[논문]액체 상태에서의 현상에 대한 예비 초등교사의 설명

노석구

문제 정의

따라서 본 연구에서는 초등학교 예비 교사들이 지니고 있는, 액체 상태에서 일어나는현상'에 대한 개념을 파악하고 분석함으로써 앞으로 초등과학과 관련된 교사 교육과정이나 교재, 연수 등의 방향에 대한 시사점을 얻고자 한다. 더불어 예비 초등교사들이 심화 과정 그룹별로 개념 형성이 어떻게 다른지를 분석하여 심화 과정별 교육과정 운영에 시사점을 얻고자 한다.
대부분이다. 따라서 본 연구에서는 초등학교 예비 교사들이 지니고 있는, 액체 상태에서 일어나는현상'에 대한 개념을 파악하고 분석함으로써 앞으로 초등과학과 관련된 교사 교육과정이나 교재, 연수 등의 방향에 대한 시사점을 얻고자 한다. 더불어 예비 초등교사들이 심화 과정 그룹별로 개념 형성이 어떻게 다른지를 분석하여 심화 과정별 교육과정 운영에 시사점을 얻고자 한다.
액체 상태에 개념을 발전시키려면 현 단계에서 학생이나 교사들이 액체 상태에 대해서 어떤 개념을 지니고 있는 지에 대하여 보다 면밀한 연구가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 설문지 분석에 의하여 예비 교사들의 개념을 파악하였기 때문에 결론과 관련하여 지나친 일반화가 이루어진 부분도 있을 수 있다고 본다. 이러한 부분을 보완할 수 있는 보다 자세하고 심도 깊은 방법에 의한 연구 결과들이 축적되어야 할 것이다.

가설 설정

. 액체 상태의 입자는 유동적이다(78명).
. 용매속의 입자는 유동적이다(31명).
. 이온은 물 분자와 전기적인 힘으로 결합한다. (10명).

제안 방법

설문의 내용을 번역하여 사용하였다. 먼저 연구자가 번역한 내용을 화학을 전공한 2인의 교육전문가에게 검토를 부탁하여 내용 타당도를 검증하였으며, 다시 5명의 예비 교사에게 모든 문항을 투입하여 검사 도구의 적절성을 검토하고 수정하였다.
선택형 문항의 경우, 응답 결과가 명목 척도이기 때문에 일반적으로 흔히 사용할 수 있는 카이제곱以2) 검증이 적절할 것으로 생각되지만, 이검증법의 경우 통계의 결과로서 각각의 셀마다 일정 수준 이상의 기대 빈도가 요구되는 데 본 표본의경우 이에 부합되지 않는 경우가 많아 본 연구에서는 이를 보완하는 통계 방법인 Goodman과 Kruskal의 타우( 丁)값을 제시하고, 이와 더불어 유의수준p 를 제시하여 그룹간의 차이를 검증하였다.
여러설명 유형 중에서 표면 장력이나 물의 응집력을 언급한 경우에는 정답으로 간주하였으며, 표면장력 이나 응집력에 대한 언급이 없는 경우에 한하여 다양한 설명 유형 중 대표적인 설명 유형을 4개 선정하여 유형화하였다. 표 7에 이 문항에 대한 여러 응답유형별 빈도를 %로 나타내었다.
연구의 결과 및 논의는, 문항별 분석, 과, 선택형문항의 총점 비교, 로 나누어 제시하였다. 문항별 분석은 제시된 문항 순서에 의하여, 선택후 설명형, 문항과 '개방적 설명형' 문항 모두를 분석하였으며, '선택형 문항의 총점 비교, 는, 선택후 설명형, 문항중에서 선택형 문항 4문항에 한하여 문항당 1점씩만점 4점으로 점수화하여 심화 과정 그룹별로 평균점수를 비교하였다.
예비 교사들이 응답한 설문지는 곧바로 수거하여 결과를 분석하였다. 결과 분석에서 가장 중요한과정 중의 하나는 설명형 문항에서 제시된 다양한 응답들을 적절한 유형으로 나누는 것이었다.
응답 유형의 그룹간의 통계적 비교는 선택형 문항에 한하여 제시하였으며, 개방적 설명형 문항의경우에는 통계적 비교보다는 높은 비율로 나타나는 설명 유형을 제시하고, 이를 해석하는 방법을 택하였다. 선택형 문항의 경우, 응답 결과가 명목 척도이기 때문에 일반적으로 흔히 사용할 수 있는 카이제곱以2) 검증이 적절할 것으로 생각되지만, 이검증법의 경우 통계의 결과로서 각각의 셀마다 일정 수준 이상의 기대 빈도가 요구되는 데 본 표본의경우 이에 부합되지 않는 경우가 많아 본 연구에서는 이를 보완하는 통계 방법인 Goodman과 Kruskal의 타우( 丁)값을 제시하고, 이와 더불어 유의수준p 를 제시하여 그룹간의 차이를 검증하였다.
결과 분석에서 가장 중요한과정 중의 하나는 설명형 문항에서 제시된 다양한 응답들을 적절한 유형으로 나누는 것이었다. 이를 위하여 임의로 50개 정도의 설문지를 선택하여 문항별로 대표적 유형들을 추출하고, 기존의 연구 결과를 같이 참조하여 문항별로 7개 전후의 대표 유형들을 확립하였다. 이어서 설문지별로 배경 변인, 선택형 문항의 응답, 설명형 문항의 응답 유형 등을코딩한 후 SPSSWIN(ver 14.
전체 설문의 내용은 모두 7문항이며, 이들 중 4문항은 어떤 상황에서 예측을 하도록 한 후, 그 예측의 이유를 자신의 이론으로 설명하도록 요구하는 '선택 후 설명형, 문항이며, 3문항은 주어진 어떤 현상에 대하여 선택 없이 곧바로 설명하도록 요구하는, 개방적 설명형, 문항이다. 표 2는 이들 문항에대한 전체적 개요를 나타낸 것이다.
수 있다. 하지만 국내에서 이루어진 '액체 상태, 에 관련된 연구 결과가 아직은 소수이기 때문에 기초 자료를 축척하는 차원에서 가급적 많은 예비교사들의 개념을 파악하려는 의도에서 설문지 분석을 실시하였다. 설문지 문항은 모두 7문항이며, 이중에서 4문항은 '선택 후 설명형, , 3문항은 선택 없이 곧바로 설명하는, 개방적 설명형, 문항이었다.

대상 데이터

본 연구의 설문 조사에 참여한 연구 대상은 경기도 소재 교육대학교에 재학중인 예비 초등교사 194 명 이었다. 연구 대상 예비 초등교사들은 4개 학년에서 2반씩 모두 8개 수강반을 임의 추출한 후 이 수강반에 속해 있는 예비 교사 중 연구에 협조할 것을동의한 사람들로 구성하였다.
이었다. 연구 대상 예비 초등교사들은 4개 학년에서 2반씩 모두 8개 수강반을 임의 추출한 후 이 수강반에 속해 있는 예비 교사 중 연구에 협조할 것을동의한 사람들로 구성하였다. 참고로 설문에 응답한예비 교사의 성별 심화 과정 그룹은 표 1과 같다.

데이터처리

총점 비교, 로 나누어 제시하였다. 문항별 분석은 제시된 문항 순서에 의하여, 선택후 설명형, 문항과 '개방적 설명형' 문항 모두를 분석하였으며, '선택형 문항의 총점 비교, 는, 선택후 설명형, 문항중에서 선택형 문항 4문항에 한하여 문항당 1점씩만점 4점으로 점수화하여 심화 과정 그룹별로 평균점수를 비교하였다.
이를 위하여 임의로 50개 정도의 설문지를 선택하여 문항별로 대표적 유형들을 추출하고, 기존의 연구 결과를 같이 참조하여 문항별로 7개 전후의 대표 유형들을 확립하였다. 이어서 설문지별로 배경 변인, 선택형 문항의 응답, 설명형 문항의 응답 유형 등을코딩한 후 SPSSWIN(ver 14.0) 통계 프로그램을 이용하여 연구결과를 산출하였다.

이론/모형

본 연구에서 사용된 설문은 Leite 등(2007)이 사용한 설문의 내용을 번역하여 사용하였다. 먼저 연구자가 번역한 내용을 화학을 전공한 2인의 교육전문가에게 검토를 부탁하여 내용 타당도를 검증하였으며, 다시 5명의 예비 교사에게 모든 문항을 투입하여 검사 도구의 적절성을 검토하고 수정하였다.

성능/효과

이러한 낮은 이해도는 이탈리아, 포르투갈, 스페인의 예비 교사와 현직 교사의 경우에도 유사한 경향을 보이고 있어 대부분의 교사들이 정확한 개념을 가지지 못한 것으로 판단된다. 2)번 문항의 선택형 문항에서 비교적 높은 정답율을 보인 것에 비추어 볼 때, 용매 분자만 존재할 때와 이온과 용매 분자가 같이 존재할 경우의 차이점을 이해하지 못하고 있는 것으로 생각할 수 있다.
가장 높은 비율을 보인 응답 유형은 “기체 분자의 분자간 결합력이 매우 작다는 것이었다(34%)&rdquo;. 물론 분자 운동 에너지가 크다는 것과 분자간 결합력이 매우 작다는 것은 연관성이 전혀 없다고는 할 수 없지만 결합력만을 언급하는 것은 불충분한 설명이라 할 수 있다.
가장 높은 비율을 보인 응답 유형은 “액체 분자는 유동성이 있다(39%)”라는 유형이었고, 이어서 “액체분자는 분자간 힘이 약하다(28%)”라는 유형이었다. 후자의 경우, 전자의 유동성에 대한 이유로 해석될수도있어 서로 연관이 있는 설명 유형으로 보여진다.
결과를 분석하였다. 결과 분석에서 가장 중요한과정 중의 하나는 설명형 문항에서 제시된 다양한 응답들을 적절한 유형으로 나누는 것이었다. 이를 위하여 임의로 50개 정도의 설문지를 선택하여 문항별로 대표적 유형들을 추출하고, 기존의 연구 결과를 같이 참조하여 문항별로 7개 전후의 대표 유형들을 확립하였다.
다섯째, 초등학교나 중등학교에서 비슷한 학습경험이 이루어진 문제의 경우, 그렇지 않은 문제에 비하여 월등하게 높은 이해도를 보였다. 문항 7)의 경우가 이에 해당되며, 적절한 학습 경험은 개념 이해에 필수적이라는 기본적 명제를 잘 드러내고 있다.
둘째, 교육대학교에서 교육과정을 운영할 때, 기본적 과학 개념을 놓치지 않고 학습하도록 내용의 선정이나 수업 방법에 더욱 주의를 기울여야 한다. 현재 우리나라 교육체계에서는 교육대학교를 졸업하고 초등학교 교사가 되면 심화 과정에 관계없이 거의 모두가 과학 교과를 지도해야 한다.
하지만 국내에서 이루어진 '액체 상태, 에 관련된 연구 결과가 아직은 소수이기 때문에 기초 자료를 축척하는 차원에서 가급적 많은 예비교사들의 개념을 파악하려는 의도에서 설문지 분석을 실시하였다. 설문지 문항은 모두 7문항이며, 이중에서 4문항은 '선택 후 설명형, , 3문항은 선택 없이 곧바로 설명하는, 개방적 설명형, 문항이었다.
문항 7)의 경우가 이에 해당되며, 적절한 학습 경험은 개념 이해에 필수적이라는 기본적 명제를 잘 드러내고 있다. 여섯째, 초등학교 수준에서 거시적 수준이나 조작적 수준에서 도입되고, 설명된 개념들이 이후 발전적으로 보완되지 않으면 대학 수준에서도 올바른 과학 개념을 형성하는데 문제점으로 작용할 수 있다. 용기의 모양에 따라 액체의 모양이 달라지는 이유를 설명하는 문제에서 이러한 문제점이 잘 드러나고 있다.
일곱째, 예비 교사들의 심화 과정에 따라 과학개념에 대한 이해도가 차이가 있다. 즉, 과학과 관련된 심화 과정에 해당되는 예비 교사들이 그렇지않은 심화 과정의 예비 교사보다 액체와 관련된 여러 개념에서 더 높은 이해도를 보였다.
전반적으로 문항 7)을 제외한 모든 문항의 응답유형을 분석한 결과, 예비 교사들은 액체 상태와 관련하여 심각한 대안적 개념들을 지니고 있음이 드러났다. 본 연구의 결과에서 도출되는 결론은 다음과 같이 요약될 수 있다.
설탕이 물에 용해되기 위해서는 각각의 분자 수준으로 분자간 결합이 끊어져야만 하지만 대부분의 예비 교사들은 이를 잘 이해하지 못하고 있는 것으로 보인다. 전체적으로 43% 에 해당하는 예비 교사들이 분자간 결합에 변화가 없다고 응답하여 용해 및 용액 상태에 대한 개념이 매우 불안정한 상태에 있음을 보여주고 있다.
대한 이해도가 차이가 있다. 즉, 과학과 관련된 심화 과정에 해당되는 예비 교사들이 그렇지않은 심화 과정의 예비 교사보다 액체와 관련된 여러 개념에서 더 높은 이해도를 보였다. 이는 심화 과정의 교육과정 차이, 학생의 과학에 대한 정의적 특성, 고등학교에서의 학습 경험 등 다양한 요인이 원인이 될 수 있을 것으로 생각되며, 추후 이러한 차이의 원인이나 영향 등에 대한 심도 깊은 연구분석이 필요하다고 생각된다.
첫째 설명 유형은 문항의 선택과 동일한 응답이므로 이유에 대한 더 이상의 정보가 없으나, 둘째 유형은 나름대로 의미가 있는 것으로 보인다. 즉 “서로 반응하지 않으므로 섞어도 부피는 같다”라는 논리로 생각해볼 수 있다.

후속연구

개념적으로 이해하기 어려운 부분이 많아 많은 연구 결과에서 학생들이 다양한 오개념을 보이고 있다고 보고되고 있다. 따라서 고체와 기체 상태뿐 아니라 액체 상태에 관련한 교육과정 내용이나 교과서 내용이 현재보다 많이 보완되고 개선되어야 할 것으로 생각된다.
셋째, 액체나 액체 상태에 대한 학생들의 개념이나 현직 교사의 개념이 보다 충분히 연구되어야 할 것이다. 액체 상태에 개념을 발전시키려면 현 단계에서 학생이나 교사들이 액체 상태에 대해서 어떤 개념을 지니고 있는 지에 대하여 보다 면밀한 연구가 선행되어야 한다.
즉, 과학과 관련된 심화 과정에 해당되는 예비 교사들이 그렇지않은 심화 과정의 예비 교사보다 액체와 관련된 여러 개념에서 더 높은 이해도를 보였다. 이는 심화 과정의 교육과정 차이, 학생의 과학에 대한 정의적 특성, 고등학교에서의 학습 경험 등 다양한 요인이 원인이 될 수 있을 것으로 생각되며, 추후 이러한 차이의 원인이나 영향 등에 대한 심도 깊은 연구분석이 필요하다고 생각된다.
본 연구에서는 설문지 분석에 의하여 예비 교사들의 개념을 파악하였기 때문에 결론과 관련하여 지나친 일반화가 이루어진 부분도 있을 수 있다고 본다. 이러한 부분을 보완할 수 있는 보다 자세하고 심도 깊은 방법에 의한 연구 결과들이 축적되어야 할 것이다. 그러한 선행 연구자료를 기반으로 보다 효율적이고 체계적인 수업전략 등이 제 안되고, 이를 바탕으로 실천적 연구 등이 후속되어야만 종합적으로 액체 상태에 대한 바람직한 개념의 이해가 정착될 것이기 때문이다.
이는 설탕 분자의 화학 반응과 설탕 분자 간의 분자간 결합이 혼동되고 있음을 의미한다. 특히 설탕이 물에 녹을 때의 설탕의 분자간 결합에 대한 이해도는 유럽 3국의 결과와 비교해 볼 때도 매우 낮은 것으로 나타나 있어 우리나라의 교육과정이나 교과서에 특별한 문제는 없는지 진지하게 검토해야 할 것으로 생각된다.

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