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문제 정의
- 본 연구에서는 고등학교 기체 분자 운동론에 대한 웹 활용 모의실험을 개발하였다. 그리고 이것을 이용한 개별 실험수업과 교과서에 나오는 조별 전통적 실험을 비교하여 과학 수업에 대한 태도, 학습 동기, 학업 성취도에서 효과를 비교했다.
- 본 연구에서는 고등학교 물리 II 의 운동과 에너지 단원 중 '기체의 분자 운동론' 단원에 대하여 웹을 활용하여 실험이 가능한 형태의 웹 활용 모의실험 (Web-Aided Laboratory)을 개발. 적용하여 그 효과를 교과서에 제시된 전통적 실험과 비교하고자 한다.
- 본 연구에서는 고등학교 물리 교과의 '기체분자 운동론, 단원에 대한 개별 웹 활용 모의실험을 개발 . 적용하여 과학 수업에 대한 태도, 학습 동기, 학업 성취도에서 미치는 효과를 조별 전통실험 집단과 비교하여 알아보았다.
제안 방법
- 실험 처치는 고등학교 '기체의 분자 운동론' 단원에 대하여 두 시간 동안에 걸쳐 실시하였다. 1차시는 사전 검사와 웹 활용 모의실험 집단에 대하여 컴퓨터 사용 및 데이터 입력 방법에 대하여 오리엔테이션을 실시하고, 2, 3차시는 전통적 실험 집단, 웹 활용 모의실험 집단 모두에게 기체 분자 운동론에 대한 이론적인 내용을 수업하고, 실험 처치로서 4, 5차시에는 각각 보일의 법칙 실험, 샤를의 법칙 실험을 전통적 실험 집단과 웹 활용 모의실험 집단으로 나누어서 실시하고, 실험 처치가 끝난 후 6, 7교시차시에는 과학 수업에 대한 태도검사, 사후학습 동기 검사, 학업 성취도 검사를 실시하였다.
- 실시하였다. 과학 수업에 대한 태도 검사는 사전 검사 점수(사전-사후 검사 사이의 상관: r=.445, p<.01)를 공 변량으로 하고 사후 검사 점수를 종속변수로 하는 공 변량 분석을 실시하였다. 또한 사전 .
- 한편, CAI 와 MBL은 여러 학생들이 한꺼번에 이용할 수 없고, 웹을 통한 자료의 접근이 용이하지 않다. 그래서 본연구에서는 웹과 모의실험을 실험 수업에 활용하여, 학습 뿐 아니라 모의실험으로부터 데이터를 취득하고, 그 결과를 스스로 분석하는 학습자료의 한 형태를 설계하였다. 이를 웹 활용 모의실험(Web-Aided Labora- tory)이라 명명하였다.
- 활용 모의실험을 개발하였다. 그리고 이것을 이용한 개별 실험수업과 교과서에 나오는 조별 전통적 실험을 비교하여 과학 수업에 대한 태도, 학습 동기, 학업 성취도에서 효과를 비교했다.
- 01)를 공변량으로 하고 IMMS 점수를 종속변수로 하는 공 변량 분석을 실시하였다. 또, 학업 성취도 검사는 GALT 점수(GALT 점수-학업 성취도 사이의 상관: r=.313, p<.05)를 공 변량으로 하고, 학업 성취도 검사 점수를 종속변수로 하는 공변량 분석을 실시하였다. 모든 통계 분석에는 SPSS 통계 패키지를 사용하였다.
- 실시하였다. 모의실험은 기체에 대한 실험에서 눈에 보이지 않는 기체를 시각화하여 눈에 보이는 입자로 표현되었고, 온도 및 압력을 자유롭게 변화시킬 수 있도록 개발되었다. 웹 활용 모의실험 집단은 개발된 모의실험을 이용하여 개별적으로 실험하였고, 전통실험 집단은 교과서에 나오는 실험을 4 인 1 조로 실시하였다.
- 본 연구에서 사용한 웹 활용 모의실험 개발은 교수 체제 개발 모델에 기초하고, 컴퓨터라는 매체의 특성을 가미하여 만들어진 Alessi와 Trollop(1985)의 8단계 코스웨어 개발 모델에 기초하였으며, 총 두 시간 분량으로 구성되어 있다. 개발된 웹 활용 모의실험I) 은 Fig.
- 본 연구에서는 고등학교 심화 선택 과목 중 하나인 , 물리 II, 에서, 기체 분자 운동론' 단원 중 보일의 법칙과 샤를의 법칙에 대하여 웹 활용 모의실험을 개발하였다. 웹 활용 모의실험 집단에는 개발한 웹 활용 모의실험을 활용하여 실험을 개별적으로 실시하고, 전통적 실험 집단에는 교과서에 제시된 전통적인 실험을 4 인 1조로 실시하여 과학 수업에 대한 태도, 학습 동기와 학업 성취도에 대한 효과를 비교하였다.
- 웹 활용 모의실험 집단은 개발된 모의실험을 이용하여 개별적으로 실험하였고, 전통실험 집단은 교과서에 나오는 실험을 4 인 1 조로 실시하였다. 사전 검사로 사전 과학 수업에 대한 태도검사, 사전 학습 동기(PALS) 검사, 논리적 사고력 검사를 실시하였다. 실험 처치 후 학생들의 사후 과학 수업에 대한 태도 검사, 사후 학습동기(IMMS) 검사, 학업 성취도 검사를 실시하였고, 자료를 수집하여 공 변량 분석을 실시하였다.
- 부피의 변화를 측정하였다. 실험 둘째 시간에 실시한 샤를의 법칙은 Fig. 4에 예시한 것처럼 비커에 물을 넣고 그 물속에 100m(, 짜리 주사기와 온도계를 넣은 후 알코올램프로 간접 가열하면서 온도변화에 따른 부피의 변화를 측정하였다.
- 전통적 실험을 하듯이 부피가 유동적으로 변하기 때문에 잠시 기다렸다가 어느 정도 일정한 값이 나타나면 그때의 값을 측정하였다. 실험 처치 둘째 시간에 실시한 샤를의 법칙은 보일의 법칙과 형태와 실시방법이 비슷하며, 온도를 변화시키면서 부피의 변화를 측정하였다.
- 3과 같다. 실험 처치 이전에 사전검사로 과학 수업에 대한 태도검사, 사전 학습동기 검사, GALT를 실시하였다. 실험 처치는 고등학교 '기체의 분자 운동론' 단원에 대하여 두 시간 동안에 걸쳐 실시하였다.
- 사전 검사로 사전 과학 수업에 대한 태도검사, 사전 학습 동기(PALS) 검사, 논리적 사고력 검사를 실시하였다. 실험 처치 후 학생들의 사후 과학 수업에 대한 태도 검사, 사후 학습동기(IMMS) 검사, 학업 성취도 검사를 실시하였고, 자료를 수집하여 공 변량 분석을 실시하였다.
- 실험 처치 이전에 사전검사로 과학 수업에 대한 태도검사, 사전 학습동기 검사, GALT를 실시하였다. 실험 처치는 고등학교 '기체의 분자 운동론' 단원에 대하여 두 시간 동안에 걸쳐 실시하였다. 1차시는 사전 검사와 웹 활용 모의실험 집단에 대하여 컴퓨터 사용 및 데이터 입력 방법에 대하여 오리엔테이션을 실시하고, 2, 3차시는 전통적 실험 집단, 웹 활용 모의실험 집단 모두에게 기체 분자 운동론에 대한 이론적인 내용을 수업하고, 실험 처치로서 4, 5차시에는 각각 보일의 법칙 실험, 샤를의 법칙 실험을 전통적 실험 집단과 웹 활용 모의실험 집단으로 나누어서 실시하고, 실험 처치가 끝난 후 6, 7교시차시에는 과학 수업에 대한 태도검사, 사후학습 동기 검사, 학업 성취도 검사를 실시하였다.
- 시행하였다. 실험이 끝난 후 실험 이력과 실험 결과가 수록된 출력지를 개인당 1장씩 제출하게 하였다. 전통적 실험 집단은 학교 실험실에서 4인 1 조가 되어 실험보고서를 활용하여 실험을 실시하고, 개인당 1장씩 실험보고서를 제출하게 하였다.
- 웹 활용 모의실험 집단에는 개발한 웹 활용 모의실험을 활용하여 실험을 개별적으로 실시하고, 전통적 실험 집단에는 교과서에 제시된 전통적인 실험을 4 인 1조로 실시하여 과학 수업에 대한 태도, 학습 동기와 학업 성취도에 대한 효과를 비교하였다.
- 모의실험은 기체에 대한 실험에서 눈에 보이지 않는 기체를 시각화하여 눈에 보이는 입자로 표현되었고, 온도 및 압력을 자유롭게 변화시킬 수 있도록 개발되었다. 웹 활용 모의실험 집단은 개발된 모의실험을 이용하여 개별적으로 실험하였고, 전통실험 집단은 교과서에 나오는 실험을 4 인 1 조로 실시하였다. 사전 검사로 사전 과학 수업에 대한 태도검사, 사전 학습 동기(PALS) 검사, 논리적 사고력 검사를 실시하였다.
- 웹 활용 모의실험 집단은 컴퓨터실에서 개인당 1대의 컴퓨터를 가지고 웹을 통하여 제시되는 웹 활용 모의실험을 시행하였다. 실험이 끝난 후 실험 이력과 실험 결과가 수록된 출력지를 개인당 1장씩 제출하게 하였다.
- 적용하여 과학 수업에 대한 태도, 학습 동기, 학업 성취도에서 미치는 효과를 조별 전통실험 집단과 비교하여 알아보았다.
- Laboratory)을 개발. 적용하여 그 효과를 교과서에 제시된 전통적 실험과 비교하고자 한다.
- 실험이 끝난 후 실험 이력과 실험 결과가 수록된 출력지를 개인당 1장씩 제출하게 하였다. 전통적 실험 집단은 학교 실험실에서 4인 1 조가 되어 실험보고서를 활용하여 실험을 실시하고, 개인당 1장씩 실험보고서를 제출하게 하였다.
- 전통적 실험 집단의 실험 처치 첫째 시간에 실시 한보 일의 법칙에서 학습자는 눈금이 표시된 100却짜리주사기 위에 3kg의 추를 1개씩 증가시키거나, 감소시키면서 부피의 변화를 측정하였다. 실험 둘째 시간에 실시한 샤를의 법칙은 Fig.
- 데이터를 취득하는 과정에서 분자들의 충돌은 분자의 개수가 적어 평형상태에 도달하는 시간이 걸린다. 전통적 실험을 하듯이 부피가 유동적으로 변하기 때문에 잠시 기다렸다가 어느 정도 일정한 값이 나타나면 그때의 값을 측정하였다. 실험 처치 둘째 시간에 실시한 샤를의 법칙은 보일의 법칙과 형태와 실시방법이 비슷하며, 온도를 변화시키면서 부피의 변화를 측정하였다.
- Ko et 以(20이)은 커플 탱크(Coupled Tank) 실험기구에 대하여 웹 기반 실험실(Web-Based Laboratory) 실험을 개발하였다. 카메라로부터 얻은 정보를 웹을 통하여 피드백 받고 제어하면서 실험이 가능하도록 설계되었고, 새로운 교육적 가능성을 확인하였다. Hugh(2002) 는 인터넷 기반 실험(Internet-based experiments)0! 원격교육의 향상과 실험 교육과정의 확장, 과학에 있어 학생들의 많은 참여, 낮은 비용 등의 장점이 있다고 하였다.
- 학생들의 사전 학습 동기를 측정하기 위한 검사 도구는 개인의 일반적인 학습 동기를 측정하는 PALS (Patterns of Adaptive Learning S나rvey; Anderman & Young, 1994) 검사지에서, 학습전략, 을 제외한 21 문항을 5단계 리 커트 형식으로 추출한 후, 일부 문장을 상황에 맞게 수정하였다. 검사지의 크론바하 a로 구한 신뢰도는 .
- 사후 과학 수업에 대한 태도의 변화를 알아보기 위하여 대응 표본 T 검정(Paired T-test)을 실시하였다. 학습동기에 대한 검사는 PALS 점수(PALSIMMS 사이의 상관: i=.423, p<.01)를 공변량으로 하고 IMMS 점수를 종속변수로 하는 공 변량 분석을 실시하였다. 또, 학업 성취도 검사는 GALT 점수(GALT 점수-학업 성취도 사이의 상관: r=.
대상 데이터
- 농촌 지역에 위치한 고등학생(조별 전통실험 집단 1 학급, 개별 웹 활용 모의실험 집단 1학급)을 대상으로 기체 분자 운동론 단원에 대하여 실험 처치를 2차시 동안 실시하였다. 모의실험은 기체에 대한 실험에서 눈에 보이지 않는 기체를 시각화하여 눈에 보이는 입자로 표현되었고, 온도 및 압력을 자유롭게 변화시킬 수 있도록 개발되었다.
- 본 연구는 경남 농촌 지역에 소재한 남녀공학 인문계 고등학생 3학년 2학급(전통적 실험 집단 25명, 웹 활용 모의실험 집단 26명) 51명을 대상으로 실시하였다.
데이터처리
- 또한 사전 . 사후 과학 수업에 대한 태도의 변화를 알아보기 위하여 대응 표본 T 검정(Paired T-test)을 실시하였다. 학습동기에 대한 검사는 PALS 점수(PALSIMMS 사이의 상관: i=.
- 통계분석은 실험 처치를 독립변인으로 하는 공 변량분석(ANCOVA)을 실시하였다. 과학 수업에 대한 태도 검사는 사전 검사 점수(사전-사후 검사 사이의 상관: r=.
이론/모형
- 과학 수업에 대한 태도 검사지는 Fraser(1981)의 TOSRA(Test of Science-Related Attitude) 중에서 , 과학 수업에 대한 즐거움, 범주에 해당하는 10문항을 5단계 리 커트 형식으로 사용하였고, 검사지의 크론바하 a로 구한 신뢰도는 사전 검사에서. 90, 사후 검사에서 .
- 논리적 사고력 검사는 12문항으로 구성된 축소본 GALT(Group Assessment of Logical Thinking; Roadrangka, Yeany & Padilla, 1983)를 이용하였다. 검사지의 크론바하 a로 구한 신뢰도는.
- 학생들의 사후 학습동기 검사지로는 상황. 특수적인 학습 동기를 측정하는 도구인 Keller(1983)의 IMMS(Instructional Material Motivation Scale) 문항 중에서 학습 동기 하위 요소별로 A(주의집중), R(관련성), C(자신감), S(만족감)와 각각 관련된 5문항씩 총 20문항을 5단계 리 커트 형식으로 추출하여 사용하였다. 검사지의 크론바하 a로 구한 신뢰도는 .
성능/효과
- 있는가? (2) 학생들에게 개별 웹 활용 모의실험을 실시한 수업이 조별 전통실험을 실시한 수업과 비교하여 학습 동기에 미치는 효과가 있는가?
- (3) 학생들에게 개별 웹 활용 모의실험을 실시한 수업이 조별 전통실험을 실시한 수업과 비교하여 학업 성취도에 미치는 효과가 있는가?
- 제시하였다. GALT 점수는 전통적 실험 집단이 웹 활용 모의실험집단보다 높았지만 t 검정 결과 유의미한 차이를 보이지 않았고(t=.523, p=.6O3), 학업 성취도 점수는 웹 활용 모의실험 집단이 전통적 실험 집단보다 유의미하게 높았다(t=.2.562, p=.OI7). 학업 성취도 점수에 대한 공변량 분산 결과를 Table 6에 제시하였다.
- 개별 웹 활용 모의실험 집단이 조별 전통실험 집단과 비교하여 정의적 영역인 학습 동기에는 유의미한 차이를 보였고, 하위 영역 중에서 만족감 부분에서 유의미한 차이를 보였다. 컴퓨터라는 친숙한 매체를 사용하고 기체의 동적인 입자성을 강조한 상호작용적인 웹 활용 모의실험의 요소와 실험 후 출력된 결과를 바로 확인할 수 있음이 학생들에게 만족감을 유발하는데 긍정적인 영향을 미친 것으로 생각된다.
- 개별 웹 활용 모의실험 집단이 조별 전통실험 집단과 비교하여 지적 영역인 학업 성취도에서 유의미한 차이를 보였다. 이것은 웹 활용 모의실험을 통하여 개별학습이 가능하게 되고, 온도가 올라감에 따라 부피가 변하는 것을 눈으로 확인하므로 부피, 압력, 온도 간의 개념과 관계에 대한 이해도를 높인 것으로 생각된다.
- 개별 웹 활용 모의실험 집단이 조별 전통실험 집단에 비해 정의적 영역인 과학 수업에 대한 태도에는 미치는 효과는 유의미한 차이가 없었다. 또 개별 웹 활용 모의실험과 전통적 조별 실험 모두 사선.
- 사후 학습 동기 검사(PALS, IMMS) 점수가 모두 웹 활용 모의실험 집단이 전통적 실험집단보다 높이 나타났다. 공 변량 분석 결과는 Table 4와 같고, 웹 활용 모의실험 집단의 사후 학습 동기 평균이 전통적 실험 집단보다 유의미하게 높았다. 또, IMMS의 하위범주 중 만족감에서 웹 활용 모의실험집단이 전통적 실험 집단보다 유의미하게 높았다.
- 공 변량 분석 결과는 Table 4와 같고, 웹 활용 모의실험 집단의 사후 학습 동기 평균이 전통적 실험 집단보다 유의미하게 높았다. 또, IMMS의 하위범주 중 만족감에서 웹 활용 모의실험집단이 전통적 실험 집단보다 유의미하게 높았다. 기체의 동적인 입자성을 눈으로 보이게 하여 역동적인 움직임을 직접 관찰하게 한 점, 미시적인 현상들이 어우러져 거시적인 변화를 나타내고 그 결과가 바로 확인 되는 점, 개별적인 실험을 하게 되어 참여 의식이 높아진 점들이 학생들에게 만족감을 유발하는데 긍정적인 영향을 미친 것으로 생각된다.
- 또한, 학습 동기와 학업 성취도는 개별 웹 활용 모의실험 집단이 조별 전통실험 집단에 비해 유의미하게 높았다.
- 분석 결과, 개별 웹 활용 모의실험과 조별 전통실험집단 간의 과학 수업에 대한 태도는 유의미한 차이가 없었다. 또한, 학습 동기와 학업 성취도는 개별 웹 활용 모의실험 집단이 조별 전통실험 집단에 비해 유의미하게 높았다.
- 특히 국내에서는 김재현 등(1990)이 중학생 2, 3학년 과학 중 화학 분야에 대한 CAI(Computer-Assisted Instruction)를 개발하고 수업에 적용한 결과, 학생들의 실험에 대한 이해도나 학업 성취도에 효과가 있다고 보고하였으며, 심재규(1997)는 컴퓨터를 이용한 실험(Microcomputer Based Laboratory; MBL) 수업과 시간기록계를 이용한 전통적 실험 수업을 고등학교 공통과학 중 ''힘'' 단원 학습에 적용하여 인지적인 영역 중 자료분석 측면과 정의적인 영역 중 흥미 측면에서의 차이를 비교 분석했다. 분석결과 컴퓨터를 이용한 실험 수업이 전통적 실험수업에 비해 자료 분석 측면과 흥미 측면에서 더 효과적임을 보였다. 전재록(2004)은 예비교사들을 대상으로 MBL을 사용하여 뉴턴의 제2법칙 실험을 실시하여 최적조건, 정확도와 예비교사들의 선호도를 조사하여 7.
- 05점이 높았다. 사전 검사에 비해 사후 검사에서는 웹 활용 모의실험집단은 0.54점이 향상되었지만 대응 표본 T 검증 결과 통계적으로 유의미한 차이가 없었다(t=.925, p=.364). 사전 검사에 비해 사후 검사에서는 전통적 실험 집단은 0.
- 364). 사전 검사에 비해 사후 검사에서는 전통적 실험 집단은 0.63점이 하락했지만, 대응 표본 T 검증 결과 통계적으로 유의미한 차이가 없었다(t=.71O, p=.485). 과학 수업에 대한 태도 검사에서 공 변량 분석 결과는 Table 2와 같았다.
- 17점 높았다. 사후 검사는 전통적 실험 집단이 3.10점, 웹 활용 모의실험 집단은 3.05점으로 전통적 실험 집단이 0.05점이 높았다. 사전 검사에 비해 사후 검사에서는 웹 활용 모의실험집단은 0.
- 사전. 사후 학습 동기 검사(PALS, IMMS) 점수가 모두 웹 활용 모의실험 집단이 전통적 실험집단보다 높이 나타났다. 공 변량 분석 결과는 Table 4와 같고, 웹 활용 모의실험 집단의 사후 학습 동기 평균이 전통적 실험 집단보다 유의미하게 높았다.
- 학업 성취도 점수에 대한 공변량 분산 결과를 Table 6에 제시하였다. 웹 활용 모의실험 집단의 학업 성취도가 전통적 실험 집단보다 유의미하게 높았다. 이것은 웹 활용 모의실험을 통하여 개별학습이 가능하게 되고, 온도가 올라감에 따라 부피가 변하는 것을 눈으로 확인하므로, 부피, 압력, 온도 간의 개념과 관계에 대한 이해도를 높인 것으로 생각된다.
- 59이었다. 학업 성취도 검사지는 객관식 6문항, 단답형 3문항, 논술형 2문항으로 구성되었고, 객관식과 단답형의 문항당 배점은 각각 1점, 논술형은 각각 3점씩이었다. 내용 영역은 기체분자운동론 중에서 보일의 법칙(기체의 압력과 부피 관계)과 샤를의 법칙(기체의 온도와 부피 관계)이다.
후속연구
- 본 연구는 중학교 시절의 학업성적이 하위인 농촌 지역 학생들을 대상으로 실시한 것이므로 학업성적이 높은 학생들을 대상으로 웹 활용 모의실험의 효과를 조사할 필요가 있고, 학생들의 특성에 따른 웹 활용 모의실험의 효과를 조사할 필요가 있다.
- 이를 웹 활용 모의실험(Web-Aided Labora- tory)이라 명명하였다. 이것을 통해 취득된 자료는 실험보고서, 수행평가 등의 자료로 사용될 수 있을 것이다.
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