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문제 정의
- 이런 문제에 주목하기 위하여 열과 온도에 대한 학생들의 개념을 조사하는 연구들이 많았는데, 특히 주로 열과 온도에 대한 오개념을 각각 나누어진 것으로 조사 영역을 분리하여 연구하였다. 그렇지만 본 연구에서는 열에 대한 거념이 온도에 대한 개념을 이해하는데 상당한 영향을 준다고 가정하고 그에 대한 관계를 분석적으로 살펴보고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 4, 5, 6학년 학생들에게 형성되어 있는 열 개념 유형과 온도 개념 경향을 조사하여, 두 개념 사이에 어떤 관계가 있는지를 분석하고 열 개념 유형에 따라 온도 개념에 대한 특성을 분석하여 열과 온도 개념의 관계를 밝혀 보고자 하였다.
가설 설정
- "두 그릇에 담겨진 같은 양의 10P의 물을 큰 그릇에 넣어 섞었을 때 물의 온도는 어떻게 될까?”의 문항에 대한 결과는<표 7>과 같다.
- 초등학교 학생들이 가지고 있는 온도 개념은 상황에 따라 변하는데, 그 원인 중 하나가 열 개념의 유형 때문이라고 가정하고 본 연구를 시작하게 되었다.
제안 방법
- (1) 객관식 응답은 선택 유형에 따라 빈도 수와 빈도 비율을 구하여 표와 그래프로 나타내었고 문항별로 학년간의 변화 경향을 분석하였고, 주관식 선택이유는 비슷한 내용끼리 분류하여 빈도 수와 빈도 비율을 구하여 표로 나타내어 주요 개념 분석 자료와 사고 경향 분석에 이용하였다.
- (2) 물의 온도에 따라 구분된 3가지 문항(더운 물, 찬물, 중간 온도의 물)을 정성적 문항과 정량적 문항으로 재분류하여 비교 분석하였다.
- 아동들이 가지고 있는 열 개념 유형에 따라 온도개념의 특성을 분석하기 위하여 열에「물질 개념」과 운동 개념으로 구분하여 각각에 대한 온도에 대한 개념의 정답율을 X, 검증으로 분석하였다. 그 결과가 <표 10>에 있는데, 열의 물질 개념과 운동 개념을 갖고 있는 가에 따라서 더운물의 정성적 문항과 정량적 문항, 찬물의 정성적 문항, 중간 온도의 정성적 문항에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 정량적 내용을 분석할 수 있는 문항을 추출하여 이를 바탕으로 재구성하였고, 개념별 문항 내용은과 같다.
- 초등학생의 열 개념 유형은 열의 물질개념과 열의 분자운동 개념으로 나누어 선택 유형과 선택 이유를 학년별로 쿤석하였다. 그 중 선택 유형의「열이 모여서」는 '물질 개념, 으로, 「분자 운동으로 인해」는 '운동 개념'으로 분류하였다.
- 초등학생의 열 개념 유형을 조사하기 위해서 '열과 온도 용어를 구분하는가?'와 '알코올 램프로 물을 가열하면 온도가 올라가는 까닭 을 물어보는 문항을 투입하였다. 초등학생의 열 개념 유형은 열의 물질개념과 열의 분자운동 개념으로 나누어 선택 유형과 선택 이유를 학년별로 쿤석하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상은 대구광역시에 소재하고 있는 초등학교 2개 학교 4, 5, 6학년을 대상으로 각 학년별 한 학급씩 모두 6학급에서 총292명(4학년 104명, 5 학년 93명, 6학년 95명)을 대상으로 하였다.
- 연구 계획에 따라 연구 대상에 투입할 검사도구 개발을 위해 선행 연구된 문항을 이용하여 예비문항을 만든 후 비교 표집인 D초등학교 5학년 어린이 124명을 대상으로 타당도 검증을 거친 후 최종 8문항을 작성하여 조사 대상 2개교 292명에게 투입하였다.
데이터처리
- (3) 열 개념과 온도 개념의 관계 분석을 위해 b 검증을 실시했다.
성능/효과
- (2) 열의 분자 운동 개념이 전학년에 걸쳐 낮게 나타나는데, 교과서 편성 내용과 학교 현장의 교수 . 학습 방법 분석 및 교사들이 갖고 있는 열과 온도에 대한 개념 경향을 분석해 볼 필요가 있다.
- , 열과 온도 용어 사용에서는 두 용어를 구별하여 「다른 뜻」으로 사용하는 경우가 높게 나타났으나 (55.1%), 선택 이유 분석 과정에서 학생들은 '열은 뜨거운 것'(44.9%)이라든가 '온도는 뜨거운 것을 재는 것' 등의 반응들이 특정선택 유형을 구별하지 않고 나타나는 것으로 보아 열과 온도라는 용어는 구별하나 과학적인 개념으로 구별하지 않고 일상 생활에서 쓰는 말을 습관적으로 사용하는 것으로 나타났다.
- 10V (15.8%)「찬물의 온도만큼 내려져서」(5.1%) 등으로 나타났는데 온도가 높은 물에 들어있는 열이 온도가 낮은 물로 열을 빼앗기거나 낮은 물에 들어 있는 열이 많은 쪽으로 흡수되어 없어져 10P만큼 내려간다고 반응하여 열의 물질 개념이 영향을 주는 것을 알 수 있었다.「4此」를 선택한 경우 '온도가 다른 물이 섞이면 중간온도가 됨'(7.
- 결과적으로 더운물, 찬물, 중간 온도의 물에 대한 정성적 온도 개념형성은 물의 따뜻하기에 따라 조금씩 차이가 나며, 중간온도의 물에서 가장 쉽게 형성되고 다음은 찬물, 더운물 순서로 나타났다. 학년간 경향은 물의 온도에 따라 차이가 있으나 학년이 높을수록 온도 개념이 바르게 형성되어 있는 것으로 나타났다.
- 그 결과가 에 있는데, 열의 물질 개념과 운동 개념을 갖고 있는 가에 따라서 더운물의 정성적 문항과 정량적 문항, 찬물의 정성적 문항, 중간 온도의 정성적 문항에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 기존의 선행 연구를 카탕으로 열과 온도에 대한 문항을 개발 수정 보완하여 초등학교 학생 중 4, 5, 6학년에게 실시하였고, 열 개념과 온도 개념을 분석한 결과, '열' 과 '온도' 용어 사용에 있어서 다른 뜻으로 구별하여 사용하는 것에 높은 반응을 보였으나 '열은 뜨거운 것이고 온도는 뜨거운 양을 재는 것 으로 구별하여 사용하는 것으로 나타났다. 또한 같거나 다른 뜻으로 사용하는 경우에도 온도가 높아 뜨거울 때는 같은 뜻으로, 낮을 때에는 구별하여 쓴다고 반응하여 두 용어를 일상적으로 쓰는 언어에서는 구별하지만 과학적인 개념을 근거로 하지 않는 것으로 나타나 이에 대한 지도가 뒤따라야 된다.
- 조금씩 다른 것으로 나타났다. 더운물과 찬물에서는 정성적 문항과 정량적 문항에 대한 반응이 비슷하게 나타났으나 더운물과 찬물을 섞은 경우에는 정성적, 정량적 문항에 대한 반응은 매우 다르게 나타났다. 정성적 문항인 경우 전학년 모두 높은 정답율을보였으나 정량적 문항인 경우에는 더운물의 온도에서 찬물의 온도만큼 온도가 내려간다는 유형에 가장 높은 반응을 보였다.
- 이는 더운물 속에는 더운 열기가, 찬물 속에는 찬 냉기가 들어 있어 두 물을 합하거나 섞을 때 찬 냉기만큼 더운 열기를 빼앗겨 물의 온도가 그만큼 더 내려가게 된다고 생각하는 것으로 나타났다. 또한 두 물의 온도를 더하여 온도가 더 높아지는 유형에 반응한 경우도 다소 낮게는 나타났으나 두 물의 중간 온도가 된다는 유형보다 더 높은 반응을 보였다. 이것으로 보아 초등학교 학생들이 가지고 있는 온도 개념은 열이 많이 들어 있으면 온도가 높은 물이 되고 온도가 낮은 물에는 열이 적게 있거나 냉기가 있는 것으로 판단하며, 이러한 열의 물질 개념에 의해 열의 양을 더하거나 빼는 과정에서 온도가 정해지는 것으로 나타났다.
- 또한 같거나 다른 뜻으로 사용하는 경우에도 온도가 높아 뜨거울 때는 같은 뜻으로, 낮을 때에는 구별하여 쓴다고 반응하여 두 용어를 일상적으로 쓰는 언어에서는 구별하지만 과학적인 개념을 근거로 하지 않는 것으로 나타나 이에 대한 지도가 뒤따라야 된다. 또한 열 개념 유형에 대한 분석에서는 열의 물질 개념과 운동 개념으로 분류하였는데, 물질 개념에 매우 높은 반응을 보였으나 학년이 높아질수록 운동 개념이 높아지고 물질 개념이 낮아지는 것으로 분석되었다.
- 본 연구에서 알아낸 점은 학생들에게 형성되어 있는 온도 개념은 물의 온도 상황에 따라 변한다는 사실이었는데, 이는 학생들이 가지고 있는 열 개념이 바르지 못하다는 데에서 비롯된다는 사실을 알 수 있었다.
- 선택 유형별 비율을 코면 온도 변화가 없는「10 幻에는 65.8%의 반응을 보였고, 「20饥에는 24.7%, 「(아에는 9.2%, 「기타」0.3%로 나타났는데, 섞기 전의 물의 온도와 섞은 후의 물의 온도가 같다고 응답한 유형의 비율이 가장 높았다.
- 선택 이유 분석에서는「물질 개념」에서는 '가열하여 물 속에 열이 생김'(13%), '알코올이 타서 열이 많아지므로'(15.4%), '알코올 램프에서 생긴 열이 올라가 모임'(15.1%) 등으로 나타나 결과적으로 알코올이 타면서 생긴 열이 물 속에 들어가 온도를 높여주는 것으로 이해하고 있었다.
- 열 개념과 온도 개념의 관계 분석에서는 열의 운동개념은 찬물과 중간 온도의 정량적인 문항에만 영향을 미친 것으로 나타났다.
- 그림 3>과 같다. 온도가 낮은 물에서 가장 높거L 다음은 온도가 높은 물, 그리고 중간온도의 물에서는 매우 낮은 반응을 나타내었는데 이는 선행 연구된 내용가 일치하는 것으로 온도가 다른 두 물을 섞을 때 온도를 열량의 측정치로 생각하고 두 온도를 더하거나 빼는 과정을 거치면서 오류를 범하는 것으로 분석되었다.
- 응답 경향을 보면 크게 두 가지로 나누어지는데 「열이 모여서」(68.8%)와「분자 운동으로 인해」 (31.2%)로 나타났는데 운동 개념보다 물질 개념을 갖는 학생들이 월등히 많은 것으로 나타났다.
- 또한 두 물의 온도를 더하여 온도가 더 높아지는 유형에 반응한 경우도 다소 낮게는 나타났으나 두 물의 중간 온도가 된다는 유형보다 더 높은 반응을 보였다. 이것으로 보아 초등학교 학생들이 가지고 있는 온도 개념은 열이 많이 들어 있으면 온도가 높은 물이 되고 온도가 낮은 물에는 열이 적게 있거나 냉기가 있는 것으로 판단하며, 이러한 열의 물질 개념에 의해 열의 양을 더하거나 빼는 과정에서 온도가 정해지는 것으로 나타났다. 이는 선행연구에서 밝혀진 '온도란 단순히 물체가 가지고 있는 열의 양을 나타내는 척도 와 같은 맥락으로 해석할 수 있다.
- 정량적 문항에 대한 반응 경향을 알아보기 위해 더운물과 더운물을 섞었을 때와 70P의 물과 730의 물을 섞은 문항의 선택 유형 중에서 옳게 응답한 비율을 나타낸 것이다. 전체적으로 볼 때 정성적 문항에 56.9%, 정량적 문항에 56.2%의 반응을 보였으나 큰 차이는 아니다. 그러나 국내외의 선행 연구에 의하면 정성적 문항이 정량적 문항보다 올바른 응답률이 높게 나타났다.
- 전체적인 경향을 살펴보면 과학적 개념인「변화 없다」에 응답한 비율이 전체 아동의 64.1%로 나타나 33.2%의「내려간다」보다 높은 반응을 보였으며, 다음으로「올라간다」에 2.7%로 나타났다.
- 더운물과 찬물에서는 정성적 문항과 정량적 문항에 대한 반응이 비슷하게 나타났으나 더운물과 찬물을 섞은 경우에는 정성적, 정량적 문항에 대한 반응은 매우 다르게 나타났다. 정성적 문항인 경우 전학년 모두 높은 정답율을보였으나 정량적 문항인 경우에는 더운물의 온도에서 찬물의 온도만큼 온도가 내려간다는 유형에 가장 높은 반응을 보였다. 이는 더운물 속에는 더운 열기가, 찬물 속에는 찬 냉기가 들어 있어 두 물을 합하거나 섞을 때 찬 냉기만큼 더운 열기를 빼앗겨 물의 온도가 그만큼 더 내려가게 된다고 생각하는 것으로 나타났다.
- 다음은 찬물, 더운물 순서로 나타났다. 학년간 경향은 물의 온도에 따라 차이가 있으나 학년이 높을수록 온도 개념이 바르게 형성되어 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- (2) 본 연구에서 사용하는 열 개념의 유형을 물질개념과 분자 운동 개념(줄여서 운동 개념)으로 구분하였는데, 이것은 학생들의 반응을 대표하는 형태로 잠정적으로 붙여본 명칭이며, 열의 과학사적 변화 과정에서 등장한 것과 비교한 것이 아니므로 이에 대한 보완이 필요한 것이다.
- (2) 초등학생들의 열 개념 학습에 필요한 자료 가열 개념 유형에 기반을 두고 개발될 필요가 있으며 과학적인 열 개념을 이해하고 변화하도록 하는 수업지도 모형이 요구된다.
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