중학교 1학년 과학 교과서의 인지요구도 수준 분석

Abstract

In general, textbooks in the school play a significant role in concreting the education process and linking between teaching and learning. It is the reality in Korea for teachers to heavily rely on text for their class teaching. Ironically, however, most teachers claim that the contents are difficult to teach. It is also claimed among students who study science, and turns out that the students in higher grades have more negative prospective in science. If students have no interest in science, then it is a very dangerous signal to science community. In other words, if the issue does not be addressed in a more serious and active way, critical problems will arise. It's the textbook to play a central role in connecting between teaching and learning as well as determining the quality of teaching and learning. When the cognitive level that is required in the textbook is higher than the students' cognitive level, then it is natural for students to regard the science as a difficult subject. In this sense, the level of cognitive demand should be balanced, and similar to each other. The aim of this study is to investigate the cognitive ability level required for understanding the 1st grade students' chemistry textbook of the 7th Curriculum for middle schools. In addition to that, it aims to find out whether the textbook contents are suitable for the cognitive level of students, in reference to the level of cognitive development in middle school students monitored in other studies. In this sense, it is to provide the reference materials to reconstruct the textbook contents and to assist instructional strategies. In order to analyse the level of cognitive demand required in the textbook, CAT(Curriculum Analysis Taxonomy) developed by CSMS (Concept in Secondary Mathematics and Science) in Great Britain was used. General concepts contained in 6 kinds of different textbooks among 8 kinds of the 7th Curriculum were selected and analysed. The difficult part that students claim were more closely discussed in this study. The results of the study are summarized as follows; First, the cognitive level of the 1st grade students' is mostly staged at the concrete operation and transition process. However, it is also expected to see significant differences affected by schools, gender and individuals, and therefore it is recommended for teachers to check the students' level directly. Second, it was easy to judge the level of cognitive demand for principle concepts in chemistry textbooks of the middle school by using CAT's 3 different taxonomies. Third, in view of the results on the analysis of chemistry textbook of the 1st grade students in middle schools, chapters of condition change and energy includes more description about formal operational stage, meaning that requires higher cognitive demand level. Fourth, amid the contents in 3 chapters of the 7th Curriculum which are same to the one of the 6th Curriculum, 1 chapter is included in the 1st grade's textbook while 2 chapters are covered in the 2nd grade's. Comparing to the contents of the 6th Curriculum, some changes are made in the 7th Curriculum such as more parts were described in detail.;교과서는 교수와 학습 과정에 있어서 중심적인 위치를 차지할 뿐만 아니라 교수 학습의 질을 결정짓는 중요한 역할을 한다. 이러한 과학 교과서에서 요구하는 인지 수준이 학생들의 인지 수준에 비해 높을 때 학생들은 과학을 어려운 과목으로 인식하게 되는 것이다. 따라서 교과서의 내용이 요구하는 인지요구도는 학생들의 인지 수준과 합당한지 아닌지를 알아봐야 할 것이다. 학생들의 수준이 교과서의 수준보다 낮을 때 학생들이 과학 교과를 어려워하고 흥미를 잃어버릴 수 있다. 본 연구의 목적은 제7차 교육과정 과학 교과서의 중학교 1학년의 화학 분야 내용이 요구하는 과학적 사고력 수준을 조사하고자 한다. 그리고 다른 연구에서 조사한 중학생들의 인지 발달 수준을 참고하여 교과서의 내용이 학생들의 인지 수준에 적합한가를 알아보고자 한다. 그리고 이를 현장 교사들의 수업방안 구상과 교과 내용의 재구성에 참고 자료로 제공하고자 한 것이다. 교과서 내용이 요구하는 인지요구도 수준을 분석하기 위해서는 영국의 CSMS (Concept in Secondary mathematics and Science) 프로그램에 의해 개발된 CAT의 분류틀(Curriculum Analysis Taxonomy)을 사용하였다. 현재 제7차 교육과정에서 사용하고 있는 과학교과서 8종에서 6종 교과서를 분석하여 공통된 개념을 추출하여 분석하였고, 이 개념 중에서 학생들에게 어려운 수준으로 서술되어진 부분들을 찾아보았다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 중학교 1학년 학생들의 나이는 13세～14세로 Piaget의 인지척도에 의하면 형식적 조작 수준에 도달할 연령이다. 하지만 문헌 조사에 의하면 중학교 1학년 학생들은 7.4～31%정도만 형식적 조작 수준에 있으며 29.5～44.4%가 과도기이고 33.3～63.1%정도가 구체적 조작 수준에 있었다. 둘째, 물질의 상태와 상태 변화 개념에 대해서는 모든 교과서에서 구체적 조작 수준으로 서술되어 있었고, 이것은 학생들의 인지 수준에 비추어 볼 때 적당한 수준으로 학생들이 이해하는데 무리가 없을 것으로 판단된다. 셋째, 분자 배열과 분자 모형은 대부분의 교과서의 서술이 구체적 조작 수준이지만 부분적으로 형식적 조작수준의 서술이 포함되어 있다. ‘물질의 상태에 따른 분자 배열의 차이를 설명할 수 있다.’, ‘대부분의 물질은 기체에서 액체로, 액체에서 고체로 상태가 변할 때 부피가 감소한다. 그러나 상태가 변해도 물질의 질량은 변하지 않는다.’, ‘상태 변화가 일어나도 물질을 이루는 분자의 수와 분자의 성질은 변하지 않기 때문에 물질 전체의 질량과 특성은 변하지 않는다.’등과 같은 내용 서술은 형식적 조작 수준으로 판정되며 학생들에게는 전체 내용을 이해하는데 결정적인 장애 요소로 작용할 수 있다. 넷째, 확산과 증발, 분자의 운동 개념을 보면 교과서마다 서술이 다르기 때문에 약간의 차이는 있지만 아직 구체적 조작 수준이 대부분인 중학교 1학년 학생들에게는 분자의 운동 내용은 어려울 수밖에 없다. '분자의 빠르기는 분자의 종류에 따라서도 달라진다. 작고 가벼울수록 빠르게 운동한다.', '액체 표면에 있는 분자 중에서 운동이 활발한 분자들은 액체 상태에서 기체 상태로 변한다. 액체에 열을 가하면 분자 운동이 활발해져서 빨리 증발한다.', '분자는 정지해 있는 것이 아니라 계속 움직이고 있다.'등과 같은 서술은 형식적 조작 수준으로 학생들에게 어려울 수 있다. 이런 부분에 있어서 교사들은 학생들에게 구체적 수준으로 낮추어 설명할 수 있어야 할 것이다. 다섯째, 기체의 압력과 부피 개념을 살펴보면 거의 모든 교과서 내용이 초기 형식적 조작 수준으로 판정된다. 기체의 압력과 부피의 개념을 알기 위해서는 보존 논리나 비례 논리, 계의 평형, 수리적 조작과 같은 인지 수준에서 대부분이 초기 형식적 수준을 요구한다. 이 개념의 이해를 위해서 교사는 구체적 수준으로 낮추어 학생들에게 설명해야 할 것이다. 여섯째, 기체의 온도와 부피 개념은 많은 교과서에서 내용이 구체적 조작 수준보다 형식적 조작 수준이 많은 것으로 판정된다. 기체의 온도와 부피 개념을 알기 위해서는 보존 논리와 비례 논리에서 형식적 조작 수준의 인지가 요구된다. ‘같은 압력에서 기체의 온도가 상승할 때 기체의 부피가 증가한다. 이것은 기체의 분자 운동이 활발해져서 기체 분자들이 더 넓은 공간을 차지하기 때문이다.’와 같이 샤를의 법칙을 설명하고 있는데 이 수준은 형식적 조작 수준으로 판정되며 교사는 샤를의 법칙을 좀 더 구체적 수준으로 낮추어 설명해야 할 것이다. 일곱째, 마지막 단원인 ‘상태 변화와 에너지’는 대부분이 형식적 조작 수준의 높은 인지 수준을 나타내는 것으로 판정된다. 이 단원의 이해를 위해서는 사건에 대한 추론, 범주화의 형태, 기술적인 문장에 대한 해석의 깊이, 보존 논리, 측정 기술 등에서 형식적 조작 수준의 인지를 요구하고 있다. ‘액체를 가열하면 액체의 온도가 올라가며, 액체 표면에서 증발이 일어나는 속도가 점점 빨라진다. 그러다가 일정한 온도에 도달하면 액체가 끓기 시작한다. 액체가 끓는 동안에는 계속 가열하여 주어도 온도가 더 이상 올라가지 않는다.’, ‘고체가 녹는 동안에는 고체와 액체가 함께 존재한다. 이때 가해 준 열은 모두 고체를 액체로 바꾸는데 쓰이므로 고체의 온도가 올라가지 않는다.’는 후기 형식적 조작 수준으로 중학교 1학년 학생들의 인지수준에 비추어 볼 때 상당히 어려운 내용이다. 이 부분에 대한 학생들의 이해를 돕기 위해 교사는 이 부분을 구체적 수준으로 낮추어 수업해야 할 것이다.