Ⅰ. 서론

최근 더욱 빈번해지는 기록적인 폭우, 한파, 가뭄과 같은 기상이변과 지구온난화 등의 기후변화 문제는 세계적인 이슈가 되고 있다. 인류의 문명이 발전하고 산업화가 진행될수록 다양하고 심각한 기후변화 문제에 직면하게 되면서 인간의 지속 가능하고 행복한 삶에 영향을 받게 되었다(IPCC, 2007). 이에 세계 각국에서는 기후변화에 대한 대응책 마련을 위해 다양한 노력을 하고 있는데, 근본적인 해결책으로서 교육을 통해 국민들의 인식을 개선시키고, 행동의 변화를 유도하려는 노력이 시도되고 있다(Tognacci & Weigei, 1978). 환경 문제에 대한 관심과 태도는 기후변화에 대응하는 행동 의지와 매우 높은 상관 관계가 있어서(Weigel et al., 1972). 기후변화 문제에 대한 효과적인 대응 방안과 행동 의지를 개선하기 위해서는 학교 교육의 역할이 매우 중요하다. 유네스코 한국위원회(2012)에서도 교육이야 말로 기후변화로 인한 영향을 대비하는데 가장 중요한 전략적 원천이라고 했으며, 학교 교육을 통해 기후변화의 원인과 영향에 대한 이해를 증진시키고, 완화와 적응의 측면에서 기후변화에 대처하는 전략이 필요하다고 주장하였다. 기후변화에 대한 우리나라 국민의 대다수(97.0%)는 이 문제에 대해서 잘 인식하고 있으나, 기후변화의 구체적인 현상이나 원인에 대해서는 9.7% 만이 충분한 이해를 하고 있다(환경부, 2007). 대부분의 국민들은 환경 문제 중에서 일상생활과 직접적으로 관련된 생활 쓰레기(26.3%)에 대해서는 많은 관심이 있었지만, 지구온난화와 기후변화(13.5%)에 대한 개선 의지는 매우 낮다(환경부, 2008). 이러한 기후변화에 대한 인식 경향은 해외에서도 비슷한 양상을 보이는데, 영국 시민 중 ‘기후변화, 지구온난화’에 대해 들어보지 못한 경우는 약 1%에 불과하지만(DEFRA, 2002), 직면한 사회-경제적인 문제와 이슈화되는 환경 쟁점 등과 비교할 때, 기후변화 문제에 대한 우선 순위는 매우 낮았다(Poortinga & Pidgeon, 2003). 미래 세대에게 기후변화 교육은 매우 시급하면서도 중요한 과제임에도 불구하고, 학교 현장의 교사들 조차 기후변화 교육에 대한 인식과 전문성은 부족하다(환경부, 2007; Fortner, 2001). 미국 교사들의 대부분은 온실효과와 지구온난화 등 기후변화에 대해 학생들이 반드시 알아야 할 핵심 개념으로 인식은 하고 있지만, 많은 경우 자신들은 기후변화에 대한 주제를 가르칠만한 충분한 전문지식이 없다고 생각하고 있었다(Fortner, 2001). 최근 우리나라 초등학생들의 지구환경과 기후변화에 대한 인식 조사에서도 ‘환경오염, 지구온난화’를 중요하게 생각하고 있으며 그 원인을 일상생활에서 쉽게 경험할 수 있는 ‘쓰레기, 공장매연, 미세먼지’ 등으로 인식하고 있었다(이상균과 김순식, 2018). 그러나 초등학생들의 환경 인식에 대한 학년 간 차이가 없어서 학년이 높아짐에 따라 환경교육이 심화되지 않을 뿐만 아니라, 그 지속성도 결여되고 있었다. 학교 수업을 통해 기후변화에 대한 인식 교육이 이루어 지기 보다 인터넷이나 대중매체들에 더 큰 영향을 받는 것으로보인다. 학교 교육에서도 기후변화와 이에 대한 대응방안에 대한 교육이 제대로 이루어지지 못하고 있다(한국교육과정평가원, 2008). 2015년에 개정된 과학과 교육과정 중 초등학교 5-6학년 군에서 생태계의 상호작용과 관련하여 환경 오염이 생물에 미치는 영향에 대해 다루고 있을 뿐, 기후변화에 대한 내용은 포함되어 있지 않다(교육부, 2015). 개정된 초등학교 과학 교과서에서도 기후와 기후변화라는 용어가 없으며 지구온난화도 이번 개정 과정에서 삭제되었다. 중학교 과정에서도 온실효과와 지구온난화에 대한 내용만 다룰 뿐, 기후변화에 대한 접근이 전무한 실정이다(교육부, 2015).

우리나라 기후변화 교육에 대한 연구 동향을 살펴보면 윤순진(2009)은 국내외 기후변화 교육의 실태를 파악하고, 기후변화 교육 방향을 모색하는 연구에서 기후변화 교육은 학제간 통합적 접근을 필요로 하며 지식 전달만이 아니라 실천 활동으로까지 연결할 수 있어야 한다고 주장했다. 이상균과 김순식(2018)은 네트워크 분석으로 초등학생들의 지구환경 인식에서 환경오염과 지구온난화를 가장 중요하게 생각하고 있으며 그 원인으로는 쓰레기, 공장매연, 미세먼지 등으로 부정적으로 인식하고 있음을 밝혔다. 우정애와 남영숙(2012)은 중학생들의 기후변화에 대한 이해 증진과 이에 대응하고 실천할 수 있는 능력을 길러주기 위해 과학 교과에서 수업할 수 있는 기후변화 교육 프로그램을 개발하고 그 효과를 분석하였다. 최혜숙 등(2011)은 학습자 활동 중심의 기후변화 교육 프로그램(초등학생용 과거의 기후 측정 등)으로서 학생들에게 기후변화와 우리 생활의 관련성을 인식시키고 구체적인 실천과 연결될 수 있도록 개발했다. 손준호(2016)는 과거의 기후변동 자료와 비교해 보는 탐구활동이 초등학생들의 기후소양 향상에 도움이 되었다는 연구를 발표하였다. 주은경과 최도성(2017)은 실천적 활동을 중심으로 한 기후변화 교육 프로그램(8차시, 초등학생용 기후변화의 원인-영향-대응을 주제로 함)을 개발하여 생활 속에서 자연스럽게 실천될 수 있도록 수업하였고, 수업 대상 학생들이 기후 소양을 함양하는데 효과가 있었다고 보고 했다. 기후변화의 대응과 응용 연구로서 김태형과 김대호(2017)는 지구온난화와 이상기후로 농업 환경이 크게 변화되는 상황에서 농작물의 생육환경이 변화됨에 따라 새로운 농업 스마트 팜 기술 도입을 위한 환경적 기초 자료를 수집했다. 류성림 외(2018)는 초등학교 수학-과학 교과 내용을 중심으로 인문과 예술, 공학, 기술, 디자인의 교육 자료를 다양한 주제로 융합하여 영재학급 수업 등에서 적용할 수 있는 기후 관련 학습 내용을 일부 포함하는 STEAM 프로그램 개발했다. 그러나 선행 연구에서는 주로 기후변화에 대한 인식 조사와 일상생활에서의 환경오염(기후변화)을 줄이는 활동 등으로 중 고등학생들이 직접 기후에 대한 탐구활동을 진행할 수 있는 연구는 부족한 실정이다. 특히 실천적 지식으로서 기후변화에 대해 이해하고 기후변화 경향 등을 탐구할 수 있는 체험적 교육 프로그램은 찾기 어렵다.

지금까지 우리나라의 기후변화 교육이 지식과 이해를 증진하거나, 지구온난화, 온실효과 등 현상에 대한 설명에 집중했다면, 앞으로는 기후변화의 원인과 영향에 대한 종합적인 이해와 구체적인 탐구활동이 가능하여 실천적인 지식을 함양할 수 있도록 해야 한다(김찬국과 최돈형, 2010). 이를 위해서는 기후변화를 지구 시스템적 측면에서 지구상의 암권, 수권, 기권, 생물권의 복잡한 상호작용을 고려하고, 범교과의 융합교육으로 접근해야 한다(Sterman & Sweeney, 2002). 지질시대의 고기후 변화 경향에 대한 학생들의 탐구 활동은 지구시스템에서 나타나는 자연적인 기후변화 양상을 파악할 수 있는 좋은 사례이다. 고기후를 이해하는 것은 현재 진행되고 있는 변화뿐만 아니라, 미래의 전지구적인 기후변화를 예측하는 데 필수적이어서 기후변화요소에 대한 평가는 과거 기후와 환경 변화에 대한 정보뿐만 아니라 미래에 대한 기후예측을 가능하게 한다(Yoon, 2016). 따라서 고기후를 정량적으로 측정하는 것은 전지구적인 환경과 기후 변화를 연구함에 있어 큰 의미가 있다. 이에 본 연구에서는 고등학교 학생들이 통합과학 교과 수업으로 잎 화석을 활용한 CLAMP 고기후 탐구활동으로 2,600만년 전의 우리나라 고기후에 대해 정량적으로 탐구하고, 기후변화에 대한 시 공간적 경향을 감성적 체험할 수 있는 융합교육 프로그램을 개발하고자 한다. 본 연구의 구체적인 연구문제는 다음과 같다. 첫째, 잎화석을 활용하여 우리나라의 고기후를 정량적으로 탐구할 수 있는 방법은 무엇인지 알아보고, 둘째, 이를 활용하여 기후변화에 대한 탐구활동이 가능한 융합교육 프로그램을 개발한다. 셋째, 개발된 교육 프로그램이 고등학교 기후변화 교육에 적합하고 타당한가를 검증하고자 한다.

Ⅱ. 연구 방법

1. 연구 대상과 절차

연구 대상자는 J 대학 과학교육과의 J–H 현장역량 프로그램에 참여한 Y 고등학교 1학년 22명을 대상으로 하였다. 학생들의 자발적인 참여 의사를 확인한 후, 학부모와 학교장의 동의를 거친 후 연구에 참여시켰다. 연구의 절차는 Fig. 1과 같다.

Fig. 1. Research process

연구를 위해 먼저 기후변화 교육과 고기후 연구에 대한 문헌 및 선행연구를 조사하면서 연구계획을 수립하였다. 전문가 패널(과학교사 3명, 과학교육 전문자 2명)의 협의를 거쳐 교육과정과 교과서를 분석하여 교육 자원을 추출하였고, 야외학습과 STEAM 교육 모형을 적용하여 통합과학 교과 기후변화 교수-학습 프로그램을 구안했다. 개발 프로그램에 대해 과학교육 전문가의 타당도 검증과 실제 학교현장 적용의 적합도를 높이기 위해 예비수업(pilot test)을 통해 학생들의 반응을 분석하여 그 결과를 반영, 프로그램을 완성했다.

2. 잎 화석을 활용한 고기후 연구 방법

Bailey & Sinnott(1915)는 쌍자엽 식물의 잎 특징과 기후는 서로 관련이 있다는 것을 알고 전세계의 많은 지역적인 식물군을 조사하여 기후가 더 따뜻할수록 전연종의 비율이 높다는 결론을 얻었다. Wolfe(1979)는 쌍자엽식물군의 잎화석에서 가장자리 잎의 모양을 분류하여 전연종의 백분율과 연평균 기온과의 관계에 기초하여 고기후를 알아내는 LMA(Leaf Margin Analysis) 방법을 체계화 하였다. 쌍자엽 식물군의 전연율(잎 가장자리 모양이 톱니 형태와 비교하여 매끈한 형태를 갖는 비율)과그 지역의 연평균 기온은 ‘MAT(℃)=1.141+(0.306×전연율)’의 관계를 갖는다. 식물 잎의 인상학적 특징은 진화에 제약받지 않고, 기후에 따라 변하기 때문에 효과적인 고기후 측정 방법이 될 수 있다(Wolfe, 1979). 우리나라 고기후 연구는 현생과 유사한 광엽식물군을 구성하고 있는 신생대 식물에 대하여 잎화석의 전연률(LMA)을 활용한 연구가 시도 되었다(정철환과 최덕근, 1993; 전창근, 2000). 최근에는 잎의 가장자리 모양 뿐 만 아니라(LMA), 잎의 여러 인상학적 특징(31가지 요소)들이 기후 요소와 관계 된다는 사실에 기초하여 다변량 통계 분석을 활용하여 고기후 요소들을 정량적으로 예측하는 CLAMP(Climate Leaf Analysis Multivariate Program) 방법이 제안 되었다(Wolfe & Spicer, 1999). 식물의 다양한 인상학적 특징은 진화에 의해 바뀌는 것이 아니라, 기후와 서식 환경에 반응하기 때문에 효과적인 고기후 측정 방법이 될 수 있다(Spicer et al., 2004). CLAMP 방법은 현생의 잎 표본에서 추출된 특징(CLAMP character dataset)과 기상관측 자료(CLAMP environment dataset), 지리 정보 사이의 상관관계를 분석하여 화석 식물군이 만들어진 당시의 고기후를 유추할 수 있는 방법이다.

3. 연구 지역

우리나라 신생대 제3기층인 포항분지의 퇴적층은 하부로부터 장기층군, 범곡리층군, 연일층군으로 구분한다. 장기층군의 하부에 금광동 지역에서만 분호하는 지층을 금광동층이라고 하는데, 김봉균 등(1975)에 의해 금광동층으로 불리게 되었다. 금광동층의 퇴적 시기는 전기마이오세에서 중기마이오세에 해당하며 주로 담회색 셰일로 구성되어 있고, 많은 식물과 어류 화석 등이 산출된다(백인성 외, 2010). 연구 지역의 지질도와 화석 채집 장소(x)는 Fig. 2와 같다.

Fig. 2. Study area and geologic maps of fossil collecting sites (X: Geumgwangdong Formation)

4. 자료 수집

자료 수집을 위해 2015개정 과학과 교육과정과 교과서를 분석하였고, 잎화석을 활용한 고기후 탐구(CLAMP) 방법과 기후변화 교육에 적합한 수업모형을 탐색하였다. 개발된 기후변화 융합교육 프로그램은 5인의 교육 전문가 패널에 의해 타당도와 적합성을 검증 받아 자료를 수집하였고, 예비수업(pilot test)에 적용하여 학생 보고서와 산출물, 설문지 등으로 자료를 수집하였다. 개발 프로그램의 학교 현장 적합성 검사를 위한 설문지는 총 22매가 회수되었으나 데이터 클리닝을 통해 응답이 불성실하거나 신뢰성이 부족다고 판단된 설문지 1매를 제외하였다.

5. 검사도구 및 자료 분석

개발된 기후변화 프로그램에서 수업에 활용되는 교재와 수업자료에 대하여 전문가 패널의 검증을 받았다. 검사도구는 융합교육 프로그램에 대한 타당도를 검증할 수 있는 설문지(윤마병과 홍재영, 2012)를 활용하였다. 설문 항목은 교수-학습 과정의 체계성과 수업내용의 적절성 등 수업 전반에 관련된 문항들과 기후변화 교육에 관련된 기후소양 함양, 융합적 사고 등 교육 방향의 타당성을 확인하는 설문으로 기후변화와 융합교육 전문가 교수 2명과 고등학교 지구과학 교사 3명 등 총 5명의 패널이 참여하여 윤리와 안전, 수업내용, 교수학습 과정, 평가, 교재 및 프리젠테이션 등 5가지 측면에서 패널들 간의 신뢰도를 구축한 후 타당도를 검증했다. 개발 프로그램의 현장 적합성과 학습자 요구를 반영하기 위해 실시한 예비수업(pilot test)의 검사도구는 윤마병과 홍재영(2012)의 STEAM 교육 효과설문지의 내용을 본 연구에 맞도록 수정-보완하여 사용했다.

연구 지역에서 최근 10년 간 연구자(남기수 박사)가 채집한 포항지역의 식물 잎화석 600여개에서 형태적 특징이 잘 드러나는 180개를 선별했다. 선별한 화석에서 형태적 특징이 유사한 것을 제외하여 최종적으로 가장 이상적인 23개 화석을 탐구활동 샘플 자료로 선정했다. Pilot test 수업 결과에 대한 검사도구는 4개 영역에 대하여 만족도 인식(11문항)을 조사하였고, 수업과정에 대한 개방형 질문(6문항)으로 구성하였다. 긍정적인 태도를 표현하는 문항의 경우에는 ‘매우 그렇다(5점)’, ‘그렇다(4점)’, ‘보통이다(3점)’, ‘동의하지 않는다(2점)’, ‘매우 동의하지 않는다(1점)’ 로 채점하였으며 부정적인 태도를 표현하는 문항의 경우는 이와 반대로 채점하였다(Kind et al., 2007). 수집된 자료는 SPSS/Win 23.0 프로그램을 이용하여 통계 처리하여 분석하였다. 개방형 질문과 수업 관찰 및 면담에 의해 수집된 자료는 정성적 방법에 의해 자료를 분석했다(Strauss & Corbin, 1998).

Ⅲ. 연구 결과 및 논의

1. 2015개정 교육과정과 교과서 분석

2015개정 과학과 교육과정(교육부, 2015)과 초 중 고등학교 과학, 지구과학 I 교과서를 분석하여 고등학생의 기후변화 교육 자료를 선정했다(Table 1).

Table 1. Analyzed learning contents, achievement standards and inquiry activity in climate change units of science, integrated science and earth science I in schools.

초등학교 과학과에서는 5학년에서 ‘생물과 환경’, ‘날씨와 생활’ 단원을 통해 기후변화에 대한 학습이 가능하다. 그러나 개정된 교과서(5학년 2학기)에서도 기후와 기후변화, 지구온난화에 대한 용어가 제시되지 않고 있으며 환경오염과 생태계에 미치는 영향, 이로인한 지구환경의 보전에 대해서만 다루고 있다(최혜숙 외, 2011; 교육부, 2019). 이전 교육과정에서는 ‘생태계와 환경’ 단원으로 지구온난화 용어(6학년 1학기 과학교과서 p73)가 제시되었고 생태계와 환경의 상호작용에서 기후변화에 대한 교육의 여지가 있었으나, 이번개정 교과서에서는 지구온난화라는 용어조차 삭제되었고, 단원명에서도 ‘생태계’ 대신 ‘생물’ 개념을 적용하면서 환경과의 상호작용이 제한될 수 있어서 기후변화 교육이 더욱 위축될 우려가 있다(교육부, 2019). 창의적 재량활동 시간에 환경과 기후변화 교육이 이루어지기를 기대할 수 있지만, 이는 학교장이 단위학교별로 ‘환경’을 선택하여 교육을 해야만 가능하다. 일부 기후변화 교육에 관심 있는 교사들이 사회 교과 등과 연계하여 수업을 할 수 있지만, 이러한 교사들조차 교육과정에 기후변화 관련 개념이 제시되지 않고 있어서 추가적으로 가르치기 부담스러울 것이다. 더구나 많은 행정과 담임 업무 등으로 과학 교과에서 체계적인 기후변화 교육을 기대하기는 더욱 힘들다(윤수진, 2009). 이는 최근 기후변화 교육의 중요성과 이에 대한 대응방법으로서 문제점을 갖고 있다. 기후변화 교육으로서 가장 좋은 방법은 초등학교 등 어린 시절부터 국민들의 인식을 개선하는 노력이 이루어져야 하고(Tognacci & Weigel, 1978), 기후변화에 대응하는 행동의지는 기후변화 문제에 많은 관심과 태도를 갖고 있을 때 더 잘 나타날 수 있다(Weigel et al., 1972). 그러므로 초등학교에서부터 기후변화 교육을 강조하여 기후변화 인식과 대응 의지를 키울 수 있도록 기후소양을 교육할 필요가 있다.

중학교 과학 교과에서는 기후변화 관련 내용은 3학년 1학기 ‘기권과 날씨’ 단원에서 태양, 지표, 대기의 상호작용에 의해 지구의 기온이 달라질 수 있음을 알고, 온실효과와 지구온난화를 복사 평형의 관점으로 설명하면서 기후변화와 그 대응을 학습하게 되어 있다. 그러나 날씨와 복사평형 관점에서 기후에 관계된 온실효과와 지구온난화 등 일부 개념이 제시되어 있을 뿐, 기후변화의 현상이나 원인, 영향 및 대응 방안 등에 대한 구체적인 내용을 포함하고 있지 않다. 기후변화 교육은 학교 교육과정 내에서 구현될 때, 가장 바람직하게 진행될 수 있고, 그 효과도 분명하게 나타날 수 있어서(우정애와 남영숙, 2012), 중학교 과학 교과에서는 기후변화 교육이 더욱 강조되어야 한다. 고등학교 통합과학에서 기후변화에 관련된 날씨와 기후, 온실효과, 지구온난화, 기후변화의 원인과 대응 방안 등이 본격적으로 다루어 진다. 통합과학은 초 중학교 과학 및 고등학교 12개 과학 과목과 긴밀하게 연계되도록 구성되어 있어서(교육부, 2015) 간학문적이면서 다학문적인 지속가능발전 교육의 특징과 맥을 같이 한다. 고등학교 선택과목으로 지정된 지구과학 I에서 기후변화 관련 학습 내용은 10학년에서 공통으로 배우는 통합과학 교과에서 이미 배웠던 내용이 일부 반복 되고 있으며, 지구 시스템과 대기-해양의 상호작용 측면에서 좀 더 심화된 기후변화의 학습 내용이 더해져 제시되고 있다.

2. 교수-학습 프로그램 개발

본 연구에서 활용한 STEAM 교육 프로그램 개발 모형은 준비-개발-실행-평가의 4단계로 구성된 김진수(2011)의 PDIE 모형을 활용하였다. PDIE 모형에서 준비 단계는 STEAM 자료 개발의 사전 단계로서 학습자 및 대상자들의 요구와 교육과정, 교과서 등을 분석하고, 학습 목표와 평가도구를 설계한다. 개발 단계에서는 준비 단계의 기초 자료를 기반으로 STEAM 수업에 관련된 다양한 교수·학습 자료를 실제로 개발하는 단계이며 실행 단계에서는 개발된 STEAM 자료를 학교현장에 실제 적용해 보는 pilot test를 실시하여 현장 적합성과 불일치 정도를 피드백 한다. 평가 단계는 STEAM 자료의 효과를 파악하기 위한 평가를 실시하고, 자료를 수정 및 보완하여 최종적인 STEAM 자료를 완성하는 단계이다. 먼저, 기후변화를 주제로 융합교육을 위한 학생용 학습자료와 교사용 수업자료(수업지도안, 프리젠테이션 자료, 동영상, 실험 안내 매뉴얼, 평가자료 등)를 개발했다. 학생용 학습자료는 교재 형태로 학생들에게 제공되며 수업의 기본적인 구성 체계는 STEAM 수업 과정에 따라 ‘상황제시-창의적 설계감성적 체험-새로운 도전-정리 및 평가’의 순으로 구조화하였다(Table 2). 총 10차시로 구성된 개발 프로그램의 주요 탐구요소와 학습내용은 Table 3과 같다.

Table 2. The framework of STEAM education program for climate change.

Table 3. The main contents of climate change education STEAM program using leaf fossils(CLAMP).

• 1차시: 상황제시와 우리 고장 기후변화 탐구 활동 기후와 인간 활동의 상호작용, 기후변화가 미래에는 인간의 생존마저 위협하게 되는 상황 등을 제시하여 흥미를 유발하면서 10차시에 걸쳐 진행될 기후변화 교육 프로그램에 대한 오리엔테이션을 실시한다. 우리고장의 기후에 대해 탐구할 수 있는 방안을 선행 연구와 문헌 검색으로 발표하고 토의하며, 기후변화 교육의 학습동기를 유발하고 학습목표를 제시한다. 학교 주변의 숲에서 광엽수종 잎을 수집하여 잎의 가장자리 모양으로 우리 지역의 기후를 연구할 수 있는 LMA 탐구 활동을 실시한다(Fig. 3).

Fig. 3. The student’s worksheet for climate inquiry activity(LMA) in our neighborhood

• 2-3차시: 창의적 설계와 CLAMP 특성 분류 활동 성공적인 감성적 체험 활동을 위한 준비 단계로서 CLAMP의 31가지 특성을 분석할 수 있는 방법적 기술을 습득하고, 연구 지역에 대한 조사와 야외학습 준비 및 창의적 설계 과정을 진행한다. 학생들은 신제 3기 퇴적층인 포항의 금광동층에서 채집하고 선별한 잎 화석 샘플 23개를 이용해 CLAMP 분석 기준에 따라 분류하고 분석하는 기술 습득 등의 탐구 활동을 진행한다(Fig. 4).

Fig. 4. The fossil leaves sampled from the Geumgwangdong Formation and classified as a morphotype feature.

• 4-7차시: 야외학습(CLAMP 고기후 탐구)과 감성적 체험 학생들은 포항시 금광동 지역을 지질답사하면서 잎화석을 채집하는 야외학습을 실시한다. 화석을 채집하고 전문가 멘토링과 팀별 협동학습 과정에서 과학탐구의 재미와 의사소통, 협력 등을 경험할 수 있도록 했다. 고기후 탐구 과정에서 CLAMP(2019)사이트에 접속하여 빅데이터를 활용한 시뮬레이션과 SW 역량을 키울 수 있도록 했고, 자연에서의 야외 활동과 과학자들의 연구 과정을 멘토링하면서 감성적 체험을 할 수 있도록 했다. 학생들은 경북 포항시 남구 동해면 금광리 지역의 금광동층 노두(2개 지점)에서 잎화석을 수집했고, 잎화석의 형태적 특징에 의해 선별 작업을 진행했다. 화석 채집 지점은 Fig. 5의 ①, ② 이다. 학생들은 4~5명 조별활동으로 두 개 지점에서 잎화석을 채집하였고, 현장의 지도교사 도움으로 잎의 특성을 분석하는 체험활동을 실시하였다. 학생들은 교실로 돌아와 야외학습에서 채집한 잎화석을 대상으로 잎의 특성을 분석하는 방법을 조별 토의한 후, 지도교사가 제공한 23개 표본(Fig. 4)을 분석하여 CLAMP 입력 자료(31개 요소)를 완성하도록 하였다. 이 자료를 CLAMP(2019) on-line에 접속하여 해당 지역의 지역 정보를 배경으로 분석한 결과가 Fig. 6이다. CLAMP 분석결과, 지금으로부터 약 2,600만년 전 신제3기 금광동층이 퇴적될 당시의 평균기온은 10.78℃ 였고, 강수량은 118.1mm이다. 포항의 현재 관측 값(1981-2010년 평균)과 비교하면 3~4℃ 정도 낮았고, 강수량도 현재보다 상당히 적은 양이었다(Table 4)(기상청, 2019).

Fig. 5. The route map(left) of study area and a fossil leaves were collected from sites ① and ②.

Fig. 6. The results of paleoclimate simulation and CLAMP input data(CLAMP, 2019).

Table 4. The Neogene and the current climatic factors in Pohang city(CLAMP, 2019).

• 8-10차시: 새로운 도전 및 평가 이 단계에서는 감성적 체험 과정에서 배우고 느낀 것을 토대로 새로운 도전의 기회를 제공하고 수업 과정에서 완성된 산출물을 발표할 수 있는 장을 마련한다. 우리나라 포항 지역의 신제3기 마이오세 지층에 대한 고기온 탐구 결과와 아시아 각국의 기 온 변화에 관한 선행 연구(Tanai, 1991) 검토를 통해 북반구의 기후변화에 대해 논의하고, 기후변화 대응 방안을 제안하고 발표하도록 했다(Fig. 7).

Fig. 7. Student's worksheet for paleoclimate trend of the Cenozoic.

3. 개발 프로그램 타당도 검증

개발한 기후변화 융합교육 프로그램에 대한 내용타당도 검증(Index of Content Validity; CVI)은 30문항으로 구성된 검사지(Cronba-ch's α=0.82)를 활용하여 교육 전문가 패널 5인의 응답 결과를 분석했다. 그 결과 5점 리커트 척도로 모든 검사항목에서 3.9 이상, 평균 4.24(CVI .84)로 매우 타당하다는 검증을 받았다(Table 5). 프로그램의 타당성 검증 과정에서 야외학습의 안전 준수와 수업 내용(분량)의 적절성, 학습 내용의 학교 급간 연계와 계열성에 대한 의견이 제시되어 이를 반영하여 보완하였다. 또한 수업 시간의 배당과 CLAMP_on line의 운영에 대한 개선 의견을 반영하여 프로그램을 완성했다.

Table 5. The result of response by review experts panel for validity verification.

4. 예비 수업(pilot test) 적용

개발 교육 프로그램의 현장 적합성과 타당성, 실제학교 현장에서의 불일치 정도를 줄이기 위해 예비 수업을 실시했다. 학습자들을 4~5명 조별 협동학습으로 수업(pilot test)에 참여했으며 개인별로 각 문항에 대한 만족도 인식을 조사하였다. 전체 문항에 대하여 리커트 5점 척도 평균은 4.17이다(Table 6). 모든 검사 문항에서 3.67 이상으로 프로그램의 유용성과 흥미도, 참신한 학습 내용, 기후변화 수업 적합성 등에서 만족하였음을 알 수 있다. 특히 수업 내용이 참신하고 새로워서 재미있었다는 의견이 많았고(4.57), 기후변화 융합교육수업에 대한 전반적인 만족도(4.48), 기후변화에 대한 충분한 이해와 이에 대한 대응 방안을 고민하게 되어 좋았다는 반응(4.38)이 높았다. 상대적으로 수업 시간이 충분하지 않았고(3.67), 학습 내용을 충분히 이해하는데 다소 어려움이 있었다(3.90)는 의견이 있었다. 이를 반영하여 핵심 개념과 학습자 활동 중심으로 수업내용을 적정화하여 학생들이 좀 더 여유 있게 활동할 수 있도록 했다. 새로운 용어와 CLAMP 분류 기준에 따라 분석하는 과정에서 학생들이 이해하기 쉽도록 충분히 설명하고, 질의-응답 시간을 갖도록 개선하였다.

Table 6. The results of satisfaction survey on students participating in the class (N = 21).

Ⅳ. 결론 및 제언

이 연구에서는 고등학교 학생들이 통합과학 교과수업으로 잎 화석을 활용한 CLAMP 고기후 탐구활동으로 우리나라 신생대 고기후에 대해 정량적으로 탐구하고 체험할 수 있는 융합교육 프로그램을 개발하였으며, 이에 대한 학교 현장의 적용 가능성과 적합성을 시범수업(pilot test)하여 기후변화 교육 프로그램을 완성하였다. 이 연구의 결론은 다음과 같다.

첫째, 2015개정 교육과정에 따라 개편된 초등학교과학 교과서에서는 ‘지구온난화’ 용어가 삭제되었고, 기후 또는 기후변화 용어도 제시되지 않고 있다. 중학교에서도 온실효과 용어는 도입되어 있지만, 현상에 대한 이해 정도로 다루고 지구 시스템적 접근이나 기후변화와 관련하여 논의되지 않는 등 초등학교와 중등학교에서 기후변화 교육이 소홀하게 다뤄지고 있다. 기후변화에 대응하는 행동의지는 기후변화 문제에 많은 관심과 태도를 갖고 있을 때 더 잘 나타날 수 있어서(Weigel et al., 1972), 초등학교에서부터 기후변화 교육을 강조하여 기후변화 인식과 대응 의지를 키울 수 있도록 기후소양을 교육할 필요가 있다.

둘째, 고등학생을 대상으로 하는 ‘잎화석의 CLAMP탐구 기후변화’ STEAM 교육 프로그램을 준비와 개발, 실행, 평가의 4단계 교수-학습 설계 모형(PDIE)에 따라 개발하였다. 먼저 교육과정을 분석하여 학습 내용을 선정하고, 차시별 계획과 교수-학습 지도안, 교사용 안내자료, 학생 탐구 활동지 등을 기후소양 교육과 통합과학 관점에서 개발하였다. 총 10차시 분량으로 소집단 프로젝트 수업이 이루어지도록 했다. 기후변화 교육은 학교 교육과정 안에서 학교 교육으로 이루어질 때 가장 효과적이어서(우정애와 남영숙, 2012) 고등학교 1학년을 대상으로 하는 ‘통합과학’ 교과에서 기후변화 교육을 적극적으로 실현해야 한다. 특히 통합과학은 초-중-고등학교 과학 과목과 긴밀하게 연계되도록 구성되어 있어서(교육부, 2015) STEAM 교육이 자연스럽게 구현될 수 있는 교과이고, 고등학교 공통과목으로서 전 국민의 기후소양과 기후변화 교육으로 매우 적합하다.

셋째, 개발된 기후변화 STEAM 교육 프로그램은 5명의 교육 전문가 패널에 의해 델파이 방법으로 수정-보완하였고, 개발목적과 방향이 적절한지에 대한 타당성을 검증 받았다. 내용 타당도 검사 결과, 모든 항목에서 3.9 이상이며 평균 4.24(CVI .84)로서 프로그램 개발 목적에 매우 타당한 것으로 검증 받았다. 개발 프로그램을 고등학교 과학 동아리 1학년 학생(22명)을 대상으로 예비 수업에 적용하여 수업관찰과 설문조사, 지도교사 의견 등을 반영하여 프로그램을 완성하였다. 개발 프로그램을 학교 현장에 적용하기 위해 불일치 정도를 해소하고 적합성을 검토하기 위한 pilot test에 참여한 학생들의 교육 만족도는 4.17이었다. 기후변화수업 내용이 참신하고 재미있었다는 의견이 제일 많았고(4.57), 야외수업 등으로 수업에 대한 전반적인 만족(4.48)과 충분한 기후변화에 대한 교육을 받게 되어 좋았다(4.38)는 의견이 많았다. 그러나 학생들은 채집된 화석을 분류하고 CLAMP 특성 요인을 분석하는 과정을 어려워 했고(3.90), 학습 배당시간이 다소 부족하다고 생각(3.67) 했다. 이러한 의견을 반영하여 핵심 개념중심으로 학습량을 적정화하여 학습 소요 시간을 줄였고, CLAMP 탐구 활동 과정에 시간을 더 배당하였다. 감성적 체험 과정에서 학생들은 야외학습을 통해 포항시 금광동층에서 채집한 23개 표본을 활용한 CLAMP분석 결과, 신제3기(약 2,600만년 전)의 년평균기온은 10.78℃, 년강수량은 118.10mm로서 포항지역의 현재기후 값과 비교하면 기온은 3~4℃ 정도 낮았고, 강수량도 상당히 적은 양으로 분석되었다(기상청, 2019). 이를 토대로 동시대의 동아시아와 북미 지역 연구 결과를 종합하여 신생대 제3기의 북반구 기후변화를 논의 했고, 이 과정에서 학생들은 실천적 기후소양을 함양할 수 있었다.

본 연구를 통해 다음을 제언한다. 첫째, 최근 세계적인 기후변화의 경향과 심각해지는 이상기후에 직면하면서 우리 사회의 지속 가능한 발전을 위한 기후변화교육이 어려서부터 기후소양으로 더욱 강조되어야 한다. 기후변화 대응 의지 및 태도는 기후변화에 대한 관심과 인식 수준에 따라 결정됨으로 초등학교에서부터 범교과 교육이나 창의적 체험활동 등으로 기후변화 교육이 강조될 수 있도록 교육과정부터 개선되어야 한다.둘째, 지금까지 기후변화 교육과 연구가 온실효과, 지구온난화 등의 현상을 이해하거나 지식을 갖는데 집중했다면 앞으로는 지구 시스템적 접근으로 기후변화의 원인과 종합적인 이해를 넘어서 학생들이 직접 탐구하고 체험할 수 있는 교육으로 이루어져야 한다. 본 연구와 같이 자연에서 실제적인 기후변화 탐구를 통해 학생들이 기후변화의 실천적 지식을 갖게 하고, 그 의미를 감성적으로 체험할 수 있도록 하여 기후변화에 대한 대응의지와 행동으로 발현될 있도록 더 많은 탐구활동 중심의 기후변화 교육 프로그램이 개발되기를 제언한다.