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문제 정의
- pH미터를 이용한 집단은 pH미터 센서를 통해 얻어지는 pH값을 기록한 후 가해준 염산에 따른 pH값을 그래프로 직접 그리고 해석하도록 하였다. MBL을 이용한 집단은 컴퓨터에서 실시간으로 pH값이 읽혀지고 염산에따른 pH값이 그래프로 얻어지면 그 그래프를 보고 해석하는 활동을 하였다.
- 이를 위해 지시약, pH미터, MBL을 이용한 서로 다른 세 집단으로 나누어 실험을 하도록 하였다. 그리고 각 집단 학생들의 산∙염기 및 중화반응 관련 개념 이해 정도에 어떠한 방법이 가장 효과적인지와 학생들의 인지 수준과 학습 동기가 각각의 집단별로 어떠한 영향을 미치는지를 정량적으로 연구하였다.
- 우리나라 학생들에 대한 연구를 보면, 유은희 등(2008)은 MBL을 활용한 산∙염기 적정 실험에서 학생 간 언어적 상호작용에 대한 사례연구를 통해서 MBL을 사용한 집단이 전기 전도도를 측정한 전통 집단에 비해 실험 수행 과정 중 관찰 및 설명에 대한 대화빈도가 4배 이상 높게 나타났으며 실험수행과 분석 및 평가 과정에서는 2배 이상 심층적 대화빈도수가 크게 나타났다고 하였다. 이 연구는 소수의 대학교 1학년 학생들을 대상으로 MBL과 전기 전도도 측정 등 2가지 실험 과정 중의 상호작용에 대한 자료를 정성적으로 분석한 결과를 설명한 것이다. 따라서 고등학생을 대상으로 학교 현장에서 산∙염기 관련 실험에서 주로 사용되는 지시약을 사용하는 실험과, pH미터를 사용하는 실험, 그리고 MBL을 사용하는 실험이 학생들의 개념이해에 어떤 영향을 미치는지 정량적인 방법으로 비교해 보는 것이 필요하며 의미 있는 일이라고 생각된다.
- 또한 인지 수준과 학습 동기 유형을 고려하여 목적추출 방식으로 모둠을 선택하여 실험 과정에서 학생들의 상호작용을 관찰하였다(Nakhleh & Krajcik, 1993). 이 연구는 소수의 미국 학생들을 대상으로 하여 개념도 분석을 한 것이다. 우리나라 학생들에 대한 연구를 보면, 유은희 등(2008)은 MBL을 활용한 산∙염기 적정 실험에서 학생 간 언어적 상호작용에 대한 사례연구를 통해서 MBL을 사용한 집단이 전기 전도도를 측정한 전통 집단에 비해 실험 수행 과정 중 관찰 및 설명에 대한 대화빈도가 4배 이상 높게 나타났으며 실험수행과 분석 및 평가 과정에서는 2배 이상 심층적 대화빈도수가 크게 나타났다고 하였다.
- 이 연구에서는 고등학교 10학년 산과 염기의 반응 단원에서 중화반응을 학습할 때 세 가지 다른 중화적정 실험 방법에 따라 학생들의 산∙염기 및 중화반응 관련 개념의 이해도에 어떠한 차이가 있는지 살펴보고, 인지 수준과 학습 동기 수준 별로 어떤 영향을 끼치는지 정량적인 분석을 하였다.
- 이에 본 연구에서는 고등학교 1학년 과정 중의 '물질' 단원의 ‘산과 염기의 반응’ 중 ‘중화반응’ 소단원에서 산과 염기의 중화반응에 대한 과학 개념 이해에 어떠한 실험 방법이 가장 효과적인지 알아보고자 하였다.
- 실험 수행과정에서 학생들은 실험 초기의 완만한 pH 변화와 중화점 근처의 급격한 pH 변화에 대한 의견 교환이 많이 이루어졌다. 특히 초기에 염산을 계속 가해주어도 pH에 큰 변화가 없는 것을 의아하게 생각하면서 실험에 대해 의문을 품었다. 심지어 pH미터가 고장이 나지 않았는가라고 생각하는 학생도 있었다.
제안 방법
- 페놀프탈레인이 첨가된 붉은색의 수산화나트륨 용액에 염산을 가하면서 무색으로의 변하는 지점, 즉 중화점을 찾는 활동을 하였다. pH미터를 이용한 집단은 pH미터 센서를 통해 얻어지는 pH값을 기록한 후 가해준 염산에 따른 pH값을 그래프로 직접 그리고 해석하도록 하였다. MBL을 이용한 집단은 컴퓨터에서 실시간으로 pH값이 읽혀지고 염산에따른 pH값이 그래프로 얻어지면 그 그래프를 보고 해석하는 활동을 하였다.
- 각 집단별 인지수준에 따른 분석을 하기 위하여 실질적으로 과도기는 구체적 조작기에 속하므로(Adey & Shayer, 1994) 형식적 조작기와 과도기가 포함된 구체적 조작기 등으로 두 단계로만 나누어서 분석하였다.
- 이 검사 도구는 총 21문항으로 되어있고 각 문항은 답과 이유를 선택하는 선다형 문항으로 되어있으며 대부분의 문항에 문제 상황을 설명하는 문장과 함께 그림이 제시되어 있다. 검사 내용은 보존, 비례, 변인통제, 확률, 상관, 조합 등 6가지 논리적 사고 능력을 측정할 수 있도록 되어있으며 맞은 개수에 따라 세 단계의 인지수준으로 분류한다. 0 8개를 맞는 경우 구체적 조작기, 9 15개는 과도기, 16개 이상은 형식적 조작기로 판정한다.
- 고등학교 과학 교과서의 ‘물질’ 단원 가운데 ‘산과 염기의 반응’의 소단원들을 진도에 맞추어 수업을 진행하면서 ‘중화반응’을 다루는 수업에 맞추어 실험을 실시하였다.
- 지시약, pH미터, MBL의 세 집단에 해당하는 각각의 실험 안내서와 실험보고서를 개발하여 사용하였다. 교사 변인을 통제하기 위하여 세 집단의 모든 수업에는 동일한 교사가 투입되었으며, 교사는 학생들의 실험을 지도하거나 수업을 진행하지 않고, 각각의 실험 장치와 실험 기구를 다루는 방법과 실험 내용에 대한 간단한 설명만을 하고 발생하는 문제에 대한 질문에만 답변을 하였다.
- 군집표집으로 선정된 지시약, pH미터, MBL의 세 집단 학생들에게 인지수준 검사, 학습동기 검사 결과와 1학기 과학 성적을 고려하여 능력 차이가 크지 않은 비슷한 이질집단이 구성되도록 하였다. 이는 수준이 낮더라도 보다 더 나은 동료들과의 활발한 상호작용을 통하여 향상이 이루어지도록 하기 위함이었다(임희준과 노태희, 2001; 남정희 등, 2002).
- 사전검사 도구와 사후검사 도구를 다소 다른 문항으로 제작하였는데 이는 학생들의 경험효과가 연구에 영향을 미칠 것으로 판단되었기 때문이다. 그러나 문항의 내용과 문항의 유형, 문항 수 등을 동일하게 유지하였으며 두 검사지는 문항별로 동일한 내용의 개념을 묻는 방식으로 구성하였으며 2차에 걸친 예비검사 (pilot test)를 통하여 문항 난이도와 문항 변별도 등을 거의 동일한 값으로 유지하도록 하였다. 사전검사 도구와 사후검사 도구는 14개의 문항으로 되어있고 각 문항은 객관식, 단답형, 간단한 서술형 등의 방식으로 구성되어 있으며 표 2에 문항에 대한 세부내용을 제시하였다.
- 개념 검사지는 산∙염기 및 중화반응과 관련된 문항을 중심으로 제작하였으며, 화학교육 전문가 2인과 대학원학생 3인 등으로부터 타당도를 검토 받았다. 또한 검사도구의 신뢰성을 위해 여러 차례 수정과정을 거친 후, 총 14문항을 선별하였다(표 3).
- 또한 인지 수준과 학습 동기 유형을 고려하여 목적추출 방식으로 모둠을 선택하여 실험 과정에서 학생들의 상호작용을 관찰하였다(Nakhleh & Krajcik, 1993).
- 대체적으로 4인 1조의 소집단 실험을 하였으나 학생 수가 많은 경우에는 5인까지 허용하였다. 반 별로 사용하는 실험 방법은 동일하게 하였으며 2개 고등학교에서 각각 1개 학급씩이 동일한 방법을 사용하는 하나의 집단이 되도록 하였다. 연구에 필요한 검사를 응하지 않은 학생과 검사에 불성실하게 응한 학생은 통계처리 대상에서 제외하였다.
- 이는 수준이 낮더라도 보다 더 나은 동료들과의 활발한 상호작용을 통하여 향상이 이루어지도록 하기 위함이었다(임희준과 노태희, 2001; 남정희 등, 2002). 산∙염기 및 중화반응 개념에 대한 사전 검사는 중화반응 실험수업을 하기 4개월 전, 여름 방학 직전에 실시하였고, 2학기 개학 1개월 후에 연구 대상의 모든 반의 실험 수업을 마치고 사후검사를 실시하였다. 학생들의 경험효과(test-wise effect)를 배제하기 위해 동일 유형의 개념 검사지로 사후검사를 실시하였다.
- 지시약, pH미터, MBL 집단의 산∙염기 및 중화반응 개념 검사지로 실시한 사전, 사후검사 결과를 SPSS를 사용하여 통계 처리하였다. 세 집단의 관련 개념 향상, 및 학습동기와 인지수준에 따른 사후검사 결과 등을 비교하였다.
- 실험은 2차시 연속 수업으로 하였으며 수업 시작 후 실험에 대한 소개와 실험 시 주의해야 할 사항에 대해 10분 정도 숙지한 다음 소집단별로 실험안내서를 보면서 실험 도구를 장치하고 실험 수행, 자료 수집 및 분석까지의 활동을 수행하였다. 산과 염기의 용액으로는 각각 같은 농도의 염산, 수산화나트륨 용액을 사용하였고 염기성 용액을 산성 용액으로 적정하였다.
- 이에 본 연구에서는 고등학교 1학년 과정 중의 '물질' 단원의 ‘산과 염기의 반응’ 중 ‘중화반응’ 소단원에서 산과 염기의 중화반응에 대한 과학 개념 이해에 어떠한 실험 방법이 가장 효과적인지 알아보고자 하였다. 이를 위해 지시약, pH미터, MBL을 이용한 서로 다른 세 집단으로 나누어 실험을 하도록 하였다. 그리고 각 집단 학생들의 산∙염기 및 중화반응 관련 개념 이해 정도에 어떠한 방법이 가장 효과적인지와 학생들의 인지 수준과 학습 동기가 각각의 집단별로 어떠한 영향을 미치는지를 정량적으로 연구하였다.
- 고등학교 과학 교과서의 ‘물질’ 단원 가운데 ‘산과 염기의 반응’의 소단원들을 진도에 맞추어 수업을 진행하면서 ‘중화반응’을 다루는 수업에 맞추어 실험을 실시하였다. 지시약, pH미터, MBL의 세 집단에 해당하는 각각의 실험 안내서와 실험보고서를 개발하여 사용하였다. 교사 변인을 통제하기 위하여 세 집단의 모든 수업에는 동일한 교사가 투입되었으며, 교사는 학생들의 실험을 지도하거나 수업을 진행하지 않고, 각각의 실험 장치와 실험 기구를 다루는 방법과 실험 내용에 대한 간단한 설명만을 하고 발생하는 문제에 대한 질문에만 답변을 하였다.
- 지시약을 이용한 집단은 지시약으로 페놀프탈레인 용액을 사용하였다. 페놀프탈레인이 첨가된 붉은색의 수산화나트륨 용액에 염산을 가하면서 무색으로의 변하는 지점, 즉 중화점을 찾는 활동을 하였다. pH미터를 이용한 집단은 pH미터 센서를 통해 얻어지는 pH값을 기록한 후 가해준 염산에 따른 pH값을 그래프로 직접 그리고 해석하도록 하였다.
- 산∙염기 및 중화반응 개념에 대한 사전 검사는 중화반응 실험수업을 하기 4개월 전, 여름 방학 직전에 실시하였고, 2학기 개학 1개월 후에 연구 대상의 모든 반의 실험 수업을 마치고 사후검사를 실시하였다. 학생들의 경험효과(test-wise effect)를 배제하기 위해 동일 유형의 개념 검사지로 사후검사를 실시하였다.
대상 데이터
- 연구에 필요한 검사를 응하지 않은 학생과 검사에 불성실하게 응한 학생은 통계처리 대상에서 제외하였다. 모든 검사를 수행한 학생은 지시약을 사용하여 실험하는 집단이 72명, pH미터를 사용하는 집단이 70명, MBL을 사용하는 집단이 67명 이었다(표 1).
- 실험은 2차시 연속 수업으로 하였으며 수업 시작 후 실험에 대한 소개와 실험 시 주의해야 할 사항에 대해 10분 정도 숙지한 다음 소집단별로 실험안내서를 보면서 실험 도구를 장치하고 실험 수행, 자료 수집 및 분석까지의 활동을 수행하였다. 산과 염기의 용액으로는 각각 같은 농도의 염산, 수산화나트륨 용액을 사용하였고 염기성 용액을 산성 용액으로 적정하였다.
- 연구 대상은 C 광역시에 위치하는 2개 고등학교에서 1학년 각각 3개 학급을 군집표집 하여 지시약, pH미터, MBL을 이용하여 중화적정 실험을 하도록 하였다. 대체적으로 4인 1조의 소집단 실험을 하였으나 학생 수가 많은 경우에는 5인까지 허용하였다.
- 이 연구에서는 PALS 검사지의 33문항 중 연구 목적에 맞는 전략에 관한 12문항과 목표 지향성에 관한 8문항 등 총20문항의 검사 결과만을 분석하였다. 수업에 접근하는 방식에 대한 문항인 전략에 관한 12문항의 내적 신뢰도(Cronbach’s α)는 0.
- 지시약을 이용한 집단은 지시약으로 페놀프탈레인 용액을 사용하였다. 페놀프탈레인이 첨가된 붉은색의 수산화나트륨 용액에 염산을 가하면서 무색으로의 변하는 지점, 즉 중화점을 찾는 활동을 하였다.
데이터처리
- 각 집단별로 중화적정 실험을 수행하기 전과 후에 실시한 산∙염기 관련 개념 검사 점수를 대응표본 t-검증 방법으로 비교하여 표 4에 나타내었다.
- 반면에 pH미터를 사용한 집단이 향상 정도도 가장 작았으며 학업 성취도도 가장 낮게 나타났다고 볼 수 있다. 그러므로 각 집단 간 유의도를 확인하기 위하여 LSD(Least Significant Different) 검증을 통하여 각 집단 간 유의도 결과를 구하여 표 7에 나타내었다.
- 지시약, pH미터, MBL 집단의 산∙염기 및 중화반응 개념 검사지로 실시한 사전, 사후검사 결과를 SPSS를 사용하여 통계 처리하였다. 세 집단의 관련 개념 향상, 및 학습동기와 인지수준에 따른 사후검사 결과 등을 비교하였다.
- 표 5에는 각 집단 간 평균차이를 검증하기 위해 사전검사 점수를 토대로 분산 분석(ANOVA) 결과를 나타내었다. 지시약, pH미터, MBL을 사용하여 실험하기 전 세 집단 사이의 사전검사 점수에서는 통계적으로 유의미한 차이가 없음을 알 수 있었다.
이론/모형
- 이 연구에서 사용된 인지발달 수준을 측정하는 검사 도구는 Roadranka 등(1983)이 개발한 GALT를 우리말로 번안한“논리적 사고력 검사”를 사용하였다.
- 이 연구에서 사용한 학생들의 학습 동기 수준을 조사하기 위한 검사지로 PALS를 사용하였다. 이 학습 동기 검사지는 Anderman & Young (1994)이 개발하였고, 이 연구에서는 일반 영역과 과학특별 영역 등 두 개의 유형 중에서 과학 특별 영역의 PALS (science-specific version of the PALS) 검사지를 사용하였다.
- 이 학습 동기 검사지는 Anderman & Young (1994)이 개발하였고, 이 연구에서는 일반 영역과 과학특별 영역 등 두 개의 유형 중에서 과학 특별 영역의 PALS (science-specific version of the PALS) 검사지를 사용하였다.
성능/효과
- MBL을 이용한 산∙염기 관련 실험은 전통적인 탐구 실험 수업 보다 효과가 있는 것으로 나타났다. 중화적정 실험 수업 전과 후에 학생들이 작성한 개념도를 분석한 결과(Nakhleh & Krajcik, 1994), MBL을 사용한 학생이 관련 개념 구성에 가장 큰 변화를 나타냈다.
- 이는 각 집단별 평균에서도 확인할 수 있다. 구체적 조작기는 1, 과도기는 2, 형식적 조작기는 3으로 인지수준 점수를 각각 부여하여 각 집단의 평균 인지수준 점수를 구해보면 MBL을 이용한 집단의 평균이 2.27로 가장 높았고, pH미터를 이용한 집단이 2.26, 지시약을 이용한 집단이 2.11로 가장 낮았다.
- 그러나 사후검사 결과 평균값의 순서는 MBL (70.39점) > 지시약 (67.50점) > pH미터(66.31)로 나타나 사전검사와 사후검사의 향상정도를 가늠할 수 있는 평균 차이의 순서와 동일하게 나타났다.
- 이는 중화적정 실험 수업에서 실험 방법에 관계없이 모두 산∙염기 및 중화반응 관련 개념 이해에 효과적인 영향을 미쳤음을 알 수 있다. 그러나 평균 점수 차이를 비교해 보면 지시약을 이용한 집단은 8.44점, pH미터를 이용한 집단과 MBL을 이용한 집단은 각각 5.97점, 11.67점이 향상되었다. 사전∙사후검사의 평균값의 차이로 살펴 본 향상 정도는 MBL > 지시약 > pH미터 순서로 나타났다.
- 둘째로, 학습 동기가 적극적인 경우는 학습과 실험의 방법적인 면에 그다지 의존하지 않지만 소극적인 학생인 경우는 이러한 방법적인 면에 크게 영향을 받는다는 것을 확인하게 되었다. 사전검사와 사후검사의 평균 차이는 결국 개념 이해와 문제 해결 향상도의 차이를 설명하는데 소극적인 학생들의 평균 차이의 집단별 순서는 MBL (15.
- 사전∙사후검사의 평균값의 차이로 살펴 본 향상 정도는 MBL > 지시약 > pH미터 순서로 나타났다.
- 사전검사와 사후검사의 평균 차이는 결국 개념 이해와 문제 해결 향상도의 차이를 설명하는데 소극적인 학생들의 평균 차이의 집단별 순서는 MBL (15.30) > 지시약 (11.17) > pH미터 (7.93) 으로 나타났다.
- 31)로 나타나 사전검사와 사후검사의 향상정도를 가늠할 수 있는 평균 차이의 순서와 동일하게 나타났다. 세 집단 가운데 MBL을 사용한 집단이 향상 정도가 가장 컸으며, 실험을 통한 학업 성취도도 가장 높았다고 볼 수 있다. 반면에 pH미터를 사용한 집단이 향상 정도도 가장 작았으며 학업 성취도도 가장 낮게 나타났다고 볼 수 있다.
- 세 집단의 공변량 분석 결과 사후검사 결과도 집단간에 유의미한 차이가 없음을 알 수 있다. 이는 사전검사와 사후검사 점수를 비교했을 때 세 집단 모두 중화적정 실험 후 산∙염기 및 중화반응 개념 이해에 의미 있는 향상이 있었고 그 향상 정도가 집단에 따라 평균의 차이로 확인할 수 있었지만 사후검사 결과에서 집단 간의 차이는 통계적으로 유의미한 정도는 아니라는 것이다.
- 세 집단의 공변량 분석에서는 집단 간 의미 있는 차이를 볼 수 없었지만 각각 두 집단 간의 유의도 검증에서는 MBL 집단과 pH미터 집단 간에는 통계적으로 유의미한 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 지시약 집단과는 MBL이나 pH미터 집단 간에 의미 있는 차이가 없었지만 MBL과 pH미터 집단 간은 의미 있는 차이가 있었다.
- 지시약 집단에서 학생들은 ‘수산화나트륨을 비커에 넣으면 돼?’, ‘색깔 변화를 보는 거지?’ 등의 간단한 질문을 시작으로 실험에 대한 문제 인식을 하였고, 실험 과정을 읽으면서 방법을 서로 확인하였다. 실험 방법이 단순한 관계로 다른 실험 집단에 비해 실험 과정이나 방법에 대한 토론이 비교적 적게 이루어졌으며 실험 후반부에 비커의 붉은색 용액이 갑자기 투명해지는 순간 매우 신기해하면서 중화점에 도달했다는 결론을 얻었다.
- 실험이 끝난 후 활동지를 작성할 때, 학생들은 소집단 토론을 통해 실험보고서에 있는 여러 가지 질문을 해결해 가는 과정을 거쳤고 교사와 함께 정리하는 시간을 5분 정도 가졌다. 이와 같은 세 집단의 중화적정 실험 과정을 표 2에 나타내었다.
- 세 집단의 공변량 분석 결과 사후검사 결과도 집단간에 유의미한 차이가 없음을 알 수 있다. 이는 사전검사와 사후검사 점수를 비교했을 때 세 집단 모두 중화적정 실험 후 산∙염기 및 중화반응 개념 이해에 의미 있는 향상이 있었고 그 향상 정도가 집단에 따라 평균의 차이로 확인할 수 있었지만 사후검사 결과에서 집단 간의 차이는 통계적으로 유의미한 정도는 아니라는 것이다. 그러나 사후검사 결과 평균값의 순서는 MBL (70.
- 이와 같이 MBL을 활용한 실험이 산∙염기 및 중화 반응 관련 개념의 향상에 다른 집단에 비해 상대적으로 효과적임을 알 수 있었다. MBL을 활용한 과학 수업의 학업성취도 향상에서 초등학교 6학년(박상용 등, 2006), 중학교 2학년(박금홍 등, 2008), 그리고 고등학교 3학년을 대상으로 한 연구(Settlage, 1995) 등과 동일한 주제는 아니지만 효과적인 결과를 얻은점에서 일치한다.
- 중화적정 실험 수업을 마친 후 지시약, pH미터, MBL을 이용한 세 집단 모두 사후검사 점수에서 통계적으로 유의미한 향상이 있었다. 집단 간 비교에서는 특히 MBL을 사용한 집단의 향상 정도가 가장 크게 나타났으며 pH미터를 사용한 집단과 유의미한 차이가 있었다.
- 중화적정 실험을 할 때 가장 효과적인 실험방법의 순서는 MBL > 지시약 > pH미터 이며 이러한 순서로 산∙염기 및 중화반응 관련 개념 이해의 향상에 영향을 미쳤다.
- 세 집단의 공변량 분석에서는 집단 간 의미 있는 차이를 볼 수 없었지만 각각 두 집단 간의 유의도 검증에서는 MBL 집단과 pH미터 집단 간에는 통계적으로 유의미한 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 지시약 집단과는 MBL이나 pH미터 집단 간에 의미 있는 차이가 없었지만 MBL과 pH미터 집단 간은 의미 있는 차이가 있었다. 이는 결국 위에서 언급한 MBL > 지시약 > pH미터의 순서가 명백하게 존재한다는 것이 설명가능하다는 것이다.
- 표 5에는 각 집단 간 평균차이를 검증하기 위해 사전검사 점수를 토대로 분산 분석(ANOVA) 결과를 나타내었다. 지시약, pH미터, MBL을 사용하여 실험하기 전 세 집단 사이의 사전검사 점수에서는 통계적으로 유의미한 차이가 없음을 알 수 있었다. 각각 두 집단 간의 LSD 검증 결과에서도 모든 경우 유의미한 차이가 나타나지 않았다.
- 그러나 과도기를 포함한 구체적 조작기 학생들은 세 집단 모두 사전 검사와 비교하여 평균이 큰 폭으로 상향변화 하였으며 통계적으로도 모두 유의미한 결과를 얻었다. 지시약과 pH미터를 사용한 집단에서는 거의 비슷한 정도의 향상을 나타냈지만 MBL을 사용한 집단에서 가장 큰 향상 정도를 나타냈다.
- 96점)를 기준으로 검사 점수가 평균 이상인 경우는 학습 동기가 높은 적극적 학생, 평균 점수 미만인 경우는 학습 동기가 상대적으로 낮은 소극적 학생으로 분류하였다(백성혜, 1999). 지시약과 pH미터를 이용한 집단의 경우 적극적인 학생과 소극적인 학생의 비율이 비슷한 반면(53% : 47%), MBL을 이용한 집단의 경우 36% : 64%로 적극적인 학생의 비율은 다른 두 집단에 비해 다소 낮았고, 소극적인 학생은 다소 높게 나타났다.
- 81로 형식적 조작기 학생들 보다 훨씬 큰 차이를 나타내어서 많은 향상이 있음을 보여준다. 지시약과 pH미터의 두 집단은 거의 비슷한 정도의 차이를 보였고, MBL이 가장 큰 차이를 보였다. MBL 집단에서 형식적 조작기 학생과 구체적 조작기 학생들의 사후검사 개념 이해도 점수는 각각 86.
- 중화적정 실험 수업을 마친 후 지시약, pH미터, MBL을 이용한 세 집단 모두 사후검사 점수에서 통계적으로 유의미한 향상이 있었다. 집단 간 비교에서는 특히 MBL을 사용한 집단의 향상 정도가 가장 크게 나타났으며 pH미터를 사용한 집단과 유의미한 차이가 있었다. 중화적정 실험을 할 때 가장 효과적인 실험방법의 순서는 MBL > 지시약 > pH미터 이며 이러한 순서로 산∙염기 및 중화반응 관련 개념 이해의 향상에 영향을 미쳤다.
- 표 8과 9에서 보는 바와 같이 학습 동기가 적극적이든, 소극적이든 모든 집단에서 사전검사의 평균 점수에 비해 사후검사에서 향상이 있었음을 보여주지만 통계적으로는 적극적인 학습 동기를 가지고 있는 학생 집단에서는 지시약과 MBL 집단이, 소극적 학습 동기를 가지고 있는 집단에서는 세 집단 모두에서 사전검사 결과에 비해 사후검사에서 의미 있는 향상을 나타내었다.
- 학생들의 인지수준에 따른 개념 이해 정도를 분석한 결과 형식적 조작기 학생들은 사전검사 결과가 높게 나타나 사후검사에서 향상 정도를 기대하기 힘들었지만 MBL을 사용한 집단에서만 유의미한 향상이 있었다. 그러나 과도기를 포함한 구체적 조작기 학생들은 세 집단 모두 사전 검사와 비교하여 평균이 큰 폭으로 상향변화 하였으며 통계적으로도 모두 유의미한 결과를 얻었다.
- 30으로 적극적인 학생들의 집단별 차이도 있었지만 소극적 학생들의 각 집단별 차이는 크게 나타났음을 알 수 있다. 학습 동기가 적극적인 학생 집단이 소극적인 학생 집단보다 크게 향상이 있을 것으로 예상하였지만 연구 결과는 소극적인 학생들이 적극적인 학생들보다 전체적으로 향상된 정도의 차이가 크게 나타났다. 이는 첫째, 동기 유발의 수준이 높으면 학업 성취도가 높아진다는 선행 연구 결과(백성혜, 1999)와 다른 결과로 오해할 수 있으나, 적극적인 학생들의 사후검사 평균점수 74.
- 학습동기 수준이 개념 이해에 미치는 영향을 분석한 결과 적극적인 동기 유형을 가진 학생들은 사전검사와 비교한 사후검사 결과 나타난 평균 차이가 소극적인 동기 유형을 가진 학생들보다 집단 별로 크게 차이가 나지 않았다. 적극적인 학생의 경우는 개념의 학습과 이해 정도가 실험 방법에 따라 크게 의존하지 않았지만 소극적인 학생의 경우는 MBL > 지시약 > pH미터 순으로 큰 차이를 나타냈다.
후속연구
- 또한 산과 염기 및 중화반응 뿐 아니라 화학의 중요한 주제와 관련된 탐구 실험을 효과적으로 보완 개선하려는 노력도 병행해야 할 것이다.
- 그래서 막연한 자신의 생각을 이야기하다가 화면상에 나타나는 pH 값의 변화에 대한 활발한 논의가 이루어졌다. 또한 화면상에 그려진 적정 곡선을 본 후, 컴퓨터에 대한 긍정적인 인식과 신뢰감으로 인해 빠른 결론에 도달하였지만 그래프 상의 중화점에 대한 정확한 이해를 동반하지는 못하였다.
- 지시약을 사용한 실험은 상대적으로 간단한 실험과정을 수행하여 중화점을 찾는다. 복잡한 자료수집 과정과 그래프 작성이 생략된 관계로 수치적으로 간단한 중화점 계산을 하면서 충분한 논의의 시간이 주어짐으로써 실험 내용에 대한 관련 개념 이해에 도움이 되었으리라 판단된다. 지시약 집단에서 학생들은 ‘수산화나트륨을 비커에 넣으면 돼?’, ‘색깔 변화를 보는 거지?’ 등의 간단한 질문을 시작으로 실험에 대한 문제 인식을 하였고, 실험 과정을 읽으면서 방법을 서로 확인하였다.
- 이러한 MBL 실험이 학생들에게 학습과 개념 이해에 효과가 있음을 볼 때 중∙고등학교 과학 및 화학 실험수업에서 새로운 실험 방법 중의 하나로 활용될 수 있는 가능성에 긍정적인 시사점을 찾을 수 있다. 학교 현장에 MBL 실험 기구를 꾸준히 보급함은 물론 MBL 실험에 대한 교사 연수 등의 교육을 실시하여 MBL을 이용한 다양한 주제의 탐구 실험을 개발하여 학생들의 개념 이해의 향상에 도움을 줄 수 있을 것으로 생각한다.
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