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문제 정의
- 따라서 이 연구에서는 지금까지 대부분의 개념변화 연구에서 논의의 대상에서 제외되었던 비과학적 사전 개념을 가졌지만 제시된 상황의 결과를 옳게 예상한 학생들을 주요한 연구 대상으로 포함시켜, 제시된 상황에 대한 예상 확인이 개념변화와 어떠한 관계가 있는지 알아보고자 하였다. 구체적인 연구 문제는 다음과 같다.
- 이 연구에서는 연구 대상을 두 그룹으로 나누어 두 문항의 사전개념 검사문항 중 서로 다른 한 문항에 대한 예상 확인 실험을 통해 학생들이 자신이 한 예상이 옳았는지, 옳지 않았는지를 확인하게 하였다. 두 문항의 정답률은 큰 차이가 있었다.
제안 방법
- 그 중 한 쌍의 유 형 비교는 사전개념 검사 문항 1과 사전개념 검사문항 2의 응답을 모두 같게 한 그룹 A와 그룹 B의 유형 사이의 비교이다. 사전개념 검사문항 두 문항 중 한 문 항은 맞고 한 문항은 틀린 유형의 쌍은 叮乍와 TFf, 그리고 T*T와 FT” 두 쌍이 있을 수 있으나, Ft와 FT"의 경우 사례 수가 각각 6과 2로 적으므로, 사례 수가 많은 T*F와 TF& 의 인지갈등과 사후개념 정도를 비교하였다.
- 각 그룹의 유형별 인지갈등 및 개념변화 점수에 대한 일원 변량분석을 실시하여 유형에 따라 각 점수에 차이가 있는지 알아보았다. 표 5와 표 6은 각각 그룹A와 그룹B에 대한 결과이다.
- 이러한 쌍은 두 쌍이며, 이 중 와 FT”의 경우는 각 유형의 사례 수가 12와 2로 작다. 그러므로 사례 수가 많은, 时F와 T*F , 의 인지갈등과 사후 개념 정도를 비교하였다.
- 그룹A의 학생들은 예상 확인 실험을 통해 사전개념 검사 문항 1에 대한 자신의 예상이 옳았는지 옳지 않았는지를 확인하였으며, 그룹B의 학생들은 사전개념 검사 문항 2에 대한 자신의 예상이 옳았는지 옳지 않았는지를 확인하였다. 그러므로 그룹A의 경우는 자신의 예상이 옳았다는 것을 확인한 사례가 81.
- 먼저 학생들에게 자신의 예상이 옳았는지, 옳지 않았는지를 확인시켜준 예상 확인 실험에 따라 전체 학생을 그룹A와 그룹 日로 나누어 인지 갈등과 개념변화에 차이가 있는지 비교하였다. 그리고 사전개념 검사 문항의 응답에 따라 유형을 분류하여 사전개념이 분명히 비과학적이면서 확인한 예상이 옳은 유형과 사전개념이 분명히 비과학적이면서 확인한 예상이 옳지 않은 유형 사이의 인지갈등과 개념 변화 정도를 비교하였다.
- 두 문항의 사전개념 검사 문항에 대한 응답이 옳았는지, 옳지 않았는지에 따라 학생들을 네 개의 유형으로 구분하였다. 네 개의 유형은 T와 型 조합된 두 개의 문자로 표현하였다.
- 두 문항의 사전개념 검사문항 중 한 문항에 대한 예상 확인 실험을 실시하여 학생들에게 인지갈등이 유발되도록 하였으며, Lee 등(2003)이 개발한 CCLT (Cognitive Conflict Level Test)를 이용하여 유발된 인지갈등의 정도를 정량적으로 측정하였다. 이 검사 도구는 인지갈등의 구성 변인을 불일치 상황의 인식, 흥미, 불안, 그리고 인지적 재평가로 보고, 이 네 가지 하위 변인을 측정하여 전체적인 인지갈등 정도를 나타낸다.
- 이 연구에서는 검사 도구를 통해 얻은 자료를 두 단계로 분석한다. 먼저 학생들에게 자신의 예상이 옳았는지, 옳지 않았는지를 확인시켜준 예상 확인 실험에 따라 전체 학생을 그룹A와 그룹 日로 나누어 인지 갈등과 개념변화에 차이가 있는지 비교하였다. 그리고 사전개념 검사 문항의 응답에 따라 유형을 분류하여 사전개념이 분명히 비과학적이면서 확인한 예상이 옳은 유형과 사전개념이 분명히 비과학적이면서 확인한 예상이 옳지 않은 유형 사이의 인지갈등과 개념 변화 정도를 비교하였다.
- 무중력 상태에 대한 학생들의 사전, 사후 개념을 검사하기 위한 문항을 개발하였다. 사전개념 검사에서는 모두 두 문항을 제시하였다.
- 수업 시간은 10분 정도이며, 미리 준비한 교안과 TP 자료를 사용하였다. 설명이 끝난 직후 사후 개념 검사 도구를 사용, 학생들의 사후 개념을 조사하였다. 사전개념 검사부터 사후 개념 검사까지 실시하는 데는 모두 50분 정도가 소요되었다.
- 이 연구에서는 Galili가 지적한 이러한 내용을 고려하여 수업 내용을 구성하였다. 수업 전 올바른 사전개념을 가지고 있지 않을지라도 수업을 통해 올바른 사후 개념을 가질 수 있도록 수업 내용을 구성하여 진행하였다.
- 그룹A는 136명, 그룹B는 64명이다. 예상 확인 실험을 실시한 후, 이를 통해 유발된 학생들의 인지갈등 정도를 측정하였다.
- 우선 자유낙하 하는 경우가 어떤 경우인지에 대해 설명하고, 구멍 뚫린 컵을 손으로 잡고 있는 경우에 물이 흘러나오는 이유와 자유낙하 하는 경우에 물이 흘러나오지 않는 이유에 대해 10분 정도 설명하는 수업을 진행하였다. Galili(1993, 1995)는 무중력 상태에 대한 학생들의 혼란이 무게를 중력과 동일한 개념으로 가르치는데 있다고 보고, 이러한 혼란을 제거하기 위해서는 무게를 물체가 접촉하는 면에 대해 느끼는 수직항력으로 설명하는 것이 바람직하다고 지적하였다.
- Galili(1993, 1995)는 무중력 상태에 대한 학생들의 혼란이 무게를 중력과 동일한 개념으로 가르치는데 있다고 보고, 이러한 혼란을 제거하기 위해서는 무게를 물체가 접촉하는 면에 대해 느끼는 수직항력으로 설명하는 것이 바람직하다고 지적하였다. 이 연구에서는 Galili가 지적한 이러한 내용을 고려하여 수업 내용을 구성하였다. 수업 전 올바른 사전개념을 가지고 있지 않을지라도 수업을 통해 올바른 사후 개념을 가질 수 있도록 수업 내용을 구성하여 진행하였다.
- 이러한 유형별 차이를 확인한 예상의 결과와 관련 하여 분석하였다. 즉, 예상의 확인 결과가 다른 두 유형 사이의 인지갈등과 사후 개념에 차이가 있는지 확인하기 위해 모두 두 쌍의 유형에 대하여 인지 갈 등과 사후 개념 정도를 비교하였다.
- 이어서 자유낙하흐}는 컵 속은 무중력 상태가 되며 이러한 경우 컵에 뚫린 구멍에서 물이 빠져나오지 않는다는 것을 설명하는 수업을 실시하였다. 수업 시간은 10분 정도이며, 미리 준비한 교안과 TP 자료를 사용하였다.
- 이러한 유형별 차이를 확인한 예상의 결과와 관련 하여 분석하였다. 즉, 예상의 확인 결과가 다른 두 유형 사이의 인지갈등과 사후 개념에 차이가 있는지 확인하기 위해 모두 두 쌍의 유형에 대하여 인지 갈 등과 사후 개념 정도를 비교하였다. 그 중 한 쌍의 유 형 비교는 사전개념 검사 문항 1과 사전개념 검사문항 2의 응답을 모두 같게 한 그룹 A와 그룹 B의 유형 사이의 비교이다.
- 연구의 절차는 그림 1과 같다. 학생들을 A, B 두 그룹으로 나누고 '무중력 상태' 개념에 대한 두 문항으로 구성된 사전개념 검사 도구를 사용하여 사전개념을 조사한 후, 두 문항의 사전개념 검사문항 중 그룹에 따라 각기 다른 한 문항에 대해서만 시범 실험을 보여줌으로써 보여준 문항에 대해 자신이 한 예상이 옳았는지, 옳지 않았는지를 확인하게 하였다. 이 논문에서는 이 실험을 예상 확인 실험이라고 명명하였다.
대상 데이터
- 이때, 사전개념 검사문항2에 비해 문제가 좀 더 쉽다고 판단되는 사전개념 검 사 문항 1을 틀릴 학생 수가 적을 것이라고 예상되므로 그룹A의 학생 중 자신의 예상이 옳지 않았다는 것을 확인하게 되는 학생 수를 확보하려는 의도로 그룹A의 학생을 그룹B보다 많게 구성하였다. 그룹A는 136명, 그룹B는 64명이다. 예상 확인 실험을 실시한 후, 이를 통해 유발된 학생들의 인지갈등 정도를 측정하였다.
- 이 연구는 교육대학교 1학년 학생 200명을 대상으로 하였다. 남학생은 56명, 여학생은 144명이었다. 무중력 상태에 대해 학습한 경험이 있느냐는 질문에 90.
- 이어서 자유낙하흐}는 컵 속은 무중력 상태가 되며 이러한 경우 컵에 뚫린 구멍에서 물이 빠져나오지 않는다는 것을 설명하는 수업을 실시하였다. 수업 시간은 10분 정도이며, 미리 준비한 교안과 TP 자료를 사용하였다. 설명이 끝난 직후 사후 개념 검사 도구를 사용, 학생들의 사후 개념을 조사하였다.
- 이 연구는 교육대학교 1학년 학생 200명을 대상으로 하였다. 남학생은 56명, 여학생은 144명이었다.
- 첫째, 이 연구는 교육대학교 학생을 대상으로 하였다. 학습 능력이 떨어지거나 초, 중등 학생을 대상으로 한다면, 그리고 무중력 상태가 아닌 다른 과학 개념을 사용한다면 현재와 다른 연구결과를 보일 수도 있을 것이다.
성능/효과
- 그룹A의 학생들은 예상 확인 실험을 통해 사전개념 검사 문항 1에 대한 자신의 예상이 옳았는지 옳지 않았는지를 확인하였으며, 그룹B의 학생들은 사전개념 검사 문항 2에 대한 자신의 예상이 옳았는지 옳지 않았는지를 확인하였다. 그러므로 그룹A의 경우는 자신의 예상이 옳았다는 것을 확인한 사례가 81.6%인 111명이며, 그룹B의 경우는 자신의 예상이 옳았다는 것을 확인한 사례가 39.0%인 25명이다. 즉, 자신의 예상이 옳았다는 것을 확인한 학생의 비율은 그룹A가 그룹B보다 2배 이상 크다.
- 무중력 상태에 대한 두 문항의 사전개념 검사에 대한 응답이 맞고, 틀림에 따라 나눈 각 그룹의 유형 별 사례 수는 표 2와 같다. 그룹A에서는 유형이 TT인 사례가, 그룹B에서는 TF인 사례가 가장 많이 나타났으나, 교차분석 결과 두 그룹의 유형별 인원 분포에는 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다. 두 그룹 모두 유형이 FT인 사례가 5% 이하로 가장 적 었다.
- 간단한 수업 처치가 있은 직후 실시한 사후 개념 검사에 대한 결과는 표 4와 같다. 그룹A와 그룹B의 사후 개념 점수는 각각 0.51과 0.68로, 이것은 그룹A는 수업 후 51%의 학생들이 무중력 상태에 대해 과학적 개념을 갖은 것을, 그리고 그룹B는 69%의 학생들이 과학적 개념을 갖은 것을 의미한다. 그룹별 사후 개념 점수의 차이는 통계적으로 유의미하였다.
- 그리고 확인한 예상이 옳은 경우와 옳지 않은 경우는 인지갈등과 개념변화 정도에 유의미한 차이를 보였다. 확인한 예상이 옳지 않은 경우가 옳은 경우에 비해 개념변화가 크게 일어난 것은 인지갈등이 많이 유발된 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 개념 변화가 더 잘 일어난다는 선행연구(권난주, 2000; 권 난주와 권재술, 2004)의 결과와 유사하다.
- 사후 검증 결과, 인지 갈 등의 차이는, F, F와 Ff, , Ff와 T*r, Ft와 T+F',. 그리고, F*T와 T*r 사이의 차이에 의한 것이며, 사 후 개념의 차이는 W와 T*F, , 그리고 气午와 T’T 사이의 차이에 의한 것임을 확인하였다.
- 이 차이는 사후 검증 결과, TT*와 다른 세 유형 (FF*, FT* 및 TF*) 사이의 차이에 의한 것임을 확인하였다. 또한 전체 유형에 대한 일원 변량 분석 결과에서는 나타나지 않았던 사후 개념의 차이도 두 유형 사이에 개별적인 t 검증을 해보면, FT*와 다른 세 유형 (FF*, TF* 및 TT”) 사이에 유의미한 차이를 보이는 것을 확인하였다.
- 제시된 상황에 따라 인지갈등과 개념변화에 많은 차이를 보인다. 또한 제시된 상황을 옳게 예상한 학생 중에서도 비과학적 사전개념을 가진 학생들이 있으며, 이들도 제시된 상황에 대해 인지갈등을 일으킨다는 것을 확인하였다. 하지만 제시된 상황을 옳게 예상한 경우의 인지갈등과 개념변화 정도는 확인한 예상이 옳지 않은 경우에 비해 작았다.
- 이 유형들은 모두 사전개념 검사 문항 2를 틀렸으므로 사전개념이 과학적이라고 볼 수 없다. 물론 그룹A에 속한「F는 자신의 예상이 옳았다는 것을 확인하였고, 그룹B에 속한 TF1는 자신의 예상이 옳지 않았다는 것을 확인하였다.
- 학습 능력이 떨어지거나 초, 중등 학생을 대상으로 한다면, 그리고 무중력 상태가 아닌 다른 과학 개념을 사용한다면 현재와 다른 연구결과를 보일 수도 있을 것이다. 즉, 이 연구에서는 수업 처치를 통해 상당 부분의 학생들이 과학적 개념을 얻었으며, 그 결과 처음에 옳은 예상을 하기 어려운 상황을 제시할수록 인지갈등과 개념변화 정도가 컸다. 하지만 연구 대상이나 대상 개념이 달라진다면, 완전한 개념 변화는 어려울지라도 부분적인 개념변화를 도달하는 데는 옳은 예상을 하기 쉬운 상황을 제시하는 것이 더 효과적일 수도 있다.
- 이때 그룹별로 유발된 인지갈등과 개념변화 정도는 유의미한 차이가 나타났다. 즉, 제시된 불일치 상황에 따라 예상의 확인 결과에 차이가 나타났으며, 이로 인해 인지 갈등 정도에도 차이를 보였다. 또한 그룹별 인지갈등 정도의 차이가 그룹별 사후 개념 점수의 차이를 가져온 것으로 볼 수 있다.
- 네 개의 하위변인별 점수를 포함한 그룹별 인지 갈 등 점수는 표 3과 같다. 총점을 비롯하여 인지갈등 하위변인 중 흥미를 제외한 세 변인은 모두 그룹B의 점수가 그룹A에 비해 유의미하게 높았다. 이것은 그룹B가 사전개념 검사 문항 1보다 예상이 더 많이 틀린 사전개념 검사 문항 2에 대해 예상을 확인하고, 이에 대한 인지갈등을 측정하였기 때문이라고 볼 수 있다.
후속연구
- 둘째, 효과적인 인지갈등을 유발할 수 있는 구체적인 수업 전략의 개발이 필요하다. 좀 더 효과적인 개념변화 수업을 위해서는 많은 학생들의 예상과 어긋나는 결과를 보이는 실험을 개발해서 사용해야 한다.
- 둘째, 효과적인 인지갈등을 유발할 수 있는 구체적인 수업 전략의 개발이 필요하다. 좀 더 효과적인 개념변화 수업을 위해서는 많은 학생들의 예상과 어긋나는 결과를 보이는 실험을 개발해서 사용해야 한다. 하지만 이러한 경우에도 잘못된 사전개념을 갖고 있으면서도 예상을 옳게 한 학생들이 있을 수 있으며, 이러한 학생은 개념변화를 일으키기 어렵다.
- 첫째, 이 연구는 교육대학교 학생을 대상으로 하였다. 학습 능력이 떨어지거나 초, 중등 학생을 대상으로 한다면, 그리고 무중력 상태가 아닌 다른 과학 개념을 사용한다면 현재와 다른 연구결과를 보일 수도 있을 것이다. 즉, 이 연구에서는 수업 처치를 통해 상당 부분의 학생들이 과학적 개념을 얻었으며, 그 결과 처음에 옳은 예상을 하기 어려운 상황을 제시할수록 인지갈등과 개념변화 정도가 컸다.
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