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학생들의 소리 개념에 대한 특징

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Vol. 71, No. 2, February 2021, pp. 150∼155 http://dx.doi.org/10.3938/NPSM.71.150

Characteristic on the Sound Conceptions of Students

Jong Ho Park

Department of Science Education, Chinju National University of Education, Chinju 52673, Korea (Received 21 September 2020 : revised 30 December 2020 : accepted 30 December 2020)

In this study, we investigated the concept of elementary school students about the process of propagating sound, and we targeted fourth-grade students who had learned about sound through a regular course and had drawn their own thoughts on three situations related to the propagation of sound. Three situations in which the other person asks the same concept as to how to hear a sound and how a dust or candle moves in front of a sound speaker were propsed. The students did not understand the transmission of sound due to vibrations in the medium, and they thought that matter moved with the transmission of sound. A correlation was found between the students’

expression style and their misconceptions about sound. As a result of classifying the students’

expression methods for sound transmission into a total of five, the students who expressed the arc type better understood the concepts of the medium and vibration. In addition, students who drew sound in a straight line or waves lacked understanding of vibration and medium and understood only the simple transmission of sound.

Keywords: Sound, Propagation, Misconception, Science education

학생들의 소리 개념에 대한 특징

박종호

진주교육대학교 과학교육학과, 진주 52673, 대한민국

(2020년 9월 21일 받음, 2020년 12월 30일 수정본 받음, 2020년 12월 30일 게재 확정)

본 연구는 글과 그림으로 표현할 수 있는 소리 전달에 대한 3개의 질문 문항을 이용하여 초등학생들의 소리에 대한 개념을 조사하였다. 소리에 대한 개념 조사는 G지역 초등학교 4학년 45명을 대상으로 하였다. 소리의 전달에 대해서 글로 표현한 응답을 수준별로 분류하였으며, 3개의 질문 문항에서 오개념을 포함하는 수준 2에 해당하는 초등학생들이 가장 많이 분포하였다. 소리의 전달을 그림으로 표현한 것을 5가지 유형인 물결형, 직선형, 호형, 귀나 사람이 듣는 주체형, 무관계형으로 분류하였다. 학생들의 그림 표현과 수준 간 상관관계에서는 물결형, 직선형으로 표현한 학생들은 수준 2(단순 표현), 호형은 수준 4(부분적으로 과학적 표현)와 강한 관계를 보였다. 호형의 학생들은 매질과 진동에 대한 이해가 물결형과 직선형 보다는 높은 것으로 나타났다. 또한 직선형과 물결형은 진동과 매질에 대한 이해가 부족하고 소리의 단순한 전달만 이해하고 있음을 알 수 있었다.

Keywords: 소리, 전파, 오개념, 과학교육

E-mail: parkkdp@cue.ac.kr

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

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I. 서 론

구성주의적 학습 관점에 의하면 학생들의 자연에 대한 과학적 이해는 일상 경험에서 얻은 선개념을 가지고 있으며 정규수업과정 이후에도 쉽게 고쳐지지 않는다 [1–9]. 특히 눈에 보이지 않는 추상적인 개념은 자신의 선개념으로 현상 을 해석하려는 경향을 보인다 [1–3]. 초등학교 과학교과에 서는 일상생활 중심의 내용을 많이 다루고 있으며, 물리와 관련된 영역은 크게 자기, 전기, 빛, 역학, 소리, 열, 에너 지이다. 특히, 소리는 초등학교 과학교과에서 다루는 물리 관련 영역 중 일상 생활에서 쉽게 접하는 친숙한 개념이다.

그러나 소리의 전달 과정을 눈으로 확인할 수 없기 때문에 과학 수업 후에도 초등학생들은 오개념을 보이기도 한다 [4–11]. 현재 2015개정 초등학교 교육과정에서는 소리의 발생, 소리의 세기, 소리의 높낮이, 소리의 전달을 학습하고 있다.

초등학생의 소리와 관련된 연구들은 소리의 개념과 개념 변화의 관점에서 연구되어져 왔다. 소리의 개념에 대한 연 구들은 소리의 발생, 전달, 수신의 관점에서 초등학생들의 특성을 연구하였다 [4–9]. 소리의 전달과 관련하여 초등학 교 학생들은 수업 전에 자기 중심적 선개념을 보이며 [9], 소리의 전달의 구체적인 과정을 인식하지 못한다. 또한, 고학년 이후부터 소리 전달에 있어서 매질의 중요성을 인식 한다 [4]. Kim의 연구에 의하면 빛과 소리에 대한 학생들의 개념은 상황 의존성, 미분화된 특성 등을 보이며, 상당수의 학생들이 선개념과 미분화된 개념을 바탕으로 하고 있다 [6]. 그리고 학생들의 소리에 대한 개념은 맥락 의존적이 며 직관적이며, 소리의 전달 상황에 따라 다르게 인지한다 [4–9].

한편 학생들의 오개념 연구에 있어서 조사 방법은 인터뷰, 테스트 [12], 개방형 질문으로 구성 [12], 객관식 시험 [13], 단어 연관성 테스트 [14], 예측 관찰 설명 [15], 그림 [16,17]

등이 있다. 이들 조사 방법 중 그림은 이해의 수준에 따라 학생들의 오개념과 오개념 유형을 비교할 수 있는 간단한 연구로 간주되었으며, 학생들은 답을 쓰는 것보다 그림으로 표현하는 것이 보다 더 부담을 줄일 수 있다 [16,17]. 또한 학생들의 그림은 자신의 생각, 감정 및 마음을 반영할 수 있다. 그림을 그리게 하는 방법은 글로서 표현하게 하는 방 법보다 명확하고 다양한 유형을 이끌어 낼 수 있다 [16,17].

그림은 학생들의 생각을 교사에게 전달하고 실제 내용과 행동이 반영될 수 있다 [16,17].

따라서 본 연구에서는 소리의 전달에 대한 유사한 맥락 상황을 3가지 제시하여 소리 전달에 대한 학생들의 글과 그림을 이용한 응답에 대해 경향성을 알아보고 학생들의 특징을 분류해 보고자 한다.

Table 1. A question to investigate the concept of sound transmission of elementary school students.

Question Contents

1

Draw and explain the process by which we hear the bell.

2

Draw and explain the movement of dust in front of a loud speaker.

3

Draw and explain the movement of candlelight in front of a loud speaker.

II. 연구 방법

1. 연구 대상

연구 대상 학생들은 3학년 정규교육과정을 통해 소리의 성질에 대해 학습한 학생들로 G지역 초등학교 4학년 45 명에 대해 조사하였다,

2. 검사 도구 및 자료 수집

본 연구에서는 학생들의 소리 개념을 조사하기 위하여 Sozen등이 개발한 그림을 이용한 소리의 전달 오개념 조사 질문지를 수정하여 사용하였다 [10]. 학생들의 그림을 통한 개념 조사는 예기치 않은 결과가 나타날 수 있으며 실제 학 생들이 가지고 있는 개념에 대한 이미지를 알아볼 수 있는 효과적인 방법이다 [10]. 질문지는 Table 1과 같이 소리의 전달에 대한 동일 개념에 대해 다른 맥락에서 학생들이 어떻 게 생각하는지에 대한 3가지의 개방형 질문으로 구성하였 다. 3개의 질문 문항은 그림을 그리고 질문에 대한 설명을 하게 하였다. 이는 소리의 개념을 표현하는데 있어서 그림 으로 표현을 쉽게 하는 학생, 그림은 그리기 어려워도 글로 표현을 쉽게 하는 학생 등을 고려하여 좀 더 많은 학생들이 응답을 할 수 있게 하였다.

1번 문항은 종이 울릴 때, 그 소리를 어떻게 듣게 되는지 자유롭게 그림을 그리고 글로 설명하도록 하였다. 이를 통해 학생들이 소리의 전달과 관련하여 어떤 이미지로 구성하여 표현했는지 또한 어떻게 글로 설명하고 있는지 알아보고자 하였다. 2번, 3번 문항은 학생들에게 소리가 진행되는 매질 속에 먼지와 촛불이 어떻게 움직이는지 그림과 글로 표현 하도록 하였다.

(3)

Table 2. Level classification and frequency analysis results for student responses to question 1.

Levels Contents Frequency

(%(No.)) 5 Have a comprehensive scientific concept (resonance, vibration and

tremors are transmitted through the air). 13.3(6)

4 Have a partial scientific concept (medium and transmission are

expressed). 22.2(10)

3 Have a misconception. 11.1(5)

2 Not scientific, but only expresses the transmission of sound 46.7(21)

1 No pictures, pictures not related to science 6.67(3)

3. 자료 분석

학생들의 응답에 대해서 글로 설명한 것과 그림으로 표 현한 것은 각각 따로 분석하였으며, 그림의 불명확한 표현 혹은 글의 불명확한 표현은 그림과 글을 교차평가 (일치, 불일치, 의미적 일치, 불일치 등) 하였다. 각 문항에 대한 설명과 그림은 각각 과학교육 전공자 3명과 함께 정기적인 세미나를 통해 분석의 타당도를 높였다. 소리의 전달에 대한 학생들의 개념은 크게 과학적 개념 반영 정도와 표현 유형으로 나누어 분석하였다. 소리의 전달에 대한 학생들의 개념은 Sozen등 [10]의 분석틀을 참고하여 과학적 개념 포함 정도에 따라 질문 문항 1번은 5개 수준, 질문 문항 2, 3번은 3개 수준으로 분류하였다. 또한 1번 질문 문항에서 수집된 소리의 전달에 대한 학생들의 그림 유형은 반복적, 비교분 석적, 귀납적 방법 [11]을 통해 수준을 나누어 분류하였다.

소리의 전달에 대한 학생들의 이미지 패턴을 탐색하기 위해 학생들의 그림을 반복적으로 보며 개방코딩 과정을 통해 발견된 의미와 대표성을 가지는 것을 유형화하였다. 또한 종이 울리는 상황과 소리가 진행될 때 공기 중 먼지와 촛불 의 움직임에 대하여 그림 표현 유형과 글로 응답한 수준을 교차 분석을 통해 상관성을 조사하였다.

III. 연구결과

1. 소리의 전달에 대한 학생들의 설명 유형 1) 종이 울리는 상황에 대한 학생들의 설명 수준

Table 2는 Table 1에서 1번 문항에 대한 학생들의 설명을 수준별로 나누어 분석한 결과를 정리한 것이다. 1번 문항은 종이 울릴 때 어떻게 소리를 들을 수 있는지 소리의 전달 과정에 관해 묻는 문항이다. 소리의 개념에 대한 학생의 수 준을 수준 1인 하위 정착점에서 수준 5인 상위 정착점으로 5가지 수준으로 분류하였다. 수준 5는 “공기의 진동 때문에

소리가 들린다.”라고 표현한 학생들로 과학적 개념을 포괄 적으로 형성한 상태 즉 진동, 매질, 전달이 모두 표현된 상태 이다. 수준 4는 “공기 때문에 소리가 들여요.”라고 표현한 학생들로서 과학적 개념을 일부 표현한 상태로 매질과 전달 은 알지만 진동에 관해서는 설명하지 못한 상태이다. 수준 3은 “공기가 흘러서 소리가 들린다.”라고 표현한 학생들로 서 전달을 알고 있지만, 오개념을 가지고 있는 상태이다.

수준 2는 “스피커에서 소리가 나니까 들려요.”라고 표현한 학생들로서 단순히 소리가 들린다 것을 표현한 상태이다.

수준 1은 무응답이거나 소리와 관련해서 상관없는 응답을 한 학생이다. Table 2와 같이 1번 문항에 대한 빈도분석 결과를 살펴보면 수준 2(46.7%) > 수준 4(22.2%) > 수준 5(13.3%) > 수준 3(11.1%) > 수준 1(6.67%) 순으로 수준 2 가 가장 높게 나타났다. 소리를 단순히 들리는 것으로 이해 하고 있는 학생이 46.7%로 가장 많고, 공기와 같은 매질을 같이 이해하는 학생들이 22.2%, 진동, 매질, 전달의 개념을 포괄적으로 형성한 학생 들이 13.3%로 낮다는 것을 알 수 있다. 총 45명 중 6명(약 13.3%)만이 5수준에 해당되었다.

이는 소리 개념을 이해하고 있는 학생들이 많지 않다는 것을 의미한다.

2) 스피커로부터 소리가 나올 때 먼지와 촛불의 움직 임 상황에 대한 학생들의 설명 수준

Table 3은 Table 1에서 2번 문항에 대한 학생들의 설명을 수준별로 나누어 분석한 결과를 정리한 것이다. 2번 문항은 소리의 전달이 일어날 때 먼지의 움직임으로부터 매질의 움직임에 관해 묻는 문항이다. 학생의 수준을 수준 1인 하 위 정착점에서 수준 3인 상위 정착점으로 3가지 수준으로 분류하였다. 수준 3은 과학적 개념을 포괄적으로 형성한 상태로 매질이 제자리에서 진동함을 표현한 것이다. 수준 2는 소리가 전달된다는 것은 알고 있지만, 오개념을 가지고 있는 상태이며 2가지의 하위 오개념을 포함한다. 수준 1은 무응답이거나 소리와 관련해서 상관없는 응답을 한 학생이

(4)

Table 3. Level classification and frequency analysis results for student responses to question 2

Levels Contents Frequency

(%(No.)) 3 Have a comprehensive scientific concept (Expressing dust

vibrating in place.), 8.9(4)

2 Have a misconception - Move right.

Have a misconception - Spread in all directions.

66.7(30) 24.4(11)

1 No pictures, pictures not related to science 0(0)

Table 4. Level classification and frequency analysis results for student responses to question 3.

Levels Contents Frequency

(%(No.)) 3 Have a comprehensive scientific concept (Vibrate in place) 24.4(11) 2

Have misconceptions - Candles bend to the right.

Have misconceptions - Candle goes out.

Have misconceptions - there is no movement.

37.8(17) 31.1(14) 6.7(3)

1 No pictures, pictures not related to science 0(0)

다. Table 3에서 학생들의 응답에 대한 빈도 분석 결과를 살펴보면 수준 2(91.1%) > 수준 3(8.9%) > 수준 1(0%)로 수준 2가 가장 높게 나타났다. 이는 포괄적인 과학적 개념을 형성한 학생이 8.9%로 매우 적었으며, 대부분의 학생들이 (91.1%) 매질의 이동에 대해 오개념을 가지고 있음을 의 미한다. 수준 2에 해당하는 학생 중 “오른쪽으로 이동할 것이다.”라고 응답한 학생이 66.7%로 총 2/3의 학생들이

“매질이 소리와 같이 이동할 것이다.”라는 오개념을 가진 것으로 조사되었다.

Table 4는 Table 1에서 3번 문항에 대한 학생들의 설명을 수준별로 나누어 분석한 결과를 정리한 것이다. 3번 문항은 소리의 전달이 일어날 때 촛불의 움직임을 통해 매질의 움 직임에 대해 묻는 문항으로 2번 문항 앞에 놓인 물질을 바꾼 것이다. 학생의 수준을 수준 1인 하위 정착점에서 수준 3 인 상위 정착점으로 3가지 수준으로 분류하였다. 수준 3은 과학적 개념을 포괄적으로 형성한 상태로 매질이 제자리 에서 진동함을 표현한 상태이다. 수준 2는 소리의 전달을 알고 있지만, 오개념을 가지고 있는 상태이다. 수준 2는 하위 대표적인 3가지의 오개념으로 분류하였다. 수준 1은 무응답이거나 소리와 관련해서 상관없는 응답을 한 학생이 다. Table 4에서 학생들의 응답에 대한 빈도 분석 결과를 살펴보면 수준 2(75.6%) > 수준 3(24.4%) >수준 1(0%)로 수준 2가 가장 높게 나타났다. 이는 2번 문항에서 나타난 결과와 매우 유사하다. 2/3가 넘는 학생들이 (75.6%) 매질 의 이동에 대해 오개념을 가지는 것으로 조사되었다.

이들 중 “촛불이 오른쪽으로 이동할 것이다.”라고 대답 한 학생이 37.8%, “소리의 이동과 함께 매질이 이동할 것 이다.” 또는 “촛불이 꺼진다.“라고 대답한 학생이 31.1%로

Fig. 1. Four examples of student image representation of bell-like sound propagation. (a) wave type, (b) straight type, (c) arc type, (d) listening subject such as ears or people.

나타났다. “아무 움직임이 없다.” 또는 “초음파 때문이다.”

와 같이 그 외의 오개념을 가진 학생은 6.7%가 있었다.

Figure 1은 1번 문항에 대해 학생들이 그림으로 표현한 대표적 4가지 예를 나타낸 것이다. 소리의 전달을 물결형, 호형, 직선형, 소리의 전달과 관련한 그림 표현 없이 단순히 귀, 사람 같은 듣는 주체형으로 표현하였다. 따라서 본 연 구에서는 학생들의 그림을 5가지 유형 즉, 물결형, 직선형, 호형, 귀나 사람 같은 주체형, 무관계형으로 유형을 분류하 여 Table 5와 같이 정리하였다. 학생들의 유형에 대한 빈도 분석 결과를 살펴보면 직선형 (35.6%) > 호형 (28.9%) >

물결형 (20%) > 귀, 사람 같은 듣는 주체형 (6.7%) 순으로 조사되었다. 한편 2번 문항과 3번 문항에 대한 그림 유형은 학생들이 표현한 그림이 어떤 일관성을 갖지 않았기 때문에 분류할 수 없었다.

(5)

Table 5. Classification and distribution of image types for question 1.

Types Contents Signs Frequency

(%(No.))

A wave 20(9)

B straight 35.6(16)

C arc 28.9(13)

D listening subject such as ears or people 6.7(3)

E Irrelevant 8.8(4)

Fig. 2. Relationship between student’s picture type and level of sound propagation. (a) wave type, (b) straight type, (c) arc type, (d) listening subject such as ears or people, No(%).

2. 소리의 전달에 대한 학생들의 그림 유형과 수준과 의 관계.

Figure 2(a) – 2(d) 는 Table 5에 제시한 (a) 유형 A인 물결형, (b) 유형 B인 직선형, (c) 유형 C 호형, (d) 유형 D 인 귀, 사람 같은 듣는 주체형 그림을 그린 학생들의 응답 수준의 교차분석 결과이다. 가로축은 1번 문항에 대한 학 생의 글로 설명한 수준을 나타냈으며 세로 축은 학생수를 나타낸 것이다. Figure 2(a) 와 같이 유형 A인 물결형을 그 린 학생들 중에서 단순한 전달 즉, 수준 2로 설명한 학생이 44.45%로 가장 많이 나타났으며 진동으로 설명한 수준 5의 학생은 22.22%로 나타났다.

Figure 2(b) 와 같이 유형 B인 직선형 그림을 그린 학생 들의 설명 수준과의 관계를 나타낸 것으로 유형 A와 같이

단순한 전달 즉, 수준 2로 설명한 학생이 68.75로 가장 높게 나타났으며, 반면에 진동으로 설명한 수준 5의 학생은 0%

였다. 이는 조사 대상 학생들이 소리를 들을 수 있는 현상을 단순한 전달로 이해하고 있는 것으로 보여 진다.

Figure 2(c)는 유형 C인 호형 그림을 그린 학생들의 설명 수준과의 관계를 나타낸 것이다. 부분적으로 매질과 같은 과학적 표현 즉, 수준 4로 설명한 학생이 38.46% 가장 높게 나타났으며, 진동과 같은 설명 즉, 수준 5로 설명한 학생이 23.08%로 나타났다. Figure 2(d) 는 유형 D인 귀, 사람과 같이 듣는 주체형을 그린 학생들의 응답 수준의 교차분석 결과이다. D 유형의 학생들은 수준 2, 즉 소리의 전달만 단순히 이해한 학생들이 많았다.

실제적으로 소리의 전달과정에서 공기의 밀도의 주기적 변화와 공기의 진동에 의한 소리가 우리 귀까지 전달되는 과정을 글과 그림으로 초등학생이 표현하기 힘들다. 일반적 으로 소리는 종파로서 표현이 어려우며 횡파와 같이 물결을 이용하여 표현하는 경우가 많이 있다. 소리의 진행 방향에 대해서는 직선의 표시와 파면으로 표시된 호형으로 표현 되었다고 여겨진다. 소리의 전달에서 보면 물결형, 호형, 직선형 모두 그림의 표현이 부분적으로 올바른 표현이라 여겨진다. 그러나 물결형, 직선형에서 글로 표현한 수준에 서는 단순한 전달, 수준 2에 응답한 학생의 빈도가 수준 1, 수준 3, 수준 4, 수준 5에 비해 상대적으로 높게 나타났다.

호형에서도 수준 5 보다는 높지 않지만 두번째로 많은 분 포를 보인다. 호형의 학생들은 매질과 진동에 대한 이해가 물결형과 직선형 보다는 높은 것으로 나타났다.

IV. 결론 및 제언

본 연구에서는 초등학생들의 소리에 대한 개념 유형을 글 과 그림을 통해 알아보았다. 글을 통한 초등학생들이 갖는 소리에 대한 개념을 수준별로 나누어서 분석하였다. 그리고 학생들이 표현한 소리의 전달에 대한 그림을 분석하여 개념 유형을 5가지 유형으로 분류하였다.

(6)

종이 울릴 경우 소리의 전달에 대해 부분적으로 과학적 응답을 한 수준 5와 수준 4에 포함되는 학생은 35.5%였다.

스피커 앞의 먼지와 촛불의 움직임에 대해 부분적으로 과학 적 응답을 한 수준 3에 포함되는 학생이 각각 8.9%, 24.4%

로 나타났다. 소리 전달에 대한 그림 표현을 분석한 결과 물결형이 20%, 직선형이 35.6%, 호형이 28.9%, 귀나 사람 듣는 주체형이 6.7% 관계없는 형이 8.8%로 나타났다. 대체 적으로 학생들은 매질에서의 진동 때문에 소리가 전달되는 것을 이해하지 못했다. 그리고 학생들의 그림 표현과 수준 간 상관관계에서는 호형으로 표현한 학생들이 물결형과 직 선형으로 표현한 학생보다 매질과 진동에 대한 개념을 더 잘 이해하고 있다고 판단된다. 물결형과 직선형으로 그린 학생은 진동과 매질에 대한 이해가 부족하고 소리의 단순한 전달만 이해하고 있음을 알 수 있었다.

이와 같은 결론을 바탕으로 다음과 같은 제언을 하고자 한다.

첫째, 학생들이 표현한 그림은 학생들의 과학적 개념 형 성 수준의 정도를 알려준다. 교사는 수업 중 학생의 그림을 보며 학생의 개념 형성 수준을 이해하는 것에 도움이 될 것이다. 그러나 학생들이 그림을 물결형, 직선형, 호형으로 그리도록 유도한다고 해서 학생의 개념 이해에 도움이 되 는가에 대해서는 후속 연구가 필요할 것으로 보인다.

둘째, 초등학생들은 소리 전달과 관련한 현상을 이해하는 데 있어서 물결형, 직선형, 호형, 귀나 사람이 듣는 주체형, 무관계형으로 분류될 수 있으므로 이런 유형적 형태가 고 려된 교수 학습이 필요하다고 여겨진다. 향 후 연구에서는 유형에 따른 교수 학습이 연구될 필요가 있다. 또한, 초등학 교 과학교과는 중학교 과학교육으로 이어진다. 중학교에서 소리의 개념은 매질의 진동에 대해서 많이 다룬다. 따라서 초등학교에서는 초등학생들에게 소리를 가르칠 때 중학교 과학교육과 연계하는 것이 좋을 것으로 판단된다.

셋째, 조사 인원과 지역의 한계로 인하여 이 조사가 통계 적으로 의미를 갖지 않는다고 할지라도 소리에 대한 학습에 있어서 고려 점을 시사할 수 있을 것으로 기대된다.

REFERENCES

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수치

Table 1. A question to investigate the concept of sound transmission of elementary school students.
Table 2. Level classification and frequency analysis results for student responses to question 1.
Table 3. Level classification and frequency analysis results for student responses to question 2
Fig. 2. Relationship between student’s picture type and level of sound propagation. (a) wave type, (b) straight type, (c) arc type, (d) listening subject such as ears or people, No(%).

참조

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