전지를 전력원으로 사용하는 전기회로에서 ‘직렬연결하는 전지의 수가 증가할 수록 전기회로에 흐르는 전류가 증가하며,병렬연결하는 전지의 수에 관계없이 전기회로에 흐르는 전류는 거의 일정하다’는 전지의 연결에 따른 전류의 특성에 대한 개념들은 초등학교 과학과 교육과정에서 전기 관련 과학교육의 시작과 함 께 학습되고 심화되어진다.그리고 중학교와 고등학교 과학과 교육과정에서도 그 개념들이 반복하여 심화되어지는 중요한 개념들이다.그러나 전구를 부하저항으 로 사용하는 전기회로에서는 이런 학습개념과 실험시 나타나는 현상이 일치하지 만,초등학교에서부터 고등학교 과학과 교육과정에 이르기까지 부하저항보다 전 지의 내부저항이 작은 전기회로를 사용하는 과학과 전자기 관련 실험수업에서는
‘전지를 직렬연결하여도 전류는 거의 일정하며,전지를 병렬연결하면 전류는 증 가하다가 수렴한다’는 분화개념의 이해가 필요하다.그리고 이들 개념들의 이해 는 전기회로를 구성하는 전지의 내부저항과 부하저항을 인식을 바탕으로 이루어 진다.따라서 이 연구에서는 전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 관한 과학내 용지식의 신장을 통한 초등교사들의 수업전문성 향상을 위해 전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 관한 이해도를 향상시킬 수 있는 프로그램을 개발하고 적용 하여 초등교사들의 이해도 변화를 분석하여 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다.
1.결론
1)전지의 연결방법과 전류의 특성에 대한 이해도 향상 프로그램 개발
초등학교 교사들의 전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 대한 개념 향상 프 로그램은 아래와 같이 개발되었다.
먼저 신애경 등(2012a,2012b)에서 나타난 전지의 연결방법에 따른 전류의 특 성에 대한 초등교사들의 이해상태를 분석하여 프로그램의 내용을 선정하였다.프 로그램에 포함된 내용은 초등교사들이 전지의 연결방법과 전류의 특성을 이해하
기 위하여 기초적으로 알아야 하는 내용인 안내된 설명과 부하저항이 전지의 내 부저항보다 크거나 작은 상황에서 전지의 직렬연결과 병렬연결시 전류의 크기를 알아보는 실험,그리고 안내된 설명과 실험결과를 통해 동료 교사들과 전류의 특 성이 왜 그렇게 나타나는지 원인을 파악하는 토론 이상 3가지로 구성되었다.
프로그램 흐름도의 순서에 따라 워크시트를 작성하도록 하였고,‘저항에 대한 인식 영역’,‘부하저항이 내부저항보다 큰 영역’,‘부하저항이 내부저항보다 작은 영역’이상 3개의 프로그램 영역이 프로그램 흐름도의 순서에 따라 배치되었다.
프로그램의 영역 중 ‘부하저항이 내부저항보다 큰 영역’,‘부하저항이 내부저항 보다 작은 영역’의 워크시트를 개발할 때에는 오개념 변화에 효과적인 Driver의 개념변화 학습모형을 적용한 워크시트 개발틀을 이용하였고,프로그램의 전체적 인 구성은 안내된 발견 수업의 절차에 따랐으며,각 활동에서는 POE 단계가 들 어가도록 구성하였다.
프로그램의 흐름도는 교육과정에서 전지의 연결방법과 전류의 크기와 관련이 있는 기존의 실험을 실시하고 왜 결과가 잘 나오지 않는지에 대해 탐구하는 과 정에서 자연스럽게 전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 대해 현상적인 수준 의 일반화부터 현상의 원인과 세부원인을 파악하는 수준의 일반화까지의 순서로 구성되었다.
2)전지의 연결방법과 전류의 특성에 대한 초등교사들의 이해도 변화
전지의 연결방법에 따른 전류의 특성 이해도 향상 프로그램을 통한 이해도 변 화는 다음과 같이 양적인 이해상태의 변화와 질적인 이해수준의 변화라는 두 가 지 관점에서 살펴보았다.
먼저 양적인 이해상태의 변화를 살펴보면,초등교사들의 사전검사 평균점수는 11점 만점에서 약 4점이었고,프로그램을 실시한 후 사후검사 평균점수는 약 8점 으로 약 4점의 향상을 보였다.즉 ‘전지의 연결방법에 따른 전류의 특성 이해도 향상 프로그램’은 초등교사들의 양적 개념 이해도인 ‘이해상태’의 향상에 효과가 있음을 확인할 수 있었다.또한 사후검사 이해상태를 기준으로 하여 초등교사들 의 단계를 구분해보면,최상위 집단은 7명,상위 집단은 4명,중위 집단은 4명으
로 총 15명의 교사 중 11명이 상대적으로 높은 단계인 최상위 집단과 상위 집단 에 포함되었다.
이해수준의 변화를 살펴보면,프로그램에 참여한 초등교사들은 평균적으로 현 상의 원인과 세부원인까지 이해한 가장 정확한 개념인 S(P)수준의 개념이 사전 에는 약 1문항 정도였으나 사후에는 약 7문항 정도로 늘어나 질적으로 이해도가 향상되었음을 확인할 수 있다.또한 가장 비과학적인 M(F)수준의 개념은 사전 에는 약 7문항 정도였으나 사후에는 약 1문항 정도로 줄어들어 이 프로그램에 참여한 15명의 교사들이 가장 비과학적인 개념에서는 거의 모두 벗어났음을 확 인할 수 있었다.즉,‘전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 대한 이해도 향상 프로그램’은 초등교사들의 질적 개념 이해도인 ‘이해수준’의 향상에 효과가 있음 을 확인할 수 있었다.또한 사후 상위 질적 이해수준을 기준으로 하여 교사들의 단계를 구분한 결과,최상위 집단은 5명,상위 집단은 4명,중위 집단은 5명,하위 집단은 1명이었다.총 15명의 교사 중 9명이 최상위 집단과 상위집단에 포함되었다.
사후 이해상태를 기준으로 한 단계와 달라진 이러한 결과는 관련 개념을 정확하게 이해하여 정답을 선택한 교사들도 많았지만 부족한 이해수준에서 정답을 선택한 교사도 일부 있었다는 것을 의미한다.
사후 중위 질적 이해수준을 기준으로 하여 교사들의 단계를 구분한 결과,최상 위 집단은 7명,상위 집단은 4명,중위 집단은 4명이었다.총 15명의 교사 중 11 명이 상대적으로 높은 단계인 최상위 집단과 상위집단에 포함되었다.이 결과는 사후검사 이해상태를 기준으로 하여 단계를 구분한 결과와 같은 결과이지만,각 교사 개인별로 살펴보면 5명의 초등교사들이 사후검사 이해상태의 점수보다 중 위질적 이해수준의 점수가 조금 높았다.이러한 결과는 개념검사지의 점수와 상 위질적 이해수준에서는 나타나지 않았지만,유사 정답 수준에서는 추가적인 이해 도 향상이 있었다는 것을 보여준다.
2.제언
이 연구의 결과를 바탕으로 한 시사점과 후속연구에 대한 제언은 다음과 같다.
첫째,이 연구의 결과는 초등교사와 중등과학교사들에게 전기와 자기 관련 과 학교육의 수업 전문성 향상을 위한 교사교육용 프로그램 개발과 새로운 과학 교 과서 개발 등에 유익한 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다.또한 교사양성기관 에서 과학과 교육과정 구성에도 자료 및 시사점을 제공할 수 있을 것이다.
둘째,전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 대한 확장개념은 전자기 관련 실 험에서 학습개념으로 설명할 수 없는 현상들을 해결해줄 수 있는 개념이므로 중 등과학교사와 중등예비과학교사들에게도 필요한 과학 내용지식이다.따라서 중등 과학교사와 중등예비과학교사들을 대상으로 하는 후속연구가 필요하다.
셋째,이 연구에서는 초등교사들의 전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 대 한 개념변화만을 연구대상으로 하였기 때문에,교사들의 개념변화가 학생들의 확 장개념에 대한 인식에 어떤 영향을 주는지에 대한 후속 연구가 필요하다.
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