[논문]증발과 증발 조건에 관한 활동에서 유.초.중학교 학생들의 개념 유형 및 학년별 경향성에 관한 연구

조부경; 고영미; 김효남; 백성혜; 박재원; 박진옥; 임명혁

문제 정의

상태 변화 개념, 입자 개념과 관련되어 있음을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는 보존 개념. 상태변화 개념, 입자개념의 형성을 중심으로 아동의 증발에 대한 개념 유형을 추출해 보고자 한다.
그러나 아직까지 유치원부터 중등학교까지 학생들의 개념 유형의 발달 과정을 연계적으로 분석하여 교육 과정에 제시된 개념 전개의 타당성을 점검한 연구는 거의 없다. 따라서 이 연구에서는 증발과 증발의 조 건에 대한 개념을 중심으로 학생들의 개념 유형의 발 달을 분석하고, 이를 토대로 교육과정 전개의 타당성 을 점검해 보고자 한다
따라서 연구 결과를 일반화하는데 어려움이 따를 수 있다. 또한 이 연구는 일정 시기 동안 여러 학년의 학생들을 대상으로 자료를 수집한 횡단적 연구이기 때문에. 이 연구 결과룰 토대로 학년별 경향성의 변화를 종단적으로 해석하는데 무리가 따를 수 있다.
본 연구에서 활동할 면담자를 훈련을 위해 유아교육 전문가 1인, 초등과학교육 전문가 1인 중등과학교육 전문가 1인과 활동을 담당할 4인의 교사들이 관련 연구(Devries, 1986)를 토대로 활동에 기초한 면담에 대한 논의를 하였다. 또한 각 활동에 대한 구체적 교수계획안의 작성 및 검토의 과정을 거쳐 작성된 면담 문항 올 토대로 2회의 모의 수업을 실시하였다 모의 수업 후에는 대상 연령에 따른 면담 문항의 적절성 등에 관한 논의를 거쳤다
따라서 본 연구에서는 보존 개념. 상태변화 개념, 입자개념의 형성을 중심으로 아동의 증발에 대한 개념 유형을 추출해 보고자 한다.
것이다. 이 연구에서는 보존 개념과 증발에 대한개념의 관련성에 관하여 연구하였는데, 보존 논리가 있는 학생은 흡수되었다고 응답하는 경향이 더 많고 보존 논리가 없는 학생은 사라졌다고 응답하는 비율이 더 높았다는 결과를 제시하였다.
초 . 중학교 학생들올 대상으로 증발과 증발 조건에 대한 개념의 유형 변화 과정을 알아보고자 하였다. 활동적 면접을 통해 자료를 수집하고 질적 분석을 거쳐 밝혀진 결과를 토대로 한 결론은 다음과 같다.

가설 설정

6d: 공기 중으로 갔다 비로 내려요, 우리 주변에도 있어요.
안에는? Ke: (고개를 혼들며) 없어요.
T : 그럼 어떻게 해서 이것이 마를까?
T : 그럼 찬바람이 나오면?
T : 드라이기 바람올 쐬면 어떤 일이 일어날 것 같애?
T : 스며든 물은 어디로 갈까?
T : 찬바람도 마른다고 생각하니? 왜?
T : 해님 때문에 마르는 것 같아요? 그럼 여기에 해님이 있니?

제안 방법

초등학교는 연구 시점에서 제 7차 교육과정이 적용되는 시기를 고려하여 1. 2학년은 7차 교육과정에 따른 슬기로운 생활 교과서를, 3학년~6학년은 6차 교육과정과 그에 따른 자연 교과서 및 교사용 지도 자료를 분석하였다. 중학교는 8종 교과서로 교육부 고시 제 1997-15호에 따른 제 6차 교육과정에 의해 개발된 과학 교과서를 분석하였다.
각 교재의 분석은 유치원은 유치원 교사가, 초 ■ 중등은 초등 교사가 실시한 후 물의 증발에 관련된 활동으로 유치원은 2가지, 초등은 5가지를 추출하였다. 이 과정에서 유치원 교사 1인, 초등 교사 3인, 유아교육 전문가 1인, 초등과학교육 전문가 1인, 중등과학교육 전문가 1인의 협의 과정을 거쳤다
첫째, 비디오 녹화와 현장 관찰일지 수집으로 본 연구 기간 동안 활동에 기초한 면담을 실시하지 않는 교사 2인은 활동의 전 과정 올 비디오 녹화하였고 유아교육 전문가 1인, 초등과학교육 전문가 1인, 중등과학교육 전문가 1인이 학생의 반응에 대한 상세한 정보와 현장의 상황, 느낌등올 메모 식으로 기록하였다. 둘째, 학생 관찰일지수집으로 과학 활동 실시 후 학생들이 그림으로 그리거나 글씨로 기록한 관찰일지를 수집하였다. 셋째, 학생 추가 면접 자료 수집으로 자료 분석 과정에서 개념 유형이 명확히 드러나지 않는 학생을 추가 면접한 자료를 수집하였다.
논의를 하였다. 또한 각 활동에 대한 구체적 교수계획안의 작성 및 검토의 과정을 거쳐 작성된 면담 문항 올 토대로 2회의 모의 수업을 실시하였다 모의 수업 후에는 대상 연령에 따른 면담 문항의 적절성 등에 관한 논의를 거쳤다
둘째, 학생 관찰일지수집으로 과학 활동 실시 후 학생들이 그림으로 그리거나 글씨로 기록한 관찰일지를 수집하였다. 셋째, 학생 추가 면접 자료 수집으로 자료 분석 과정에서 개념 유형이 명확히 드러나지 않는 학생을 추가 면접한 자료를 수집하였다.
연구 기간은 5주가 소요되었으며, 활동별 1회씩 총 25회 활동을 전개하고 이 과정에서 면접을 병행하였다. 매 회당 소요 시간은 아동의 흥미와 반응에 따라 50분~90분으로 유치원 활동은 유치원 교사가, 초 .
중학교 학생의 증발에 대한 이해를 알아보기 위해 유 , 초, 중학교의 6, 7차 교육과정과 과학 관련 교재 중 물의 증발에 관련된 과학 활동을 추출하였다. 유치원은 단일 과학 교과가 없으므로 유치원 교육과정과 유아 과학교육 대학교재(이 경우 외 1999: 이원영, 김덕건, 1995; 신은수 외. 1994; 조부경 외. 1995)를 분석하였다. 초등학교는 연구 시점에서 제 7차 교육과정이 적용되는 시기를 고려하여 1.
이러한 과정을 통해 증발과 증발에 영향을 미치는 요인에 대한 학생들의 개념 유형을 분석하였다. 마지막으로 현상의 의미를 객관화하는 해석 단계(유혜령.
자료 분석을 위하여 비디오 녹화 자료를 전사하였다. 또한 참관하여 관찰한 학생에 대한 상세한 정보와 상황 등이 기록된 메모식 관찰일지.
초. 중학교 학생의 증발에 대한 이해를 알아보기 위해 유 , 초, 중학교의 6, 7차 교육과정과 과학 관련 교재 중 물의 증발에 관련된 과학 활동을 추출하였다. 유치원은 단일 과학 교과가 없으므로 유치원 교육과정과 유아 과학교육 대학교재(이 경우 외 1999: 이원영, 김덕건, 1995; 신은수 외.
또한 참관하여 관찰한 학생에 대한 상세한 정보와 상황 등이 기록된 메모식 관찰일지. 학생들이 직접 그림으로 그리거나 글씨로 기록한 관찰일지, 추가 면접 자료를 하나의 자료로 통합하였다.

대상 데이터

본 연구 대상은 충청북도 청원군에 소재한 W 초등 학교 병설 유치원 유치반 원아와 초등학교 2학년, 4학년. 6학년, 중학교 2학년 학생 각 5명씩 총 25명올 대상으로 하였다. 연구 대상자의 선정은 학급 담임 교사에게 평소 학업 성취도, 학습 태도 및 의사소통 능력이 평균인 학생 5인올 학년 별로 선정 의뢰하였다.
본 연구 대상은 충청북도 청원군에 소재한 W 초등 학교 병설 유치원 유치반 원아와 초등학교 2학년, 4학년. 6학년, 중학교 2학년 학생 각 5명씩 총 25명올 대상으로 하였다.
연구 대상자의 선정은 학급 담임 교사에게 평소 학업 성취도, 학습 태도 및 의사소통 능력이 평균인 학생 5인올 학년 별로 선정 의뢰하였다. 연구 대상의 평균 연령은 유치원(남 3. 여 2명) 의경우 5년 10개월, 초등학교 2학년(남 Z 여 3명)은 8년 5개워 4학년(남 3, 여 2명)은 10년 1개워 6학년(남 3, 여 2명)은 12년. 중학교 2학년남 5명)은 13년 9개월이었다.
연구 대상이었던 5명의 초등학교 2학년 학생들 중에서 4명이 이 유형에 해당하였다. 따라서 대다수의 2 학년 학생들은 개념 유형 2로로 증발을 이해할 가능성이 높다고 할 수 있다.
2학년은 7차 교육과정에 따른 슬기로운 생활 교과서를, 3학년~6학년은 6차 교육과정과 그에 따른 자연 교과서 및 교사용 지도 자료를 분석하였다. 중학교는 8종 교과서로 교육부 고시 제 1997-15호에 따른 제 6차 교육과정에 의해 개발된 과학 교과서를 분석하였다.

이론/모형

본 연구는 질적 연구에서 자료 수집의 신뢰도와 타당도를 높이기 위한 방법인 삼각 측정법(김효남. 1999: Stake, 1995; William, 1995)을 이용하여 다면적으로 자료를 수집하였다. 첫째, 비디오 녹화와 현장 관찰일지 수집으로 본 연구 기간 동안 활동에 기초한 면담을 실시하지 않는 교사 2인은 활동의 전 과정 올 비디오 녹화하였고 유아교육 전문가 1인, 초등과학교육 전문가 1인, 중등과학교육 전문가 1인이 학생의 반응에 대한 상세한 정보와 현장의 상황, 느낌등올 메모 식으로 기록하였다.
학생들의 증발에 대한 이해를 알아보기 위한 방법인 활동에 기초한 면담(DeVries, 1986)을 실시하기 위하여 면담 문항을 선정하였다. 유치원은 유치원 교사가, 초 ■ 중등은 초등교사가 각 활동에 관한 구체적 교수 계획안을 작성하였다.

성능/효과

같이 반응하였다. 그러나 면담자의 심층적인 질문이 반복되자 Ks나 Ke처럼 대답하지 못하거나 지각적인 수준의 이해에서 벗어나지 못하였다 분석 결과, 연구 대상이었던 유치원생 5명 모두 지각적 수준의 이해로 분류되었다. 이와 같은 연구 결과는 증발 현상이란 지각적으로 보이지 않으므로 5세아의 경우 증발된 것을 사라졌다고 생각한다는 연구(Inbody’ 1963: Tytler & Peterson, 2000) 결과와도 일치한다.
또한 액체의 증발 활동에서는 '하늘로 올라가요라는 반응을 보였다. 그러나 지각적 수준의 응답과는 달리, 계속되어지는 면담을 통해 물은 어딘가에 존재하고 있을 것이라는 생각올 꾸준히 하는 것으로 나타났다. 따라서 이 유형의 학생들은 물이 지각적으로 보이지 않는다고 해도 사라지는 것이 아니라 종이 속이나 하늘 등 어디엔가 존재할 것이라는 보존 개념올 가지고 있음을 알 수 있다.
셋째, Osborne과 Cosgrove(1983)의 기체로 변했다, Bar와 Ga血(1994) 의 증발되었다, Johnson(199幻의 거시적인 수준에서 기체 상태로의 변화 이해, Tytler(2000)의 공기, 상태변화에 속한 반응은 보존 개념과 상태 변화에 대한개념은 형성되어 있으나 입자 개념은 형성되어 있지 않음을 알 수 있다. 넷째, B邳와 Galili(199也의 물이 수증기로 변하여 공기 중에 퍼져있다, Johnson (1998)의 분자로서 퍼져 있다에 속한 반응은 보존개념, 상태 변화에 대한 개념과 입자 개념이 형성된 유형임을 알 수 있다.
셋째, 증발 조건에 대한 아동의 개념은 상황 의존적이다. 넷째, 수업 후에도 쉽게 바뀌지 않거나 병립적인 상태로 존재한다.
넷째, 증발 현상을 설명하는 아동이 적절한 과학적인 용어를 사용한다고 해도 그에 대한 과학적 개념을 가지고 있는 것은 아닐 수 있다.
다섯째, 증발에 대한 올바른 과학적 개념을 갖기 위해서는 입자 개념에 대해 이해를 하고 있어야 한다.
둘째, 증발에 대한 아동의 개념은 매우 안정적이어서 수업 후에도 쉽게 바뀌지 않는다.
반면 8e는 건조할 때' 물이 더 빨리 증발된다고 반응하였다. 따라서 이 학생은 습도라는 용어룰 직접 사용하지는 않았으나 증발의 조건으로 습도를 이해하는 것으로 분석하였다.
일상 생활의 경험에서 바람이 불 때에는 항상 체감 온도 때문에 차게 느끼는 경험에서 이러한 생각이 비롯되 었올 것이라고 추측할 수 있다. 따라서 이들은 찬 경우에 더 잘 마른다는 생각을 가지고 있었지만, 선풍 기 바람보다 에어컨 바람이 더 차다고 생각함에도 불 구하고, 에어컨 바람보다 선풍기에서 빨래가 더 잘 마른다는 사실은 경험적으로 인식하고 있었다. 이들 은 대부분 이러한 모순적인 상황에 대한 인식을 못하고 계속되는 면담자의 질문에 답올 하지 못하는 경향을 보였다.
또한 이 연구에서는 상황에 따라 학생들의 반응이 달라짐을 지적하였는데, 본 연구에서도 증발에 관련된 활동 중 종이를 소재로 사용하였을 경우와 유리판을 소재로 사용하였을 때 학생들의 반응이 다른 것으로 나타났다. 즉, 유리판이었올 때 보다는 종이였을 때 '흡수되었다 는 반응이 더 많이 나타났다’
마지막으로 현상의 의미를 객관화하는 해석 단계(유혜령. 1998)를 거쳐 분류된 개념 유형에 대한 해석과 재해석을 반복하여 최종적으로 가장 타당한 유형을 추출하였다.
Tytler(2000)의 이동-위치, 이동-하늘에 속한 반응은 물이 보이지 않는다고 해서 사라진 것이 아니라 어딘가로 위치를 옮겨 계속 존재하고 있다는 보존 개념은 형성되어 있으나 물의 상태 변화에 대한 개념은 형성되어 있지 않음을 알 수 있다. 셋째, Osborne과 Cosgrove(1983)의 기체로 변했다, Bar와 Ga血(1994) 의 증발되었다, Johnson(199幻의 거시적인 수준에서 기체 상태로의 변화 이해, Tytler(2000)의 공기, 상태변화에 속한 반응은 보존 개념과 상태 변화에 대한개념은 형성되어 있으나 입자 개념은 형성되어 있지 않음을 알 수 있다. 넷째, B邳와 Galili(199也의 물이 수증기로 변하여 공기 중에 퍼져있다, Johnson (1998)의 분자로서 퍼져 있다에 속한 반응은 보존개념, 상태 변화에 대한 개념과 입자 개념이 형성된 유형임을 알 수 있다.
셋째, 물이 지각적으로 보이지 않는다고 해서 사라진 것이 아니라 어딘가에 존재하고 있다는 것을 이해하는 것은 보존 개념과 관련이 있다.
둘째, 초등학교 아동은 증발 조건에 대하여 열원올 가장 많이 인식한다. 셋째, 증발 조건에 대한 아동의 개념은 상황 의존적이다. 넷째, 수업 후에도 쉽게 바뀌지 않거나 병립적인 상태로 존재한다.
이 연구에 따르면 교과서에서 이미 도입되고 사용되었던 상태변화의 개념이나 습도의 개념 혹은 열 이동의 개념은 도입된 학년보다 훨씬 높은 학년에 가서야 일부 학생들에게 국한하여 올바로 습득되는 것으로 나타났다. 따라서 이러한 유형의 연구결과를 토대로 적정 학년에서 학생들의 개념 형성 과정을 고려한 적절한 과학 개념의 도입이 필요하다.
그러나 '수증기가 무엇이냐?'는 질문에는 응답을 하지 못했다. 즉 용어룰 사용하기는 하였으나, 기체 상태의 수증기를 인식하고 있지는 않은 것으로 분석되었다.
예를 들면 같은 증발 현상에 대한 경우에도 유리판에서의 증발과 종이에서의 증발에 대한 학생들의 반응은 달랐다. 즉 종이의 경우에는 흡수의 개념이 유리판의 경우보다 더 강하게 작용하여 물의 상태 변화에 대한 개념 형성에 장애가 되는 것으로 나타났다 또한 바람올 항상 찬 것과 연관시킴으로써 증발의 조건을 이해하는데 걸림돌이 되는 경우도 분석되었다. 즉, 높은 온도나 열을 가할 때 더 잘 증발된다는 생각이 바람이 부는 찬 조건에서 증발이 잘된다고 생각과 뒤엉키는 경우를 발견하였다.
즉 종이의 경우에는 흡수의 개념이 유리판의 경우보다 더 강하게 작용하여 물의 상태 변화에 대한 개념 형성에 장애가 되는 것으로 나타났다 또한 바람올 항상 찬 것과 연관시킴으로써 증발의 조건을 이해하는데 걸림돌이 되는 경우도 분석되었다. 즉, 높은 온도나 열을 가할 때 더 잘 증발된다는 생각이 바람이 부는 찬 조건에서 증발이 잘된다고 생각과 뒤엉키는 경우를 발견하였다. 이는 바람이 불 때 느끼는 체감온도로 인해 차게 느끼는 경험과, 바람이 불 때 습도가 낮아져 증발이 잘되는 것 사이에서 혼동을 유발했기 때문일 가능성이 높다.
첫째, 분석된 개념 유형은 뚜렷하게 학년별 경향성을 가진다. 예들 들어 증발이나 증발의 조건에 대한개념의 경우, 유치원은 주로 현상을 지각하는 수준의 개념 유형으로 분석되었다.
1999: Stake, 1995; William, 1995)을 이용하여 다면적으로 자료를 수집하였다. 첫째, 비디오 녹화와 현장 관찰일지 수집으로 본 연구 기간 동안 활동에 기초한 면담을 실시하지 않는 교사 2인은 활동의 전 과정 올 비디오 녹화하였고 유아교육 전문가 1인, 초등과학교육 전문가 1인, 중등과학교육 전문가 1인이 학생의 반응에 대한 상세한 정보와 현장의 상황, 느낌등올 메모 식으로 기록하였다. 둘째, 학생 관찰일지수집으로 과학 활동 실시 후 학생들이 그림으로 그리거나 글씨로 기록한 관찰일지를 수집하였다.

후속연구

그러나 이 연구 결과 습도의 개념이 제대로 형성되는 시기는 초등학교 6학년보다 높다는 점을 알 수 있다. 따라서 이러한 연구 결과를 토대로 적정 학년에서 학생들의 인지 수준을 고려하여 적절한 과학 개념을 제시할 수 있는 연구가 필요함을 알 수 있다.
예를 들면 이 경우에는 더운 바람과 찬바람을 비교하도록 하여 줌으로써 바람이 항상 찬 것과 연관되는 것은 아니며, 덥고 찬 정도는 상대적인 열 이동 개념임을 확인시켜주는 활동이 필요하리라 생각된다. 또한 증발 현상에서 바람의 역할은, 온도 차이에 따른 열이동 개념이 아니라 주변 공기의 습도를 낮추어주는 역할을 하는 것이라는 점을 연결시켜제시할 필요가 있을 것이다.

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