[논문]중학교 과학 '해양' 단원의 개념도 활용 수업의 효과

최성봉

doi:10.15523/jksese.2013.6.2.093

문제 정의

이에 본 연구는 중학교 과학 ‘해양’ 단원에서 개념도 활용 수업이 학생들의 과학에 관련된 태도 및 과학 탐구 능력에 미치는 효과를 알아보고, 학교 현장에서 학생들의 선수개념 진단도구, 교수․학습도구 및 평가 도구로써의 개념도 활용 가능성을 밝히는 것을 목적으로 한다.
본 연구에서는 중학교 지구과학 분야의 ‘해양’ 단원에서 개념도 활용 수업이 학생들의 과학에 관련된 태도 및 과학 탐구 능력에 미치는 효과를 알아보고, 학교 현장에서 학생들의 선수개념 진단도구, 교수․학습도구 및 평가 도구로써의 개념도 활용 가능성을 밝히는 것을 목적으로 학생들의 과학에 관련된 태도, 과학 탐구능력, 개념도 활용에 대한 학생들의 인식을 알아 보았다.
본 연구의 목적은 중학교 과학 해양 단원에서 개념도를 활용한 수업이 과학에 관련된 태도 및 과학 탐구 능력에 미치는 효과와 개념도 활용수업에 대한 학습자들의 인식을 알아보는 것으로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.

가설 설정

외우기 쉽고 기억에 잘 남는다. 다른 과목도 개념도를 했으면 좋겠다.
기억하기 쉽고 이해가 빠르게 되어 신기했다. ․ 개념도를 이용하니까 정리가 잘되고 요약정리 보다 훨씬 낫다.
시간이 좀 걸리지만 이해하기가 좋다. ․ 맨 처음에는 개념도가 싫었는데 지금은 재미있다.
과학이 싫었는데 개념도를 통해서 과학과 친근해진 것 같다.
개념도는 간편하고 한번 배웠던 것을 복습할 수 있어서 좋다.
개념도는 너무 어렵다.

제안 방법

본 연구의 대상은 부산광역시에 소재하고 있는 A 중학교 3학년 4학급 136명으로 이들 중 2학급 68명에게는 일반적인 수업을, 나머지 다른 2학급 68명에게는 개념도를 활용한 수업을 실시하였다. 연구집단과 비교집단에 대해서 동질성을 알아보기 위하여 실험 처치 2주일 전에 과학에 관련된 태도 및 과학 탐구 능력에 대한 사전 검사를 실시하였다.
본 연구에서는 7가지 영역 중, 과학 탐구에 대한 태도, 과학적 태도의 수용, 과학 수업의 즐거움 영역에 관해 분석하였다. 각 영역 만점은 50점이며 각 하위 요소의 문항은 다음과 같다(표 3).
본 연구는 2013년 3월 3주째에 연구집단과 비교 집단을 선정한 후 사전 검사를 실시하여 3월 4주째 부터 4주간 9차시의 수업을 실시하였다. 사후 검사는 수업 처치가 끝난 1주일 후에 실시하였다.
과학에 관련된 태도 및 과학 탐구 능력은 개념도 활용 수업 전에 사전 검사를 실시하고 수업 처치 후 학생들의 과학에 관련된 태도 및 탐구능력의 변화를 알아보았으며 본 연구의 독립변인은 개념도를 활용한 수업이고 종속변인은 과학에 관련된 태도 및 과학 탐구 능력 점수이다. 각 집단별 사전^․사후의 비교는 통계 패키지 한글 SPSS 12.
개념도 활용 수업에 대한 학습자의 인식을 조사하기 위해 연구집단을 대상으로 설문조사를 하였다. 개념도 활용 수업에 대한 인식 설문지는 6가지 하위 영역의 내용에 관한 20개의 문항 분석 결과와 학습자가 직접 개념도 활용 수업에 대한 의견을 기술한 21번 문항의 결과를 분석하였다. 표 8은 개념도 활용에 관한 학습자의 인식 결과를 각 영역별 백분율(%)로 나타낸 것이다.
개념도를 기존 수업에 적용하는 것은 많은 비용이나 장비를 필요로 하는 것이 아니어서 쉽게 도입이 가능하고, 연구 결과에서도 나타났듯이 학생들의 과학 학업 성취도면에 있어 긍정적인 효과가 있다. 본 연구에서 개념도 활용 수업은 새로운 학습 방법으로써 개념도를 소개하고 학생들의 자유로운 활동을 통하여 개념도를 작성하게 하였다. 그 결과 과학에 관련된 태도와 과학 탐구 능력의 향상에 긍정적인 효과를 보였다.

대상 데이터

본 연구의 대상은 부산광역시에 소재하고 있는 A 중학교 3학년 4학급 136명으로 이들 중 2학급 68명에게는 일반적인 수업을, 나머지 다른 2학급 68명에게는 개념도를 활용한 수업을 실시하였다. 연구집단과 비교집단에 대해서 동질성을 알아보기 위하여 실험 처치 2주일 전에 과학에 관련된 태도 및 과학 탐구 능력에 대한 사전 검사를 실시하였다.
개념도 활용 수업에 대한 학습자의 인식을 조사하기 위해 연구집단을 대상으로 설문조사를 하였다. 개념도 활용 수업에 대한 인식 설문지는 6가지 하위 영역의 내용에 관한 20개의 문항 분석 결과와 학습자가 직접 개념도 활용 수업에 대한 의견을 기술한 21번 문항의 결과를 분석하였다.

데이터처리

과학에 관련된 태도 및 과학 탐구 능력은 개념도 활용 수업 전에 사전 검사를 실시하고 수업 처치 후 학생들의 과학에 관련된 태도 및 탐구능력의 변화를 알아보았으며 본 연구의 독립변인은 개념도를 활용한 수업이고 종속변인은 과학에 관련된 태도 및 과학 탐구 능력 점수이다. 각 집단별 사전^․사후의 비교는 통계 패키지 한글 SPSS 12.0을 사용하여 결과를 분석하였다.

이론/모형

본 연구에서는 학생들의 과학에 대한 태도를 조사하기 위해 TOSRA(Test of Science -Related Attitudes, Fraser,1981)를 번역한 것을 사용하였다. 이는 TOSRA가 장기간에 걸친 R&D 과정을 거쳐서 개발되었고, 70개의 문항으로 이루어진 포괄적인 평가도구이며, Cronbach α계수를 이용한 신뢰도가 전체적으로 0.
본 연구에서 사용한 과학적 탐구 능력 측정 도구 TIPSⅡ(Development of an Integranted Skill Test)는 Burn 등(1985)이 중^․고등학생들의 과학 탐구 능력 측정을 위해 개발한 것이다.

성능/효과

과학에 관련된 태도 및 과학탐구 능력에 대한 사전 검사 점수에 대하여 t-검정을 실시한 결과는 표 1과 같으며, 사전 검사의 t-검정 결과 과학에 관련된 태도 및 과학탐구 능력 검사에서 두 집단 사이에 유의한 차이가 없었다(p>.05).
즉, 개념도를 활용한 수업이 일반적 수업 보다 학습자의 과학에 관련된 태도에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
표 7에서 보는 바와 같이 과학 탐구 능력의 사후 검사 점수는 개념도 활용 집단의 평균이 25.81점이고, 일반적 수업 집단의 평균이 11.55점으로 개념도 활용 집단이 더 높은 것으로 나타났다. t-검정 결과 개념도 활용 집단과 일반적 수업집단 사이의 차이가 유의하다(p<.
91%로 가장 높은 수치를 나타낸다. 그 다음으로 긍정적인 반응이 높게 나타난 항목은 인지적 영역 중 개념도 활용 수업이 평가 도구로서 도움이 된다는 것으로 70.64%의 반응이 나타났다. 개념도 활용 수업의 활동성에 대한 문항은 긍정적인 반응이 61.
이와 같은 결과로 볼 때 대부분의 학생들은 개념도 활용 수업이 인지적 영역에 긍정적인 영향을 끼친다고 생각하고 있음을 알 수 있다. 개념도 활용 수업의 정의적 영역인 곤란도를 묻는 항목에서는 곤란하지 않다는 반응이 61.30%로 나타났다. 개념도 활용 수업이 흥미로운가를 묻는 항목은 58.
개념도 활용 수업을 한 학생들이 수업이 진행됨에 따라 관계, 위계, 연관, 예의 범주에 있어서 학습 내용의 개념을 구조화 하는데 능숙해짐을 볼 수 있었고, 학습자 간의 자유로운 토의와 교사의 피드백을 통하여 자신의 개념도를 수정·보완하는 과정이 있었고 스스로 개념을 구조화해봄으로써 과학 수업 활동에 자신감을 갖게 되어 개념도 활용 수업에 대해 긍정적으로 인식하게 된 것으로 사료된다.
첫째, 개념도 활용 수업은 학습자의 과학에 관련된 태도에 효과적이다. 개념도는 주제가 변함에 따라 상위 개념과 하위 개념이 변할 수 있다는 점에서 역동적이라고 할 수 있으며, 이로 인해 학습자의 이해력과 집중력이 증가하고 새로운 지식이 습득됨에 따라 학습자의 인지 속의 개념도도 함께 달라져 개념간의 관련성을 의미 있게 파악하게 된 때문이라고 생각된다.
둘째, 개념도 활용 수업은 학습자의 과학 탐구 능력 향상에 효과적이다. 이는 아직 형식적 조작기에 이르지 못한 중학교 학생들에게 자신이 작성한 개념도와 친구들이 작성한 개념도를 비교할 수 있도록 안내하여 구성원 간에 활발한 상호작용을 이끌어 냄으로써 과학 하는 방법과 사고과정의 습득이 학생들의 과학탐구능력 향상에 긍정적인 영향을 미친 것으로 생각된다.
셋째, 개념도 활용 수업에 대해 학습자들은 긍정적으로 인식하였다. 개념도 활용 수업을 한 학생들이 수업이 진행됨에 따라 관계, 위계, 연관, 예의 범주에 있어서 학습 내용의 개념을 구조화 하는데 능숙해짐을 볼 수 있었고, 학습자 간의 자유로운 토의와 교사의 피드백을 통하여 자신의 개념도를 수정·보완하는 과정이 있었고 스스로 개념을 구조화해봄으로써 과학 수업 활동에 자신감을 갖게 되어 개념도 활용 수업에 대해 긍정적으로 인식하게 된 것으로 사료된다.
이러한 연구 결과를 살펴볼 때, 본 연구에서 제시한 유의미 학습의 원리에 바탕을 둔 개념도를 활용한 수업은 학생들의 과학 탐구 능력을 높이고, 학생들의 과학에 관련된 태도를 긍정적으로 변화시키는데 유용한 도구라고 할 수 있다. 이상의 결과를 바탕으로 개념도 활용 수업의 효과를 정리해 본다면 다음과 같다.
본 연구에서 개념도 활용 수업은 새로운 학습 방법으로써 개념도를 소개하고 학생들의 자유로운 활동을 통하여 개념도를 작성하게 하였다. 그 결과 과학에 관련된 태도와 과학 탐구 능력의 향상에 긍정적인 효과를 보였다. 이 결과에 비추어 볼 때 기존 과학 수업에 개념도를 적절히 활용하는 것은 과학 학업 성취도와 과학에 관련된 태도 증진에 효과적일 것이라 생각된다.
둘째, 본 연구에서 개념도 활용 수업은 수업 진도에 맞추어 개념도 작성이 단계적으로 실시되었다. 이로 인하여 각 단원별 특성이 개념도 작성 단계에 맞춰 충분히 반영되지 않았을 수도 있다.
셋째, 개념도 활용 수업은 학습자가 개념도 작성에 익숙해지기까지 다소간의 기간이 소요된다. 그러나 개념도 활용 수업은 학생들의 개념을 정립하고 구조화시키는데 많은 도움이 될 것이므로, 위의 내용들을 보완한 보다 정교화 된 후속 연구가 필요하다.

후속연구

첫째, 본 연구는 중학교 3학년 남학생 집단에 대한 실험 연구이므로 여학생 집단에 대해서도 동일한 연구를 하여 개념도 활용 수업의 결과가 성별에 따른 차이가 있는지의 검증과 다른 학년을 대상으로 연구하여 개념도 활용 수업의 결과가 전 학년 및 모든 영역의 단원에 효과가 있는지 검증할 필요가 있다. 그리고 개념도 활용수업은 수준이 높은 학생들에게는 효과가 나타나지 않는다는 연구(고한중 외, 2007)가 있다.
셋째, 개념도 활용 수업은 학습자가 개념도 작성에 익숙해지기까지 다소간의 기간이 소요된다. 그러나 개념도 활용 수업은 학생들의 개념을 정립하고 구조화시키는데 많은 도움이 될 것이므로, 위의 내용들을 보완한 보다 정교화 된 후속 연구가 필요하다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	학습자에게 창의적인 학습능력을 길러줄 수 있는 과학교육을 실현하기 위한 방법은 무엇인가?	학습자에게 창의적인 학습능력을 길러줄 수 있는 과학교육을 실현하기 위해서는 자연현상과 주변의 사물에 대하여 흥미와 관심을 가지고 탐구하며 과학의 기본 지식을 체계적으로 이해하고, 합리적인 판단력을 기르게 하며, 생활주변에서 일어나는 문제를 과학적으로 해결하려는 태도와 능력을 함양할 수 있도록 과학 교육과정을 계획․운영하고, 적합한 교수․학습 프로그램을 개발․적용하여야 한다. 즉, 학습자 스스로 학습할 지식의 양과 내용을 정하고 지식의 체계를 세울 수 있도록 과학 교육이 이루어져야 한다.
	개념도는 무엇인가?	Novak과 Gowin(1984)은 Ausubel의 유의미 학습 이론과 학습자의 능동적인 인지작용과 사회적․맥락적인 상호작용을 강조하는 구성주의를 기반으로 하여 개념도를 개발하였다. 개념도는 유의미 학습을 도와주고 훈련시키기 위한 학습 전략 및 교수 전략 도구이다. 개념도는 수업에 관한 안내도를 나타내므로 선행 조직자로서 교사가 사용할 수 있다.
	개념도 활용 수업의 효과는 무엇인가?	이상의 결과를 바탕으로 개념도 활용 수업의 효과를 정리해 본다면 다음과 같다. 개념도를 기존 수업에 적용하는 것은 많은 비용이나 장비를 필요로 하는 것이 아니어서 쉽게 도입이 가능하고, 연구 결과에서도 나타났듯이 학생들의 과학 학업 성취도면에 있어 긍정적인 효과가 있다. 본 연구에서 개념도 활용 수업은 새로운 학습 방법으로써 개념도를 소개하고 학생들의 자유로운 활동을 통하여 개념도를 작성하게 하였다.

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