[논문]뜨고 가라앉는 현상에 대한 과정적 관점 설명방식에 대한 교사들의 인식

김성기; 백성혜

doi:10.14697/jkase.2020.40.6.583

뜨고 가라앉는 현상에 대한 과정적 관점 설명방식에 대한 교사들의 인식
Teachers' Perceptions of Explanatory Method Based-on Process Viewpoint for Floating and Sinking Phenomena 원문보기

한국과학교육학회지 = Journal of the Korean association for science education, v.40 no.6, 2020년, pp.583 - 594

김성기 (한국교육과정평가원) , 백성혜 (한국교원대학교)

초록
AI-Helper

본 연구는 기존의 밀도라는 개념은 현상에 대한 원인자를 제공하는데 한계점이 있으며, 부력이라는 개념은 많은 오개념을 갖고 있고 정량적 계산을 이해하기 위해 지나치게 어려운 개념이 필요함에 문제를 제기하여 지레의 원리를 적용한 과정적 관점의 새로운 설명방식을 제안하였다. 새로운 설명방식은 중력이라는 근본원리와 과정적 관점이 드러나도록 지레라는 가시적 도구를 활용하여 제안되었다. 연구결과, 교사들은 많은 대안개념에 머물러 있었으며 밀도가 중력과 관련됨을 인식하는 교사는 절반이상 되지 않았다. 뿐만 아니라 이 현상을 물질적 관점으로 이해하면서 관점과 불일치하게 인식하였으나 수업처치 후 유의미한 개념 변화를 하였다(p<.000). 또한, 기존의 설명방식에 비해 원리와 과정적 관점을 잘 인식할 수 있다는 평가를 하였다. 이를 통해 지레의 원리를 도입한 과정적 과점의 설명방식에 대한 교육적 가치를 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the existing concept of density has a limitation in providing the cause of phenomena, and the concept of buoyancy poses a problem because it has many misconceptions and requires an overly difficult concept to understand quantitative calculation, so we suggest an explaining method as process viewpoint introducing the principle of lever. The new method of explanation has been proposed using the lever as visual tool to reveal the gravity as the fundamental principle and process viewpoint. As a result, teachers stayed on many alternative concepts and less than half of the teachers were aware that density was related to gravity. In addition, they recognized it as matter viewpoints, but there is a meaningful conceptual change after intervention(p<.000). Also, they evaluated that the new method is better able to recognize the principle and process viewpoint than the existing description method. Through this, we can confirm the educational value of explaining method as process viewpoint introducing the principle of lever.

주제어

표/그림 (12)

그림 Figure 1. Two ontological categories of scientific concepts
그림 Figure 2. Visualization of sinking and floating phenomena using the lever
표 Table 1. Expression of Archimedes' discovery of crown using the lever
그림 Figure 3. Buoyancy change of floating object
그림 Figure 4. Explanatory procedure based-on process viewpoint using the lever
표 Table 2. The characteristics of the participants(N=33)
표 Table 3. Questionnaire of teachers' perception about floating and sinking phenomena
표 Table 4. Scoring by partial credit model
표 Table 5. Teacher's responses according to the items
표 Table 6. The results of paired-samples t-test
표 Table 7. Comparison of teacher responses by major in item 12
표 Table 8. Teachers' evaluation about new explanation

AI 본문요약
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문제 정의

이후 연구자는 Chi et al.(1994)이 주장한 물질적 관점과 과정적 관점을 명시적으로 소개하였으며, 본 연구에서 다루는 ‘뜨고 가라앉는 현상’은 어떠한 관점으로 다루어져야 하는지 생각해보도록 하였다. 이후 과정적 관점으로 이 현상을 설명하기 위해서 학생들을 위한 가시적 도구인 지레를 도입하였으며 앞에서 설명한 Figure 2, 3, 4와 Table 1을 이용하여 새로운 접근을 소개하였다.
프로그램이 투입된 초기에 먼저 1번 문항의 답변을 발표하면서 자신의 생각과 다른 교사들의 생각을 공유하게 하였다. 그러면서 밀도라는 과학적 개념이 왜 뜨고 가라앉는 현상을 설명할 수 있는지에 대한 원리를 고민하도록 하였다. 이후 연구자는 Chi et al.
하지만 지금까지의 밀도나 부력을 이용한 전통적인 설명방식은 이러한 관점을 보여주는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 관점을 명시적으로 드러낼 수 있는 과정적 관점의 새로운 설명방식을 제안하고자 한다. 이렇게 새롭게 제안된 설명방식에 대한 평가는 이를 가르치는 과학 교사들을 대상으로 그들의 개념 변화와 기존의 설명방식과 비교한 그들의 평가로 나누어 진행되었다.
또한, 부력이 중력과 관련됨을 보여주기는 하였으나, 이에 따라 부력이 아래 방향으로 작용한다는 대안개념을 심어주지 않기 위해 유체에 작용하는 아래 방향의 중력은 지레에서 상대편 물체가 느끼기에는 반대 방향인 위 방향으로 작용함을 안내할 필요가 있다. 본 연구는 과정적 관점의 새로운 설명방식에 대해 과학 교사를 대상으로 개념 변화와 이를 지도하는 교사 입장에서 기존 설명방식과 비교한 평가를 중심으로 새로운 설명방식의 교육적 가치를 탐색하였다. 차후 연구에서는 학생을 대상으로 실제 과학적 개념에 어떠한 변화가 발생하는지를 알아보는 연구가 진행될 필요가 있다.
본 연구는 기존의 밀도라는 개념은 현상의 원인자를 제공하는데 한계점이 있으며, 부력이라는 개념은 많은 오개념을 갖고 있고 정량적 계산을 이해하기 위해 지나치게 어려운 개념이 필요함에 문제를 제기하여 밀도와 부력의 개념을 연계한 과정적 관점의 새로운 설명방식을 제안하였다. 이 새로운 설명방식은 먼저 중력이라는 이 현상의원인 자를 보여주어야 하며, 물질 그 자체로 이 현상을 설명하기보다는 물질과 그것과 상호작용하는 유체를 함께 고려하는 과정적 관점으로 다루어져야 한다.
본 연구는 뜨거나 가라앉는 현상에 초점을 두어 과정적 관점의 설명방식을 새로 제안하였다. 앞에서 말했듯이 과학의 많은 개념이 과정적 관점에 해당하나 학생들은 이를 물질적 관점으로 인식하여 견고한 오개념을 형성하는 여러 과학개념들이 있다.
이를 위해 먼저 교사들의 이 현상을 어떻게 인식하는지에 대한 실태를 조사하였고, 밀도와 부력의 개념을 연계한 과정적 관점의 설명방식을 투입한 후 교사들의 개념 변화를 알아보았다. 뿐만 아니라 새로운 방식이 기존의 방식과 비교하였을 때 어떠한지를 평가하도록 하였다.
연구자: 선생님들이 말한 바와 같이 이 접근이 부력이 아래 방향이라는 오개념을 준다는 점이나 유체역학을 이용한 설명 방식이 더 정확하게 설명할 수 있다는 점에 대해서 어떻게 생각하세요?
이 설문지는 정답을 맞힌 개수보다는 그 현상을 어느 과학 수준에서 설명하는지에 대한 단계를 진단하도록 개발되었다. 설명 수준에 대해 4단계 만점에서 사전검사는 평균 3.
이후 프로그램 말미에 교사들은 작성한 자신의 평가를 발표하였으며, 발표한 내용을 토대로 연구자가 추가적인 질문을 하여 교사의 평가를 심층적으로 이해하고자 하였다. 프로그램 종료 후, 발표한 내용을 토대로 수합된 응답지는 일차적으로 장단점으로 분류하였다.
2013; Havu-Nuutinen, 2005; Leuchter & Saalbach, 2014; Radovanović & Sliško, 2013; Spyrtou, Zoupidis, & Kariotoglou, 2008; Yin & Tomita, 2008; Yin, 2012). 지금까지는 이러한 대표적인 대안개념들의 원인이 학생들의 인지 수준 때문이라는 잠정적 가설이 지배적이었으나, 이 연구에서는 기존의 두 가지 설명방식이 가지는 한계점에 초점을 두어 기존의 설명방식을 점검하고, 새로운 설명방식을 통해 이 개념을 가르칠 교사들부터 인식의 전환이 이루어질 수 있음을 확인하고자 하였다. 선행연구(Kim, Kim, & Paik, 2017)를 통해 연구자들은 중력과 밀도를 연계한 설명방식이 고등학교 2학년 학생들의 이해에 영향을 미쳤음을 밝혔다.

가설 설정

가장 먼저 밀도 차를 이용한 현상의 설명 방식은 물체가 유체에 완전히 잠겨있다는 가정함이 필요함을 언급한다. 이후, 물에 물체를 완전히 잠김에 따라서 수면이 올라가게 되며, 이렇게 늘어난 부피는 물체의 부피와 동일함을 보여준다.
부력과 밀도의 관계를 가시적으로 보여준다. 밀도를 이용하는 설명은 물체가 떠 있는 경우에도 물체가 완전히 유체에 잠겼다고 가정하고, 물체의 부피와 유체의 동일한 부피를 고려하여 물체의 무게와 유체의 무게를 비교한 것이다. 그러나 이렇게 단순화하게 되면 물체의 특성인 밀도에 초점을 두게 되어서 같은 물체라도 물속에 얼마나 잠겼는지에 따라 부력이 달라진다는 것을 이해하는데 방해가 될 수 있다.
즉, 떠오르는 과정을 설명하는 경우와 현상을 바로 설명하는 경우로 나눌 수 있다. 첫째로, 떠오르는 과정을 설명하는 경우는 밀도 차의 설명과 동일하게 먼저 물체가 물에 완전히 잠겨있다는 것을 가정함을 설명해 준다. 물에 물체가 잠기면서 수면이 올라가게 되며, 이렇게 늘어난 부피는 물체의 부피와 동일함을 보여준다.

제안 방법

과정적 관점의 설명방식을 이용하여 뜨거나 가라앉는 현상에 대한 수업을 경험한 후 과학 교사들은 기존의 밀도와 부력을 이용한 전통적인 설명방식과 비교하여 본 연구에서 제안한 새로운 설명방식을 Table 8과 같이 평가하였다.
단일집단 전후비교 설계를 이용하여 교사의 개념 변화를 알아보았다. 개념 변화 측정 도구로 뜨거나 가라앉는 현상에 대해 측정 도구를 개발한 Paik et al.
이후 프로그램 투입 전에 풀었던 문항 2∼4번을 본 연구에서 제안한 방식을 이용하여 설명하도록 하면서 새로운 설명방식의 가치를 평가하도록 하였다. 때문에 이 검사지로 사후검사를 진행하는 것은 무리가 있다고 판단되어 교사의 개념변화는 다른 측정도구를 활용하였다.
, 2008), 심지어 부력도 물질의 특성으로 인식하기도 한다. 본 연구에서 제안한 방식은 지레라는 가시적 도구를 이용하여 항상 두 물체의 중력을 비교하도록 도와주고 있다. 그러므로 이 현상을 항상 과정적 관점 중심으로 인식하도록 도와줄 수 있다.
본 연구에서 표상화 도구로 지레를 선정하였다. 지레를 본 연구에서 표상화의 도구로 선정한 이유는 실제 이 도구를 발견한 아르키메데스의 일화에서 찾을 수 있다.
4개 문항에 교사들의 응답은 과학적 개념과 비과학적 개념으로 일차적으로 나누었다. 비과학적 개념의 경우 답변별로 그 유형을 나누었으며, 교사들이 비과학적 개념으로 답변한 이유를 개방형 설문지를 통해 해석하였다.
새로운 설명방식을 교사에게 전달한 후, 기존 설명방식과 비교하여 새로운 설명방식의 가치를 알아보기 위해 과학 교사들에게 개방형 설문으로 새로운 설명방식의 장단점을 기록하도록 요구하였다. 이후 프로그램 말미에 교사들은 작성한 자신의 평가를 발표하였으며, 발표한 내용을 토대로 연구자가 추가적인 질문을 하여 교사의 평가를 심층적으로 이해하고자 하였다.
(2017)의 연구가 활용되었다. 이 검사지로 사전검사를 한 후에 연구자들이 고안한 설명방식을 2시간가량 소개하고, 일주일 후 사후검사를 사전검사와 동일한 설문지로 실시하였다. 이 검사 도구는 이 현상에 대한 학습발달단계를 분석하는 것으로 0단계부터 4단계로 응답을 분류한다.
이 새로운 설명방식은 먼저 중력이라는 이 현상의원인 자를 보여주어야 하며, 물질 그 자체로 이 현상을 설명하기보다는 물질과 그것과 상호작용하는 유체를 함께 고려하는 과정적 관점으로 다루어져야 한다. 이 두 가지 내용을 포함하기 위한 가시적 도구로 본 연구에서는 지레를 이용한 방식을 제안하였으며, 이 방식은 기존의 부력과 밀도의 설명방식을 하나로 연계한 방식임을 보였다. 이 새로운 설명방식에 대한 교육적 효과를 교사의 개념 변화와 새로운 접근에 대한 교사의 평가로 나누어 종합적 판단을 진행하였다.
이 두 가지 내용을 포함하기 위한 가시적 도구로 본 연구에서는 지레를 이용한 방식을 제안하였으며, 이 방식은 기존의 부력과 밀도의 설명방식을 하나로 연계한 방식임을 보였다. 이 새로운 설명방식에 대한 교육적 효과를 교사의 개념 변화와 새로운 접근에 대한 교사의 평가로 나누어 종합적 판단을 진행하였다. 이를 위해 먼저 교사들의 이 현상을 어떻게 인식하는지에 대한 실태를 조사하였고, 밀도와 부력의 개념을 연계한 과정적 관점의 설명방식을 투입한 후 교사들의 개념 변화를 알아보았다.
이 연구에서 제안한 설명 방식은 밀도와 부력을 이용한 설명방식의 차이를 구분할 수 있도록 도와준다. 밀도 차를 이용한 설명 방식은 유체와 물체의 밀도 값만 안다면, 매우 쉽게 뜨고 가라앉는 현상을 판단할 수 있다.
따라서 본 연구에서는 이러한 관점을 명시적으로 드러낼 수 있는 과정적 관점의 새로운 설명방식을 제안하고자 한다. 이렇게 새롭게 제안된 설명방식에 대한 평가는 이를 가르치는 과학 교사들을 대상으로 그들의 개념 변화와 기존의 설명방식과 비교한 그들의 평가로 나누어 진행되었다. 본 연구의 결과는 기존의 전통적으로 다루어지는 교과서의 설명방식에서 탈피하여 관점과 일치한 설명방식을 제공한다는 점에서 가치가 있다.
이 새로운 설명방식에 대한 교육적 효과를 교사의 개념 변화와 새로운 접근에 대한 교사의 평가로 나누어 종합적 판단을 진행하였다. 이를 위해 먼저 교사들의 이 현상을 어떻게 인식하는지에 대한 실태를 조사하였고, 밀도와 부력의 개념을 연계한 과정적 관점의 설명방식을 투입한 후 교사들의 개념 변화를 알아보았다. 뿐만 아니라 새로운 방식이 기존의 방식과 비교하였을 때 어떠한지를 평가하도록 하였다.
이후 장점과단점별로 유사한 문장을 묶는 작업을 진행하였다. 이를 토대로 교사들의 새로운 설명방식에 대한 평가를 종합적으로 판단하였다. 또한, 교사들이 장단점을 기록할 때 2개 이상의 의견을 제출한 경우 모두 빈도에 포함하여 계산하였기 때문에 전체 빈도는 설문에 응답한 교사의 전체 수와 일치하지 않을 수 있다.
이후 과정적 관점으로 이 현상을 설명하기 위해서 학생들을 위한 가시적 도구인 지레를 도입하였으며 앞에서 설명한 Figure 2, 3, 4와 Table 1을 이용하여 새로운 접근을 소개하였다. 이후 프로그램 투입 전에 풀었던 문항 2∼4번을 본 연구에서 제안한 방식을 이용하여 설명하도록 하면서 새로운 설명방식의 가치를 평가하도록 하였다. 때문에 이 검사지로 사후검사를 진행하는 것은 무리가 있다고 판단되어 교사의 개념변화는 다른 측정도구를 활용하였다.
중학교 1학년 때는 ‘여러가지 힘’에서 부력을 다루면서 이 현상을 정성적으로 다룬다. 중학교 2학년 ‘물질의 특성’ 에서 밀도를 배운 후 밀도를 이용하여 뜨거나 가라앉는 현상을 설명하고, 이를 이용하여 혼합물을 분리하는 것을 배운다. 중학교 때는 물리와 화학 영역에서 이를 모두 다루고 있으나, 부력을 학습한 후 2학년 물질의 특성을 다룰 때 부력과 밀도를 연계하여 이 현상을 다루고 있지는 않다(Kim et al.
이 변화는 비단 화학 교사에 국한되지 않을 것이다. 중학교 2학년 물질의 특성을 배운 후, 물질의 밀도를 이용하여 이 현상을 설명한다. 하지만 이 현상을 다루는 중학교 교과서 어디에서도 이 현상을 중력과 관련하여 설명하지 않는다.
이후 프로그램 말미에 교사들은 작성한 자신의 평가를 발표하였으며, 발표한 내용을 토대로 연구자가 추가적인 질문을 하여 교사의 평가를 심층적으로 이해하고자 하였다. 프로그램 종료 후, 발표한 내용을 토대로 수합된 응답지는 일차적으로 장단점으로 분류하였다. 이후 장점과단점별로 유사한 문장을 묶는 작업을 진행하였다.

대상 데이터

33명의 교사를 대상으로 뜨거나 가라앉는 현상에 대한 사고를 알아보는 설문을 진행하였다(Table 3). 문항은 뜨거나 가라앉는 현상을 설명하는 개념의 의미를 알아보는 내용과 오개념에 관련된 선행연구 (Kim & Kim, 2012; Kwon & Kown, 2000; Rhee & Lee, 2010; Yin, 2008)를 참고하여 1차 제작되었으며, 과학교육 박사 1인과 과학 교사 3인의 의견을 통해 최종적으로 확정하였다.
물체의 뜨고 가라앉는 현상에 관련된 내용은 초등학교부터 고등학교까지 다루기 때문에 이를 지도할 수 있는 모든 학교 급의 교사들을 대상으로 하였다. 이 연구에 참여한 대상자들은 우리나라 중부에 있는 사범대학의 교육대학원에 재학 중인 교사들이었다.
뿐만 상황에 따라 밀도와 부력의 개념을 달리 사용하였는데, 이방 식을 통해 두 설명방식을 통합적으로 설명할 수 있다는 장점을 드는 교사는 5명이었다. 이외에 학생의 흥미 유발에 좋다는 3명, 부력의 변화를 보여주는 데 유용함을 보여주는 교사는 2명이었다.
물리 전공의 교사의 경우 정답을 맞힌 개수는 사전검사에서 최소 14개 이상으로 높은 이해를 보이었던 반면에, 화학전공 교사는 11∼14개 사이를 보였다. 사후검사에서 물리 교사 전원이 정답을 맞혔으며, 화학 교사의 경우 2명의 교사가 14개를, 6명의 교사는 15개를 맞추었다.
이들은 ‘과학개념의 발달에 대한 이해’을 수강하는 교육대학원생이었으며, 대학원 수업의 일부로 아르키메데스의 발견과 관련된 부분에서 연구 프로그램을 투입하였다. 연구에 대한 취지를 소개한 후, 강좌를 수강하는 과학교사를 대상으로 연구 참여의 동의를 구하였다. 그 과정에서 전체 34명의 교사 중 물리교사 1명을 제외하고 모두 연구 참여에 동의하였다.
물체의 뜨고 가라앉는 현상에 관련된 내용은 초등학교부터 고등학교까지 다루기 때문에 이를 지도할 수 있는 모든 학교 급의 교사들을 대상으로 하였다. 이 연구에 참여한 대상자들은 우리나라 중부에 있는 사범대학의 교육대학원에 재학 중인 교사들이었다. 이들은 ‘과학개념의 발달에 대한 이해’을 수강하는 교육대학원생이었으며, 대학원 수업의 일부로 아르키메데스의 발견과 관련된 부분에서 연구 프로그램을 투입하였다.
이 연구에서 개발한 뜨고 가라앉는 현상을 설명하는 방식의 가치를 탐색하기 위해 초등학교 교사부터 중, 고등학교 과학교사까지 총 33명의 교사를 대상으로 개념 변화와 기존 설명방식과 비교한 평가를 진행하였다. 물체의 뜨고 가라앉는 현상에 관련된 내용은 초등학교부터 고등학교까지 다루기 때문에 이를 지도할 수 있는 모든 학교 급의 교사들을 대상으로 하였다.

데이터처리

822로 본 연구에 사용하기 적합한 문항으로 판정하였다. 두 채점방식의 결과에 대해 대응 표본 t 검증을 시행하여 통계적 유의성을 판단하였으며, 효과 크기로 Cohen의 d를 산출하였다. 이후 전후비교에 대한 심층적 의미를 파악하고자 프로그램 종료 후 인터뷰를 허락한 교사에 한하여 인터뷰가 진행되었다.

이론/모형

하나는 15개 문항 중 정답을 맞힌 문항의 수의 변화이며, 다른 하나는 현상에 대한 설명 수준을 학습발달단계에 맞게 채점된 단계의 변화이다. 설명 수준은 0∼4점의 부분 점수 평정법 (Partial credit model)으로 채점하였으며, Table 4에 채점 기준과 사례를 제시하였다. 문항에 대한 Cronbach α는 .

성능/효과

중력임을 보여줌을 꼽았다. 2번째로 많은 응답(N=10)은 학생들이 눈에 보이지 않기 때문에 부력이나 밀도라는 개념을 어려워하는데, 지레라는 가시적 도구를 사용함으로써 이를 가시적으로 보여줌에 따라 현상을 더 잘 이해할 수 있다고 평가하였다. 5명의 교사는 다소 복잡한 상황에 대한 적용에서 이 설명방식이 더 강력하다고 응답하였다.
4개 문항을 종합적으로 보았을 때 이 현상을 지도하는 상당수 많은 과학 교사들이 이 현상의 원인인 중력을 인식하지 못하고 있었으며, 이 현상을 과정적 관점으로 바라보기보다는 물질적 관점으로 바라보는 경향이 컸다. 또한, 부력과 밀도의 관계를 잘못 연결 짓는 교사도 많았다.
두 번째로 현상을 바로 설명한 경우는 물체가 완전히 잠긴 것이 아니라, 관찰된 현상과 동일한 부피만큼만 물에 잠긴 것에서 출발하는 차이가 있다. 잠긴 물체의 부피만큼 수면이 상승함에 따라 물이 위로 올라감을 설명한다.
물론 이 새로운 방식을 이해하기 위해서는 지레라는 도구와 부피, 질량, 중력이라는 개념에 대한 이해가 필요하다. 따라서 본 연구가 제안한 새로운 방식은 이러한 점을 충족시키기 위해 이러한 선행 개념이 확립된 중학교 1학년 이상에서 다루어지는 것이 타당하다. 또한, 부력의 방향에 대한 오개념을 염려한 교사가 있었는데, 연구자는 학생들이 부력이 중력과 관련됨을 인지하지 못하고 가상의 위 방향 힘으로 맹목적으로 외우는 것이 더욱더 문제가 있음을 지적하고 싶었다.
많은 연구(Ainsworth, Prain, & Tytler, 2011; Chittleborough & Treagust, 2007; Kozma & Russel, 2005; Lynch, 2006; Yoon, 2018)에서 시각적 표상을 통해 과학개념에 대한 이해를 증진될 수 있을 뿐만 아니라, 학생의 과학적 추론과 의사소통 능력이 증진될 수 있음을 주장하였다. 때문에 과정적 관점의 새로운 접근을 단순히 텍스트로 전달하기 보다는 표상화를 통해 전달하는 것이 보다 효과적임을 알 수 있었다.
새로운 설명방식을 투입한 후, 교사는 이 현상에 대한 이해의 수준이 통계적으로 높게 변화하였다. 또한, 교사들은 기존의 설명 방식이 중력이라는 원인자를 잘 보여주지 못한 반면이 연구에서 제안한 새로운 접근 그러한 원인자를 명시적으로 들어낼 뿐만 아니라 물체와 유체를 함께 고려하는 과정적 관점으로 인식하는데 유용함을 언급하였다.
본 연구에서 제안한 부력과 밀도를 연계한 과정적 관점의 설명방식을 통해 정답을 맞힌 문항 수와 설명수준 모두에서 통계적으로 유의한 상승을 보였으며, 효과크기는 각각 1.10, 1.13으로 매우 큰 효과 크기를 보였다. 비록 본 연구가 단일집단 전후비교 설계로 진행되었기 때문에, 연구 설계가 갖는 내적타당도의 위협에 따라 효과크기가 과다 추정될 수 있으나 1이상의 효과 크기는 프로그램의 효과로 해석될 수 있다(Kim, Choi, & Paik, 2019).
이렇게 새롭게 제안된 설명방식에 대한 평가는 이를 가르치는 과학 교사들을 대상으로 그들의 개념 변화와 기존의 설명방식과 비교한 그들의 평가로 나누어 진행되었다. 본 연구의 결과는 기존의 전통적으로 다루어지는 교과서의 설명방식에서 탈피하여 관점과 일치한 설명방식을 제공한다는 점에서 가치가 있다.
더불어, 본 연구에서는 유체역학을 이용한 정량적 수식을 사용하지 않고 지레를 이용한 표상화만 실시하였는데 Table 7의 화학교사 B의 사후검사 응답을 보면 지레를 이용하여 수식을 사용하지 않고 과학적으로 판단하는 모습을 보였다. 뿐만 아니라 화학 교사는 단순한 상황맥락에서는 밀도 차를 이용한 설명을 택했으나, 문항 12번과 같이 부력이 필요한 상황맥락에서는 본 연구에서 제시한 방법을 사용하는 모습을 보였다.
설명하는지에 대한 단계를 진단하도록 개발되었다. 설명 수준에 대해 4단계 만점에서 사전검사는 평균 3.40단계의 설명 수준을 보였으며, 사후검사는 평균 3.80단계의 설명 수준을 보였다. 사후검사가 사전검사와 비교해 더 높은 설명 수준을 보였으며, 이 변화 역시 통계적으로 유의미하였다(p<.
셋째로, 과학과 교육과정에 대한 검토가 필요함을 알 수 있었다. 2007 개정, 2009 개정, 2015 개정 교육과정 모두 중력이라는 과학적 개념은 중학교 1학년에서 다룬다.
연구 결과, 먼저 이 현상에 대해 교사들은 많은 대안개념에 머물러있었으며 밀도가 중력과 관련됨을 인식하는 교사는 절반이 되지 않았다. 그뿐만 아니라 이 현상을 물질적 관점으로 이해하면서 관점과 불일치하게 인식하였다.
종합해 보면 많은 교사가 본 연구에서 제안한 새로운 설명방식이 기존의 설명방식에 비해 현상의 이유를 더 잘 드러내며, 학생의 이해를 돕는 가시적 도구로 활용됨을 좋은 점으로 꼽았다. 물론 이 새로운 방식을 이해하기 위해서는 지레라는 도구와 부피, 질량, 중력이라는 개념에 대한 이해가 필요하다.
결론을 내릴 수 있다. 첫째, 밀도와 부력을 연계한 과정적 관점의 설명방식은 중력이라는 현상의 원인자를 전달하는데 도움을 줄 수 있다. 본 연구에서 이를 지도하는 과학교사조차도 절반 이상이 이 현상이 중력과 관련 있음을 인식하지 못했다.
선행연구(Kim, Kim, & Paik, 2017)를 통해 연구자들은 중력과 밀도를 연계한 설명방식이 고등학교 2학년 학생들의 이해에 영향을 미쳤음을 밝혔다. 특히 학생들은 물질의 특성개념으로 풀 수 있는 문항보다, 물과 물체의 상대적 무게에 관련된 복잡성이 증가한 문항에서 이해도가 높아짐을 확인할 수 있었다. 이를 통해 뜨고 가라앉는 자연 현상의 설명은 물질과 그 물질과 상호작용하는 매질(유체)을 동시에 고려해야 함을 알 수 있다.
그러한 교육이 화학에서 밀도차를 이용한 판정에 배제된 것은 문제가 될 수 있다. 하지만 본 연구에서 제안한 새로운 과정적 관점의 설명방식은 근본 원리를 이해하도록 도우며, 이를 통해 보다 복잡한 상황 맥락에서 이를 해결할 수 있도록 도와준다는 점에서 가치가 있다.
물론 동일한 질량에서 밀도가 작은 물체의 부피가 더 크기 때문에 부력은 더 크게 작용한다는 설명은 타당하나 화학교사 B는 이러한 관계도 잘못 찾는 모습을 보였다. 하지만, 본 연구에서 개발한 설명방식을 통해 부력이 물체가 유체에서 차지하는 부피와 관련이 있음을 인식하게 되었다. 더불어, 본 연구에서는 유체역학을 이용한 정량적 수식을 사용하지 않고 지레를 이용한 표상화만 실시하였는데 Table 7의 화학교사 B의 사후검사 응답을 보면 지레를 이용하여 수식을 사용하지 않고 과학적으로 판단하는 모습을 보였다.

후속연구

둘째, 본 연구가 제안한 방법은 물질 그 자체의 특성이 아니라 과정적 관점으로 이 현상을 이해하게 하는데 도움을 줄 수 있다. 이 현상에 대한 대표적인 오개념은 물체와 이를 둘러싼 유체를 동시에 바라보지 못하고 뜨거나 가라앉는 현상을 물질의 특성과 같은 물질적 관점으로 바라보는 것이다(Kim et al.
실험을 통해 Figure 6과 7에 제시된 일부 단계를 실제로 확인할 수 있다. 때문에 물체를 용수철저울에 매달아 물속에 담근 후 물체의 무게 가벼워지는 실험이나, 밀려난 물의 부피가 잠긴 물체의 부피와 동일하다는 실험 등처럼 현재 교과서에서 제시된 실험이 본 연구에서 제안한 설명방식과 함께 활용된다면 보다 학생들에게 도움을 줄 것으로 기대된다.
본 연구에서 제안한 설명방식은 강의식 수업이나 실험 수업 모두 활용될 수 있다. 실험을 통해 Figure 6과 7에 제시된 일부 단계를 실제로 확인할 수 있다.
앞에서 말했듯이 과학의 많은 개념이 과정적 관점에 해당하나 학생들은 이를 물질적 관점으로 인식하여 견고한 오개념을 형성하는 여러 과학개념들이 있다. 이러한 관점의 불일치 사례로 오개념이 많이 발생한 다른 과학적 개념에 대한 진단과 이에 따른 과정적 관점의 방식 제안 역시 추후에 연구될 필요가 있다.
본 연구는 과정적 관점의 새로운 설명방식에 대해 과학 교사를 대상으로 개념 변화와 이를 지도하는 교사 입장에서 기존 설명방식과 비교한 평가를 중심으로 새로운 설명방식의 교육적 가치를 탐색하였다. 차후 연구에서는 학생을 대상으로 실제 과학적 개념에 어떠한 변화가 발생하는지를 알아보는 연구가 진행될 필요가 있다.
하지만, 이를 제시하는 방법에서 부력에 대한 학생의 어려움을 개선한 새로운 방식을 도입한 것이 아니라 2007 개정 교육과정에서 제시한 방식을 그대로 차용한 점은 아쉬움이 있다. 특히, 기존교육 과정에서 학생의 어려움으로 배제된 부분이 다시 교육과정에 추가될 때는 기존의 설명방식을 개선한 방법이 필요하며, 그러한 의미에서 본 연구에서 제안한 방식의 도입 하나의 실마리가 될 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (37)

Ainsworth, S., Prain, V., & Tytler, R. (2011). Drawing to learn in science. Science, 333(6046), 1096-1097.

상세보기
Baik, E. J., & Song, E. Y. (2009). A study on children's conceptions of the objects' floating-and-Sinking phenomenon. The Journal of Korea Open Association for Early Childhood Education, 14(3), 155-176.
Butts, D. P., Hofman, H. M., & Anderson, M. (1993). Is hands-on experience enough? A study of young children's views of sinking and floating objects. Journal of Elementary Science Education, 5(1), 50.

상세보기
Chi, M. T. (2005). Commonsense conceptions of emergent processes: Why some misconceptions are robust. The Journal of the Learning Sciences, 14(2), 161-199.

상세보기
Chi, M. T., Slotta, J. D., & De Leeuw, N. (1994). From things to processes: A theory of conceptual change for learning science concepts. Learning and Instruction, 4(1), 27-43.

상세보기
Chittleborough, G., & Treagust, D. F. (2007). Correct interpretation of chemical diagrams requires transforming from one level of representation to another. Research in Science Education, 38(4), 463-482.

상세보기
Dentici, O. A., Grossi, M. G., Borghi, L., De Ambrosis, A., & Massara, C. I. (1984). Understanding floating: A study of children aged between six and eight years. European Journal of Science Education, 6(3), 235-243.

상세보기
Galilei, G. (1968). The Little Balance. McGraw-Hill.
Hadjiachilleos, S., Valanides, N., & Angeli, C. (2013). The impact of cognitive and affective aspects of cognitive conflict on learners' conceptual change about floating and sinking. Research in Science & Technological Education, 31(2), 133-152.

상세보기
Hardy, I., Jonen, A., Moller, K., & Stern, E. (2006). Effects of instructional support within constructivist learning environments for elementary school students' understanding of floating and sinking. Journal of Educational Psychology, 98(2), 307.

상세보기
Havu-Nuutinen, S. (2005). Examining young children's conceptual change process in floating and sinking from a social constructivist perspective. International Journal of Science Education, 27(3), 259-279.

상세보기
Howe, C. J. (2016). Conceptual structure in childhood and adolescence: The case of everyday physics. London: Routledge.
Kim, S. K., Kim, S. W., & Paik. S. H. (2017). The effect of explanation in conjunction with gravity and density on students' alternative conceptions for floating and sinking phenomena. Journal of the Korea Chemistry Society, 61(3), 112-121.
Kim, S. K., Park, C. Y., Choi, H., & Paik, S. H. (2017). An analysis of chemistry textbooks' and teachers' conceptions on Bronsted-Lowry acid-base. Journal of the Korea Chemistry Society, 61(2), 65-76.

원문보기 상세보기
Kim, S. K., Park, C. Y., Choi, H., & Paik. S. H. (2018). Evaluation of stated models for the floating and sinking phenomena in the chemical domain. Journal of the Korea Chemistry Society, 62(3), 226-234.
Kim, S., Choi, H., & Paik, S. H. (2019). Using a systems thinking approach and a scratch computer program to improve students' understanding of the Bronsted-Lowry acid-base model. Journal of Chemical Education, 96(12), 2926-2936.

상세보기
Kim, S., & Paik, S. H. (in press). Archimedes' balance approach applied to buoyant force. The Physics Teacher.
Kim, Y. Y., & Kim, J. N. (2012). Analysis of the middle school students' conceptions about buoyancy. Journal of Science Education, 36(2), 369-380.
Kozma, R., & Russell, J. (2005). Students becoming chemists: Developing representational competence. In J. K. Gilbert (Ed.), Visualizations in Science Education (pp. 121-146). Dordrecht, The Netherlands: Springer.
Kwon, D. H., & Kown, S. G. (2000). Elementary school students conceptions of buoyance related with cognitive levels. Journal of Korean Elementary Science Education, 19(1), 131-143.
Lee, H. C., & Lee, S. J. (2000). An investigation of elementary school teachers' conceptions on buoyancy. Journal of the Korean Association for Science Education, 19(1), 145-156.
Lee, S. H., & Paik, S. H. (2013). Suggestion for science Education through the analysis of Archimedes' creative problem solving process. Journal of the Korean Association for Science Education, 33(1), 30-45.

원문보기 상세보기
Leuchter, M., Saalbach, H., & Hardy, I. (2014). Designing science learning in the first years of schooling. An intervention study with sequenced learning material on the topic of 'floating and sinking'. International Journal of Science Education, 36(10), 1751-1771.

상세보기
Lynch, M. (2006). The production of scientific images: vision and re-vision in the history, philosophy, and sociology of science. In L Pauwels (Ed.), Visual cultures of science: rethinking representational practices in knowledge building and science communication (pp. 26-40). Lebanon, NH: Darthmouth College Press.
National Research Council. (2007). Taking science to school: Learning and teaching science in grades K-8. National Academies Press.
Paik, S. H. (2015). Understanding the relationship among Arrhenius, Bronsted-lowry, and Lewis theories. Journal of Chemical Education, 92(9), 1484-1489.

상세보기
Paik, S., Song, G., Kim, S., & Ha, M. (2017). Developing a four-level learning progression and assessment for the concept of buoyancy. Eurasia Journal of Mathematics Science and Technology Education, 13, 4965-4986.
Piaget (2005). The child's conception of physical causality. Oxon: Routledge.
Piaget, J., & Inhelder, B. (1974). The child's construction of physical quantities. London, England: Routledge and Kegan Paul.
Radovanovic, J., & Slisko, J. (2013). Applying a predict-observe-explain sequence in teaching of buoyant force. Physics Education, 48(1), 28.

상세보기
Rhee, J. S., & Lee, B. W. (2010). Analysis of elementary and secondary students' conceptions about buoyant force. New Physics: Sae Mulli, 60(2), 93-99.

상세보기
Skoumios, M. (2009). The Effect of sociocognitive conflict on students' dialogic argumentation about floating and sinking. International Journal of Environmental and Science Education, 4(4), 381-399.
Spyrtou, A., Zoupidis, A., & Kariotoglou, P. (2008). The design and development of an ICT-enhanced module concerning density as a property of materials applied in floating-sinking phenomena. Ιn: CP Constantinou & N. Papadouris. In Girep International Conference, Physics Curriculum Design, Development and Validation, Selected Papers (pp. 391-407).
Unal, S.,;Costu, B.; Problematic issue for students: Does it sink or float. In Asia-Pasific Forum on Science Learning and Teaching, 2005, 6, 1.
Yin, Y. (2012). Applying scientific principles to resolve student misconceptions. Science scope, 35(8), 48.

상세보기
Yin, Y., Tomita, M. K., & Shavelson, R. J. (2008). Diagnosing and dealing with student misconceptions: Floating and sinking. Science scope, 31(8), 34.

상세보기
Yoon, H. G. (2018). Development and validation of visual representation competence taxonomy. Journal of the Korean Association for Science Education, 38(2), 161-170.

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저자의 다른 논문 :

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].

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