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실험을 통한 열개념 수업에서 중학생들의 인지갈등 유발정도와 개념변화

Title
실험을 통한 열개념 수업에서 중학생들의 인지갈등 유발정도와 개념변화
Other Titles
(A) Study on the Middle School Students' Preconceptions and the Conceptual Changes through Experiments on Thermal Equilibrium, Heart Conduction, and Heat Flow
Authors
백효현
Issue Date
2003
Department/Major
교육대학원 화학교육전공
Keywords
열개념인지갈등Preconceptions
Publisher
이화여자대학교 교육대학원
Degree
Master
Abstract
본 연구에서는 학생들이 일상생활의 경험에 의해 많은 오개념을 가지고 있는 열관련 개념에 대하여 예측과 실험을 통한 학생들의 인지갈등 유발 정도와 선개념 및 개념변화를 조사하였다. 연구 대상은 경기도에 위치한 중학교의 3학년 학생 152명이며, 개념 및 인지 갈등 검사도구를 사용하여 열 평형, 열 전도, 열 이동에 대한 실험 수업을 3차시 동안 실시하였다. 실험 수업의 진행은 다음과 같이 하였다. 문제 상황을 제시하고 이에 대한 예측과 확신도를 쓰게 한 후 문제 상황을 실험을 통해 그 결과를 확인하게 한다. 그 후 실험의 신뢰도와 인지갈등 유발 정도 및 문제 상황에 대한 답을 다시 적도록 한 후 교사가 문제 상황에 대한 설명을 한다. 그리고 실험 수업이 끝나고 열흘 후에 사후 개념검사를 실시하였다. 연구 결과, 학생들은 세 가지 열 관련 개념 중에서 열 평형에 대해 가장 많은 오개념을 가진 것으로 나타났다. 그리고 열 전도에 대해서는 컵에 따뜻한 물을 넣는 경우와 찬물을 넣는 경우 컵의 재질에 따른 온도 변화 차이를 물어 본 결과 찬물을 넣는 경우의 정답률이 따뜻한 물을 넣는 경우보다 낮게 나타났다. 이러한 결과는 학생들이 과학적 원리보다는 일상생활에서 얻은 경험을 바탕으로 직관적인 응답을 하였기 때문인 것으로 생각된다. 실험 전에 오답을 한 학생들이 정답을 한 학생들보다 실험 후의 인지갈등 유발 정도가 높았으며, 자신의 선개념에 대한 확신도와 실험에 대한 신뢰도는 낮은 것으로 나타났다. 또한 실험 전에 오답을 하였으나 실험 후에 정답을 한 학생들의 인지갈등 유발 정도가 가장 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 오개념을 가진 학생이 자신의 개념과 다른 실험 결과를 접하게 되면서 더 많은 인지갈등을 느끼게 되고 따라서 올바른 과학자적 개념으로 쉽게 변화될 수 있다는 증거로 볼 수 있다. 실험 직후의 개념검사에서 올바른 개념으로 변화한 학생들의 수가 증가한 것으로 보아 실험 수업이 개념변화에 효과적임이 확인되었다. 또한 실험 후에 추가된 교사의 설명에 의해 올바른 개념으로 변화한 학생들도 상당수 있어 실험 결과의 제시와 함께 교사의 설명도 중요함을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 열 관련 개념 중 특히 오개념을 많이 가지는 열 평형에 대한 교수법의 강화가 필요하며, 효과적인 개념학습을 위해서는 학생들의 선개념을 파악하고 적절한 인지갈등을 유발시키는 실험수업과 교사의 개념 설명을 병행하는 것이 바람직한 것으로 생각된다.;The purpose of this study is to suggest a proper teaching strategy for the concepts of thermal equilibrium, heat conduction, and heat flow by examining students' preconceptions and the conceptual changes through cognitive conflict. The 152 students in 3rd grade in middle school were examined of their conceptions on the above three concepts before and after the experiments and the degree of their cognitive conflict after the experiments were also measured. The students had most misconceptions on thermal equilibrium out of the three concepts. This is possibly due to their everyday experience of feeling the temperature by touching the materials. For the heat conduction, many students showed right answers on the question of cooling the hot water in the styrofoam cup by the time. However some of them gave wrong answers on the similar question of warming the cold water in the cup by the time. Again this result can be explained by their experiences of usually having hot drinks in the styrofoam cup. The group of having misconceptions showed far more cognitive conflict at the experimental results than the group of having right conception. As they had misconceptions, they had lower confidence in their answers and lower reliability to the experiments. In the result of cognitive conflict analysis to the change of answers before and after the experiment, the cognitive conflict was the highest in the group of changing from wrong answer to right one. This indicates a student having misconception experiences more cognitive conflict when he meet the experimental result different from his expectation and his misconception can be more likely changed into scientist-like conception. From the results that many students changed to have right conceptions after the experiments as well as after teachers explanation, it is found that both demonstration of the experiment and teacher explanation are important in conceptual change. The results suggest that it is necessary to strengthen teaching method on thermal equilibrium on which the students most have misconceptions. The well designed experiments which can activate the students cognitive conflict and following teacher explanation will be effective to change the students' misconceptions.
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