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문제 정의
- 개념 이해도 검사에서 나타난 특정 오개념이 구체적으로 어떠한 대응 오류와 관련되는지를 조사하였 다. 비유 I과 II를 사용할 때 학생들이 보인 오개념들 중에서 하위 목표 개념별로 가장 많이 나타난 대표 적인 오개념과 이와 관련된 대응 오류를 Table 3에 제시하였다
- 이에 이 연구에서는 현행 교과서에 제시된 비유를 사용하여 화학 개념 학습을 진행한 후, 학생들의 개념 이해도와 대응 관계 이해도의 상관관계를 조사하 였다. 또한, 개념 이해도와 대응 관계 이해도의 관계를 보다 심층적으로 알아보기 위해 대응 오류의 유 형을 분석하여 학생들이 가진 오개념이 어떠한 대응 오류와 관련되는지도 조사하였다.
- 이에 이 연구에서는 현행 교과서에 제시된 비유를 사용하여 화학 개념 학습을 진행한 후, 학생들의 개념 이해도와 대응 관계 이해도의 상관관계를 조사하 였다. 또한, 개념 이해도와 대응 관계 이해도의 관계를 보다 심층적으로 알아보기 위해 대응 오류의 유 형을 분석하여 학생들이 가진 오개념이 어떠한 대응 오류와 관련되는지도 조사하였다.
제안 방법
- 개념 이해도 검사는 각 문항마다 과학적인 이해의 경우에는 2점, 오개념이 포함된 부분적인 이해는 1점, 비과학적인 이해 및 무응답은 0점으로 분류하여 총 8점 만점으로 채점하였고, 학생들의 응답 유형을 정 리하여 오개념을 분석하였다. 대응 관계 이해도 검사 는 각 하위 목표 개념에 해당하는 비유물과 목표물 의 속성 간의 대응과 그에 대한 설명을 모두 올바르 게 작성한 경우는 2점, 대응만 올바른 경우는 1점으 로 하여 총 8점 만점으로 채점하였다.
- 개념 이해도 검사지는 분자의 배열, 분자의 운동, 분자의 크기와 모양, 분자수의 보존 등의 하위 목표 개념에 대한 이해 정도를 측정하기 위해, 선행 연구# 의 검사지를 참고하여 연구자들이 수정 • 개발하였다.
- 개념 이해도 및 오개념, 대응 관계 이해도 및 대응 오류 유형의 분석의 신뢰도를 높이기 위해서 무작위 로 선정한 일부 답안지에 대한 연구자 2인의 분석자 간 일치도가 모두 90%이상에 도달한 후 연구자 1인 이 모든 답안지를 분석하였다. 또한 개념 이해도 점 수와 대응 관계 이해도 점수 사이의 관련성을 조사 하기 위해 상관분석을 실시하였다.
- 수업 방법은 일반적인 비유 사용 수업의 형태가 되도록 하기 위해, 비유 사용 실태에 대한 현직 중학교 교사 9인과의 논의 결과와 선행 연구# 결과에 기초 하여 구성하였다.
- 수업은 물질의 입자성이 처음으로 도입되는 차시에 실시하였고, 연구에 참여한 3개 학교의 수업 방법과 내용을 통제하기 위해 3인의 교사가 모두 동일한 교수-학습 자료를 사용하였다. 수업 후, 비유물과 관련된 목표 개념에 대한 개념 이해도 검사（10분）와 비유물과 목표물의 대응 관계 이해도검사（20분）를실시하였다.
- 또한 개념 이해도 점 수와 대응 관계 이해도 점수 사이의 관련성을 조사 하기 위해 상관분석을 실시하였다. 오개념과 대응 오류 유형은 학생들마다 개별적으로 부호화하여 정리 한 후, 유형별 응답 빈도를 분석하였다.
- 이 검사지는 과학 교육 전문가 3인으로 부터 안면타당도를 검증받은 후, 연구 대상이 아닌 중 학교 1학년 학생들을 대상으로 실시한 예비 검사를 통 해 수정•보완하였다.
- 이 연구에서는 현행 교과서에 제시된 축구경기장 비유나 합창/농악 비유를 사용하여 물질의 상태와 입자성에 대한 개념 학습을 진행한 후, 학생들의 개념 이해도와 비유물과 목표물의 대응 관계에 대한 이해 도 및 대응 오류 유형의 관계를 조사하였다.
- 이 연구에 사용 된 비유물들은 물질의 상태에 따른 분자의 배 열과 움 직임의 차이는 설명할 수 있지만, 상태 변화에 따른 분자의 크기와 모양, 분자수의 보존 개념은 설명하지 못하는 제한점을 지닌다. 이에 하위 목표 개념 중에 서 분자의 배열과 운동성은 공유 속성（유사점）으로, 크기와 모양 및 분자수는 비공유 속성（차이점）으로 분류하여 검사지를 개발하였다. 즉, 비유물과 목표물 의 유사점 및 차이점에 해당하는 속성, 어디에도 해 당되지 않는 관련 없는 속성을 각 비유물과 목표물 의 속성들을 나열한 보기에서 골라 대응시키고 그 이 유를 서술하도록 하는 형식으로 검사지를 구성하였 다（부록 1）.
- 결과에 기초 하여 구성하였다. 즉, 교사는 학습 목표를 안내한 후 비유물을 먼저 소개하고, 목표 개념을 도입하여 비유 물과 목표물의 유사점을 중심으로 설명하는 방식으로 15분간 수업을 진행하였다. 이때, 학생들은 그림 으로 제시된 비유물과 유사점이 설명되어 있는 학습 자료를 보면서 교사의 설명을 들었다.
- ’를검토 하여 정하였다. 즉, 대응 관계 이해에 영향을 미칠 수 있는 비유의 유형을 분류한 후, 이중에서 현행 교과 서에서의 사용 빈도가 높은 비유 유형인 언어 #그림 비유, 단순 비유 또는 부연 비유, 제한점 언급을 안 한 비유, 속성의 수가 많은 비유를 선정 기준으로 하 였다. 현행 중학교 1학년 9종 과학 교과서에서 물질 의 세 가지 상태 단원에 제시된 비유들 중에서 이 기 준에 모두 해당되는 축구경기장 비유（비유 I）와 합창 /농악 비유（비유 #）를 최종 선정하였다 #）.
- 이에 하위 목표 개념 중에 서 분자의 배열과 운동성은 공유 속성（유사점）으로, 크기와 모양 및 분자수는 비공유 속성（차이점）으로 분류하여 검사지를 개발하였다. 즉, 비유물과 목표물 의 유사점 및 차이점에 해당하는 속성, 어디에도 해 당되지 않는 관련 없는 속성을 각 비유물과 목표물 의 속성들을 나열한 보기에서 골라 대응시키고 그 이 유를 서술하도록 하는 형식으로 검사지를 구성하였 다（부록 1）. 이 검사지는 과학 교육 전문가 3인으로 부터 안면타당도를 검증받은 후, 연구 대상이 아닌 중 학교 1학년 학생들을 대상으로 실시한 예비 검사를 통 해 수정•보완하였다.
- 연구 대상은 서울특별시에 있는 2개 중학교와 경 기도 광명시에 있는 1개 중학교의 1학년 학생 총 260 명 이었다. 학교마다 학생들을 비유 1 사용 집단과 비 유 11 사용 집단으로 배치하였고, 각 학교에서는 한 명의 교사가 두 집단을 모두 수업하였다. 각 집단의 학생들은 모두 총 130명씩이었다.
- 대응 관계 이해도 검사 는 각 하위 목표 개념에 해당하는 비유물과 목표물 의 속성 간의 대응과 그에 대한 설명을 모두 올바르 게 작성한 경우는 2점, 대응만 올바른 경우는 1점으 로 하여 총 8점 만점으로 채점하였다. 학생들의 대응 오류 유형의 분류틀은 선행 연구4의 분류틀에 기초 하였으며, 연구자 2인이 일부 학생의 답안지를 무작 위로 추출하여 각자 대응 오류 유형으로 분류한 후 함께 논의하는 과정을 반복하여 최종 분류틀을 완성 하였다.
대상 데이터
- 학교마다 학생들을 비유 1 사용 집단과 비 유 11 사용 집단으로 배치하였고, 각 학교에서는 한 명의 교사가 두 집단을 모두 수업하였다. 각 집단의 학생들은 모두 총 130명씩이었다.
- 이때, 학생들은 그림 으로 제시된 비유물과 유사점이 설명되어 있는 학습 자료를 보면서 교사의 설명을 들었다. 수업은 물질의 입자성이 처음으로 도입되는 차시에 실시하였고, 연구에 참여한 3개 학교의 수업 방법과 내용을 통제하기 위해 3인의 교사가 모두 동일한 교수-학습 자료를 사용하였다. 수업 후, 비유물과 관련된 목표 개념에 대한 개념 이해도 검사（10분）와 비유물과 목표물의 대응 관계 이해도검사（20분）를실시하였다.
- 연구 대상은 서울특별시에 있는 2개 중학교와 경 기도 광명시에 있는 1개 중학교의 1학년 학생 총 260 명 이었다. 학교마다 학생들을 비유 1 사용 집단과 비 유 11 사용 집단으로 배치하였고, 각 학교에서는 한 명의 교사가 두 집단을 모두 수업하였다.
- 즉, 대응 관계 이해에 영향을 미칠 수 있는 비유의 유형을 분류한 후, 이중에서 현행 교과 서에서의 사용 빈도가 높은 비유 유형인 언어 #그림 비유, 단순 비유 또는 부연 비유, 제한점 언급을 안 한 비유, 속성의 수가 많은 비유를 선정 기준으로 하 였다. 현행 중학교 1학년 9종 과학 교과서에서 물질 의 세 가지 상태 단원에 제시된 비유들 중에서 이 기 준에 모두 해당되는 축구경기장 비유（비유 I）와 합창 /농악 비유（비유 #）를 최종 선정하였다 #）. 비유 1 에서는 관중석에 앉아 관람하는 사람들을 고체 상태 의 분자에, 그 앞에서 율동으로 응원을 유도하고 있 는 치어리더들을 액체 상태의 분자에, 운동장에서 뛰 고 있는 선수들을 기체 상태의 분자에 대응시키고 있 다.
데이터처리
- 개념 이해도 및 오개념, 대응 관계 이해도 및 대응 오류 유형의 분석의 신뢰도를 높이기 위해서 무작위 로 선정한 일부 답안지에 대한 연구자 2인의 분석자 간 일치도가 모두 90%이상에 도달한 후 연구자 1인 이 모든 답안지를 분석하였다. 또한 개념 이해도 점 수와 대응 관계 이해도 점수 사이의 관련성을 조사 하기 위해 상관분석을 실시하였다. 오개념과 대응 오류 유형은 학생들마다 개별적으로 부호화하여 정리 한 후, 유형별 응답 빈도를 분석하였다.
성능/효과
- 개념 이해도 검사 점수와 대응 관계 이해도 검사 점수 간의 상관분석을 실시한 결과, 비유 1과 11를 사 용한 경우에서 모두 두 점수 사이에 유의미한 정적 상관관계가 있었다（비유 1: t=.429, p<.01; 비유 II: t=.591,p<.01）.
- 000）. 대응 관계 이해도 검사 결과에서도 공유 속성인 분자의 배열과 운동성에 대한 평균 점수（비유 1: 1.34, 비유 11: 1.55） 가 비공유 속성인 분자의 크기와 모양 및 분자수에 대한 평균 점수（비유 1: 0.16, 비유 11: 0.20）보다 높았 으며, 통계적으로 유의미한 차이가 있었다（비유 1: t=22.190, d#129, p=000; 비유 11: t=23.607, d仁129, p=.000）. 즉, 학생들은 비유물과 목표물의 유사점에 대해서는 개념이나 대응 관계를 비교적 잘 이해하고 있었으나, 입자의 보존 개념에 대한 비유물과 목표물 의 차이점을 파악하고 이해하는 데는 어려움을 보였다.
- 두 비유로 학습한 학생들 모두 공유 속 성인 고체 분자의 배열과 움직임에 대한，인위적 대 응'의 오류를 가장 많이 보였다.
- 8%（3명）의 학생들이 관중, 치어리 더들, 선수들（비유 1）과 합창, 농악을 하는 사람들（비 유 II）이 서로 다르듯이 물질의 상태가 변할 때 분자 의 크기나 모양도 달라진다는 과잉 대응，의 오류를 범하였다. 또한, 비공유 속성인 분자의 수에 대해서 는 상태가 변할 때 분자의 수도 변한다는 오개념이 많았는데（비유 1: 25명, 비유 11: 25명）, 비유 I과 11 사 용 집단 모두 이 오개념을 나타낸 학생들 중에서 28.0%（7명）의 학생들이 관중, 치어리더들, 선수들（비 유 1）과 합창, 농악을 하는 사람들（비유 11）의 수가 다 르듯이 물질의 상태 변화 시 분자의 수도 달라진다 는 과잉 대응，을 보였다. 이는 비유를 사용한 수업에 서 비유물과 목표물의 차이점을 알게 하는 설명 이나 활동이 필요함3을 시사한다.
- 연구 결과, 두 비유에서 모두 공유 속성에 대한 학 생들의 개념 이해 및 대응 관계에 대한 이해 수준은 높은 편이었으나, 비공유 속성에 대한 개념 이해 및 대응 관계에 대한 이해 수준은 낮은 편이었다. 이는 학생들이 비유물과목표물의 차이점 을파악하는데 어 려움이 있음을 의미하는 것으로, 학생들이 대응 관계 및 개념을 올바르게 이해할 수 있도록 유도하기 위 해서는 교사가 비공유 속성과 관련된 비유물의 제한 점에 대해서도 명시적으로 언급하는 것이 필요함을 시사한다.
- 이 연구에서는 비유물의 표면적 인 비공유 속성을 목표물에 대응시 키는 과잉대응(overmapping)# 비유물과 목표물의 공유 속성을 각각 올바르게 대응시키지 못하는 부-적절한 대응 (mismapping)', 대응시켜야할 공유 속성을 대응시키지 않는 대응 불이행 (failure to map)', 비유물만 지니 는 비공유 속성을 목표물의 공유 속성이나 비공유속성에 대응시키는，무분별한 대응(rash mapping)', 비유물과 목표물의 공유 속성의 관계를 학습자의 경험 이나 편견에 의해 인위적으로 해석하여 잘못 대응시키는，인위적 대응(artificial mapping)，의 5가지의 대응오류 유형 이 나타났다.
- 한편, 비공유 속성에 대한 대응 오류의 빈도는 공 유 속성에 비해 상대적으로 낮은 편이었다. 이 중에서 비유물의 비공유 속성을 목표물에 대응시키는 과잉 대응，오류의 빈도가비유 1(크기와 모양: 13명, 10.0%; 분자수: 16명, 12.3%)과 비유 11(크기와 모양: 12명, 9.2%; 분자수: 18명, 13.8%)를 사용한 집단에서 모두 가장 높았다. 또한, 비공유 속성 에 대한 #무분별한 대 응#의 오류는 주로 분자의 크기와 모양에 대한 것이 었으며, 비유 1(2명 , 1.
- 01）. 즉, 물질의 입자성 이 처음 도입되었을 때 학생들이 이를 잘 이해하는 것과 비유물과 목표 물의 대응 관계를 이해하는 정도는 높은 관련성을 보 였다. 이는 비유를 사용한 학습의 효과가 학생들이 비유물과 목표물을 올바르게 대응시키는 정도에 의 해 결정된다는 선행 연구의 주장3과 부합하는 결과 라 할 수 있다.
- 한편, 비유 사용 학습을 통한 개념 이해도와 비유 물과 목표물의 대응 관계에 대한 이해도는 서로 밀 접한 관련이 있는 것으로 나타났다. 또한, 공유 속성 인 분자의 배열과 운동성에 대해 가장 많이 나타난 오개념을 보인 학생들은 주로 이와 관련된 속성들을 대응시키는 과정에서#인위적 대응#의 오류를 범하였 다.
후속연구
- 예를 들어, 비유물만 지닌 비공유 속성 이 비교적 적은 비유를 사 용한다면#무분별한 대응#의 오류를 감소시킬 수 있고, 한 장면에 물질의 세 가지 상태가 모두 표현된 비유보다는 세 가지 상태가 각기 따로 제시된 비유 를 사용하는 것이 대응 불이행#의 오류를 줄일 수 있을 것이다. 그러나 물질의 세 가지 상태를 각기 따로 표현한 비유물들의 속성이 일관되지 않을 경 우에는 각각을 구분하여 제시 하는 방법 이 오히려 학 생들의 대응 관계에 대한 이해에 방해가 될 수도 있 으므로, 이에 대한 보다 체계적인 연구를 진행할 필 요가 있다.
- 예를 들어, 이 연구에서 제시한 대응 오류 유형의 분류틀을 통해 학생들의 대 응 오류를 체계적으로 분석할 수 있으므로, 교사가 학생들의 대응 오류에 적절한 처방을 제시할 수 있 을 것이다. 또한, 특정 비유의 제한점 및 비유를 사용 할 때 나타나는 학생들의 대응 오류 유형과 이로 인 해 유발될 수 있는 오개념을 교사용 지도서에 제시 하거나 예비 과학 교사의 교육 과정에 활용함으로써, 학생들의 대응 오류 및 오개념을 예방하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.
- 비유를 사용한 학습에서 학생들이 실제로 거치는 대응 과정 및 그 과정에서의 오류와 개념 이해도와 의 관계를 조사한 이 연구의 결과는 비유를 효과적 으로 사용할 수 있는 방안에 대한 중요한 시사점을 제공해 줄 것으로 기대된다. 예를 들어, 이 연구에서 제시한 대응 오류 유형의 분류틀을 통해 학생들의 대 응 오류를 체계적으로 분석할 수 있으므로, 교사가 학생들의 대응 오류에 적절한 처방을 제시할 수 있 을 것이다.
- 』를 참고하여 개발하였다. 이 연구에 사용 된 비유물들은 물질의 상태에 따른 분자의 배 열과 움 직임의 차이는 설명할 수 있지만, 상태 변화에 따른 분자의 크기와 모양, 분자수의 보존 개념은 설명하지 못하는 제한점을 지닌다. 이에 하위 목표 개념 중에 서 분자의 배열과 운동성은 공유 속성（유사점）으로, 크기와 모양 및 분자수는 비공유 속성（차이점）으로 분류하여 검사지를 개발하였다.
- 따라서 비유를 사용한 학습이 효과를 거두기 위해서는 학생들이 비유물과 목표물 을 올바르게 대응시킬 수 있도록 유도할 수 있는 방 법을 강구할 필요가 있다. 이 연구의 결과로 나타난 대 응 오류를 학생들이 스스로 분석 하고 수정 할 수 있 는 기회를 제공하는 교수 전략이 그 한 가지 방안이 될 수 있을 것이다.
- 비유 II 사용 집 단의 학생들은 목표 개념과 전혀 상관없는 꽹과리나 마당의 크기와 모양을 분자의 크기와 모양으로 대응 시켰다. 이러한 결과들은 비유물에 비공유 속성이 많이 포함되어 있었기 때문에 나타난 것으로 해석되므로, 비유물의 비공유 속성이 적거나 부각되어 나타나지 않는 비유물을 선택하여 수업에 사용해야 할 것이 다.
- 특히, 학생들의 특정 오개념이 구체적으로 어떠한 대응 오류와 관련되는지를 알아볼 필요가 있다. 이러한 연구를 통해 비유를 사용한 과학 개념 학습에서 대응 오류에 의 한 오개념의 유발 가능성을 탐색할 수 있으므로, 오 개념을 예방하기 위한 효과적인 비유 사용의 방안을 찾는데 기초적인 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
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