이 연구에서는 산과염기의 화학반응에 대한 학습발달을 논리 사고 발달단계에 근거하여 제시하고, 그 타당성을 알아보고자 하였다. 이를 위하여 전국의 7개 지역, 9개의 초등, 중등, 고등학교에서 387명을 편의표집하였다. 이 연구에서 개발한 설문지는 총 9문항이었으며, 산과 염기 반응물과 생성물을 제시하고 이 물질들이 어떻게 변화할지에 대한 자신의 생각을 그림으로 표현하고 그 이유를 적도록 구성하였다. 상황 맥락은 한 종류의 용질이 용매에 녹는 상황과 두 종류의 용질이 용매에 녹는 상황 등으로 구분하였다. 이 연구에서는 물질보존 논리, 조합 논리, 비례 논리, 입자 개수 보존 논리를 조합하여 총 6단계의 학습발달을 가정하였다. 자료를 분석하여 Rasch 모델로 Person reliability, Item reliability, MNSQ와 ZSTD의 Infit와 Outfit값을 구한 결과, 본 연구에서 가설적으로 제안한 논리 사고 학습발달단계가 타당함을 확인하였다. 자료의 분석 결과, 중학교 2학년까지는 낮은 단계의 사고가 저학년에서 더 우세하였다. 그리고 높은 단계의 사고(2단계에서 5단계)가 상대적으로 고학년에서 우세한 것으로 나타났다. 그러나 고등학교 3학년(Grade 12)에서 높은 단계의 사고가 급격하게 감소하였다. 그리고 가장 마지막 단계인 5단계의 사고는 모든 학년에서 매우 낮았으며, 학생들의 비율이 가장 높은 학년은 중학교 3학년으로 나타났다. 이러한 특이한 연구 결과에 대한 해석은 교과서의 서술 방식과 관련된 추후 연구 과제로 제안하였다.
이 연구에서는 산과 염기의 화학반응에 대한 학습발달을 논리 사고 발달단계에 근거하여 제시하고, 그 타당성을 알아보고자 하였다. 이를 위하여 전국의 7개 지역, 9개의 초등, 중등, 고등학교에서 387명을 편의표집하였다. 이 연구에서 개발한 설문지는 총 9문항이었으며, 산과 염기 반응물과 생성물을 제시하고 이 물질들이 어떻게 변화할지에 대한 자신의 생각을 그림으로 표현하고 그 이유를 적도록 구성하였다. 상황 맥락은 한 종류의 용질이 용매에 녹는 상황과 두 종류의 용질이 용매에 녹는 상황 등으로 구분하였다. 이 연구에서는 물질보존 논리, 조합 논리, 비례 논리, 입자 개수 보존 논리를 조합하여 총 6단계의 학습발달을 가정하였다. 자료를 분석하여 Rasch 모델로 Person reliability, Item reliability, MNSQ와 ZSTD의 Infit와 Outfit값을 구한 결과, 본 연구에서 가설적으로 제안한 논리 사고 학습발달단계가 타당함을 확인하였다. 자료의 분석 결과, 중학교 2학년까지는 낮은 단계의 사고가 저학년에서 더 우세하였다. 그리고 높은 단계의 사고(2단계에서 5단계)가 상대적으로 고학년에서 우세한 것으로 나타났다. 그러나 고등학교 3학년(Grade 12)에서 높은 단계의 사고가 급격하게 감소하였다. 그리고 가장 마지막 단계인 5단계의 사고는 모든 학년에서 매우 낮았으며, 학생들의 비율이 가장 높은 학년은 중학교 3학년으로 나타났다. 이러한 특이한 연구 결과에 대한 해석은 교과서의 서술 방식과 관련된 추후 연구 과제로 제안하였다.
The purpose of this study was to explore the learning progression of logical thinking in acid and base chemical reactions and to evaluate its validity. For this purpose, we collected 387 participants in 9 schools of elementary, middle and high schools nationwide. The questionnaire developed in this ...
The purpose of this study was to explore the learning progression of logical thinking in acid and base chemical reactions and to evaluate its validity. For this purpose, we collected 387 participants in 9 schools of elementary, middle and high schools nationwide. The questionnaire developed in this study was composed of nine items. The questionnaire presented the acid and base reactants and products, and the students pictured their thoughts on how these substances change, and answered the reasons of their thoughts. Situation contexts of the questionnaire were divided into two groups: one kind of solute dissolved in a solvent, and two kinds of solute dissolved in a solvent. In this study, six levels of learning progression were assumed by combining material conservation logic, combination logic, proportion logic, and particle number conservation logic. By analyzing the data, Infit and Outfit values of Person reliability, Item reliability, MNSQ and ZSTD were obtained from the Rasch model. As a result of the analysis of data, it was found that lower levels of learning progression prevailed up to the younger grade students till $8^{th}$ grade. The higher levels of learning progression(Level 2~Level 5) prevailed up to the older grade students. However, higher levels of learning progression dropped sharply in Grade 12. The 5 level of learning progression was very low in all grades, and $9^{th}$ grade had highest percentage of students belonging to the 5 level. Interpretation of these unusual results suggests a future research related to explanation differences of textbooks.
The purpose of this study was to explore the learning progression of logical thinking in acid and base chemical reactions and to evaluate its validity. For this purpose, we collected 387 participants in 9 schools of elementary, middle and high schools nationwide. The questionnaire developed in this study was composed of nine items. The questionnaire presented the acid and base reactants and products, and the students pictured their thoughts on how these substances change, and answered the reasons of their thoughts. Situation contexts of the questionnaire were divided into two groups: one kind of solute dissolved in a solvent, and two kinds of solute dissolved in a solvent. In this study, six levels of learning progression were assumed by combining material conservation logic, combination logic, proportion logic, and particle number conservation logic. By analyzing the data, Infit and Outfit values of Person reliability, Item reliability, MNSQ and ZSTD were obtained from the Rasch model. As a result of the analysis of data, it was found that lower levels of learning progression prevailed up to the younger grade students till $8^{th}$ grade. The higher levels of learning progression(Level 2~Level 5) prevailed up to the older grade students. However, higher levels of learning progression dropped sharply in Grade 12. The 5 level of learning progression was very low in all grades, and $9^{th}$ grade had highest percentage of students belonging to the 5 level. Interpretation of these unusual results suggests a future research related to explanation differences of textbooks.
58 학습발달단계를 정교화하는 가장 도전적인 노력은 학습발달단계의 순서와 수준을 결정하고, 학습발달 단계에 의해 정의된 구조가 서로 관련되어 있는지에 대해 확인하는 과정이다.56이 연구에는 지금까지 이루어진 산과 염기개념에 관련된 학생들의 학습발달 연구를 토대로 보다 체계적으로 평가도구를 개발하고, 이러한 검증 과정을 통해 산과 염기에 대한 학생들의 학습발달 과정에 대한 특성을 알아보고자 한다. 특히 본 연구에서는 화학반응에 대한 학생들의 입자에 대한 논리 사고의 수준을 살펴보고자 하였다.
가설 설정
본 연구의 입자에 대한 논리 사고의 학습발달단계를 산과 염기 반응이라는 상황에 국한하여 진행하였다. 하지만 현재 화학 교육과정에서는 산과 염기 반응 외에도 다양한 화학반응을 제시하고 있다.
제안 방법
본 연구에서는 산과 염기 반응에 관련된 논리 사고의 학습발달단계를 초, 중, 고등학생에 걸쳐 조사하였다. 이를 위하여 화학반응 전과 후의 입자에 대한 논리 사고로 보존 논리, 조합 논리, 비례 논리를 추출하였으며, 보존 논리는 물질 보존과 입자 개수 보존으로 구분하고, 개수 보존 논리는 비례 논리와 연계된 높은 수준의 논리로 판단하였다. 이러한 논리 사고의 학습발달의 단계를 고려하여 제안한 0~5단계의 학습발달수준은 person reliability, item reliability, MNSQ 및 Wright map을 통해 적합한 것으로 판정되었다.
화학반응에서 입자에 대한 논리 사고(Logical Thinking)의 학습발달단계를 알아보기 위한 설문지를 만들기 위하여 선행연구들에서 제시하는 논리 사고의 요소를 알아보고, 산과 염기 반응을 이해하는데 필요한 논리 사고의 구성요소를 ‘보존 논리’, ‘조합 논리’, ‘비례 논리’의 세 가지로 추출하였다. 산과 염기 반응은 원자들의 종류와 개수는 보존되면서 서로 결합하거나 해리되는 비율이 강산과 강염기, 약산과 약염기에 따라 달라진다.
대상 데이터
따라서 연구 대상 학생들은 가능한 여러 지역의 많은 학교에서 선정하였다. 선정된 학교들은 서울, 울산, 대전, 세종, 충남, 충북, 전남이었으며, 대상 학년은 초등학교 5학년에서 고등학교 3학년까지였다.
설문 대상은 전국의 7개 지역, 9개 학교의 초, 중, 고등학생을 편의표집(convenience sampling)하였다. 약 40~50분이 소요되는 본 연구의 개방형 설문지 작성시간을 고려했을 때, 무선 표집된 학교에 투입하면 학생들에게 의미 있는 자료를 얻기 어렵다고 판단되었기 때문에, 이 연구에 참여한 연구자들과 래포(rapport)를 형성한 담당교사가 연구의 취지를 이해하고 참여한 학교를 대상으로 연구 대상 학생에게 설문조사를 실시하였다.
데이터처리
에 따라 유목화(categorizing), 코딩(coding), 심화 코딩의 절차에 따라 분석되었다. 연구자가 설문 답변의 패턴을 탐색하여 1차로 유목화한 후에 코딩하였고, 과학교육 전문가 2인, 화학교육 박사과정 2인과 함께 유목화와 코딩의 타당성을 검토하였다.
화학반응에서 입자의 논리 사고에 대한 학생들의 설문 조사 결과는 질적 자료의 일반적인 분석법63에 따라 유목화(categorizing), 코딩(coding), 심화 코딩의 절차에 따라 분석되었다. 연구자가 설문 답변의 패턴을 탐색하여 1차로 유목화한 후에 코딩하였고, 과학교육 전문가 2인, 화학교육 박사과정 2인과 함께 유목화와 코딩의 타당성을 검토하였다.
이론/모형
그 결과를 바탕으로 다시 유목을 정교화하여 재코딩을 거친 후 타당성을 검토하였으며, 이러한 과정은 새로운 유목이 발견되지 않을 때까지 반복되었다. 이후에 Rasch 모델을 이용하여 Person reliability, Item reliability, MNSQ와 ZSTD의 Infit와 Outfit값을 찾고, 화학반응에서 입자의 논리 사고에 대한 학습발달 단계를 정교화하였다.
성능/효과
이 연구 결과로부터 학생들이 산과 염기의 화학반응을 학습하는 과정에서 입자의 개수 보존 논리에 대한 사고와 비례 논리에 대한 사고를 물질 보존 논리나 조합 논리에 관련된 사고보다 어려워한다는 점을 확인할 수 있었다. 일반적으로 피아제의 인지발달 단계 중 구체적 조작기의 사고에 해당하는 보존 논리는 형식적 조작기의 사고에 해당하는 조합 논리나 비례 논리에 비해 더 낮은 수준의 사고로 판단할 수 있다.
이러한 노력 없이 자연발생적인 인지 성장만으로 학생들의 학습발달을 기대하는 것은 학생들의 잠재력을 길러주는 데에 한계가 있기 때문이다. 이 연구를 통해 중학교 3학년의 교육 환경은 고등학교 1, 2, 3학년에 제공된 교육 환경보다 5단계의 학습 역량을 발달시키는 데에 효과적일 수 있을 가능성을 확인하였다. 따라서 앞으로 어떤 교육 환경을 제공함으로써 학생들이 더 높은 단계의 논리 사고 학습발달을 이룰 수 있는 지에 대한 연구가 진행될 필요가 있다.
이 연구에서는 가장 높은 5단계의 사고를 하는 비율이 중학교 3학년에서 가장 높았다. 이에 대해서는 여러 가지 잠정적 가설이 가능한데, 그 중 하나는 대부분의 중학교 3학년 과학교과서에서 입자 모형을 중심으로 산과 염기 모델에 대한 개념 학습을 제시하고 있다는 점이다.
이를 위하여 화학반응 전과 후의 입자에 대한 논리 사고로 보존 논리, 조합 논리, 비례 논리를 추출하였으며, 보존 논리는 물질 보존과 입자 개수 보존으로 구분하고, 개수 보존 논리는 비례 논리와 연계된 높은 수준의 논리로 판단하였다. 이러한 논리 사고의 학습발달의 단계를 고려하여 제안한 0~5단계의 학습발달수준은 person reliability, item reliability, MNSQ 및 Wright map을 통해 적합한 것으로 판정되었다.
후속연구
하지만 현재 화학 교육과정에서는 산과 염기 반응 외에도 다양한 화학반응을 제시하고 있다. 따라서 학생들의 입자에 대한 논리 사고를 다양한 화학반응에 대하여 복합적으로 살펴 본다면, 이 연구에서 밝힌 입자에 대한 논리 사고의 학습 발달의 가정을 보다 확실하게 판단할 수 있을 것이다. 또한, 학습자의 학년별 논리 사고 학습발달단계가 반응의 유형에 따라 달라지는지에 대해서도 알아볼 수 있을 것이다.
이러한 상황 맥락적인 차이는 교재의 서술 방식의 문제와 함께 복합적으로 논의될 수 있는 가능성을 가진다. 뿐만 아니라 본 연구에서는 입자에 대한 학생들의 논리 사고에 대하여만 탐구하였지만, 추후 연구로써 입자에 대한 논리 사고 학습발달단계와 화학 개념의 이해 정도를 비교해 본다면 화학반응에 대한 학습의 어려움에 대한 이유를 보다 정확하게 판단하고 문제를 해결하기 위한 방안을 찾는데 큰 도움을 줄 수 있을 것이다.
이 연구에서 찾은 결과를 토대로 고등학교에서 화학반응식과 함께 구체적인 입자의 수 및 종류의 보존이나 조합과 비례 논리를 고려한 표현을 강화하는 것의 중요성을 인식할 필요가 있다. 특히 화학반응을 설명할 때 비록 고학년이라고 하더라도 여러 가지 수준의 표상을 동시에 다룰 필요가 있으며, 이러한 방식을 통해 학생들이 화학반응에 관련된 논리 사고의 발달이 잘 이루어진다면, 화학반응에 관련된 학습의 어려움이 일부 해결될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
화학에 대한 학생들의 오개념을 유발하는 요인에는 어떤 것들이 있는가?
Tümay9 에 따르면, 화학 교육계에서는 그동안 학생들의 오개념을 파악하는데 주의를 기울였지만, 학습의 어려움을 이끄는 화학 영역 특수성을 결정하는 것에는 주의를 거의 기울이지 않았다. 예를 들어 많은 연구10−14에서 학습자의 선개념, 일상적 경험, 과학용어와 일상용어의 혼동, 교과서의 잘못된 표현 등에 대한 문제가 화학에 대한 학생들의 오개념을 유발한다고 제안하였다. 그러나 이러한 연구들은 우리에게 왜 특정한 오개념이 일어나는지를 이해하고, 이러한 점을 교수법에 적용하기 위한 명료한 메커니즘을 제공해 주지 않는다.
Mean-Square fit (MNSQ)은 무엇인가?
Rasch 모델에서 제공되는 문항적합도 값인 Mean-Square fit (MNSQ)는 실제 피험자의 응답반응과 Rasch 모델에 의해 기대되는 피험자 반응이 일어날 확률값의 차이를 비교하여 문항의 적합성을 제시하는 지표이다. 64 개발된 검사 도구에 의한 평정척도는 0.
화학반응에서 입자의 논리 사고에 대한 학생들의 설문 조사 결과에 대한 분석은 어떻게 진행 되었는가?
화학반응에서 입자의 논리 사고에 대한 학생들의 설문 조사 결과는 질적 자료의 일반적인 분석법63에 따라 유목화(categorizing), 코딩(coding), 심화 코딩의 절차에 따라 분석되었다. 연구자가 설문 답변의 패턴을 탐색하여 1차로 유목화한 후에 코딩하였고, 과학교육 전문가 2인, 화학교육 박사과정 2인과 함께 유목화와 코딩의 타당성을 검토 하였다.
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