Pre-Service Elementary Teachers' Views on 'Action and Reaction': Focused on their Understandings and Typically-Perceived-Situations (TPS)

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Ⅰ. 서론

뉴턴(I. Newton)의 운동 제3법칙인 작용 반작용 법칙은 힘과 운동 을 기술하는데 있어서 가장 기본적이며 중요한 법칙 중 하나이다 (Brwon, 1989). 작용 반작용 법칙에 대해서 뉴턴은 그의 책 프린키피 아(Principia)에서 다음과 같이 서술하고 있다.

법칙 Ⅲ: 모든 작용에는 반대되는 동일한 반작용이 있다: 혹은 서로에게 하는 두 물체의 상호작용은 항상 동일한 크기이고, 방향은 상대편을 향한다.

(Law Ⅲ: To every action there is always opposed an equal reaction:

or the mutual actions of two bodies upon each other are always equal, and directed to contrary parts.) (Newton, 1729, p.20).

즉, 모든 작용은 반대되는 작용과의 상호작용에 의해 발생한다는 것이다. 예를 들어, “손가락으로 돌을 밀면, 손가락 또한 돌에 의해 밀리고, 또, 말이 줄에 묶인 돌을 끈다면, 말 역시 돌을 향에 동일하게 끌린다.”(Newton, 1729, p. 20)는 것이다. 이러한 작용 반작용 법칙은 힘의 작용은 일방적인 작용이 아니라 본질적으로 상호작용임을 의미 하며 고립된 힘의 가능성을 배제하는 것으로(Song et al., 2004), 전자 기학 분야 등 일부 제한적인 사례를 제외하고는(Jeon & Lee, 2007),

정지해 있거나 움직이거나 상관없이 두 물체가 상호작용하는 경우에 항상 적용된다(Halliday, Resnick, & Walker, 2001).

이러한 중요성을 감안하여, 작용 반작용 법칙은 우리나라 중등 과 학과 교육과정에서 꾸준히 다루어져 왔다. 예를 들어, 2007 개정 과학 과 교육과정에서는 고등학교 ‘과학’의 ‘(2) 물체의 운동’에서 “(마) 작용⋅반작용 법칙을 이해한다.”(Ministration of Education, 2007, p.

17)라고 명시한 바 있다. 2009 개정 과학과 교육과정에서는 7∼9학년 군의 ‘(3) 힘과 운동’에서 “(가) 힘은 두 물체 사이의 상호작용임을 이해하고, 접촉에 의한 상호작용뿐 아니라 멀리 떨어져 있는 물체 사이의 상호작용이 있음을 안다.”(Ministration of Education, 2011, p. 42)로, 고등학교 ‘과학’ ‘(3) 태양계와 지구’에서 “② 행성의 운동에 관한 케플러의 법칙을 알고, 뉴턴의 운동법칙을 이용하여 케플러 법 칙을 설명할 수 있다.”(Ministration of Education, 2011, p. 75)로, 그리 고 물리Ⅰ ‘(1) 시공간과 우주’에서 “④ 뉴턴의 운동법칙을 1차원 운 동에 적용하고, 스포츠 등에서 충격량과 운동량 변화의 관계를 이해 한다.”(Ministration of Education, 2011, p. 87)로 명시하여 작용 반작 용 법칙과 이를 이용한 운동의 해석에 대해 다루어 왔다. 그리고 2015 개정 과학과 교육과정에서는 ‘과학’과의 ‘가. 내용체계’에서 ‘힘과 운 동’ 영역, ‘시공간과 운동’ 핵심개념의 일반화된 지식으로 “물체의 운

초등예비교사의 ‘작용과 반작용’ 개념

-이해 정도와 전형적 인식상황 분석을 중심으로-

정용재

^* 공주교육대학교

Pre-Service Elementary Teachers’ Views on ‘Action and Reaction’:

Focused on their Understandings and Typically-Perceived-Situations (TPS)

Yong Jae Joung

^*

Gongju National University of Education A R T I C L E I N F O A B S T R A C T

Article history:

Received 5 October 2016 Received in revised form 4 November 2016 10 November 2016

Accepted 14 November 2016

The purpose of this study is to investigate pre-service elementary teachers’ views of the law of action-reaction by examining their degrees of understanding and Typically-Perceived-Situations (TPS).

Data were collected from 177 Grade 3 pre-service elementary teachers. The results of analyzing these data show: First, the participants did not sufficiently understand about the law of action-reaction, and their degrees of understanding were different depending on the situation provided in the questionnaire.

Second, in relation to the TPSs of the law of action-reaction, the participants thought of irrelevant situations to the law of action-reaction such as “a situation generated by inertia” as well as commonly relevant ones such as “a person pushing a wall”, and had somewhat biased TPSs in terms of ‘action type’ and

‘result motion type’ of action-reaction. Finally, several suggestions on the science education for promotion of understanding about the law of action-reaction were given.

Keywords:

action-reaction,

Newton’s third law, force, Typically-Perceived-Situation (TPS),

pre-service elementary teachers

* 교신저자 : 정용재 ([email protected])

** 이 논문은 2015년도 공주교육대학교 교내연구비 지원에 의한 것임.

http://dx.doi.org/10.14697/jkase.2016.36.6.0851

Journal of the Korean Association for Science Education

Journal homepage: www.koreascience.org

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동 변화는 뉴턴 운동 법칙으로 설명된다.”(Ministration of Education, 2015, p. 5)고 서술하고 있으며, 물리Ⅰ ‘(1) 역학과 에너지’에서 “[12 물리Ⅰ01-02] 뉴턴 운동 법칙을 이용하여 직선상에서 물체의 운동을 정량적으로 예측할 수 있다.”, “[12물리Ⅰ01-03] 뉴턴의 제3법칙의 적용 사례를 찾아 힘이 상호 작용임을 설명할 수 있다.”(Ministration of Education, 2015, p. 128)로 명시하여, 작용 반작용 법칙과 힘의 속성, 그리고 뉴턴 법칙에 근거한 운동의 해석에 대해 다루도록 하고 있다.

작용 반작용 법칙에 대한 학생들의 개념에 대한 연구 역시 상당히 오래 전부터 꾸준히 이루어져 왔다(e.g., Clement, 1982; Minstrell, 1982; Driver, 1983; Terry & Jones, 1986; Oh & Kwon, 1988;

Hellingman, 1989; Kim, 1995; Cha, Seo, & Kwon, 2001; Cho, Kim,

& Kwon, 2004; Song et al., 2004; Jeon & Lee, 2007; Kim, 2009).

이들 연구들은 대부분 작용 반작용 법칙을 올바르게 이해하고 있는 경우는 많지 않다는 결과들을 보고하였다. 예를 들어, 학생들은 작용 과 반작용에 대해서 힘을 주는 쪽이나 받는 쪽 일방의 문제로 생각하 는 경향이 있었고, 상호작용하는 두 물체의 질량, 종류 및 특징에 따라 다르게 생각하는 경향이 있었다(Oh & Kwon, 1988; Song et al., 2004). 또, 반작용은 작용 후에 발생하며(Hellingman, 1989), 줄다리 기와 같이 서로 잡아당기고 있는 상황에서는 이기고 있는 사람이 더 큰 힘을 작용한다고 생각하고(Terry & Jones, 1986), 일반적으로 작용 이 더 크면 그 방향으로 물체가 움직이게 된다고 생각(Driver, 1983)하 는 등, 작용과 반작용에 의해 힘이 상쇄되거나 합산된다고 생각하는 경향이 있었다(Kim, 1995; Cha, Seo, & Kwon, 2001). 이러한 결과들 은 공통적으로 힘의 속성, 즉, 힘은 상호작용을 그 속성으로 하며 반드 시 운동이 변화되는 대상과 반대로 작용하는 짝이 있어야 한다는 것 에 대해 여전히 많은 학생들이 올바로 이해하지 못하고 있음을 보여 준다(Song et al., 2004).

한편, 작용 반작용 법칙에 대한 이해는 초등예비교사들에게도 필요 하다. 물론, 앞서 언급하였듯이, 우리나라의 경우 작용 반작용 법칙은 중등 과학 교육과정에서 다뤄지고 있다. 즉, 초등학생들에게는 작용 반작용 법칙을 직접 지도하지 않는다. 그러나 초등학교 교육과정에도 3∼4학년군의 (2) 자석의 이용, (9) 물체의 무게, 5∼6학년군의 (7) 물체의 운동, (13) 전기의 이용 등과 같이 힘과 운동에 대한 교사의 기본적인 이해가 필요한 단원들이 있다(Ministration of Education, 2011). 예를 들어, ‘자석의 이용’ 단원의 경우, 2009 개정 교육과정에 따른 3학년 과학 교과서(Ministration of Education, 2014)에서는 “자 석과 물체가 서로 끌어당기는 힘에 대하여 알아봅시다.”(p. 62), “클립 과 같이 자석에 붙은 물체는 자석과 떨어져 있어도 서로 끌어당깁니 다.”(p. 63)와 같이 ‘서로 끌어당기는 힘’과 관련된 서술을 볼 수 있다.

이러한 방식의 서술은 2007 개정 과학 교과서에 있는 “자석이 물체를 끌어당기는 힘에 대해 알아봅시다.”(Ministration of Education, 2010, p. 62)와 같은 서술과는 다른 방식인데, 교과서 집필 과정에서 상호작 용이라는 힘의 속성을 반영하여 기존의 서술을 보완한 결과이다(Lee et al., 2014). 이는 초등학교에서 작용 반작용 법칙이나 상호작용으로 서 힘을 직접적으로 가르치지는 않더라도, 초등학교 교사 역시 교과서 내용을 충분히 이해하기 위해서는 작용 반작용 법칙에 대한 이해가 필요함을 말해준다. 아울러서, 2015 개정 과학과 교육과정에서는 초, 중등 과학을 아우르는 핵심개념의 일반화된 지식으로 “물체의 운동

변화는 뉴턴 운동 법칙으로 설명된다.”(Ministration of Education, 2015, p. 5)라고 명시하고 있는데, 이는 초등학교 교사 역시 뉴턴의 운동 법칙에 대한 기본적 이해가 필요함을 시사한다. 이와 같은 점들 은 초등학교 교사 역시 작용 반작용 법칙에 대한 이해가 필요함을 말해주는 것이며, 따라서 초등학교 교사를 양성하는 초등예비교사 교육에서도 이를 고려할 필요가 있음을 말해주고 있다. 예를 들어, 초등예비교사를 대상으로 작용 반작용 법칙에 대한 이해 정도와 개념 을 조사하고, 이를 바탕으로 적절한 예비교사 교육을 실시하는 것이 필요할 것이다. 하지만 지금까지 작용 반작용 법칙에 대한 연구는 주로 중등학생을 대상으로 이루어져 왔으며, 일부 중등교사와 중등예 비교사를 대상으로 한 연구(e.g., Jeon & Lee, 2007; Kim, 2009)가 있을 뿐, 초등예비교사를 대상으로 한 연구는 찾아보기 어렵다.

이에 따라, 본 연구에서는 초등예비교사를 대상으로 작용 반작용 법칙에 대한 이해 정도와 전형적 인식상황의 조사를 통해 초등예비교 사의 ‘작용과 반작용’에 대한 개념을 알아보는 것을 목적으로 하였다.

전형적 인식상황(Typically-Perceived-Situation)은 ‘사물, 개념, 상황 등과 같은 어떤 대상에 대해서 혹은 그와 관련해서 생각할 때 즉시적 이고 자동적으로 떠오르는 상황’(Joung, 2009, p. 102)을 말한다. 전형 적 인식상황은 응답자가 본인의 생각을 그림을 포함한 상황으로 기술 하기 때문에 기존의 선택형 개념검사 도구에 비해 좀 더 풍부한 생각 을 파악할 수 있음이 알려져 왔다(Kang, Joung, & Song, 2009; Joung, 2009; Joung & Gunstone, 2010). 이에 본 연구에서는 초등예비교사의 개념을 조사하는 방법으로 선택 후 설명형의 설문 문항을 통한 이해 도 조사와 함께 전형적 인식상황을 조사하였다.

위와 같은 연구 목적을 달성하기 위한 본 연구의 연구 문제는 다음 과 같다.

첫째, 초등예비교사들의 작용 반작용 법칙에 대한 이해 정도는 어 떠한가?

둘째, 초등예비교사들이 작용 반작용 법칙과 관련하여 떠올리는 전형적 인식상황은 어떠한가?

Ⅱ. 연구 방법 1. 연구 대상

본 연구는 중부 지방의 한 교육대학교 3학년 총 177명(남 51명, 여 126명)의 예비교사를 대상으로 하여 수행되었다. 학부 심화전공 별로는 국어교육과 32명, 윤리교육과 29명, 사회과교육과 27명 등 문과계열 전공 학생이 총 88명(49.7%), 수학교육과 31명, 과학교육과 31명, 실과교육과 27명 등 이공계열 전공이 총 89명(50.3%)이었다.

고등학교 재학 시 계열별로는 문과계열이 143명(80.8%), 이과계열이 34명(19.2%)으로 문과계열 학생이 상대적으로 훨씬 많았다. 이러한 불균형은 표집의 문제라기보다는 여학생과 고등학교 문과계열 학생 이 상대적으로 많다는 교육대학교의 일반적인 특성이 반영된 것으로 보인다. 한편, 남자 51명 중 고등학교 이과계열 학생은 10명(19.6%)이 었고, 여자 126명 중 고등학교 이과계열 학생은 24명(23.5%)로 남학 생과 여학생 중 고등학교 이과계열 학생의 비율은 여학생이 조금 높 았지만, 큰 차이는 없었다.

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2. 조사 및 분석 방법

가. 이해 정도 조사 및 분석 방법

작용 반작용 법칙에 대한 이해 정도를 조사하기 위해서 선택 후 설명형의 설문지를 개발하여 사용하였다. 설문 문항은 5개의 상황 즉, ‘가벼운 화장지(티슈)를 주먹으로 치는 상황’, ‘바윗돌을 당기지만 안 움직이는 상황’, ‘바윗돌을 당겨 끌려오는 상황’, ‘볼링공이 볼링 핀을 맞히는 상황’, ‘밀폐된 수레 속의 선풍기가 강한 바람을 일으키

는 상황’별로 한 문항씩 총 5개의 문항으로 구성하였다. 앞의 네 문항 은 힘의 크기를, 마지막 문항은 수레의 움직임에 대해 묻는 문항으로, 각 문항의 구체적인 내용은 Table 1과 같다.

Table 1의 각 문항 중 일부는 기존의 연구나 문헌에서 사용된 문항 과 동일한 문항이며, 일부는 기존의 문항을 수정 보완한 문항이다.

1번 문항은 두 물체의 질량 차이가 매우 큰 경우에 둘 사이에 작용하 는 힘의 크기에 대해 묻는 문항으로, Hewitt (2007, p. 86)가 그림과 글로 제시한 예시를 바탕으로 연구자가 개발한 문항이다. 2번 문항은 사람이 무거운 바윗돌을 당기고 있지만 바윗돌이 움직이지 않을 때

상황 문항 번호 및 내용

가벼운 화장지(티슈)를 주먹으로 치는 상황

바윗돌을 당기지만 안 움직이는 상황

바윗돌을 당겨 끌려오는 상황

볼링공이 볼링 핀을 맞히는 상황

밀폐된 수레 속의 선풍기가 강한 바람을 일으키는 상황

Table 1. Content of the questionnaire for investigation of understanding of action-reaction in this study

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둘 사이에 작용하는 힘의 크기에 대해 묻는 문항으로, Song et al.

(2004, p, 78)의 연구에서 사용한 문항을 ‘⑤ 기타’만 추가하여 그대로 사용한 것이다. 3번 문항은 2번 문항과 유사한 상황이지만 이번에는 가벼운 바윗돌이 끌려오고 있을 때 둘 사이에 작용하는 힘의 크기에 대해 묻는 문항으로, 2번 문항과 동일한 답지를 제시하되 본 연구자가 상황만 수정하여 작성한 것이다. 2번과 3번 문항은 유사한 상황에서 바윗돌이 끌려올 때와 끌려오지 않을 때 두 상황에 대한 예비교사들 의 생각에 차이가 있는지 알아보고자 한 문항이다. 한편, 3번 문항은 사람과 바윗돌이냐, 사람과 사람이냐 라는 점에서는 차이가 있지만 잡아당겨서 끌려오는 상황이라는 점에서는 Song et al. (2004, p, 60) 의 줄다리기 문항과 유사한 측면이 있다. 4번 문항은 무거운 볼링공이 가벼운 볼링 핀과 충돌할 때 둘 사이에 작용하는 힘의 크기에 대해 묻는 문항으로, Kim (1995, p. 151)의 연구에서 사용된 문항을 ‘⑤ 기타’만 추가하여 그대로 사용한 것이다. 마지막 5번 문항은 지붕과 벽이 있는 밀폐된 수레 속에서 선풍기가 강한 바람을 일으킬 때 수레 가 어떻게 되겠는지를 묻는 문항으로, Cho, Kim, & Kwon (2004)과 Hong, Kim, & Kwon (2007)의 연구에서 작용 반작용과 관련하여 실험 과제로 제시된 것을 문항으로 작성한 것이다. 이 문항은 고립된 계 내부에서 일어나는 작용과 반작용에 대한 예비교사들의 생각을 알아보기 위한 것으로, 본래 과제는 완전히 밀폐된 수레가 아니라 선풍기 바람을 맞는 하나의 벽만 있는 형태의 수레였으나, 본 연구에 서는 다른 변인들을 줄이기 위해 밀폐된 수레로 변형하여 문항을 작 성하였다.

작용 반작용 법칙에 대한 예비교사들의 이해 정도를 분석하기 위해 서 각 문항의 정답률과 답지별 응답 빈도수를 분석하였으며, 각 답지 별로 그렇게 응답한 이유를 분석하였다. 응답한 이유를 분석할 때는 가급적 응답 내용 자체에 충실하기 위해 유사한 의미의 이유로 판단 되어도 응답자의 진술 자체가 다소 상이한 경우에는 일단 다른 범주 로 분류하여 분석 결과를 제시한 후, 이후 관련된 해석을 기술 할 때는 경우에 따라 유사한 의미의 범주를 함께 묶은 경우도 함께 기술 하였다. 예를 들어, 바윗돌을 잡아당겨도 움직이지 않는 상황에 대해 둘 사이의 힘의 크기가 동일하다고 응답한 응답자가 그 이유를 단순 히 “움직이지 않으니까”라고 응답한 경우와 “힘이 평형을 이루면 움 직이지 않으니까”로 응답한 경우는 둘 다 유사한 의미로 판단되지만, 전자는 현상에만 주목하여 기술한 것인 반면 후자는 현상과 함께 현 상에 대한 설명을 기술한 것이라는 점에서 일단 다른 범주로 분류한 후, 해석을 기술할 때에는 둘을 유사한 의미의 응답으로 묶었을 때의 해석도 함께 기술하였다.

한편, 종합적인 이해 정도를 분석하기 위해 각 문항 당 배점을 1점 으로 해서 5개 문항에 대한 총점을 5점 만점으로 산출하여 분석하였 다. 아울러서 각 문항의 답지별 응답 빈도수, 정답률, 총점 등이 성별 및 고교계열별로 차이가 있는지 알아보기 위해 SPSS 프로그램을 사 용하여 교차분석 또는 일원배치분산분석을 실시하였다.

나. 전형적 인식상황 조사 및 분석 방법

작용 반작용 법칙에 대한 초등예비교사들의 개념을 좀 더 풍부하게 파악하기 위하여 예비교사들이 떠올리는 전형적 인식상황을 조사하 였다. 전형적 인식 상황은, 앞서 언급하였듯이, ‘사물, 개념, 상황 등과

같은 어떤 대상에 대해서 혹은 그와 관련해서 생각할 때 즉시적이고 자동적으로 떠오르는 상황’을 말한다. 전형적 인식상황의 조사는 흔 히 주어진 대상과 관련하여 “어떤 상황이 가장 먼저 떠오릅니까?”라 는 질문에 대해 응답자가 그림을 그리고 설명을 덧붙이는 방법으로 수행된다(Joung, 2009). 본 연구에서는 ‘물에 뜨고 가라앉음’에 관한 전형적 인식상황을 조사한 Joung (2009)의 연구와 ‘힘이 작용하는 상황과 그렇지 않은 상황’에 대한 전형적 인식 상황을 조사한 Joung

& Gunstone (2010)의 연구에서 사용한 도구를 대상 개념만 ‘작용과 반작용 법칙’으로 대체하는 수준으로 수정 보완하여 사용하였다. 즉,

“뉴턴의 제3법칙, 즉, ‘작용과 반작용 법칙’이라는 말을 들었을 때, 어떤 상황이 가장 먼저 떠오릅니까?”라는 질문을 핵심 질문으로 하여 설문지를 구성하였다. 본 연구에서 사용한 전형적 인식상황 조사 설 문지의 구조와 내용은 Table 2와 같다.

문항 번호 및 내용

1. 뉴턴의 제3법칙, 즉 “작용과 반작용 법칙”이라는 말을 들었을 때, 어떤 상황이 가장 먼저 떠오릅니까?

(1) 가장 먼저 떠오른 상황이 어떤 상황인지 적어주시기 바랍니다.

(2) 위에서 떠오른 상황을 그림으로 그려주시기 바랍니다.

(※ 그림 실력을 테스트하는 것이 아니오니, 그림을 잘 그릴 필요는 없습니다. 다만, 가능한 한 ‘누가(무엇이)’, ‘(누구를)무엇을’,

‘어디에서’, ‘어떻게’ 등등이 나타날 수 있도록 그려주시기 바랍니다.

필요하다면 그림에 설명을 덧붙여 적어도 좋습니다.)

(3) 위에서 떠오른 상황이 어떤 점에서 “작용과 반작용 법칙”과 관련된 상황인지, 그 까닭을 적어주시기 바랍니다.

Table 2. Content of the tool for investigation of Typically- Perceived-Situation in this study

전형적 인식상황의 조사는 가장 먼저 떠오른 상황을 그림으로 나타 내는 것이 핵심적인 부분이므로, 다른 설문 문항과 함께 제공되는 경우에는 다른 설문 문항의 상황이나 내용이 응답에 영향을 미칠 가 능성이 있다. 이에 따라 본 연구에서는 전형적 인식상황 조사 문항을 다른 설문 문항과 페이지를 구분하여 먼저 제시하여 작성하게 하였다.

그리고 다른 문항을 본 이후에는 먼저 작성한 전형적 인식상황 응답 을 절대 수정하지 말 것을 명시하였다. 모든 설문 조사는 조사가 이뤄 지는 전체 과정을 연구자가 직접 진행하여 위와 같은 주의사항을 명 확히 전달하고 확인하였다.

전형적 인식상황에 대한 분석은 예비교사들이 그린 그림을 중심으 로 ‘전체 장면 유형’, ‘작용 유형’, ‘결과 운동 유형’별로 범주화하는 과정을 통해 이루어졌다. 우선, 응답들 사이에 공통으로 나타나는 그 림이나 용어를 중심으로 1차 범주화를 하였는데, 필요한 경우에는 해당 상황에 대한 응답자의 추가 설명을 참고하였다. 1차 범주화 결과 를 바탕으로 다시 전체 응답자의 그림을 분석하여 가급적 전체 응답

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자의 응답이 모두 범주화될 수 있도록 범주를 수정하는 2차 범주화를 진행하였다. 범주화 과정에서 ‘전체 장면 유형’의 경우는 큰 단위로 범주화하는 것을 지양하고 각 상황의 내용과 대상, 작용 등이 모두 공통적으로 묶이는 경우에만 동일한 범주로 분류하였다. 예를 들어, Fig. 1과 같이 ‘사람이 사람을 미는 상황’은 동일하게 사람이 무엇인가 를 미는 상황이어도 ‘사람이 벽을 미는 상황’과는 다른 범주로 분류하 였다. 또, 동일하게 사람이 벽과 상호작용하는 상황이어도 ‘사람이 벽을 미는 상황’과 ‘사람이 벽을 치는 상황’은 다른 범주로 분류하였 다. 이는 좀 더 풍부한 개념 파악을 위해 각 장면의 독특한 개별적 특성이 드러날 수 있도록 범주화하기 위한 것이었다.

Figure 1. Example of one participant’s Typically-Perceived-Situation related to action-reaction

이와 같은 과정을 거쳐 ‘전체 장면 유형’은 총 23개 범주로, ‘작용 유형’은 ‘밀기’, ‘당기기’, ‘치기(충돌)’, ‘기타’, ‘모르겠음’의 총 5개 범주로, 그리고 ‘결과 유형’은 ‘정 방향으로 운동’, ‘반대 방향으로 운동’, ‘정, 반대 양방향으로 운동’, ‘정지상태’, ‘기타’, ‘모르겠음’의 총 6개 범주로 범주화하였다. 예를 들어 Fig. 1의 상황은 ‘전체 장면 유형’ 중 ‘사람이 사람을 미는 상황’ 범주로, ‘작용 유형’ 중 ‘밀기’

범주로, 그리고 ‘결과 운동 유형’ 중 ‘정, 반대 양방향으로 운동’ 범주 로 범주화 하였다. 한편, ‘기타’는 작용 반작용과 무관한 상황을 응답 한 경우이고, ‘모르겠음’은 “모르겠다.” 혹은 “생각이 안 난다.”고 응 답한 경우와 아무 응답을 안 한 2명을 포함한 범주이다. 이 두 범주 역시 전형적 인식상황의 범주로 분류한 이유는, 본 연구의 목적 중 하나가 작용 반작용에 대한 초등예비교사들의 이해 정도를 조사하는 것이고, ‘기타’와 ‘모르겠음’ 범주에 해당하는 전형적 인식상황을 떠 올린 경우는 상대적으로 이해 정도가 부족한 경우로 해석할 수 있으 므로 그 빈도수를 분석할 필요가 있다고 판단하였기 때문이다. 이와 관련된 좀 더 상세한 내용은 ‘연구 결과 및 논의’의 해당 부분에서 서술하였다.

전형적 인식상황의 분석을 위해 각 범주별 특징과 빈도수를 분석하 였고, 이를 남녀 및 고교 계열별 응답과 교차분석 하였다. 또, 특정한 전형적 인식상황과 앞서 기술한 선택형 설문문항에 대한 응답과의 관계를 알아보기 위해 ‘전체 장면 유형’과 문항별 정답률에 대한 교차 분석을 실시하였다. 아울러서 1개 문항의 배점을 1점으로 하여 5개 문항에 대한 총점을 산출한 후, 총점과 ‘전체 장면 유형’과 관계를 알아보기 위해 일원배치분산분석을 실시하였다. 단, 전형적 인식상황 의 ‘전체 장면 유형’이 총 23개에 이르기 때문에 한 유형의 빈도수가 통계처리를 하기에는 적절하지 않을 정도로 적은 경우가 많아, 교차 분석과 일원배치분산 분석은 전체 응답자의 10% 정도가 응답한 총

4개의 최빈 ‘전체 장면 유형’을 대상으로 실시하였다. 각각의 통계처 리는 SPSS 프로그램을 사용하여 수행하였다.

Ⅲ. 연구 결과 및 논의 1. 이해 정도 분석 결과 가. 문항별 응답 분석 결과

1번 문항(가벼운 화장지(티슈)를 주먹으로 치는 상황)

1번 문항은 사람이 무거운 샌드백을 칠 때와 매우 가벼운 물체(화 장지)를 칠 때 작용하는 힘의 크기를 묻는 문항으로, “어느 권투선수 가 있는 힘껏 샌드백을 쳤더니, 샌드백에 200뉴턴(N)의 힘이 작용하 였다. 이번에는 이 권투선수가 화장지(티슈) 한 장을 샌드백을 쳤을 때와 동일하게 있는 힘껏 쳤다면, 어느 만큼의 힘이 화장지에 작용할 까?”라는 질문에 대한 응답을 요구하였다. 응답 결과는 Table 3과 같다.

1번 문항에서 과학적으로 옳은 답지는 ‘③ 200뉴턴(N) 보다 더 작게’이다. 힘은 두 물체의 상호작용으로 반작용의 크기만큼 작용할 수밖에 없기 때문에 사람이 아무리 힘껏 쳐도 샌드백을 칠 때만큼의 힘이 상호작용하기는 어렵다(Hewitt, 2007). 즉, 보통 화장지(티슈) 한 장의 질량이 1g 정도에 불과하므로, 단순 계산으로 해 볼 때 200N 의 반작용이 있기 위해서는 200,000m/s²의 가속도로 화장지가 가속되 어야 하는데, 이는 사람이 쳐서는 현실적으로 불가능하기 때문이다.

그러나 Table 3에서 볼 수 있듯이, 과학적으로 올바른 응답을 한 경우 는 43명으로 전체 응답자의 24.3%에 불과했으며, 응답자의 64.4%는 샌드백을 칠 때와 동일하게 200N의 힘이 작용한다고 응답하였고, 응답 자의 10.2%는 오히려 200N보다 더 큰 힘이 작용한다고 응답하였다.

과학적으로 올바르지 않은 응답을 한 경우의 이유를 분석한 결과, 200N의 힘의 작용한다고 응답한 114명의 응답자 중 87명(76.3%)은

“동일하게(동일한 힘으로) 쳤으니까”라고 응답하였고, 12명(10.5%) 은 “힘은 대상이 달라져도 변화가 없으니까”라고 응답하여 90%에 가까운 응답자가 대상과 상관없이 힘을 주는 사람의 작용이 어떠한가 가 둘 사이에 작용하는 힘의 크기에 결정적인 영향을 미치는 것으로 생각하고 있었다. 이러한 경향성은 “작용과 반작용은 동일하니까”라 고 응답한 8명(7.0%)에게서도 나타나는데, 비록 작용과 반작용이라 는 용어를 사용하여 설명하였지만 이 역시 작용하는 사람의 힘이 온 전히 작용한다는 생각으로 인해 작용과 반작용은 동일하다는 법칙을 잘못 적용한 것으로 보인다. 이와 같은 결과는 많은 학생들이 힘을 상호작용으로 이해하지 못하고 있다는 기존 연구 결과(Hellingman, 1989; Song et al., 2004)와 유사한 결과로, 초등예비교사들 역시 일방 적인 힘의 작용이 가능하다고 생각하는 경우가 많음을 보여준다.

아울러서, 200N보다 더 큰 힘이 작용한다고 응답한 18명 중 17명 은 “화장지가 저항하는 힘이 약하니까”(33.3%), “화장지의 반작용이 약해서”(33.3%), “화장지가 가벼워서”(27.8%) 등 모두 화장지가 약하 고 가벼워서 오히려 더 큰 힘을 줄 수 있다고 응답하였다. 이는 작용과 반작용을 힘의 합력이나 상쇄로 설명하고자 한다는 기존의 연구 결과 (Kim, 1995; Cha, Seo, & Kwon, 2001)와 유사하게 초등예비교사들 역시 한쪽의 저항이 약하면 상쇄되는 힘이 적어 오히려 더 큰 힘을

(6)

작용할 수 있다고 생각하는 경향이 일부 있음을 보여준다.

한편, 교차분석을 통해 성별 및 고등학교 계열별로 응답 경향성을 분석한 결과, Table 3에서 볼 수 있듯이 통계적으로 유의미한 관계는 없었다.

2번 문항(바윗돌을 당기지만 안 움직이는 상황)

2번 문항은 사람이 무거운 바윗돌을 당기지만 움직이지 않고 있는 상황에서 두 물체 사이에 작용하는 힘의 크기를 묻는 문항으로, “영철 이가 무거운 바윗돌을 끌어당겼지만, 돌이 움직이지 않았다. 영철이

와 돌 사이에 작용하는 힘은?”이라는 질문에 대한 응답을 요구하였다.

응답 결과는 Table 4와 같다.

2번 문항에서 과학적으로 옳은 답지는 ‘③ 영철이가 당기는 힘과 바윗돌이 당기는 힘이 같다.’인데, 총 105명(59.3%)이 과학적으로 올 바른 답지를 선택하였다. 다만, 그렇게 응답한 이유를 분석한 결과, 전체 응답자 105명 중 작용과 반작용은 크기가 같기 때문이라고 명시 적으로 이유를 밝힌 경우는 12명(11.4%)에 그쳤고, “움직이지 않으니 까”(6.7%), “어는 한쪽 힘이 크면 움직이는데 두 힘이 평형을 이루어 움직이지 않으니까”(72.4%) 등 대부분의 응답자가 작용 반작용의 본 답지

응답자 수 (응답률,

%, n=177)

집단별 응답자 수

응답 이유 (답지 내 응답률, %) 성별(집단 내 응답률, %) 고교계열별(집단 내 응답률, %)

남 (n=51)

여 (n=126)

교차분석 결과

문과 (n=143)

이과 (n=34)

교차분석 결과

① 200뉴턴(N) 보다

더 크게 18(10.2) 3(5.9) 15(11.9)

χ²= 7.309 p= .063

15(10.5) 3(8.8)

χ²= 3.433 p= .330

㉠ 화장지가 저항하는 힘이 약하니까(33.3)

㉡ 화장지의 반작용이 약해서(33.3)

㉢ 화장지가 가벼워서(27.8)

㉣ 기타(5.6)

② 200뉴턴(N) 114(64.4) 36(70.6) 78(61.9) 89(62.2) 25(73.5)

㉠ 동일하게(동일한 힘으로) 쳤으니까(76.3)

㉡ 힘은 대상이 달라져도 변화가 없으니까(10.5)

㉢ 작용과 반작용은 동일하니까(7.0)

㉣ 기타(1.8)

㉤ 무응답(모르겠음 포함)(4.4)

③ 200뉴턴(N) 보다

더 작게 43(24.3) 10(19.6) 33(26.2) 38(26.6) 5(14.7)

㉠ 화장지의 반작용이 약하니까(20.9)

㉡ 화장지의 질량/무게가 작아서(32.6)

㉢ 화장지는 쉽게 움직이니까(23.3)

㉣ 화장지가 가지고 있는 힘이 약해서(7.0)

㉤ 기타(11.6)

㉥ 무응답(‘모르겠음’ 포함)(4.7)

④ 기타 2(1.1) 2(3.9) - 1(0.7) 1(2.9) -

Table 3. Participants’ responses to the item 1

답지

응답자 수 (응답률, %,

n=177)

남 (n=51)

여 (n=126)

교차분석 결과

문과 (n=143)

이과 (n=34)

교차분석 결과

① 영철이가 당기는

힘이 더 크다. 1(0.6) - 1(0.8)

χ²= 5.217 p= .266

1(0.7) -

χ²= 8.607 p= .072

㉠ 영철이 힘이 크지만 낭비되는 힘이 있어 움직 이지 않음(100.0)

② 바윗돌이 당기는

힘이 더 크다. 39(22.0) 9(17.6) 30(23.8) 37(25.9) 2(5.9)

㉠ 움직이지 않으니까(25.6)

㉡ 영철이의 힘이 크거나 같으면 바위가 끌리니 까(35.9)

㉢ 바윗돌의 반작용이 크니까(7.7)

㉣ 바윗돌이 무거워서(28.2)

㉤ 무응답(‘모르겠음’ 포함)(1.0)

③ 영철이가 당기는 힘과 바윗돌이 당 기는 힘이 같다.

105(59.3) 31(60.8) 74(58.7) 78(54.5) 27(79.4)

㉠ 움직이지 않았으니까(6.7)

㉡ 어느 한쪽 힘이 크면 움직이는데 두 힘이 평 형을 이루어 움직이지 않으니까 (72.4)

㉢ 작용과 반작용은 크기가 같으니까(11.4)

㉣ 마찰력/무게 때문에(6.7)

㉤ 기타(1.9)

④ 바윗돌이 영철이 를 당기는 힘은 없다.

28(15.8) 8(15.7) 20(15.9) 24(16.8) 4(11.8)

㉠ 바윗돌은 그냥 있고 당기지 않으니까(14.3)

㉡ 바윗돌에 작용하는 중력/무게/마찰력 때문에 움직이지 않을 뿐이니까(82.1)

㉢ 기타(3.6)

⑤ 기타 4(2.3) 3(5.9) 1(0.8) 3(2.1) 1(2.9) -

(7)

질적 특성보다는 바윗돌이 움직이지 않았다는 상황과 힘의 합력 및 상쇄에 초점을 두어 설명하고 있었다. 즉, 과학적인 답지를 선택한 응답자들 중에도 기존 연구 결과(Kim, 1995)와 같이 작용 반작용 법 칙을 힘의 합력 및 상쇄로 설명하고 있는 경우가 많았다. 이와 같은 경향성은 두 번째로 응답률이 높았던 “② 바윗돌이 당기는 힘이 더 크다.”(39명, 22.0%)의 이유 설명에서도 나타나는데, 총 39명 중 10명 (25.6%)이 “움직이지 않으니까”를, 14명(35.9%)이 “영철이의 힘이 크거나 같으면 바위가 끌리니까”를 그 이유로 설명하고 있어, 역시 60% 정도의 응답자가 바윗돌의 움직임과 힘의 합력 및 상쇄로 작용 반작용을 설명하고 있었다.

“④ 바윗돌이 영철이를 당기는 힘은 없다.”는 총 28명(15.8%)이 선 택하여 세 번째로 응답률이 높았는데, 이들 중 4명(14.3%)은 “바윗돌은 그냥 있고 당기지 않으니까”를, 23명(82.1%)은 “바윗돌에 작용하는 중 력/무게/마찰력 때문에 움직이지 않을 뿐이니까”를 그 이유로 설명하고 있어, 대부분의 응답자가 무생물인 바윗돌은 힘을 작용할 수 없다고 생각하고 있었다. 이는 생물이냐 무생물이냐에 따라 작용 반작용 상황 에 대한 해석이 달라지는 경향이 있다는 기존 연구 결과(Oh & Kwon, 1988)와 유사하게 초등예비교사들 역시 무생물은 힘을 작용할 수 없다 고 생각하는 경향이 일부 있음을 보여주는 것이라 하겠다.

한편, 이와 같은 응답 경향성을 교차분석을 통해 성별 및 고등학교 계열별로 분석한 결과, Table 4에서 볼 수 있듯이 통계적으로 유의미 한 관계는 없었다.

3번 문항(바윗돌을 당겨 끌려오는 상황)

3번 문항은 사람이 가벼운 바윗돌을 당겨 바윗돌이 끌려오는 상황 에서 두 물체 사이에 작용하는 힘의 크기를 묻는 문항으로, “이번에는 영철이가 가벼운 바윗돌을 끌어당겼더니, 돌이 끌려왔다. 영철이와 돌 사이에 작용하는 힘은?”이라는 질문에 대한 응답을 요구하였다.

응답 결과는 Table 5와 같다.

3번 문항에서 과학적으로 옳은 답지는 ‘③ 영철이가 당기는 힘과 바윗돌이 당기는 힘이 같다.’인데, 단지 12명, 즉, 총 응답자의 6.8%만 이 과학적으로 옳은 답지를 선택하였고, 대부분의 응답자(152명, 85.9%)는 “① 영철이가 당기는 힘이 더 크다.”를 선택하였다. ①번을 선택한 이유를 분석한 결과, 총 152명 중 32명(21.1%)은 “영철이 쪽으 로 끌려오니까”를, 85명(55.9%)은 “영철이의 힘이 더 크면 영철이 쪽으로 끌려오니까”를 그 이유로 설명하고 있어, 80%에 가까운 응답 자가 영철이 쪽으로 끌려온다는 움직임에 주목하고 있었다. 이는 앞 서 2번 문항의 응답과 응답 이유 분석에서 나타난 바와 같이 작용 반작용 법칙을 힘의 합력이나 상쇄로 설명하고 있는 경우가 많음을 보여주는 것이며, 아울러서, 대부분의 초등예비교사들이, 기존 연구 에서 나타난 생각과 유사하게, 움직임이 있는 경우에는 움직이는 방 향으로 힘이 작용한다고 생각하거나(Song et al., 2004) 이기고 있는 사람이 더 큰 힘을 작용하고 있다고 생각(Terry & Jones, 1986)하고 있음을 보여준다.

한편, 이와 같은 응답 경향성을 교차분석을 통해 분석한 결과, Table 5에서 볼 수 있듯이, 고등학교 때 계열과 통계적으로 유의미한 관계가 있었다(χ²=18.043, p=.003). 이러한 결과는 과학적으로 옳은 답지인 ③번 응답률이 이과계열 응답자(20.6%)가 문과계열 응답자 (3.5%)보다 높았고, 반면 최빈 오답지였던 ①번 응답률은 문과계열 응답자가 89.5%로 이과계열 응답자의 70.6%보다 높았다는 점이 반 영된 것으로 보인다. 다만, 이과계열 응답자 역시 ③번 응답률이 20.6%에 그쳤다는 결과는 이과계열 응답자들이 문과계열 응답자들 에 비해 상대적으로 과학적인 생각을 갖고 있긴 하지만, 이과계열 응답 자 역시 비과학적인 생각을 훨씬 더 많이 가지고 있음을 보여준다.

4번 문항(볼링공이 볼링 핀을 맞히는 상황)

4번 문항은 상대적으로 무거운 볼링공이 가벼운 볼링 핀을 맞히는 사람이 상황에서 두 물체 사이에 작용하는 힘의 크기를 묻는 문항으

답지

n=177)

남 (n=51)

여 (n=126)

교차분석 결과

문과 (n=143)

이과 (n=34)

교차분석 결과

① 영철이가 당기는

힘이 더 크다. 152(85.9) 42(82.4) 110(87.3)

χ²= 5.251 p= .386

128(89.5) 24(70.6)

χ²= 18.043 p= .003

㉠ 영철이 쪽으로 끌려오니까(21.1)

㉡ 영철이의 힘이 더 크면 영철이 쪽으로 끌려오니까(55.9)

㉢ 영철이의 힘이 마찰력/무게/중력보다 더 커서(13.2)

㉣ 바윗돌의 반작용이 더 작아서(3.3)

㉤ 기타(1.3)

② 바윗돌이 당기는

힘이 더 크다. 1(0.6) - 1(0.8) 1(0.7) - ㉠ 2번과 반대 이유에서(100.0)

③ 영철이가 당기는 힘과 바윗돌이 당 기는 힘이 같다.

12(6.8) 4(7.8) 8(6.3) 5(3.5) 7(20.6)

㉠ 둘 사이의 힘은 같으니까(16.7)

㉡ 두 힘은 같지만 바윗돌의 마찰력/무게가 작아서(16.7)

㉢ 작용과 반작용은 크기가 같으니까(58.3)

㉣ 기타(8.3)

④ 바윗돌이 영철이를

당기는 힘은 없다. 8(4.5) 2(3.9) 6(4.8) 7(4.9) 1(2.9) ㉠ 바윗돌에 작용하는 중력/무게/마찰력보

다 영철의 힘이 더 크기 때문(100.0)

⑤ 기타 4(2.3) 3(5.9) 1(0.8) 2(1.4) 2(5.9) -

(8)

로, “다음 그림과 같이 질량이 5kg인 볼링공을 굴려서 질량이 0.5kg인 볼링 핀을 맞혔다. 볼링공이 핀에 충돌하는 순간, 공과 핀에 작용하는 힘은?”이라는 질문에 대한 응답을 요구하였다. 응답 결과는 Table 6과 같다.

4번 문항에서 과학적으로 옳은 답지는 ‘③ 공과 핀이 서로 같은 힘을 작용한다.’이지만, 앞서 3번 문항과 유사하게, 과학적으로 옳은 답지를 선택한 경우는 단지 30명(16.9%)에 그쳤고, 많은 응답자(135 명, 76.3%)는 ‘① 공과 핀이 서로 힘을 작용하지만, 공이 핀에 더 큰 힘을 준다.’를 선택하였다. ①번을 선택한 이유를 분석한 결과, 총 135명 중 19명(14.1%)은 “공의 힘이 더 크니까”를, 71명(52.6%)은

“공의 질량/무게가 더 커서”를, 8명(5.9%)은 “공이 굴러왔으니까/속 도가 있으니까”를, 그리고 13명(9.6%)은 “공의 질량/무게가 크고 굴 러왔으니까/속도가 있으니까”를 그 이유로 설명하고 있었다. 즉, 135 명 중 82.2%의 응답자가 공의 힘이 더 크다고 설명하고 있었고, 68.1%의 응답자는 그 까닭을 공이 무겁거나 속력을 가지고 굴러오기 때문이라고 설명하고 있었다. 이는 앞선 문항들의 응답에서 나타난 바와 같이 초등예비교사들 역시 작용 반작용을 힙의 합력으로 설명하 고 있음을 보여줌과 동시에, 기존 연구에서 나타난 생각과 유사하게, 무게 혹은 질량이 크면 더 큰 힘을 낼 수 있다거나(Terry & Jones, 1986; Kim, 1995), 힘은 속도에 비례하고(Viennot, 1979), 굴러가거나 날아가는 것과 같이 움직이는 물체가 더 큰 힘을 낼 수 있다고 생각 (Oh & Kwon, 1988)하는 경향이 있음을 보여준다. 이러한 경향성은

‘④ 공만 핀에 힘을 작용한다.’를 선택한 11명(6.2%)의 학생 중 1명을 제외한 10명(90.0%)이 모두 “핀은 가만히 있고 공만 움직였기 때문 에”를 그 이유로 설명했다는 점에서도 나타난다.

한편, 이와 같은 응답 경향성은, Table 6에서 볼 수 있듯이, 고등학 교 때 문과계열이었던 응답자와 이과계열이었던 응답자 간에 통계적 으로 유의미한 차이가 있었다(χ²=22.294, p=.000). 이러한 차이는 과 학적으로 옳은 답지인 ③번 응답률이 이과계열 응답자(44.1%)가 문 과계열 응답자(10.5%)보다 높았고, 반면 최빈 오답지였던 ①번 응답 률은 문과계열 응답자가 81.8%로 이과계열 응답자의 52.9%보다 높 았기 때문으로 보인다.

5번 문항(밀폐된 수레 속의 선풍기가 강한 바람을 일으키는 상황) 5번 문항은 밀폐된 수레 속에서 선풍기가 강한 바람을 일으킬 때 수레가 어떻게 되겠는지를 묻는 문항으로, “오른쪽 그림과 같이 벽과 지붕이 있는 아주 잘 굴러가는 수레 속에 선풍기를 고정시킨 후 강한 바람을 일으켰다. 수레는 어떻게 되겠는가?”라는 질문에 대한 응답을 요구하였다. 응답 결과는 Table 7과 같다.

5번 문항에서 과학적으로 옳은 답지는 ‘③ 움직이지 않는다.’이다.

고립된 계 내부에서 일어나는 작용 반작용은 계 자체의 운동에는 영 향을 미치지 못하기 때문이다(Hewitt, 2007). 총 75명, 즉, 전체 응답자 의 42.4%가 ③번을 선택하였고, 이들 중 17명(22.7%)은 “외부에서/외 부로가 아니라 내부에서만 힘이 작용하니까”라고 응답하여 그 이유도

답지

응답자 수 (응답률,

%, n=177)

남 (n=51)

여 (n=126)

교차분석 결과

문과 (n=143)

이과 (n=34)

교차분석 결과

① 공과 핀이 서로 힘을 작용하지만, 공이 핀 에 더 큰 힘을 준다.

135(76.3) 35(68.6) 100(79.4)

χ²= 6.222 p= .101

117(81.8) 18(52.9)

χ²= 22.294 p= .000

㉠ 핀이 쓰러지니까(5.9)

㉡ 공의 힘이 더 크니까(14.1)

㉢ 공의 질량/무게가 더 커서(52.6)

㉣ 공이 굴러왔으니까/속도가 있으니까(5.9)

㉤ 공의 질량/무게가 크고 굴러왔으니까/속 도가 있으니까(9.6)

㉥ 기타(2.2)

㉦ 무응답(‘모르겠음’ 포함)(9.6)

② 공과 핀이 서로 힘을 작용하지만, 핀이 공 에 더 큰 힘을 준다.

- - - - - -

③ 공과 핀이 서로 같은

힘을 작용한다. 30(16.9) 14(27.5) 16(12.7) 15(10.5) 15(44.1)

㉠ 둘 사이의 힘은 같으니까(20.0)

㉡ 작용과 반작용은 크기가 같으니까(40.0)

㉢ 두 힘은 같지만 공의 관성이 커서 계속 굴러가는 것(10.0)

㉣ 두 힘은 같지만 핀의 질량/관성이 작아서 쓰러지는 것(16.7)

㉤ 기타(6.7)

④ 공만 핀에 힘을 작용

한다. 11(6.2) 2(3.9) 9(7.1) 10(7.0) 1(2.9)

㉠ 핀은 가만히 있고 공만 움직였기 때문에 (90.9)

㉡ 공의 힘이 더 크니까(9.1)

⑤ 핀만 공에 힘을 작용

한다. - - - - - -

⑥ 공과 핀 모두 서로 힘

을 작용하지 않는다. 1(0.6) - 1(0.8) 1(0.7) - ㉠ 외부에서만 힘이 작용할 뿐이니까(100.0)

⑦ 기타 - - - - - -

(9)

과학적으로 올바르게 설명하였다. 그러나 ③번을 선택한 75명 중 8명 (10.7%)은 “바람의 힘과 벽의 미는 힘이 같으니까”를, 5명(6.7%)은

“바람의 힘이 상대적으로 약하니까”를 이유로 설명하고 있었고, 16명 (21.3%)은 이유를 응답하지 않거나 “모르겠음” 혹은 “그냥” 등과 같 이 응답해서, ③번을 선택한 모든 학생이 과학적으로 올바른 생각을 가지고 선택했다고 보기에는 다소 어려움이 있었다.

두 번째로 높은 응답률을 보인 것은 ‘② 왼쪽으로 움직인다.’로서, 총 64명, 즉, 전체 응답자의 36.3%가 선택하였다. 이들 대부분(81.2%) 은, Table 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 오른쪽으로 바람이 불면 왼쪽 으로 힘이 가해지기 때문을 그 이유로 설명하였는데, 이는 고립된 계 내부에서 작용 반작용이 일어나는 상황이라는 것을 생각하지 못했 기 때문으로 보인다. 아울러서, ‘① 오른쪽으로 움직인다.’를 선택한 응답자는 총 33명으로 전체의 18.6%였는데, 이들 중 10명(30.3%)은

“바람의 방향이 오른쪽이니까”를, 13명(39.4%)은 “바람이 오른쪽으 로 힘을 주니까”를 그 이유로 응답해서 총 23명의 응답자가 바람이 부는 방향으로 힘이 작용한다고 생각하고 있었다.

한편, 이와 같은 응답 경향성은, Table 7에서 볼 수 있듯이, 남녀 간에 통계적으로 유의미한 차이가 있었다(χ²=22.428, p=.000). 이러한 차이는 과학적으로 옳은 답지인 ③번을 선택한 비율이 남자의 경우는 68.6%에 이르렀지만 여자는 31.7%에 그쳤고, 반면, ①번과 ②번을 선택한 비율은 남자와 여자가 각각 3.9%와 24.6%, 25.5%와 40.5%로 여자의 응답률이 더 높았기 때문으로 보인다. 이는 표면적으로는 여 학생에 비해 남학생이 고립된 계에 대한 개념과 작용 반작용을 잘

연결 짓고 있음을 보여주는 것이지만, 이러한 결과가 나온 까닭에 대해서는 추후 좀 더 상세하게 연구해 볼 필요가 있다.

나. 문항별 정답률 및 총점 분석 결과

Table 8은 본 연구에 참여한 초등예비교사들의 각 문항에 대한 정답률을 비교하고, 이를 다시 성별, 고등학교 계열별로 교차분석을 통해 비교한 결과이다. 앞 절에서는 각 문항별로 모든 답지를 대상으 로 한 응답 경향성과 성별, 고등학교 계열별 관계를 비교 분석하였지 만, Table 8은 정답률에 초점을 두어 집단별로 정답을 선택한 응답자 와 그렇지 않은 응답자를 비교 분석한 것이므로 교차분석의 결과가 앞 절의 결과와 동일하지 않을 수 있다.

Table 8에서 볼 수 있듯이, 문항에 따라 정답률에 상당히 차이가 있었다. 즉, 바윗돌을 당기지만 안 움직이는 상황인 2번 문항은 정답 률이 59.3%에 이르렀지만, 3번 문항과 4번 문항은 각각 6.8%, 16.9%

에 그쳤다. 이러한 차이는 각 문항에서 주어진 상황의 차이에 따른 것으로 보인다. 즉, 당겼지만 안 움직이는 상황에서는 비교적 높은 정답률을 보였지만, 당겨서 움직이게 되는 상황이나, 무거운 물체가 가벼운 물체를 쳐서 쓰러뜨리는 상황, 그리고 사람이 가벼운 물체를 치는 상황 등에서는 낮은 정답률을 보였다. 이는, 앞 절에서 논의한 바와 같이, 초등예비교사들 역시 작용 반작용을 힘의 합력이나 상쇄 로 설명하거나 질량 차이가 큰 경우에는 질량이 큰 물체가, 움직이는 물체와 정지한 물체가 충돌하는 경우에는 움직이는 물체가 더 큰 힘

답지

n=177)

남 (n=51)

여 (n=126)

교차분석 결과

문과 (n=143)

이과 (n=34)

교차분석 결과

① 오른쪽으로 움직

인다. 33(18.6) 2(3.9) 31(24.6)

χ²= 22.428 p= .000

27(18.9) 6(17.6)