Interactions among Components of Pedagogical Content Knowledge of Science Teachers in a Teacher Learning Community

교사학습공동체 과학 교사의 PCK 요소 간 상호작용

Abstract

The purpose of this study was to examine interactions among components of pedagogical content knowledge of middle school science teachers in a teacher learning community targeting science practice-based instruction. Data collection consisted of pre and post questionnaire and interview with each of five science teachers, audio-recording of teacher discussion in a teacher learning community, lesson plans, teacher written reflection, and video-recording of teaching practice. Qualitative data analysis revealed that there were two types of interactions, i.e., one-way interaction and two-ways interaction among components of pedagogical content knowledge of science teachers in a teacher learning community. There were also consecutive interactions as well as one-shot interaction. For two-ways interaction there were synchronous two-ways interaction in a teacher learning community meeting as well as consecutive two-ways interaction along with several meetings. This study provides implications that collaborative learning context in a teacher learning community should stimulate various types interactions among components of pedagogical content knowledge.

본 연구는 과학 실천 수업을 위한 교사학습공동체 중학교 과학교사들의 PCK 요소 간 상호작용 탐색을 목적으로 한다. 이를 위해 교사학습공동체에 참여하는 5명의 교사를 대상으로 사전·사후 설문과 면담, 교사학습공동체 논의 녹음, 수업계획안, 수업 영상, 수업 일기 등의 자료를 수집하여 질적 분석을 하였다. 교사학습공동체 교사들의 과학 실천 수업 PCK 요소 간 상호작용은 일방적으로 영향을 미치는 단방향 상호작용과 서로 영향을 주기도 하고 받기도 하는 양방향 상호작용의 두 가지 유형으로 나타났다. 상호작용이 일회성으로 그치거나 연쇄적으로 일어나기도 했으며, 양방향 상호작용의 경우에는 교사학습공동체 한 모임에서 동시적으로 상호작용이 이루어지거나, 교사학습공동체 여러 모임을 거쳐 연속적으로 양방향 상호작용이 이루어지기도 했다. 본 연구는 교사학습공동체의 협력적 학습 맥락이 다양한 PCK 요소 및 하위요소 간 여러 가지 상호작용을 복합적으로 촉진하는 환경을 조성할 수 있다는 시사점을 제공한다.

서론

교사의 전문적 지식은 교과 내용 지식, 일반 교육학 지식, 상황에 대한 지식, 교과교육학지식(pedagogical content knowledge, 이하 PCK) 등의 영역으로 이루어지며, 그 중에서도 교사의 교과교육학적 지식 즉, PCK는 수업의 질을 결정하는 중요한 요소로 알려져 왔다.¹⁻³ PCK는 다양한 흥미와 능력을 가진 학생들이 특정한 교과 내용을 효과적으로 학습하도록 돕기 위해 어떻게 가르칠 것인가에 대해 교사가 가지는 전문적 지식으로 Shulman(1986)에 의해 제안되었다.³ Grossman(1990)은 Shulman이 제안한 PCK 개념을 확대하여 교수 전략에 관한 지식, 학생의 개념화에 관한 지식, 교육과정에 관한 지식, 교수 목적에 관한 지식과 신념을 PCK 구성 요소로 규명하였다.¹ Magnusson et al.(1999)은 과학 교수의 맥락에서 Grossman(1990)이 제시한 교수 목적에 관한 지식과 신념을 과학 교수 지향으로 확장하고, 과학적 소양 평가에 관한 지식, 과학 교육과정에 관한 지식, 학생의 과학 이해에 관한 지식, 과학 교수 전략에 관한 지식의 5가지 과학 교수를 위한 PCK 요소를 제안하였다. 또한, 과학 교육과정에 관한 지식의 하위요소로 수평적 교육과정, 수직적 교육과정, 교육과정 자료에 관한 지식의 3가지를 제안하였고, 과학 교수 전략에 관한 지식의 하위요소로 과학 교과 특이적 전략에 관한 지식과 주제 특이적 전략에 관한 지식을 제안하였다.² Friedrichsen et al.(2011)과 Schneider & Plasman(2011)는 과학 교사 교수 지향의 하위요소로 과학 교육 목표, 과학 교수-학습, 과학의 본성에 관한 지식과 믿음의 3가지를 제안하였다.⁴⁻⁵ 여러 선행연구에서 교사의 PCK를 구성하는 요소를 파악하고 하위요소들을 밝히면서 PCK 개념은 점차 정교화되었다.¹⁻²

PCK 구성 요소들이 밝혀지면서 교사가 수업을 계획 및 실행하는 과정에서 일어나는 PCK 요소 간 상호작용(interaction)에 관한 연구도 활발히 진행되어왔다.^1,6−7 PCK요소들이 어떻게 상호작용하고 교수 활동에 어떠한 영향을 미치는지 탐색한 여러 선행연구에서 효과적인 수업은 단순히 교사의 PCK 요소별 수준이 아니라 PCK 요소 간 상호작용에 의해 구현된다는 것을 시사하고 있다.^6,8−9 PCK 요소 간 상호작용은 상호작용(interaction 혹은 interplay)외에도 연계(relation), 통합(integration) 등의 용어로 설명되어왔으며, 연구자들은 상호작용하는 요소의 종류, 빈도, 적절성 등을 분석하여 PCK 발달과 특징을 설명하고자 하였다.^6,10−12 예를 들면, Henze et al.(2008)은 태양계와 우주 모형 주제에서 과학교사 9명의 PCK 요소 간 관련성을 분석하여 요소 간 연계가 어느 한 방향으로만 이루어진 A 유형과 요소 간 상호 연계가 일부 나타난 B 유형으로 나누어 설명하였다. A 유형의 교사는 모형이 표상하는 내용 설명에 중점을 두는 반면, B 유형의 교사는 모형을 사용하여 학생의 적극적 사고를 촉진했다고 보고하면서 PCK 요소간 연계의 차이로 PCK 발달 수준 차이를 설명하였다.⁶ Park & Chen(2012)은 PCK 펜타곤 모델로 광합성과 유전 수업을 분석하여 통합된 PCK 요소들을 직선으로 연결하고 통합이 일어난 횟수를 누적 기록하여 요소 간 연결 강도를 나타낸 PCK 지도를 만들었다.¹² Park & Chen(2012)은 PCK 지도가 주제에 따라 다르게 나타나는 것으로부터 PCK의 주제 특이성을 설명하였고, 연결 강도가 낮은 과학 교육과정에 관한 지식과 과학 학습 평가에 관한 지식에 비해 과학 교수 전략에 관한 지식과 학생의 과학 학습에 관한 지식의 연결은 강도가 높다는 것을 근거로 이 두 요소 간 통합이 전체 PCK 발달에 중추적 역할을 한다고 주장하였다.¹² Aydin & Boz(2013)는 PCK 요소 간에 서로 영향을 미치거나 정보를 제공하는 것을 통합(integration)으로 설명하고 예비 화학 교사들이 14주의 CoRe 기반 멘토링 강화 실습 과정(CoRe-based mentoring-enriched practicum course)을 통해 산화·환원 및 화학전지에 관한 PCK 요소간 통합의 전체 빈도수가 증가하고 과학 교육과정에 관한 지식과 다른 요소 간 상호작용 횟수가 증가했으며 예비화학 교사들의 PCK가 발달했다고 보고하였다.¹⁰ 또한, 학생의 과학 학습에 관한 지식의 두 하위 요소 중 학습 선개념에 관한 지식이 학습 어려움에 관한 지식에 정보를 제공하는 하위요소 간 상호작용을 보고하였다.¹⁰ PCK 하위요소 간 상호작용에 관한 또 다른 연구로 Demirdöğen(2016)은 예비 교사들이 작성한 CoRe 및 면담 자료를 분석하여 교수 지향의 세 가지 하위요소인 교수 목적과 목표에 관한 믿음, 교수와 학습에 관한 믿음, 과학의 본성에 관한 믿음이 다른 PCK 요소와 상호작용하는 양상이 모두 다르게 나타났고, 특정 조건에서만 상호작용이 나타나기도 한다고 보고하였다.¹¹ 이러한 선행연구들은 PCK 요소 간 상호작용 요소의 종류, 빈도, 적절성이 교사의 PCK 발달 및 수업의 질에 영향을 준다는 것을 시사한다.

PCK 요소 간 상호작용에 관한 여러 선행연구는 PCK 요소간 상호작용 요소의 종류, 빈도 등이 교사, 교수 주제, 경험에 따라 어떻게 다른지 분석하여 PCK 발달과 관련 지어 설명한 공통점이 있으나 어떠한 것을 상호작용으로 해석하고 있는가는 차이가 있었다.^{6,8,10,12−13} 예를 들어, 광합성과 유전에 관한 PCK 요소 간 통합의 특징을 분석한 Park & Chen(2012)은 두 개 이상의 PCK 요소가 한 세그먼트(segment)에 존재하기만 하면 해당 요소 간 상호작용에 의한 통합이 일어난 것으로 가정하였다.¹² Soysal(2018)도 연구자가 질문한 PCK 요소에 대하여 교사가 설명할 때 다른 PCK 요소를 함께 언급하면 상호작용이 일어난 것으로 보았다.¹³ 다만 상호작용에 관여하는 요소들을 동등하게 본 Park & Chen(2012)과 달리 Soysal(2018)은 통합에 관여한 PCK 요소의 빈도, 제시 순서, 강도 차이를 분석하여 더 자주 언급되거나, 먼저 언급되거나, 더 강조하여 언급하는 PCK 요소가 중심이 되어 다른 요소들과 상호작용하는 것이라고 판단하였다.¹³ Park & Chen(2012)이나 Soysal(2018)과 달리 Aydin & Boz(2013)는 PCK 요소 간 통합을 두 PCK 요소가 서로 영향을 주고 받거나 정보를 주고 받는 것으로 정의하였으나, 연구 결과에 제시된 내용 및 PCK 요소 간 통합의 단계를 나타낸 모형은 분석 방법에 제시된 정의와 달리 양방향의 상호작용이 아닌 한 요소가 다른 요소에 단방향으로 영향을 주는 것으로 제시하였다는 한계점이 있다.¹⁰ Aydin et al.(2015)도 다섯 가지 PCK 요소 간 가능한 모든 양방향 상호작용을 반영하는 10개의 카테고리를 제시하고 요소 간 상호작용 분석틀로 사용하였다고 서술하였으나, 실제 각 카테고리에서 설명된 내용은 10개 카테고리 모두 한 요소가 다른 요소에 단방향으로 영향을 주는 것으로 제시되어 있다.⁸ 예를 들면 과학 교수 지향과 과학 교수 전략에 관한 지식 카테고리에 제시된 설명은 과학 교육 목적과 목표에 부합하는 교수 전략을 사용하는 것으로 단방향 영향만 서술되어 있다. 과학 교수 전략과 학생의 과학 학습에 관한 지식 카테고리에 제시된 설명도 학생의 학습 어려움, 오개념, 선개념에 대응하여 적절한 특정 교수 전략을 사용하는 것으로 정의되고 과학 교수 전략에 관한 지식이 학생의 과학 학습에 관한 지식에 영향을 미치는 것은 포함되지 않았다.⁸ 즉, 양방향 상호작용을 반영하였다는 연구 방법의 서술과 달리 카테고리에 제시된 설명은 먼저 제시된 PCK 요소가 두 번째로 제시된 PCK 요소에 단방향으로 영향을 주는 것만 서술하였고, 두 번째 요소가 먼저 제시된 요소에 영향을 미치는 것은 서술되지 않았다. 중등 예비화학교사의 평가 문항 제작 과정에서 나타나는 PCK 요소 간 상호작용을 연구한 Lee et al.(2018)은 한 요소를 설명할 때 다른 요소를 근거나 이유로 사용하거나 동시에 고려하는 경우를 요소 간 상호작용으로 정의하였다.¹⁴ 다른 연구에 비해 요소 간 통합에 관한 구체적 관점을 제시하고, 세 요소 이상의 통합을 고려했다는 점이 특징적이나 상호작용의 유용성, 적절성 등을 고려해 수준을 분류한 Aydin & Boz(2013)와 달리 상호 작용에 관여한 요소의 수가 같으면 같은 수준으로 분류하였다는 한계점이 있다.^10,14 또한, 상호작용에 관여한 요소의 개수가 많을수록 높은 수준으로 분류하였으나 세 가지 이상의 요소 간 상호작용이 어떻게 이루어지는지 구체적으로 설명하지 않았다. PCK 요소 간 상호작용에 관한 다른 선행 연구에서도 두 요소 간 상호작용에 관해서는 두요소 간 정보를 제공하거나 영향을 미치는 과정을 설명하고 있으나 세 가지 이상의 요소에 대해서는 상호작용이 존재한다고만 설명할 뿐 어떻게 상호작용이 이루어지는지 설명한 것은 찾아보기 어렵다.^8,10,14−15 이처럼 PCK 요소 및 하위요소 간 상호작용을 해석하는 다양한 관점이 제안된 선행연구는 상호작용의 유형, 수준, 범위가 다양하게 존재함을 시사한다. 즉, PCK 요소 간 상호작용에 관한 여러 선행연구는 어떠한 것을 상호작용으로 해석하고 있는가에 차이가 있었다. 본 연구에서는 두 개 이상의 PCK 요소가 한 세그먼트(segment)에 존재하기만 하면 해당 요소 간 상호작용에 의한 통합이 일어난 것으로 정의하거나,¹² 교사가 하나의 PCK 요소에 대하여 설명할 때 다른 PCK 요소를 함께 언급하면 상호작용이 일어난 것으로 보는 것이 아니라,¹³ Aydin & Boz(2013)과 Aydin et al.(2015) 연구와 같이 PCK 요소 간 상호작용을 두 PCK 요소가 서로 영향을 주거나 받는 것으로 보았다.^8,10 이에 본 연구에서 는 PCK 요소 및 하위요소 간에 어느 하나가 다른 하나에 영향을 미쳐 영향을 받은 쪽이 정교화되거나 확장되거나 구체화되는 등의 변화가 나타나는 경우를 상호작용이 일어나는 것으로 정의하고, 단방향 상호작용과 양방향 상호작용을 구분하여 설명하고자 한다. 또한, Aydin & Boz(2013)와 Aydin et al.(2015)연구에서 양방향 상호작용에 관한 사례 및 구체적인 설명을 제시하지 못했다는 한계점이 있었으나 본 연구에서는 양방향 상호작용의 사례를 탐색하여 구체적으로 설명하자 한다. 본 연구에서는 Lee et al.(2018) 연구에서 고려하였으나 구체적으로 탐색하지 못했던 세 가지 이상의 요소 간 상호작용에 관해서도 탐색하고자 한다. PCK 요소 간 상호작용은 효과적인 교수 계획 및 실행을 위해 필수적이므로 PCK 요소 간 상호작용의 유형을 파악하는 것은 유능한 과학교사 양성을 위해 중요한 시사점을 제공할 수 있을 것으로 사료된다. 이에 본 연구에서는 PCK 요소 간 상호작용의 유형을 탐색하여 효과적인 수업에 기여할 수 있는 PCK 상호작용에 관한 의미있는 시사점을 제공하고자 한다.

대부분의 선행연구에서는 특정 과학 주제를 중심으로 PCK 요소 및 하위요소 간 상호작용을 분석하였으나 본 연구에서는 특정 과학 주제가 아닌 과학 실천(scientific practice) 수업에 관한 PCK 요소 및 하위요소 간 어떠한 상호작용이나타나는지탐색하고자한다. 미국국가연구회(National Research Council)는 과학 탐구(scientific inquiry)의 의미와 그것이 요구하는 인지적, 사회적, 물리적 실천의 범위를 보다 구체적이고 명확히 기술하기 위해 과학 실천(scientific practice)을 도입하고 학생들이 여러 과학 실천을 종합적으로 수행하는 것이 과학 학습에 효과적이라고 설명하였다.¹⁶ 학생들의 과학 실천 과정에서 겪는 어려움을 진단하고 적절한 교수 전략을 사용하기 위해서는 교사의 과학 실천 수업 전문성은 필수적이며, 이러한 관점에서 과학 실천 수업에 관한 PCK 요소 및 하위요소 간 상호작용을 탐색하는 연구의 의미는 매우 중요하다.

PCK 요소 및 하위요소 간 상호작용에 관한 연구는 주로 교사 개인의 PCK 요소 간 상호작용을 면담 및 수업 관찰 자료를 근거로 분석해왔다. 그러나 본 연구에서는 교사학습공동체의 교사 PCK 요소를 탐색한 Yang & Choi(2020a, 2020b) 연구의 협력적 수업 설계, 공유, 성찰을 하는 교사학습공동체가 다양한 상호작용이 일어날 수 있는 맥락이 될것으로판단하였다.¹⁷⁻¹⁸ Yang & Choi(2020a, 2020b)는 학생들이 과학 실천을 통합적으로 수행하면서 과학 개념을 형성하도록 돕는 과학 실천 수업의 필요성과 중요성을 설명하고, 과학 실천 수업을 위한 교사학습공동체 교사들이 협력적 맥락에서 언어적 상호작용에 기반하여 구성한 PCK를 요소 및 하위요소별로 탐색하여 제시하였다.¹⁷⁻¹⁸ Yang & Choi(2020a, 2020b)의 후속 연구로 본 연구에서는 과학교사들이 협력적으로 수업을 설계하고 수행에 관해 반성적으로 토의하는 교사학습공동체에서 드러나는 과학 실천 수업에 관한 PCK 요소 및 하위요소 간 상호작용 유형을 탐색하고자 한다. 교사학습공동체에서 과학 실천수업에 관한 PCK 요소 및 하위요소 간 어떠한 상호작용이 이루어지는지 탐색한다면 교사의 전문성 발달에 기여하는 교사학습공동체와 효과적인 과학 실천 수업 실행을 위한 구체적인 시사점을 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

연구 방법

연구 참여자

본 연구에서는 교사학습공동체를 통한 과학 실천 수업 전문성 발달에 관심을 가진 중학교 과학교사 2명을 먼저 섭외하고 두 교사의 추천으로 3명을 추가 섭외하여 총 5명의 중학교 과학교사들을 연구 참여자로 선정하였다(Table 1).

Table 1. Background information of participant teachers

교사학습공동체의 운영

본 연구의 교사들은 교사학습공동체를 자율적으로 운영하면서 2~5시간의 모임을 일 년간 총 26번 가졌다. 교사들은 구글 문서를 협업 도구로 사용하여 교사학습공동체 모임에서 과학 실천 수업계획안을 함께 검토 및 수정한 후 수업에 적용하였다. 초반에는 각자 수업계획안을 작성하고 모임에서 검토하였으나 수업 중 돌발 상황, 학생들의 다양한 응답 등에 효과적으로 대처하기 위해 수업계획안을 시나리오 형식으로 함께 작성하고 구글 드라이브에 과학 실천 수업 일기, 과학 실천 수업 녹화 영상 등을 업로드하여 수업 실행 결과를 공유하는 등 협력의 범위를 확장하였다.

자료 수집

본 연구에서는 26회의 교사학습공동체 모임의 대화를 녹음 및 전사하여 재생 시간 총 66시간 35분, 전사록 총 A4 895쪽의 자료를 수집하였다. 교사학습공동체 대화의 전반적 흐름과 주요 주제를 파악하고자 본 연구의 제1저자가 교사학습공동체 모임에 매번 참석하여 관찰 및 기록하였으며 총 관찰 기록 분량은 A4 202쪽이었다. 모임에서 논의된 과학 실천 수업지도안 73개, 구글 드라이브에 업로드 한 수업 영상 86개, 교사들이 자신의 수업 성찰을 위해 작성한 수업 일기 67개도 수집하였다. 또한 본 연구에서는 교사학습공동체 모임 시작 전과 12개월 경과 후 개방형 문항의 사전 설문과 면담을 통해 과학교육의 목표, 과학 탐구 및 과학 실천 수업에 관한 교사의 인식, 교사학습공동체 참여 동기를 파악하였다. 본 연구의 제1저자가 각 연구 참여 교사를 대상으로 개별 면담을 실시하였고, 과학 교육의 목표가 무엇이라고 생각하는지, 이를 위해 어떠한 교수-학습 경험이 필요한지, 본인의 과학 실천 수업에서 교사와 학생은 각각 어떤 역할 및 활동을 하는지, 교사학습공동체는 본인의 전문성 신장에 어떤 도움이 되었는지 등에 관해 질문하였다. 개별 면담은 설문 회신 일주일 내에 시행되었고, 사전 면담은 개인별 30~60분, 사후면담은 60~90분이 소요되었다.

자료 분석

본 연구의 자료 분석은 질적 내용 분석의 연역적 접근과 귀납적 접근의 두 가지를 모두 적용하였다.¹⁹ 교사학습 공동체 논의 전사록을 반복적으로 읽으며 Yang & Choi (2020a, 2020b)가 보고한 과학 실천 수업에 관한 PCK 요소 혹은 하위요소(Table 2)¹⁷⁻¹⁸가 두 가지 이상 존재하는 부분에 주목하여 선행연구에서 제안된 상호작용^{6, 8, 10, 12}으로 판단되는 부분을 추출하고 해당 PCK 요소 및 하위요소를 기술하였다. 기술된 PCK 요소 및 하위요소 간에는 어느 하나가 다른 하나에 영향을 미쳐 영향을 받은 쪽이 정교화되거나 확장되거나 구체화되는 등의 변화가 나타났다. 영향을 주는 쪽에서 받는 쪽 방향으로 화살표(→)를 삽입하여 기술된 PCK 요소 및 하위요소 간 상호작용을 나타내고, 상호작용의 결과 PCK 요소 및 하위요소에 어떠한 변화가 나타났는지 굵은 화살표(⇨)를 삽입하고 그 오른편에 기술하였다(Fig. 1).

Table 2. PCK components and subcomponents for scientific practice-based instruction (Yang & Choi, 2020a; Yang & Choi, 2020b)

Figure 1. An example of PCK interaction coding.

PCK 상호작용 코딩시 판단 근거를 함께 기술하고 코딩의 신뢰성과 타당성을 높이기 위해 관련된 수업지도안 및 기타 수업 자료, 수업 녹화 영상, 수업 일기, 설문, 면담 등 다양한 자료를 교차 분석하였다. 또한, 생성된 코드를 연속적으로 비교하면서 비슷한 주제의 코드들을 하나로 묶을 수 있는 범주를 구성하고, 하위 범주를 모두 포함하는 상위 범주를 구성하였다.²⁰ 본 연구의 제1저자가 일차적으로 추출한 코드와 자료를 연속적으로 비교하며 범주가 배타적으로 모든 코드를 포함하는지 교사학습공동체 교사들의 과학 실천 수업에 관한 PCK 요소 및 하위요소 간 상호작용의 유형을 모두 설명하는지 확인하기 위하여 본 연구의 저자 2인과 과학교육전공 대학원생 2인이 합의를 이룰때까지 논의하여 분석하였다.²⁰ 본 연구의 교사학습공동체에서 과학 실천 수업에 관한 PCK 요소 및 하위요소 간에 단방향 상호작용, 양방향 상호작용의 두 가지 유형이 나타났다. 단방향 상호작용에는 한 PCK 요소 내 하위요소 간 단방향 상호작용, 두 PCK 요소 간 단방향 상호작용, 세 PCK 요소 간 단방향 상호작용이 있었고, 양방향 상호작용에는 한 PCK 요소 내 하위요소 간 양방향 상호작용, 두 PCK 요소 간 양방향 상호작용이 있었다(Table 3). 또한, 자료 분석의 타당성과 신뢰성을 높이고자 장기 참여 및 지속적 관찰, 삼각검증법, 연구 참여자에 의한 연구 결과 확인 방법을 사용하였다.²¹

Table 3. Interaction patterns among PCK components and sub-components

연구 결과

단방향 상호작용

PCK 요소 간 단방향 상호작용은 상호작용에 관여한 PCK 요소 및 하위요소 간 영향을 미치는 작용이 단방향으로 일어나는 유형으로 영향을 받은 PCK 요소 및 하위요소의 발달이 일어나는 특징이 나타났다. 단방향 상호작용은 한 PCK 요소 내 하위요소 간 단방향 상호작용, 두 PCK 요소 간 단방향 상호작용, 세 PCK 요소 간 단방향 상호작용의 세 가지 유형이 있었다.

가. 한 PCK 요소 내 하위요소 간 단방향 상호작용

하나의 PCK 요소에 포함된 두 하위요소 간 단방향 상호작용이 일어난 경우 상호작용에 의해 영향을 받은 하위요소가 발달한 것으로 나타났다. 예를 들면, 소 교사는 이전에는 학생들의 과학 학습 흥미 증진이 중요하다고 생각하여 실험 활동 위주로 수업을 운영하였으나 지금은 탐구문제를 설정하고 데이터의 의미를 해석하여 과학 지식을 학습하는 것을 중요하게 여기게 되었다고 하였다. 연구자가 이러한 변화의 계기가 무엇인지 질문하자 소 교사는 학생들이 능동적으로 과학 실천을 하면서 과학 지식을 쉽고 재미있게 학습한다는 확신을 가지면서(과학 실천 교수-학습에 관한 지향), 단순한 실험 수행이 아니라 학생의 탐구와 개념 학습이 중요하다는 것을 깨닫게 되었다(과학 실천 교육 목표에 관한 지향)고 설명하였다. 즉, Table 4에 제시된 바와 같이 학생들의 능동적인 과학 실천 수행을 통해 과학 학습이 효과적으로 이루어진다는 ‘과학 실천 교수-학습에 관한 지향’이 ‘교육 목표에 관한 지향’에 단방향으로 영향을 미쳐 과학 탐구를 통한 과학 개념 형성을 중요한 과학교육 목표로 여기는 지향 즉, ‘과학 실천 교육 목표에 관한 지향’이 형성되는 것으로 나타났다. Table 2에 제시된 바와 같이 ‘교수-학습에 관한 지향’과 ‘교육 목표에 관한 지향’은 모두 PCK 요소 중 ‘교수 지향’에 포함된 하위 요소이며, 한 PCK 요소에 포함된 두 하위요소 간에 단방향 상호작용으로 영향을 받은 하위요소가 발달하는 사례로 볼 수 있다.

Table 4. Characteristics and examples of Interactions among PCK components (sub-components)

: One component(subcomponent) affects another. : Change of PCK : Elaborated state of the PCK

소 교사 : 중요한 것은 문제를 설정하고 그 결과를 해석하고 이게 포인트고. (중략) 예전에는 되게 실험 위주로 많이 했잖아요. 왜냐하면 과학이 되게 재미있는 거구나. 시간도 빨리 가고. 그런 것에서 좀 많이 변한 것 같아요.

연구자 : 실험 위주 수업에서 이렇게 탐구 문제를 만들고 데이터를 해석해서 개념을 형성하는 것이 중요하다고 바뀌게 된 계기가 있으신가요?

소 교사 : 실험이 의미 있어지려면, 그 전과 그 후 과정이 더 중요하다는 생각을 하게 된 것 같아요. (과학 실천) 아이들이 데이터 해석하는 것을 보면서. 아이들이 논의하고 결론을 내잖아요. 결론을 내면 그게 아이들의 과학 지식이 돼서 아이들이 습득하게 되는데, 그렇게 하면 더 쉽고 재미있게 과학 지식을 받아들이는 것 같다는 생각을 했어요. 과학 실천 수업을 하면서 좀 변하게 된 거 같아요.

(소 교사 2월 25일 사후 면담 전사록)

PCK 요소 간 상호작용에 관한 여러 선행연구들은 서로 다른 요소 간 상호작용에만 초점을 두었으나,^{8, 12-15}, 본 연구에서는 PCK 요소의 하위요소 간 단방향 상호작용에 의해 영향을 받은 하위요소가 정교화되는 사례가 드러났다는 점에서 의미를 가지며 이는 교사의 PCK에 관한 정교한 이해에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

나. 두 PCK 요소 간 단방향 상호작용

본 연구에서는 두 PCK 요소 간 단방향 상호작용이 일어나 영향을 받은 PCK 요소가 발달되는 특징이 나타났다. 예를 들어, 민 교사는 학생의 과학 탐구를 통한 과학 개념을 형성하고자 하는 목표(과학 실천 교육 목표에 관한 지향)를 달성하기 위해 교과서에 제시된 확인 실험을 재구조화 하였는데, 이는 ‘과학 실천 교육 목표에 관한 지향’이 ‘교수 전략에 관한 지식’에 영향을 미친 것으로 볼 수 있다.

민 교사 : 탐구 과정을 어떻게 섞어서 아이들이 스스로 그런 생각을 하게 만들 것인가. 그런 고민을 많이 했던 것 같아요. (중략) 아이들이 단순히 실험에 참여하는 확인 실험에서 어떻게 하면 스스로 탐구하는 실험으로 전환할 수 있는지 찾는 것이 되게 어려웠었던 것 같아요. 그래서 그걸 전환하는 방법으로 어떤 걸 할 것인가를 고민해서 아이들이 조별로 전압 전류 데이터 측정해서 규칙성 찾는 걸 했었고. (중략) 설계를 해서 어떤 조는 전압과 전류의 관계를, 어떤 조는 전압과 저항의 관계를 하면 반비례 비례에 대한 관계에 대해서 아이들이 찾아내고..

(4월 1일 논의 전사록)

민 교사는 교과서에 제시된 실험 활동을 재구조화하기 위하여 학생들이 스스로 실험을 설계 및 수행하고, 수집한 데이터를 분석해 규칙성을 찾고, 이를 바탕으로 전압과 전류, 전압, 저항 간의 관계를 설명하는 주장과 이를 뒷받침하는 증거를 학생들이 제시하도록 단계적으로 안내하는 활동지를 개발하였다(Fig. 2).

Figure 2. An example of Ms. Min’s lesson plan (Ohm’s law).​​​​​​​

또한, 실제 수업 중에는 모둠별로 수집한 데이터의 양이 적고 오차가 있어 변인 간 관계가 명확하게 드러나지 않는 것을 관찰하고 여러 모둠 및 학급에서 수집한 대용량 데이터를 학생들에게 제공하여 규칙성을 찾아낼 수 있도록 하였다.

민 교사 : 처음에는 자기 조것만 가지고 하라고 했어요. (중략) 그 다음에 이걸 다 보여주고 다시 규칙성을 찾아봐라. 우리조의 것만 봤을 때는 값의 규칙성을 찾기가 조금 어려웠는데, 이제 30개의 데이터가 있으니 아이들이 좀 더 잘 찾더라고요.

(4월 29일 논의 전사록)

즉, Table 4에제시된바와같이과학탐구를통한과학개념 형성을 과학교육 목표로 여기는 교수 지향(과학 실천 교육 목표에 관한 지향)이 ‘교수 전략에 관한 지식’에 단방향으로 영향을 미쳐 과학 실천 수업에 적합한 활동을 선정 및 구조화하는 지식(과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식)이 발달하는 특징을 보였다. 이는 ‘교수지향’의 하위요소인 ‘과학 실천 교육 목표에 관한 지향’이 ‘교수 전략에 관한 지식’의 하위요소에 영향을 미쳐 ‘과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식’의 발달이 일어나는 사례이다.

한 PCK 요소가 다른 PCK 요소에 단방향으로 영향을 미쳐 영향 받은 PCK 요소가 발달하는 특징이 나타나는 또 다른 사례는 다음과 같다. 지 교사는 ‘여러 가지 운동’ 수업을 위해 탐구 문제를 제시하고 다중 섬광 사진 자료에 포함된 정보를 표와 그래프로 변환한 뒤 물체의 운동 상태를 설명하는 활동을 계획하였다. 교사학습공동체에서 지 교사의 수업 계획에 대하여 함께 논의하던 민 교사와 소 교사는 운동하는 물체의 속력과 방향을 분석하여 운동상태를 설명한다는 핵심 개념을 선정하고(핵심 개념 선정 및 교육과정 구조화에 관한 지식) 지 교사가 계획했던 표와 그래프 작성 대신에 자료 분석 및 과학적 설명 형성을 과학 실천 활동으로 선정(과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 대한 지식)하는 것을 제안하였다. 또한, 지 교사의 수업계획 초안에서는 ‘운동 상태는 어떠한가?’를 탐구 문제로 정하였으나 교사학습공동체 논의를 통해 Fig. 3과 같이 탐구 문제를 속력과 방향 각각으로 나누고, 각 탐구 문제에 대한 과학적 설명을 주장, 증거, 이유로 구분하여 서술하도록 과학 실천 활동을 선정하고 정교하게 구조화(과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식)하였다.

Figure 3. An example of Ms. Gee’s lesson plan (Various types of motion).​​​​​​​

민 교사 : 다중 섬광 장치(사진)를 이용해서 물체의 속력과 방향을 알아내는 거라면 굳이 표나 그래프를 그리지 않고 얘만 봐도 할 수 있을 것 같은데?

소 교사 : 질문이 그리고 운동 상태는 어떠한가? 이게 약간. 그걸 주장, 근거로 하면 주장 그걸 왜 그렇게 생각하는지에 대해서 이걸 가지고

(중략)

소 교사 : 그러니까 속력이랑 운동 방향에 대해서 수업을 하고 싶은데 그래프에 초점을 두신 건 (적절한) 논의가 아닌거죠. (중략) 여러 가지 운동 상태 그게 초점인 것 같은데 그래프에 시간을 뺏기게 되겠고 그래서 그런 거죠.

(5월 29일 논의 전사록)

이는 Table 4에 제시된 바와 같이 ‘교육과정에 관한 지식’의 하위요소로 학생들이 학습해야 하는 핵심 개념을 선정하고 교육과정을 구조화하는 ‘핵심 개념 선정 및 교육과정 구조화에 관한 지식’이 ‘교수 전략에 관한 지식’의 하위요소에 영향을 미쳐 특정 주제의 과학 실천 수업을 위해 적합한 활동을 선정하고 구조화하는 지식(과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식)이 발달한 것으로 볼 수 있다.

PCK 요소 간 상호작용에 관한 선행연구에서는 교육과정에 관한 지식이 학생의 이해를 돕기 위한 교수 전략 선택이나 사용에 관한 지식과 연관되기보다는 단순히 교수 내용에 누락이 없는지 파악하기 위한 목적으로 사용되고 있으며 다른 PCK 요소와 상호작용이 상대적으로 약하다고 보고되어 왔다.¹² Aydin & Boz(2013)은 다른 PCK 요소들과 상호작용이 전혀 이루어지지 않았던 예비 화학 교사들의 과학 교육과정에 관한 지식이 CoRe 기반 멘토링 강화 실습 과정(CoRe-based mentoring-enriched practicum course)을 통해 다른 요소들과 상호작용하는 횟수가 증가했다고 보고하였다. CoRe 기반 멘토링 강화 실습 과정은 CoRe 작성을 포함한 수업지도안 작성, 마이크로티칭, 멘토링 및 반성 일지 작성, 현장 교사의 수업 참관을 포함한 14주 프로그램으로 예비 화학 교사 PCK를 향상시키기 위한 다양한 활동을 포함하고 있었다.⁸ 본 연구에서는 교사들이 교사학습공동체에서 협력적으로 검토하고 논의하는 활동 즉, 구조화한 과학 실천 활동을 통해 선정한 핵심 개념 학습의 목표를 달성할 수 있는지 논의하는 활동이 교사의 교육과정에 관한 지식과 다른 PCK 요소와의 활발한 상호작용을 가능하게 했던 것으로 사료된다.

다. 세 PCK 요소 간 단방향 상호작용

본 연구에서는 세 PCK 요소 간 단방향 상호작용이 일어난 경우가 있었는데, 하나의 PCK 요소가 다른 PCK 요소에 단방향으로 영향을 미치고, 영향을 받은 PCK 요소는 또 다른 PCK 요소에 단방향으로 영향을 미쳐서 영향을 받은 두 번째와 세 번째 PCK 요소가 발달되었다. 예를 들어 민 교사는 교사학습공동체 교사들과 함께 생물의 생장 단원에서 실험 설계, 자료 분석 및 해석, 수학적 사고, 과학적 설명 형성의 과학 실천 활동을 선정 및 구조화한 수업계획안을 작성(과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식)하였다. 그러나 민 교사는 학생들이 이러한 과학 실천 활동 수행에 어려움을 겪는 것을 관찰하면서 여러 가지 과학 실천 활동에 대한 학생의 수행 어려움을 세밀하게 파악하게 되었다(과학 실천 수행 어려움에 관한 지식)고 하였다. 즉, 특정 주제의 과학 실천 수업을 위해 적합한 과학 실천 활동을 선정하고 구조화하는 지식(과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식)이 ‘학생의 학습 어려움에 관한 지식’에 단방향으로 영향을 미쳐 ‘학생의 과학 실천 수행 어려움에 관한 지식’이 구체화되고 발달한 것이다. 또한, 교사학습공동체에서 교사들은 학생들의 과학 실천 수행 어려움에 관해 반성적으로 성찰하면서 교사가 어떠한 역할을 해야 하는지 고민하고 학생들의 실험 설계나 과학적 설명 형성이 제대로 이루어지기 위해서는 물질 교환과 포도 주스의 흡수를 연관지어 생각할 수 있도록 교사가 발문 또는 설명을 통해 가이드하는 역할을 할 필요가 있다고 논의하였다. 이러한 과정은 ‘학생의 과학 실천 수행 어려움에 관한 지식’이 교사의 ‘교수 지향’에 단방향으로 영향을 미쳐 치밀한 교수 설계를 통해 과학 실천 학습이 이루어질 수 있다는 ‘과학 실천 교수-학습에 관한 지향’이 구체화되고 발달한 것으로 볼 수 있다.

민 교사 : 세포가 무엇인지 물질하고 상호작용하는 것이 왜 아무 말도 안 하고 실험을 했는지. 그 관계를 먼저 얘기를 했어야 할 거 같아.

(중략)

지 교사 : 선생님이 세포에 대한 얘기는 계속 하시는데 주변 물질에 대한 얘기를 안 하시는 거에요. (중략) 애들은 각각은 아는데 이게 무슨 관계인지 모르는 상태로 실험은 어떻게 했지라는 생각이 들었거든요.

민 교사 : 상호작용에 대해 설명을 했어야 한 거죠.

(7월 22일 논의 전사록)

예전에는 아이들에게 그렇게 크게 포커스를 맞추지 않았을 수도 있고, 아니면 아이들이 잘 하고 있다고 착각해서 인지하지 못했을 수도 있는데, (중략) 수업지도안을 짜면서부터는 아이들이 왜 나처럼 생각하지 못했지? 내가 생각한 대로 왜 안 나왔지? 그러니까 아이들 반응을 보고, 아이들이 진짜 학습이 되고 있는지 안 되고 있는지. 그래서 그런 변화가 생긴 것이죠. 아이들이 스스로 개념이 형성될 수 있도록 내가 어떻게, 어떠한 장을 마련해주어야 하는가에 대한 고민을 해야겠다는 생각이 좀 많이 들었어요.

(민 교사 2월 26일 사후 면담 전사록)

요약하면, 이것은 Table 4에 제시된 바와 같이 세 PCK 요소 간 상호작용의 사례로서 첫 번째 PCK 요소(교수전략에 관한 지식)가 두 번째 PCK 요소(학생의 학습에 관한 지식)에 단방향 상호작용하여 두 번째 PCK 요소의 발달(과학 실천 수행 어려움에 관한 지식)이 일어나고, 두 번째 PCK 요소가 세 번째 PCK 요소(교수 지향)에 단방향 상호작용하여 세 번째 PCK 요소의 발달(과학 실천 교수-학습에 관한 지향)이 일어나는 특징이 나타난 사례이다. 세 요소 간 상호작용은 서로 다른 요소 간 단방향 상호작용이 연속적으로 일어나면서 PCK 발달이 이루어질 수 있으며 한 요소가 다른 요소를 매개로 하여 또 다른 요소에 영향을 미칠 수 있다는 점에서 의미가 있다. PCK 두 요소 간 상호작용에 관한 구체적 정보를 제공한 선행연구는 있었지만,^2,3,16,22 세 가지 이상 요소 간 상호작용은 존재한다고 설명만 할 뿐 구체적으로 정보를 제공한 연구는 찾아보기 어렵다. 중등 예비화학교사의 평가 문항 제작 과정에서 나타나는 PCK 요소 간 상호작용을 연구한 Noh et al.(2016), Lee et al.(2018)의 연구에서는 상호작용에 관여한 PCK 요소 개수만을 파악하여 최대 세 가지 이상 PCK 요소 간 상호작용이 이루어졌다고 보고하였으나 요소 간 상호작용에 관한 구체적인 설명은 제시하지 않았다.¹⁴⁻¹⁵ 본 연구에서 제시한 세 가지 PCK 요소 간 상호작용의 예는 교사의 PCK 발달에 관한 정교한 이해를 위한 중요한 정보를 제공할 것으로 사료된다.

Park & Oliver(2008)는 학생의 과학 학습 어려움에 관한 지식은 여러 PCK 요소 중에 과학 교수 전략에 관한 지식에 주로 영향을 미친다고 보고하였으나 본 연구에서는 학생의 과학 학습 어려움에 관한 지식이 교사의 교수 지향에 영향을 미쳐 구체화되는 사례를 제시했다는 의의가 있다.⁹ 교사학습공동체에서 교사들이 과학 실천 수업을 함께 계획하고 수행하면서 학생들의 과학 실천 수행 어려움을 정교하게 파악하게 되고 그 과정을 반성적으로 고찰하는 활동을 통해 PCK 요소 간 상호작용이 과학 실천 교수-학습에 관한 지향의 발달로 이어진 것으로 보인다. 이는 교사의 과학 실천 교수 지향을 포함한 전문성 향상을 위해서는 전문적 지식 학습을 위한 기회, 수업 경험의 축적, 충분한 시간, 협력적인 학습 맥락뿐 아니라 교사가 적극적으로 반성적 성찰을 하는 시간과 노력이 중요함을 시사한다.²⁴

본 연구에서 밝힌 PCK 요소 및 하위요소 간 단방향 상호작용에서는 영향 받은 PCK 요소 및 하위요소가 정교하게 구체화되어 발달하는 것으로 나타났다. 여러 선행연구에서 단순히 두 가지 종류의 PCK 요소가 연이어 제시되거나 한 PCK 요소와 다른 PCK 요소가 동시에 드러나는 경우를 상호작용의 사례로 제시하였으나,⁸⁻¹⁰ 본 연구에서 밝힌 단방향 상호작용에 의한 상호작용은 두 PCK 요소간에 단방향 상호작용으로 영향을 받은 PCK 요소 및 하위요소가 구성되고 발달되는 것을 밝혔다는 점에서 의미가 있다.

양방향 상호 작용

PCK 요소 간 양방향 상호작용은 상호작용에 관여하는 PCK 요소 및 하위요소 간 서로 영향을 주기도 하고 받기도 하는 양방향의 작용이 일어나는 유형으로, 상호작용에 관여한 두 PCK 요소 및 하위요소 모두가 발달하는 특징이 나타났다. 양방향 상호작용에 의한 상호작용은 한 PCK 요소 내 하위요소 간 양방향 상호작용, 두 PCK 요소간 양방향 상호작용의 두 가지로 분류할 수 있었다.

가. 한 PCK 요소 내 하위요소 간 양방향 상호작용

본 연구에서는 과학 실천 수업에 관한 한 PCK 요소에 포함된 두 하위요소 간 서로 영향을 주기도 하고 받기도 하는 양방향 작용이 있었고, 상호작용에 관여한 두 하위요소 모두 발달한 것으로 나타났다. 예를 들어 교사학습 공동체 활동 초기에 윤 교사는 학생이 직접 실험을 하지 않는 과학 탐구 수업에 대하여 피상적으로만 알고 있었으나, 교사학습공동체에서 자료 분석 및 해석, 과학적 설명형성, 증거 기반 논의 등의 과학 실천 활동을 선정하고 구조화하는 수업을 함께 계획하면서(Fig. 4) 실험 수행을 하지 않는 과학 실천 수업이 어떠한 것인지 명확하게 알게 되었다고 하였다. 즉, ‘과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식’이 ‘교수 전략에 관한 지식’ 중 ‘과학 교과 특이적 전략에 관한 지식’에 영향을 미쳐 과학 실천 수업 및 각 실천이 무엇이고 어떻게 이루어져야 하는지에 관한 지식 즉, ‘과학 실천 특이적 전략에 관한 지식’이 명료화된 것으로 볼 수 있다.

Figure 4. An example of lesson plan without student hands-on experiment (What makes things visible).​​​​​​​

윤 교사 : 선생님들하고 이야기를 해보면서 아, 굳이 실험을 넣지 않아도 탐구가 된다는 것을 알았죠. 그거는 초반[3월]에 (알게)됐던 것 같아요. (중략) 종이컵에 크로마토그래피용 종이를 넣고 실제로 했어요. 이때까지는. 그런데 이광원 수업 짜면서 뭘 느꼈냐 하면, 직접 아이들이 실험을 하지 않아도 실험 결과만 줘도 아이들이 할 수 있겠구나 쌤들하고 하면서 생각을 하게 됐던 것 같아요. (중략) 실험이 없이도 이게 진행이 되잖아요. 아이들이 주장과 근거, 그러니까 자기 생각도 쓰고, 생각이 바뀐 이유도 쓰고 하는 이걸 보고. 그러니까 확신이 생긴 거죠.

(윤 교사 2월 28일 사후 면담 전사록)

이후 윤 교사는 명료화된 ‘과학 실천 특이적 전략에 관한 지식’을 가지고 Fig. 5와 같이 대기 중의 수증기에 관한 과학 실천 수업을 계획하였다.

Figure 5. An example of Ms. Yun’s lesson plan (saturation of air with water vapor).​​​​​​​

실험 활동 위주로 수업계획안을 구성했던 윤 교사가 대기 중의 수증기 수업에 관한 수업계획안에서는 질문 만들기, 자료의 분석 및 해석, 과학적 설명 형성, 증거 기반 논의 등의 과학 실천 활동을 포함하였다. 또한, 구체적 발문 계획을 포함하여 학생들이 자료를 해석하여 과학적 설명을 형성하고 증거 기반 논의를 할 수 있도록 하였다. 즉, 윤 교사의 명료화된 ‘과학 실천 특이적 전략에 관한 지식’이 ‘과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식’에 영향을 미쳐 과학 실천 활동을 확장하여 선정하고 논리적으로 연계되도록 조직하는 등 특정 주제의 과학 수업을 위한 과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략이 구체화하고 발전한 것으로 볼 수 있다.

윤 교사 : (전략) (학생들에게) 실험결과를 줬어요. 이게 왜 그렇게 됐는지 아이들에게 (논의)하게 한 거거든요? 그 때 정말 '아, 실험 안 해도 되는구나. 실험결과만 가지고도 아이들에게서 논의를 이끌어낼 수가 있구나' 라고 생각을 했던 적이 있었어요, 이거 대기 중의 수증기, 침의 소화, 포도당, 녹말 영양소의 흡수도 실험결과를 줬죠.

(윤 교사 2월 28일 사후 면담 전사록)

요약하면 Table 4에 제시된 바와 같이 윤 교사의 ‘과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식’이 ‘교과 특이적 교수 전략에 관한 지식’에 영향을 미쳐 과학 실천 수업 및 각 실천이 무엇이고 어떻게 이루어져야 하는지에 관한 지식(과학 실천 특이적 전략에 관한 지식)이 명료화되고, ‘과학 실천 특이적 전략에 관한 지식’이 다시 ‘과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식’에 영향을 미쳐 과학 실천 활동을 확장하여 선정하고 논리적으로 연계되도록 조직하는 등 과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략이 발달하였다.

나. 두 PCK 요소 간 양방향 상호작용

본 연구에서는 과학 실천 수업에 관한 두 PCK 요소가 서로 영향을 주고받는 양방향 상호작용이 일어나 두 요소가 모두 발달하는 사례가 있었다. 예를 들어 민 교사는 교과서에 제시된 무성 생식의 각 번식 방법 별 특징을 학습하기 위한 과학 실천 활동으로 자료 분석 및 해석, 증거 기반의 논의를 선정한 후 학생들에게 제공할 자료와 발문을 조직하여(과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식) Fig. 6과 같은 수업 계획안을 제안하였다. 제시된 수업계획안의 과학 실천이 불충분하다고 생각한 지 교사는 또 다른 과학 실천 활동을 추가해보자고 제안하였다. 이에 따라 교사들은 교육과정 자료를 비판적으로 검토하면서 병렬적으로 나열된 여러 무성 생식의 특징이 아닌 유성생식과 대비되는 무성 생식의 특징을 이해하는 것을 핵심개념으로 선정하였다(핵심 개념 선정 및 교육과정 구조화에 관한 지식). 이에따라 소 교사는 핵심 개념 학습을 위하여, 각 번식 방법 별 자료 분석 및 해석을 축소하고 무성 생식의 공통적 특징을 찾는 증거 기반의 논의 활동을 추가할 것을(과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식) 제안하였다.

Figure 6. An example of Ms. Min’s lesson plan (Asexual reproduction).​​​​​​​

민 교사 : 주어진 자료를 관찰해 특징을 알아낸 거. (중략) 두가지로 나눠졌고, 똑같은 거였고, 체세포 분열이라는 거는 자기들이 이야기 하면서 찾아낸 거여서 이 정도의 수준에서의 논의?

지 교사 : 저는 이게 탐구로 이루어지는지 잘 모르겠어요. (중략) 사진 보고 비교하는 정도인데 이게 탐구인가 하는 생각이

(중략)

소 교사 : 무성 생식이 중요한 건 염색체가 똑같은 거잖아요. 그거에 대해서 마지막에 여태까지 봤던 거에 대해서 얘기하는 부분이 있으면

민 교사 : 끝나고 이 네 개의 공통점 할 때 빠르게 일어난다, 체세포 분열이다, 생식기관 없이 일어난다 했고, 이게 체세포 분열로 일어나는 거니까 유전적으로 동일하다. 마무리를 이렇게.

(중략)

소 교사 : 그러니까 포인트는 무성 생식인데 각 무성 생식에 더 초점을 맞추셨다는 느낌이 들어요. (중략) 앞을 좀 줄이더라도 그게 포인트니까 거기서 아이들이 조금 더 자료를 가지고 논의를 하는 게.

(9월 12일 논의 전사록)

이 사례는 Table 4에 제시된 바와 같이 교수 전략에 관한 지식의 하위 요소인 ‘과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식’이 ‘교육과정에 관한 지식’에 영향을 미쳐 핵심 개념을 정교하게 선정하는 ‘핵심 개념 선정 및 교육과정 구조화에 관한 지식’이 발달할 수 있게 되었고, ‘핵심 개념 선정 및 교육과정 구조화에 관한 지식’은 다시 ‘과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략에 관한 지식’에 영향을 미쳐 핵심 개념 형성에 효과적인 과학 실천 활동을 선정하고 구조화하는 과학 실천 활동 선정 및 구조화 전략의 발달이 일어났다. 두 PCK 요소 간에 양방향 상호작용이 연속되어 일어나 상호작용에 관여하는 두 PCK 요소 모두가 발달한 사례이다.

여러 선행연구에서는 집단 차원의 반성적 고찰의 효과를 강조하였고, 개인 차원의 반성적 성찰은 바람직하지 않은 수업의 고착화로 이어질 수 있으나 집단에서는 반성적 고찰의 효과가 발전적인 결과로 이어질 가능성이 높다고 보고하였다.²²⁻²³ 본 연구 결과도 이와 같은 협력적 반성적 성찰의 효과를 뒷받침하는데, 민 교사는 교사학습공동체 논의를 통해 개인적 차원에서 발견하지 못했던 과학 실천 수업 설계 및 실행의 미비점을 발견하고 개선할 수 있는 피드백을 받을 수 있었다고 하였다. 과학 실천 수업을 공유하고 평가하고 개선을 위한 아이디어를 교류하는 협력적인 반성적 성찰 과정에서 PCK 요소 간 상호작용이 일어나 PCK 요소들이 발달하고 학생의 핵심 개념 학습을 위해 체계적으로 구조화된 과학 실천 수업으로 개선할 수 있었던 것으로 사료된다. 즉, 교사학습공동체의 협력적 논의가 효과적인 반성적 성찰을 유발하여 PCK 요소 간 양방향 상호작용이 촉진될 수 있음을 시사한다.

예전에 나 혼자 짜서 내가 했던 것은, 그냥 했다면, 내가 혼자해서 만족스러웠고, 내가 이런 것을 했다는 것에 의미를 뒀을 텐데, 여럿이 하다 보니까 우리가 짠 것에서 어떤 오류가 있었는지, 아이들이 어떤 반응을 했는지, 그래서 우리가 설계했던 수업이 잘 됐는지, 잘못됐는지 저희가 계속 피드백을 하잖아요.

(민 교사 2월 28일 사후 면담 전사록)

두 PCK 요소 간 양방향 상호작용의 또 다른 예는 다음과 같다. 소 교사는 학급 논의 활동은 다른 모둠의 발표 내용에 대하여 질문을 하고 토론하는 것이라고 안내하고 학급 논의 활동을 유도(과학 실천 특이적 전략에 관한 지식)하였으나, 의도한대로 학급 논의가 진행되지 않자 교사의 안내만으로는 해결되지 않는 학급 논의에 관한 학생들의 어려움이 있다는 것을(과학 실천 수행 어려움에 관한 지식) 알게 되었다. 이는 각 과학 실천이 무엇이고 어떻게 이루어져야 하는지 이해하고 학생들이 이를 이해하도록 돕는 전략에 관한 지식인 ‘과학 실천 특이적 전략에 관한 지식’이 ‘학생의 학습 어려움에 관한 지식’에 영향을 미쳐 ‘과학 실천 수행 어려움에 관한 지식’이 구체화된 것으로 볼 수 있다. 소 교사는 기존의 안내가 학생들이 학급 논의에서 무엇을 어떻게 하는 것인지 충분한 가이드를 제공하지 못하였다고 판단하고, 각 모둠의 발표 내용 중 좋은 내용과 부족한 내용을 한 가지씩 골라 말하라고 좀 더 구체적으로 학급 논의 활동을 가이드(과학 실천 특이적 전략에 관한 지식) 하였다. 이는 학생의 ‘과학 실천 수행 어려움에 관한 지식’이 다시 ‘과학 실천 특이적 전략에 관한 지식’에 영향을 미쳐 과학 실천이 무엇이고 어떻게 이루어져야 하는지 학생들이 이해하도록 돕는 전략에 관한 지식이 정교하게 발달한 것으로 볼 수 있다. 수정한 가이드를 학생들에게 제공한 후 다른 모둠의 발표 내용 중 미비한 부분을 찾아 의견을 개진하는 등 학생들의 전체 학급 논의의 어려움이 일부 해소되는 것을 관찰한 소 교사는 어떠한 가이드를 제공해야 하는지에 관한 지식(과학 실천 특이적 전략에 관한 지식)이 공고해졌다. 이후 수업에서도 학생의 반응을 관찰하면서 교사 발문의 내용을 정교하게 다듬어 나갔는데, 학생들이 논의 활동에서 겪는 어려움을 해소해주기 위하여 학생들에게 어느 정도 상세하고 정교한 가이드가 필요한지 파악하여 가이드 및 발문의 내용과 수준을 결정하고 적용하는 과정이 반복되었다.

1조 빼고는 근거를 자세히 잘 쓴 편이었고, 단위 면적 이야기도 한 두 조에서 나온 것 같았다. 칠판에 게시 후, 모둠 별로 질문을 한 가지씩 생각하기 후 논의를 하려고 했는데, 잘되지 않았다. 아이들이 쉬운 내용인데도 주장, 근거를 쓰다 보니 더 어렵고 복잡하게 느끼는 것 같다. 다음 반 수업에서는 각 조가 쓴 내용에서 좋은 내용 한 가지씩 고르기로 시도해 보아야겠다.

(소 교사 ‘위도에 따른 온도 차이’ 수업 일기, 8/27 A반)

근거 쓰기를 하고 칠판에 붙인 후 각 조의 좋은 점이나 부족한 점을 물어보았는데, 한 학생이 다른 조가 쓴 걸 보고 실험 내용과 지구상의 위도랑 연결짓지 않았다고 지적하였다. 처음 나온 제대로 된 지적이었다. (중략) 몇 번 수업을 해 본 결과, 각 조의 내용을 읽어보고 잘 썼다고 생각하는 부분, 혹은 부족한 부분 짚어내기로 초점을 맞추어 이끈 것이 가장 효과적이었던 것 같다. 처음엔 각 조의 발표 내용을 읽은 후 학생들에게 질문이나 코멘트 할 것을 너무 일반적으로 물어보았더니 유의미한 반응이 거의 나오지 않았던 것 같다.

(소 교사 ‘위도에 따른 온도 차이’ 수업 일기, 9/1 B반)

이러한 일련의 과정은 Table 4에 제시된 바와 같이 교수 전략에 관한 지식의 하위요소인 ‘과학 실천 특이적 전략에 관한 지식’이 ‘학생의 학습 어려움에 관한 지식’에 영향을 미쳐 ‘과학 실천 수행 어려움에 관한 지식’을 구체화하고, 발전된 ‘과학 실천 수행 어려움에 관한 지식’이 다시 ‘과학 실천 특이적 전략에 관한 지식’에 영향을 미쳐 과학 실천이 무엇이고 어떻게 이루어져야 하는지 학생들이 이해하도록 돕는 전략에 관한 지식이 정교화되는 양방향 상호작용이 시간 차를 두고 비실시간으로 반복적으로 나타나서 두 PCK 요소 모두 구체화, 정교화되어 발달한 사례로 볼 수 있다. 과학 교수 전략에 관한 지식과 학생의 과학 학습에 관한 지식 간 상호작용은 PCK 요소 간 상호 작용에서 가장 중추적 역할을 한다고 선행 연구에서 보고되었다.^8,10,12−13 그러나 선행 연구에서는 이 두 요소 간 상호작용이 어떻게 일어나는지 구체적으로 설명하지 않거나, 학생의 과학 학습 어려움, 오개념, 선개념에 대응하는 특별한 교수 전략을 사용하는 단방향 상호작용으로만 설명하고 있다.^8,10,13 본 연구에서 밝힌 과학 실천 교수 전략과 학생의 과학 실천 학습 간 상호작용은 서로 영향을 주고 받는 양방향 상호작용이고, 두 PCK 요소 모두 정교하게 발달하는 특징이 나타났다는 점에서 의미가 있다.

소 교사의 사례와 같이 PCK 요소 간 양방향 상호작용이 시간 차를 두고 오랜 기간에 걸쳐 이어지며 나타나 상호작용한 PCK 요소가 정교하게 발달할 수 있었던 것은 교사학습공동체에서 과학 실천 수업의 설계와 수행에 대해 지속적으로 비판적인 피드백을 주고받으며 문제를 발견하고 해결할 수 있었기 때문으로 사료된다.²⁴⁻²⁶ 지 교사는 1년간 교사학습공동체 교사들의 피드백과 전문가의 전문적 지원을 언급하면서 혼자 고민했다면 같은 실수를 반복할 뿐 개선이 이루어지지 않았을 것이라고 하였다. 이는 PCK 하위요소 간 양방향 상호작용에 의한 PCK의 발달이 한 두 번의 교사학습공동체 논의를 통해 이루어질 수 있는 것이 아니라 장기간의 교사학습공동체 논의 및 과학 실천 수업 계획 및 수행을 통해 가능하다는 것을 시사한다.

그 문제에 대해서 혼자 봤으면 몰랐을 것 같아요. 지금도 내가 잘못하고 있는 것을 반복하고 있었겠죠. (중략) 1년이라는 시간 동안 계속하고 많이 변하게 된 것은 충분한 피드백이 있었어서에요. 그러니까 계획을 하고 실행을 한 것에 대한 피드백. 그리고 그것에 대해서 수정하고, 추가하며 선생님들과 여러 가지로 이야기를 한 것. 그리고 우리가 해결하지 못한 것을 전문가에게 조언을 들어서 방향을 잡고 갈 수 있는.

(지 교사 2월 28일 사후 면담 전사록)

또한, 소 교사의 수업 일기는 교사학습공동체의 협력적 성찰뿐 아니라 개인적 차원의 반성적 성찰도 중요하다는 것을 시사한다. 협력 설계한 수업을 실행했을 때 학생들이 무엇을 어려워하는지 민감하게 파악해 그에 적합한 교수 전략을 적용하고자 지속적으로 개인적 성찰의 시간을 가졌다는 것을 소 교사의 수업 일기를 통해 알 수 있었다. 교사학습공동체를 통한 교사 전문성 개발에 관한 선행연구들은 주로 교사학습공동체의 협력적 학습 맥락이 교사의 전문성 향상에 기여하는 측면에 주로 주목해왔으나,¹⁹ 교사학습공동체의 협력적 학습뿐 아니라 교사의 개별적 반성적 고찰도 중요한 것으로 사료된다.¹³ 여러 선행연구에서 주장한 교사학습공동체 참여 교사의 전문성, 교수지향, 효능감 형성에 교사 간 차이는 이와 같은 개별적 노력에 기인하는 것으로 보인다.²⁷

교사의 PCK 상호작용에 관한 선행연구에서는 한 PCK 요소가 다른 PCK 요소에 영향을 미치는 단방향 상호작용 사례를 사용하여 PCK 요소 간 상호작용을 설명해왔다. 그러나 PCK 요소 및 하위요소 간 상호작용의 유형을 면밀하게 분석한 본 연구에서는 한 PCK 요소 및 하위요소가 다른 PCK 요소 및 하위요소에 영향을 미치고, 영향받은 요소가 영향을 준 요소에 다시 영향을 미치는 과정이 연속적으로 이루어지는 사례를 밝히고 양방향 상호작용으로 분류하였다. 이와 같은 양방향 상호작용에서는 상호작용에 관여한 PCK 요소들의 유기적인 발달이 연속되어 일어나는 특징이 있는데, 교사학습공동체에서 교사가 발달한 PCK를 적극적으로 사용하면서 비판적으로 점검하는 노력으로 영향을 준 PCK의 발달도 일어난다는 점에서 의미가 있다. 또한, 본 연구에서는 단방향 상호작용과 양방향 상호작용 각각의 다양한 사례를 분류였다는 점에서 선행연구와 차이가 있다.

결론 및 제언

본 연구에서는 수업 설계와 실행에 대한 공유와 협력적 성찰을 일년 동안 지속한 교사학습공동체에서 과학 실천수업에 관한 PCK 요소 및 하위요소 간 어떠한 상호작용이 나타나는지 탐색하였다. PCK 상호작용에 관한 선행연구에서는 두 종류의 PCK 요소가 단순히 함께 언급되거나, 한 PCK 요소를 설명하는데 다른 PCK 요소를 근거로 사용하는 사례를 보고하며 PCK 상호작용을 설명하였다는 한계점이 있었다.^8,10,12−14 그러나 본 연구에서는 두 PCK 요소 및 하위요소가 단순히 함께 언급되거나, 한 PCK 요소를 설명하는데 단순히 다른 PCK 요소를 근거로 사용하는 사례가 아니라 한 PCK 요소 및 하위요소가 다른 PCK 요소 및 하위요소에 단방향으로 영향을 주는 유형과 양방향으로 영향을 주고받는 유형이 나타났다는 점에서 주목할 만하다. 즉, 본 연구에서는 단방향 상호작용, 양방향 상호작용의 두 가지 유형이 나타났으며, 단방향 상호작용에는 한 PCK 요소 내 하위요소 간 단방향 상호작용, 두 PCK 요소 간 단방향 상호작용, 세 PCK 요소 간 단방향 상호작용이 있었고, 양방향 상호작용에는 한 PCK 요소 내 하위요소 간 양방향 상호작용, 두 PCK 요소 간 양방향 상호작용이 있었다. 또한, PCK 상호작용에 관한 선행연구에서는 어떤 요소 간 상호작용이 일어나는지, 몇 개의 요소가 어떠한 빈도로 상호작용하는지, 적절한 상호작용인지 등의 관점으로 상호작용의 특징을 설명하였으나.^{6−8,12−13} 본 연구에서는 다양한 출처의 자료를 깊이 있게 분석하여 교사학습공동체 교사들의 과학 실천 수업 PCK 요소 간 상호작용으로 영향받은 PCK 요소 및 하위요소가 정교화, 구체화, 명료화되어 PCK 발달로 이어지는 것을 보였다는 점에서 의의가 있다.

상호작용에 관한 많은 선행연구는 요소 간 작용이 단방향으로 이루어지는 사례만으로 상호작용을 설명한 한계점이 있었다.^8,10,13 예를 들면, 과학 교수 전략에 관한 지식과 학생의 과학 학습에 관한 지식 간 상호작용을 학생의 과학 학습에 관한 지식에 대응하는 특별한 과학 교수 전략을 사용하는 것으로 설명하고 요소 간 상호작용의 강도, 질, 유용성 등을 파악한 것이다.^8,10,12−13 그러나 본 연구에서는 교사학습공동체 교사들의 과학 실천 수업에 관한 한 PCK 요소 및 하위요소가 다른 PCK 요소 및 하위요소에 영향을 미치고, 영향받은 PCK 요소가 처음 영향을 준PCK 요소에 다시 영향을 미치는 양방향 상호작용을 단방향 상호작용과 명확하게 구별하여 설명하였다는 점에서 의미가 있다. 예를 들면, 학생의 과학 실천 학습에 관한 지식이 과학 실천 교수 전략에 관한 지식에 영향을 미치고 연이어 과학 실천 교수 전략에 관한 지식이 다시 학생의 과학 실천 학습에 관한 지식에 영향을 미치는 양방향 상호작용에 대한 설명을 하였다. 양방향 상호작용은 영향을 받아 재구성된 PCK 요소 및 하위요소가 영향을 준 PCK 요소 및 하위요소를 비판적으로 점검하는데 사용되는 것으로 단방향 상호작용보다 적극적 노력이 수반되며 수준 높은 상호작용이라고 볼 수 있다. 한 PCK 요소 및 하위요소의 영향으로 다른 PCK 요소 및 하위요소가 발달하는 것에 그치는 단방향 상호작용과 달리 양방향 상호작용에서는 발달한 PCK 요소 및 하위요소를 교사가 적극적으로 사용하여 발달에 영향을 준 PCK 요소도 더욱 발달하게 되는데, 상호작용에 관여한 모든 요소들이 명료화, 구체화, 정교화되는 것을 밝혔다는 점에서 의의가 있다. PCK 요소들이 어떠한 상호작용을 하였는지에 따라 PCK 발달의 양상과 수준이 달라질 수 있으므로 본 연구에서 밝힌 여러 가지 상호작용의 유형은 교사의 PCK 발달 수준을 설명하는데 유용할 것으로 사료된다.

많은 선행연구에서는 교사 개인의 PCK 요소간 상호작용을 연구하여 보고하였으나 본 연구는 교사학습공동체의 협력적 맥락에서 PCK 상호작용이 어떻게 이루어지는지 밝혔다는 점에서도 의의가 있다. 워크숍, 세미나 형태의 전문성 개발은 사전에 체계적으로 조직된 지식을 전문가 혹은 숙련된 교사가 비숙련된 현장 교사에게 일방적으로 전달하는 방식으로 이루어지고 참여 교사들 간의 상호작용은 제한적이다.²² 반면 교사학습공동체의 협력적 논의에서는 지식의 전달자와 수용자가 고정되지 않고 서로 동등한 관계에서 상호 교류하며 협력적 지식 생성 및 공동의 지식 축적이 이루어져서 다양한 PCK 요소 및 하위요소들의 상호작용에 효과적이고 다양한 유형의 상호작용이 복합적으로 일어나는 것을 촉진할 수 있는 환경이 된다. 즉, 본 연구의 교사학습공동체에서는 동료 교사 간 능동적인 상호작용을 통해 협력적으로 문제를 발견 및 해결하는 과정에서 PCK 요소 및 하위요소 간 상호작용과 발달이 이루어진 것으로 사료된다. 이러한 관점에서 본 연구는 교사학습공동체의 협력적 학습 맥락이 효과적인 과학 실천 수업 실행을 위한 교사의 전문성 발달에 어떻게 기여할 수 있는지에 관한 유용한 정보를 제공한다. 즉, 본 연구에서 밝힌 다양한 PCK 요소 및 하위요소 간 단방향 상호작용과 양방향 상호작용 유형은 과학 실천 수업을 수행하는 과학교사의 PCK의 유기적이고 정교한 발달을 도모하는 현장과학교사 전문성 개발 프로그램 및 예비과학교사 양성교육에 시사점을 제시한다.

본 연구는 다섯 명의 중학교 과학교사들이 형성한 교사학습공동체를 대상으로 과학 실천 수업에 관한 PCK 상호작용의 유형을 분석했다는 한계가 있다. 또한, 본 연구는 PCK 요소 및 하위요소 간 상호작용의 유형만 구분하였을뿐 특정 요소 간 상호작용의 빈도수나 강약을 분석하지 않았으므로 이에 관한 후속 연구는 PCK 상호작용에 의한 PCK 발달의 특징을 좀 더 구체적으로 파악하는 정보를 제공할 수 있을 것으로 사료된다. 본 연구에서 밝힌 여러가지 상호작용이 단발성에 그치지 않고 지속적으로 이어지는 조건은 무엇인지, 더 높은 차원 혹은 복합적으로 이루어지는 상호작용을 촉진하는 요인이 무엇인지 밝히는 후속 연구도 의미 있을 것으로 사료된다.