중학교 혼합물의 분리 관련 오개념을 고려한 개념 변화 수업의 효과

Abstract

The purpose of this research is to investigate the effect of conceptual change instruction considering misconception on the middle school students' improvement of conceptual change, science achievement, and logical thinking ability. The students participated in this study were 75 in 8th grade at a middle school in Incheon, Korea. They randomly assigned to the treatment group and control group. The treatment group had been taught and received instructions focused on conceptual change for 8 class periods during the second semester. The control group had been taught and received the traditional text-book oriented form of instruction. Evaluation instruments used in pre-test and post-test were concept test, science achievement test, Group Assessment of Logical Thinking(GALT) test. And two-way ANCOVA was done by using SPSS 12.0 statistic program. The results of this study were as follows. Firstly, there were 6 categories of concept on science2 「The Separation of Mixture」 and each category had two types of concept. The students on this study have 14 specific misconceptions. Secondly, the adj. mean of the treatment group was 2.54 higher than one of the control group and there is a significant difference(p<.05) between two groups about students' conceptual change by two-way ANCOVA analysis. But, there was no interaction between instructions and students' logical thinking ability(p>.05). Thirdly, the adj. mean of the treatment group was 1.24 higher than one of the control group and there is a significant difference(p<.05) between two groups about students' Science achievement. But, there was no interaction between instructions and students' logical thinking ability(p>.05). Fourthly, the adj. mean of the treatment group was 0.79 higher than one of the control group and there was no significant difference(p>.05) between two groups about logical thinking ability. And there was no interaction between instructions and students' logical thinking ability(p>.05). According to the analysis, it is found that students of the treatment group received the instruction focused on conceptual change showed positive changes in scientific conceptual change and science achievement. But, there was no interaction between instructions and students' logical thinking ability. This result means not only Concrete Operational period`s Students but also Transition periodㆍFormal operational period`s Students are improved in scientific conceptual change and science achievement.;구성주의에서 학습은 개인에게 의미 있는 지식을 구성해 나가는 과정이다. 학습자가 학습 이전에 가지고 있는 잘못된 지식은 과학적 지식으로 구성해 나가는데 방해가 되므로 오개념을 확인하여 이를 과학적 개념으로 변화되도록 돕는 교수-학습 과정이 필요하다. 과학 오개념 유형을 알아내는 연구와 과학 오개념 변화 수업 모형에 대한 연구는 지금까지 국내ㆍ외에서 상당히 많이 이루어져 왔다. 이제는 중학교나 고등학교 과학 교육 현장에서 학생들의 과학 교과 수업에 여러 연구자들이 이미 밝혀낸 수많은 오개념들을 학습 대상인 학생들에게 직접 적용하여 해당 오개념이 변화되는 효과를 알아보아야 할 때이다. 본 연구에서는 지금까지 축적된 과학 관련 오개념의 유형을 밝히는 수많은 연구 자료들을 분석하여 본 연구에 직접적으로 사용될 오개념들을 찾아내었다. 이어서 실제 학교 현장에서 활용되는 실질적인 과학 수업 전략을 오개념들이 변화되도록 의도하여 개발하였다. 적용한 수업 전략은 탐색 단계, 용어 도입 단계, 개념 적용 단계로 구성된 로슨의 탐구 수업 모형으로 서술적, 경험 귀추적, 가설 연역적의 세 가지 형태가 있다. 본 연구에서 개발한 총 8차시의 수업 전략들로 수업 받은 학생들의 과학 개념 변화를 구체적으로 알아보는 데 연구의 목적이 있다. 이를 위해 먼저, 중학교 2학년 「혼합물의 분리」단원에 관련된 수업 전 학생들의 오개념을 검사하여 추출하였다. 이 때 확인된 오개념을 과학적 개념으로 변화시키기 위해 로슨의 순환 학습 모형을 활용하여 총 8차시의 개념 변화 수업 전략을 개발하였다. 이 8차시 수업 전략을 현장에 적용하여 학생들의 개념 변화에 대한 효과, 교수법과 인지 수준 사이의 상호작용 효과, 과학 학업 성취도에 미치는 효과, 인지 수준 변화 효과를 알아보았다. 연구 대상은 인천 소재 여자 중학교 2학년 2개 학급 75명이며 개념 변화 수업 전략을 도입한 집단을 실험반으로, 교과서 중심의 설명식 수업 전략을 도입한 집단을 비교반으로 나누어 연구 설계를 하였다. 개념 검사지, GALT 검사지를 사용하여 사전 검사를 실시한 후 실험반과 비교반에 각각 「혼합물의 분리」단원의 내용을 바탕으로 총 8차시에 해당하는 개념 변화 수업 전략과 교과서 중심의 설명식 수업 전략으로 수업 처치를 하였다. 수업 처치 후 사전 검사지와 동일한 검사지를 사용하여 사후 검사를 실시하였다. 검사의 결과는 개념 변화 수업 전략의 적용 효과 및 교수법과 학습자의 인지 수준 사이의 상호작용 효과를 확인하기 위하여 이원 공분산 분석(two-way ANCOVA)을 통해 자료를 분석하였다. 모든 분석에는 SPSS 12.0 통계를 사용하였다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과는 다음과 같다. 첫째, 「혼합물의 분리」단원과 관련된 오개념은 크게 ‘순물질과 균일 혼합물, 불균일 혼합물의 구분’, ‘혼합물의 성분 비율에 따른 물리적 성질 변화’, ‘밀도 차이에 대한 이해’, ‘용해도 차이에 대한 이해’, ‘끓는점 차이에 대한 이해’, ‘크로마토그래피에 대한 이해’의 6개의 범주로 나눌 수 있으며, 총 14가지의 구체적인 오개념을 확인할 수 있었다. 둘째, 과학적 개념으로의 변화에 대하여 사후 검사 결과 실험반의 교정 평균이 비교반의 교정 평균보다 2.54점 높게 나타났으며, 이는 통계적으로 유의미한 차이를 나타냈다(p<.05). 그러나 교수법과 학생들의 인지 수준 사이에 상호작용 효과는 나타나지 않았다(p>.05). 즉, 구체적 조작기의 학생들과 과도기ㆍ형식적 조작기의 학생들에게 나타나는 수업 처치의 효과는 비슷하여 학생들이 어떤 인지 수준에 있든지 본 연구에서 개발하여 적용한 개념 변화 수업 전략이 설명 중심 수업 전략에 비해 개념 변화에 효과적인 것으로 나타났다. 셋째, 과학 학업 성취도에 대하여 실험반의 교정 평균이 비교반의 교정 평균보다 1.24점 높게 나타났으며, 이는 통계적으로 유의미한 차이를 나타냈다(p<.05). 그러나 교수법과 학생들의 인지 수준 사이에 상호작용 효과는 나타나지 않았다(p>.05). 개념 변화에서와 마찬가지로 구체적 조작기의 학생들과 과도기ㆍ형식적 조작기의 학생들에게 나타나는 수업 처치의 효과는 비슷하여 학생들이 어떤 인지 수준에 있든지 본 연구에서 개발하여 적용한 개념 변화 수업 전략이 설명 중심 수업 전략에 비해 과학 학업 성취도 향상에 효과적인 것으로 나타났다. 넷째, 인지 수준의 변화를 알아보기 위한 GALT 점수에 대하여 실험반의 교정 평균이 비교반의 교정 평균보다 0.79점 높게 나타났으나, 이는 통계적으로 유의미하지 않았다(p>.05). 교수법과 학생들의 인지 수준 사이에 상호작용 효과 역시 나타나지 않았다(p>.05).