중학교 과학교과 내용이 요구하는 과학적 사고력 수준과 학생들의 인지 수준과의 관계 연구

Abstract

본 연구의 목적은 제 5차 교육과정에 의한 중학교 1학년 과학 교과 중 화학분야의 내용이 요구하는 과학적 사고력 수준과 중학교 학생들의 인지 수준을 비교 분석하고, 그 결과를 토대로 적절한 수업 방안을 제시하고자 하는데 있다. Piaget이론을 바탕으로 하여, 학생들의 인지 수준 검사를 실시하기 위해서는 미국 Georgia 대학의 Roadrangka, Yeany, Padilla가 개발한 GALT(Group Assessment of Logical Thinking) 검사지를 사용하였고, 교과서 내용이 요구하는 과학적 사고력 수준을 분석하기 위해서는 영국의 CSMS(Concepts in Secondary Mathematics and Science) Program에 의해 개발된 CAT(Curriculum Analysis Taxonomy)의 3가지 분석틀을 사용하였다. 검사 대상은 서울 지역의 중학생들이었으며, 현재 사용되고 있는 5종 과학 교과서 내용 중 화학분야에 포함되어 있는 개념들을 추출하여 분석하였다. 또한 학생들의 인지 수준 결과와 교과서가 요구하는 과학적 사고력 수준 결과를 비교하여 학생들이 어려워하는 개념에 대한 수업 방안을 제시하였다. 본 연구의 과정을 통해 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, Piaget의 이론과는 달리 형식적 조작기에 있는 중학생들의 비율이 17% 미만으로 극히 저조하다. 특히 1학년의 경우에는 3% 정도 밖에 되지 않는다. 둘째, 논리유형별 형성 정도는 보존논리와 비례논리의 형성율이 가장 높고, 성관논리의 형성율이 가장 낮다. 특히 확률논리의 형성율은 학년이 높아짐에 따라 그 형성율이 급격히 증가하며, 상관논리의 형성율은 학년이 높아짐에 따라 오히려 감소하고 있다. 셋째, 중학교 1학년 과학 교과서의 화학분야 내용 중 약 50% 정도는 후기 구체적 조작 사고를, 약 50% 정도는 초기 형식적 조작 사고를 요구하는 내용으로 구성되어 있다. 넷째, 초기 형식적 조작 사고를 요구하는 내용을 이해할 수 있는 중학교 1학년 학생들의 비율이 약 36% 정도이고, 나머지 학생들은 교과서 내용의 50% 정도만을 이해할 수 있다. 따라서, 과학 교과서가 학생들에게 어려운 내용으로 구성되어 있음을 알 수 있다. 이상의 연구 결과가 과학 교육과정에 주는 시사점은 다음과 같다. 첫째, 학생들의 인지 수준과 교과서가 요구하는 과학적 사고력 수준을 파악하여 수업에 반영한다면 바람직한 과학교육이 이루어질 수 있을 것이다. 둘째, 학생들의 인지 수준보다 과학 교과 내용이 요구하는 과학적 사고력 수준이 높을 경우에는 그 내용을 학생들이 이해하기 쉽도록 하기 위하여 교과 내용 분석틀을 근거로 교과 내용의 과학적 사고력 수준을 낮출 수 있는 수업 방안을 제시하여야 할 것이다. 더불어 구체적인 상황 또는 구체적 사물 등을 제시하거나, 학생들의 직접적인 경험을 유도한다면 효과적인 학습이 이루어질 수 있을 것이다. 셋째, 학생들은 여러 가지 요인에 의해 인지 수준 영향 정도의 개인차가 있으므로 학생 개개인의 인지 수준에 알맞은 개별화 교육이 이루어져야 할 것이다. 넷째, 과학교육 목표와 학생들의 인지 수준, 심리적 특성을 고려한 교과서 및 수업 전략이 개발되어야 할 것이다. 다섯째, 우리 현실에 알맞은 교과 내용 분석틀과 학생들의 인지 수준을 정확하게 판단할 수 있는 평가 도구가 개발되어야 할 것이다.;The purpose of this study is to suggest a desirable teaching method for secondary school students based on the analysis of their cognitive level and the conceptual level of the chemistry part of the Science textbook for the subjected students. GALT(Group Assessment of Logical Thinking) test sheet developed by Roadrangka, Yeany, Padilla at University of Georgia was used to test the cognitive level of students. The 3 analysis frames of CAT (Curriculum Analysis Taxonomy) which was developed by the CSMS(Concepts in secondary Mathematics and Science) program was utilized for analysis of the contents of the textbook. Both GALT test sheet and CAT analysis frames used in this study are based on the Piaget's Cognitive Development theory. A comparative analysis has been conducted on the results obtained from the study of two objects and a couple of recommendations for better teaching approach han concepts for which students feel hard to understand have been provided accordingly. The results of this study are summarized as follows: First, differently from the Piaget's theory, the results shows that percentage of the secondary school students who are in formal operational stage in the cognitive level is as low as less than 17%, Especially 1st grade students, the proportion covers only 3% of the students tested. Second, in the forming degree of reasoning pattern, the forming rate of both conservation reasoning and proportion reasoning represent the highest rates, while the correlational reasoning shows the bottom rate of forming. Third, of the contents in chemistry section of science textbook for 1st grade middle school students, approximately 50% of the concepts requires the early formal operational thinking. Represents about 36% of the students is in a position to understand all the concepts in the section completely. This fact indicates that the 1st grade students feel chemistry class hard. The implications to chemistry education from this study are as follows: First, effective science education should be based on the study of the cognitive level of students and the required conceptual level of the textbook. Second, a proper evaluation tool and new analysis frame should be developed for the precise analysis of the cognitive level of the students as well as the required conceptual level of the textbook.