The Analyses of Students' Responses Toward Discrepant Events using Science Laboratory Reports

서 론

개념 변화를 이끌어내기 위한 방안 탐색의 일환으로 학생들의 기존 개념과 일치하지 않는 불일치 사례를 제시하여 인지 갈등을 유발하는 전략에 관한 연구가 과학교육 분야에서 진행되어 왔다. 그러나 제시된 불일 치 사례에 의해 학생들이 반드시 인지 갈등을 경험하 는 것은 아니었으며(Chinn & Brewer, 1998; Kang et al., 2004), 인지 갈등이 학생들의 과학적 개념 학습으 로 이어지지도 못하는 것으로 보고되었다(권재술 등, 2003; Sinatra & Pintrich, 2003). 이러한 문제 의식을 바탕으로, 개념 학습 과정에서 불일치 사례의 역할에 대한 심층적인 이해의 필요성이 제기되었다. Chinn &

Brewer(1998)를 비롯한 여러 연구자들(이경호, 권재 술, 1999; Kang et al., 2004)은 불일치 사례를 접했을 때 학생들이 거부, 배제, 재해석, 보류, 판단 불가, 주변 이론 변화, 신념 감소, 신념 변화 등의 다양한 반응을 나타냄을 발견했다.

불일치 사례에 대한 학생들의 반응과 관련된 정보는

개념 변화 전략을 과학 수업에 적용할 때 매우 중요하 다. 그런데, 일반적으로 교사들은 인지 갈등을 이용한 개념 변화 전략의 필요성을 인식하고는 있지만, 실제로 수업을 어떻게 진행할 것인가에 대한 정보나 자료가 부족하여 이 전략을 쉽게 수업에 적용하지 못하는 경 우가 많다(김연수 등, 2001). 또한, 불일치 사례에 대한 학생들의 반응은 학습자 특성(권난주, 권재술, 2004;

Kang et al., 2005; Mason, 2003)이나 학습하는 개념 (노태희 등, 2002) 등에 따라서도 차이가 있는 것으로 보고되고 있다. 따라서 교사들이 자신의 학급 상황에 맞도록 개념 변화 전략을 계획하고 융통성 있게 적용 하기 위해서는 특정한 불일치 사례를 접했을 때 학생 들이 어떤 반응을 보일 것인가에 대한 구체적인 정보 를 파악하는 것이 필요하다. 선행연구에서는 이러한 목 적을 위해 불일치 사례에 대한 학생들의 반응을 조사 할 수 있는 특별히 고안된 검사지를 사용했다(Chinn

& Brewer, 1998; Kang et al., 2004). 그러나 선행연 구의 검사지를 실제 수업에서 사용하기 위해서는 일반 적인 수업의 흐름에서 벗어나 별도의 검사 시간을 할

과학 실험 보고서를 이용한 불일치 사례에 대한 학생들의 반응 분석

노태희 김민영 최숙영 강석진^1*

서울대학교 ¹전주교육대학교

The Analyses of Students' Responses Toward Discrepant Events using Science Laboratory Reports

Noh, Taehee Kim, Minyoung Choi, Sookyeong Kang, Sukjin^1*

Seoul National University ¹Jeonju National University of Education

Abstract:

Key words:

*교신저자: 강석진([email protected])

**2008.06.18(접수) 2008.07.27(1심통과) 2008.09.04(2심통과) 2008.09.04(최종통과)

애해야 한다는 문제점이 있다. 즉, 불일치 사례에 대한 학생들의 반응에 대한 정보 수집이 현실적으로 가능하 기 위해서는 통상적인 수업의 흐름 속에서 실시할 수 있는 방법이 필요하다.

실제 과학 수업에서 불일치 사례는 교사의 시범 실 험이나 학생들의 직접적인 실험을 통해 제시될 것이므 로, 학생들이 실험을 실시하고 난 후에 작성하는 실험 보고서가 학생들의 반응을 조사하는 방법으로 활용될 수 있다. 실험 보고서에는 학생들이 실험 결과를 인식 하고 해석하는 방식이 반영될 것이므로, 실험 보고서를 분석함으로써 불일치 사례에 대한 학생들의 반응을 추 론할 수 있을 것이기 때문이다. Lin(2007)은 불일치 사 례에 대한 대학생들의 반응 유형 분류 연구에서 실험 수업 중에 학생들이 작성한 보고서를 이용했다. 불일치 사례를 실험으로 제시한 후 학생들이 작성한 3 종류의 실험 보고서를 심층적으로 분석한 결과, 학생들의 반응 유형을 무시, 거부, 타당성의 불확실성, 해석의 불확실 성, 배제, 보류, 재해석, 주변 이론 변화, 이론 변화의 9 가지로 분류할 수 있다고 보고했다. 그런데 대학생들의 경우 상세한 실험 보고서를 작성하므로 보고서에서 비 교적 풍부한 정보를 얻을 수 있지만, 우리나라의 중 고등학교에서 일반적으로 사용되는 실험 보고서로는 불일치 사례에 대한 학생들의 반응을 이끌어내는 데 한계가 있다. 따라서 교사들이 자신의 학급 상황에 적 절한 개념 변화 전략을 계획할 수 있을 정도로 구체적 인 정보를 얻어내기 위해서는 새로운 방식의 실험 보 고서가 개발될 필요가 있다.

따라서 이 연구에서는 불일치 사례에 대한 학생들의 반응을 조사하는 데 사용할 수 있는 실험 보고서를 개 발했다. 또한, 이 실험 보고서를 중 고등학교의 과학 수업에 적용한 후, 보고서의 내용을 바탕으로 불일치 사례에 대한 학생들의 반응을 분석해 보았다.

연구 내용 및 방법

1. 실험 보고서의 개발

실험 보고서는 불일치 사례에 대한 학생들의 반응을 판단하기 위해, 선행연구(Kang et al., 2004)를 참고하 여 예상 활동지와 결과 보고서의 2 종류로 구성했다.

예상 활동지는 실험 전에 실험 상황에 대한 학생들의 생각을 조사하는 것이 목적이며, 활동지에 주어진 질문 에 대답하고 그 이유를 기술하도록 구성했다(그림 1).

즉, 예상 활동지는 불일치 사례 제시 전에 학습자의 선 개념을 파악하기 위해 사용되었던 선개념 검사와 유사

한 역할을 담당한다. 결과 보고서는 과학 수업에서 흔 히 사용되는 일반적인 실험 보고서 형식과 유사하도록 실험 과정, 관찰, 해석, 정리의 4부분으로 이루어져 있 다(그림 2). 그러나 결과 보고서의 해석과 정리 부분에 서는 일반적인 실험 보고서와 달리, 불일치 사례의 타 당성 인정, 불일치 사례와 초기 이론의 일치, 초기 이 론에 대한 믿음의 변화 등에 대한 학생들의 생각을 탐 색할 수 있도록 질문을 구성했다. 결과 보고서는 선행 연구에서 불일치 사례 제시 후에 학생들의 반응을 조 사하기 위해 사용되었던 검사와 유사하다. 예상 활동지 와 결과 보고서는 모두 연구 대상이 아닌 학생들을 대

1

2

상으로 2차례의 예비 검사를 실시하여 수정 보완하였 고, 과학교육 전문가 2인과 과학 교사 2인으로부터 타 당성을 검증받았다.

2. 연구 대상 및 절차

이 연구는 온도에 따른 이산화탄소 기체의 용해도 (기체의 용해도 실험), 강철솜의 연소 전후 질량 보존 (연소 실험), 수돗물과 증류수의 전기전도도 비교(전기 전도도 실험)의 3가지 실험에 대해 이루어졌다. 실험 보고서를 이용하여 불일치 사례에 대한 학생들의 반응 유형을 파악하기 위해서는 몇 가지 전제 조건이 필요 하다. 우선 불일치 사례를 실험으로 제시할 수 있어야 하므로, 기포의 발생을 관찰하거나 질량과 전도도를 측 정하는 등 불일치 사례를 분명히 확인할 수 있는 실험 을 선택했다. 또한, 교육 현장에 시사점을 제공하기 위 해서는 학생들에게 광범위하게 존재하는 오개념을 대 상으로 하는 것이 의미 있으므로, 이 연구에서는 비교 적 많은 학생들이 유사한 오개념을 보유하고 있는 것 으로 보고된 개념을 다루었다.

교육과정 상 해당 주제를 학습할 중학교 2학년, 중 학교 3학년, 고등학교 1학년 1개 학급씩을 대상으로, 이 연구에서 개발한 기체의 용해도, 연소, 전기전도도 실험에 대한 실험 보고서를 이용하여 예비 검사를 실 시했다. 이 학생들은 예비 검사 당시 해당 개념을 학습 하지 않은 상태였다. 그런데 연소 실험의 경우, 예비 검사 결과 대부분의 학생들이 목표 오개념을 보유하지 않은 것으로 나타났다. 이러한 결과가 사교육에서의 선 행학습에 기인했을 가능성이 있다고 판단하여, 중학교 2학년 1개 학급을 대상으로 다시 예비 검사를 실시한 결과, 학생들의 반 이상이 오개념을 지니고 있는 것으 로 나타났다. 따라서 연소 실험은 중학교 2학년을 연구 대상으로 선정하였다.

기체의 용해도 실험은 2개 남녀공학 중학교 2학년 10개 학급 337명을 대상으로, 연소 실험은 또 다른 2 개의 남녀공학 중학교 2학년 9개 학급 345명을 대상으 로 연구를 진행했다. 전기전도도 실험은 1개의 남녀공 학 고등학교 1학년 4개 학급 157명을 대상으로 연구가 이루어졌다. 실험을 실시하기 전에, 학생들은 개별적으 로 예상 활동지를 작성했다. 실험은 4 5명의 학생들 이 모둠을 이루어 실시했으나, 결과 보고서는 개별적으 로 작성했다.

3. 분석 방법

학생들이 작성한 실험 보고서 중 불성실하게 작성된

보고서와 내용 판단이 불가능한 보고서 등을 분석 대 상에서 제외했다. 그 결과, 최종적으로 기체의 용해도 실험 292개, 연소 실험 308개, 전기전도도 실험 155개 의 총 755개 보고서를 분석했다.

결과 보고서로 학생들의 반응 유형을 분석하기 위해 선행연구(Kang et al., 2004)의 분석틀을 기초로 예비 분석을 실시했다. 결과 보고서에서 반복 실험 결과에 대한 믿음 여부를 묻는 질문(해석 2번)으로부터는 불일 치 사례의 타당성에 대한 인정 여부, 예상과 결과 사이 의 차이에 대한 인정 여부를 묻는 질문(해석 1번)으로 부터는 불일치 사례와 초기 이론의 일치 여부, 실험 내 용을 일반화할 경우의 견해를 묻는 질문(정리 1, 2번) 으로부터는 초기 이론에 대한 확신의 변화 여부를 분 석했다. 학생들의 반응 유형은 총 7가지였는데, 선개념 에 대한 확신이 강하여 불일치 사례를 인정하지 않는 거부, 불일치 사례를 예외의 경우로 간주하여 선개념을 유지하는 배제, 불일치 사례를 선개념에 근거하여 나름 대로 해석하는 재해석, 불일치 사례를 접한 후 선개념 에 대한 신념의 변화에 대해 결정내리지 못하는 판단 불가, 선개념의 일부분을 수정하거나 추가하는 주변 이 론 변화, 선개념에 대한 확신이 감소하는 신념 감소, 불일치 사례를 접한 후 선개념을 완전히 포기하는 신 념 변화 등으로 분류했다. 예비 분석 결과, 선행연구의 분석틀로 학생들의 모든 응답을 분류할 수 있었지만, 같은 유형으로 분류된 학생들의 응답을 몇 가지 하위 유형으로 다시 분류할 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 선행연구의 분석틀에 하위 범주를 추가한 새로운 분석 틀을 완성하여 실험 보고서 분석에 사용했다. 2인의 분 석자가 학생들의 응답을 각각 분류하여 분석자간 일치 도가 90% 이상에 도달했음을 확인한 후, 분석자 중 1 인이 모든 실험 보고서를 분석했다.

연구 결과

1. 기체의 용해도 실험 보고서 분석 결과 기체의 용해도 실험 보고서에 나타난 학생들의 반응 은 재해석, 배제, 이론 변화, 과학적 개념 유지, 퇴행적 이론 변화 등의 유형으로 분류할 수 있었다(표 1). 전 체의 35.2% 학생들이 해당된 재해석 반응은 학생들이 선개념에 근거하여 불일치 사례를 나름대로의 방식으 로 해석함으로써 타당성을 인정하는 유형이다(Chinn

& Brewer, 1998). 그런데 학생들이 불일치 사례의 타 당성을 인정하는 사고 과정은 다시 단순 재해석 유형 과 귀추적 재해석 유형으로 분류할 수 있었다. 단순 재

1

반응 유형 빈도(%)

재해석 단순 57( 19.5)

귀추적 41( 14.0)

기타 5( 1.7)

배제 6( 2.1)

이론 변화 증거 기반 45( 15.4)

귀추적-비과학적 23( 7.9) 귀추적-과학적 6( 2.1)

과학적 개념 유지 90( 30.8)

퇴행적 이론 변화 17( 5.8)

기타 2( 0.7)

계 292(100.0)

해석은 학생들이 경험했던 실험 결과를 자신의 선개념 과 연결시켜 해석하는 유형인데, 이 유형의 학생들은 자신의 선개념을 유지하기 위해서 실험 결과를 왜곡하 여 해석한다. 학생들의 응답 예로, ‘실험에서와 같이 온도가 높을수록 기포가 잘 녹기 때문’, ‘실험 결과처 럼 더운물이 기체를 녹이기 때문이다’ 등이 있었다. 반 면, 어떤 학생들은 불일치 사례를 설명하기 위한 방안 으로 자신의 기존 과학 지식을 보조 이론으로 활용하 는 경향을 보였다. 이러한 학생들은 귀추적 재해석 유 형으로 분류했는데, 이 학생들은 ‘온도가 높아야 녹는 것이지 따뜻해야 녹는 것이 아니기 때문이다’, ‘액체의 온도가 높으면 분자 사이의 거리가 약간 멀어지니까 더 많이 녹을 것 같다’ 등과 같은 응답을 했다.

이론 변화는 학생들이 불일치 사례를 경험한 후에 선개념의 문제점을 인식하고 그에 대한 믿음을 포기하 는 반응 유형이다(Chinn & Brewer, 1998). 기체의 용 해도 실험에서는 전체의 25.4% 학생들이 이론 변화 유형에 해당되었는데, 학생들의 실험 보고서를 분석하 는 과정에서 몇 가지 하위 유형을 발견할 수 있었다.

우선, 선개념을 포기하는 주된 이유가 자신이 직접 경 험했던 가시적 증거인 실험 결과인 학생들이 있었다.

이와 같은 증거 기반 이론 변화 유형의 학생들은 ‘실험 했듯이 더운물에서는 사이다 속의 이산화탄소들이 다 사라졌고 얼음물에는 그대로 녹아있기 때문이다’, ‘더 운물에서 기포가 많이 생기므로 이산화탄소가 더 많이 빠져 나왔다’ 등과 같이 응답했다. 어떤 학생들은 자신 의 기존 지식을 바탕으로 실험 결과를 해석하고 그 결 과 선개념을 포기하는 경향을 보였다. 이 유형에 속하 는 학생들의 응답은 실험 결과를 해석할 때 잘못되거 나 무관한 과학 지식을 적용하는 귀추적-비과학적 이

론 변화 유형과 올바르고 적절한 과학 지식을 적용하 는 귀추적-과학적 이론 변화 유형으로 다시 나눌 수 있 었다. 귀추적-비과학적 이론 변화 유형에 속하는 학생 들은 ‘실험 결과 온도가 높으면 압력이 낮아져 기체가 녹는 데 방해가 되기 때문이다’, ‘온도가 낮아질수록 분자간의 인력이 커져 기체가 녹을 수 있는 공간이 늘 어나기 때문이다’ 등과 같이 문제 상황에 적절하지 않 은 과학적 지식을 적용하거나 잘못된 과학 지식으로 인해 올바른 결론에 도달하지 못하는 경향을 보였다.

귀추적-과학적 이론 변화 유형에 속하는 학생들은 ‘온 도가 높으면 분자의 운동이 활발해져 공기 중으로 날 아가 버린다’와 같이 기존의 과학적 지식을 활용하여 실험 결과로부터 나름대로의 추론을 이끌어내는 것을 볼 수 있었다.

한편, 더운물에서 기포가 많이 발생하는 실험 결과 를 관찰한 후에, 과학적 개념이었던 자신의 선개념을 포기하는 학생들도 적지 않게 발견되었다. 이 학생들을 퇴행적 이론 변화 유형으로 분류했는데, 전체 학생의 5.8%가 해당되었다. 이 유형에 속하는 학생들은 불일 치 사례를 경험하기 전에는 과학적 개념을 지니고 있 었으나 실험을 실시하고 난 이후에는 오히려 목표 오 개념으로 생각을 바꾸는 것으로 나타났다.

2. 연소 실험 보고서 분석 결과

연소 실험에서 나타난 학생들의 반응은 거부, 배제, 판단불가, 주변 이론 변화, 이론 변화, 과학적 개념 유 지, 퇴행적 이론 변화 유형 등으로 분류할 수 있었다 (표 2). 기체의 용해도 실험과 달리 재해석 유형의 학 생은 적었으나, 배제 유형의 학생이 10.1%로 상대적으 로 많았다. 전체의 77.5% 학생들이 이론 변화 유형으 로 분류되었는데, 이들은 다시 몇 개의 하위 유형들로 분류할 수 있었다. 기체의 용해도 실험 보고서 분석에 서 나타났던 증거 기반 이론 변화, 귀추적-비과학적 이 론 변화, 귀추적-과학적 이론 변화 유형 뿐 아니라, 새 로운 유형인 임기응변적 이론 변화 유형이 발견되었다.

임기응변적 이론 변화는 학생들이 자신의 선개념으로 설명되지 않는 실험 결과를 설명하기 위한 방안으로 임시적인 대안 이론을 즉흥적으로 만드는 반응 유형이 다(고한중 등, 2005). 이 유형에 속한 학생들은 자신이 관찰한 불일치 사례를 설명하는 것에만 주의를 기울여, 즉흥적으로 대안 이론을 도입하여 엉뚱한 추론을 하기 도 했다. 예를 들어, ‘라면이 불 듯, 강철솜도 불어진 것 같다’나 ‘불로 태워서 필요 없는 것은 다 하늘로 날 아갔다’ 등과 같은 응답을 하는 학생들이 있었다.

2

반응 유형 빈도(%)

거부 6( 1.9)

배제 31( 10.1)

판단불가 3( 1.0)

주변 이론 변화 7( 2.3)

이론 변화 임기응변적 6( 1.9)

증거 기반 167( 54.2) 귀추적-비과학적 46( 14.9) 귀추적-과학적 20( 6.5)

과학적 개념 유지 18( 5.8)

퇴행적 이론 변화 2( 0.6)

기타 2( 0.6)

계 308(100.0)

3. 전기전도도 실험 보고서 분석 결과

전기전도도 실험에서 나타난 학생들의 반응은 신념 감소, 이론 변화, 과학적 개념 유지 등의 유형으로 분 류할 수 있었다(표 3). 이 실험 보고서 분석에서는 목 표 오개념을 지니고 있던 학생들 중 1명을 제외하고는 모두 이론 변화 유형으로 분류되었다. 이론 변화 유형 은 다시 임기응변적 이론 변화, 증거 기반 이론 변화, 귀추적-비과학적 이론 변화, 귀추적-과학적 이론 변화 의 4개 하위 유형으로 세분할 수 있었다. 그러나 전기 전도도 실험은 이론 변화의 하위 유형 비율에서 기체 의 용해도나 연소 실험과 차이가 있었다. 기체의 용해 도와 연소 실험에서는 증거 기반 이론 변화가 각각 15.4%와 54.2%로 가장 많았지만, 전기전도도 실험에 서는 귀추적-비과학적 이론 변화(31.6%)의 비율이 가 장 높았다.

3

반응 유형 빈도(%)

신념 감소 1( 0.6)

이론 변화 임기응변적 2( 1.3)

증거 기반 39( 25.2) 귀추적-비과학적 49( 31.6) 귀추적-과학적 17( 11.0)

과학적 개념 유지 47( 30.3)

계 155(100.0)

논의

학생들의 실험 보고서를 분석하여 불일치 사례에 대

한 학생들의 반응을 조사한 결과, 별도의 검사지를 사 용했던 선행연구(노태희 등, 2000; Chinn & Brewer, 1993)와 유사하게 거부, 재해석, 배제, 판단불가, 주변 이론 변화, 이론 변화, 과학적 개념 유지, 퇴행적 이론 변화 등 다양한 학생들의 반응 유형을 확인할 수 있었 다. 그런데 재해석과 이론 변화 유형에서는 선행연구와 달리 몇 개의 하위 유형이 발견되었다. 예를 들어, 재 해석 유형의 경우, 선행연구에서 보고되었던 것처럼 선 개념을 유지하기 위해 실험 결과를 왜곡하여 해석하는 단순 재해석 유형도 있었다. 그러나 실험 결과를 왜곡 하여 합리화하는 과정에 자신의 기존 지식을 보조 이 론으로 활용하는 귀추적 재해석 유형도 적지 않게 발 견되었다. 마찬가지로 이론 변화 유형도 임기응변적 이 론 변화, 증거 기반 이론 변화, 귀추적-비과학적 이론 변화, 귀추적-과학적 이론 변화 등의 하위 유형으로 세 분할 수 있었다.

이처럼 선행연구에서 구분되지 않았던 새로운 하위 유형들이 발견된 것은 학생들이 직접 실험을 실시하고 보고서를 작성하는 과정이 자신의 선개념에 대해 반성 적으로 사고할 수 있는 기회를 제공해 주었기 때문으 로 생각할 수 있다. 이호진, 최경희(2004)는 대화 활동 을 통해 학생들의 선개념을 확인하는 경우 연구자가 의도한 질문의 범위를 크게 벗어나지 않는 응답이 나 타나는 반면, 쓰기 활동을 통해 선개념을 확인하는 경 우 연구자가 의도하지 않은 부분까지 확장된 응답이 나타났음을 보고했다. 또한, 물리 개념을 주제로 다양 한 양식의 쓰기를 수행하도록 한 정혁 등(2004)의 연 구에서는 쓰기 활동이 학생들에게 자신의 선개념을 드 러내게 하는 기회, 개념을 새롭게 생각해보는 기회, 지 식과 경험을 연결해 보는 기회 등을 제공한다고 보고 했다. 즉, 실험 보고서 작성이라는 쓰기 활동을 통해 학생들은 자신의 선개념과 실험을 통해 경험한 불일치 사례 사이의 관계에 대해 보다 깊이 생각하게 되고, 그 결과 학생들의 생각이 실험 보고서에 보다 풍부하고 자세하게 제시되는 것으로 볼 수 있다.

이 연구에서는 학생들이 선개념을 포기하게 되는 이 유 혹은 과정에 따라, 이론 변화 유형을 임기응변적 이 론 변화, 증거 기반 이론 변화, 귀추적-비과학적 이론 변화, 귀추적-과학적 이론 변화 등의 하위 유형으로 세 분화했다. 이론 변화의 하위 유형 중 유의미한 개념 변 화로 이어질 가능성이 높은 것은 실험 결과를 해석할 때 올바르고 적절한 과학 지식을 적용하는 귀추적-과 학적 이론 변화 유형이다. 그런데 귀추적-과학적 이론 변화 유형의 빈도는 세 가지 실험에서 2~11% 정도에

불과했다. 즉, 연구자들이 기대했던 것과 달리, 기존 지 식을 바탕으로 선개념과 불일치 사례 사이의 논리적 모순을 합리적으로 해결하여 선개념에 대한 신념을 포 기한 학생들은 소수에 불과했다. 반대로, 실험 결과에 근거하여 일시적으로 선개념에 대한 신념을 포기하거 나 잘못되거나 무관한 지식을 적용함으로써 선개념을 포기한 학생들이 상대적으로 많았다. 이는 인지 갈등을 경험한 학생들이 학습 후에 반드시 개념 변화로 이어 지지 않았던 경향(강석진 등, 2002; 권재술 등, 2003;

Sinatra & Pintrich, 2003)의 한 가지 원인이 될 수 있 다. 즉, 자신의 선개념이 지니는 문제점에 대해 심각하 게 고민하지 않거나 잘못 이해한 학생들이 많기 때문 에, 학생들의 인지적 갈등을 가정하고 진행된 이후의 개념 학습이 제대로 효과를 발휘하지 못했을 가능성이 있다.

연소 개념에 대한 불일치 사례를 읽기 자료로 제시 하여 학생들의 반응 유형을 조사한 최숙영 등(인쇄중) 의 연구 결과에서는 거부와 배제 비율이 각각 34.1%

와 17.8%에 이르렀지만, 불일치 사례를 실험으로 제시 한 이 연구에서는 기체의 용해도 실험에서 배제가 2.1%

였고, 연소 실험에서 거부와 배제가 각각 1.9%, 10.1%

였으며, 전기전도도 실험에서는 거부나 배제 유형이 나 타나지 않았다. 즉, 불일치 사례를 읽기 자료로 제시하 는 것보다 실험을 통해 제시하는 것이 불일치 사례에 대한 학생들의 이해와 선개념에 대한 신념 포기에 긍 정적인 영향을 미치는 것으로 해석할 수 있다. 학생들 은 감각기관을 통해 얻어진 확인 가능한 정보에 의존 하여 사고하는 경향이 강하기 때문에(최혁준 등, 2005;

Hynd et al., 1997), 실험을 통하여 불일치 사례를 경 험할 경우 선개념을 좀 더 쉽게 포기하게 되는 것으로 보인다. 불일치 사례를 직접 실험으로 경험하는 것이 시범으로 보여주거나 논리적 글의 형태로 제시하는 것 보다 개념 변화에 효과적이었다는 선행연구(이채은 등, 2001)도 이러한 해석을 뒷받침한다. 한편, 김지나 등 (2002)은 눈금이나 수치로 현상을 확인하는 것이 학생 들의 인지 갈등을 높인다는 결과를 보고한 바 있다. 이 연구에서 연소 실험과 전기전도도 실험은 실험 결과와 선개념의 불일치를 수치로 명확하게 비교할 수 있었기 때문에, 이러한 측면도 선개념에 대한 신념을 포기한 학생의 비율이 높았던 결과에 영향을 미쳤을 가능성이 있다.

기체의 용해도 실험에서는 다른 실험에 비해 재해석 유형의 비율이 높게 나타났다. 기체의 용해도 실험은 액체에 녹아있던 기체가 빠져 나오는 현상을 관찰하고,

이를 바탕으로 기체의 용해도에 대해 추론하는 방식으 로 구성되어 있다. 그러나 학생들은 고체가 액체에 녹 아 들어가는 용해 과정에 익숙해져 있으므로, 기체의 용해에 대한 개념을 형성하기가 어렵다고 한다(박종윤 등, 1996). ‘물질은 높은 온도에서 빨리 녹고 더 많이 녹기 때문이다’, ‘고체나 기체나 뜨거운 것에 더 많이 녹는다. 더운물에서 기체가 더 많이 녹아들면서 많은 기포가 발생한다’ 등의 응답에서 볼 수 있듯이, 학생들 은 기포가 발생하는 실험 결과를 기체가 녹아들어가는 현상으로 생각하는 경향이 강했고, 그 결과 재해석의 비율이 높게 나타난 것으로 생각된다.

결론 및 제언

실험 보고서를 이용하여 불일치 사례에 대한 학생들 의 반응을 분석한 이 연구에서는 검사지를 사용한 선 행연구에서와 유사하게 학생들의 다양한 반응 유형을 확인할 수 있었다. 또한, 선행연구에서는 보고되지 않 았던 퇴행적 이론 변화 유형도 새롭게 발견되었다. 이 와 같은 결과는 이제까지 학교 현장에서 단순히 실험 결과를 기록하는 것과 같이 형식적으로 사용되어 왔던 실험 보고서의 활용 가능성을 새로운 각도에서 찾아볼 필요가 있음을 시사한다. 즉, 이 연구에서 제안한 것처 럼 실험 전에 미리 결과를 예상하도록 하고, 실험 보고 서에 실험 결과에 대한 학생들의 사고를 유도할 수 있 도록 적절한 질문을 추가한다면, 실험 보고서가 개념 변화 수업 과정에서 학생들의 사고 과정을 파악하는 유용한 진단 도구 혹은 형성평가 도구가 될 수 있을 것 이다. 앞으로 이 연구에서 다루지 않았던 여러 실험을 대상으로, 학생들의 사고 과정을 파악하는 도구로서 실 험 보고서의 가능성에 대한 반복 연구가 이루어져야 할 것이다.

이 연구에서는 불일치 사례를 학생들의 직접 실험 방식으로 제시했는데, 불일치 자료를 접한 후 학생들의 이론 변화 반응 비율이 불일치 사례를 읽기 자료로 제 시했던 선행연구에 비해 높았다. 따라서 읽기 자료보다 는 실험을 통해 불일치 사례를 제시할 경우, 선개념에 대한 학생들의 신념을 효과적으로 감소시킬 것으로 생 각할 수 있다. 그러나 한편으로는 개념 변화가 효과적 으로 일어날 것으로 기대되는 귀추적-과학적 이론 변 화 반응에 해당하는 학생들은 여전히 소수에 불과했다.

이는 학생들이 실험을 통해 불일치 사례를 직접 경험 하는 것이 선개념에 대한 대안으로서의 과학적 개념 수용까지 보장하지는 못함을 의미한다. 따라서 실험을

통한 불일치 사례 제시가 선개념에 대한 신념 포기를 유발하여 과학적인 개념 변화로 이어지기 위해 필요한 조건들에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.

한편, 이 연구에서는 실험으로 불일치 사례를 경험 하고 나서 오히려 과학적 개념을 포기하고 오개념을 받아들이는 퇴행적 이론 변화 유형이 발견되었다. 또 한, 선행연구에서 보고되지 않았던 다양한 하위 반응 유형들이 발견되었다. 이러한 결과는 학생들이 불일치 사례를 통해 정보를 얻고, 그 정보를 바탕으로 자신의 기존 개념을 포기하고 새로운 개념을 형성해 나가는 과정이 매우 다양한 경로로 이루어짐을 의미한다. 따라 서 개념 변화를 효과적으로 이끌어내기 위해서는 수업 의 계획 단계에서 불일치 사례에 대한 학생들의 다양 한 반응을 고려하여 최대한 개별화된 수업이 제공될 수 있도록 노력해야 할 것이다.

국문 요약

이 연구에서는 불일치 사례에 대한 학생들의 생각을 확인하기 위한 방안으로서 과학 실험 보고서의 활용 가능성에 대해 조사했다. 과학 실험 보고서는 이 연구 에서 개발되었으며, 불일치 사례에 대한 학생들의 반응 과 관련된 정보를 수집하는 데 사용되었다. 분석은 기 체의 용해도와 연소, 전기전도도에 대한 총 839개의 실험 보고서를 대상으로 했다. 실험 보고서에 나타난 학생들의 반응은 거부, 재해석, 배제, 판단불가, 주변 이론 변화, 이론 변화, 과학적 개념 유지, 퇴행적 이론 변화의 8가지 유형으로 분류되었다. 또한, 재해석과 이 론 변화는 몇 개의 하위 유형으로 세분화되었다. 이 연 구에서 나타난 학생들의 반응 특징들을 선행연구에서 와 비교하여 논의했다.

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