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문제 정의
- 즉, 선개념 자체가 변하였는지, 선개념 자체는 변화가 없는데 확신이 낮아졌는지, 선개념에 대한 확신을 그대로 유지하고 있는지를 조사하였다. 교사가 제시한 실험의 결과에 대해 왜 그런 결과가 나왔는가에 대한 가설을 진술하게 하고, 그 가설을 알아보기 위한 새로운 실험의 필요 여부를 알아보았다. 불일치 상황을 관찰한 뒤 학생들이 요구하는 실험의 유형을 확인실험, 대안실험, 판단실험으로 분류하였다.
- 그러나, 불일치 상황의 유형에 따른 학생들의 관찰의 정확성, 관찰의 인식, 선개념에 대한 신념의 변화, 선개념의 변화에 따른 인지갈등 정도, 불일치 상황을 관찰한 뒤 요구하는 실험의 내용 및 요구하는 실험의 유형을 동시에 통합적으로 알아보는 연구는 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 역학과 전기 영역에서 불일치 상황을 정성적 불일치 상황과 정량적 불일치 상황으로 구분하여 학생들에게 제시하고 학생들의 반응을 조사하였다. 즉, 학생들이 정량적 현상과 정성적 현상의 불일치 상황을 관찰한 뒤, 관찰의 정확성 여부와 관찰에 대한 인식, 선개념에 대한 신념의 변화를 알아보고, 불일치 상황을 관찰한 뒤 요구하는 실험의 내용 및 유형, 그리고 인지갈등 정도를 통합적으로 조사하였다.
제안 방법
- 먼저, 학생들의 사전 개념을 조사한 뒤, 학생들의 답지 선택과 응답이유 등을 분석하여 오개념을 가진 학생을 먼저 선발하고, 사전개념에 대한 확신 정도가 큰 학생을 선정하였다. 각 학생들에게 이 연구에 참여할 의사가 있는 학생을 다시 선별하여, 선별된 학생을 대상으로 연구를 진행하였다. 불일치 상황을 제시하기 전에, 학생들의 선개념을 다시 확인하였고, 응답 이유에 대한 진술도 다시 질문하여 선개념을 구체화하였다.
- 조사하였다. 그리고, 불일치 상황을 관찰한 뒤 자신의 선개념이 변화하였는지 조사하고, 선개념에 대한 확신 정도를 조사하여 선개념에 대한 신념변화 자료로 사용하였다. 즉, 선개념 자체가 변하였는지, 선개념 자체는 변화가 없는데 확신이 낮아졌는지, 선개념에 대한 확신을 그대로 유지하고 있는지를 조사하였다.
- 그리고, 인지갈등 측정도구를 이용하여 인지갈등 정도를 측정하였는데, 학생들이 용어나 표현 등의 어려움으로 인해 잘못 표기하는 일이 생기지 않도록 같이 읽으면서 체크하도록 하였다. 인지갈등 정도의 측정은 Lee et a/.
- 먼저, 학생들의 사전 개념을 조사한 뒤, 학생들의 답지 선택과 응답이유 등을 분석하여 오개념을 가진 학생을 먼저 선발하고, 사전개념에 대한 확신 정도가 큰 학생을 선정하였다. 각 학생들에게 이 연구에 참여할 의사가 있는 학생을 다시 선별하여, 선별된 학생을 대상으로 연구를 진행하였다.
- 불일치 상황 유형을 정량적 불일치 상황과 정성적 불일치 상황으로 분류하였다. 정량적 불일치 상황은 현상이 눈금으로 제시되는 것을 말하며, 정성적 불일치 상황은 눈금으로 제시되지 않는 현상을 말한다.
- 불일치 상황을 관찰하기 전의 학생들의 선개념을 분석하였다. 한 개의 전구와 두 개의 전구가 병렬로 연결된 회로에서 각 전구 1개의 밝기를 정성적으로 비교하는 문항에서는 6명의 학생(A, D, E, F, G, 卬이 한 개의 회로에 연결된 전구가 2배로 밝다고 답을 하였으며, 2명의 학생 (B, C)은 한 개의 회로에 연결된 2배까지는 아니고, 아주조금 더 밝다고 응답하였다.
- 학생들을 선발하였다. 불일치 상황을 관찰한 뒤 자신의 선개념에 대한 신념이 변화하였는지를 조사하였다. 즉, 선개념에 대한 확신을 그대로 유지하고 있는지, 선개념은 유지하고 있지만 확신이 감소하였는지, 선개념을 버렸는지를 면담을 통해 조사하였다.
- 교사가 제시한 실험의 결과에 대해 왜 그런 결과가 나왔는가에 대한 가설을 진술하게 하고, 그 가설을 알아보기 위한 새로운 실험의 필요 여부를 알아보았다. 불일치 상황을 관찰한 뒤 학생들이 요구하는 실험의 유형을 확인실험, 대안실험, 판단실험으로 분류하였다. 확인실험은 자신이 요구하는 실험의 결과가 자신의 선개념을 지지하는 현상일 것이라고 예상하면서 요구하는 실험을 말한다.
- 불일치 상황을 정성적으로 관찰한 학생이 제안한 새로운 실험 유형을 정리하면, 전기 영역에서 5명 중 4명이 확인실험을 1명이 대안실험을 제안하였고, 역학 영역에서는 5명 모두가 확인실험이 필요하다고 제안하였다. 불일치 상황을 정량적으로 관찰한 학생은 전기 영역에서는 모두 새로운 조건으로 실험을 하여도 교사가 제시한 실험과 같은 결과가 나올 것이기 때문에 새로운 실험이 필요 없다고 응답하였고, 역학 영역의 정량적 불일치 상황에서는 7 명중, 확인실험을 제안한 학생이 3명, 대안실험을 제안한 학생이 3명, 판단실험을 제안한 학생이 1명이었다.
- 각 학생들에게 이 연구에 참여할 의사가 있는 학생을 다시 선별하여, 선별된 학생을 대상으로 연구를 진행하였다. 불일치 상황을 제시하기 전에, 학생들의 선개념을 다시 확인하였고, 응답 이유에 대한 진술도 다시 질문하여 선개념을 구체화하였다. 최종적으로 이 연구에 참가한 학생은 모두 16명이었는데, 이 중 8명에게는 전기 영역에서는 정성적 불일치 상황, 역학 영역에서는 정량적 불일치 상황을 제시하였고(학생들의 기호는 각각 A~H, a~h), 다른 8명에게는 전기 영역에서는 정량적 불일치 상황, 역학 영역에서는 정성적 불일치 상황을 제시하였다(학생들의 기호는 각각 i ~P, I ~P).
- 즉, 학습자가 이미 지니고 있는 비과학적인 개념과 과학적 지식과의 차이를 인식하게 되면 학습자는 자신의 선개념에 대해 불만족한 상태가 되어 개념변화를 위한 첫 번째 조건을 만족하게 된다. 선개념에 대한 불만족이 선개념에 대한 신념의 변화를 이끌어주기 때문에 이연구에서는 신념의 변화에 따른 인지갈등 점수를 비교해보았다.
- 이 도구는 세 영역으로 나뉘어져 있는데, 첫 번째 영역은 자신의 개념에 대한 확신에 대한 3 문항으로, 두 번째 영역은 관찰 및 실험 결과에 대한 신뢰성에 대한 3문항으로, 세 번째 영역은 갈등정도를 측정하는 12문항으로 구성되어있다. 세 번째 영역의 점수를 합산하여 인지갈등 정도를 측정한다. 인지갈등 측정 요소는 불일치 상황에 대한 인식(3문항), 흥미(3문항), 불안(3문항), 인지적 재평가(3문항)로 구성되어있다.
- 예비연구를 통해 학생들의 선개념 유형을 조사하였다. 역학 영역에서는 작용반작용 개념을 묻는 문항을 사용하였다.
- 반응 유형의 분류 기준으로 변칙사례의 타당성 인정 여부', '변칙 사례와 초기 이론 사이의 불일치성 인정 여부', '초기 이론에 대한 확신의 변화 여부 를 사용하였다. 이 세 가지의 기준에 대한 응답에 따라 학생들의 반응을 거부, 재해석, 배제, 판단불가, 주변이론의 변화, 신념의 일부변화, 이론 변화 등의 7가지 유형으로 분류하였다. Chinn & Brewer(1998)의 연구에서보다 거부 유형의 반응을 보인 학생의 수는 적었으며 이론변화 유형의 반응을 보인 학생의 수는 더 많았다.
- 박종원(2003)은 가설의 검증을 위한 학생의 실험설계의 특성을 연구하였는데, 틀리다고 생각되는 가설과 옳다고 생각되는 가설을 함께 제시하여 두 가설을 검증하는 과정을 비교해 보았다. 이 연구에서는 두 개의 가설을 제시하고, 학생들이 그 중에서 어느 가설을 검증해 보려하는지를 조사하고, 선호하는 실험 설계 유형을 조사하였다.
- 학생 B는 높은 전압으로 실험을 해보고 싶다고 제안하였는데, 자신의 새로운 가설인 '두 개의 전구가 연결된 회로에서는 처음부터 전류가 많이 나온다'는 대안가설을 확인해 보기 위해서라고 응답했다. 이러한 유형을 대안실험으로 분류하였다.
- 이 중 학생 E는 큰 전구로, D, G는 전압을 높여서, F는 큰 전구와 높은 전압으로 실험을 하면 교사가 제시했던 실험에서보다 전구의 밝기 차이가 많이 날 것이라면서 자신의 선개념을 지지하는 결과가 나올 것이라고 제안했다. 자신의 선개념을 지지하는 결과가 나올 것이라고 기대하는 이러한 유형의 실험은 확인실험으로 분류하였다. 학생 B는 높은 전압으로 실험을 해보고 싶다고 제안하였는데, 자신의 새로운 가설인 '두 개의 전구가 연결된 회로에서는 처음부터 전류가 많이 나온다'는 대안가설을 확인해 보기 위해서라고 응답했다.
- 크기와 질량이 같고 세기가 다른 두 자석의 같은 극을 서로 마주보게 하였을 때, 두 자석의 밀린 거리를 비교하는 정성적 문항과 양쪽에 2N의 추를 달고 가운데 용수철 저울을 연결하였을 때 용수철 저울의 눈금을 묻는 정량적 문항을 선정하였다. 전기 영역에서는 한 개의 전구가 회로에 연결되어 있을 때와 두 개의 전구가 병렬로 연결되어 있을 때, 전구의 밝기를 비교하는 정성적 문항과 두 개의 전구를 병렬 연결한 뒤 한 개의 전구에 불이 꺼지게 했을 때 다른 전구의 밝기 변화를 조도계를 이용하여 묻는 정량적 문항을 선정하였다.
- 그리고, 불일치 상황을 관찰한 뒤 자신의 선개념이 변화하였는지 조사하고, 선개념에 대한 확신 정도를 조사하여 선개념에 대한 신념변화 자료로 사용하였다. 즉, 선개념 자체가 변하였는지, 선개념 자체는 변화가 없는데 확신이 낮아졌는지, 선개념에 대한 확신을 그대로 유지하고 있는지를 조사하였다. 교사가 제시한 실험의 결과에 대해 왜 그런 결과가 나왔는가에 대한 가설을 진술하게 하고, 그 가설을 알아보기 위한 새로운 실험의 필요 여부를 알아보았다.
- 불일치 상황을 관찰한 뒤 자신의 선개념에 대한 신념이 변화하였는지를 조사하였다. 즉, 선개념에 대한 확신을 그대로 유지하고 있는지, 선개념은 유지하고 있지만 확신이 감소하였는지, 선개념을 버렸는지를 면담을 통해 조사하였다.
- 따라서 본 연구에서는 역학과 전기 영역에서 불일치 상황을 정성적 불일치 상황과 정량적 불일치 상황으로 구분하여 학생들에게 제시하고 학생들의 반응을 조사하였다. 즉, 학생들이 정량적 현상과 정성적 현상의 불일치 상황을 관찰한 뒤, 관찰의 정확성 여부와 관찰에 대한 인식, 선개념에 대한 신념의 변화를 알아보고, 불일치 상황을 관찰한 뒤 요구하는 실험의 내용 및 유형, 그리고 인지갈등 정도를 통합적으로 조사하였다.
- 역학 영역에서는 작용반작용 개념을 묻는 문항을 사용하였다. 크기와 질량이 같고 세기가 다른 두 자석의 같은 극을 서로 마주보게 하였을 때, 두 자석의 밀린 거리를 비교하는 정성적 문항과 양쪽에 2N의 추를 달고 가운데 용수철 저울을 연결하였을 때 용수철 저울의 눈금을 묻는 정량적 문항을 선정하였다. 전기 영역에서는 한 개의 전구가 회로에 연결되어 있을 때와 두 개의 전구가 병렬로 연결되어 있을 때, 전구의 밝기를 비교하는 정성적 문항과 두 개의 전구를 병렬 연결한 뒤 한 개의 전구에 불이 꺼지게 했을 때 다른 전구의 밝기 변화를 조도계를 이용하여 묻는 정량적 문항을 선정하였다.
- 학생 K는 자석의 밀린 거리가 같다고 관찰하였지만 센 자석을 더 센 것을 사용하면 약한 자석이 더 많이 밀릴 것이라는 보호대를 만들어서 자신의 선개념에 대한 확신을 그대로 유지하였다. 학생 M, P, I, J, Le 자신의 선 개념에 비추어 관찰하였다. 그 중 M, P, I, Le 약한 자석이 더 많이 밀렸다고 관찰하였고, 학생 J는 센 자석이 더 많이 밀렸다고 관찰하였다.
- 1의 과정으로 연구를 진행하였다. 학생들의 반응과 인지갈등을 심층적으로 이해하기 위해 이 모든 과정을 반구조화된 면담을 이용하였다.3
- 학생들이 요구하는 실험의 유형을 확인실험, 대안실험, 판단실험의 세 가지 유형으로 분류하였다. 전기 영역의 정량적 불일치 상황에서는 모든 학생이 새로운 실험을 요구하지 않았다.
- 학생이 자신의 선개념과 불일치되는 현상을 관찰한 뒤, 관찰을 바르게 하였는지, 현상을 불일치 상황으로 인식하였는를 조사하였다. 그리고, 불일치 상황을 관찰한 뒤 자신의 선개념이 변화하였는지 조사하고, 선개념에 대한 확신 정도를 조사하여 선개념에 대한 신념변화 자료로 사용하였다.
대상 데이터
- 불일치 상황을 정량적으로 관찰한 학생은 전기 영역에서는 모두 새로운 조건으로 실험을 하여도 교사가 제시한 실험과 같은 결과가 나올 것이기 때문에 새로운 실험이 필요 없다고 응답하였고, 역학 영역의 정량적 불일치 상황에서는 7 명중, 확인실험을 제안한 학생이 3명, 대안실험을 제안한 학생이 3명, 판단실험을 제안한 학생이 1명이었다. 이러한 결과는 불일치 상황을 정성적으로 제시한 경우, 자신이 요구하는 새로운 실험은 교사가 제시한 것과는 다른 결과가 나올 것이고, 그 결과는 자신의 선개념을 지지할 것이라고 기대를 하면서 실험을 요구하는 경향이 있다.
- 사전검사에서 자신의 선개념에 대해 확신을 가지고 있는 학생들을 선발하였다. 불일치 상황을 관찰한 뒤 자신의 선개념에 대한 신념이 변화하였는지를 조사하였다.
- 연구 대상은 부산에 소재한 중학교 3학년의 여학생이다. 먼저, 학생들의 사전 개념을 조사한 뒤, 학생들의 답지 선택과 응답이유 등을 분석하여 오개념을 가진 학생을 먼저 선발하고, 사전개념에 대한 확신 정도가 큰 학생을 선정하였다.
- 전기 영역의 정성적 불일치 상황을 관찰한 경우는, 전압을 높여서 다시 실험을 해 보고 싶다고 제안한 학생이 5명 (B, D, E, F, G)이었다. 이 중 학생 E는 큰 전구로, D, G는 전압을 높여서, F는 큰 전구와 높은 전압으로 실험을 하면 교사가 제시했던 실험에서보다 전구의 밝기 차이가 많이 날 것이라면서 자신의 선개념을 지지하는 결과가 나올 것이라고 제안했다.
이론/모형
- 인지갈등 정도의 측정은 Lee et a/.(1999)이 개발한 CCLT (Cognitive Conflict Levels Test)를 이용하였다. 이 도구는 세 영역으로 나뉘어져 있는데, 첫 번째 영역은 자신의 개념에 대한 확신에 대한 3 문항으로, 두 번째 영역은 관찰 및 실험 결과에 대한 신뢰성에 대한 3문항으로, 세 번째 영역은 갈등정도를 측정하는 12문항으로 구성되어있다.
성능/효과
- 정량적 불일치 상황을 관찰한 학생들은 모두 관찰 결과가 같았다. 그리고, 눈금으로 나타나지 않는 정성적 불일치 상황에 대한 관찰은 학생들의 선개념의 영향을 많이 받는다는 것을 알 수 있었다. 역학의 정성적 불일치 집단의 1명을 제외하고는 모두 제시된 상황이 자신의 선개념과 다른 현상이라고 인식하였다.
- , 1982)을 고려해보면, 선개념에 대한불만이 선개념에 대한 신념의 변화를 이끌어주고, 그것이 개념변화에 영향을 미칠 수 있다는 것을 암시한다. 따라서, 선개념에 대한 확신이 약할수록 인지갈등 정도가 크다는 결과는, 인지갈등 정도가 개념변화와 밀접한 관련이 있을 것이라는 가능성이 보인다. 이것은 인지갈등 정도가 개념변화와 밀접한 관련이 있다는 연구(오재천, 2002, 최진만, 2003, 권난주 등, 2004)의 결과를 뒷받침해 준다.
- 나타내었다. 선개념에 대한 신념에 변화가 없는 경우의 인지갈등 평균 점수는 23.8점, 선개념에 대한 확신이 낮아진 경우의 인지갈등 평균 점수는 34.6점, 선 개념을 버린 경우의 인지갈등 평균 점수는 36.3점으로 선 개념에 대한 신념의 변화가 클수록 인지갈등 정도가 높아지는 것을 볼 수 있다.
- 선개념에 대한 신념의 변화 정도와 인지갈등 정도를 알아보았는데, 선개념에 대한 신념의 변화가 클수록 인지갈등 정도도 높은 것으로 나타났다. Poser, et 戒.
- 난다고 관찰했다. 이 5명의 학생 중 I, L, M, P는 약한 자석이 더 많이 밀릴 것이라고 예상하였고, 약한 자석이 조금 더 밀렸다고 관찰하였다. 그런데, I, L, Me 약한 자석이 조금 더 많이 밀리기는 하였지만, 자신이 예상했던 것보다 밀린 거리의 차이가 적다고 응답하였다.
- 이러한 결과를 보아, 학생들의 관찰은 선개념의 영향을 많이 받고, 또한 학생들의 선개념에 대한 신념의 변화는 관찰의 영향을 많이 받는다는 것을 알 수 있다. 전기의 정성적 현상을 관찰한 경우, 두 전구의 밝기가 같다고 관찰한 4명(B, C, D, H) 중 3명(B, C, ID이 자신의 선개념을 버렸지만, 두 전구의 밝기가 아주 조금 차이가 난다고 관찰한 4명(A, E, F, G) 중 1명(A)만이 자신의 선개념을 버렸다.
- 전기 영역의 정량적 불일치 상황에서는 학생들 모두가 조도계의 눈금이 변하지 않는다고 관찰하였고, 두 개의 전구가 병렬로 연결되었을 경우 한 개의 전구가 꺼져도 다른 전구의 밝기는 변하지 않는다고 관찰하였다. 그리고, 자신의 선개념과 불일치한 상황이라고 인식하였다.
- 불일치 상황을 제시하기 전에, 학생들의 선개념을 다시 확인하였고, 응답 이유에 대한 진술도 다시 질문하여 선개념을 구체화하였다. 최종적으로 이 연구에 참가한 학생은 모두 16명이었는데, 이 중 8명에게는 전기 영역에서는 정성적 불일치 상황, 역학 영역에서는 정량적 불일치 상황을 제시하였고(학생들의 기호는 각각 A~H, a~h), 다른 8명에게는 전기 영역에서는 정량적 불일치 상황, 역학 영역에서는 정성적 불일치 상황을 제시하였다(학생들의 기호는 각각 i ~P, I ~P).
후속연구
- 변칙사례에 대한 반응점수와 직후 개념 및 개념 파지 검사 점수 사이에 유의미한 상관이 존재하지 않았고 따라서 변칙 사례에 의한 인지갈등 유발이 개념변화와 직접적인 관련이 없다는 것을 암시한다고 하였다. 이러한 상반된 결과는 선개념의 신념 변화 정도와 개념변화 정도를 심층적으로 연구해야 할 필요성이 있다는 것을 암시하며, 인지갈등을 일으키는 요인이 무엇인가에 대한 심층적인 연구가 진행될 필요가 있다.
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