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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 운동역학에서 힘과 운동의 개념 형성과 지속성을 높이고 생활에 적용하는데 있어 반복학습의 효과를 분석하고 효과적인 학습시기 [4]를 알아보고자 하였다.
- 문헌 연구[1～3]를 통해 수집된 자료를 참고로 검사 도구를 제작하고 힘과 운동의 개념을 총 열 가지로 분류하여 학습 전 테스트 열 문항, 학습 후 테스트 열 문항 총 20개의 테스트 문항과 함께 학습 전과 학습 후의 학생들의 과학에 대한 인식 변화를 알아보기 위해 총 7가지의 설문문항을 포함하여 제작[5]하였다. 본 검사지는 동형 검사지로 미리 두 개의 동형 검사를 제작하여 동일 집단을 대상으로 실시해서 얻은 두 점수 간의 상관관계를 통해 연구의 신뢰성을 밝힌다. 동형 검사지는 표면적 내용은 서로 다르나 두 개의 검사가 이론상 동질적이며 동일하다고 추정할 수 있는 문항으로 구성되었으며 문항의 난이도 및 변별도가 같거나 비슷하고 문항 내용도 같은 것으로 구성되었다.
제안 방법
- 학습 전과 후 과학에 대한 학생들의 관심도를 알아보고 힘과 운동에 대한 중학생들의 개념형성 정도를 알아보기 위해 학습 전 테스트를 실시한 후 재학습을 실시, 이후 사후테스트로 학습의 효과를 분석하였다. 개념형성에 미치는 학습효과를 알아보기 위해 힘과 운동을 힘의 개념, 여러 가지 힘의 종류, 질량과 무게의 개념, 합력의 개념, 힘의 평형의 개념, 속력과 속력변화의 개념, 관성의 개념, 속력만 변하는 운동, 방향만 변하는 운동, 속력과 방향 모두 변하는 운동 총 10개의 영역으로 나누어 분석하였다.
- 문헌 연구[1～3]를 통해 수집된 자료를 참고로 검사 도구를 제작하고 힘과 운동의 개념을 총 열 가지로 분류하여 학습 전 테스트 열 문항, 학습 후 테스트 열 문항 총 20개의 테스트 문항과 함께 학습 전과 학습 후의 학생들의 과학에 대한 인식 변화를 알아보기 위해 총 7가지의 설문문항을 포함하여 제작[5]하였다. 본 검사지는 동형 검사지로 미리 두 개의 동형 검사를 제작하여 동일 집단을 대상으로 실시해서 얻은 두 점수 간의 상관관계를 통해 연구의 신뢰성을 밝힌다.
- 동형 검사지는 표면적 내용은 서로 다르나 두 개의 검사가 이론상 동질적이며 동일하다고 추정할 수 있는 문항으로 구성되었으며 문항의 난이도 및 변별도가 같거나 비슷하고 문항 내용도 같은 것으로 구성되었다. 이 검사 도구는 사전과 사후 총 두 개의 검사로 이루어 졌으며 사전 설문지에서 7개의 기초 설문 문항과 10개의 사전테스트문항으로 구성, 사후 설문지 역시 7개의 동일한 설문 문항과 10개의 사후테스트문항으로 구성되었다.
- 이는 두 힘이 작용할 때 각 힘의 방향과 두 힘이 이루는 각도, 크기에 따라 달라지는 합력의 개념 형성이 학생들에게 매우 어려움을 보여준다. 재학습 시 이론 수업과 함께 학생들이 친구들과 짝을 지어 같은 무게의 물체를 각도를 달리하여 들어 올려 봄으로써 작용하는 힘의 변화를 직접 체험할 수 있도록 하였다. 학습 후 정답률이 40%가까이 상승하였으며 그 중 실험에 가장 흥미를 보이던 1학년 학생들의 정답 상승률이 가장 높게 나타났다.
- 학습 전과 후 과학에 대한 학생들의 관심도를 알아보고 힘과 운동에 대한 중학생들의 개념형성 정도를 알아보기 위해 학습 전 테스트를 실시한 후 재학습을 실시, 이후 사후테스트로 학습의 효과를 분석하였다. 개념형성에 미치는 학습효과를 알아보기 위해 힘과 운동을 힘의 개념, 여러 가지 힘의 종류, 질량과 무게의 개념, 합력의 개념, 힘의 평형의 개념, 속력과 속력변화의 개념, 관성의 개념, 속력만 변하는 운동, 방향만 변하는 운동, 속력과 방향 모두 변하는 운동 총 10개의 영역으로 나누어 분석하였다.
대상 데이터
- 표 1과 같이 경상북도 Y시에 소재하는 남녀 중학교 1, 2, 3학년 각 21명씩 총 63명이 본 연구에 참여하였으며, 연구에 참여한 시점에 학생들은 힘과 운동에 대한 개념을 모두 학습한 상태이며 그 시기는 각 학년에 따라 차이를 보인다. 중학교 1학년 학생의 경우 힘과 운동의 개념을 처음 형성한 시기이며 중학교 2학년 학생들은 1학년 과정에서 ‘힘’ 단원을 학습한 후 2학년 과정에서 ‘여러 가지 운동’단원을 학습 한지 6개월이 지난 시점이며 반복 심화 과정을 거친 상태이다.
성능/효과
- ‘힘과 운동’ 단원이 기존 중학교 1, 2학년에 걸쳐 반복 심화 학습을 하던 교육과정에서 2007개정 교육 과정에 의해 중학교 1학년에서 한꺼번에 학습하게 되어 힘과 운동을 한 단원에서 함께 학습하는 것과 두 학년에 걸쳐 반복 심화 학습하는 것 중 어느 것 이 학습하는 시기에 적절한가를 묻는 설문에서 그림 3과 같이 학습 전 전체의 52%가 1, 2학년에서 반복 심화 학습을 하는 것을 선호 하였으며 3학년에 재학 중인 학생의 응답률이 다른 학년에 비해 높은 것으로 나타났다.
- 설문 전과 비교했을 때 응답률의 차이는 크지 않지만 학습 후 설문 조사에서 2학년, 3학년 재학생들은 학습 전에 비해 교육의 적절한 시기를 1 ,2학년이라고 대답한 비율이 높아진 반면 1학년 학생의 응답 비율이 학습 전과 후 크게 달라진 것으로 나타났다. 1학년 대부분의 학생들이 한 단원에서 함께 학습하는 것이 좋다고 응답하게 된 이유는 빨리 배우고 넘어가고 싶다는 단순한 사고에서 나타난 결과이나 반복 심화 학습을 경험한 학생들의 대답은 한 학기에 모두 학습하고 넘어갈 경우 개념의 지속정도가 낮을 것 같다는 의견을 보였다.
- 본 논문에서는 운동역학의 중요성을 파악하고 ‘힘과 운동’의 올바른 개념 형성과 개념의 지속정도를 높여 일상생활에 적용할 수 있도록 하기위한 학습효과 분석연구로 학생들을 대상으로 반복 학습 전과 후의 독창적인 동형검사를 이용해 테스트 한 결과 첫째, 학습 전에 비하여 학습 후의 모든 문항에서 정답률의 상승을 보여 반복학습이 효과적임을 알 수 있었다. 둘째, 반복학습을 한 이후 사후 설문에서 학습전보다 과학에 대한 관심도가 더 높은 것으로 나타났다. 셋째, 연계적으로 반복 심화 학습하는 것이 좀 더 높은 학습 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
- 4%가 생물을 가장 좋아하는 분야로 선택하였으며 지구과학, 화학, 물리 순으로 힘과 운동이 속해 있는 물리 단원이 가장 낮은 응답률을 보였다. 또한 여학생들 중 물리를 가장 좋다고 응답한 학생이 전체 여학생 중 2명밖에 되지 않아 남학생에 비해 여 학생이 물리 단원을 더 어렵게 느끼는 것으로 나타났다. 이는 물리 단원의 경우 원리에 이용되는 여러가지 공식과 수학적 지식을 적용한 계산문제가 학생들에게 막연한 두려움으로 느껴지기 때문이다.
- 8%로 매우 낮은 것으로 나타나 학생들의 개념의 이해 부족과 기억력의 부재를 보여주고 있다. 반복 학습 시 힘의 종류와 함께 각 힘이 작용하는 방향, 힘의 특징을 다시 한 번 설명하고 테스트를 실시한 결과 총 정답률이 87.3%로 학습 전에 비해 크게 상승하여 학습의 힘의 종류를 묻는 문항은 특히나 반복학습이 학습의 효과가 뚜렷하게 나타났다.
- 본 논문에서는 운동역학의 중요성을 파악하고 ‘힘과 운동’의 올바른 개념 형성과 개념의 지속정도를 높여 일상생활에 적용할 수 있도록 하기위한 학습효과 분석연구로 학생들을 대상으로 반복 학습 전과 후의 독창적인 동형검사를 이용해 테스트 한 결과 첫째, 학습 전에 비하여 학습 후의 모든 문항에서 정답률의 상승을 보여 반복학습이 효과적임을 알 수 있었다.
- 학습 후 동일한 질문에서 1, 2학년에서 반복 심화 학습을 했으면 좋겠다고 대답한 학생이 전체 응답자의 51%로 가장 높은 응답률을 나타냈으며 1학년을 선택한 응답자가 총 32%로 두 번째로 높게 나타났다. 설문 전과 비교했을 때 응답률의 차이는 크지 않지만 학습 후 설문 조사에서 2학년, 3학년 재학생들은 학습 전에 비해 교육의 적절한 시기를 1 ,2학년이라고 대답한 비율이 높아진 반면 1학년 학생의 응답 비율이 학습 전과 후 크게 달라진 것으로 나타났다. 1학년 대부분의 학생들이 한 단원에서 함께 학습하는 것이 좋다고 응답하게 된 이유는 빨리 배우고 넘어가고 싶다는 단순한 사고에서 나타난 결과이나 반복 심화 학습을 경험한 학생들의 대답은 한 학기에 모두 학습하고 넘어갈 경우 개념의 지속정도가 낮을 것 같다는 의견을 보였다.
- 둘째, 반복학습을 한 이후 사후 설문에서 학습전보다 과학에 대한 관심도가 더 높은 것으로 나타났다. 셋째, 연계적으로 반복 심화 학습하는 것이 좀 더 높은 학습 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 넷째, 결과 분석 과정 시 단순한 사전테스트와 사후테스트에 의한 정답률 비교 대신 상관관계 분석기법 등을 적용하여 좀 더 정확한 학습 효과 분석 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 재학습 시 이러한 두려움을 극복하고자 힘과 운동의 원리가 일상생활에서 쉽게 적용되는 예를 들어 학습자의 흥미를 유발하고 기초가 되는 수학적 지식의 설명과 함께 다양한 적용 예를 들어가며 수업에 임하였다. 재학습 후 같은 질문에서 생물을 가장 좋다고 응답한 학생이 49.2%로 여전히 가장 높은 비율을 차지했으며 두 번째가 물리, 지구과학, 화학의 순으로 특히 물리의 경우 학습 전 14.3%에서 학습 후 23.5%로 관심도가 높아진 것으로 나타났다. 이는 힘과 운동을 재학습 후 개념이해와 자신감 향상이 물리에 대한 관심도를 높이는 요인으로 작용한 것 같다.
- 5%로 매우 낮았다. 저항이 없는 진공에서 모든 물체는 자유낙하 시 속력변화가 일정하여 동시에 떨 어짐을 상기시키고 공기 중에서 나타나는 속력변화의 차이를 중력과 반대방향으로 작용하는 공기저항과 관련 지어 설명하여 학습 후 테스트에서 뚜렷한 정답률 상승이 나타났다.
- 학습 후 정답률 역시 81%로 높게 나타났으며 모든 학년이 학습 전에 비해 높은 정답률을 보여 학습의 효과를 알 수 있었다. 학습 전 정답률이 비교적 높아 학습 전과 후의 정답률 상승 정도는 10%내외로 그 중 2학년의 상승률이 가장 높은 것으로 확인되었다.
- 1학년 한 단원에서 학습하는 것이 좋다고 응답한 학생이 전체의 21%를 차지했다. 학습 후 동일한 질문에서 1, 2학년에서 반복 심화 학습을 했으면 좋겠다고 대답한 학생이 전체 응답자의 51%로 가장 높은 응답률을 나타냈으며 1학년을 선택한 응답자가 총 32%로 두 번째로 높게 나타났다. 설문 전과 비교했을 때 응답률의 차이는 크지 않지만 학습 후 설문 조사에서 2학년, 3학년 재학생들은 학습 전에 비해 교육의 적절한 시기를 1 ,2학년이라고 대답한 비율이 높아진 반면 1학년 학생의 응답 비율이 학습 전과 후 크게 달라진 것으로 나타났다.
- 8%로 비교적 높게 나타나 힘의 개념을 형성함에 있어 1,2,3학년 모두 비교적 어려움이 적은 것으로 보인다. 학습 후 정답률 역시 81%로 높게 나타났으며 모든 학년이 학습 전에 비해 높은 정답률을 보여 학습의 효과를 알 수 있었다. 학습 전 정답률이 비교적 높아 학습 전과 후의 정답률 상승 정도는 10%내외로 그 중 2학년의 상승률이 가장 높은 것으로 확인되었다.
- 재학습 시 이론 수업과 함께 학생들이 친구들과 짝을 지어 같은 무게의 물체를 각도를 달리하여 들어 올려 봄으로써 작용하는 힘의 변화를 직접 체험할 수 있도록 하였다. 학습 후 정답률이 40%가까이 상승하였으며 그 중 실험에 가장 흥미를 보이던 1학년 학생들의 정답 상승률이 가장 높게 나타났다.
- 합력의 개념과 힘의 평형의 개념에 관한 문항 4와 문항 5의 경우 간단한 실험을 통해 반복학습을 실시한 문항으로 학습 전 2학년의 정답률이 가장 높았던 반면, 학습 후 실험에 적극적으로 참여한 1, 3학년 학생들의 정답률이 2학년에 비하여 높게 나타났으며 사전테스트에 비하여 정답률 상승 또한 높게 나타났다. 학습에 적극적이지 않았던 2학년의 경우 정답률 상승이 매우 낮은 것으로 나타나 학습에 참여하는 의욕, 흥미가 학습효과에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.
- 과학 분야를 크게 생물, 지구과학, 물리. 화학의 네 가지 분야로 나누어 과학 분야 중 가장 좋아하는 분야를 묻는 문항에서 그림 2와 같이 학습 전 응답자의 44.4%가 생물을 가장 좋아하는 분야로 선택하였으며 지구과학, 화학, 물리 순으로 힘과 운동이 속해 있는 물리 단원이 가장 낮은 응답률을 보였다. 또한 여학생들 중 물리를 가장 좋다고 응답한 학생이 전체 여학생 중 2명밖에 되지 않아 남학생에 비해 여 학생이 물리 단원을 더 어렵게 느끼는 것으로 나타났다.
후속연구
- 그러나 힘과 운동에 대한 단순한 개념 반복학습을 통한 학습효과를 본 연구에서 분석하였으나 이 외에 체계적인 실험을 통한 학습 효과 또는 일상생활에 적용 되는 힘과 운동의 원리를 학생 스스로 찾아볼 수 있는 탐구활동 등 다양한 학습 방법 적용을 통한 반복학습 효과에 대해 향후 고려 할 필요가 있다고 판단된다.
- 셋째, 연계적으로 반복 심화 학습하는 것이 좀 더 높은 학습 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 넷째, 결과 분석 과정 시 단순한 사전테스트와 사후테스트에 의한 정답률 비교 대신 상관관계 분석기법 등을 적용하여 좀 더 정확한 학습 효과 분석 연구가 이루어져야 할 것이다.
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