과학 학습 모형 중 순환 학습 모형 + 5E, POE 알아보기

 과학자들은 자신이 흥미 있어 하는 자연 현상이나 사물을 탐색하여 그 속에서 어떤 유형이나 규칙성을 찾아내고, 그것을 가장 잘 표현할 수 있는 용어나 개념을 창안해낸다. 또 과학자는 그러한 개념을 더 확장하거나 심화하여 적용할 수 있는 상황이나 사례를 탐색한다. 마지막 단계는 새로운 유형이나 규칙성을 찾아내는 과정으로 이어져 순환적 성격을 띤다. 즉, 탐색 활동은 종종 기존 개념의 적용을 수반하고, 새로운 용어나 개념을 창안해 낼 필요성을 야기한다.

 순환 학습 모형은 인지 발달 이론과 과학자의 앞의 설명과 같은 과학 활동의 본질을 토대로 개발된 학습 모형이다. 이 모형은 탐색, 개념 도입, 개념 적용의 세 단계를 순환적으로 거치면서 과학을 학습하게 한다. 탐색 단계에서는 학생이 탐색을 하여 규칙성을 발견한다. 개념 도입 단계에서는 교사가 규칙성을 나타내는 용어나 개념을 소개하고, 학생은 그 용어나 개념을 규칙성에 연결함으로써 실질적으로 개념을 이해한다. 개념 적용 단계에서는 학생이 새로운 상황에서 그 개념을 적용할 수 있는 사례와 그 개념을 적용할 수 없는 사례를 찾게 하여 습득한 개념을 심화, 확장한다.

 

 순환 학습 모형은 일반적으로 다음과 같이 탐색, 개념 도입, 개념 적용이라는 요소와 단계가 순환적으로 진행된다.

단계	구체적 활동의 특성
탐색	학생들이 직접적인 경험을 한느 단계이다. 학생들은 교사의 안내를 최소한으로 받으면서 나름대로 경험하여 발견한 것을 자신의 언어로 기술하고 표현한다. 학생이 개방적 탐색 활동을 할 때 교사는 학생의 초기 이해 상태와 사전 개념을 진단한다. 교사는 학생이 기존 지식과 새로운 지식을 연결할 수 있게 도와준다. 개인이나 모둠 활동으로 다양한 관점과 질문을 경험한다.
개념 도입	개념 도입에 앞서 학생들이 탐색 단계에서 경험하여 발견한 새로운 규칙성을 가능한 한 많이 확인하여 자신의 언어로 표현하게 한다. 그러나 과학의 복잡한 모든 규칙성을 학생 스스로 찾아낼 것이라고 기대하기는 어렵다. 규칙성을 표현하는 새로운 과학적 용어나 개념을 도입한다. 과학적 용어나 개념은 과학자가 오랜 연구와 토의를 거쳐서 창안한 것이기 때문에 학생이 이를 스스로 창안하거나 명명하기는 어렵다. 용어나 개념은 교사, 교과서, 시청작 매체 등을 통해서 도입할 수 있다. 용어나 개념은 탐색 활동에서 발견한 규칙성과 직접 관련지어야 한다. 교사는 학생들의 표현과 과학적 개념 사이의 공통점과 차이점을 명확하게 해 준다. 이 단계에서 도입된 과학적 용어나 개념으로 학생들이 인지적 갈등이나 비평형 상태에서 벗어날 수 있도록 지도해야 한다.
개념 적용	도입된 개념을 사용하여 새로운 상황이나 현상을 이해하고 설명하는 단계이다. 다양하게 적용해 보지 않으면, 처음에 정의되고 논의된 시점에서 사용된 사례 개념의 의미가 제한될 수 있다. 습득한 개념을 새로운 상황과 문제에 적용해 일반화할 수 있는 기회를 제공한다. 학생들은 구체적인 사례로부터 개념을 추상화하거나 다른 상황에 개념을 일반화하지 못하는 경우가 많다. 이 단계의 활동으로 그 개념의 유효성을 파악하고 심화한다.

 순환 학습 모형은 탐색, 개념 도입, 개념 적용으로 이루어지는 기본 형태에서 여러 가지 형태로 변형, 확장되었는데 5E모형과 POE모형이 대표적이다.

 5E모형은 탐색, 개념 도입, 개념 적용 모형을 기본으로 하여 참여, 탐색, 설명, 정교화, 평가라는 다섯 단계 모형으로 개선한 것이다. 구성주의 학습 이론과 원리에 따라 탐색 단계를 참여와 탐색으로 나누고, 개념 도입 단계를 설명 단계로 수정하였으며, 개념 적용 단계를 정교화 단계로 보완하고, 마지막에 평가 단계를 추가하였다. 5E모형에 따른 과학 수업은 과학 지식의 구성과 과학적 개념의 변화에 목표를 둔다.

단계	구체적 활동의 특성
참여	학습 내용과 관련된 질문이나 학생들의 선행 지식으로는 잘 설명되지 않는 현상 등을 제시하여 학생들이 관심과 흥미를 가지고 수업에 참여하게 한다. 주어진 질문이나 선행 지식 등을 학생들이 생각해 보고 자신들의 생각을 말해 보게 할 수 있다. 학생들이 알고 있는 것과 할 수 있는 것을 촉진해 주는 연결고리를 제공한다.
탐색	학생들은 개인이나 모둠으로 문제를 설정하고, 그에 대한 가설을 제시한 다음, 자료를 수집, 정리, 해석, 분석, 평가하는 과정으로 검증한다. 주어진 문제의 답이나 해결책을 마련하려고 토의한다. 교사는 내용을 직접적으로 설명하거나 학생들의 토의를 일방적으로 이끌어서는 안된다.
설명	학생들은 문제를 자신이나 모둠의 해답, 가설 검증 등을 증거로 설명한다. 교사는 학생들의 설명과 질문이 끝나면 관련된 이론, 개념, 법칙 등을 정의하거나 설명한다.
정교화	수업 결과를 유사하거나 새로운 상황에 적용한다. 결론으로 학습 내용을 도출한다.
평가	학습한 기능과 지식을 평가한다. 후속 학습 내용을 질문한다.

 과학적 이해가 이루어지려면 어떤 대상이나 현상을 직접 관찰하거나 실험해 보는 것뿐만 아니라 그 전과 후에 이루어지는 작용도 매우 중요하다. POE 모형은 관찰할 현상의 결과를 먼저 생각해 보는 예상, 시범 실험이나 실제 실험을 통하여 결과를 얻는 관찰, 관찰한 현상 또는 예상과 관찰 사아의 불일치를 해결하는 설명의 세 단계로 구성된다. 이 세 단계가 순환적 과정이라는 측면에서 POE 모형은 순환 학습의 변형이라 할 수 있다.

 과학 수업에서 POE를 활용하면 예상 단계에서 학생들이 수업 전에 알고 있던 생각이나 이해 정도를 확인 할 수 있다. 예상 단계에서 경험하는 정교한 추론의 과정은 학습에 동기를 부여하는 역할을 할 수 있따. 또한, 예상과 관찰 사이의 불일치를 해결하는 설명 단계에서 학생들이 활발하게 토의할 수 있게 하면 학생들에게 과학 개념을 효과적으로 이해시킬 수 있다.

단계	구체적 활동의 특성
예상	예상 단계에서는 학생들이 현상의 결과를 예상하고 자신의 예상을 정당화할 수 있는 까닭을 제시하게 한다. 예상하려면 학생들이 상황의 성격을 정확히 이해해야 하므로, 주어진 상황을 이해하는 데 필요한 질문을 충분히 할 수 있게 한다. 자신의 생각을 글로 쓰면 사고가 더 정교해지기 때문에, 학생들이 예상이나 그 근거를 가능한 한 글로 표현하게 하는 것이 좋다. 이 단계에서 생각하거나 글을 쓰느라 관찰하지 못하는 일이 없도록 이 단계의 일을 마무리한 후 다음 단계로 넘어가야 한다.
관찰	관찰 단계에서 학생들은 각자 자신의 관찰 결과를 적는다. 자신의 기존 생각과 모순되는 현상을 접할 경우, 학생들은 사례 자체를 무시하거나 오히려 기존 생각을 지지하는 증거로 왜곡하여 받아들일 수도 있다. 따라서, 학생들에게 관찰 내용을 각자 적게 하면 관찰한 현상에 대한 다양한 반응을 명확히 알 수 있다. 만약, 관찰하면서 그때마다 기록하지 않으면 동료 학생의 말을 듣고서 자신의 관찰을 변화시킬 수도 있다.
설명	설명 단계에서는 관찰한 것과 예상한 것 사이의 모순을 해결한다. 이 단계에서 교사는 학생들이 가능한 한 모든 가능성을 고려하게 도와야 한다. 교사는 학생들의 사고를 정확히 파악해야 하며, 다양한 질문으로 학생들이 자신의 생각을 분명하게 할 수 있도록 유도해야 한다. 학생들이 제시한 설명은 교사가 학생들의 이해도를 파악하는 데 유용한 자료가 될 수 있다. 예상-관찰-설명을 개념 이해를 위한 수업에 적용할 경우, 설명 단계를 학생들 간의 토론으로 진행하는 것도 효과적이다.

 순환 학습 모형을 적용할 때에는 다음과 같은 사항에 유의해야 한다.

1. 도입 단계인 탐색 단계에서는 학생들에게 친근하고 흥미로우며 인지적 갈등을 효과적으로 일으킬 수 있는 간단한 실험을 고안하여 제공한다.
2. 탐색 단계에서 제시되는 학습 자료가 학생들에게 너무 익숙하거나 지나치게 생소하면 탐색의 적극성이 떨어질 수 있다.
3. 학생들이 선개념이나 사고 유형에 쉽게 동화할 수 없는 학습 상황이라면 학생들에게 간단한 시범 실험이나 자료를 제시한 후 토론 활동 등으로 인지적 갈등을 유발한다.
4. 개념 적용 단계에서 학생들의 수준을 고려한 후 보충 학습이 필요한 학생에게는 설명을 하거나 구체적 경험을 제공한다.
5. 5E 모형을 사용할 경우, 학습 주제에 따라 한두 차시 이상이 소요될 수도 있다.