고등학생의 인지 수준과 화학 교과 내용이 요구하는 과학적 사고력과의 비교 연구

Abstract

본 연구의 목적은 제5차 교육 과정에 의한 고등학교 화학 교과 내용 중 10개 주제의 각 세부 개념들이 요구하는 인지 수준과 그 대상인 고등학교 2학년 학생들의 인지 수준 분포가 어떻게 부합되어 있는가를 알아보는 데 있다. 학생들의 인지 수준 검사를 위해서는 미국 Georgia대학에서 개발한 GALT(Group Assessment of Logical Thinking)검사지를 사용하였고, 교과서 내용 분석을 위해서는 영국의 CSMS(Concepts in Secondary Mathematics and Science)Program에 의해 개발된 CAT(Curriculum Analysis Taxonomy)의 3가지 분석틀을 사용하였다. 분석 교과서는 과학Ⅱ(하)와 화학 교과서를 각 1종씩 임의로 추출하였고, 분석틀에 의해 10개 주제에 대한 내용을 뽑아서 각 세부 개념으로 나누어 분석하였다. 이상의 절차에 의거하여 얻은 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, Piaget 이론과는 달리 형식적 조작기에 있는 고등학생의 비율은 40% 미만으로 매우 저조하다. 특히 산업체 고등학생들은 1.2%밖에 되지 않는다. 둘째, 계열별로 인지 수준의 분포는 매우 큰 차이를 보이고 있다. 인문계 학생들은 대체로 과도기(약 55%)와 형식적 조작기(약 25-35%)에 있는 반면, 산업체 학생들은 거의 대부분(85%)이 구체적 조작기에 머물고 있다. 셋째, 논리 유형별 형성 정도는 각 논리 유형과 계열에 따라 그 차이가 크다. 산업체를 제외한 전계열에서 확률 논리의 형성률이 60-80% 정도로 가장 높고, 상관 논리의 형성률이 9-20% 정도로 가장 낮다. 각 논리 유형별로 가장 높은 헝성률을 보이는 계열은 인문계 이과이고, 가장 낮은 형성률을 보이는 계열은 산업체이다. 네째, 과학Ⅱ(하)와 화학 교과서 내용 중 분석한 10개 주제의 각 세부 개념의 대부분이 형식적 조작 사고를 요구한다. 특히 후기 형식적 조작 사고를 요구하는 개념이 초기 형식적 조작 사고를 요구하는 개념보다 훨씬 많다. 다섯째, 후기 형식적 조작 사고를 요구하는 화학 개념을 이해할 수 있는 학생 비율은 2-35%이고, 초기 형식적 조작 사고를 요구하는 개념을 이해할 수 있는 학생 비율은 산업체를 제외한 전 계열에서 65-89%를 차지한다. 많은 화학 개념들이 후기 형식적 조작 사고를 요구하므로 많은 학생들이 화학을 어려워하고 흥미를 느끼지 못할 것이 예상된다. 이상의 연구 결과가 화학 교육 과정에 주는 시사점은 다음과 같다. 첫째, 본 연구 결과를 통해 교사들이 가르칠 각 화학 개념이 요구하는 인지 수준과 대상 학생들의 인지 수준을 파악한다면 그 인지 수준이 부합되지 않은 경우 어려운 개념일지라도 보조 학습 자료 등을 사용하여 학생 수준에 맞게 교수하여 보다 높은 학습 효과를 얻을 수 있을 것이다. 둘째, 학생들의 인지 수준 형성 정도는 개인 차가 심하고, 각 화학 개념이 요구하는 인지 수준에 도달 못한 학생들은 그 개념을 이해하기 어려우므로 교사들이 가르칠 학생들의 인지 수준을 미리 조사하여 그 결과를 수업에 반영한다면 보다 효율적인 학습이 될 수 있을 것이다. 셋째, 실업계나 산업체 학생들의 대다수는 구체적 조작기나 과도기에 머물고 있으므로 그들의 인지 수준을 고려한 교과 내용이나 교수 방법을 현장 교사들과 과학 교육 연구가들이 개발해야 할 것이다.;The purpose of the present study is to find out how the cognitive level required in each detailed concept of ten subjects in the contents of the high school chemistry textbook of the 5th curriculum and that of the 2nd grade senior high school student will meet each other. To test the cognitive level of the subjected student, GALT(Group Assessment of Logical Thinking) was utilized, and to analyze the contents of the textbook, CAT(Curriculum Analysis Taxonomy) developed by CSMS(Concepts in Secondary Mathematics and Science)Program was utilized. As analysis textbook, each one kind of the textbook, Science Ⅱ and Chemistry, was chosen through random sampling and 10 subjects were selected by the taxonomy. The results of this study obtained by these processes are as follows: First, as differentiating from Piaget's theory, the percentage of the high school students in formal operational stage was as low as less than 40%. Especially, the students attending technical schools are as low as 1.2%. Second, the cognitive level distribution seen in each field were significantly differed. In general, while most students of liberal arts stay in transitional stage and formal operational stage, most students of technical field in concrete operational stage. Third, the forming degree of each reasoning pattern differ greately according to each reasoning pattern and field. In general, the forming rate of probabilistic reasoning is most high and the forming rate of correlational reasoning is most low. Fourth, in the contents of Science Ⅱ and Chemistry textbook, most of each detailed concept of ten subjects requires late formal operational thinking far more than the concept requiring early formal operational thinking. The suggestive points which the results of this study give to chemistry education are as follows: First, through the results of this study, if we know the requiring cognitive level of each chemistry concept which should be taught by the teachers and understand the cognitive level of the subject students, we'll can expect much more learning effect. That is, if the cognitive level required in the chemistry concept higher than the student's cognitive level, if' we teach that concept by suggesting several co-learning materials according to the level of students, more students will become understand that concept. Second, as the personal difference in the cognitive level distribution of students is great and the cognitive level of each students effects greately on the students' science concept forming, it's necessary for the teachers to understand before the cognitive level of the students they will teach.