중학교 과학2 교과서에 서술된 이온 결합 화합물과 분자 내용이 요구하는 인지 수준 분석(제II보) Analysis of the Level of Cognitive Demands about Concepts of Ionic Compounds and Molecule on Science 2 Textbooks in Junior High School (II)원문보기
이 연구에서는 중학교 '과학2' 교과서에 서술되어 있는 '이온 결합 화합물'과 '분자'에 대한 내용이 요구하는 인지 요구도를 분석하였다. 우리나라는 2007년 개정 교육과정에 의하여 처음으로 '이온 결합 화합물'과 '분자' 내용들을 중학교에서 다루게 되었다. 분석에 활용한 6종 과학 교과서에 서술된 내용이 어떠한 인지 수준을 요구하는 지를 알아내는 분석틀은 영국에서 개발된 Curriculum Analysis Taxonomy의 3종류 분석틀을 사용하였다. 이 3종류 분석틀에 의하여 분석한 '과학2' 교과서에 서술된 내용이 요구하는 인지 수준들은 다음과 같았다. 첫째, '순물질과 혼합물'에 대해서 대부분의 교과서가 대부분 분류 포섭이나 분류 위계를 하고 있어서 후기 구체적 조작 수준이다. 그러나 모든 교과서가 혼합물 속에 들어 있는 각각의 순물질들이 본래의 성질을 잃지 않고 그 성질이 보존된다는 것을 알게 하고 있기 때문에 초기 형식적 조작 수준이다. 둘째, '이온 결합 화합물'과 '분자'에 대해서 교과서 모두 초기 형식적 조작 수준으로 판정되었다. 그 자체의 규칙을 따르는 가상의 계로부터 연역적인 비교를 통하여 실체를 간접적으로 해석할 수 있는 형식적 모델을 사용한다거나 또는 원자가 구조를 가진다는 것을 설명하기 때문에 형식적 조작 수준이다. 셋째, '이온 결합', '이온 결합 화합물', '화학식', '공유 결합', '공유 결합 화합물', '분자식' 등의 용어들을 사용하는 '과학2' 교과서가 많이 있었다. 이러한 용어들은 중학교 '과학3'에서도 그리고 고등학교 '과학'에서도 사용되지 않고 있으며 고등학교 '화학I'과 '화학II'에 가서야 사용되는 용어들이다.
이 연구에서는 중학교 '과학2' 교과서에 서술되어 있는 '이온 결합 화합물'과 '분자'에 대한 내용이 요구하는 인지 요구도를 분석하였다. 우리나라는 2007년 개정 교육과정에 의하여 처음으로 '이온 결합 화합물'과 '분자' 내용들을 중학교에서 다루게 되었다. 분석에 활용한 6종 과학 교과서에 서술된 내용이 어떠한 인지 수준을 요구하는 지를 알아내는 분석틀은 영국에서 개발된 Curriculum Analysis Taxonomy의 3종류 분석틀을 사용하였다. 이 3종류 분석틀에 의하여 분석한 '과학2' 교과서에 서술된 내용이 요구하는 인지 수준들은 다음과 같았다. 첫째, '순물질과 혼합물'에 대해서 대부분의 교과서가 대부분 분류 포섭이나 분류 위계를 하고 있어서 후기 구체적 조작 수준이다. 그러나 모든 교과서가 혼합물 속에 들어 있는 각각의 순물질들이 본래의 성질을 잃지 않고 그 성질이 보존된다는 것을 알게 하고 있기 때문에 초기 형식적 조작 수준이다. 둘째, '이온 결합 화합물'과 '분자'에 대해서 교과서 모두 초기 형식적 조작 수준으로 판정되었다. 그 자체의 규칙을 따르는 가상의 계로부터 연역적인 비교를 통하여 실체를 간접적으로 해석할 수 있는 형식적 모델을 사용한다거나 또는 원자가 구조를 가진다는 것을 설명하기 때문에 형식적 조작 수준이다. 셋째, '이온 결합', '이온 결합 화합물', '화학식', '공유 결합', '공유 결합 화합물', '분자식' 등의 용어들을 사용하는 '과학2' 교과서가 많이 있었다. 이러한 용어들은 중학교 '과학3'에서도 그리고 고등학교 '과학'에서도 사용되지 않고 있으며 고등학교 '화학I'과 '화학II'에 가서야 사용되는 용어들이다.
The purpose of this study is to analyze the cognitive demands level of the description about 'pure substance and mixture compound', 'ionic compound', 'molecule' on the 'science2' textbooks by the 2007 revised curriculum. The three types of Curriculum Analysis Taxonomy have been used to analyze the c...
The purpose of this study is to analyze the cognitive demands level of the description about 'pure substance and mixture compound', 'ionic compound', 'molecule' on the 'science2' textbooks by the 2007 revised curriculum. The three types of Curriculum Analysis Taxonomy have been used to analyze the cognitive demands level of those contents on the 6 kinds of 'science2' textbooks. The first, the cognitive demand level about 'pure substance and mixture compound' on many textbooks is a late concrete operational stage because of class inclusion and hierarchical classification. And the descriptions as 'pure substance is conserved even when mixed with other pure substance' is a early formal operational stage. The second, the cognitive demand level about 'ionic compound' and 'molecule' is a early formal operational stage, because of "Formal modeling is the indirect interpretation of reality by deductive comparison from a postulated system with its own rules" and "Atoms have a structure". The third, the terms as 'ionic bonding', 'ionic compound', 'chemical formula', 'covalent bonding', 'covalent compound', and 'molecular formula' have been used on many 'science2' textbooks. Those terms would be used later on 'chemistry I' and 'chemistry II' in senior high school but not even 'science3' and 'science'.
The purpose of this study is to analyze the cognitive demands level of the description about 'pure substance and mixture compound', 'ionic compound', 'molecule' on the 'science2' textbooks by the 2007 revised curriculum. The three types of Curriculum Analysis Taxonomy have been used to analyze the cognitive demands level of those contents on the 6 kinds of 'science2' textbooks. The first, the cognitive demand level about 'pure substance and mixture compound' on many textbooks is a late concrete operational stage because of class inclusion and hierarchical classification. And the descriptions as 'pure substance is conserved even when mixed with other pure substance' is a early formal operational stage. The second, the cognitive demand level about 'ionic compound' and 'molecule' is a early formal operational stage, because of "Formal modeling is the indirect interpretation of reality by deductive comparison from a postulated system with its own rules" and "Atoms have a structure". The third, the terms as 'ionic bonding', 'ionic compound', 'chemical formula', 'covalent bonding', 'covalent compound', and 'molecular formula' have been used on many 'science2' textbooks. Those terms would be used later on 'chemistry I' and 'chemistry II' in senior high school but not even 'science3' and 'science'.
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문제 정의
왜냐하면 그 중 높은 인지 수준을 요구하는 서술 내용이 바로 해당 내용들을 학생들이 이해하는데 있어서 속도 결정 단계가 되기 때문이다. 따라서 다음의 연구 결과들 중에는 여러 수준의 인지 요구도가 있으나 그 중 이해의 속도 결정 단계가 될 높은 인지 요구도 수준 내용에 대하여 중점적으로 논의하였다.
이 연구에서는 앞의 ‘주기율표’ 연구와 같은 인지론적 입장에서 중학교 과학2 교과서에 서술되어 있는 ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’ 내용이 요구하는 인지 수준이 어떠한 지를 분석하고자 한다.
다시 말하면 과학과 교육 과정에 서술된 목표도 분석하였고 그리고 교과서 서술 내용도 분석하였다. 특히 교과서에 서술된 내용이 요구하는 인지 수준을 판정하는데 있어서 교과서 내용 전체에 있어서 그 중 높은 인지 요구도 수준의 내용을 알아내는데 주력 하였다. 왜냐하면 그 중 높은 인지 수준을 요구하는 서술 내용이 바로 해당 내용들을 학생들이 이해하는데 있어서 속도 결정 단계가 되기 때문이다.
가설 설정
눈으로 볼 수도 없는 ‘원자’ 개념이 추상적이고 형식적 개념임을 감안하면 ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’ 내용은 형식적 수준을 요구할 것이라고 가정할 수 있겠다.
제안 방법
에 서술되어 있는 ‘순물질과 혼합물’, ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’에 대한 목표는 아래와 같이 세 가지 교수 목표(1, 2, 3)로 서술되어 있다. 각각의 목표가 요구하는 인지 요구도를 초기 구체적 조작 수준(2A), 후기 구체적 조작 수준(2B), 초기 형식적 조작 수준(3A), 후기 형식적 조작 수준(3B)으로 판정 하였다. 아래의 판정 근거에 서술되어 있는 내용들은 해당 분석틀20,21에 서술되어 있는 내용 그대로이다.
교과서 내용이 요구하는 인지수준은 초기 구체적 조작 수준(2A), 후기 구체적 조작 수준(2B), 초기 형식적 조작 수준(3A), 후기 형식적 조작 수준(3B)로 세분화되어 있다. 교과서의 인지 요구도 수준 분석은 분석 과정을 자세히 제시하여 누구나 교과 내용 분류틀의 사용 방법을 알 수 있게 하였고, 분석 결과는 각 내용별로 판정 근거를 상세히 서술하여 쉽게 이해할 수 있도록 정리하였다. 전반적으로 교과서의 인지 요구도 수준은 출판사별로 대동소이 하였으나 그 중에서도 상당히 형식적 수준으로 어렵게 서술되어 있는 교과서들이 더러 있었다.
그리고, 각 교과서에 있는 화학 영역 중에서 ‘순물질과 혼합물’, ‘이온 결합 화합물’, ‘분자’ 내용에 대한 인지 요구도 수준을 분석하였다.
이 연구의 참여자는 총 3인으로 과학 교과 내용의 인지 요구도 수준을 분석하는 연구에 경험이 있는 교과 교육 전문가들이다. 내용 인지 요구도 수준의 판정에 대한 객관성을 높이기 위하여 연구자 3명 전원이 독립적으로 각자 판정을 한 후에 판정의 결과가 모두 일치한 경우 또는 일치 하지 않는 경우 모두에 있어서 함께 토의하여 결과를 단일화하는 과정을 거치도록 하여 판정의 내용 타당도를 높였다. 이들은 한 학기 수업을 통해 세 가지 분류틀을 사용하는 방법을 충분히 경험하였으며 또한 과학2 교과서에서 8학년 화학 관련 영역의 내용과 주요 개념을 추출하는 데에도 앞에서 제시한 과정을 거쳤다.
두번째로 6종 ‘과학2’ 교과서30-35에 서술되어 있는 ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’ 그리고 이와 관련된 ‘순물질과 혼합물’도 분석하였다. 다시 말하면 과학과 교육 과정에 서술된 목표도 분석하였고 그리고 교과서 서술 내용도 분석하였다. 특히 교과서에 서술된 내용이 요구하는 인지 수준을 판정하는데 있어서 교과서 내용 전체에 있어서 그 중 높은 인지 요구도 수준의 내용을 알아내는데 주력 하였다.
두번째로 6종 ‘과학2’ 교과서30-35에 서술되어 있는 ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’ 그리고 이와 관련된 ‘순물질과 혼합물’도 분석하였다.
세 가지 분류틀20,21을 사용하여 ‘과학2’ 교과서에 서술되어 있는 ‘순물질과 혼합물’ 내용이 요구하는 인지 요구도를 분석하였다.
세 가지 분류틀20,21을 사용하여 ‘과학2’ 교과서에 서술되어 있는 ‘이온 결합 화합물’ 내용이 요구하는 인지 요구도를 분석하였다.
분석 대상인 6종 ‘과학’2 교과서에 서술한 ‘순물질과 혼합물’ 내용에 대한 인지 요구도를 분석한 것을 한 군데에 모아 놓은 자료는 부록1과 같다. 아래의 6종 교과서에 서술된 내용의 인지 요구도를 분석해 낸 자료에는 앞의 목표 분석과 같이 판정 근거에 대한 내용을 모두 제시하지 않았고 판정 근거로 사용한 인지 수준 분류틀(1.5-판정2B)만을 맨 오른쪽 칸에 제시하였다. 구체적인 판정 내용이 필요한 경우에는 세 가지 분류틀20,21에 들어 있는 참고 문헌에서 해당 내용을 볼 수 있다.
위의 세 가지 분류틀을 개발한 연구진1들은 피아제의 심리학에 대한 특별한 지식이 없는 과학 교사들이 과학교과 내용의 인지 요구도를 쉽게 분석할 수 있게 하기 위하여 위와 같이 세 가지 , , 을 개발하였다.
이 연구에서는 교과 내용에 대한 인지 요구도를 두 가지 측면으로 분석하였다. 맨 먼저 ‘2007년 개정 과학과 교육과정’에 서술되어 있는 ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’에 대한 목표들을 분석3,4하였다.
이 연구진들은 위의 에서 보여지는 10개의 화학 내용에 대해서만 인지 수준 내용을 개발하였다.
중학교 학생들이 어렵다고 하는 2007 개정 교육과정에서 사용되고 있는 ‘과학2’ 교과서 중에서 ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’ 교과 내용의 인지 요구도 수준이 어떠한 수준인지를 분석해 내었다.
중학교 학생들이 어렵다고 하는 2007 개정 교육과정에서 사용되고 있는 ‘과학2’ 교과서 중에서 ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’ 교과 내용의 인지 요구도 수준이 어떠한 수준인지를 분석해 내었다. 해당 교과서에 서술되어 있는 내용들을 CAT의 세 가지 분류틀인 분류틀1, 분류틀2, 분류틀3을 근거로 인지 요구도 수준을 판정했다. 교과서 내용이 요구하는 인지수준은 초기 구체적 조작 수준(2A), 후기 구체적 조작 수준(2B), 초기 형식적 조작 수준(3A), 후기 형식적 조작 수준(3B)로 세분화되어 있다.
대상 데이터
이 <분석틀3>에는 다음의 총 10개 화학 내용으로 구성되어 있다. 이 연구에 사용된 하위 요소는 분류틀C.4와 분류틀C.5이다.
이 <분석틀1>에는 다음의 6개의 하위 요소로 구성되어 있다. 이 연구에 사용된 하위 요소들은 총 6개 중에서 분류틀1.1, 분류틀1.2, 분류틀 1.4, 분류틀1.5, 분류틀1.6 이다.
이 연구에서는 현행 2007년 개정 과학과 교육과정에 의해 현재 사용되고 있는 중학교 2학년 과학 교과서 10종중 학교 현장에서 사용 빈도가 높은 5종의 교과서(A교과서30, C교과서32, D교과서33, E교과서34, F교과서35와 사용 빈도가 높지는 않으나 사고력에 중점을 두고 서술된 교과서인 1종(B교과서31)을 선정하였다. 그리고, 각 교과서에 있는 화학 영역 중에서 ‘순물질과 혼합물’, ‘이온 결합 화합물’, ‘분자’ 내용에 대한 인지 요구도 수준을 분석하였다.
이 연구의 참여자는 총 3인으로 과학 교과 내용의 인지 요구도 수준을 분석하는 연구에 경험이 있는 교과 교육 전문가들이다. 내용 인지 요구도 수준의 판정에 대한 객관성을 높이기 위하여 연구자 3명 전원이 독립적으로 각자 판정을 한 후에 판정의 결과가 모두 일치한 경우 또는 일치 하지 않는 경우 모두에 있어서 함께 토의하여 결과를 단일화하는 과정을 거치도록 하여 판정의 내용 타당도를 높였다.
성능/효과
결론적으로 이러한 ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’ 내용은 단계별 위계 때문에 학습 순서에 있어서 어쩔 수 없이 중학교 2학년 학생들이 배워야 하나, 우리나라 중학교 2학년 학생들 중에서 아직도 형식적 사고를 하지 못하는 학생들에게는 이해의 문턱이 높은 내용이라고 할 수 있겠다.
교과 과정 목표 측면으로는 ‘순물질과 혼합물’ 내용이 분류 포섭이나 분류 위계를 하고 있어서 후기 구체적 조작 수준이나, 실제 교과서에 표현된 서술은 혼합물에서 각각 순물질들이 본래의 성질을 잃지 않고 그 성질이 보존된다는 것을 알게 하기 때문에 초기 형식적 조작 수준임을 알 수 있었다.
넷째, ‘화학식’, ‘이온 결합’, ‘이온 결합 화합물’, ‘분자식’, ‘공유 결합’, ‘공유 결합 화합물’ 등의 용어들을 사용하는 교과서가 많이 있었다.
다시 말하면 ‘과학2’의 화학 내용도 눈에 보이지 않는 원자 수준이기 때문에 다른 과학 과목에 비해서 어려워하고 있는 중학생들에게 아직 그다지 필요하지 않은 화학 용어들을 이렇게 많이 소개하는 것은 바람직하지 않다는 결론을 내릴 수 있었다.
둘째, ‘순물질과 혼합물’ 서술 내용은 공통적으로 분류 포섭이나 분류 위계를 하고 있어서 후기 구체적 조작 수준이다.
셋째, ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’ 내용은 공통적으로 그 자체의 규칙을 따르는 가상의 계로부터 연역적인 비교를 통하여 실체를 간접적으로 해석할 수 있는 형식적 모델들을 다양하게 사용하고 있기 때문에 초기 형식적 수준이다.
이 연구에서 분석한 ‘순물질과 혼합물’, ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’ 내용들을 모아논 결과물인 부록1, 부록2, 부록3의 자료는 서술 내용에 따라서 다양한 인지 수준들을 요구하는 것으로 나타났다.
첫째, 2007 개정 과학과 교육과정에 서술되어 있는 중학교 2학년이 배우는 ‘과학2’에 대한 교육 과정에 서술된‘순물질과 혼합물’에 대한 목표는 후기 구체적 조작 수준이고, ‘이온 결합’과 ‘공유 결합’에 대한 목표는 모두 초기 형식적 조작 수준으로 나타났다.
후속연구
교사들은 인지 수준 검사지를 이용하여 그들이 가르치는 학생들의 인지 수준 분포를 조사하여 파악하는 것이 좋으며, 교사 나름대로 학생들의 인지 수준과 학습 내용의 인지 요구도의 부합 여부를 고려한 수업 방안을 구상하고 수업 전략 수준을 결정하면 보다 이해도가 증진되는 효과적인 수업이 진행될 수 있을 것이다. 이때에 이 연구에서 얻어진‘순물질과 혼합물’, ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’에 대한 인지 요구도 수준들을 그대로 활용하면 된다.
이 연구처럼 인지론적 관점에서 연구하여 얻어진 결과들인 부록1, 부록2, 부록3에 들어 있는 교과서 서술 내용에 대한 인지 요구도를 알아낸 자료들은 현장 교사들에게 어떤 개념들이 학생들에게 많이 어려운가를 알 수 있게 해주기 때문에 교사의 교수 전략 구상에 도움을 줄 수 있다. 다시 말하면 교과 내용의 인지 요구도와 학생의 인지 수준의 부합을 고려한 교수 전략을 개발 또는 재구성하는 과정에서 본 연구의 결과들을 실제로 활용할 수 있을 것이다.
다시 말하면, 교수 하려는 ‘공유 결합’과 ‘이온 결합’ 내용 중에서도 어떻게 서술되어 있는 내용이 형식적 조작 수준을 요구 있는가를 아는 것은 교사의 교수 전략 작성에 좋은 자료가 될 것이다.
예를 들어 가르칠 내용이 형식적 수준이나 교사는 구체적 조작 수준 아이들 에게 부합되도록 가르치고 싶은 경우, 형식적 조작에 해당하는 내용을 비유 가능한 구체적 수준의 실례들을 예로 들면서 설명할 수 있다. 더 나아가서 그러한 구체적 수준의 실례를 한번만 또는 한 맥락으로만 할 것이 아니라, 다양한 측면으로 또는 다양한 맥락으로 여러 번 경험하게 할 수만 있다면 어려운 형식적 수준의 내용들에 대한 이해를 보다 더 높여 줄 것이다.
따라서 이 연구에서 분석해 낸 ‘이온 결합 화합물’과 ‘분자’ 내용이 요구 하는 인지 요구도들은 교사들이 교수 전략을 세울 때에 어떠한 내용이 학생들이 어려워 할 것인지를 먼저 파악할 수가 있어서 교수 전략 작성에 기본적이면서 실질적인 도움이 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
화학이 물리나 생물에 비해서 학습 초기 단계 문턱이 상당히 높은 과목인 이유는?
물리나 생물 내용은 개념별로 각각 충분히 깊이가 있으며 나중에 통합되는 단계를 거치기 때문에 개념별로 더러 가르치는 순서가 바꾸어도 된다. 반면에 화학 내용은 단계별 위계가 분명하기 때문에 위계상 선택 가능한 학습 순서가 존재하게 된다.1 따라서 화학은 위계적으로 연결된 이전의 개념을 잘 이해하지 않고서는 이후의 새로운 개념을 학습하는 데는 많은 어려움이 발생한다. 그래서 화학은 물리나 생물에 비해서 학습 초기 단계에서부터 문턱이 상당히 높은 과학 과목이 될 수밖에 없다고 한다.
'이온 결합 화합물'과 '분자'내용을 중학교에서 처음 다루었던 시기는?
이 연구에서는 중학교 '과학2' 교과서에 서술되어 있는 '이온 결합 화합물'과 '분자'에 대한 내용이 요구하는 인지 요구도를 분석하였다. 우리나라는 2007년 개정 교육과정에 의하여 처음으로 '이온 결합 화합물'과 '분자' 내용들을 중학교에서 다루게 되었다. 분석에 활용한 6종 과학 교과서에 서술된 내용이 어떠한 인지 수준을 요구하는 지를 알아내는 분석틀은 영국에서 개발된 Curriculum Analysis Taxonomy의 3종류 분석틀을 사용하였다.
‘원소’와 ‘주기율표’를 앞서서 일찍 도입하는 이유는?
그래서 눈으로 볼 수도 없는 ‘원소’, ‘주기율표’, ‘원자’ 개념이 그 깊이로 볼 때, 추상적이고 형식적 개념임에도 불구하고 학습 순서 때문에 2007 개정 교육과정에 의하여 우리나라 중학교 2학년 화학 내용의 맨 앞에 실려 있다. ‘원소’와 ‘주기율표’를 앞서서 일찍 도입하는 이유는 그 다음 단원인 ‘우리 주위의 화합물’에서 화합물의 형성 과정과 이름으로만 알던 화합물을 원소 기호로 표현하기 위함이다.3,4 이러한 학습 순서는 영국 그리고 미국의 경우에도 고등학교가 아닌 중학교 과학 교과서5-13에서 ‘원소’, ‘주기율표’, ‘원자’, ‘이온 결합 화합물’, ‘분자’ 내용들을 다루고 있다.
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