[논문]초등학생의 계절 변화 개념 검사를 위한 도구 개발

노자헌; 손준호; 김종희

doi:10.15523/jksese.2020.13.1.74

초등학생의 계절 변화 개념 검사를 위한 도구 개발
Development of Tool for Examining Seasonal Change Concepts of Elementary School Students 원문보기

대한지구과학교육학회지 = Journal of the Korean society of earth science education, v.13 no.1, 2020년, pp.74 - 89

노자헌 (전남대학교) , 손준호 (태봉초등학교) , 김종희 (전남대학교)

초록
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이 연구의 목적은 신뢰도와 타당도가 확보된 계절 변화 개념 검사 도구를 개발하고 계절 변화 개념과 관련된 하위 개념과 오개념에 대하여 객관적으로 관찰하고 분석하여 변인 간의 관계를 설명하고자 하였다. 계절 변화 개념 검사 도구의 개발 과정은 검사 도구 개발 계획 수립, 검사 도구 초안 개발, 예비 검사 및 검사 도구 수정, 최종 검사 도구 개발, 본 검사 실시의 과정으로 이루어졌다. 개발된 검사 도구는 학생의 계절 변화 개념 형성 정도를 검사하고 개념 형성에 어려움이 있다면 그 원인이 무엇인지 분석하여 적절한 학습과 도움을 제공하는데 활용할 수 있다. 개발한 검사 도구를 이용하여 6학년 198명을 대상으로 한 회귀 분석 결과 선수학습개념의 이해정도와 오개념의 교정 정도는 계절 변화 단원에서 학습한 개념에 정적으로 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 특히 오개념이 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 평균 점수를 기준으로 절단점을 생성하여 구분한 두 구간 중 평균 점수 이상 구간 학생들은 오개념의 교정 정도가 유의미한 영향을 미쳤으며, 평균 점수 이하 구간 학생들은 선수학습개념의 이해정도가 유의미한 영향을 미쳤다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to develop a concept test tool for seasonal change with reliability and validity, and to objectively observe and analyze sub-concepts and misconceptions related to the concept of seasonal change to explain the relationship between variables. The development process of the conceptual change concept inspection tool consisted of the development of the inspection tool development plan, the development of the inspection tool draft, the modification of the preliminary inspection and inspection tools, the development of the final inspection tool, and the implementation of this inspection. The developed test tool can be used to provide students with appropriate learning and help by examining students' degree of seasonal change concept formation and analyzing the cause of the difficulty in concept formation. As a result of regression analysis of 198 students in 6th grade using the developed test tool, it was found that the understanding of pre-learning concept and correction of misconception had a statistically significant effect on the concept learned in the seasonal change unit, and misconception had greater effect. Correction of misconceptions had a significant effect on students above the average score among the two sections created and cut based on the average score, and on the students below the average score, the understanding of pre-learning concept had a significant effect.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Procedure of the study
표 Table 1. Examples of students' conception about seasonal change and categorization of conception
표 Table 2. The process of creating five categories of misconceptions based on the grounded theory methodology
표 Table 3. Key conceptions commonly assessed by prior research
그림 Fig. 2. Conceptual diagram of the seasonal change sub-conception
그림 Fig. 3. Conceptual diagram of the seasonal change misconception
표 Table 4. Correction of tool reflecting the opinion on the content validity index and the opinion
표 Table 5. Correction of tool reflecting the opinion on preliminary examination
표 Table 6. Constitutive factors and information of seasonal change concept examining tool
표 Table 7. The evaluation criteria for question 20
표 Table 8. Participants of main test 단위: n(%)
표 Table 9. Total discrimination for constituent factors
표 Table 10. Result of regression analysis of prerequisite learning concept, misconception for the concept learned in theseasonal change unit
표 Table 11. Visual binning result of test group 단위: n(%)
표 Table 12. Results of regression analysis of students who fall below the average score
그림 Fig. 4. Differences in explanation using linguistic explanations and pictures
표 Table 13. Results of regression analysis of students who fall above the average score

AI 본문요약
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문제 정의

개발된 도구의 본 검사 결과를 바탕으로 회귀 분 석(regression analysis)을 통해 선수학습개념과 오개념이 ‘계절의 변화’ 단원에서 학습한 개념에 미치는 영향력을 분석하여, 선수학습개념과 오개념이 본 학습에 미치는 영향력을 정량적으로 확인하고자 하였다.
계절의 변화’ 단원을 학습한 학생들을 대상으로 계절 변화 개념의 형성 정도를 검사하고 학생이 가지고 있는 선수학습개념과 오개념을 확인하는 것이다.
따라서 이 연구에서는 선행 검사 도구에서 보완할 점을 반영하여 학생의 계절 변화 개념을 확인할 수 있는 검사 도구를 개발하였다. ‘계절 변화 개념’은 ‘계절의 변화를 설명하는데 사용되는 개념들’이라는 개념적 정의를 바탕으로 계절 변화와 관련된 선수학습개념의 형성 정도와 오개념을 확인할 수 있는 문항들을 개발하여 계절 변화 개념 검사에 반영하고 양호도(신뢰도, 변별도, 난이도)를 검증하여 검사 도구의 신뢰성을 높였다.
이 연구의 목적은 신뢰도와 타당도가 확보된 계절 변화 개념 검사 도구를 개발하고 계절 변화 개념과 관련된 하위 개념과 오개념에 대하여 객관적으로 관찰 고 분석하여 변인 간의 관계를 설명하고자 한 것이다.

제안 방법

계절 변화 개념 검사 도구의 유형은 개 별 검사 형태의 자기 보고식 검사이고 인지적 영역의 평가를 위한 성취도 검사이다. 검사 도구 초안은 계절 변화에 대한 선수학습개념(8개), 오개념(8개), 계절 변화 단원에서 학습한 개념(10개)을 확인하는 문항으로 총 26문항을 개발하였다. 검사 도구 초안의 질적 분석을 위해 과학 교육 전문가 3명을 대상으로 내용 타당도 검증을 의뢰하고 초·중등 과학 교사 7명을 대상으로 현장 적합성 검토를 의뢰하였다.
검사 도구 초안은 전문가 내용 타당도와 초·중등 교사의 현장 적합성 검토 결과의 보완사항을 근거로 수정하였다.
검사 도구 초안의 질적 분석을 위해 과학 교육 전문가 3명을 대상으로 내용 타당도 검증을 의뢰하고 초·중등 과학 교사 7명을 대상으로 현장 적합성 검토를 의뢰하였다.
계절 변화 개념 검사 도구의 변별도를 살펴보기 위해서 선행 연구(박미자와 김영옥, 2009)의 검증 방법을 이용하여 계절 변화 개념 검사 총점을 기준으로 상위 25%와 하위 25%를 나누고 구성 요인별 평균 점수의 차이를 검증하였다. 변별도 검증 결과 Table 9와 같이 각 구성 요인에 대한 두 집단의 평균은 모두 통계적으 로 유의한 차이가 있는 것을 확인할 수 있었다.
0 프로그램을 이용하여 분석하였다. 계절 변화 개념 검사 도구의 양호도 검증을 위해 신뢰도, 난이도, 변별도를 확인하였다. 신뢰도는 문항 내적 일치도 계수인 Cronbach α 값을 산출하였고, 난이도는 문항별 정답을 한 학생의 비율을 나타내 는 정답률에 근거한 문항별 난이도 지수를 산출하였다.
계절 변화를 주제로 한 실험연구(김순미 외, 2013; 이항로 외, 2003; De Paor et al., 2017; German, 2017; Mason et al., 2017)와 기술적 연구(강용희 외, 2004; 국동식, 1995; 김형범 외, 2013; 장명덕 외, 2001; 정선라와 이용복, 2013; 채동현, 2011; 현동호와 양경은, 2016; Allen, 2014; Gooding & Metz, 2011, Plummer & krajcijk, 2010)를 분석하여 학생들의 계절 변화 개념을 수집하였다.
계절 변화의 하위 개념과 오개념 학습 단계를 바탕으로 계절 변화 학습 단계 개념도(Fig. 2)와 오개념 개념도 (Fig. 3)를 작성하였다. 계절 변화 학습 단계 개념도는 계절 변화를 설명하기 위해 알아야 하는 선수학습개념과 계절의 변화 단원에서 학습하는 개념들을 학습 단계별로 정리하였고 계절 변화 개념 검사에서 평가할 개념들은 Concept의 C로 명명하였다.
계절 변화의 하위 개념은 문항 내용 결정 단계의 문헌 자료 분석 과정에서 정리하였으며, 분석 순서는 단원 학습 계열을 따라 계절의 변화 단원이 있는 6학년 2학기부터 5학년 1학기까지 역순으로 진행하였다. 이렇게 하여 도출한 개념들을 성취 기준과 같은 문장 형태로 서술하여 학습 순서에 알맞게 학년별로 오름차순으로 정리하였다.
과학 교육 전문가를 대상으로 한 내용 타당도 검증은 계절 변화 학습 단계 및 오개념 개념도를 제시하고 각 문항에서 확인하고자 하는 개념을 평가하기에 적절한지, 특정 문항들의 정·오답 결과를 연결하여 해석했을 때 문헌 연구 단계에서 정리한 오개념 유형으로 판단하는 것이 타당한지 4점 척도로 평가하고 비고란에 보완 사항을 제안하도록 하였다.
이상의 자료를 근거로 계절 변화 개념 검사의 구성 요인을 ①선수학습 개념, ②오개념, ③계절 변화 단원에서 학습한 개념으로 정하였다. 그리고 세 가지 구성 요인에서 평가할 세부 개념들을 도출하기 위해 하위 개념과 오개념 학습 단계를 정리하였다.
근거이론은 연구자의 이론적 민감성에 바탕을 두고 수집한 데이터를 이해하기 위한 이론이나 범주를 생성하는 것(Glaser & Strauss, 1967)으로, 외부에서 부여된 틀이 아닌 연구자 자신의 데이터를 가장 중심에 두고 이론적 틀을 생성할 수 있다는 점에서 유용하다(Bednarz, 2000). 근거이론의 방법론적 특징을 도입하여 수집한 데이터를 유사점과 차이점을 중심으로 반복적으로 분석하고 분류하는 과정을 거쳐 5개의 범주를 생성하였다(Table 2). 이 과정에서 생성된 범주의 틀이 적절한지, 범주에 따라 오개념들이 논리적으로 분류되었는지를 협의회를 통해 계속해서 검토하였다.
다음으로 계절 변화 단원에서 학습한 개념의 평균 점수를 기준으로 ±1 표준편차에 근거한 절단점을 생성하여 2개의 구간으로 구분하였다.
이 방법은 경험에 근거한 접근(empirically-based approach)으로 대상 집단에게 측정하고자 하는 개념에 대한 의견을 자유 반응식으로 수집해서 그 내용을 중심으로 검사 도구의 문항을 작성하는 방식이다(김아영 외, 2016). 두 번째로 계절 변화를 주제로 한 선행 연구들을 분석하였다. 계절 변화를 주제로 한 실험연구(김순미 외, 2013; 이항로 외, 2003; De Paor et al.
둘째, 계절 변화 개념 검사 도구의 하위 영역인 선수학습개념, 오개념을 독립변수로 설정하고 계절 변화 단원에서 학습한 개념을 종속변수로 설정하여 독립 변수의 영향력을 분석하였다. 그 결과, 선수학습개념의 이해 정도와 오개념의 교정 정도는 계절 변화 단원에서 학습한 개념에 정적으로 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났는데, 특히 오개념의 교정 정도가 더 큰 영향을 미치고 있음을 양적인 수치로 확인하였다.
20번 문항은 선다형과 서술형을 혼합한 문항으로 계절 변화를 설명하는데 필요한 개념들을 고르고 이것들을 연결하여 계절 변화의 과정을 서술하는 문항이다. 따라서 계절 변화를 설명하기 위해 선택한 개념의 개수와 계절 변화 과정을 설명하는 인과관계의 구체성 정도를 배점 기준으로 하였다.
또 한, 검사 결과의 질적 분석을 통해 특정 문항들을 연결하여 해석함으로써 학생이 어떤 오개념을 가졌는지, 선수학습개념과 오개념이 ‘계절의 변화’ 단원의 학습에 어떻게 영향을 미쳤는지 확인할 수 있는 검사의 활용 방법을 제시하였다.
또 한, 계절 변화 개념 검사 하위 영역인 계절 변화 단원에서 학습한 개념의 평균 점수를 기준으로 ±1 표준편차에 근거한 절단점을 생성하여 2개의 구간으로 구분하여 선수학습개념과 오개념의 영향력을 분석하였다.
또한, 계절 변화 단원에서 학습한 개념의 평균 점수를 기준으로 ±1 표준편차에 근거한 절단점 을 생성하여 2개의 구간으로 구분하고 각 구간에 속한 학생들의 계절 변화 학습에 미치는 선수학습개념과 오 개념의 영향력 크기를 분석하였다.
모형과 자료의 적합성을 검토하기 위한 회귀진단에서는 독립변수 사이의 다중공선성 여부와 잔차의 정규성, 선형성, 등분산성 및 상호 독립성을 검토하였다. 다중공 선성 여부는 공차(tolerance)와 분산팽창계수(variance inflation factor, VIF)를 통해 확인할 수 있는데 공차와 VIF 모두 1에 근접할 때 다중공선성이 없는 것으로 판단한다.
물리학에서 빛의 강·약은 빛의 세기를 나타내는 광도, 빛의 양을 나 타내는 조도가 있으며 이 둘은 다른 개념이지만 검사 대상의 발달단계를 고려하여 구분하지 않고 빛 에너지로 사용하기로 하였다.
서술형의 평가를 위해 계절 변화가 일어나는 과정을 인과관계에 따라 구분하였다. 정선라와 이용복(2013)은 계절 변화 과정을 ‘자전축이 기울어진 채 지구가 자전과 공전(1차 원인)→태양의 고도와 낮의 길이 변함(2차 원인)→태양 에너지의 변화(3차 원인)’와 같이 위계적 단계로 구분하였다.
선행 연구에서 선수학습개념, 오개념이 계절 변화 학습에 영향을 준다는 것을 확인하였으므로, 다중 회 귀 분석을 위한 독립변수는 선수학습개념, 오개념으로 설정하고 종속변수는 계절 변화 단원에서 학습한 개념 으로 설정하였다. 모형의 통계적 유의성 검정 결과에 대한 적합도 판단 기준은 일반적으로 유의확률이 .
, 2017)와 기술적 연구(강용희 외, 2004; 국동식, 1995; 김형범 외, 2013; 장명덕 외, 2001; 정선라와 이용복, 2013; 채동현, 2011; 현동호와 양경은, 2016; Allen, 2014; Gooding & Metz, 2011, Plummer & krajcijk, 2010)를 분석하여 학생들의 계절 변화 개념을 수집하였다. 세 번째로 계절 변화를 주제로 한 문헌 자료를 분석하여 2015 개정 교육 과정 과학과 공통 교육과정과 선택 중심 교육과정의 우주 영역에서 계절 변화와 관련된 내용 요소와 성취 기준에서 사용한 개념들 그리고 성취 기준 해설에서 다룬 학습 요소들을 수집하였다. 이렇게 수집한 자료들은 과학 교육 전문가 2명, 지구과학교육 박사과정 1명이 협의회를 통해 범주화하였으며(Table 1), 매주 1회 이상(2시간) 약 10주간의 협의회를 통해 계속해서 수정·보완하였다.
셋째, 계절 변화 개념 검사 결과를 질적으로 분석해 여학생이 계절 변화에 대해 가지고 있는 개념체계를 확인할 수 있는 방법을 제안하였다. 계절 변화 개념 검사는 각 문항에서 확인할 수 있는 개념과 오개념이 제시되어 있다(Table 6 참고).
전체적인 검사 도구 개발 과정은 문헌 자료(김아영 외, 2016)를 참고하였으며, 문항 내용의 결정은 경험에 근거한 접근에 의해 수집한 자유 반응식 자료, 계절 변화를 주제로 한 선행 연구와 문헌 자료를 활용하였다. 수집한 자료는 범주화하여 계절 변화 개념 검사의 구성 요인을 정하고 계절 변화의 하위 개념과 오개념 학습 단계를 정리하는데 활용하였다. 검사 도구 초안은 전문가 내용 타당도와 초·중등 교사의 현장 적합성 검토 결과의 보완사항을 근거로 수정하였다.
예비 검사 및 검사 도구 수정 단계에서는 편의 표집 방법(convenience sampling)으로 6학년 2개 학급 48명을 대상으로 예비 검사를 하였다. 예비 검사에서는 검사 도구의 신뢰도와 문항별 정답률을 바탕으로 한 난이도 지수를 산출하여 문항의 이상치를 파악하였고 학생들의 평균 검사 시간 측정과 함께 면담을 통해 문항별 문장 이해도 및 출제 의도 파악 정도를 분석하였다. 신뢰도 측정 결과 Cronbach α 값은 .
계절 변화 학습 단계 개념도는 계절 변화를 설명하기 위해 알아야 하는 선수학습개념과 계절의 변화 단원에서 학습하는 개념들을 학습 단계별로 정리하였고 계절 변화 개념 검사에서 평가할 개념들은 Concept의 C로 명명하였다. 오개념 개념도는 근거이론의 방법론을 이용하여 생성한 5가지 범주를 기준으로 작성하였고, 계절 변화 개념 검사에서 평가할 개념들은 Misconception의 MC로 명명하였다.
근거이론의 방법론적 특징을 도입하여 수집한 데이터를 유사점과 차이점을 중심으로 반복적으로 분석하고 분류하는 과정을 거쳐 5개의 범주를 생성하였다(Table 2). 이 과정에서 생성된 범주의 틀이 적절한지, 범주에 따라 오개념들이 논리적으로 분류되었는지를 협의회를 통해 계속해서 검토하였다.
정선라와 이용복(2013)은 계절 변화 과정을 ‘자전축이 기울어진 채 지구가 자전과 공전(1차 원인)→태양의 고도와 낮의 길이 변함(2차 원인)→태양 에너지의 변화(3차 원인)’와 같이 위계적 단계로 구분하였다. 이 관점을 바탕으로 계절 변화 과정을 개념적 자원의 활성화 관점에서 분석한 선행 연구 (노자헌 외, 2019; 유연준과 오필석, 2016)를 참고하여 학생들이 선택한 개념적 자원을 가지고 계절 변화의 과정을 설명하는 인과관계의 구체성 정도를 채점 기준에 반영하여 배점하였다. 구체적인 평가 기준은 Table 7과 같이 반영하였다.
이렇게 수집한 자료들은 과학 교육 전문가 2명, 지구과학교육 박사과정 1명이 협의회를 통해 범주화하였으며(Table 1), 매주 1회 이상(2시간) 약 10주간의 협의회를 통해 계속해서 수정·보완하였다.
계절 변화의 하위 개념은 문항 내용 결정 단계의 문헌 자료 분석 과정에서 정리하였으며, 분석 순서는 단원 학습 계열을 따라 계절의 변화 단원이 있는 6학년 2학기부터 5학년 1학기까지 역순으로 진행하였다. 이렇게 하여 도출한 개념들을 성취 기준과 같은 문장 형태로 서술하여 학습 순서에 알맞게 학년별로 오름차순으로 정리하였다.
첫째, 신뢰도와 타당도가 확보된 계절 변화 개념 검사 도구를 개발하였다. 전체적인 검사 도구 개발 과정은 문헌 자료(김아영 외, 2016)를 참고하였으며, 문항 내용의 결정은 경험에 근거한 접근에 의해 수집한 자유 반응식 자료, 계절 변화를 주제로 한 선행 연구와 문헌 자료를 활용하였다.
초·중등 과학 교사 7명을 대상으로 한 현장 적합성 검토는 각 문항과 보기가 초등학교 과학과 교육 과정의 범위를 넘어서지는 않는지, 문항 서술 방식 이 초등학생의 인지적 수준에 적절한지 검토하여 비고란에 보완 사항을 제안하도록 하였다.
두 개념적 정의를 종합해보면 계절은 ‘태양의 빛 에너지 차이에 따른 기온 차이’로 해석하여 구분할 수 있다. 초등학교 교육과 정에서 빛 에너지는 학습하지 않으므로 학생들이 친숙하게 생각하는 온도를 사용하여 문항을 수정하였다.
90 이상인 문항을 기준으로 학생 면담을 하였다. 학생 면담과 문항 분석 결과를 근거로 문항 수정을 거쳐 최종 검사 도구를 개발하였다. 최종 검사 도구는 선수학습개념을 확인하는 5문항, 오개념을 확인하는 5문 항, 계절 변화 단원에서 학습한 개념을 확인하는 10문 항으로 구성하였으며 신뢰도는 Cronbach α 계수 .

대상 데이터

본 검사는 G광역시에 소재한 초등학교 6학년 198명을 대상으로 지필 검사 방법으로 실시하였다. 연구 대상 표집은 학구가 다른 네 곳의 학교에서 각각 2~3개 반을 선정하는 군집 표집(cluster sampling)을 실시하였는데, 이는 단순무선표집(simple random sampling)이 어려울 경우 유사한 특성을 가진 것으로 가정할 수 있는 소집단을 표집 단위로 해서 무선적으로 표본을 선정하여 표집하는 방법이다(김아영 외, 2016).

데이터처리

신뢰도는 문항 내적 일치도 계수인 Cronbach α 값을 산출하였고, 난이도는 문항별 정답을 한 학생의 비율을 나타내 는 정답률에 근거한 문항별 난이도 지수를 산출하였다. 변별도는 선행 연구(박미자와 김영옥, 2009)의 변 별도 검증 방법을 바탕으로 계절 변화 개념 검사 총점을 기준으로 상위 25%와 하위 25%를 나누고 구성 요인별 평균 점수의 차이를 t 검증하였다.
계절 변화 개념 검사 도구의 개발은 김아영 외(2016)가 제시한 검사 도구 개발 절차를 참고하였으며, 검사 도구 개발은 검사 목적과 결과의 용도 결정을 위한 계획 수립, 문항 작성 및 척도 구성, 검사 점수 설계, 양호도 검증 순으로 진행하였다. 변인 간의 관계를 설명하기 위해서 기술적 연구(descriptive research)의 분석 방법인 회귀 분석을 통해 두 변인 간 관계의 정도를 분석하고 기술하였다. 이 연구를 위한 전체 연구의 절차는 Fig.
수집된 자료는 마이크로소프트 엑셀 프로그램을 이용하여 코딩한 후 SPSS 23.0 프로그램을 이용하여 분석하였다. 계절 변화 개념 검사 도구의 양호도 검증을 위해 신뢰도, 난이도, 변별도를 확인하였다.
신뢰도는 문항 내적 일치도 계수인 Cronbach α 값을 산출하였고, 난이도는 문항별 정답을 한 학생의 비율을 나타내 는 정답률에 근거한 문항별 난이도 지수를 산출하였다.
이후 선수학습개념과 오개념이 계절 변화 단원에서 학습한 개념에 미치는 영향력을 분석하기 위해 회귀 분석을 하였다. 회귀 분석은 변수 간의 상관관계를 기초로 하여 선행 연구와 선행이론의 근거를 바탕으로 설정한 이론적 인과관계를 경험적으로 확인해 보는 것으로, 종속변수에 대한 독립 변수의 영향력(예측력)을 분석할 수 있다(김재철, 2019).

이론/모형

계절 변화 개념 검사 도구의 개발은 김아영 외(2016)가 제시한 검사 도구 개발 절차를 참고하였으며, 검사 도구 개발은 검사 목적과 결과의 용도 결정을 위한 계획 수립, 문항 작성 및 척도 구성, 검사 점수 설계, 양호도 검증 순으로 진행하였다. 변인 간의 관계를 설명하기 위해서 기술적 연구(descriptive research)의 분석 방법인 회귀 분석을 통해 두 변인 간 관계의 정도를 분석하고 기술하였다.
계절은 기온 구간에 따라 4개로 구분되는 기상학의 계절 정의(천문학의 계절은 춘· 추분, 하·동지로 구분함)를 따랐다.
과학 교육 전문가를 대상으로 한 내용 타당도 검증은 계절 변화 학습 단계 및 오개념 개념도를 제시하고 각 문항에서 확인하고자 하는 개념을 평가하기에 적절한지, 특정 문항들의 정·오답 결과를 연결하여 해석했을 때 문헌 연구 단계에서 정리한 오개념 유형으로 판단하는 것이 타당한지 4점 척도로 평가하고 비고란에 보완 사항을 제안하도록 하였다. 내용 타당도에 대한 양적 표현은 Lynn(1986)의 내용 타당도 지수(content validity index, CVI) 활용하였으며, Rubio(2003)의 절차를 따라 계산하였다. 일반적으로 내용 타당도 지수는 0.
오개념은 문항 내용 결정 단계의 선행 연구 분석 과정에서 정리하였으며, 오개념의 범주는 질적 연구 방법의 한 종류인 근거이론(grounded theory)의 방법론을 이용하여 생성하였다. 근거이론은 연구자의 이론적 민감성에 바탕을 두고 수집한 데이터를 이해하기 위한 이론이나 범주를 생성하는 것(Glaser & Strauss, 1967)으로, 외부에서 부여된 틀이 아닌 연구자 자신의 데이터를 가장 중심에 두고 이론적 틀을 생성할 수 있다는 점에서 유용하다(Bednarz, 2000).
첫째, 신뢰도와 타당도가 확보된 계절 변화 개념 검사 도구를 개발하였다. 전체적인 검사 도구 개발 과정은 문헌 자료(김아영 외, 2016)를 참고하였으며, 문항 내용의 결정은 경험에 근거한 접근에 의해 수집한 자유 반응식 자료, 계절 변화를 주제로 한 선행 연구와 문헌 자료를 활용하였다. 수집한 자료는 범주화하여 계절 변화 개념 검사의 구성 요인을 정하고 계절 변화의 하위 개념과 오개념 학습 단계를 정리하는데 활용하였다.

성능/효과

‘계절 변화 개념’은 ‘계절의 변화를 설명하는데 사용되는 개념들’이라는 개념적 정의를 바탕으로 계절 변화와 관련된 선수학습개념의 형성 정도와 오개념을 확인할 수 있는 문항들을 개발하여 계절 변화 개념 검사에 반영하고 양호도(신뢰도, 변별도, 난이도)를 검증하여 검사 도구의 신뢰성을 높였다.
계절 변화 개념 검사 도구의 문항 내적 일치도 검사 결과 전체 학생들을 대상으로 했을 때 신뢰도는 Cronbach α 계수 .76으로 일반적으로 신뢰도의 허용기준인 .60에 비 추어 볼 때 적절한 수준의 신뢰도를 보였다
계절 변화 개념 검사 도구의 선택형 문항의 정·오답 결과와 서답형 문항 20번을 개념적 자원의 관점에서 분석한 결과를 교차 점 검(cross-check)하여 학생이 가지고 있는 오개념을 확인할 수 있다.
90 이상인 문항을 기준으로 하였다. 그 결과 문항이 어렵거나 문항의 서술 방식 문제로 문장 이해도가 낮아 문제를 풀지 못한 경우 문항의 난이도 지수가 낮았으며, 문항이 쉽거나 같은 개념을 다른 방식으로 물어보는 문항들이 있어 정답의 단서를 제공해준 경우 문항의 난이도 지수가 높았다. 문항의 난이도와 상관없이 같은 개념을 묻는 문항에서 하나의 문항은 옳게 답하고 다른 하나의 문항은 틀리게 답한 학생이 다수 있었다.
시각적 구간화의 기준이 ±1 표준편차이면 4개의 구간으로 구분되지만 (Table 11) 회귀 분석은 표본의 사례 수가 최소한 독립 변수의 20배 이상이어야 하므로(성태제, 2019) 1구간 과 2구간을 하나의 새로운 구간으로, 3구간과 4구간을 하나의 새로운 구간으로 구분하였다. 그 결과 평균 점 수 31.16를 기준으로 평균 점수 이하 구간 96명, 평균 점수 이상 구간 102명으로 구분하였다.
둘째, 계절 변화 개념 검사 도구의 하위 영역인 선수학습개념, 오개념을 독립변수로 설정하고 계절 변화 단원에서 학습한 개념을 종속변수로 설정하여 독립 변수의 영향력을 분석하였다. 그 결과, 선수학습개념의 이해 정도와 오개념의 교정 정도는 계절 변화 단원에서 학습한 개념에 정적으로 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났는데, 특히 오개념의 교정 정도가 더 큰 영향을 미치고 있음을 양적인 수치로 확인하였다. 또 한, 계절 변화 개념 검사 하위 영역인 계절 변화 단원에서 학습한 개념의 평균 점수를 기준으로 ±1 표준편차에 근거한 절단점을 생성하여 2개의 구간으로 구분하여 선수학습개념과 오개념의 영향력을 분석하였다.
또 한, 계절 변화 개념 검사 하위 영역인 계절 변화 단원에서 학습한 개념의 평균 점수를 기준으로 ±1 표준편차에 근거한 절단점을 생성하여 2개의 구간으로 구분하여 선수학습개념과 오개념의 영향력을 분석하였다. 그 결과, 평균 점수 이하 구간에 속한 학생들은 선수학습개념이 유의미한 영향을 미쳤고 평균 점수 이상 구간에 속한 학생들은 오개념의 교정 정도가 유의미한 영향을 미쳤다.
자체 개발한 검사 도구 중 신뢰도가 보고된 검사 도구는 하옥선(1999)의 연구에서 사용된 검사 도구가 유일하였다. 둘째, 검사 문항은 계절 변화 개념에 대한 개념적･조작적 정의 없이 계절의 변화 단원에서 다루는 개념들을 물어보는 경우가 대부분이었다. 오개념이나 선수학습개념을 확인하기 위한 문항은 거리 이론(distance theory)과 지구의 공전 궤도 모양, 자전의 정의를 물어보는 3개 정도였다.
둘째, 선수학습개념의 이해 정도와 오개념의 교정 정도는 계절 변화 단원에서 학습한 개념에 정적으로 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다(β =.292, p<.001; β =.303, p<.001).
검사 도구의 난이도는 전체 문항 중 정답을 맞힌 비율을 근거로 한 정답률을 바탕으로 난이도 지수로 나 타내었다. 문항별 난이도 지수는 .13~.95의 범위에서 평균 난이도 지수는 .54이었고, 문항별 난이도 지수를 근거로 했을 때 쉬운 문항이 5개, 적절한 문항이 9개, 어려운 문항이 6개로 구성되어 있어 쉬운 문항부터 어려운 문항까지 적절하게 구성되었음을 알 수 있었다.
문항의 정·오답 결과를 바탕으로 학생의 개념을 확인하고 서답형 문항인 20번을 교차 점검하면 학생의 개념 체계를 확인할 수 있다.
최종 검사 도구의 문항 수가 예비 검사보다 줄었으므로 문항별 배점도 달리하였다. 선수학습개념과 계절 변화 단원에서 학습한 개념 요인은 예비 검사의 문항 난이도 지수 .50과 .80을 기준으로 3점부터 5점까지, 오개념 요인은 난이도 지수 .50을 기준으로 3점과 5점으로 배점하였다. 20번 문항은 선다형과 서술형을 혼합한 문항으로 계절 변화를 설명하는데 필요한 개념들을 고르고 이것들을 연결하여 계절 변화의 과정을 서술하는 문항이다.
최종 검사 도구의 문항 수가 예비 검사보다 줄었으므로 문항별 배점도 달리하였다. 선수학습개념과 계절 변화 단원에서 학습한 개념 요인은 예비 검사의 문항 난이도 지수 .50과 .80을 기준으로 3점부터 5점까지, 오개념 요인은 난이도 지수 .50을 기준으로 3점과 5점으로 배점하였다. 20번 문항은 선다형과 서술형을 혼합한 문항으로 계절 변화를 설명하는데 필요한 개념들을 고르고 이것들을 연결하여 계절 변화의 과정을 서술하는 문항이다.
학생들의 오개념에 대한 지식은 교사들이 학생의 오개념 유형을 고려하여 수업 계획을 세울 수 있도록 도움을 주고(한 수진 외, 2010), 선수학습에서 학습된 선행 개념은 학생들이 학습 내용을 이해하는 기초가 되므로(이호진과 최경희, 2004) 계절 변화 개념 검사에서는 두 영역에 대한 진단이 필요하다고 볼 수 있다. 셋째, 검사 도구의 문항 유형은 선다형과 단답형으로 주로 구성되어 있었다. 선다형 문항의 경우 답을 모르더라도 추측하여 정답을 선택하는 것도 점수에 포함될 수 있고(성태제, 2019), 개념의 일관성이 없는 경우 객관식 질문을 통해 학생들의 계절 변화 개념을 확인하는데는 한계가 있다(Türk et al.
신뢰도 측정 결과 Cronbach α 값은 .73으로 바람직한 수준의 신뢰도를 보였고 문항별 난이도는 .17∼.
55 일 때 적절하다고 보며, 준거 지향평가의 경우 문항 정답률이 학습한 집단은 70%에서 100%, 학습하지 않은 집단은 0에서 50%일 때 학업 성취도에 적절 한 문항으로 본다(Berk, 1980). 이상의 근거를 바탕으로 예비 검사의 문항별 난이도와 평균 난이도 지수는 적절하다고 판단하였다.
첫째, 선수학습개념과, 오개념은 계절 변화 단원에서 학습한 개념의 전체 분산 중 25.4%를 예측할 수 있는 것으로 나타났다(R2 =.254, p<.001).
최종 검사 도구는 선수학습개념을 확인하는 5문항, 오개념을 확인하는 5문 항, 계절 변화 단원에서 학습한 개념을 확인하는 10문 항으로 구성하였으며 신뢰도는 Cronbach α 계수 .76, 평균 난이도 지수는 .54, 변별도는 상위 25%와 하위 25%의 평균 차이를 t 검증으로 확인하였고, 그 결과 두 집단은 유의한 차이가 있었다.
평균 점수 이하 구간의 동시 다중 회귀 분석 결과 (Table 12), 선수학습개념과 오개념 중 계절 변화 단원 에서 학습한 개념에 유의미한 영향을 미치는 것은 선수 학습개념인 것으로 나타났다(β =.348, p<.01).

후속연구

하옥선(1999)은 공간 지각 능력에 따라 태양 고도에 대한 과학적 개념을 소유한 학생들의 분포가 달랐다고 하였고, 윤현정과 강순희(2015)는 학습자의 인지 발달 수준이 과학 학습에 영향을 미친다고 보았다. 계절 변화 개념에 영향을 미치는 다양한 요소를 찾게 된다면 학생들의 계절 변화 학습에 도움을 줄 수 있을 것이다.
셋째, 이 연구는 문헌 연구 및 양적 연구에 근거하여 원인과 결과를 추론하였으므로 계절 변화 개념에 대한 학생 내면의 사고 과정을 해석하는데는 한계가 있었다. 개념 형성과 변화 과정은 내부적인 표상 과정이므로 심층적인 이해를 위한 질적 연구가 필요하다.
넷째, 계절 변화 개념 검사 결과를 분석하면 학생이 어떤 오개념을 가졌는지 확인할 수 있다. 이 연구에서 다룬 5개의 오개념 범주 이외의 사례를 수집하고 분석함으로써 오개념의 유형을 보다 세분화할 필요가 있다. 이를 통해 오개념 유형별로 수정할 수 있는 학습 방법을 개발하고 그 효과를 검증하는 후속 연구가 필요하다.
이 연구에서 다룬 5개의 오개념 범주 이외의 사례를 수집하고 분석함으로써 오개념의 유형을 보다 세분화할 필요가 있다. 이를 통해 오개념 유형별로 수정할 수 있는 학습 방법을 개발하고 그 효과를 검증하는 후속 연구가 필요하다.
첫째, 이 연구는 G 광역시 6학년 198명을 대상으로 이루어졌으므로 다양한 지역과 더 많은 응답 학생들을 대상으로 한 연구가 필요하다. 검사의 표본이 커질수록 계절 변화 개념 검사 도구의 신뢰도와 회귀 분석 시 독립변수의 영향력을 분석한 결과의 신뢰도를 높일 수 있기 때문이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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