[논문]달의 운동에 관한 초등학생들의 대안개념 및 인지갈등 상황 후 변화

임청환; 김혜진

doi:10.14697/jkase.2010.30.8.1110

달의 운동에 관한 초등학생들의 대안개념 및 인지갈등 상황 후 변화
Elementary School Children's Alternative Conceptual Types and Change After Conflict Situations on the Movement of the Moon 원문보기

한국과학교육학회지 = Journal of the Korean association for science education, v.30 no.8, 2010년, pp.1110 - 1122

임청환 (대구교육대학교) , 김혜진 (대구매곡초등학교)

초록
AI-Helper

본 연구의 목적은 달의 운동에 대한 초등학생들의 대안개념 유형을 조사하고, 각각의 대안개념에 대하여 인지갈등 상황을 제시한 후 그 변화를 알아보는 것이다. 대안개념의 유형을 조사하기 위하여 206명의 초등학교 6학년 학생을 대상으로 사전 개념조사를 실시하여 대안개념을 분석한 후, 문항별 개념유형에 따라 5개 집단으로 의도적으로 나누어 30명을 표집 하였다. 학생들의 대안개념 유형과 인지갈등 상황 후의 변화에 대한 데이터를 각각 5문항이 포함된 사전검사와 사후검사를 통하여 수집하였다. 대안개념 유형에 대한 조사 결과 학생들의 대부분이 다양한 유형의 대안개념을 갖고 있었다. 갈등상황 후 개념변화에 대해서는 특히, 초승달의 뜨고 지는 시각 및 움직임에 대한 대안개념은 표본 집단 모두 과학적 개념으로 변화되었다. 따라서 대안개념에 대한 인지갈등 상황 제시 학습이 달의 운동에 대한 학습에 효과 있을 알 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to identify elementary school students' alternative conceptual types of the movement of the moon and to find out how these types change when confronted with cognitive conflict situations. To find out alternative conceptual types, 206 sixth graders were sampled, and to investigate how the alternative conceptual types were changed by cognitive conflict situations, and 30 students were systematically resampled by alternative conceptual types. Data were collected through the pre- and post-test instruments, including five items that were used for testing the students' alternative conceptual types and changes after conflict situations. After the pre-test, students were instructed to determine the change of the alternative preconceptions using conflict situations. We found that a majority of students had various kinds of alternative preconceptions formed from their early years of elementary school. The cognitive conflict situations were effective for the conceptual change of the movement of the moon. Specifically, in all groups, the subjects' understanding of "the movement of the early evening crescent moon" changed scientifically.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 달의 운동에 관한 학생들의 대안 개념 유형을 조사하고 그 대안개념들이 인지갈등 상황 후에 어떻게 변화되는지 분석하고자 한다.
본 연구의 목적은 달의 운동에 대한 초등학생들의 대안개념 유형을 조사하고, 각각의 대안개념에 대하여 인지갈등 상황을 제시한 후 그 변화를 알아보는 것이다. 대안개념의 유형을 조사하기 위하여 206명의 초등학교 6학년 학생을 대상으로 사전 개념조사를 실시하여 대안개념을 분석한 후, 문항별 개념유형에 따라 5개 집단으로 의도적으로 나누어 30명을 표집 하였다.

제안 방법

1) 달의 운동에 관한 학생들의 다양한 대안개념들에 대하여 서답의 유형을 기준으로 분류 한 후, 주된 대안개념을 반응 빈도로 알아보았다.
2) 대안개념 유형을 조사한 후, 달의 운동에 관해 이미 형성되어 있는 학생들의 과학적 개념 유형에 따라 5개 집단으로 30명을 의도적으로 표집 하여 인지갈등 상황 후 다른 대안개념들이 과학적 개념으로 변화되는 데 미치는 영향을 분석하였다.
3) 표집 된 30명의 학생들에게 논리-현상 갈등 상황, 논리-체험 갈등 상황, 현상-체험 갈등 상황을 제시한 후, 사전·사후 개념 검사를 비교하여 달의 운동에 관한 대안개념들의 변화를 알아보았다.
교육과정에 제시된 달의 운동 관련 개념들과 선행 연구에서 나타난 대안 개념을 검토·종합하여 5가지 과학 개념을 선정하였다.
달의 운동에 관한 교육과정에서 다루고 있는 개념과 선행 연구에서 나타나는 개념을 비교 검토한 후, 개발하고자 하는 검사 도구의 특성을 고려하여 다음과 같은 개념을 선정하였다.
사후 검사 도구는 사전 개념 검사의 문항별 검사목표와 내용은 동일하고 형식은 5개 문항 모두 서답형이며 과학적 이유를 서술하도록 하였다. 문항은 개념 유형별로 1개 문항씩 총 5문항이며 30분 이내로 완성할 수 있는 것으로 구성하였다.
인지갈등 상황은 학생들이 기존에 가지고 있는 생각에 반하여 자연 현상이나 다른 사람의 주장에 직면하였을 때 과학자의 개념과의 차이를 학생들이 깨달아 심리적인 갈등상태(권재술, 1989; Hashweh, 1986)를 일으키며 과학적 개념으로 변화가 일어나도록 하는 방법이다. 본 연구에서는 논리-현상 갈등 상황제시, 논리-체험 갈등 상황제시, 현상-체험 갈등 상황제시의 세 가지 방식으로 제시하였다.
사전 개념 검사를 통해 대안개념을 조사한 후, 달의 운동에 관해 이미 형성되어 있는 학생들의 과학적 개념 유형에 따라 5개 집단으로 30명을 의도적으로 표집 하여 인지갈등 상황 후 다른 대안개념들이 과학적 개념으로 변화되는 데 미치는 영향을 분석하였다.
사전·사후 개념 검사지는 선행 연구와 초등학교 교과서, 교사용 지도서 등을 분석하여 과학개념을 기술하고 그림 2의 과정으로 문항을 확정하였다.
사전·사후 개념 검사지는 선행 연구와 초등학교 교과서, 교사용 지도서 등을 분석하여 과학개념을 기술하고 그림 2의 과정으로 문항을 확정하였다. 사후 개념 검사지는 사전 개념 검사 결과와 학생들이 가진 대안개념의 유형을 토대로 재구성하였다. 측정하는 과학개념은 동일하게하고 문항 제작의 방법을 서답형 또는 서술식으로 수정하여 개발하였다.
사후 검사 도구는 사전 개념 검사의 문항별 검사목표와 내용은 동일하고 형식은 5개 문항 모두 서답형이며 과학적 이유를 서술하도록 하였다. 문항은 개념 유형별로 1개 문항씩 총 5문항이며 30분 이내로 완성할 수 있는 것으로 구성하였다.
선행 연구와 교육과정을 검토하여 개념 검사 문항을 선정하고 타당성을 검증 한 후 검사 문항을 확정하였다. 확정된 문항으로 학생들의 사전 개념을 검사하여 대안개념을 분석한 뒤, 문항별 개념유형에 따라 5개 집단 30명의 학생을 표집 하였다.
표집 된 5개 집단 30명의 학생들에게 인지갈등 상황을 제시한 후 개념변화를 알아보았다. 인지갈등 상황의 제시는 전체 수업, 프로젝트학습, 개별면담을 병행하였으며, 학생들의 생각을 개념 검사지를 이용하여 조사하였다.
사후 개념 검사지는 사전 개념 검사 결과와 학생들이 가진 대안개념의 유형을 토대로 재구성하였다. 측정하는 과학개념은 동일하게하고 문항 제작의 방법을 서답형 또는 서술식으로 수정하여 개발하였다. 개발한 검사지에 대하여 과학교육전공 전문가 3인 및, 과학교육 전공 대학원생 4인이 타당성을 검증하였다.
표본 집단 모두 공통적으로 과학적 개념으로 변화된 초저녁에 떠 있는 초승달의 움직임에 대한 대안개념의 경우, 논리-체험 갈등 상황 제시에서의 개별 관찰 프로젝트 과정과 현상-체험 갈등 상황 제시에서의 초승달을 관찰하는 과정을 제공하였다. 이를 통해 서쪽으로의 움직임을 직접 몸으로 체험하면서 갈등이 쉽게 해소되어 과학적 개념으로 변화되고 견고하게 유지된 것이라고 생각된다.
확정된 문항으로 학생들의 사전 개념을 검사하여 대안개념을 분석한 뒤, 문항별 개념유형에 따라 5개 집단 30명의 학생을 표집 하였다. 표집 된 5개 집단 30명의 학생들에게 인지갈등 상황을 제시한 후 개념변화를 알아보았다. 인지갈등 상황의 제시는 전체 수업, 프로젝트학습, 개별면담을 병행하였으며, 학생들의 생각을 개념 검사지를 이용하여 조사하였다.
대안개념의 유형을 조사하기 위하여 206명의 초등학교 6학년 학생을 대상으로 사전 개념조사를 실시하여 대안개념을 분석한 후, 문항별 개념유형에 따라 5개 집단으로 의도적으로 나누어 30명을 표집 하였다. 학생들의 대안개념 유형과 인지갈등 상황 후의 변화에 대한 데이터를 각각 5문항이 포함된 사전검사와 사후검사를 통하여 수집하였다. 대안개념 유형에 대한 조사 결과 학생들의 대부분이 다양한 유형의 대안개념을 갖고 있었다.

대상 데이터

본 연구의 목적은 달의 운동에 대한 초등학생들의 대안개념 유형을 조사하고, 각각의 대안개념에 대하여 인지갈등 상황을 제시한 후 그 변화를 알아보는 것이다. 대안개념의 유형을 조사하기 위하여 206명의 초등학교 6학년 학생을 대상으로 사전 개념조사를 실시하여 대안개념을 분석한 후, 문항별 개념유형에 따라 5개 집단으로 의도적으로 나누어 30명을 표집 하였다. 학생들의 대안개념 유형과 인지갈등 상황 후의 변화에 대한 데이터를 각각 5문항이 포함된 사전검사와 사후검사를 통하여 수집하였다.
본 연구는 광역시 소재 모 초등학교 6학년 학생 209명을 대상으로 사전 개념조사를 실시하여 대안개념을 분석한 후, 문항별 개념유형에 따라 5개 집단으로 의도적으로 나누어 30명을 표집 하였다. 표집 대상 학교는 아파트 단지에 위치하고 있으며, 주거 환경은 아파트가 약 80%로 이루어져 있고, 학교 전체의 학업 성취도는 광역시 평균을 약간 상회하는 편이다.
선행 연구와 교육과정을 검토하여 개념 검사 문항을 선정하고 타당성을 검증 한 후 검사 문항을 확정하였다. 확정된 문항으로 학생들의 사전 개념을 검사하여 대안개념을 분석한 뒤, 문항별 개념유형에 따라 5개 집단 30명의 학생을 표집 하였다. 표집 된 5개 집단 30명의 학생들에게 인지갈등 상황을 제시한 후 개념변화를 알아보았다.

성능/효과

측정하는 과학개념은 동일하게하고 문항 제작의 방법을 서답형 또는 서술식으로 수정하여 개발하였다. 개발한 검사지에 대하여 과학교육전공 전문가 3인 및, 과학교육 전공 대학원생 4인이 타당성을 검증하였다.
초저녁에 떠 있는 초승달이 3시간 후에도 그대로 떠 있는 대안개념(4-F-③)을 선택했던 1명의 경우 위치는 정확하나 초승달을 그믐달로 나타내는 개념혼동을 보였다. 개별면담을 한 결과 답을 표기하는 과정에서의 실수이며 과학적 개념으로 정확하게 변화된 것으로 나타났다. 여러 날 동안 달의 위상 변화에 대한 대안개념(5-F-①, 5-F-③.
하루 동안 달의 움직임에 대한 개념에 있어 1명이 그믐달에서 보름달로 변하면서 하루 동안 움직인다는 대안개념이 나타났다. 개별면담을 한 결과 문제를 이해하는 과정에서의 실수이며 과학적 개념으로 정확하게 변화된 것으로 나타났다.
2명만 달의 모양에 따른 이름에 대한 과학적 개념을 지속적으로 유지하였다. 달의 모양 변화 순서에 대한 부정확했던 대안개념(2-F-ⓑ)은 5명 중 4명이 과학적 개념으로 변화되었고, 하루 동안 달의 움직임에 대한 대안개념(3-F-①, 3-F-④)에 있어서는 각각 1명씩 과학적 개념으로 변화되었으며 3명은 기존 대안개념이 그대로 지속되었다. 초저녁에 떠 있는 초승달의 움직임에 대한 대안개념(4-F-①, 4-F-②, 4-F-③)은 5명 중 4명이 과학적 개념으로 변화되었다.
달의 모양에 따른 이름에서는 초승달과 그믐달을 혼동하는 대안개념(1-F-ⓐ), 상현달과 하현달을 혼동하는 대안개념(1-F-ⓑ), 초승달, 그믐달, 상현달, 하현달을 모두 혼동하는 대안개념(1-F-ⓓ)이 나타났다. 달의 모양 변화 순서에서는 일정한 유형 없이 불규칙적인 대안개념(2-F-ⓑ)이 나타났으며, 하루 동안 달의 움직임에 있어서는 달의 모양이 그믐달에서 보름달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-④)이 나타났다. 여러 날 동안 달의 위상변화에 있어서는 초승달이 뜬 5일 후에도 초승달이 떠 있다는 대안개념(5-F-①), 하현달이 떠 있다는 대안개념(5-F-③), 그믐달이 떠 있다는 대안개념(5-F-④) 이 나타났다.
특히, 초승달의 뜨고 지는 시각 및 움직임에 대한 대안개념은 표본 집단 모두 과학적 개념으로 변화되었다. 달의 모양에 따른 이름, 달의 모양 변화, 하루 동안 달의 움직임, 여러 날 동안 달의 위상변화에 관한 대안개념에 있어서도 갈등 상황 제시가 과학적 개념으로의 변화하는데 효과적이었다. 달의 모양에 따른 이름에 나타난 과학적 개념이 형성된 A 집단, 달의 모양 변화 순서에 대한 과학적 개념이 형성된 B 집단, 달의 운동에 관한 5문항 모두 오답학생으로 검사문항에 해당하는 과학적 개념이 형성되어 있지 않은 D 집단의 경우, 기존에 가지고 있던 대안개념의 대부분이 갈등 상황 후 견고하게 지속되거나 혼동 상태로 남는 경향이 있다.
C 집단은 초저녁에 떠 있는 초승달의 움직임에 대한 과학적 개념이 형성된 집단이다. 달의 모양에 따른 이름에서는 초승달과 그믐달을 혼동하는 대안개념(1-F-ⓐ), 상현달과 하현달을 혼동하는 대안개념(1-F-ⓑ), 초승달, 그믐달, 상현달, 하현달을 모두 혼동하는 대안개념(1-F-ⓓ)이 나타났다. 달의 모양 변화 순서에서는 일정한 유형 없이 불규칙적인 대안개념(2-F-ⓑ)이 나타났으며, 하루 동안 달의 움직임에 있어서는 달의 모양이 그믐달에서 보름달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-④)이 나타났다.
B 집단은 달의 모양 변화 순서에 대한 과학적 개념이 형성된 집단이다. 달의 모양에 따른 이름에서는 초승달과 그믐달을 혼동하는 대안개념(1-F-ⓐ)과 초승달, 그믐달, 상현달, 하현달을 모두 혼동하는 대안개념(1-F-ⓓ)이 나타났다. 하루 동안 달의 움직임에 있어서는 달의 모양이 보름달에서 초승달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-①)과 그믐달에서 보름달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-④)이 나타났다.
초승달을 시작으로 달의 모양이 변하는 순서를 나열하는 검사문항에 대한 대안개념은 표 2와 같다. 대부분의 학생들(136명, 65.25%)이 달의 모양 변화를 정확히 나열하지 못하는 대안개념(2-F-ⓑ)을 가지고 있으며, 1번 문항의 대안개념(1-F-ⓐ, 1-F-ⓑ, 1-F-ⓓ, 1-F-ⓔ) 유형의 학생들 대부분이 달의 모양이 변하는 순서를 나열하는 문항에서도 달의 모양에 대한 과학적 개념이 형성되어 있지 않는 것으로 나타났다.
하루 동안 달의 움직임에 있어서는 달의 모양이 보름달에서 초승달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-①)과 그믐달에서 보름달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-④)도 나타났다. 초저녁에 떠 있는 초승달의 움직임에 있어서는 초승달이 동쪽으로 움직인 모습의 대안개념(4-F-①, 4-F-②, 4-F-③)과, 여러 날 동안 달의 위상변화에 있어서는 초승달이 뜬 5일 후에도 초승달이 떠 있다는 대안개념(5-F-①)과 그믐달이 떠 있다는 대안개념(5-F-④)으로 나타났다. 선택한 답에 대해서 그렇게 생각한 이유를 서술한 내용은 과학적 근거보다 짐작이 대부분이었다.
하루 동안 달의 움직임에 있어서는 달의 모양이 보름달에서 초승달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-①), 달의 모양이 그믐달에서 보름달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-④), 달의 모양이 그믐달→하현달→보름달→상현달→초승달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-④)이 나타났다. 초저녁에 떠 있는 초승달의 움직임에 있어서는 초승달이 동쪽으로 움직인다는 대안개념(4-F-①, 4-F-②, 4-F-③)이 나타났고, 여러 날 동안 달의 위상변화에 있어서는 초승달이 뜬 5일 후에도 초승달이 떠 있다는 대안개념(5-F-①), 하현달이 떠 있다는 대안개념(5-F-③), 그믐달이 떠 있다는 대안개념(5-F-④)이 나타났으며, 선택한 답에 대해서 그렇게 생각한 이유를 서술한 내용은 과학적 근거보다 짐작이 대부분이었다. 달이 서쪽에서 떠서 동쪽으로 진다고 이유를 서술한 대안개념을 가진 학생도 3명 나타났다.
E 집단은 5 문항 모두 정답학생으로 검사문항에 해당하는 과학적 개념이 형성되어 있는 집단이다. 하루 동안 달의 움직임, 초저녁에 떠 있는 초승달의 움직임, 여러 날 동안 달의 위상변화에 있어서는 선택한 답에 대한 과학적 근거 제시가 부족하며, 따라서 정확한 이해를 바탕으로 개념이 형성되어 있지는 않은 것으로 나타났다.
하루 동안 달의 움직임에 있어서는 달의 모양이 보름달에서 초승달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-①), 달의 모양이 그믐달에서 보름달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-④), 달의 모양이 그믐달→하현달→보름달→상현달→초승달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-④)이 나타났다.
달의 모양 변화 순서에서는 일정한 유형 없이 불규칙적인 대안개념(2-F-ⓑ)이 나타났다. 하루 동안 달의 움직임에 있어서는 달의 모양이 보름달에서 초승달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-①)과 그믐달에서 보름달로 변하면서 움직인다는 대안개념(3-F-④)도 나타났다. 초저녁에 떠 있는 초승달의 움직임에 있어서는 초승달이 동쪽으로 움직인 모습의 대안개념(4-F-①, 4-F-②, 4-F-③)과, 여러 날 동안 달의 위상변화에 있어서는 초승달이 뜬 5일 후에도 초승달이 떠 있다는 대안개념(5-F-①)과 그믐달이 떠 있다는 대안개념(5-F-④)으로 나타났다.

후속연구

그러나 달의 운동에 관한 학생들의 대안개념을 과학적 개념으로 변화시키기 위한 방법과 적용에 대한 연구는 미흡하며, 개념변화를 위해 인지갈등을 유발할 수 있는 갈등상황에 대한 연구는 중학생을 대상으로 한 심기창 등(2004)의 연구가 있을 뿐 초등학생을 대상으로는 이루어지지 않고 있다. 따라서 달의 운동에 관한 대안개념을 과학적 개념으로 변화시키기 위한 갈등 상황을 제시하여 인지갈등을 유발하고 개념변화의 정도를 분석하여 갈등상황의 효과에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초등학교에서 달의 운동에 대한 학습은 어떤 주제와 내용을 포함하고 있는가?	달의 운동에 대한 학습은 7차 교육과정에서는 3학년 2학기에 7차 개정교육과정에는 5학년 1학기 처음으로 다루어진다. 초등학교에서 달의 운동에 대한 학습은 달의 모양, 하룻밤 동안의 달의 움직임, 달의 모양이 날마다 어떻게 변하는가, 여러 날 동안 같은 시각에 달을 관찰하면 모양과 위치는 어떻게 변하는가 등의 주제와 내용을 포함하고 있다. 이를 통하여 초등학교 수준에서 달의 운동에 대한 기본적인 개념을 상당히 포괄적으로 다루고 있음을 알 수 있다.
	과학적으로 올바르지 않은 대안개념의 특징은?	구성주의 학습이론은 과학 개념학습에 대한 많은 시사점을 주고 있는데, 학생들이 가지고 있는 선개념이 과학적 개념과 다를 때, 학생들은 수업 후에도 교사가 의도하는 것과는 다른 대안개념을 형성하게 되거나, 기존에 가지고 있던 선개념을 그대로 고수하기도 한다(Taber & Watt, 1997; Grubelnik, Fosnaric & Marhl, 2004). 과학적으로 올바르지 않은 대안개념은 비교적 안정적이어서 교사의 설명이나 실험결과와 다를 때조차도 잘 바뀌지 않으며, 새로운 경험의 의미를 왜곡하기도 하고, 수업 후에도 계속 남아서 과학적 개념과 혼재되는 특징이 있다. 이러한 과학적으로 올바르지 않은 대안개념은 학습에 영향을 미치므로 올바른 과학개념으로의 변화가 필요하다.
	달의 운동에 관한 대안 개념에서 전형적으로 많이 나타나는 대안 개념의 유형은 대체로 초등학생과 중학생에서 거의 유사한 유형을 갖고 있다는 것인데 이러한 이유는?	달의 운동에 관한 대안개념에 대해서 지금까지 여러 유형과 원인 및 그에 따른 학습지도 방법이 다양하게 제시되어 왔으나, 전형적으로 많이 나타나는 대안 개념의 유형은 대체로 초등학생과 중학생에서 거의 유사한 유형을 갖고 있다는 것이다. 이는 달의 운동과 관련된 대안개념을 초등학교 때부터 갖고 특별한 인지갈등 상황이 없이 중학교로 진급하기 때문이라고 생각된다.

참고문헌 (16)

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원문보기 상세보기
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Taber, K. S., & Watt, M. (1997). Constructivism and concept learning in chemistry; perspectives from a case study. Research in Education, 58, 10-20.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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