예비 과학 교사의 화학 개념에 대한 이해도와 문제 해결 능력 조사 Research on Pre-Service Science Teachers' Understanding of and Problem-Solving Ability with Regard to Chemistry Concepts원문보기
본 연구에서는 사범대학 과학교육과에 재학 중인 예비 과학 교사들을 대상으로 고등학교 교육과정에 해당하는 화학 개념의 이해도와 문제 해결 능력을 관련 문항을 이용하여 조사하였다. 연구 결과, 오답을 선택하며 문제 해결에 필요한 정확한 개념을 가지지 못하는 예비 과학 교사들이 모든 문항에서 발견되었다. 이 결과의 원인을 찾기 위한 심층 질문을 통해 일부 예비 과학 교사에게서 나타난 몇 가지 사실을 확인할 수 있었다. 첫째, 예비 과학 교사들은 고등학생들에 비해 상대적으로 정확한 개념을 가지고 있었지만 몇몇 개념들에 대해서 고등학생들과 동일한 오개념을 가지고 있었다. 둘째, 과학개념의 일반적 정의나 의미는 알고 있었지만 교육과정 상 강조하는 내용을 정확히 이해하지 못하였으며, 시각적으로 인지된 정보로 문제를 해결하려는 경향이 있었다. 셋째, 문제 해결과 관련된 일반적 개념의 필요성은 인식하는 반면 탐구와 관련하여 문제 해결에 필수적인 능력을 간과하거나 문제 해결에 도움이 되지 않는 상위 교육과정의 필요성을 제안하는 경향이 있었다.
본 연구에서는 사범대학 과학교육과에 재학 중인 예비 과학 교사들을 대상으로 고등학교 교육과정에 해당하는 화학 개념의 이해도와 문제 해결 능력을 관련 문항을 이용하여 조사하였다. 연구 결과, 오답을 선택하며 문제 해결에 필요한 정확한 개념을 가지지 못하는 예비 과학 교사들이 모든 문항에서 발견되었다. 이 결과의 원인을 찾기 위한 심층 질문을 통해 일부 예비 과학 교사에게서 나타난 몇 가지 사실을 확인할 수 있었다. 첫째, 예비 과학 교사들은 고등학생들에 비해 상대적으로 정확한 개념을 가지고 있었지만 몇몇 개념들에 대해서 고등학생들과 동일한 오개념을 가지고 있었다. 둘째, 과학개념의 일반적 정의나 의미는 알고 있었지만 교육과정 상 강조하는 내용을 정확히 이해하지 못하였으며, 시각적으로 인지된 정보로 문제를 해결하려는 경향이 있었다. 셋째, 문제 해결과 관련된 일반적 개념의 필요성은 인식하는 반면 탐구와 관련하여 문제 해결에 필수적인 능력을 간과하거나 문제 해결에 도움이 되지 않는 상위 교육과정의 필요성을 제안하는 경향이 있었다.
We investigated pre-service science teachers' understanding of and problem-solving ability with regard to chemistry concepts in the high school curriculum. For this purpose, we used related certain items and analyzed the results. We found that in the case of all items, some pre-service science teach...
We investigated pre-service science teachers' understanding of and problem-solving ability with regard to chemistry concepts in the high school curriculum. For this purpose, we used related certain items and analyzed the results. We found that in the case of all items, some pre-service science teachers, who do not have clear concepts, selected incorrect answers. The in-depth interviews we conducted with the participants revealed some of the causes for the results obtained. First, although pre-service science teachers have better concepts as compared to high school students, they have the same misconceptions as students with regard to some concepts. Second, although they are familiar with the general definitions or meanings of scientific concepts, they do not understand the specific content that is emphasized in the curriculum. Moreover, they tend to solve problems by the information visually conceived. Third, although they know the necessity of general concepts related to problem solving, they sometimes fail to apply inquiry skills and tend to suggest concepts from the higher education curriculum that are not helpful for solving problems.
We investigated pre-service science teachers' understanding of and problem-solving ability with regard to chemistry concepts in the high school curriculum. For this purpose, we used related certain items and analyzed the results. We found that in the case of all items, some pre-service science teachers, who do not have clear concepts, selected incorrect answers. The in-depth interviews we conducted with the participants revealed some of the causes for the results obtained. First, although pre-service science teachers have better concepts as compared to high school students, they have the same misconceptions as students with regard to some concepts. Second, although they are familiar with the general definitions or meanings of scientific concepts, they do not understand the specific content that is emphasized in the curriculum. Moreover, they tend to solve problems by the information visually conceived. Third, although they know the necessity of general concepts related to problem solving, they sometimes fail to apply inquiry skills and tend to suggest concepts from the higher education curriculum that are not helpful for solving problems.
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문제 정의
본 연구는 예비 과학 교사들을 대상으로 고등학교 교육과정 수준의 화학 개념에 대한 이해도와 문제 해결 능력을 알아보고, 또한 주어진 문항을 해결하기 위해 필요한 지식에 대하여 어떻게 인식하고 있는지 알아보기 위하여 국가수준 학업성취도 평가에서 공개된 고등학교 대상의 일부 문항을 활용하여 사범대학 과학교육과에 재학 중인 예비 과학 교사들을 대상으로 검사를 실시하고 분석한 것이다. 본 연구를 통하여 알 수 있었던 점은 다음과 같다.
본 연구에서는 예비 과학 교사들의 중등학교 교육과정의 화학개념에 대한 이해도를 조사하기 위하여 경기도 소재 D 대학교 과학교육과에 재학 중인 1학년 31명을 연구대상으로 1차 검사 도구를 실시하였다. 1차 검사 도구를 회수하여 분석한 결과 7문항 전체를 맞춘 3명을 제외한 29명을 2차 검사 대상자로 선정하였다.
과학 교사들은 학생들이 올바른 과학 개념을 가질 수 있도록 적절한 교수·학습 전략을 세울 수 있어야 하며, 이때 어떤 지식이 필요한지에 대한 올바른 인식이 필요하다. 본 연구에서는 예비 과학 교사들이 과학 개념에 대하여 이해도가 부족하다는 가정을 가지고 예비 과학 교사들이 제7차 고등학교 교육과정18 수준의 개념을 이용한 문제를 해결하는 능력을 알아보고, 해당 문제를 해결하기 위해 필요한 지식에 대하여 어떻게 인식하고 있는지 알아보고자 한다. 이를 통해 예비 과학 교사의 양성 프로그램에서 교사의 자질 함양을 위해 고려할 사항들에 대한 시사점을 얻고자한다.
본 연구에서는 예비 과학 교사들이 과학 개념에 대하여 이해도가 부족하다는 가정을 가지고 예비 과학 교사들이 제7차 고등학교 교육과정18 수준의 개념을 이용한 문제를 해결하는 능력을 알아보고, 해당 문제를 해결하기 위해 필요한 지식에 대하여 어떻게 인식하고 있는지 알아보고자 한다. 이를 통해 예비 과학 교사의 양성 프로그램에서 교사의 자질 함양을 위해 고려할 사항들에 대한 시사점을 얻고자한다.
제안 방법
1차 검사 결과를 이용하여 전체 응답자들의 문항별 정답률을 조사하고 각 문항의 오답을 선택한 반응률을 조사하였다. 2차 검사 결과를 이용하여 틀린 문항의 보기를 정답이라고 생각한 이유를 분석하여 예비 과학 교사들이 갖는 비과학자적 개념을 정리하고 선행 연구에 제시된 고등학생들의 비과학자적 개념과 비교 분석하였다.
본 연구에서는 예비 과학 교사 31명을 대상으로 1차 검사를 실시하였다. 1차 검사는 제한 시간 40분 동안 검사지에 응답하도록 하였고, 1차 검사 도구 중 한 개라도 틀린 문항이 있는 연구 대상에게 일주일 후 1차 검사 도구와 2차 검사 도구인 질문지를 배부하여 2차 검사를 실시하였다. 2차 검사는 서술형인 점을 고려하여 시간을 제한하지 않았으나 평균적으로 응답하는데 걸린 시간은 1시간이었다.
1차 검사 결과를 이용하여 전체 응답자들의 문항별 정답률을 조사하고 각 문항의 오답을 선택한 반응률을 조사하였다. 2차 검사 결과를 이용하여 틀린 문항의 보기를 정답이라고 생각한 이유를 분석하여 예비 과학 교사들이 갖는 비과학자적 개념을 정리하고 선행 연구에 제시된 고등학생들의 비과학자적 개념과 비교 분석하였다. 그리고 설문 응답자가 문항을 해결하기 위해 필요하다고 제시한 중·고등학교 수준의 지식과 탐구 기능의 적절성을 분석하였다.
예비 검사와 문항의 타당성을 검증한 절차는 선행 연구21와 동일하다. 2차 검사 도구는 총 2개의 질문으로 구성되었으며 틀린 문항의 해당 보기를 정답이라고 생각한 이유와 이 문제를 풀기 위해서 필요한 중고등학교의 지식(개념, 원리, 법칙 등)과 능력에 대해서 서술하도록 하였다. 검사도구를 구성하는 문항의 특징은 Table 1과 같다.
그리고 설문 응답자가 문항을 해결하기 위해 필요하다고 제시한 중·고등학교 수준의 지식과 탐구 기능의 적절성을 분석하였다.
둘째, 제7차 교육과정의 10학년 과학 단원의 문항에 대한 오답 반응 분석을 통하여 일부 예비 과학 교사들에게 나타나는 문제 해결 과정의 특징을 단원별로 알 수 있었다. 이미 제7차 교육과정의 중학교 과학 단원의 문항에 대하여 오답을 선택하는 일부 예비 과학 교사들의 응답을 분석하였을 때 나타난 특징21은 ‘문제 해결에 필요한 일반적인 개념이나 정의는 잘 알고 있으나 눈에 보이는 현상적 수준에서 개념을 이해하려고 하거나, 문항에 주어진 현상을 자신의 생각에 맞춰 문장을 자의적으로 해석하려는 경향, 문제 상황과 관련된 일상생활의 경험으로 인해 문제 상황을 혼동하는 경향, 문제 해결을 위해 필요한 개념의 이해보다는 대표적인 예시를 기억하여 해결하려는 경향’을 가지고 있음을 알았다.
본 연구에서는 한국교육과정평가원의 2008~2009년 고등학교 1학년 국가수준 학업성취도 평가19,20 선다형 문항 중 오답이 나타나는 현상을 잘 관찰하기 위하여 정답률이 60%미만이면서 변별도가 0.40 이상인 문항 7개를 질문이나 보기의 변형 없이 선정하여 1차 검사 도구를 구성하였다. 예비 검사와 문항의 타당성을 검증한 절차는 선행 연구21와 동일하다.
대상 데이터
본 연구에서는 예비 과학 교사들의 중등학교 교육과정의 화학개념에 대한 이해도를 조사하기 위하여 경기도 소재 D 대학교 과학교육과에 재학 중인 1학년 31명을 연구대상으로 1차 검사 도구를 실시하였다. 1차 검사 도구를 회수하여 분석한 결과 7문항 전체를 맞춘 3명을 제외한 29명을 2차 검사 대상자로 선정하였다.
본 연구에서는 예비 과학 교사 31명을 대상으로 1차 검사를 실시하였다. 1차 검사는 제한 시간 40분 동안 검사지에 응답하도록 하였고, 1차 검사 도구 중 한 개라도 틀린 문항이 있는 연구 대상에게 일주일 후 1차 검사 도구와 2차 검사 도구인 질문지를 배부하여 2차 검사를 실시하였다.
데이터처리
중학교 교육과정의 문항을 이용했던 선행연구21와 마찬가지로 본 연구의 검사 도구에서 사용한 문항이 제7차 고등학교 교육과정18의 내용이었으며, 설문 대상이 사범 대학에 재학 중인 예비 과학 교사들이었음에도 불구하고 90%이하의 정답률을 나타내는 문항들이 존재한다는 것은 예비 과학 교사들 중 일부가 각 문항에서 요구하는 능력이 부족하다는 것을 의미한다. 1차 검사 결과를 심층적으로 분석하기 위하여 2차 검사를 실시하였다.
성능/효과
구체적으로 살펴보면 전해질과 이온 개념과 관련하여 고등학생들은 중학교 교육과정에서 원자와 분자에 대한 학습이 있었음에도 불구하고 심층적인 이해가 부족했으며,13 고등학생들은 일상생활에서 자연스럽게 습득한 개념들로 인해 산·염기 및 중화 개념과 관련하여 다양한 선개념을 가지고 있었다.
예비 과학 교사들의 답변에 근거하면 비전해질의 대표적 종류는 잘 기억하고 있지만 수용액에서 전류가 많이 흐르는 전해질과 적게 흐르는 전해질의 종류는 잘 기억하지 못하고 있음을 알 수 있다. 또한 수용액에서 물질의 이온화 정도 차이는 그 물질의 상태와 상관없이 특성과 관련이 되는데, 예비 과학 교사들의 일부는 액체가(고체보다) 물 속에서 이온화가 더 잘될 것이라는 개념을 가지고 있었다. 이는 Driver24가 제시한 학생 개념의 특징 중 ‘특정한 물리적 상황의 제한된 측면만을 생각한다’와 관련되는 것으로 보인다.
또한 시간에 따른 생성물의 부피 형태로 주어진 그림을 보고 반응물 역시 생성물처럼 증가하는 것으로 오해하였는데, 이는 지각에 의존하여 생각는 경향24이 영향을 주었을 것으로 보인다. 또한 일반적 실험에서 관행적으로 시행되는 실험 패턴을 주어진 문항의 상황에도 그대로 적용될 것이라고 생각하고 문항의 단서 조건을 소홀히 읽는 경향도 발견되었다.
셋째, 제7차 교육과정의 10학년 과학 문항을 해결하기 위해 필요한 과학 개념에 대한 예비 과학 교사들의 의견 분석을 통하여 예비 과학 교사들이 문제 해결을 위해 접근하는 방식의 특징을 알 수 있었다. 이미 선행연구21에서 중학교 수준의 문항을 해결하기 위해 필요한 지식에 관한 예비 과학 교사들의 의견을 분석한 결과 ‘문제 해결을 위해 필요한 개념에 대한 정확한 이해가 부족하여 문제해결을 위해 직접적으로 필요한 개념이나 지식의 수준을 정확히 제시하지 못하고 필요한 공식을 정의 수준에서만 도입하려는 경향’이 있음을 알았다.
이 문항 분석을 통해 예비 과학 교사들 중 일부는 수용액에서 전류가 흐르는 정도 차이가 다른 전해질을 구분할 때 그 물질의 특성이 아니라 그 물질의 상태에 영향을 받아 구분하려는 경향이 있었다. 또한 이 문항의 해결을 위해 필요한 기본적인 개념은 알고 있지만 가장 필수적으로 필요한 지식을 제시하지 못하고 있었다.
전해질과 이온 단원에서, 수용액에서 전류가 많이 흐르는 전해질과 적게 흐르는 전해질의 종류는 잘 기억하지못하였으며, 일부이기는 하지만 액체가(고체보다) 물 속에서 이온화가 더 잘될 것이라는 개념을 가지고 있었다. 즉, 수용액에서 물질의 이온화 정도 차이를 그 물질의 특성이 아니라 물질의 상태와 관련되는 것으로 오해하였다.
첫째, 예비 과학 교사와 고등학생의 문항별 답지반응분포 분석을 통하여, 고등학생들은 다양한 오답에 대하여 반응이 나타나는 반면, 예비 과학 교사들은 일부 오답들에서만 반응이 나타나고 각 오답에 대한 반응률이 고등학생들에 비해 낮았다. 즉, 예비 과학 교사들은 고등학생들에 비해 상대적으로 더 정확한 개념을 가지고 있고 오 개념의 종류는 적었지만 여전히 고등학생들에게 나타나는 오개념을 일부 가지고 있었다.
후속연구
본 연구에서는 연구 대상으로 삼은 예비 과학 교사의 수에 제한이 있고 응답과 그 결과를 해석하는 연구자의 경험의 영향으로 본 연구 결과를 일반화하는 데에는 한계가 있다.
또한 시험 문제와 같은 검사 도구는 교수·학습 상황을 점검하고 학생들의 수준을 판별하여 장단점을 피드백해줄 수 있는 도구라는 관점에서 문항을 해결하기 위해 필요한 능력과 해결하지 못했을 때 부족한 능력을 분석적으로 바라보는 능력은 과학 교사가 되기를 준비하는 예비 과학 교사로서 꼭 길러야 하는 능력이다. 예비 과학 교사 양성 프로그램에서 중고등학교의 교육과정과 관련된 상위 수준의 개념을 학습하는 것뿐만 아니라 중고등학교 수준의 개념과의 관련성에 대한 이해의 폭을 넓힐 수 있는 방안에 대하여 지속적으로 연구할 필요가 있다.
참고문헌 (24)
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