화학전지에 대한 웹 기반 시뮬레이션 프로그램의 학업 성취도 연구

Abstract

정보·통신의 발달로 웹 기반 학습(WBI, Web-Based Instruction)에 대한 관심이 높아지면서 과학 교육에서도 웹 기반 학습을 도입하려는 시도를 하고 있다. 화학 교육에서 중요한 주제 중 하나인 '전기화학'에 대한 웹 기반 시뮬레이션 프로그램은 아직 충분하지 않다. 따라서 이 연구에서는 화학전지에 대한 웹 기반 시뮬레이션 프로그램을 개발·적응하여. 웹 기반 시뮬레이션 학습이 전통적인 강의식 수업과 비교하여 학업 성취도에 있어서 차이가 있는지 알아보았으며, '실험 집단'의 웹 기반 시뮬레이션 학습에 대한 태도를 조사하였다. 연구대상은 일반화학을 수강하는 서울 지역 대학생 46명으로, 중간시험 점수로 두 집단으로 나누어 한 집단(실험집단)에게는 웹 기반 시뮬레이션 학습을 실시하였고, 다른 집단(통제집단)게는 전통적인 강의식 수업을 실시하였다. 연구 단원은 대학교 일반화학 교재의 '전기화학'단원 중 소단원인 '갈바니전지'와 '전해 전지'이다. 수업 처치 전 두 집단의 동질성을 알아보기 위하여 사전 검사를 하였으며, 수업 처치 후 학업 성취도를 알아보기 위하여 사후 검사를 실시하였다. 사전·사후 검사지는 모두 11문항으로 구성되어 있으며, 내용별로 세 문항 범주로 나눌 수 있다. 검사지의 [문항범주Ⅰ]은 갈바니 전지의 각 전극에서 일어나는 반응과 반응식, E°값 계산과 전자의 이동 방향에 대한 문항들로 구성되어 있고, [문항범주Ⅱ]는 갈바니 전지의 염다리에서 전류의 흐름과 염다리의 역할에 대한 문항들로 구성되어 있으며, [문항범주Ⅲ]은 전해 전지의 각 전극에서 일어나는 반응과 반응식. E°값 계산과 전자의 이동 방향에 대한 문항들로 구성되어 있다. 사전·사후 검사는 독립표본 t-검정과 대응표본 t-검정으로 분석하였으며 '실험집단'에서만 실시한 웹 기반 학습에 대한 태도 검사는 빈도 분석을 하였다. 사전 검사를 통해 두 집단이 동질 집단임을 확인하였다. '실험 집단'과 '통제 집단'의 사후 검사를 분석한 결과, 수업 처치 1주 후, '실험 집단'의 학업 성취도가 '통제 집단'의 학업 성취도보다 통계적으로 유의미하게 높은 것으로 나타났다(p<.05).특히 웹 기반 시뮬레이션 학습은 '갈바니 전지의 염다리에서 전류의 이동 방향 예측'과 '전해 전지의 각 전극에서의 반쪽 반응 및 반응식'을 학습하는데 유의미한 것으로 나타났다(p<.05). 각 집단의 사전 검사와 사후 검사를 통해 학업 성취도를 분석한 결과, '통제 집단'과 '실험 집단'모두에게서 수업 처치 이전보다 학업 성취도가 높아졌음을 알 수 있었다. '통제 집단'에서는 '갈바니 전지의 전체 화학 반응식과 E°값 계산', '염다리의 역할'에 대한 문항에서 수업 처치 전보다 학업 성취도가 높아졌다(p<.05). '실험 집단'에서는 '갈바니 전지의 염다리에서 전류의 이동 방향'에 대한 문항에서 수업 처치 전보다 학업 성취도가 높아졌다(p<.05). 두 집단 모두 '전해 전지의 전채 화학 반응식과 E°값 계산'과 '전해 전지에서 전자의 이동 방향'에 대한 문항에서 수업 처치 전보다 학업 성취도가 높아졌다(p<.05). '통제 집단'과 '실험 집단'의 사전·사후 검사에서 두드러지는 오답 변화를 살펴보았다. '실험 집단'에서는 웹 기반 시뮬레이션 학습 후 '전해 전지의 각 전극에서의 반응식을 적는 세부 문항'과 '전해 전지의 전체 반응식을 적는 세 부 문항'에서 오답이 완전하게 사라졌다. 또한 '갈바니 전지의 염다리에서 전류의 흐름을 묻는 문항'과 '염다리의 역할에 대한 문항'에서 '실험 집단' 학생들이 웹 기반 시뮬레이션 학습을 한 후 오답 대부분이 사라졌다. 따라서 웹 기반 시뮬레이션 학습은 '전해 전지에서의 반응식', '갈바니 전지의 염다리에서 전류의 흐름'과 '염다리의 역할'을 학습하는데 효과적인 것으로 나타났다. '전해 전지의 E°값 계산'과 '전해 전지에서의 전자의 이동 방향'을 학습하는데 웹 기반 시뮬레이션 학습과 전통적인 강의식 수업이 모두 효과적인 것으로 나타났다. 웹 기반 시뮬레이션 학습은 시뮬레이션과 설명 상자와 같은 멀티미디어적 효과가 좋은 학습 내용에서 효과가 있었으며 오인 개선 정도를 알아보기 일해 추후에 질적 연구를 할 필요가 있다.;The purpose of this study is to develope the Web based simulation program and to examine its effect on the science achievement and students' perceptions on the Web-based simulation. The web-based simulation program on the content of 'galvanic cell' and 'electrolysis cell' in 'electrochemistry' for the general chemistry was developed using Photoshop 7.0, Namo WebEditor 5 and Flash MX. Tests were taken by 46 sophomore students; 23 for the control group and 23 for the experimental group. Pre-test and post-test were modified and translated from Sanger and Greenbowe's post-test. Test contains 4 questions on the galvanic cell, 3 questions on the salt bridge and 4 questions on the electrolysis cell. The results of this study are as follows: 1. There is significant difference between the 'control group' and 'experimental group' in the electrochemical cells achievement(p<.05). Thus, the web-based simulation learning is more effective than the traditional methode of learning. 2. The web-based simulation learning is more effective in learning the prediction of current flow in salt bridge and half reaction in Cathode in a electrolysis cell. The traditional methode of teaching and the web-based simulation learning is both effective in learning the overall reaction and electron flow in a electrolysis cell. 3. According to experimental group, most of students have positive attitude toward web-based simulation program. The reason for this is that web-based simulation program is more interesting and more easily understandable than other learning methode.