물리 교과 내용이 요구하는 과학적 사고력과 고3 자연계 학생들의 인지 수준 비교

Abstract

According to the result of many studies, it's reported that the cognitive level of students don't perfectly get to the formal operation. So there are many difficulties in stusent' understanding abstract subject matter of science. The purpose of this study is to survey cognitive level of students, to compare the cognitive level of students with the cognitive level required by physical concept, for explain reason that high school students have difficulty in understanding of physics. To test the conitive level of the students, GALT ( Group Assessment of Logical Thinking ) was utilized, and to analyze the contents of the textbook, CAT ( Curriculum Anaiysis Taxonomy ) developed by Shayer and Adey of England was utilized. The results of this study obtained by analysis are as followed. First, Only 44.9% of junior student in high school get to formal operational stage, 49.6% of them get to traditional stage and 5.5% of then get to concrete operation stage. Second, As the result of analysis of physics contents, 56.0% of physics concepts need the late formal operational thinking, 37.9% need the early formal operational thinking and 6.1% need the late concrete operational thinking. Therefore we can know that 93.9% of them need formal operational thinking. Third, As the result of GALT test the forming degree of each reasoning pattern showed the forming rate of Proportional reasoning is most high and the forming rate of Combinational reasoning is most low. Fourth, The students who can do formal operational thinking perfectly occupy 44.9% but physics concepts which required formal operational thinking reaches 93.9%. Therefore, it is espectation that students have much difficulties in studying physics because of the difference between there cognitive level and it's concept level. The suggestive point which the result of this study give to physics education are as follow First, Teachers must know the requiring cognitive level of each physics concept, cognitive level of students, the forming degree of each reasoning before class. If the cognitive level required in the physics concept higher than the student's cognitive level, we must teach concept by suggesting several class-aid material according to the level of student and many examples. Second, Teachers have to divide into the superior classes and the ordinary classes considering the differential level of each student. Teachers have to develop and use the texts which fit the cognitive level of each student. With doing so, we can expect good effect on teaching physics. Third, Teachers must not make students learn by only seeing hearing and over simplified memorizing, they must help their students to obtain the scientific knowledge through the concert experience. For this, education at the laboratory must be promoted. The course of experiment ought not to check simply the contents of the texts. Teachers have to lead their students to have question for himself and solve problems through exploration. If experiment is impossible, teachers have to use the film or real examples in order to achive successful learning.;많은 연구 결과에 의하면 중,고등학교 학생들의 인지 수준은 형식적 조작기에 완전히 도달하지 못하여 추상적인 과학 교과 내용을 이해하는데 어려움이 있음을 보고하고 있다. 본 연구의 목적은 고등학생들이 물리 교과를 어려워하는 원인을 설명하기 위하여 학생들의 인지 수준을 직접 조사하고, 이를 물리 개념이 요구하는 사고력 수준과 비교하여 보는데 두었다. 학생들의 인지 수준 조사에는 GALT 검사지를 번역한 '논리적 사고력 검사지'를 이용하였고, 물리 교과 내용 분석에는 Piaget 이론을 근거로하여 영국의 Shayer와 Adey가 만든 CAT(Curriculum Analysis Texonomy)의 세가지 분류틀을 써서 12개의 주제 영역중 분석 가능한 개념을 선택하여 분석하였다. 분석한 결과 얻은 결론은 다음과 같다. 첫째, 고등학교 자연계 3학년 학생들은 Piaget가 예상했던 것과는 달리 44.9%만이 형식적 조작기 에 도달했고 49.6%는 과도기에, 5.5%는 구체적 조작기에 있음이 밝혀졌다. 둘째, 총 9개의 주제 영역으로 물리 교과 내용을 분석한 결과 분석한 물리 개념 전체 중 56%는 후기 형식적 사고를 요구하고, 37.9%는 초기 형식적 사고를, 6.1%는 후기 구체적 조작 사고를 요구하여 물리 개념의 93.9%가 형식적 사고를 요구함을 알 수 있다. 세째, GALT 검사 결과에 따른 논리 유형별 형성 정도를 보면 비례 논리가 88.2%로 가장 높은 형성률을 보였고, 조합 논리가 43.3%로 가장 낮은 형성률을 보였다. 네째, 형식적 조작 사고를 완벽하게 할 수 있는 학생은 전체의 44.9% 인데 물리 교과 내용은 형식적 조작 사고를 요구하는 내용이 93.9% 에 이르러 많은 물리 개념들이 학생들의 인지 수준과는 맞지 않고, 우리나라 고 3 자연계 학생들의 평균 인지 수준을 고려할 때 전체의 55.1% 이상의 학생들은 물리 학습에서 실패할 가능성이 있음을 예상할 수 있다. 이상의 연구 결과가 물리 교육에 주는 시사점은 다음과 같다. 첫째, 교사들은 수업전에 학생들의 인지 수준과 논리 유형별 형성 정도 그리고 물리 개념이 요구하는 사고력 수준을 미리 파악하고, 학생들이 이해하기에 높은 사고력 수준을 요구하는 주제인 경우에는 많은 예시와 수업 보조 자료를 이용하여 학생들의 이해를 도와야 한다. 둘째, 학생들의 개인차를 고려하여 우수학급과 보통학급으로 나누고, 각 학급 학생들의 인지 수준을 고려한 물리 교과서를 다양하게 개발하여 학생들의 인지 수준에 맞는 교과서로 지도 한다면 높은 학습 효과를 기대 할 수 있다. 세째, 학생들이 단순히 보고, 듣고, 외우는 것을 통한 과학 학습이 아닌 구체적 경험을 통해 과학 지식을 획득하도록 도울 수 있어야 한다. 이를 위해 실험실 교육을 활성화 시켜야 한다. 실험의 과정도 단순히 교과서의 내용을 확인하는 정도의 실험이 아닌 학생 스스로 의문을 갖고 그 문제를 해결해 나갈 수 있는 탐구의 과정이 될 수 있도록 유도하고 실험이 불가능한 경우는 가급적 필름이나 구체적인 실례를 통한 학습이 이루어 지도록 하여야 할 것이다.