[논문]뜨고 가라앉는 현상에 대해 중력과 밀도를 연계한 설명방식이 학생의 대안개념에 미치는 영향

김성기; 김석원; 백성혜

doi:10.5012/jkcs.2017.61.3.112

뜨고 가라앉는 현상에 대해 중력과 밀도를 연계한 설명방식이 학생의 대안개념에 미치는 영향
The Effect of Explanation in Conjunction with Gravity and Density on Students' Alternative Conceptions for Floating and Sinking Phenomena 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.61 no.3, 2017년, pp.112 - 121

김성기 (나주고등학교) , 김석원 (봉의고등학교) , 백성혜 (한국교원대학교)

초록
AI-Helper

본 연구는 수압 공식을 이용한 설명 대신, 밀도와 중력의 개념을 연결한 설명이 뜨거나 가라앉는 현상에 대한 학생들의 대안 개념에 어떠한 영향을 미치는가를 알아보고자 하였다. 연구 대상은 강원도에 위치한 한 고등학교 2학년 4개반, 140명의 학생들이었으며, 이들을 실험집단과 비교집단의 두 집단으로 나누었다. 실험집단에는 밀도와 중력 개념을 연계한 설명을 도입한 수업을, 비교집단은 교과서에 제시된 수압 공식을 이용한 설명을 도입한 수업을 각각 실시하였다. 사전검사 결과를 공변수로 하여 공변량분석(ANCOVA)을 한 결과, 물질의 특성과 관련된 3 문항 중 2개 문항은 두 집단 간 차이가 통계적으로 유의하지 않았으나, 1개 문항은 수업의 작은 효과크기(Hedges' g=0.327)를 보였다. 그리고 대안개념 변화 추이에서도 두 집단 사이에 유의미한 차이가 없었다. 반면, 물과 물체와의 상대적 무게 관계와 관련된 문항에서는 3개 문항 모두 두 집단 간 차이가 통계적으로 유의미한 효과크기(0.286~0.502)를 나타내었다. 뿐만 아니라 사후에 실험집단의 압력과 관련된 대안개념의 빈도수가 비교집단에 비해 상당히 감소하였다. 따라서 이 연구에서 제안한 무게와 밀도를 연계한 설명 방식은 뜨고 가라앉는 현상에 대한 학생들의 대안개념을 제거하고 과학적 개념을 형성하는데 효과적임을 알 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of the study was to investigate the effect of explanation in conjunction with gravity and density on students' alternative conceptions for floating and sinking phenomena. The subjects were 140 students of 11th grade in 4 classes of a high school located in Gangwon Province. We divided them in two groups; comparison and experiment. The students of experiment group learned explanation in confection with gravity and density. The students of comparison group learned explanation of pressure as represented in physics textbook. ANCOVAs (analysis of covariance) were conducted using the pretest as a covariance. In items related to characters of matter, 2 items are not significant and only 1 item has significant small effect size (Hedges' g=0.327). In the change of alternative conceptions, there is no meaningful gap between two group. However, in items related to relative weights between object and water, the all items have significant effect sizes (0.286~0.502). In addition, frequency of experiment group's alternative conceptions related to pressure decreases considerably, but comparison group does not. Therefore, the explanation in conjunction with gravity and density suggested in this study can decrease students' alternative conceptions related to floating and sinking phenomena and increase scientific conceptions.

주제어

표/그림 (9)

표 Table 1. Participants
표 Table 2. Classes in the experimental group and the comparative group
표 Table 3. Items of the questionnaire
표 Table 4. Scoring by partial credit model
표 Table 5. The results of ANCOVA in the items related to characteristics of matter
표 Table 6. The results of ANCOVA in the items related to relative weights between object and water
표 Table 7. Pretest and posttest between comparative group and experimental group according to score in Item 4 Number (%)
표 Table 8. Pretest and posttest between comparative group and experimental group according to score in Item 5 Number (%)
표 Table 9. Pretest and posttest between comparative group and experimental group according to score in Item 6 Number (%)

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

기존의 설명방식이 갖는 한계점을 해결하기 위하여 이 연구에서는 중력과 밀도의 개념을 연계한 설명방식을 제안하였고, 그 효과를 확인하였다. 뜨거나 가라앉는 현상은 물체와 밀린 유체의 차별적인 중력 차이에 의해 일어난다.
따라서 새로운 설명방식은 이러한 결과 중심의 단편적인 사고의 오류를 방지하기 위하여 뜨거나 가라앉는 전체과정에 대한 이해를 보여주었다. 이를 위하여 물체에 작용하는 중력의 크기와 물과 물체의 상대적 무게인 밀도 차의 개념을 연계하는 것이 중요하다고 판단하였다.
이 연구에서는 부력의 개념을 파스칼 법칙을 통해 압력을 도입하는 고등학교 물리 교과의 전통적인 수업이 학생들에게 어려운 이유는 중력에 대한 개념부재와 관련이 있다고 보았다. 따라서 학생들이 자연 현상의 근본 원인에 대한 이해 없이 현상을 정량적인 수식으로만 배우는 기존의 고등학교 설명방식의 문제점을 해결하기 위하여, 중학교 화학영역에서 접근하는 설명방식인 밀도개념과 중학교 물리영역에서 도입하는 중력 개념을 연결한 새로운 설명 방식의 교육적 효과를 알아보고자 하였다.
Table 2의 수업내용과 Table 3의 검사도구를 비교하면 이를 확인할 수 있다. 또한 동일한 검사지를 실험집단과 비교집단에 모두 제시하여 두 집단의 차이를 비교함으로써 사전검사의 간섭효과를 통제하고자 하였다.
본 연구는 사전검사와 사후검사로 동일한 검사도구를 사용하였지만, 실험집단과 비교집단의 수업과 관련되지 않은 내용으로 구성하여, 실험 집단의 수업에 따른 사후검사 결과의 영향을 배제하고자 노력하였다. Table 2의 수업내용과 Table 3의 검사도구를 비교하면 이를 확인할 수 있다.
본 연구에서는 부력 개념에 대한 학생들의 이해 수준을 근거로 교육과정이 바뀔 때마다 부력 개념을 도입하는 학년의 변화폭이 컸다는 점에 주목하고, 뜨고 가라앉는 현상에 대해 보다 안정적으로 고등학교 학생들이 이해할 수 있는 수업을 도입하여 그 효과를 알아보고자 하였다. 이를 위해 뜨고 가라앉는 현상의 근본 원인인 중력과 물질의 특성인 밀도 개념을 연계한 새로운 방식의 설명을 제안하였으며, 수업 전후에 학생들의 이해와 대안 개념의 변화를 분석하였다.
고등학교 학생들의 경우 높은 수준의 이해를 요구하는 데에도 불구하고 압력과 관련된 설명방식을 고수하면서 파스칼의 법칙처럼 정량적으로 정교화된 공식만을 제시하여 학생들의 이해 수준을 높일 수 있다고 생각하는 것은 문제라고 본다. 이 연구의 결과를 토대로 뜨거나 가라앉는 현상을 보다 학생들이 높은 수준으로 이해할 수 있게 하기 위해서는 학생들의 대안개념을 없앨 수 있는 새로운 설명방식의 도입을 제안하였다. 그 후에 정량적인 사고를 유도하는 것이 뜨고 가라앉는 현상에 대한 교육적 효과를 높이는 방안일 것이다.
연구를 위해 2개 학급씩 나누어 실험집단과 비교집단을 선정하였으며, 압력을 도입하는 설명방식은 2009 개정과학과 교육과정 물리Ⅰ에서 제시되기 때문에 물리 I 수업 시간을 활용하였다. 이때 압력의 차이로 설명하는 수업을 비교집단 학생들에게는 제시하였으며, 밀도와 중력을 연결한 수업을 실험집단 학생들에게 제시하였다. 두 집단의 연구대상자는 Table 1과 같다.

가설 설정

ANCONA에 요구되는 가정 중 Leven의 등분산 가정을 충족하였으며, 사전검사와 집단 간의 상호작용(사전검사*집단)은 통계적으로 유의하지 않았으므로 기울기 동일성에 대한 가정 역시 충족되었다. 이로써 사전검사 점수를 공변수로, 집단을 독립변수로, 사후검사 점수를 종속변수로 하는 공분산분석을 실시하기 위한 통계적 가정이 성립되었다. 이후 실시한 ANCOVA 결과는 Table 5와 같다.

제안 방법

독립변수의 통계적 유의성을 확인한 후, 통계적으로 유의미하다고 판단되는 문항에 대해 효과 크기를 산출하였다. 통계적 유의성은 사례수가 커짐에 따라 통계적으로 유의할 확률이 높기 때문에, 사례가 많은 경우 단순히 통계적 유의성만 분석하기보다는 효과 크기를 구하여 연구 결과가 실제로도 의미가 있는지를 알아볼 필요가 있다.
첫째 주에는 1차시 동안 두 집단에 대해 사전검사를 실시하였다. 두 번째 주에서는 1차시씩 나누어 실험집단과 비교집단의 수업을 진행하였다. 첫째 차시에 비교집단은 물리Ⅰ 교과서에서 제시한 방식에 따라서 파스칼 법칙을 이용하여 압력으로 설명하는 수업을 진행하였다.
등분산 가정은 Levene의 등분산 가정 검정을 이용하였으며, 기울기의 동일성 가정은 공변수와 독립변수 간의 상호작용 여부로 확인하였다. 두 집단의 통계적 검증과 별도로 각 문항에 대표적인 대안개념의 빈도 변화추이도 함께 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 ‘지레를 제시하지 않고 현상을 예측하는 문항’을 ‘물질의 특성’과 관련된 문항으로, ‘지레를 제시하고 지레의 움직임을 예측하는 문항’을 ‘물과 물체의 관계’에 대한 문항으로 명명하였으며, 이 두 요인으로 나누어 문항에 대한 두 집단의 차이를 분석하였다.
실험집단은 밀도와 중력을 연계한 설명방식으로 수업을 진행하였다. 또한 유체의 밀도와 물체의 밀도를 비교하여 부력의 상대적 크기를 이해하는 수업을 진행하였다. 이때 실험집단에서는 압력의 개념 없이 부력개념을 도입하기 위해 관련된 실험 영상을 활용하였다.
본 연구는 학급을 기준으로 두 개의 집단을 구분하는 준실험설계(quasi experiment)로 구성하였다. 또한 준실험설계에서 가장 최선의 대안으로 고려되는 비동 등 비교집단 전후검사 설계(nonequivalent comparison group design with pretest and posttest)를 설계하였다.³⁰
물리 수업은 매주 1차시씩 2회로 구성되었으므로, 본 연구는 3주에 걸쳐 수행되었다. 첫째 주에는 1차시 동안 두 집단에 대해 사전검사를 실시하였다.
본 검사도구가 초등학교부터 대학생까지의 학습발달과정을 연구하기 위한 목적으로 제작된 점을 고려하여 고등학교 수준에 지나치게 쉬운 문항과 묻는 성격이 유사한 문항을 삭제하여 각 요인별로 3개 문항씩 총 6개 문항을 선정하였다. 이러한 선정의 타당성을 확인하기 위하여 과학교육 박사 1인과 현직교사 2인의 검토를 받았다.
본 연구는 학급을 기준으로 두 개의 집단을 구분하는 준실험설계(quasi experiment)로 구성하였다. 또한 준실험설계에서 가장 최선의 대안으로 고려되는 비동 등 비교집단 전후검사 설계(nonequivalent comparison group design with pretest and posttest)를 설계하였다.
이렇게 채점된 원점수는 서열척도이므로 통계적 분석이 가능한 비율척도로 환산하기 위해 Rasch모형이 적용되는 Winstep 프로그램을 활용하였다. 본 연구의 독립변수는 수업유형(실험집단과 비교집단)이며, 종속변수는 사후검사점수이다. 본 연구는 준실험설계이기 때문에 두 집단에 대한 동질성을 확보하지 못한다³⁰는 문제를 해결하기 위해서 사전검사 점수를 공변수로 하여 종속변수인 사후검사점수를 통계적으로 조정하여 효과를 검증하는 공변량분석(ANCOVA)를 실시하였으며, 통계처리는 IBM SPSS Statistics 20 프로그램을 활용하였다.
첫째 차시에 비교집단은 물리Ⅰ 교과서에서 제시한 방식에 따라서 파스칼 법칙을 이용하여 압력으로 설명하는 수업을 진행하였다. 실험집단은 밀도와 중력을 연계한 설명방식으로 수업을 진행하였다. 또한 유체의 밀도와 물체의 밀도를 비교하여 부력의 상대적 크기를 이해하는 수업을 진행하였다.
본 연구의 실험대상은 강원도 춘천시에 소재한 한 남녀공학인 A고등학교 2학년 자연계열 4개 학급(N=140명)이다. 연구를 위해 2개 학급씩 나누어 실험집단과 비교집단을 선정하였으며, 압력을 도입하는 설명방식은 2009 개정과학과 교육과정 물리Ⅰ에서 제시되기 때문에 물리 I 수업 시간을 활용하였다. 이때 압력의 차이로 설명하는 수업을 비교집단 학생들에게는 제시하였으며, 밀도와 중력을 연결한 수업을 실험집단 학생들에게 제시하였다.
이 소단원에서는 ‘유체 속에서의 압력’, ‘아르키메데스 법칙’, ‘물질의 비중과 부력’, ‘파스칼 법칙’ 등을 다룬다. 이 소단원에 해당하는 고등학교 수업은 평균적으로 2시간이므로, 실험집단과 비교집단의 수업도 총 2차시로 진행하였다.
이 연구에서는 뜨고 가라앉는 현상에 대해 학생들의 학습발달과정을 알아보기 위해 제작된 검사지31를 수정하여 사용하였다. 이 검사지는 총 15문항으로 구성되어 있으며, 모두 개방형 질문이다.
이 연구에서 제안한 새로운 설명방식은 기존의 설명방식이 갖는 한계점을 해결할 수 있어야 한다. 이 연구에서는 중력과 밀도를 연계한 설명을 도입하였으며, 이것은 각각을 독립적으로 제시할 때와는 다른 장점을 가진다. 우선 화학 영역에서 도입하는 밀도는 뜨거나 가라앉는 현상에 대한 결과를 쉽게 예측한다는 장점이 있지만, 뜨거나 가라앉는 현상에 대한 근본 원리를 제공하는 것에는 미약했다.
이러한 연계를 통해 부력이 큰 경우는 물체가 유체 한가운데에 있는 상황이며, 이미 뜬 상황은 오히려 상대적으로 부력이 작아진다는 것을 인식할 수 있게 하였다. 이를 위하여 처음에 물체의 무게 변화는 물에 잠긴 정도와 관련된다는 것을 보여주고, 그 다음에 같은 물체라도 매질의 밀도가 달라지면 뜨고 가라앉는 현상이 달라짐을 보여주어서 매질의 밀도와 물체의 밀도의 상대적 크기에 따라 뜨고 가라앉는 현상이 달라진다는 것을 이해하도록 구성하였다.
본 연구에서는 부력 개념에 대한 학생들의 이해 수준을 근거로 교육과정이 바뀔 때마다 부력 개념을 도입하는 학년의 변화폭이 컸다는 점에 주목하고, 뜨고 가라앉는 현상에 대해 보다 안정적으로 고등학교 학생들이 이해할 수 있는 수업을 도입하여 그 효과를 알아보고자 하였다. 이를 위해 뜨고 가라앉는 현상의 근본 원인인 중력과 물질의 특성인 밀도 개념을 연계한 새로운 방식의 설명을 제안하였으며, 수업 전후에 학생들의 이해와 대안 개념의 변화를 분석하였다. 연구 결과, 물질의 특성에 관련된 쉬운 문항에서는 새로운 설명 방식을 도입한 수업의 효과가 미미하였으나, 물과 물체의 상대적 무게에 관련된 어려운 문항의 경우에는 교육적 효과가 뚜렷하게 나타났다.
둘째 차시에는 두 집단 모두 동일하게 배운 개념을 적용하는 수업을 진행하였다. 이후 셋째 주의 한 차시동안 두 집단 모두 사전검사와 동일한 사후 검사를 실시하였다. 두 집단에 투입된 수업은 Table 2에 비교하여 제시하였다.
물리 수업은 매주 1차시씩 2회로 구성되었으므로, 본 연구는 3주에 걸쳐 수행되었다. 첫째 주에는 1차시 동안 두 집단에 대해 사전검사를 실시하였다. 두 번째 주에서는 1차시씩 나누어 실험집단과 비교집단의 수업을 진행하였다.
두 번째 주에서는 1차시씩 나누어 실험집단과 비교집단의 수업을 진행하였다. 첫째 차시에 비교집단은 물리Ⅰ 교과서에서 제시한 방식에 따라서 파스칼 법칙을 이용하여 압력으로 설명하는 수업을 진행하였다. 실험집단은 밀도와 중력을 연계한 설명방식으로 수업을 진행하였다.

대상 데이터

본 연구의 실험대상은 강원도 춘천시에 소재한 한 남녀공학인 A고등학교 2학년 자연계열 4개 학급(N=140명)이다. 연구를 위해 2개 학급씩 나누어 실험집단과 비교집단을 선정하였으며, 압력을 도입하는 설명방식은 2009 개정과학과 교육과정 물리Ⅰ에서 제시되기 때문에 물리 I 수업 시간을 활용하였다.

데이터처리

각 집단의 표집수가 30명 이상인 경우, 중심극한정리를 적용할 수 있기 때문에 정규성 가정을 충족하였다고 판단하여 별도의 가정 체크를 실시하지 않았다. 등분산 가정은 Levene의 등분산 가정 검정을 이용하였으며, 기울기의 동일성 가정은 공변수와 독립변수 간의 상호작용 여부로 확인하였다. 두 집단의 통계적 검증과 별도로 각 문항에 대표적인 대안개념의 빈도 변화추이도 함께 분석하였다.
본 연구의 독립변수는 수업유형(실험집단과 비교집단)이며, 종속변수는 사후검사점수이다. 본 연구는 준실험설계이기 때문에 두 집단에 대한 동질성을 확보하지 못한다³⁰는 문제를 해결하기 위해서 사전검사 점수를 공변수로 하여 종속변수인 사후검사점수를 통계적으로 조정하여 효과를 검증하는 공변량분석(ANCOVA)를 실시하였으며, 통계처리는 IBM SPSS Statistics 20 프로그램을 활용하였다.

이론/모형

통계적 유의성은 사례수가 커짐에 따라 통계적으로 유의할 확률이 높기 때문에, 사례가 많은 경우 단순히 통계적 유의성만 분석하기보다는 효과 크기를 구하여 연구 결과가 실제로도 의미가 있는지를 알아볼 필요가 있다. 본연구에서는 효과 크기를 산출하기 위해 다음과 같은 Hedege의 g값을 구하는 공식을 이용하였으며, 효과 크기는 Cohen³⁸에 따라 0.20 정도는 작은 효과, 0.50 정도는 중간 크기 효과, 0.80 정도는 큰 효과로 해석하였다.
³¹ Table 4에 채점 기준과 사례를 제시하였다. 이렇게 채점된 원점수는 서열척도이므로 통계적 분석이 가능한 비율척도로 환산하기 위해 Rasch모형이 적용되는 Winstep 프로그램을 활용하였다. 본 연구의 독립변수는 수업유형(실험집단과 비교집단)이며, 종속변수는 사후검사점수이다.

성능/효과

ANCONA에 요구되는 가정 중 Leven의 등분산 가정을 충족하였으며, 사전검사와 집단 간의 상호작용(사전검사*집단)은 통계적으로 유의하지 않았으므로 기울기 동일성에 대한 가정 역시 충족되었다. 이로써 사전검사 점수를 공변수로, 집단을 독립변수로, 사후검사 점수를 종속변수로 하는 공분산분석을 실시하기 위한 통계적 가정이 성립되었다.
동일한 물체이지만 물속에 놓여진 물체의 모양의 따른 차이를 비교하는 6번 문항에서 실험집단의 조정된 평균점수는 비교집단에 비해 통계적으로 유의미하게 높았다(F=6.608, p<.05).
따라서 다른 문항에 비해 사전검사에서 높은 점수를 나타내었다. 두 집단 모두 사전검사 평균점수에 비해 사후검사의 조정된 평균점수가 높았다. 사후검사의 조정된 평균점수에 대한 두 집단 간 차이는 통계적으로 유의미하지 않았다(F=.
둘째, 물과 물체의 상대적 무게에 관련된 문항에서 학생들은 압력과 관련된 대안개념을 상당수 갖고 있었으며, 기존의 압력을 이용한 수업은 이러한 대안개념을 과학적 개념으로 보정하는데 역할이 미미하였다. 하지만 중력과 밀도의 개념을 연계한 새로운 설명 방식의 수업은 학생들의 대안개념을 없애는데 상당히 큰 영향을 미쳤다.
327로, Cohen에 따르면 이는 작은 효과 크기에 해당한다. 따라서 밀도와 중력을 도입한 새로운 방식의 수업 효과는 통계적으로 유의미 하지만, 두 집단 모두 많은 학생들이 여전히 사후검사에서도 상당히 높은 비율로 불완전한 개념을 가지고 있음을 알 수 있었다.
4%로 증가하였다. 따라서 이 연구에서 제시한 수업은 실험집단의 물이 아래에서 떠받혀주는 면적과 수압에 대한 대안개념을 줄이고 보다 상위 개념이나 과학적 개념으로 변화하는데 효과적임을 확인할 수 있다.
4%로 크게 감소하였다. 따라서 이 연구에서 제시한 수업은 실험집단의 위치와 수압에 대한 대안개념을 줄이고 과학적 개념으로 변화하는데 효과적임을 확인할 수 있다.
물과 물체의 상대적 무게에 관련된 문항들은 물질의 특성에 관련된 문항들보다 상대적으로 어려운 문항이었으며, 상대적으로 어려운 문항에서 교육적 효과가 더 크게 나타났다는 점은 이 수업의 가치를 보여주는 것이라고 할 수 있다. 구체적으로 어떤 대안개념들이 수정되는데 수업이 효과적이었는지 알아보기 위하여 채점 기준에 따라 사전검사와 사후 검사의 변화를 비교하여 Table 7~10에 제시하였다.
이후 실시한 ANCOVA 결과는 Table 6과 같다. 물과 물체의 상대적 무게에 관련된 문항의 로지스트 값은 0.26~0.38로 상대적으로 물질의 특성과 관련된 문항보다 어려운 것으로 나타났다. 문항 4번~6번 모두 사전검사의 평균점수는 1점 중반으로 낮았다.
물질의 특성과 관련된 3개의 문항 중에서 두 집단의 통계적 차이를 보이는 문항은 난이도가 가장 높은 1개 문항이었으며, 큰 효과 크기를 보이지 않았다. 이를 통해 이 연구에서 제안한 밀도와 중력을 연계한 수업은 물질의 특성과 관련된 개념 사고에는 큰 영향을 미치지 못함을 알 수 있다.
하지만 중력과 밀도의 개념을 연계한 새로운 설명 방식의 수업은 학생들의 대안개념을 없애는데 상당히 큰 영향을 미쳤다. 물질의 특성과 관련된 문항과 달리 물과 물체의 상대적 무게에 관련된 문항에서 이러한 교육적 효과를 보인 이유는 문항의 난이도와도 관련이 있는 것으로 나타났다. 즉, 낮은 수준의 문제 상황에서는 기존의 압력을 이용한 설명방식만으로도 해결이 가능하지만, 높은 수준의 문제 상황에서는 기존의 설명방식이 한계를 가짐을 확인할 수 있었다.
물체가 잠긴 물의 양에 따른 차이를 비교하는 5번 문항 역시 사후검사의 조정된 평균점수가 두 집단 간에 통계적으로 유의미하게 나타났다(F=14.758, p<.000).
물체의 물에 잠긴 깊이를 변화시켰을 때의 차이를 비교하는 4번 문항에서 사후검사의 조정된 평균점수를 보았을 때, 두 집단 간에 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다(F=10.575, p<.000).
이를 통해 이 연구에서 제안한 밀도와 중력을 연계한 수업은 물질의 특성과 관련된 개념 사고에는 큰 영향을 미치지 못함을 알 수 있다. 본 연구에서 새로 도입한 수업 방식은 학생들의 대안개념을 변화시키는데 효과를 나타내지 못하였음을 알 수 있다.
사후검사의 조정된 평균점수에 대한 두 집단 간 차이는 통계적으로 유의미하지 않았다(F=.970, p>.05).
문항 4에서 통제집단과 실험집단을 비교하였을 때, 수업이 영향을 미친 가장 큰 대안 개념은 수압과 관련된 생각이었다. 수압으로 부력을 설명한 통제집단의 경우에는 사전 검사에서 37.1%가 사후 검사에서 28.6%로 변화하였지만, 밀도와 중력의 개념으로 부력을 설명한 실험집단의 경우에는 사전 검사에서 31.4%가 사후 검사에서 14.3%로 수압에 대한 대안 개념이 크게 줄어들었다.
이를 위해 뜨고 가라앉는 현상의 근본 원인인 중력과 물질의 특성인 밀도 개념을 연계한 새로운 방식의 설명을 제안하였으며, 수업 전후에 학생들의 이해와 대안 개념의 변화를 분석하였다. 연구 결과, 물질의 특성에 관련된 쉬운 문항에서는 새로운 설명 방식을 도입한 수업의 효과가 미미하였으나, 물과 물체의 상대적 무게에 관련된 어려운 문항의 경우에는 교육적 효과가 뚜렷하게 나타났다. 다만 이 연구의 설계과정에서 pretest-treatment interaction의 가능성을 무시할 수 없으므로 나타난 결과에 대한 해석에 제한점이 따른다.
유리병 물체 속의 물질(물 또는 공기)의 차이를 비교하는 2번 문항 역시 사전검사의 평균점수에 비해 사후검사의 조정된 평균이 0.5점 이상 상승하였으며, 두 집단 간 통계적 차이는 유의미하지 않았다(F=1.126,p>.05).
물질의 특성과 관련된 문항과 달리 물과 물체의 상대적 무게에 관련된 문항에서 이러한 교육적 효과를 보인 이유는 문항의 난이도와도 관련이 있는 것으로 나타났다. 즉, 낮은 수준의 문제 상황에서는 기존의 압력을 이용한 설명방식만으로도 해결이 가능하지만, 높은 수준의 문제 상황에서는 기존의 설명방식이 한계를 가짐을 확인할 수 있었다. 고등학교 학생들의 경우 높은 수준의 이해를 요구하는 데에도 불구하고 압력과 관련된 설명방식을 고수하면서 파스칼의 법칙처럼 정량적으로 정교화된 공식만을 제시하여 학생들의 이해 수준을 높일 수 있다고 생각하는 것은 문제라고 본다.
이러한 새로운 설명 방식의 교육적 효과에 대한 연구 결과를 토대로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다. 첫째, 물질의 특성과 관련된 문항에서는 학생들이 물질의 특성과 연계된 대안 개념을 가지고 있었으며, 밀도와 중력을 연계한 설명을 도입한 수업이 큰 효과를 나타내지 못하였다. 그 이유는 새로운 설명 방식에서도 물질의 특성으로 밀도를 도입하였기 때문에 학생들이 이와 관련하여 가지고 있는 대안 개념을 버리는데 도움을 주지 못한 것이다.

후속연구

연구 결과, 물질의 특성에 관련된 쉬운 문항에서는 새로운 설명 방식을 도입한 수업의 효과가 미미하였으나, 물과 물체의 상대적 무게에 관련된 어려운 문항의 경우에는 교육적 효과가 뚜렷하게 나타났다. 다만 이 연구의 설계과정에서 pretest-treatment interaction의 가능성을 무시할 수 없으므로 나타난 결과에 대한 해석에 제한점이 따른다.
이러한 설명방식의 변화를 통해 뜨고 가라앉는 현상에 대한 학생들의 이해가 높아진다면, 지금까지 교육과정 개정에서 암묵적으로 전제한 바와 같이 학생들이 어려워하면 수직적 계열을 높이는 방식의 시도를 버리고, 학생들이 보다 깊이 있게 자연 현상을 이해할 수 있는 적절한 설명방식의 변화를 위해 노력을 기울이는 계기를 제공해 줄 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	부력이란?	보편적으로 뜨거나 가라앉는 현상은 부력이라는 개념으로 물리 영역에서 다루지만, 밀도 개념과도 관련되어 있기 때문에 화학 영역에 속하는 중학교 ‘물질의 특성’ 단원에서도 오랫동안 다루었다. 1 따라서 부력이라는 개념은 물리와 화학 영역이 중첩되는 부분이라고 볼 수 있다.
	부력의 근본 원리는?	뜨거나 가라앉는 현상을 설명하는 근본 원리는 지구가 잡아당기는 힘인 중력이다. 24 비록 중력의 개념은 중학교 1학년 물리에서 다루지만, 중학교뿐 아니라 고등학교 학생들조차도 중력에 대한 과학적 개념 형성에 어려움을 겪는 것으로 나타나고 있다.
	본 연구에서 실험집단과 비교집단 각각에게 어떤 수업을 실시하였는가?	연구 대상은 강원도에 위치한 한 고등학교 2학년 4개반, 140명의 학생들이었으며, 이들을 실험집단과 비교집단의 두 집단으로 나누었다. 실험집단에는 밀도와 중력 개념을 연계한 설명을 도입한 수업을, 비교집단은 교과서에 제시된 수압 공식을 이용한 설명을 도입한 수업을 각각 실시하였다. 사전검사 결과를 공변수로 하여 공변량분석(ANCOVA)을 한 결과, 물질의 특성과 관련된 3 문항 중 2개 문항은 두 집단 간 차이가 통계적으로 유의하지 않았으나, 1개 문항은 수업의 작은 효과크기(Hedges' g=0.

참고문헌 (38)

Lee, S. H.; Paik, S. H. J. Kor. Ass. Sci. Educ. 2013, 33, 30.
Leuchter, M.; Saalbach, H.; Hardy, I. J. Sci. Educ. 2014, 36, 1751.

상세보기
Hadjiachilleos, S.; Valanides, N.; Angeli, C. Res. Sci. Tech. Educ. 2013, 31, 133.

상세보기
Sari, h-N. International J. of Sci. Educ., 2005, 27, 259.

상세보기
Yin, Y. Sci. scope, 2012, 35, 48.
Andreani Dentici, O.; Grossi, M. G.; Borghi, L.; Ambrosis, A. D.; Massara, G. I. Europ. J. Sci. Educ. 1984, 6, 235.

상세보기
Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity. Science 3-1, 2014.
Ministry of Education. 2015 Revised Curriculum: Elementary school science, 2015.
Song, M. S. Master thesis of Korea National University of Education, 2001.
Kwon, S. G; Kim, J. E. Elementary Sci. Educ. 2007, 25, 476.
Seo, H. C. Master thesis of Korea National University of Education, 2004.
Sin, H. S. Master thesis of Korea National University of Education, 2006.
Solano-Flores, G.; Shvelson, R. J.; Ruiz-Primo, M, A.; Schults, S. E.; Wiley, E, W.; Brown. J. H. ERIC Document Production service No. ED 411 314, 1997.
Lee, H. C.; Lee, S. J. Elementary Sci. Educ. 2000, 19, 145.
Park, J. W.; Won, J. A.; Paik, S. H. Elementary Sci. Educ. 2007, 26, 226.
Piaget, J. The child's conception of the world. Paladin: London, 1973.
Smith, C.; Carey, S.; Wiser, M. Cognition, 1984, 21, 177.
Lawson, A. E.; Weser, J. Annual Conference of the National Association for Research in Science Teaching, San Francicso. April, 1989.
IInhelder, B.; Piaget, J. The growth of logical thinking, Routledge & Kegan Paul Ltd., 1958.
Renner, J. W.; Abraham, M. R. J. of Res. in Sci. Teaching, 1990, 27, 35.

상세보기
Novak, J. D. A Theory of education, Cornell University press, 1977.
Lee, S. J.; Park, I. W. Sci. Gifted Educ., 2012, 4, 79.
Lee, S. D.; Min, H. J.; Paik, S. H. Teacher Educ. Res. 2012, 51(2), 153.
Hecht, E. Physics: calculus, Thomson, 1996.
Ruggiero, S.; Cartelli, A.; Dupre, F.; Vicentini-Missoni, M. Europ. J. Sci. Educ. 1985, 7, 181.

상세보기
Palmer, D. J. Sci. Educ. 2001, 23, 691.

상세보기
Lee, M. W.; Kwon, S. M.; Kim, K. S.; Lee, H. N.; Chae, K. P.; Kwak, Y. J.; Kang, C. H.; Ha, Y. K.; Jo, H. S.; Jo. E. M.; Kwon, Y. J.; Lee, I. S.; Kim, D. J. Middle school science 2; Kumsung: Seoul, 2014.
Lee, J. S.' Song, S. J.; Hong, J. E.; Kim, H. S.; Park, Y. O.; Jung, D. H.; Im, H.; Park, K. T.; Park, M. S.; Kim, S. H.; Park, S. Y.; Lee, S. Y. Middle school science 2; Donga publishing: Seoul, 2014.
Park, H. S.; Jung, D. Y.; Sin, H. S.; Kim, J. H.; Huh, S. I.; Jo. S. I.; Yoo, J. N.; Lee, H. W.; Kim, J. Y.; Lee, S. J.; Choi, B. S.; Kang, S. C.; Oh, S. H. Middle school science 2; Kyohaksa: Seoul, 2014.
Shadish, W. R.; Cook, T. D.; Campbell, D. T. Experimental and quasi-experimental designs for generalized causal inference, Mifflin and Company, 2002.
Song, G. L. Master Thesis, Korea National University of Education, 2016.
Kim, E. Y. Kor. J. Early Childhood Educ. 2012, 32, 236.
Baik, E. J.; Song, E. Y. J. Kor. Open Ass. Early Childhood Educ. 2009, 14, 155.
Lee, J. H.; Kim, S. Y. Kor. J. Early Childhood Educ. 2003, 23, 169.
Jo, B. K.; Paik, S. H.; Lee, E. J. Kor. J. Early Childhood Educ. 2005, 25, 59.
Jo, B. K.; Lee, E. J. Kor. J. Early Childhood Educ. 2011, 31, 481.

상세보기
Kim, I. Y.; Kim, J. N. J. Sci. Edu. 2012, 36, 369.
Cohen, J. Statistical power analysis for the behavioral sciences, 2nd ed., Hillsdale, 1988.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증