광합성의 기본 개념에 관한 학생들의 이해도 조사

Abstract

The process of photosynthesis is basic to the understanding of many other aspects and functions of biological systems. Because of its curricular significance, photosynthesis has served as the focal point in various investigations of student conceptions. In order to investigate students' understanding on photosynthesis, a test tool consisting of 10 basic questions was developed. The subjects of this study were 363 2nd grade middle school students (n=363; f=155, in=208) and 392 2nd grade high school students (n=392; f=200, in=192). In addition, text books were assessed for the potential sources of students' misconceptions. The results were analyzed by two-way ANOVA in the statistical package SAS. The major findings are as follows: 1. The scores of middle school and high school students were average 60 and 48 points, respectively, revealing higher scores for high school students (p < 0.05). 2, The scores of boys and girls were average 52 and 57 points, respectively revealing higher scores for girls (p < 0.05). 3. The major misconceptions which students have as follows : 1) Respiration of oxygen inhalation and carbon dioxide exhalation does not occur in plants and the plants photosynthesize in sunlight and respire at night. 2) The plants synthesize carbohydrates not by photosynthesis but by the processes involving inorganic salts and water absorbed through the roots from soils. 3) The oxygen expelled by photosynthetic processes originates not from water but from carbon dioxide and light is not essential to the formation of oxygen. 4. The results do not show that the text books may be the source of students' misconceptions on photosynthesis.;과학적 현상과 관련하여 학생들이 가지고 있는 선입개념은 학습 이전에 주위 환경에 의해서 형성되며 과학 학습에 큰 영향을 준다. 특히 학생이 가지고 있는 개념이 교사가 가르치고자 하는 과학 개념과 다른 오개념일 때에는 교사가 의도한 것과 다르게 학습되어 학생이 과학 개념을 바르게 이해하지 못하는 원인이 된다. 식물의 광합성은 생물의 기본적인 생명 현상인 물질 대사를 이해하기 위한 첫 단계의 개념이므로 그 중요도가 높다고 볼 수 있다. 그러나 지금까지 광합성 개념에 대한 학생들의 이해도를 조사한 연구는 부분적으로 수행되었고 특히 국내에서 학생들이 광합성과 호흡을 구별하여 이해하고 있는 지를 조사한 연구는 수행된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 먼저 국내외에서 발표된 바 있는 광합성에 관한 오개념 관련 연구 문헌들을 토대로 하여 총 10문항의 선다형 질문지를 개발하였다. 이 검사도구를 이용하여 서울 지역에 위치한 중학교 2학년 학생 363명과 고등학교 2학년 학생 392명을 대상으로 광합성 개념에 대한 이해도를 조사하고 학생들의 오개념의 유형을 분석하였다. 그리고 「과학2」, 「공통 과학」, 「생물Ⅱ」교과서에 나타나 있는 광합성 단원의 내용을 분석하여 교과서가 학생들의 개념 형성에 원인으로 작용하는 지를 알아보았다. 광합성의 기본 개념에 관한 이해도가 학교급별·성별에 따라 차이가 있는 지를 알아보기 위하여 이원변량분석(two-way ANOVA)을 하였다. 본 연구의 결과를 종합하여 내린 결론은 다음과 같다. 1, 광합성의 기본 개념에 대한 이해도 점수는 100점 단위로 환산하여 중학생이 48점이었고, 고둥학생이 60점이었다. 학생들의 이해도는 학교급이 높아짐에 따라 증가하였다(P<0.05). 2. 광합성의 기본 개념에 대한 이해도 점수는 100점 단위로 환산하여 남학생이 52점이었고 여학생이 57점이었다. 남학생과 여학생의 이해도는 통계적으로 유의미한 차이가 있었다(P<0.05). 3. 광합성에 대하여 학생들은 다음과 같은 오개념을 많이 가지고 있었다. 1) 식물은 동물처럼 호흡을 하여 산소를 흡수하고 이산화탄소를 방출하지 않는다. 광합성은 낮에 일어나고 호흡은 밤에 일어난다. 2) 식물은 광합성을 통해 탄수화물을 만드는 것이 아니라 뿌리를 통해 흙으로부터 무기염류와 물을 흡수해서 탄수화물을 만든다. 3) 식물이 광합성 과정 중 방출하는 산소는 물에서 나오는 것이 아니라 이산화탄소로부터 나오는데 이 과정에서 빛이 필수적인 것은 아니다. 4. 각 교과서에 나타난 광합성 개념을 분석한 결과 「과학2」는 비교적 그 개념을 잘 제시하고 있었다. 「공통과학」은 대부분의 기본 개념을 포함하고 있으나 「과학2」에서 광합성을 배운 학생들이 「공통과학」을 통해 개념의 진보를 이루기에는 그 설명이 부족하였다. 「생물Ⅱ」는 기본 개념에 대한 설명이 충분하지 못하고 많은 새로운 개념이 첨가되어 광합성의 기본 개념을 학습하는 데는 크게 도움이 되지 못하였다. 5. 본 연구에서 학생의 광합성에 대한 이해도 검사와 교과서 분석을 종합한 결과 광합성에 대한 오개념 형성에 교과서가 그 주된 원인으로 작용하지 않는 것으로 나타났다.