1. 과학의 개념과 구성주의 이론
개념은 개인을 둘러싸고 있는 문화, 언어, 사회, 자연 등의 여러 환경과의 상 호작용에 의하여 형성된다. 학습자인 경우 학교에서 계획적인 학습을 받기 이전 에도 주위의 환경과의 직접적이거나 간접적인 상호작용을 통하여 많은 지식을 갖게 된다(Driver, 1968; Driver & Bell, 1985).
개념은 명사형태로 표현되며, 사물, 성질, 현상, 사건 등을 표현하고, 경험한 내 용을 단순화하고 이상화시키며, 관찰을 통하여 수집한 과학적 사실과 과학적 사 실들 사이의 일련의 관계와 양상의 진술에 이용됨으로써 자연을 탐구하고 이해 하는 수단이 되며, 또한 수집된 정보를 조직화하고 체계화함으로써 과학지식의 바탕이 된다.
과학적 개념은 형성되는 원천과 대상에 따라서 구체적 개념과 추상적 개념으 로 크게 구분된다. 구체적 개념은 감각적 지각과 관련이 있는 경험적 개념으로 서, 직접 경험한 것들 중에서 공통된 내용을 단순화하고 일반화한 관념이다. 추 상적 개념은 형이상학적 개념이라고도 하는데, 이는 구체적 개념들을 바탕으로 순수한 사고과정을 통하여 일반화하여 형성된 비교적 복잡한 개념이다.
학습 내용과 관련하여 학습이전의 사전 지식을 선개념(preconception)이라고 한다(조희형, 1984; 김환호, 1991). 초등학교 아동들의 선개념인 경우, 아동 특유 의 개인적이며, 일괄성이 부족한 상황의존적이고 쉽게 변하지 않는 안정성을 지 닌다(Driver, 1985).
학생들이 그 자신의 지식을 조직하고 구성한다는 구성주의의 관점에 의하면, 이론 혹은 개념은 단순한 감각적인 정보와 귀납적인 관계를 맺고 있는 것이 아 니며, 개념과 경험의 상호작용에 의하여 구성되고 발달한다. 이미 소지한 개념 혹은 이해하고 있는 이론이 관찰을 선행하고 관찰을 위한 실험을 선도한다. 즉 아동들은 자신들의 소지한 개념구조를 통해서 현상을 관찰하고 문제를 보기 때 문에 그 개념 구조가 과학적 개념과 다를 경우에 아동으로 하여금 진상을 왜곡
하게 하며, 문제해결에 어려움을 갖게 한다(조희형, 1984).
정을 겪게 되는데 이를 ‘통합적 조정’이라 한다(권재술 외, 1998).
따라서 학생들이 수업 이전에 학습할 내용에 대해서 어떠한 개념 구조를 가지 고 있는지를 알아보는 것은 오개념 교정에 매우 중요한 부분이라고 할 수 있다.
2. 낙하운동에 대한 과학적 개념의 역사적 배경
비나 눈이 내리거나, 낙엽이 떨어지거나, 폭포에서 물이 떨어지는 등의 높은 곳에 있던 물체가 위에서 아래로 떨어지는 현상을 자유낙하운동이라고 한다. 이 러한 물체의 자유낙하운동은 고대로부터 많은 사람들의 관심과 흥미를 끌었으 며, 고대 그리스의 아리스토텔레스, 중세의 갈릴레이와 뉴턴에 이르면서 자유낙 하운동에 대한 과학적인 개념이 형성되었다. 또한 자유낙하운동에 대한 개념은 물체에 작용하는 힘과 물체의 운동에 대한 여러 개념들을 형성하거나 이해하는 데 선구적인 역할을 해왔다.
물체의 자유낙하운동은 누구나 어디에서나 쉽게 관찰할 수 있는 현상으로, 자 유낙하운동에 대한 학습 이전의 초등학교 아동들에게도 의식적으로 또는 무의 식적으로 일상적으로 경험해봤거나 직접적으로 경험할 수 있는 현상이다. 따라 서 아동들은 자유낙하운동에 대한 학습 이전에도 자유낙하운동에 대한 많은 선 개념을 지니고 있는 것으로 생각할 수 있다. 또한 아동들이 지닌 자유낙하운동 에 대한 많은 선개념은 힘과 운동에 관련된 과학개념학습에서 목표하는 개념을 습득하는데 많은 영향을 줄 것으로 기대할 수 있다.
아리스토텔레스(Aristoteles, B.C. 384-322)는 무거운 물체는 떨어지는 경향이 있고 불처럼 가벼운 물체는 위로 올라가는 성향이 있다고 했다. 이것을 물체의
‘자연적인 운동’이라고 하였다. 하지만 이와 반대인 강제운동은 말이 있어야 마 차가 움직이듯 운동 원인이 있어야 운동이 가능하다고 했다.
그렇다면 던져진 물체가 계속 공중을 날 수 있는 까닭은 무엇인가? 아리스토 텔레스는 투사체가 손을 떠나는 순간 교란된 공기가 물체의 뒤로 와서 투사체 를 앞으로 나가게 한다고 하였다. 그 추진력이 약해지면 물체는 멈춘다고 하였 다. 그리고 물체의 낙하속도는 무게에 비례해서 100배 무거운 물체는 100배 빨 리 떨어진다고 하였다.
6세기에 필로포누스(Philoponus c. 630)는 공기 중에서 낙하하는 물체의 속도
다는 것이다.
통한 연구를 통하여 중력 현상에 관한 유년적 사고들은 고등학생 때까지 남아 있다고 하였다.
임영택(2003)은 물체의 낙하에 관한 초등학생의 개념 유형과 인지갈등 정도를 양적으로 연구한 결과 물체의 낙하에 대한 개념으로 가장 큰 영향을 주는 변인 은 무게 변인이며, 무게가 같은 경우 공기의 저항이 작용할 때는 공기의 작용을 인정하고 있으며, 무게와 공기의 저항 변인이 상충된 문제에서는 무게 변인을 먼저 고려하고 나중에 공기의 저항 변인을 고려하며, 대다수 학생이 많은 혼란 을 겪고 있다고 하였다. 다양한 변인이 작용할 때는 자신의 일상생활에서의 경 험을 중심으로 해결하려는 경향을 보였다고 하였다.
4. 질적 연구
지금까지의 양적 연구방법으로는 과학교육 현상에 대한 심층적인 이해가 어려 웠다는 비판을 받고 있다. 과학교육 연구에서는 학생들이 연구의 주 대상이 되 어야 하고 학생 내면의 정신 세계를 심층적으로 연구할 수 있어야 한다. 이러한 연구방법론에 대한 비판적 의식으로 새로운 패러다임(질적 연구)이 적극적으로 일어나게 되었다.
질적 연구는 인류학, 심리학, 사회학으로부터의 수많은 전통들이 있으며, 세상 은 떨어져 존재하는 객관적인 것이 아니라, 개인적 상호작용 및 지각과 함수 관 계에 있다고 생각한다. 세상은 측량보다는 해석을 필요로 하며 연구는 탐색적이 고, 귀납적이며, 결과보다는 과정을 강조한다. 따라서 연구자가 하는 것은 자연 적 환경에서 일어나는 것을 관찰하고, 통찰하며, 느끼는 일이며 자연주의적 (naturalistic) 탐구이다(Merriam, 1988).
질적 연구는 참여 관찰하면서 연구대상과의 교류를 통해 얻고자 하는 자료를 얻는 연구방법이기 때문에 양적 연구의 연구자들에 비해 질적 연구의 연구자들 은 개인적 관여를 하고 편파적인 입장이 된다. 질적 연구자들의 편파적인 입장 은 중립적인 위치에서 연구 대상자들의 시각에서 그들을 이해하려고 하는 연구 대상자 중심의 사고이다.
질적연구의 목적은 인간행동의 이면에 있는 연구 대상자의 관점을 심층적으로
이해하는데 있다. 실재하는 현상을 그대로 연구하여 얻어지는 여러 가지 자료에 의해 근거 있는 이론을 개발하는 데 있다.
질적 연구에서 자료들은 양화 할 수 없는 현장노트, 사람들이 한 말, 사진 또 는 면접, 관찰 등 다양한 방법을 수집된다. 그러나 양적 연구에서 표집은 모집 단을 대표할 수 있어야 하므로 많이 신경을 써야한다. 양적 연구에서 표집은 표 준화 되어 있고, 실험과 검사와 질문지 등을 통해 수집된다.
질적 연구에서는 연구 대상에 대해 많은 지식이 없으므로 구체적인 설계가 어 렵고 설계에 융통성이 있다. 하지만 양적 연구에서는 연구 대상에 대한 많은 지 식이 있으므로 구체적으로 계획을 세울 수 있다.
질적 연구에서는 연구자의 역할이 매우 중요하며 연구자는 자연적 상황 속으 로 들어가서 매우 철저한 총체적인 기술을 통한 자료 수집 과정을 거쳐서 귀납 적으로 그 상황의 ‘의미’를 파악하는 연구라고 할 수 있다(채동현, 2002).
Ⅲ. 연구 방법
1. 연구 대상
본 연구는 제주특별자치도 제주시 소재 N초등학교 4학년 2명, 5학년 2명, 6학 년 2명을 대상으로 낙하이론을 어떻게 이해하고 있는지 살펴보았다.
4AM은 4학년 남학생으로 과학 성적이 중상위권이며 관찰력이 우수하고 과학 에 관심이 있는 편이다. 자영업을 하는 부모님 밑에서 평범하게 자랐으며 장래 희망은 교사이다.
4BF는 4학년 여학생으로 과학 성적은 보통이나 성격이 활발하고 긍정적이며 예술분야에 관심이 많다. 상상력과 표현력이 풍부하며 장래 희망은 무용수이다.
5AM은 5학년 남학생으로 과학 분야의 책을 즐겨 읽으며 조립,조작하는 활동 을 좋아하고 논리적이다. 장래희망은 프로그래머이다.
5BM은 5학년 남학생으로 전교과 성적이 고루 우수하며 독서량이 많다. 창의 적이고 논리적이나 표현력이 부족한 편이다. 장래희망은 의사이다.
6AM은 6학년 남학생으로 밝고 활발하며 과학에 관심이 많고 장래희망은 축구 선수이다.
6BM은 6학년 남학생으로 과학에 관심이 많으며 관찰력이 우수하고 관심분야 에 몰두하는 경향이 있다.
낙하운동은 초등학교의 과학교과에서 다루지 않는 분야로 이들은 오직 직접 경험이나 간접경험에 의해 습득될 수 있는 선개념이다. 이러한 선개념이 어떻게 습득되고 변화되는지 알아내기 위하여 4, 5, 6학년 학생들 각 2명씩 선택하였다.
2. 자료 수집 및 분석 방법
정보제공자들이 낙하이론에 대해 어떠한 개념을 가지고 있는지 알아보기 위하 여, 디지털 비디오 카메라를 고정 설치하고 녹음기, 면담기록장 등을 준비하고 면담 분위기 형성을 위해 자연스러운 대화를 유도하였다. 면담 전에 학생들에게
설문지를 작성하게 하여 미리 문제에 대해 잠시 사고를 정리할 시간을 주었
설문지를 작성하게 하여 미리 문제에 대해 잠시 사고를 정리할 시간을 주었