Why Do Most Science Educators Encourage to Teach School Science through Lab-Based Instruction?: A Neurological Explanation

과학 교수.학습 과정에서 실험활동 중심 수업의 효율성에 대한 신경학적 설명

The purpose of the present study was to test hypothesis that, because it uses tri-dimensional sensory pathway which have been showed a higher rate of neural activities than uni- or bi-dimensional's, lab-activity-based instruction is more effective teaching strategy in learning science than verbal-based instruction. In the present study, manipulative teaching strategy that uses visual, somatosensory and auditory information pathway was regarded as a mode of tri-dimensional sensory inputs. In addition, verbal teaching strategy that uses mainly auditory and a little visual information pathway was used as a mode of bi-dimensional sensory inputs. Fifty-six students who failed to successfully solve two proportional reasoning tasks (i.e., pouring water tasks) were sampled for this research from a junior high school. The subjects were randomly divided into a manipulative or a verbal teaching group, and given manipulative or verbal tutoring on the use of proportional reasoning strategies and a test of proportional reasoning during instruction. The results showed that manipulative group's performance on the test of proportional reasoning during instruction showed significantly higher performance than verbal group's (t=2.45, p<0.02). The present study also discussed some educational implications of the results.

현행 과학교육은 일반적으로 언어적 설명보다는 실험활동을 중심으로 수업을 진행하기를 권하고 있다. 더나아가 과학교육에 관련된 많은 연구들(예를들면, 학습성취도, 사고능력향상, 과학에 관련된 태도 등)도 이러한 실험 활동을 중심으로 한 조작적 교수 학습 과정의 효율성에 대해서 지지해 왔다. 이렇게 과학교육에 대한 연구결과들과 실제 경험들이 학습자의 효과적인 학습을 위해서 실험활동 중심의 교수 학습 과정을 장려하고 있지만, 이들 연구들은 왜 실험활동 중심의 교수학습이 언어적 설명 수업보다 효과적인가에 대한 구체적인 설명을 제공해 주지를 못하고 있다. 본 연구는 이러한 의문에 대해서 최신의 신경학적 연구결과를 바탕으로 설명하고자 하였다. 최근의 신경학적 연구는 다중적 감각경로를 통한 정보의, 전달이 단일적 감각경로를 통한 정보의 전달보다 신경 세포 반응의 효율성과 반응시간의 신속성에 있어서 훨씬 효과적이라는 연구결과들을 제시하여 왔다. 따라서 이 연구결과를 과학학습에 적용할 경우, 실험활동 중심의 수업은 체감각-시각-청각적 감각경로를 통한 정보의 전달이 이루어질 수 있는 교수전략이고 언어적 설명 수업은 청각을 주로 활용하고 부분적으로 시각을 사용하므로, 신경세포 반응의 효율성과 시간의 신속성에 있어서 실험활동 중심의 수업이 훨씬 효과적이기에 실험활동을 통한 수업이 과학학습에 효율적이라는 설명이 가능하다. 이 가설을 테스트하기 위하여 본 연구는 비율추론과제의 해결에 실패한 중학교 학생 56명을 무작위적으로 두집단으로 나눈다음, 한 집단에게는 조작적 활동중심 피이드백을, 그리고 다른 집단에게는 언어적 설명 중심 피이드백을 제공하였다. 연구결과는 조작적 활동 중심 피이드백을 제공받은 집단이 언어적 설명 중심 피이드백을 제공받은 집단보다 통계적으로 의미있게 학습한 결과를 보여주었다. 따라서 본 연구는 실험활동 중심 수업의 효율성에 대한 신경학적 설명을 지지하는 증거를 제시하였다. 또한 이 연구는 연구결과의 교육적 활용을 위한 적용방안도 논의하였다.