사회적 구성주의에서 강조하듯이 협력적인 학습 환경에서 학생들 간의 상호작용이 활발할 때 의미 있는 과학학습이 이루어질 수 있다. 본 연구에서는 문화적 차원의 심리적 속성인 집단주의 성향에 따라 이질적인 소집단과 동질적인 소집단을 구성하여 과학 협동학습을 실시했을 때의 교수 효과를 학업 성취도, 과학 학습 동기, 과학 수업 환경에 대한 인식 측면에서 조사하였고(연구 Ⅰ), 학생들 사이의 언어적 상호작용 양상을 조사하였다(연구 Ⅱ).
연구 Ⅰ에서는 중학교 1학년 과학 수업에 협동학습을 적용하여 학생들의 집단주의 성향을 고려한 소집단 구성이 학업 성취도, 과학 학습 동기, 과학 수업 환경에 대한 인식에 미치는 효과를 조사하였다. 또한, 과학 협동학습을 하는 동안 목표, 역할, 평가 등에 대한 학생들의 생각을 알아보기 위하여 협동학습에 대한 인식을 설문과 면담을 통하여 조사하였다. 188명의 학생들을 통제 집단, 이질 집단, 동질 집단으로 무선배치하고, ‘물질의 세 가지 상태’, ‘분자의 운동’, ‘상태 변화와 에너지’ 단원에 대해 총 12차시 동안 수업을 실시하였다. 분석 결과, 학업 성취도에서는 주효과(MS=54.39, F=3.85, p=.023)와 상호작용 효과(MS=48.80, F=3.46, p=.034)가 나타났으며, 자신감(MS=.66, F=3.41, p=.035), 과학 수업 환경에 대한 인식(MS=.85, F=4.08, p=.018), 규칙의 명확성(MS=1.93, F=4.17, p=.017) 영역에서 수업 처치의 주효과가 나타났고 상호작용 효과는 나타나지 않았다. 집단주의 성향 하위(low collectivism: LC) 수준 학생들의 학업 성취도는 이질 집단에서보다 동질 집단에서 더 높았다(p<.01). 또한, 동질 집단과 이질 집단의 자신감 검사 점수가 통제 집단에 비하여 유의미하게 높았다(p<.05). 동질 집단의 과학 수업 환경에 대한 인식과 규칙의 명확성 검사 점수가 통제 집단에 비하여 유의미하게 높았다(p<.01). 집단주의 성향 상위(high collectivism: HC) 수준 학생들은 협동, 배려, 조화, 여유로움을, LC 수준 학생들은 경쟁, 점수, 정확, 신속함을 중요하게 생각하는 것으로 나타나, 집단주의 성향 수준에 따라 학생들이 가진 협동학습에 대한 인식이 다름을 알 수 있었다. 이와 같은 연구 Ⅰ의 결과는 집단주의 성향 측면에서 이질적, 동질적으로 구성한 소집단 내 학생들의 상호작용 양상이 다를 수 있음을 시사한다.
이에 연구 Ⅱ에서는 중학교 1학년 32명을 대상으로 과학 협동학습 과정에서 학생들 사이의 언어적 상호작용을 개별 진술, 상호작용 단위, 갈등행동 단위 수준에서 분석하고, 집단주의 성향에 따른 이질 집단과 동질 집단의 언어적 상호작용을 비교하였다. 또한, 학업 성취도, 학업 성취도의 향상과 언어적 상호작용 사이의 상관관계를 조사하였다. 연구 Ⅰ의 협동학습 집단 중 이질 집단 4개조와 동질 집단 4개조의 12차시 중 ‘압력’, ‘보일 법칙’, ‘샤를 법칙’, ‘융해열’을 학습한 4개 차시의 협동학습 과정에서 나타나는 학생들 간의 언어적 상호작용을 녹음, 녹화한 다음, 기록 원고를 작성하고 분석하였다. 개별 진술 수준의 분석 결과, 과제 관련 진술의 하위 영역의 분포는 이질 집단과 동질 집단에서 유사하게 나타났고, 두 집단 모두 설명하기의 빈도가 가장 높았다. 상호작용 단위의 유발 빈도는 이질 집단(14.4회)보다 동질 집단(25.5회)에서 높았고, 대칭적 상호작용의 유발 빈도가 가장 높았다. 개별 진술의 빈도와 상호작용 단위의 유발 빈도는 이질 집단에서 LC 수준 학생(41.1회, 4.4회)보다 HC 수준 학생(64.0회, 10.0회)이 높았다. 갈등행동 단위의 유발 빈도는 전체적으로 낮은 편이었으나 집단별로 비율이 비슷했다. 특히, 동질 집단에서 LC 수준 학생의 경우에는 회피와 경쟁의 유발 빈도가 높았고, 동질 집단에서 HC 수준 학생의 경우에는 협력의 유발 빈도가 높았다. 또한, 상호작용 단위 수준에서 이질 집단과 동질 집단 간의 질적인 차이가 있었고, 갈등행동 단위 수준에서는 동질 집단의 HC 수준 학생과 LC 수준 학생 간의 질적인 차이가 나타났다. 학업 성취도, 학업 성취도의 향상은 과제관련 진술의 합계와 유의미한 상관을 나타냈다.
종합하면, 과학 협동학습에서 학생들의 자신감이 집단주의 성향과는 무관하게 향상되었다. 집단주의 성향에 따른 이질 집단에서 LC 수준 학생의 과학 학습 동기가 낮았고 HC 수준 학생과 LC 수준 학생 간의 상호작용이 활발하지 않았으며 LC 수준 학생의 학업 성취도가 낮게 나타났다. 이에 비해 집단주의 성향을 고려한 동질 집단의 경우에는 학생들의 과학 수업 환경에 대한 인식이 높았고 학업 성취도나 학업 성취도의 향상과 유의미한 상관관계를 나타내는 상호작용이 비교적 활발하게 나타났다. 따라서 과학 협동학습이 효과적으로 이루어질 수 있도록 소집단을 구성할 때 학생들의 집단주의 성향을 고려할 필요가 있다.

Meaningful science learning could be accomplished when students’ participation in verbal interaction is high under collaborative learning environments, which was emphasized in social constructivism. In this study, heterogeneous and homogeneous small groups were constructed by students’ collectivism, which is a psychological property of cultural dimension. The instructional effects on their academic achievement, science learning motivation, and perceptions of science learning environment (Study Ⅰ) and their verbal interactions (Study Ⅱ) in science cooperative learning processes were investigated.
In Study Ⅰ, the effects of grouping by students'' collectivism in cooperative learning strategy applied to middle school science classes on their academic achievement, science learning motivation, and perceptions of science learning environment were investigated. Students'' perceptions of cooperative learning were also studied with survey and interview to investigate their thoughts about their goals, roles, and assessment, during science cooperative leaning. The students were assigned to the control, heterogeneous, and homogeneous groups, and were taught about ‘three states of matter’, ‘motion of molecules’ and ‘change of state and thermal energy’ for 12 class hours. The analyses of the results revealed that main effect (MS=54.39, F=3.85, p=.023) and interactive effect between the instruction and the level of collectivism (MS=48.80, F=3.46, p=.034) were found in the test scores of achievement. There were main effects in the test scores of confidence (MS=.66, F=3.41, p=.035), perceptions of science learning environment (MS=.85, F=4.08, p=.018), and rule clarity (MS=1.93, F=4.17, p=.017), and interactive effects between the instruction and the level of collectivism were not found. The achievement test scores of the students of low collectivism in the homogeneous group were significantly higher than those in the heterogeneous group (p<.01). In addition, the test scores of confidence in the treatment groups were significantly higher than those in the control group (p<.05). The test scores of perceptions of science learning environment and rule clarity in the homogeneous groups were significantly higher than those in the control group (p<.01). The students of high collectivism were concerned with cooperation, consideration, harmony, and unhurriedness, and those of low collectivism were concerned with competition, score, correctness, and a prompt action. There were differences in the perceptions of science cooperative learning in terms of students'' collectivism. The results of Study Ⅰ implied that there might be differences between the students’ discourse patterns of heterogeneous and homogeneous groups by students’ collectivism.
In Study Ⅱ, we analyzed verbal interactions of 32 students in 7th graders’ science cooperative learning at the levels of turns, interaction units, and conflict behavior units, and compared their verbal interaction patterns between the heterogeneous and homogeneous groups by students’ collectivism. The relationships of verbal interactions with the achievement test scores and the increase of the achievement test scores were also investigated. The students’ verbal interactions within 8 treatment groups of Study Ⅰ during cooperative learning processes about ‘pressure of gas’, ‘Boyle’s law’, ‘ and ‘Charles’s law’, and ‘heat of fusion’ for 4 class hours were video- and audio-taped, transcribed, and analyzed. In the analyses of turns, the distributions of the subcategories of the statements related to the task were found to be similar in both groups, and the frequency of ‘explain’ was highest. The frequencies of interaction units were higher in the homogeneous groups (25.5) than the heterogeneous groups (14.4), and the frequency of ‘symmetric interaction’ was highest. In the heterogeneous groups, the frequencies of turns and interaction units for the students of high collectivism (64.0, 10.0) were higher than those of low collectivism (41.1, 4.4). The frequencies of conflict behavior units were generally low, but the rates were similar in both groups. In the case of the homogeneous groups, especially, the frequencies of ‘avoiding’ and ‘competing’ for the students of low collectivism were high, and the frequency of ‘cooperating’ for those of high collectivism was high. In addition, the qualitative differences between the two groups were found in the interaction units, and the qualitative differences between the students of high collectivism and low collectivism in the homogeneous groups were found in conflict behavior units. The achievement test scores and the increase of the achievement test scores were positively related with the sum of the frequencies of the statements related to the task.
In summary, the test scores of confidence were improved in science cooperative learning regardless of students'' collectivism. In the heterogeneous groups by their collectivism, the test scores of science learning motivation for the students of low collectivism were low, their participation in verbal interaction between those of high collectivism and low collectivism was low, and the test scores of achievement of those of low collectivism were low. In the homogeneous groups by students'' collectivism, on the other hand, the test scores of perceptions of science learning environment were high, and the frequencies of interaction units which were positively related with the achievement test scores and the increase of the achievement test scores were relatively high. Therefore, it is necessary to consider students’ collectivism when assigning them into small groups for the effective science cooperative learning. Educational implications are discussed.