이 연구의 목적은 과학 행동 체계를 통해 초등학생들이 물의 순환 개념을 쉽게 이해할 수 있도록 시각화하는 것이다. 일반적으로 초등학생들이 물의 순환 개념을 이해하기란 쉽지 않으며, 대부분의 초등학생들은 구름이 더 무겁기 때문에 비가 내리는 것의 과학적 개념이 아닌 오개념을 가지고 있다. 또한 현행 교과서의 실험들은 연결성이 낮고 물의 순환 개념들이 세분화되어 올바른 과학적 개념을 형성하는데 어려움을 줄 가능성이 비교적 높다. 따라서 이 연구에서는 교과서 내 이슬, 안개 및 구름 등의 실험들을 통합하여 물의 순환 개념에 대한 시스템적 사고가 가능하도록 물의 순환 시스템 장치와 이를 활용한 교수 학습 프로그램을 개발하였다. 또한 준실험 설계를 통해 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업 프로그램의 효과성을 알아보았다. 그 결과, 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업은 증발, 응결, 그리고 물 순환의 개념을 시스템적으로 이해하는데 이전의 실험들보다 더 효과적이라는 것을 보여 주었다. 또한 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업에서 가장 효과적인 실험 조건과 최적의 실험변수인 응결량의 매개변수를 분석할 수 있었다.
이 연구의 목적은 과학 행동 체계를 통해 초등학생들이 물의 순환 개념을 쉽게 이해할 수 있도록 시각화하는 것이다. 일반적으로 초등학생들이 물의 순환 개념을 이해하기란 쉽지 않으며, 대부분의 초등학생들은 구름이 더 무겁기 때문에 비가 내리는 것의 과학적 개념이 아닌 오개념을 가지고 있다. 또한 현행 교과서의 실험들은 연결성이 낮고 물의 순환 개념들이 세분화되어 올바른 과학적 개념을 형성하는데 어려움을 줄 가능성이 비교적 높다. 따라서 이 연구에서는 교과서 내 이슬, 안개 및 구름 등의 실험들을 통합하여 물의 순환 개념에 대한 시스템적 사고가 가능하도록 물의 순환 시스템 장치와 이를 활용한 교수 학습 프로그램을 개발하였다. 또한 준실험 설계를 통해 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업 프로그램의 효과성을 알아보았다. 그 결과, 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업은 증발, 응결, 그리고 물 순환의 개념을 시스템적으로 이해하는데 이전의 실험들보다 더 효과적이라는 것을 보여 주었다. 또한 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업에서 가장 효과적인 실험 조건과 최적의 실험변수인 응결량의 매개변수를 분석할 수 있었다.
The purpose of the study is to visualize the concept of water circulation in elementary school students through science behavioral system. Elementary school students found it difficult to understand concepts related to the water cycle. Most of the elementary school children think it rains because th...
The purpose of the study is to visualize the concept of water circulation in elementary school students through science behavioral system. Elementary school students found it difficult to understand concepts related to the water cycle. Most of the elementary school children think it rains because the clouds are heavier. It is most difficult to explain invisible concepts to elementary school children. Also, experiments in current textbooks are likely to disrupt scientific concepts. Accordingly, conventional water cycle, dew, fog, and cloud experiments were integrated into one system. The researchers then developed a device that allowed students to see the water's circulation at a glance. It is intended to enable integrated thinking on evaporation, condensation and precipitation. In addition, a instruction program to guide students using the system has been developed to demonstrate its effectiveness. Employing a quasi-experimental design, the participants were measured on their concepts of evaporation, condensation, and water circulation before and after participation. The findings indicated that the experiment is more effective in changing the concepts of evaporation, condensation, and water circulation than in previous experiments. Also, the optimal conditions for making use of the device were found, and there were no various experimental parameters, such as condensation.
The purpose of the study is to visualize the concept of water circulation in elementary school students through science behavioral system. Elementary school students found it difficult to understand concepts related to the water cycle. Most of the elementary school children think it rains because the clouds are heavier. It is most difficult to explain invisible concepts to elementary school children. Also, experiments in current textbooks are likely to disrupt scientific concepts. Accordingly, conventional water cycle, dew, fog, and cloud experiments were integrated into one system. The researchers then developed a device that allowed students to see the water's circulation at a glance. It is intended to enable integrated thinking on evaporation, condensation and precipitation. In addition, a instruction program to guide students using the system has been developed to demonstrate its effectiveness. Employing a quasi-experimental design, the participants were measured on their concepts of evaporation, condensation, and water circulation before and after participation. The findings indicated that the experiment is more effective in changing the concepts of evaporation, condensation, and water circulation than in previous experiments. Also, the optimal conditions for making use of the device were found, and there were no various experimental parameters, such as condensation.
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문제 정의
따라서 이 연구에서는 교과서 내 이슬, 안개 및 구름 등의 실험들을 통합하여 물의 순환 개념에 대한 시스템적 사고가 가능하도록 물의 순환 시스템 장치와 이를 활용한 교수·학습 프로그램을 개발하였다.
따라서 이 연구의 목적은 학생들이 직관적으로 물의 순환 과정을 한 눈에 확인 수 있는 시스템을 개발하여, 증발·응결·강수에 대해 통합적인 사고를 가능하게 하고자 하는 것이다.
따라서 이 연구에서는 교과서 내 이슬, 안개 및 구름 등의 실험들을 통합하여 물의 순환 개념에 대한 시스템적 사고가 가능하도록 물의 순환 시스템 장치와 이를 활용한 교수·학습 프로그램을 개발하였다. 또한 준실험 설계를 통해 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업 프로그램의 효과성을 알아보았다. 그 결과, 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업은 증발, 응결, 그리고 물 순환의 개념을 시스템적으로 이해하는데 이전의 실험들보다 더 효과적이라는 것을 보여 주었다.
마지막으로 이 연구에서는 물의 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램에 대한 효과성을 검증하였다. 즉 통제반은 정규 교육과정에 따른 일반적인 과학수업을 실시하고 실험반은 이 연구에서 개발한 물의 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램의 과학 수업을 실시하였으며, 검사지를 통해 수업 전후의 물의 순환 시스템에 대한 학생들의 개념 변화 정도를 알아보았다.
마지막으로 이렇게 개발된 물의 순환 시스템 장치를 활용한 교수·학습 프로그램을 실제 현장에 적용하여 이에 대한 효과성을 검증하고자 하였다.
이 연구는 학생들이 물의 순환 시스템을 이해할 수 있도록 물의 순환 시스템 장치와 이를 활용한 수업프로그램을 개발하였다. 따라서 이 연구의 대상은 중부지역 D초등학교 5학년 2개반 중에서 연구자들의 자발적인 참여 의사를 확인한 총 50명을 대상으로 물의 순환 개념을 알아보는 증발, 응결, 안개·구름 및 비가 내리는 과정의 총 4개 유형의 검사지를 투입하였으며, 각 검사항목에 대해 학생들이 물 순환 개념에 대해 서술하거나 그림으로 응답하는 방식(Johnson & Reynolds, 2005)으로 자료를 수집하였다.
이 연구의 목적은 과학 행동 체계를 통해 초등학생들이 물의 순환 개념을 쉽게 이해할 수 있도록 시각화하는 것이다. 일반적으로 초등학생들이 물의 순환 개념을 이해하기란 쉽지 않으며, 대부분의 초등학생들은 구름이 더 무겁기 때문에 비가 내리는 것의 과학적 개념이 아닌 오개념을 가지고 있다.
이 연구의 목적은 학생들이 직관적으로 물의 순환 과정을 한 눈에 볼 수 있는 시스템을 개발하여, 증발·응결·강수에 대해 통합적인 사고를 가능하게 하고자 하는 것으로, 물의 순환과 관련하여 교과서에 제시되어있는 실험들을 하나의 시스템 내에서 실험이 가능하도록 물의 순환 시스템 장치를 개발하고, 이렇게 개발된 물의 순환 시스템 장치를 활용하여 학생들을 지도할 수 있는 교수·학습 프로그램을 개발하고, 개발한 프로그램을 학생들에 적용하여 그 효과성을 검증하는 것이다.
즉 물의 순환과 관련하여 교과서에 제시되어있는 실험들을 하나의 시스템 내에서 실험이 가능하도록 물의 순환 시스템 장치를 개발하고, 이렇게 개발된 물의 순환 시스템 장치를 활용하여 학생들을 지도할 수 있는 교수·학습 프로그램을 개발하는 것이다.
제안 방법
셋째, 제작 후 실험을 통해 내벽에 김서림 발생 문제점들을 발견하고 이를 보완, 발전시킬 수 있는 2차 실험 장치를 제작하였다. 2차 실험 장치에는 물의 순환 뿐 아니라 물의 상태 변화, 기상과 관련한 다양한 실험들을 눈으로 볼 수 있도록 구현하였다. 넷째, 2차 실험 장치에 대한 과학교육 및 기상 관련 전문가들의 의견을 통해 개발 장치를 보완하였으며, 추가적으로 개발 장치의 편리성과 가시적 현상의 정밀화를 위해 3차 최종 물 순환 시스템 실험 장치를 개발하였다.
즉 통제반은 정규 교육과정에 따른 일반적인 과학수업을 실시하고 실험반은 이 연구에서 개발한 물의 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램의 과학 수업을 실시하였으며, 검사지를 통해 수업 전후의 물의 순환 시스템에 대한 학생들의 개념 변화 정도를 알아보았다. 검사지의 투입 시기는 2016년 10월부터 2017년 3월이며, 검사지에 답한 내용 중 자세한 대답을 필요로 하는 학생에게는 개별적으로 면담을 실시하였다.
2차 실험 장치에는 물의 순환 뿐 아니라 물의 상태 변화, 기상과 관련한 다양한 실험들을 눈으로 볼 수 있도록 구현하였다. 넷째, 2차 실험 장치에 대한 과학교육 및 기상 관련 전문가들의 의견을 통해 개발 장치를 보완하였으며, 추가적으로 개발 장치의 편리성과 가시적 현상의 정밀화를 위해 3차 최종 물 순환 시스템 실험 장치를 개발하였다. 다섯째, 개발된 물 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램을 개발하였다.
넷째, 2차 실험 장치에 대한 과학교육 및 기상 관련 전문가들의 의견을 통해 개발 장치를 보완하였으며, 추가적으로 개발 장치의 편리성과 가시적 현상의 정밀화를 위해 3차 최종 물 순환 시스템 실험 장치를 개발하였다. 다섯째, 개발된 물 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램을 개발하였다. 또한 최종 개발된 물 순환 시스템 실험 장치와 이를 활용한 수업프로그램의 적합성을 알아보기 위해 전문가에 의한 타당도를 거쳐 최종 프로그램을 개발하였다.
즉 물의 순환 시스템에 대한 학생들의 개념을 알아보기 위해 ‘물의 순환’에 대한 수업을 실시하기 전에 실험반·통제반 모두 사전검사를 실시하였다. 다음으로 통제반은 정규 교육과정에 따른 과학수업을, 실험반은 이 연구에서 개발한 물의 순환 시스템 장치를 활용한 과학수업을 실시하였다. 수업 후 실험반·통제반에 사후검사를 실시하여 학생들의 물의 순환에 관한 개념 변화 정도를 알아보았다.
첫째, 2009 개정 교육과정과 2015 개정 교육과정을 포함하여 물의 순환 과정을 배울 수 있는 교구나 장치가 있는지를 문헌연구와 선행연구 및 교과서를 통해 조사하였다. 둘째, 물의 순환 시스템 실험 장치를 제작하는 계획을 수립한 후 물의 순환을 나타낼 수 있는 1차 실험 장치를 제작하였다. 셋째, 제작 후 실험을 통해 내벽에 김서림 발생 문제점들을 발견하고 이를 보완, 발전시킬 수 있는 2차 실험 장치를 제작하였다.
즉 2009 개정교육과정에서는 구름 발생 장치를 제외한 물의 순환 개념들에 관한 실험이 가능하도록 하였으며, 2015 개정교육과정에서는 과학과를 포함하여 사회과에서도 물의 순환 개념들에 관한 실험이 가능하도록 하였다. 따라서 이 연구에서는 2009 개정교육과정을 토대로 물의 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램을 개발하였다(Appendix 1). 수업프로그램은 총 6차시 분량과 학습지, 그리고 PPT 자료로 구성되었으며, 학생들이 증발, 응결, 안개·구름 및 비가 내리는 과정의 물의 순환과 관련된 개념을 수업할 수 있도록 구성하였다.
즉 선수학습으로 3학년 1학기 ‘우리 생활과 물질’, 3학년 2학기 ‘액체와 기체의 부피’를 기본 개념으로 학습하고 물의 순환과 관련된 직접적인 개념 학습은 4학년 2학기부터 학습하도록 구성되어 있다. 또한 물의 순환과 관련된 개념 이해를 위한 실험으로는 4학년 2학기 증발, 끓음, 응결 실험을 통해 물의 상태변화에 대한 개념을 지도하도록 구성되었고, 5학년 2학기에 이슬과 안개 실험, 구름 발생 실험, 해풍과 육풍에 대해 알아보도록 구성되어있다. 특히 4학년 2학기에 제시된 증발 실험은 2개의 비커에 같은 양의 물을 넣고 한 개의 비커에는 랩을 씌워 밀폐하고, 다른 비커는 밀폐하지 않고 물의 증발 양을 비교하는 실험으로 구성되어 있고, 물이 끓을 때의 상태변화 실험은 삼각플라스크에 열을 가하여 물이 끓을 때의 변화를 관찰하는 실험으로 구성되어 있다.
특히 2009 개정교육과정에서는 제7차 과학과 교육과정에서 제시되어 있었던 ‘물의 여행’ 단원이 사라지고, 5학년의 비와 눈에 대해서는 어떠한 실험도 나와 있지 않고 간단하게 구름이 무거워져 지표면에 나타나는 현상이라는 개념적 설명으로만 정의하고 있다. 또한 물의 순환과 관련된 개념들을 지도하기 위한 구체적인 방안의 실험들과 각 실험들 간의 연계성이 없이 제시하였다. 즉 같은 개념을 설명하기 위해 다양한 실험기구들로 실험을 전개하여 학생들은 유사 개념을 개별 개념으로 인지하도록 구성되어 있으며, 학생들이 물의 순환 개념들을 위계에 따라 연계하는데 어려움을 주고 있다.
다섯째, 개발된 물 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램을 개발하였다. 또한 최종 개발된 물 순환 시스템 실험 장치와 이를 활용한 수업프로그램의 적합성을 알아보기 위해 전문가에 의한 타당도를 거쳐 최종 프로그램을 개발하였다. 마지막으로 물의 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램을 과학수업에 적용하였고, 이에 대한 효과성을 확인하였다.
또한 최종 개발된 물 순환 시스템 실험 장치와 이를 활용한 수업프로그램의 적합성을 알아보기 위해 전문가에 의한 타당도를 거쳐 최종 프로그램을 개발하였다. 마지막으로 물의 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램을 과학수업에 적용하였고, 이에 대한 효과성을 확인하였다.
둘째, 물의 순환 시스템 실험 장치를 제작하는 계획을 수립한 후 물의 순환을 나타낼 수 있는 1차 실험 장치를 제작하였다. 셋째, 제작 후 실험을 통해 내벽에 김서림 발생 문제점들을 발견하고 이를 보완, 발전시킬 수 있는 2차 실험 장치를 제작하였다. 2차 실험 장치에는 물의 순환 뿐 아니라 물의 상태 변화, 기상과 관련한 다양한 실험들을 눈으로 볼 수 있도록 구현하였다.
수업 후 실험반·통제반에 사후검사를 실시하여 학생들의 물의 순환에 관한 개념 변화 정도를 알아보았다.
수업프로그램은 총 6차시 분량과 학습지, 그리고 PPT 자료로 구성되었으며, 학생들이 증발, 응결, 안개·구름 및 비가 내리는 과정의 물의 순환과 관련된 개념을 수업할 수 있도록 구성하였다.
이 연구에서 개발한 물의 순환 시스템 실험 장치는 2009, 2015 개정 교육과정 과학과에서 제시하고 있는 물의 순환 개념의 실험이 모두 가능하도록 제작하였으며, 개발한 물의 순환 시스템 실험 장치를 효율적으로 활용하여 수업을 진행할 수 있도록 수업프로그램을 제작하였다. 특히 2009, 2015 개정교육과정을 비교·분석하여 물의 순환 시스템 실험 장치를 활용하여 지도 가능한 영역 및 내용을 추출하였다.
이 연구에서 사용한 검사지는 증발, 응결, 안개· 구름, 비가 내리는 과정에 대한 학생들의 개념을 알아보는 검사지로 총 4가지의 검사지를 활용하여 자료를 수집하고 분석하였다.
즉 물의 순환 시스템에 대한 학생들의 개념을 알아보기 위해 ‘물의 순환’에 대한 수업을 실시하기 전에 실험반·통제반 모두 사전검사를 실시하였다.
즉 증발, 응결, 안개· 구름, 비가 내리는 과정에 대한 학생들의 물 순환 시스템에 대한 개념을 알아보기 위해 김진법(2003) 과 윤재화(2001)가 SPACE Project 보고서에서 인용하여 사용한 검사 도구를 이 연구의 목적에 맞게 수정·보완하였다.
마지막으로 이 연구에서는 물의 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램에 대한 효과성을 검증하였다. 즉 통제반은 정규 교육과정에 따른 일반적인 과학수업을 실시하고 실험반은 이 연구에서 개발한 물의 순환 시스템 실험 장치를 활용한 수업프로그램의 과학 수업을 실시하였으며, 검사지를 통해 수업 전후의 물의 순환 시스템에 대한 학생들의 개념 변화 정도를 알아보았다. 검사지의 투입 시기는 2016년 10월부터 2017년 3월이며, 검사지에 답한 내용 중 자세한 대답을 필요로 하는 학생에게는 개별적으로 면담을 실시하였다.
1). 첫째, 2009 개정 교육과정과 2015 개정 교육과정을 포함하여 물의 순환 과정을 배울 수 있는 교구나 장치가 있는지를 문헌연구와 선행연구 및 교과서를 통해 조사하였다. 둘째, 물의 순환 시스템 실험 장치를 제작하는 계획을 수립한 후 물의 순환을 나타낼 수 있는 1차 실험 장치를 제작하였다.
특히 2009, 2015 개정교육과정을 비교·분석하여 물의 순환 시스템 실험 장치를 활용하여 지도 가능한 영역 및 내용을 추출하였다.
또한 물의 순환과 관련된 개념 이해를 위한 실험으로는 4학년 2학기 증발, 끓음, 응결 실험을 통해 물의 상태변화에 대한 개념을 지도하도록 구성되었고, 5학년 2학기에 이슬과 안개 실험, 구름 발생 실험, 해풍과 육풍에 대해 알아보도록 구성되어있다. 특히 4학년 2학기에 제시된 증발 실험은 2개의 비커에 같은 양의 물을 넣고 한 개의 비커에는 랩을 씌워 밀폐하고, 다른 비커는 밀폐하지 않고 물의 증발 양을 비교하는 실험으로 구성되어 있고, 물이 끓을 때의 상태변화 실험은 삼각플라스크에 열을 가하여 물이 끓을 때의 변화를 관찰하는 실험으로 구성되어 있다. 응결 실험은 차가운 음료수를 공기 중에 놓아 공기 중의 수증기가 응결되는 과정을 살펴보고 전자저울을 통해 응결된 물들이 공기 중에 있었다는 것을 알도록 실험을 제시하고 있다.
대상 데이터
따라서 이 연구의 대상은 중부지역 D초등학교 5학년 2개반 중에서 연구자들의 자발적인 참여 의사를 확인한 총 50명을 대상으로 물의 순환 개념을 알아보는 증발, 응결, 안개·구름 및 비가 내리는 과정의 총 4개 유형의 검사지를 투입하였으며, 각 검사항목에 대해 학생들이 물 순환 개념에 대해 서술하거나 그림으로 응답하는 방식(Johnson & Reynolds, 2005)으로 자료를 수집하였다.
이 연구의 참여 대상은 5학년 2개 반을 대상으로 1개 반 25명을 실험반으로, 다른 1개 반 25명을 통제반으로 실험을 설계하였다. 이 연구의 실험설계는 다음과 같다.
이론/모형
수업 후 실험반·통제반에 사후검사를 실시하여 학생들의 물의 순환에 관한 개념 변화 정도를 알아보았다. 따라서 이 연구에서는 Shadish(2002)의 준실험설계(quasi-experimental design)에 따라 연구를 설계하였다(Fig. 2).
성능/효과
이는 교과서 실험과 개발된 교구의 유사성 때문으로 사료된다. 각 개념들을 통합하여 사고할 수 있는 물의 순환 개념에서는 개념에 대한 지속성 효과를 확인할 수 있었다. 다섯째, 물의 순환 시스템 장치의 수업프로그램은 실제 수업 시 바로 적용이 가능하고, 교사 및 학생들의 이해를 도울 수 있다.
또한 준실험 설계를 통해 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업 프로그램의 효과성을 알아보았다. 그 결과, 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업은 증발, 응결, 그리고 물 순환의 개념을 시스템적으로 이해하는데 이전의 실험들보다 더 효과적이라는 것을 보여 주었다. 또한 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업에서 가장 효과적인 실험 조건과 최적의 실험변수인 응결량의 매개변수를 분석할 수 있었다.
또한 실험 장치의 외부 온도가 30℃가 이상이 되면 증발하는 곳과 응결하는 곳의 온도 차이가 20℃ 미만이기 때문에 실험 결과 관찰에 어려움이 야기될 수 있다. 넷째, 물의 순환 시스템 장치는 증발관련 개념(증발과정, 증발요인)과 지속성(증발요인)에 효과가 있었다. 그리고 응결관련 개념(응결과정)과 지속성(응결과정, 응결요인)에도 효과가 있었다.
각 개념들을 통합하여 사고할 수 있는 물의 순환 개념에서는 개념에 대한 지속성 효과를 확인할 수 있었다. 다섯째, 물의 순환 시스템 장치의 수업프로그램은 실제 수업 시 바로 적용이 가능하고, 교사 및 학생들의 이해를 도울 수 있다. 따라서 물의 순환 시스템 장치는 2015 개정 교육과정에서 ‘물의 여행’ 도입에 따른 실험 기구로 활용 가능성이 높고 학생들의 오개념 감소와 통합적 사고능력을 신장시킬 수 있다.
첫째, 2009 개정교육과정에 서는 증발과 끓음을 별도의 실험으로 제시하여 물의 상태변화에 대해 다른 현상으로 인지하도록 구성되어 있는 단점이 있으며, 기화와 응결로 인해 물이 순환하는 과정의 내용이 삭제되어 학생들이 개념을 확장할 시킬 수 있는 내용이 없다. 둘째, 2009 개정교육과정의 비와 눈이 내리는 과정은 구름이 무거워져 지표면의 온도에 따라 나타나는 현상으로 물의 순환에 대한 내용 일부만 제시되었고, 실험 과정이 없어 단편적 사실만 지도하여 오히려 아이들이 오개념을 더 쉽게 가질 수 밖에 없다. 또한 구름 발생은 구름 발생 장치를 사용하여 초등학생들이 이해하기 어려운 단열압축과 단열팽창에 대한 내용을 암묵적으로 지도하도록 구성되어 있어 학생들의 발달 수준에 적합하지 않은 내용이 교과서에 제시되어 있다.
첫째, 물의 순환 시스템 장치는 교과서에 제시되어 있는 단절된 실험들을 하나의 실험기구를 사용하여 시스템 내에서 구현함으로서, 융합적 사고를 함양하고 오개념을 감소시킬 수 있다. 둘째, 물의 순환 시스템 장치는 물의 순환 개념 이외에 열의 이동, 바람 및 대류 현상 등의 부가적인 실험이 가능하다. 셋째, 물의 순환 시스템 장치는 물의 온도에 따라 공기중의 수증기 분포모습, 온도에 따른 물의 증발량 , 내벽에 습기가 생기는 시간, 시간에 따른 떨어지는 물의 응결양이 결정된다.
따라서 이 연구에서 개발한 물의 순환 시스템 장치가 통계적으로는 유의미한 차이를 나타내지는 않았지만, 학생들의 안개 개념에 대한 지속성에는 효과가 있는 것으로 나타났다. Fig.
따라서 이러한 결과가 의미하듯, 비가 내리는 과정에 대한 이해는 물의 순환에 대한 개념들의 상호작용과 이들의 피드백 효과를 고려해야하는 지구 시스템적 사고로(McNamara, 1998; 서정욱 등), 물의 순환 시스템의 장치를 활용한 수업이 학생들로 하여금 비가 내리는 과정 즉, 물이 증발하여 물방울이 맺히고 다시 물로 이동하는 물의 상태변화 과정을 직접 실험을 통해 확인하게 함으로써 학생들의 물의 순환에 대한 개념을 정확하게 이해시키는데 도움을 주었을 것으로 사료된다. 이는 물의 상태변 화에 따른 입자적 분자개념을 적용한 수업전략이 초등학생의 공기와 물의 순환 개념 획득에 효과적이었다는 이근연(2001)의 연구결과와 같은 맥락이라 할 수 있다.
그 결과, 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업은 증발, 응결, 그리고 물 순환의 개념을 시스템적으로 이해하는데 이전의 실험들보다 더 효과적이라는 것을 보여 주었다. 또한 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업에서 가장 효과적인 실험 조건과 최적의 실험변수인 응결량의 매개변수를 분석할 수 있었다.
둘째, 물의 순환 시스템 장치는 물의 순환 개념 이외에 열의 이동, 바람 및 대류 현상 등의 부가적인 실험이 가능하다. 셋째, 물의 순환 시스템 장치는 물의 온도에 따라 공기중의 수증기 분포모습, 온도에 따른 물의 증발량 , 내벽에 습기가 생기는 시간, 시간에 따른 떨어지는 물의 응결양이 결정된다. 이를 통해 80℃의 온도로 15분간 가열하였을 때 가장 최적화된 실험 결과를 관찰할 수 있다.
즉, 개발한 교구가 안개·구름 개념 형성에는 효과가 없으나, 안개·구름 개념을 기억하는 지속성에서는 효과가 있었던 것으로 판단된다.
증발 요인에 대한 학생들의 개념은 실험반·통제반 모두 상승한 것으로 나타났다.
따라서 이 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, 물의 순환 시스템 장치는 교과서에 제시되어 있는 단절된 실험들을 하나의 실험기구를 사용하여 시스템 내에서 구현함으로서, 융합적 사고를 함양하고 오개념을 감소시킬 수 있다. 둘째, 물의 순환 시스템 장치는 물의 순환 개념 이외에 열의 이동, 바람 및 대류 현상 등의 부가적인 실험이 가능하다.
첫째, 물의 순환 시스템 장치를 활용한 수업은 학생들의 물의 순환 개념에서 의미 있는 차이가 나타나고 있는가?
그러나 항온·항습을 26℃, 72%로 조절하고 실험한 것이므로 다른 환경에서는 차이가 나타날 수 있다. 효율적인 실험 결과를 관찰하기 위해서는 증발하는 곳과 응결하는 곳의 온도 차이가 최소 20℃ 이상 차이가 나고, 10분 이상 20분 미만의 시간동안 가열해야 뚜렷한 실험 결과를 관찰할 수 있다. 또한 실험 장치의 외부 온도가 30℃가 이상이 되면 증발하는 곳과 응결하는 곳의 온도 차이가 20℃ 미만이기 때문에 실험 결과 관찰에 어려움이 야기될 수 있다.
후속연구
실험의 수준을 심화, 발전시켜 중·고등학교 과학과 교육과정에도 적용 할 수 있는 실험내용을 개발하고 장치의 기능을 추가하면 폭 넓은 수준의 실험 장치가 될 것이다. 둘째, 이 연구에서 개발한 물의 순환 시스템 장치는 물을 가열함으로 나타날 수 있는 자연 현상을 구현하였으나 다른 물질들을 장치 안에 넣어 결과를 이끌어 낼 수 있는 실험으로도 확장할 수 있다. 일례로 실험 장치 안에 먼지를 넣고 순환을 시키며 필터의 종류에 따른 정화 능력 테스트를 하거나 매연을 넣은 후 공기 정화에 필요한 조건 탐색 등 다양한 실험으로 접근이 가능하다.
일례로 실험 장치 안에 먼지를 넣고 순환을 시키며 필터의 종류에 따른 정화 능력 테스트를 하거나 매연을 넣은 후 공기 정화에 필요한 조건 탐색 등 다양한 실험으로 접근이 가능하다. 마지막으로 이 연구의 결과를 일반화하기에는 연구 대상의 수가 한정되어 있으므로 추후에 일반화를 위한 연구가 수행되어져야 할 것으로 사료된다.
실험의 수준을 심화, 발전시켜 중·고등학교 과학과 교육과정에도 적용 할 수 있는 실험내용을 개발하고 장치의 기능을 추가하면 폭 넓은 수준의 실험 장치가 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시스템 사고란 무엇인가?
최근 4차 산업혁명사회로의 변화 등은 더 복잡 해진 세계 속에서 인간으로 하여금 기존보다 훨씬 더 넓은 범위의 다양한 능력과 융합적 사고를 요구하고 있다(최계영, 2016). 따라서 과학 교과에서는 다양한 개념들의 상호작용과 이들의 피드백 효과를 고려하고 전체의 시스템을 단일 개체로 인식하고 그 특성을 파악하는 시스템 사고(Assaraf & Orion, 2010; Clark et al., 2012; Mayer, 1995)의 교육이 필요한 시점이다.
물의 순환 시스템은 2009 교육과정에서 어떻게 조직되어 있는가?
이와 관련하여 우리나라의 2009 개정 교육과정 과학과 3～4학년 군에서는 ‘물의 상태 변화’를, 5～6학년 군에서는 ‘날씨와 우리생활’ 단원에서 물의 순환 시스템에 대한 다양한 개념들을 지도하도록 구성하였다(교육과학기술부, 2011). 즉 2009 개정교육과정 내용 중 ‘물의 순환’에 관련된 개념을 분석해 본 결과, 증발, 끓음, 응결, 습도, 이슬, 안개, 구름, 비의 개념이 물의 순환 관련 개념으로 조직되어 있다. 즉 선수학습으로 3학년 1학기 ‘우리 생활과 물질’, 3학년 2학기 ‘액체와 기체의 부피’를 기본 개념으로 학습하고 물의 순환과 관련된 직접적인 개념 학습은 4학년 2학기부터 학습하도록 구성되어 있다.
시스템 사고의 교육은 누구에게 중요한 것인가?
시스템 사고의 교육은 과학을 교육과정상에서 처음으로 접하는 초등학생들에게 중요한 교육이다 (문병찬, 2014). 이와 관련하여 우리나라의 2009 개정 교육과정 과학과 3～4학년 군에서는 ‘물의 상태 변화’를, 5～6학년 군에서는 ‘날씨와 우리생활’ 단원에서 물의 순환 시스템에 대한 다양한 개념들을 지도하도록 구성하였다(교육과학기술부, 2011).
참고문헌 (24)
교육과학기술부(2011). 과학과 교육과정. 교육과학기술부 고시 제2011-361호 [별책 9].
안현복(2009). 초등학교 5학년 학생들의 물 순환 구성요소와 물 순환 과정에 대한 이해. 한국교원대학교 석사학위 논문.
윤재화(2001). 초등학교 학생들의 증발과 응결에 관한 개념변화 유형 조사 탐구. 서울교육대학교 석사학위 논문.
최계영(2016). 4차 산업혁명 시대의 변화상과 정책 시사점. KISDI 프리미엄 리포트, 정보통신정책연구원. 연구원.
Assaraf, O. & Orion, N. (2010). System thinking skills at the elementary level. Journal of research in science teaching, 47(5), 540-563.
Clark, J., Marks, J., Haden C., Bell, M., & Hungate, B. (2012). The Carbon cycle game: A regionally relevant activity to introduce climate change. Journal of National Earth Science Teachers Association, 28, 9-13.
Cohen, J. (1977). Statistical power analysis for behavioral sciences (revised ed.). New York: Academic Press.
Johnson, J. K. & Reynolds, S, J. (2005). Concept sketches-using student and instructor generated, annotated sketches for learning, teaching, and assessment in geology courses. Journal of geoscience education, 53(1), 85-95.
Kim, H. & Chae, D. H. (2016). The Development and Application of a STEAM Program Based on Traditional Korean Culture. 12(7), 1925-1936.
Osborne, R. J. & Cosgrove, M. M. (1983). Children's conceptions of the changes of state of water. Journal of research in science teaching, 20(9), 825-838.
McNamara, C. (1998). Applied systems thinking, Proceedings of the 42nd annual conference on systems sciences, In J. K. Allen, et al.(Eds.), International Society for the Systems Sciences, Atlanta, Georgia, USA, 1-26.
Shadish, W. R., Cook, T. D., & Campbell, D. T. (2002). Experimental and quasi experimental designs for generalized causal inference. Belmont, CA: Wadsworth.
Wolf, F. M. (1986). Meta-analysis: Quantitative Methods for Research Synthesis. Beverly Hills, CA: Sage.
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