[국내논문]고등학생들의 그래프 능력과 과학 탐구 능력 및 과학 학업 성취도의 관계 Relationships of Graphing Ability to Science-Process Skills and Academic Achievement of High School Students원문보기
본 연구는 그래프 능력과 과학 탐구 능력 및 과학 학업 성취도의 상관 관계를 알아본 것이다. 그래프 능력과 과학 탐구 능력인 정적인 .41의 상관을 보였으며 이러한 결과는 선행연구의 결과들을 지지하는 것이다. 또한 그래프 능력은 과학 학업 성취도와 거의 통계적으로 상관이 없는 것으로 밝혀졌다. 그래프는 과학 학습에서 중요한 의사소통의 도구이다. 또한 그래프 능력은 과학 탐구 능력과 어느 정도 상관관계도 보이고 있다. 따라서 고등학생들의 그래프 능력의 부족한 부분을 신장시켜 과학 학습에 장애가 되지 않도록 해야 될 것이다.
본 연구는 그래프 능력과 과학 탐구 능력 및 과학 학업 성취도의 상관 관계를 알아본 것이다. 그래프 능력과 과학 탐구 능력인 정적인 .41의 상관을 보였으며 이러한 결과는 선행연구의 결과들을 지지하는 것이다. 또한 그래프 능력은 과학 학업 성취도와 거의 통계적으로 상관이 없는 것으로 밝혀졌다. 그래프는 과학 학습에서 중요한 의사소통의 도구이다. 또한 그래프 능력은 과학 탐구 능력과 어느 정도 상관관계도 보이고 있다. 따라서 고등학생들의 그래프 능력의 부족한 부분을 신장시켜 과학 학습에 장애가 되지 않도록 해야 될 것이다.
Line graphs are frequently used to communicate data and basic concepts in classroom activities, Science teachers often assume that students are able to interpret the symbolic meaning of the graphs, but such an assumption is not based on sufficient evidence, The purpose of this study was to investiga...
Line graphs are frequently used to communicate data and basic concepts in classroom activities, Science teachers often assume that students are able to interpret the symbolic meaning of the graphs, but such an assumption is not based on sufficient evidence, The purpose of this study was to investigate the relationships of graphing ability to science-process skills and academic achievement of high school students: With regard to science-process skills, graphing ability was found to have a slight correlation with science-process skills (.41). Among the sub-skills of the science-process, graphing ability was seen to have a relatively high correlation with basic science-process skills such as 'measuring', 'inferring', 'predicting', while having relatively low correlation with integrated science-process skills such as 'formulating hypothesis' and 'generalization', With regard to academic achievement, graphing ability appeared to have no correlation with academic achievement (.06). Hence, a correlation between graphing ability and science-process skills was proved. It can also be concluded that improving graphing ability will greatly support students with their science study and, therefore, organized efforts and efficient educational methods should be developed in order to overcome the insufficient graphing ability among high school students.
Line graphs are frequently used to communicate data and basic concepts in classroom activities, Science teachers often assume that students are able to interpret the symbolic meaning of the graphs, but such an assumption is not based on sufficient evidence, The purpose of this study was to investigate the relationships of graphing ability to science-process skills and academic achievement of high school students: With regard to science-process skills, graphing ability was found to have a slight correlation with science-process skills (.41). Among the sub-skills of the science-process, graphing ability was seen to have a relatively high correlation with basic science-process skills such as 'measuring', 'inferring', 'predicting', while having relatively low correlation with integrated science-process skills such as 'formulating hypothesis' and 'generalization', With regard to academic achievement, graphing ability appeared to have no correlation with academic achievement (.06). Hence, a correlation between graphing ability and science-process skills was proved. It can also be concluded that improving graphing ability will greatly support students with their science study and, therefore, organized efforts and efficient educational methods should be developed in order to overcome the insufficient graphing ability among high school students.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 고찰된 선행 연구들을 바탕으로 우리나라의 고등학생들의 그래프 능력을 알아보고, 과학 탐구 능력 및 과학 학업 성취도와의 관계를 알아보고자 한다.
그리고 그것을 바탕으로 학생들에게 적절한 학습방법이 개발되어 그래프를 이용한 과학 학습이 효율적으로 이루어질 수 있도록 해야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 과학적 용어를 사용하지 않고 일상적인 용어로 기술된 검사 도구를 사용하여 그래프의 작성과 해석 능력을 알아본 후, 과학 탐구 능력 및 과학 학업 성취도에 따른 상관관계를 분석하여 효과적인 학습 지도 방안 모색에 시사점을 얻고자 한다.
먼저 고등학생들의 과학 탐구 능력의 결과를 분석한 후, 그래프 능력과 어떤 상관관계가 있는지 그 결과를 제시하고자 한다.
본 연구는 그래프 능력과 과학 탐구 능력 및 과학 학업 성취도의 상관관계를 알아본 것이다. 그래프 능력과 과학 탐구 능력은 정적인 .
본 연구에서는 고등학생의 과학적 용어를 사용하지 않고 일상적인 용어로 기술된 검사도구를 이용하여 그래프 작성 및 해석 능력을 조사하고, 그래프 능력과 과학 탐구 능력 및 과학 학업 성취도와의 관계를 분석하기 위하여 다음과 같은 연구 문제를 해결하고자 한다.
본 연구에서는 고등학생의 그래프 능력과 과학 탐구 능력을 알아보고 그들의 상관관계와 그래프 능력과 과학 학업 성취도와의 상관관계를 알아보았다. 지금까지의 연구 결과를 토대로 다음과 갇은 제언을 하고자 한다.
제안 방법
2는 동일한 학생들에게 수행 평가한 내용들 중 하나의 샘플을 보여주고 있다. 고등학교 1학년 학생을 대상으로 1년 동안 공통 과학 과목에 대하여 교과 내용을 4회 평가하여 얻은 성적의 총점을 지필 평가 성적으로 하였으며, 탐구 활동과 과제 해결 및 평소 학습 태도를 2회 평가한 성적의 총점을 수행 평가 성적으로 구분하였다.
없는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 결과가 학업 성취도 중 4회에 걸친 지필평가의 영향에 의한 것인지 혹은 수행평가와 그래프 능력은 상관이 있는지 파악하고자, 과학 지필평가 성적과 수행평가 성적에 따라 각각 상위 집단과 하위 집단으로 나눠 집단별 그래프 능력을 비교하였다.
다음으로 과학 수행 평가 성적에 따라 상위 집단과 하위 집단별로 그래프 능력 하위 요소의 정답률을 비교해 보았다. 이 결과는 Fig.
상관관계를 알아보았다. 또한 과학 학업 성취도와 그래프 능력의 상관관계를 알아보았다.
먼저 고등학생의 그래프 능력에 관한 결과를 알아보고, 이 그래프 능력이 과학 탐구 능력 및 과학 학업 성취도와 어떠한 상관관계가 있는지 결과를 분석하였다.
일반계 고등학생을 대상으로 과학적 개념이 거의 포함되지 않고 일상적 용어로 서술된 그래프 능력 검사지(TOGS)와 과학 탐구 능력 검사지(TSPS)를 이용하여 고등학생의 그래프 능력과 과학 탐구 능력을 측정하고, 상관관계를 알아보았다. 또한 과학 학업 성취도와 그래프 능력의 상관관계를 알아보았다.
과학 학업 성취도는 지필 평가 성적과 수행 평가 성적으로 나눠 각 상. 하위 집단별 그래프 능력 하위 요소의 정답률을 비교 분석하고, 그래프 능력과 과학 학업 성취도가 통계적으로 어느 정도 상관관계가 있는지를 조사하였다.
대상 데이터
연구의 대상 학생은 공통 과학을 이수한 일반계 고등학교 1학년 학생으로 도시(경기도 고양시)에 소재하는 학교 입학 성적이 중위권인 한 학교에서 4학급 총 160명을 표집하여 공통 과학 학습이 끝난 2002년 2 월에 4〜5일 정도의 간격을 두고 그래프 능력 검사와 과학 탐구 능력 검사를 실시하였다. 총 160명의 자료 중 결측치가 있는 자료를 제외한 148명(남 60, 여 88)의 자료가 분석되었다.
탐구 능력 검사를 실시하였다. 총 160명의 자료 중 결측치가 있는 자료를 제외한 148명(남 60, 여 88)의 자료가 분석되었다.
이론/모형
그래프 능력 검사 도구로 사용된 그래프 능력 검사지는 Mckenzie와 Padillar (1986)가 개발한 선다형 평가지 TOGS(Test Of Graphing Skills in science) 를 사용하였다. 어려운 과학적 개념이 포함되어 있는 그래프인 경우는 과학적 개념이 학생의 그래프 작성 및 해석 능력에 영향을 줄 수 있으므로 과학적 개념이 배제되고 일상적인 용어로 서술되어 있는 표준화된 검사지 TOGS가 투입되었다.
물리교육연구실에서 초.중등학생을 대상으로 개발된 과학 탐구 능력 검사지인 TSPS(Test of Science Process Skills)를 이용하였다(권재술 & 김범기, 1994). 본 연구에서 이 검사 도구의 신뢰도를 알아보기 위해 산출한 Cronbach a값은 0.
성능/효과
Table 5와 같이 나타났다. 결과를 보면 그래프 능력과 과학 학업 성취도는 상관 계수가 .06으로, 통계적으로 상관관계가 거의 없음을 볼 수 있다. 그래프 능력이 과학 학습에서 기본적인 도구가 되고 있으나 이러한 결과로부터, 과학적 개념이 배제된 일반적인 용어(Fog index : 6.
71 이다. 과학 탐구 능력 하위 요소 의 정답률을 보면 기초 탐구 요소인, 측정, (91%)과, 예상'(91%)은 높게 나타났으나 통합 탐구 요소인, 가설 설정, (71%)과 , 일반화'(76%)는 상대적으로 정답률이 낮게 나타났다.
차를 보여주고 있다. 과학 탐구 능력 하위요소 중 '관찰'과, 변인 통저]' 능력에서는 p < 0.05 수준에서 유의미한 차이를 나타냈지만 전체적으로는 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났다. 또한 Table 3은 남녀에 상관없이 모든 학생들이 과학 탐구 능력 하위 요소 중에서, 가설 설정, 에서 가장 낮은 점수를 보여준다.
85%였다. 과학 탐구 능력의 하위 요소 중에는 기초 탐구 요소인, 측정, , , 예상, 에서는 높게 나타났으나 복합적이고 전체적으로 사고해야하는 통합 탐구요소인, 가설 설정, 과, 일반화, 능력은 낮게 나타났다. 이는, 가설 설정'이나 '일반화'의 과학 탐구 능력이 그래프 능력으로부터 기인되거나 혹은 그래프 능력에 영향을 미치는 것이 아님을 시사하고 있다.
과학 학업 성취도 전체 자료와 그래프 능력은 상관관계가 없는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 결과가 학업 성취도 중 4회에 걸친 지필평가의 영향에 의한 것인지 혹은 수행평가와 그래프 능력은 상관이 있는지 파악하고자, 과학 지필평가 성적과 수행평가 성적에 따라 각각 상위 집단과 하위 집단으로 나눠 집단별 그래프 능력을 비교하였다.
41 로 나타났다. 그래프 능력 하위 요소 중에는, 변수의 대응값 찾기', '자료 변환', ' 종속 변수간 관련짓기'가 과학 탐구 능력과 상관관계가 높았으며, 과학 탐구 능력 요소 중에는 기본 탐구요소인, 추리, , , 측정, , , 예상, 이 그래프 능력과의 상관관계가 높게 나타났다. 이것은 그래프 능력과 과학 탐구 능력이 하위 요소에 따라 부분적으로 정적인 상관이 있음을 보여준다.
남녀 성별에 따른 과학 탐구 능력 하위 요소의 정답률을 비교한 결과, 탐구 능력 요소 중 기초 탐구 요소인 '관찰' 능력에서는 남학생이 높고, 통합 탐구 요소인, 변인 통제, 능력에서는 여학생이 높아 남녀별 유의미한 차를 보여주고 있다. 과학 탐구 능력 하위요소 중 '관찰'과, 변인 통저]' 능력에서는 p < 0.
이는, 가설 설정'이나 '일반화'의 과학 탐구 능력이 그래프 능력으로부터 기인되거나 혹은 그래프 능력에 영향을 미치는 것이 아님을 시사하고 있다. 남녀별 과학 탐구 능력은 전체적으로 유의한 차를 보이지 않았지만, 하위 요소 중, 관찰, 과, 변인 통제, 에서는 유의미한 차가 있었다. 고등학생의 그래프 능력과 과학 탐구 능력은 상관 계수 .
0l) 이었다. 따라서 선행연구와 본 연구의 결과에 비추어볼 때, 그래프 능력과 과학 탐구 능력 사이의 상관은 비교적 적은 정적인 상관관계를 보임을 알 수 있다.
또한 Fig. 3의 그래프 능력 하위 요소별 정답률을 보면 그래프 작성 능력인, 점찍기/좌표값 찾기, (94%) 와 그래프 해석 능력인, 변수의 대응값 찾기, (91%) 는높게 나타났으나 그래프 작성 능력 중 '적절한 하나의 선 그리기, (57%)와 그래프 해석 능력인 '변인 간의 관계 진술, (52%)은 정답률이 낮게 나타났다.
41 의 상관을 보였으며 이러한 결과는 선행연구의 결과들을 지지하는 것이다. 또한 그래프 능력은 과학 학업 성취도와 거의 통계적으로 상관이 없는 것으로 밝혀졌다.
본 연구에 참여한 대상학생들의 그래프 능력은 TOGS로 알아본 결과 정답률 79%를 보였으며 작성능력과 해석 능력의 차이가 거의 없었다[t(148) = 0.368, p<.05], 그래프 능력의 하위 요소 중에는 '점찍기/좌표값 찾기, , , 변수의 대응값 찾기'와 같은 기본능력의 정답률이 높았고, '변인간의 관계 진술', '적절한 하나의 선 그리기, 순서로 가장 낮은 정답률을 보였다. 즉 학생들은 X 축 좌표값에 대응되는 y축 좌표값을 찾는 간단한 하위 요소는 잘 하지만, 변인들 사이의 관계나 그래프가 표현하는 경향을 그래프로부터 분석하는 능력은 많이 부족하다.
김범기(2002)의 연구에서는, 7학년에서 12학년까지 학년이 올라갈수록 학생들의 그래프 능력이 전반적으로 향상됨을 보였다. 이 연구에 따르면 그래프를 해석하는 능력보다 그래프를 구성하는 능력에서 더 낮은 성취도를 보여주었으며, 7학년에서 9학년까지보다 10학년에서 12학년까지 더 급격한 향상을 보였다. .
01) 상관관계를 보이는 것은, 추리'이고, 그 다음이, 예상'과, 측정'이다. 전체적으로 과학 탐구 능력 하위 요소는 그래프 능력과 유의한(p<.01) 상관관계를 보이나, 가설 설정'과, 일반화'는 상관관계가 낮게 나타나고 있다.
전체적으로 그래프 능력의 하위 요소와 과학 탐구능력이 유의미한 상관관계를 나타내고 있으며, 그래프작성 능력보다는 그래프 해석 능력이 과학 탐구 능력과 상관이 다소 높은 것으로 나타났다. 그래프 능력과 과학 탐구 능력은 전체적으로 유의미한(p<.
. 특히 , 축에 눈금 매기기, 기능, , 축에 변수 지정하기, 기능 그리고 '적절한 하나의 선 그리기, 기능은 다른 기능들에 비하여 정답률이 전 학년에 걸쳐서 낮았고, 75% 이상의 정답률을 보였던 상급집단 학생들의 경우에는 이러한 현상이 더 두드러지게 나타났다.
후속연구
이러한 문제점들을 해결하기 위해서는 먼저 학생들의 그래프 작성 및 해석 능력을 알아보는 것이 필요하다. 그리고 그것을 바탕으로 학생들에게 적절한 학습방법이 개발되어 그래프를 이용한 과학 학습이 효율적으로 이루어질 수 있도록 해야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 과학적 용어를 사용하지 않고 일상적인 용어로 기술된 검사 도구를 사용하여 그래프의 작성과 해석 능력을 알아본 후, 과학 탐구 능력 및 과학 학업 성취도에 따른 상관관계를 분석하여 효과적인 학습 지도 방안 모색에 시사점을 얻고자 한다.
둘째, 고등학생들의 그래프 능력을 바탕으로 그래프를 활용한 과학 학습의 효율적인 지도 방안이 연구되어져야겠다. 외국에서는 그래프 작성 능력을 향상시키기 위해 실험 결과를 실시간 컴퓨터 모니터를 통해 보여주는 MBL(Micro-Based Laboratory)이 과학 실험 수업에 많이 활용되고 있다.
연구가 필요하다고 생각된다. 또한 본 결과는 중소도시의 학교 입학 성적이 중위권인 일반계 고등학교 1학년 4개 학급의 학업 성취도 자료를 이용하였으므로 일반화를 위한 후속연구가 뒤따라야 할 것으로 보인다.
셋째, 이 연구에서는 공통 과학의 학습 내용을 바탕으로 한 과학 학업 성취도와 그래프 능력과의 관계를 알아보았는데 그래프의 활용이 가장 많은 물리 교과에서의 학업 성취도와 그래프 능력의 상관관계에 관한 연구가 필요하다고 생각된다. 또한 본 결과는 중소도시의 학교 입학 성적이 중위권인 일반계 고등학교 1학년 4개 학급의 학업 성취도 자료를 이용하였으므로 일반화를 위한 후속연구가 뒤따라야 할 것으로 보인다.
첫째, 그래프 능력의 하위 요소 중에서 고등학생들은 '적절한 하나의 선 그리기, 와, 변인간의 관계 진술'을 가장 어려워하고 있는 것으로 나타났는데 그 원인이 그래프에 관한 학습 기회의 부족이나 학습자의 기본 능력의 차이에서 나타난 것인지 아니면 발달단계에 따른 어려움인지에 관하여 좀 더 구체적으로 연구해 볼 필요가 있다.
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