 만족도가 높아지고, 과학에 대한 부담감이 낮아져서 흥미가 크게 높아진 것으로 보인다.

이러한 연구 결과는 과학관 현장체험학습이 과학 학습 동기에 효과가 있었던 Shin(2014)의 연구 결과와 유사한 경향을 나타내지만 하위영역의 변화의 차이는 다름을 알 수 있다.

과학관 현장체험 학습은 1~2회의 단발성에 그침에 비해 사이버 과학관은 약 2개월에 걸쳐 10회 이상 방문하며 학습함에 따른 것이라고 보인다.

또한 학생들의 설문 결과 중 ‘과학관에서 봤을 때는 다른 사람들한테 가리거나 다리가 아파서 오래 관찰하지 못했는데, 앉아서 사이버 과학관으로 보니 방해받지 않고 계속 관찰하며 공부할 수 있어서 좋았다.’, ‘과학관에 가서 공부를 할 때는 모르는 것이 있으면 쉽게 해결하기 어려웠는데 사이버 과학관에서 공부하니 모르는 뜻도 쉽게 검색할 수 있어서 혼자서 공부하기도 좋았다.’, ‘내가 이해될 때까지 계속 읽어 볼 수 있고, 나중에 다시 또 클릭만 하면 다시 볼 수 있으니 스스로 이해하는 것도 쉬웠다.’라는 의견들을 통해 사이버 과학관은 직접 과학관을 방문하여 학습하는 것보다 학습자들의 자기 주도적 학습과 개별화 학습을 가능하게 함으로 이런 차이가 나타난 것으로 보인다.

사이버 과학관을 활용한 프로젝트 학습이 초등학생의 과학에 대한 태도에 영향을 미치는지 분석한 결과는 <Table 8>와 같다.

과학에 대한 태도의 사전 검사와 사후 검사의 평균을 비교해보면 사전 3.03점에서 3.70점으로 증가하였다. t-검정 결과 유의확률 99% 수준에서 통계적으로 유의미하였다(p,0.01). 따라서 사이버 과학관을 활용한 프로젝트 학습이 초등학생의 과학에 대한 태도 향상에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

사이버 과학관을 활용한 프로젝트 학습을 실시하였을 때 초등학생의 과학에 대한 태도에 효과가 있는 지 구체적으로 알아보기 위해 하위 영역별로 비교해 보았다. 결과는 <Table 9>과 같다.

과학에 대한 태도의 하위 영역별 사후 검사 결과, ‘과학 탐구에 대한 태도’, ‘과학적 태도의 수용’, ‘과학 수업의 즐거움’, ‘과학에 대한 취미적 관심’ 4개 영역이 .01에서 수업 전에 비해 유의미하게 증가한 것으로 나타났음을 알 수 있었다(p<0.01).

사이버 과학관을 활용하여 프로젝트 수업을 했을 때, 학생들은 과학 교과에 대해 선호도가 높아지고 과학시간이 즐거워짐에 따라 수업의 만족도가 높아져 과학 수업 외에도 과학에 대한 취미적 관심이 생겼다고 생각 된다. 또한 학생들이 과학적 현상과 실험에 관심이 증가하여 과학 탐구 태도 및 과학적 태도의 향상에 긍정적인 영향을 끼친다고 볼 수 있다.

그러나 과학에 대한 태도의 하위 요소 중 ‘과학의 사회적 의미’, ‘과학자의 평범성’, ‘과학에 대한 직업적 관심’ 3개 영역에서는 유의미한 차이를 나타내지 않았다. 이는 학생들이 사이버 과학관 수업에 적용한 프로그램의 학습 제재인 ‘지층과 화석’이 실생활에 큰 적용을 시킬 수 없다고 느껴 과학의 사회적 의미를 긍정적으로 인식하지 못한 것으로 보인다. 그리고 지층과 화석, 퇴적암이라는 한정된 제재만으로는 어렵고 멀게만 느껴지는 과학자라는 직업적 관심과 평범성을 해소시키기에는 큰 변화를 기대하기가 어렵다고 생각된다.

이러한 연구 결과는 과학관 현장체험학습이 과학적 태도 향상에 효과가 있었던 Kim(2012)의 연구 결과와 유사한 경향을 나타내지만 그 변화의 차이는 다름을 알 수 있다. 그러한 결과의 이유는 ‘과학관에서 지층과 화석을 관찰할 때는 멀리 있는 것처럼 느껴졌는데, 사이버 과학관으로 공부하니 내 손안에 있는 것 같고 가까이 있는 것처럼 느껴졌다.’, ‘과학관을 가려면 하루 종일 걸리며 공부하여 많이 힘든데 사이버 과학관으로 공부하니 시간과 체력, 돈을 아끼며 똑같은 내용을 공부할 수 있으니 좋았다.’ 등의 학생들 의견에서 확인할 수 있다. 즉, 사이버 과학관을 활용하여 프로젝트 수업을 했을 때 과학관이 가지는 여러 제약점들을 보완할 수 있어서 과학관 현장체험학습으로 나타나는 과학적 태도의 변화보다 더 큰 효과를 나타냈다고 볼 수 있다.