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문제 정의
- 본 연구에서는 예비 과학 교사들이 과학 오개념을 가지고 있다는 가정을 가지고 예비 과학 교사들이 중학교 교육과정 수준의 개념에 대하여 어떤 오개념을 가지고 있는지 조사하고, 오개념 형성에 어떤 경험이 영향을 주었는지 알아봄으로써 중등 과학 수업이나 예비 과학 교사의 양성 프로그램에서 오개념을 과학 개념으로 전환시키기 위해 고려할 사항들에 대한 시사점을 얻고자한다.
제안 방법
- 2차 설문지는 예비 교사들이 응답한 1차 설문 결과(본인의 문항별 점수)와 함께 틀린 문항의 보기를 정답이라고 생각한 이유, 정답을 고를 때 혼동되었던 보기와 그 이유, 해당 문항을 해결하기 위해 필요하다고 생각하는 중학교 수준의 지식, 오답 선택 이유와 본인의 고등학교 당시 과학 심화 선택과목과의 관련성 등을 묻는 질문으로 구성하였다.
- 1차 설문지는 모두 선다형 9문항으로 구성되어 있으며, 국가수준 학업성취도 평가 문항을 질문이나 보기의 변형없이 사용하였다. 문항 구성과 응답 시간의 적절성을 확인하기 위하여 연구대상자 중 7명(본 검사 대상에서 제외)을 대상으로 예비 검사를 실시하였다. 예비 검사를 통하여 완성된 1차 검사 도구는 검사 목적에 대한 타당성 검증을 위해 과학교육 전공 교수 2명에게 검토를 받아 최종 검사 도구를 완성하였다.
대상 데이터
- 고등학교 당시 대학수학능력시험 과학 탐구의 선택 과목으로 화학I만 선택한 학생이 21명, 화학II만 선택한 학생이 1명, 화학I, 화학II를 모두 선택한 학생이 8명, 화학I, 화학II를 전혀 선택하지 않은 학생이 1명이었다. 2차 설문 대상자는 1차 검사 도구를 회수하여 분석한 결과 모든 문항을 맞춘 10명과 검사 도구를 투입하자마자 정답을 무작위로 체크하고 제출한 1명을 제외한 20명이었다.
- 1차 설문은 제한 시간 40분 동안 배경변인에 관한 기초 질문과 평가 문항에 응답하도록 하였고, 평균적으로 응답한 시간은 30분이었다. 국가수준 학업성취도 보고서에 공개된 정답률(%)과 실제 예비 교사들의 정답률(%)을 비교하여, 9문항을 모두 맞춘 10명과 불성실한 응답자 1명을 제외하여 2차 설문 대상자를 선정하였다. 2차 설문은 1차 설문 결과를 이용하여 정답 선정 근거에 관한 심층 질문을 실시하였다.
- 본 연구는 예비 과학 교사들을 대상으로 중학교 교육과정 수준의 화학 개념에 대한 오개념을 가지고 있는지, 그리고 오개념을 가지고 있다면 그 이유는 무엇인지 알아보기 위하여 국가수준 학업성취도 평가에서 공개된 중학교 대상의 일부 문항을 활용하여 구성한 설문을 사범대학 과학교육과에 재학 중인 예비 과학 교사들을 대상으로 실시하였다. 본 연구를 통하여 알 수 있었던 점은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 예비 과학 교사들의 중학교 교육과정의 화학개념에 대한 이해도를 조사하기 위하여 경기도 소재 D대학교 사범대학 과학교육과에서 아직 심화 전공을 선택하지 않은 1학년 31명을 연구대상으로 하였다.
- 본 연구에서는 우선 예비 과학 교사 31명을 대상으로 1차 설문을 실시하였다. 1차 설문은 제한 시간 40분 동안 배경변인에 관한 기초 질문과 평가 문항에 응답하도록 하였고, 평균적으로 응답한 시간은 30분이었다.
- 본 연구에서는 한국교육과정평가원의 2008~2009년 중학교 국가수준 학업성취도 평가12,13 문항의 선다형 문항 중 학생들이 어려워하여 오답이 잘 나타나는 현상을 관찰하기 위하여 정답률이 60%미만이면서 변별도가 0.40 이상인 문항을 선정하였다.
데이터처리
- 1차 설문 결과를 이용하여 전체 응답자들의 문항별 정답률, 고등학교 당시 수능 과학탐구 선택 과목에 따른 정답률을 조사하고 정답률이 낮은 문항의 특징을 분석하였다. 2차 설문 결과를 이용하여 틀린 이유, 설문 응답자가 문항을 해결하기 위해 필요하다고 제시한 중학교 수준의 지식의 적절성을 중심으로 분석하였다.
성능/효과
- 일반적으로 고등학교 당시 심화 과정으로 선택한 과목이 대학에서의 성취도에 영향을 준다고 알려져 있지만 본 연구의 결과는 그렇지 않았다. 그 이유에 대한 심층 질문에 대한 분석 결과 수능 선택 과목으로 화학을 선택을 하였더라도 중학교 당시부터 개념의 본질적 이해를 위한 노력보다는 문제 풀이 위주의 학습 습관이 몸에 배어 고등학교에서 대입 수능 준비를 위한 학습에서도 고쳐지지 않았다는 것이다. 이처럼 고등학교 때 대입 수능 시험의 심화 선택 과목으로 화학을 선택한 것과 상관없이 중학교 당시부터 개념의 본질적 이해를 하지 않고 넘어가는 학습 습관 때문에 기억 위주의 학습을 하게 되고 고등학교에서도 개념의 어려움, 시간 부족 등으로 인해 시간을 투자하거나 개념의 본질적 이해를 하기보다는 중학교 당시부터 유지해오던 계산과 기억위주의 학습 전략을 유지한 것으로 보인다.
- 둘째, 설문에 사용한 문항이 모두 중학교 교육과정 수준이었음에도 불구하고 정답률이 90.0% 미만의 문항이 존재하였다. 7학년 물질의 세가지 상태 단원에서 1문항, 8학년 혼합물의 분리 단원에서 2문항이었다.
- 물질의 세 가지 상태 단원의 문항 분석을 통하여, 물질의 세 가지 상태와 상태 변화에 대한 일반적 정의는 잘 알고 있으나, 개념이 적용되는 현상을 개념의 본질적 의미로 해석하지 못하고 눈에 보이는 현상적 수준에서 개념을 이해하려는 경향이 있었다. 그리고 액체가 기체로 상태 변화할 때 분자에 대한 기초적인 이해 없이 문항에 주어진 현상을 자신의 생각에 맞춰 문장을 자의적으로 해석하려는 경향과 함께 문제 해결에 필요한 개념을 적절히 제시하지 못했다.
- 본 연구에 비록 많은 수의 문항을 이용하지 못했지만 중학교 교육과정에 해당하는 각 단원별 문항에 대한 예비 과학 교사들의 반응을 통하여 문제를 해결하지 못하는 경우 주어진 결과를 눈에 보이는 현상적 수준에서 해석하거나 일상생활의 경험에 근거하여 해석하거나 주어진 현상을 자의적으로 해석하려는 경향이 있음을 알 수 있었다.
- 개인의 선행 경험에 의해 형성된 오개념은 과학 학습으로 쉽게 수정되기 어렵다1. 본 연구의 결과에서 예비 과학 교사들의 정답률이 비록 중학생보다 높지만 중학교 당시의 학습습관이 고등학교를 거쳐 대학생이 되어도 개념 이해에 영향을 줄 수 있음을 알았다. 추후 예비 과학 교사들의 학습 습관이 대학에서의 심화 전공 학습 과정 중에 긍정적으로 바뀔 수 있도록 사범대학 교육과정에 대한 고찰이 필요하며, 중고등학교 학생들이 올바른 과학적 개념을 받아들일 수 있기 위한 학습 습관에 대한 고찰도 필요하다.
- 셋째, 대입을 위해 고등학교에서 심화 과목으로 화학 과목의 선택 유무에 따라 예비 과학 교사들의 정답률에 큰 차이를 보이지 않았다. 일반적으로 고등학교 당시 심화 과정으로 선택한 과목이 대학에서의 성취도에 영향을 준다고 알려져 있지만 본 연구의 결과는 그렇지 않았다.
- 7학년 물질의 세가지 상태 단원에서 1문항, 8학년 혼합물의 분리 단원에서 2문항이었다. 예비 과학 교사의 정답률이 낮았던 문항 분석을 통해, 예비 과학 교사들 중 일부는 분자에 대한 기초적인 이해 없이 문항에 주어진 현상을 자의적으로 해석하려는 경향, 개념에 대한 정확한 이해가 부족하여 제시된 자료에 개념을 적용하지 못하여 문제 해결의 어려움, 혼합물의 분리에 관한 개념을 가지고 있지만 관련 실험 과정과 물질의 특성을 정확히 연결지어 이해하지 못하는 경향 등이 발견되었다. 이 분석에서 나타난 특징들은 문제 해결을 위해 필요한 특정 개념에 대한 충분한 이해가 부족하여 주어진 현상에 대한 자의적 해석, 적용의 어려움, 타 개념과의 연계가 어렵다는 점이다.
- 그 이유에 대한 심층 질문에 대한 분석 결과 수능 선택 과목으로 화학을 선택을 하였더라도 중학교 당시부터 개념의 본질적 이해를 위한 노력보다는 문제 풀이 위주의 학습 습관이 몸에 배어 고등학교에서 대입 수능 준비를 위한 학습에서도 고쳐지지 않았다는 것이다. 이처럼 고등학교 때 대입 수능 시험의 심화 선택 과목으로 화학을 선택한 것과 상관없이 중학교 당시부터 개념의 본질적 이해를 하지 않고 넘어가는 학습 습관 때문에 기억 위주의 학습을 하게 되고 고등학교에서도 개념의 어려움, 시간 부족 등으로 인해 시간을 투자하거나 개념의 본질적 이해를 하기보다는 중학교 당시부터 유지해오던 계산과 기억위주의 학습 전략을 유지한 것으로 보인다. 이러한 학습 습관은 사범대학에 진학한 시점에도 영향을 주어 중학교 교육과정에 해당하는 문항에 대한 해결을 어렵게 만들게 한 것으로 보인다.
- 첫째, 예비 과학 교사들의 각 문항별 오답 반응에 대한 분석을 통하여 일부 예비 과학 교사들에게 나타난 특징을 단원별로 알 수 있었다.
후속연구
- 물질의 특성 단원의 문항 분석을 통하여, 녹는점에서 상태 변화가 일어난다는 과학적 개념이나 상태 변화와 에너지 출입에 관련된 내용을 지식적으로는 알고 있지만 고체를 가열하면 액체가 되는 일상생활의 경험으로 인해 녹는점 이전에도 가열만하면 고체와 액체가 공존한다고 오해하는 경향이 있었으며, 주어진 문항을 해결하기 위해 어떤 수준의 지식이 필요한지 정확히 제시하지 못하였다. 그리고 용해도와 관련된 문제 해결에 필요한 개념을 알고 있으나 용해도를 용매인 물의 양에 관계없이 용질의 질량만으로 판단하거나 문제 해결을 위해 개념을 구체적으로 어떻게 활용해야할지 정확히 제시하지 못했다.
- 이러한 결과는 우리나라 교육이 상급학교 진학에 맞춰져있는 것과 관련이 있을 것이다. 높은 성적만을 중요한 목적으로 여겨, 기본 개념에 대한 충실한 이해보다는 단순 암기나 계산을 이용하여 문제 풀이에만 전념하려는 학습 풍토가 영향 준 것으로 보이는데 이 부분에 대하여 좀 더 심층적인 연구를 수행할 필요가 있다.
- 이러한 학습 습관은 사범대학에 진학한 시점에도 영향을 주어 중학교 교육과정에 해당하는 문항에 대한 해결을 어렵게 만들게 한 것으로 보인다. 또한 이러한 접근은 예비 과학 교사 본인들의 오개념 형성에 영향을 주어 장차 교사가 된 후 학생들의 오개념 형성에도 영향을 줄 수 있기 때문에 문제 해결을 위한 접근 방식에 대한 개선 노력이 필요할 것이다.
- 물질 변화의 규칙성 단원의 문항 분석을 통하여, 일정 성분비의 법칙에 대한 이해를 묻는 간단한 화학반응이 주어졌을 때, 문제 해결에 필요한 법칙의 종류와 법칙의 정의는 알고 있으나 자료 해석 내용과 개념을 연계하여 이해하거나, 법칙의 의미를 문제 해결을 위해 어떻게 활용해야 할지를 정확히 제시하지 못했다.
- 본 연구의 결과에서 예비 과학 교사들의 정답률이 비록 중학생보다 높지만 중학교 당시의 학습습관이 고등학교를 거쳐 대학생이 되어도 개념 이해에 영향을 줄 수 있음을 알았다. 추후 예비 과학 교사들의 학습 습관이 대학에서의 심화 전공 학습 과정 중에 긍정적으로 바뀔 수 있도록 사범대학 교육과정에 대한 고찰이 필요하며, 중고등학교 학생들이 올바른 과학적 개념을 받아들일 수 있기 위한 학습 습관에 대한 고찰도 필요하다. 그리고 무엇보다 시험 성적 위주의 학습 풍토에서 벗어나 과학 교육에서 지향하는 올바른 목표에 부합하는 교수학습 풍토가 정착되기를 희망한다.
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