학습자의 성 차이에 따른 화학 법칙들에 대한 문제 해결력 비교장낙한

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학습자의 성 차이에 따른 화학 법칙들에 대한 문제 해결력 비교

장낙한^†·김계숙·류해일*

공주대학교화학교육과

†공주대학교과학교육연구소

(2004. 7. 6 접수)

A Comparison of Problem Solving Skills on Laws of Chemistry by Gender Difference of Learner

Nak Han Jang

, Gye-Sook Kim, and Haiil Ryu

Department of Chemistry Education, Kongju National University, Kongju, Chungnam 314-701, Korea

†Institute of Science Education, Kongju National University, Kongju, Chungnam 314-701, Korea (Received July 6, 2004)

요 약. 본연구는학생들의화학법칙들에대한개념문제와수리문제의해결력에연관된변인을규명하 고, 성별에따른문제해결력을비교하기위해시, 읍, 면단위의중학교 3학년 220명을유층군집표집하였 다. 중학교 3학년학생들은화학법칙들에대한문제해결력에서개념문제와수리문제의차이는없었으나,

각법칙에대한비교에서는일정성분비의법칙을제외한나머지법칙의내용영역에서개념문제의성취도가 수리문제의성취도보다높았고샤를의법칙에대한문제해결력에서는개념문제해결력이수리문제해결 력보다높았다. 성별에따른개념및수리문제해결력비교에서남학생들의개념문제성취도평균점수(9.25)

가수리문제해결평균점수(8.36)보다월등히높았으며통계적인유의미한차이를나타내었다. 여학생들은샤

를의법칙을제외한나머지법칙에서수리문제성취도평균점수(8.24)가개념문제성취도평균점수(7.64)보

다높게나타났으나, 통계적인유의미한차이는없었다. 개념문제및수리문제의남여학생들사이비교에

서는개념문제해결력은남학생(9.25)이여학생(7.64)보다높아통계적으로유의미한차이를보였으나, 수리문

제해결력에서는남여각각 8.36, 8.24로통계적으로유의미한차이는없었다. 따라서화학법칙들에대한문 제해결력에서개념문제에대한해결력은남학생이여학생보다높았으나, 수리문제해결력에서는남학생과 여학생의차이가없었다. 이것은남학생과여학생의심리적차이가존재하며남학생이정보를이용하고해석 하는데여학생보다더유리한것에기인한다고생각된다.

주제어: 화학법칙, 문제해결력, 성차이

ABSTRACT. The objectives of this study were to investigate the performances of middle school students requiring conceptual understanding on chemistry laws that can be solved by algorithmic strategies and to compare the conceptual and algorithmic problem solving skills on laws of chemistry by gender difference. Stratified cluster sample was selected with 220 students from 9-grade middle school students in city, urban, and rural region. First, there was no statistically significant difference in comparison of the conceptual and algorithmic problem solving skills of whole students on laws of chemistry. However, there was statistically significant difference in only law of Charles although the achievement of conceptual problem was higher than that of algorithmic problem except law of constant composition. That is, there was no difference between conceptual and algorithmic problem solving skills in 9-grade middle school students but con- ceptual problem solving skills was high compared to algorithmic problem solving skills on law of Charles. For com-

parison to conceptual and algorithmic problem solving skills depending on gender, the average score (9.25) of conceptual achievement for male students was pretty higher than that (8.36) of algorithmic achievement and there was statistically significant difference on laws of chemistry. For female students, the average score (8.24) of algorithmic achievement was high compared to that (7.64) of conceptual achievement and there was statistically no significant difference. Comparing with conceptual and algorithmic problem solving skills between gender, male students (9.25) was higher than female (7.64) in conceptual problem solving skills with statistically significant difference whereas there was no statistically significant dif- ference in spite of high scores of female (8.36) compared to male scores (8.24). Therefore, male students excel female for conceptual problem solving skills but there was difference in algorithmic problem solving skills. This reason attributes to a physiological difference in male and female brains and male students are better at manipulation of information.

Keywords: Law of Chemistry, Problem Solving Skills, Gender Difference

서 론

지난 30여 년 동안 화학교사와 화학교육자들은 수리문제를잘해결하는것은그문제의바탕에있는 개념을잘이해하고있는것이라고가정해왔다^1-7. 그 러나우리는종종학교교육현장에서, 과학적사실·개 념·원리·법칙등을올바르게이해하지못하고공식이 나연산을암기하고적용하는것에치중하여학습하 는학생들의경우를쉽게찾아볼수있다. 이러한결 과는학생들이체계적인문제해결방법을모르거나 또는알고있는개념이나원리를올바르게적용하지 못하기때문이라고생각된다.

최근에활발하게연구되고있는학습의구성주의적 관점^8-11에 의하면학생들은과학수업을받기 이전부 터일상생활의경험을통하여자연현상에대한자기 자신의생각을갖게된다는것이다. 과학교육의중요 한과제중 하나는과학적개념의올바른이해이다.

따라서학생들을가르침에있어서학생들이그학습 의주제에연관된개념에대하여어느정도깊이이 해하고있는가또는그러한과학적인개념을토대로 하여정량적인 내용의수리적 문제를잘 해결할수 있는가를알아보는것은매우의미있는일이다.

문제해결력에관한인지적관점의하나는전문가 와초보자문제해결자사이의차이에관심을가져왔

다.^12-13그러나, Smith¹⁴는 전문가-초보자의 이분법은

성공적인문제 해결력의 조건에부당하다고 하였으 며특히성공적인문제해결자는전문가와초보자의 비교에서보다 실패한주제에 대한구별할줄 아는 더많은절차상의특징을공유한다고하였다. 따라서 문제해결력의연구는성공하는문제해결자와실패

하는문제해결자사이의차이에초점을맞추어야하 고개인들은문제해결력의증진을위해관련정보와 과정을이해하는것이필요하다.^2,15

Gabel, et. al¹⁶과 Yarroch¹⁷등은학생들이문제를해 결하는방법과그특성에대한개념이해의연구에서 수리문제해결이반드시개념이해를수반하지는않

는다는사실을밝혔다. Nurrenbern과 Pickering¹⁸은일

반화학을수강하는두 개대학의학생들을대상으로 개념문제와계산문제의답을조사한연구결과에의 하면 대학생들은개념 문제보다 계산문제를더 잘 해결하였음을보여주었다. 또한노태희¹⁹등에의한 이과계열 고등학생의화학 계산문제 해결력과 개념 이해도비교에서도개념에대한이해가수리문제해 결력에비하여성취도가낮은것으로밝혀졌다. 이러 한 결과는지금까지 통상적으로 받아들여지던수리 문제해결과개념의이해사이의연관성이그처럼일 반적으로전제될수없다는사실을보여주는것이다.

그리고과학 교육과정에서제시되는 기본개념에대 한이해가제대로이루어지지않고있음을밝힘으로 써, 과학적개념이해가학교교육에서절실히요구되 어져야함을지적한다.

현재까지개념이해도와수리문제해결능력간의 관계를밝힌이상의연구들은소수를대상으로한정 성적인연구결과의일부로제시되거나, 소수의문제 쌍을통하여얻은결과를제시하고있다. 또한 화학 에서연산의내용을주로필요로하는고등학교이상

의 학생들을대상으로조사를하였다.^19-20따라서이

들간의관계를좀더적절하고타당하게밝히기위해 서는보다많은문제쌍에대해서많은학생들을대 상으로실시할필요가있다. 또한많은연구가이과

계열고등학교이상과학기술전공대학생들을대상 으로하고 있는데이를 화학에대한수리적 이해가 처음으로도입되는 중학교학생들에게 실시하는 것 도의의가있을것이다.

한편오랫동안과학성취도에서남학생이여학생보 다우수하는가 하는 성 차이에대해꾸준히 연구가

이루어져왔다.^21-23남학생들이여학생들보다 선천적

으로과학에우월 하는가에 대한질문을 하고과학 성취도에대한비교를통하여문제대한해결방법을 찾으려고하였다. 연구결과에의하면일반적으로여 학생들이남학생보다수학에대한걱정이많고또한 남학생들이수리적인 개념을사용하는데 더 익숙한 것으로보고되었다.²⁴따라서화학의개념중에서비 교적수리적개념을 많이사용하고 있는 여러화학 법칙들에대해 남학생과 여학생들의문제 해결력을 비교해보는것이화학에대한성차이를밝히는데의 미있는결과를주리라고생각된다.

본연구에서는개념이해와수리적문제해결을함 께요하는중학교에서다루어지는화학법칙들, 즉질 량보존의법칙, 일정성분비의 법칙, 아보가드로-기 체반응의법칙, 보일의법칙, 샤를의법칙을중심으 로남·여학생들의개념이해도와계산문제해결력을 비교하였다. 이연구는공식이나연산의사용을요하 는계산문제와그것의바탕에있는개념이해를요하 는개념문제의쌍으로구성된검사지를통하여실시 하였다.

또한연구과제를해결하기위하여다음과같은가 설을설정하였다. 첫째, 전체학생들의 화학 법칙에 대한개념과수리문제해결력의성취수준은동일한 개념을사용하고있기때문에차이가없을것이다. 둘 째, 성별에따라화학법칙에대한개념과수리문제 해결력의성취수준은 남학생과 여학생의 이해능력 이비슷하기때문에차이가없을것이다. 본 연구에 서는이와같은가설들을검증함으로써화학법칙에 대한문제 해결력이 학생들의 성차이에 따라어떤 영향이있는지를밝히고자한다.

연구 방법

연구 대상 및 절차

본연구는중학교 3학년 1학기화학내용에대한학 습이끝난후이며기말고사를앞두고복습이충분히

이루어지는시기에시행하였다. 연구 대상은시, 읍,

면 지역의 3개중학교 3학년생중에서지역별, 성별 로나누고이들중에서단순무선으로각지역의 2개반

을표집하는유층군집표집(stratified cluster sampling)

으로전체 220명을선정하였다.^25-26속성별로는남학 생과여학생각각 110명이었고, 각 지역별동질성을 갖는시지역 80명, 읍지역 70명및면지역 70명으 로 하였고, 또한문제해결력에따른성취도에 민감

한과학성적상위집단 28%, 하위집단 28%이었다. 연

구에사용된검사도구는중학교학생들의화학법칙 에 대한개념 이해와계산 문제해결력을 비교하기

위한 것으로 R & D 과정을거쳐 개발하였으며, 그

개발절차는대략적으로교과서분석및화학법칙들 에대한기본개념들의수집→개념목록작성및수리 문제유형파악→검사문항지개발→1차소규모검증

→수정보완후문항지재작성→전문가에 의뢰하여 타당도조사및 2차검증→본연구의투입문항지로 확정순서과정을거쳤다. 우선 ‘물질의구성’ 단원에 대한중학교과학교육과정내용및교과서에포함된 기본개념들을분석하여개념도를 작성하였다. 그리 고검사지는검사목적에부합되는화학법칙에관한 과학적개념과그 개념을 바탕으로해결할 수 있는 계산능력을알아보는, 개념문제와수리문제를쌍으 로한 8쌍의문항으로구성되어있으며모든문항은 객관식 5지 선다형으로하였다. 검사문제의신뢰도

계수(Cronbach α)는 0.71 이었으며또한문제는화학

교육전문가와중·고등학교교사의타당도조사및검 증을거쳐개발하였다. 이때는특히문제자체에오 류가없는지, 기본개념에관한문제인지, 개념문제 에 대응하는수리문제가타당성이있는지, 개념문 제와수리문제간의난이도가유사한지등에유의하 여검토하였다. 본연구의검사지투입은 6월말에서

7월초사이에표집된각중학교정규과학시간에과

학 교사의감독하에 1회의지필검사로실시하였다.

학생들이성의껏검사에임할수있도록검사의취지 를설명하였으며검사시간은 45분으로하였다.

자료의 처리 및 분석

수집된자료중에서신뢰할수없는자료나기재되 지않은항목이있는자료를제외하고나머지를분석 에이용하였다. 개념및수리문제문제지는각문항 당 2점씩으로하여질량보존의법칙과일정성분비

의법칙은각각 2문항씩으로하고, 기체-아보가드로 의법칙, 보일의법칙및 샤를의법칙은각각 4문항 씩으로하여총점 32점을만점으로계산하였다. 분석 에적용된통계방법은 SAS 통계패키지를사용하여

평균, 빈도, 백분비, 표준편차, paired t-test 및분산분

석(ANOVA)이었다. 가설검증시의유의수준은 5%로

하였다.

연구결과 및 논의

화학 법칙에 대된 개념 이해도와 수리 문제 해결력 비교

각화학법칙의내용별로본개념문제와수리문 제점수의 paired t-test 분포를분석하였다(Table 1). 일 정성분비의법칙을제외한나머지법칙의내용영역 에서는개념문제의성취도가수리문제의성취도보 다높았다. 이연구에서는 5% 수준에서개념문제와 수리문제의성취도에서차이가없을것이라고가설 을설정하였는데, 가설검증결과샤를의법칙은통계 적유의성이인정되어개념문제와수리문제의성취 도에차이가있다는결론을도출할수있었다. 이는 개념문제의해결력과수리문제의해결력사이에는 차이가있다는선행연구와 일치한다.²⁷그러나, 나머 지질량보존의법칙, 일정성분비의법칙, 기체-아보 가드로의법칙및보일의법칙에서의개념문제와수 리문제성취도의통계적유의성은보이지않았다. 이 는학생들이수리문제의해결력에사용한개념들이 개념문제해결에도움이되기때문이라고생각되며 선행연구의연구결과를지지하는결과라할 수있 다.²⁸즉수리문제해결에사용한수식, 상징적표상

의경험이어떤원리의추론에관계되는개념문제의 해결에도움이된것으로해석할수있다. 하지만학 생들이수리문제의해결에상용한개념을개념문제 에대한이해에구체적으로어떻게사용했는지에대 해서는알 수없기에이에대한정성적인연구가필 요하리라고생각한다.

각 화학법칙의 내용별개념 문제와수리 문제의 정답률비교한결과일정성분비의법칙을제외하고 나머지법칙에서는개념문제의정답률이수리문제

의 정답률보다높게나타났다(Fig. 1). 개념문제에

있어서는샤를의법칙이 61.3%로 가장높았으며, 일

정성분비의법칙이 32.0%로가장낮았다. 수리문제

에있어서는질량보존의법칙이 56.5%로가장높았

으며, 일정성분비의법칙이 40.5%로가장낮았다. 다

른 법칙과비교할때 일정 성분비법칙에서의 개념 및수리문제의정답률이낮은것은문제통합능력 의 부족으로나타나는결과로생각되어진다. 즉일 정성분비의법칙은두가지이상의물질사이의질량 비를비교하는개념의 문제로써학생들이이들문제 를해결하는데두물질의질량비관계에대한통합적 인사고가필요로하지만통합적인문제해결학습을 받지못한학생들은이에대한어려움을가진것으로 해석되며이는선행연구결과에의해서지지된다.²⁷

중학교 3학년표집학생을대상으로개념및 수리 문제전체의평균을비교한결과, 개념문제의평균

점수(8.77)가수리문제의평균점수(8.08)보다높았으

나 통계적인유의성은없었다(Table 2). 이러한결과

는개념및수리문제의관계에서대체적으로수리에 의한계산문제해결보다는개념에따른문제해결을 모든학생들이잘해결함을의미한다. 이것은선행연 Table 1. Analysis of content scores on conceptual and algorithmic problem solving

Content Area Type M SD t p

Law of Mass Conservation AlgorithmConcept 1.171.13 0.980.99 0.39 0.699 Law of Constant Composition AlgorithmConcept 0.640.81 0.980.96 -1.90 0.057

Law of Gas-Avogadro AlgorithmConcept 2.121.92 1.541.61 1.34 0.181

Law of Boyle AlgorithmConcept 2.392.18 1.481.52 1.47 0.141

Law of Charles AlgorithmConcept 2.452.04 1.491.72 2.68 0.007^*

*P < .05

구²⁸의결과와차이가없는것을보였으며, 지금의 7

차교육과정이 탐구중심의학습을 강조하기 때문에 학생들은계산하는수리문제에익숙하지않아그것 이점수가낮은결과로이어지는것으로추측된다. 또 한학생들의문제해결력이단편적인사고에치중하 기때문에논리적사고가필요한수리문제해결력은 부족하다고생각되며수리문제의해결에사용한개 념들이개념문제의해결에도움을준것으로해석할 수있다.²⁸

성별에 따른 개념 문제와 수리 문제의 분석 남학생과여학생의개념및수리문제해결능력에 차이가있는지를알아보기위해전체의각평균점수

를비교하였다(Table 3). 남학생의경우, 개념문제의 평균점수가 9.25이고, 수리문제의평균점수가 8.36

으로개념문제보다 0.89점이높았으며, 이는 5% 수

준에서통계적인유의미한차이를보인것으로남학 생의 개념문제에대한 해결능력이 수리문제보다 높은성취도를보인다고 말할수 있다. 여학생의경 우, 수리문제의평균점수가 8.24이고, 개념문제의평

균 점수는 7.64이었으나, 통계적으로유의미한 차이

가없으므로개념문제와수리문제에대한해결능 력에차이가없다고말할수있다. 남학생의경우수 리 문제해결에 사용한개념들이 개념문제 해결에 여학생보다더도움이된것으로생각되며일반적으 로여학생들이수학에대한관심이적기때문에화학 법칙에관한문제해결력에서는개념문제와수리문 제에차이가없음을보였다.²⁸개념문제와수리문제 에대한성취도에대해남학생의평균점수가여학생 보다모두통계적으로유의미한차이를보이며높았 다. 즉남학생들의화학법칙에대한문제 해결력이 여학생보다우수하다고해석할수있으며이는선행 연구에서 남학생과 여학생사이에과학의성취도에 Fig. 1. Comparison of correct ratios on conceptual and algorithmic problem solving.

Table 2. Paired T-test of mean scores on conceptual and algo- rithmic problem solving

Type M SD t p

Conceptual Problem 8.77^* 1.47 1.60 0.548 Algorithmic Problem 8.08^* 1.53

*Total Score: 16 ^*P< .05

Table 3. Paired T-test of mean scores on conceptual and algorithmic problem solving for gender difference

Gender Type M SD t p

Male Algorithmic ProblemConceptual Problem 9.258.36^** 1.461.55 1.99 0.047 Female Algorithmic ProblemConceptual Problem 7.648.24^** 1.451.51 -1.27 0.205

*Total Score: 16 ^*P<.05

성차이가존재한다는결과와도일치한다.²⁹

남학생들의각법칙별로본개념문제와수리문제

점수의 paired t-test 분포에서질량보존의법칙, 기체

-아보가드로의법칙및샤를의법칙에서는수리문제 의성취도보다개념문제의성취도가더높았고, 일 정성분비의법칙과보일의법칙은개념문제의성취 도보다수리문제의성취도가더높았다(Table 4). 그 러나질량보존의법칙, 일정성분비의법칙및보일 의법칙에서는개념및수리문제의성취도간통계적 유의미성이없었고, 기체-아보가드로의 법칙과샤를 의법칙은통계적유의미성이있으므로두법칙에제 한되기는하지만남학생은수리문제보다는개념문 제에서높은성취도를 보여주고있다. 이는 일반적 으로남학생들의수리적계산능력이띄어나고수리

문제해결에관련된학습이개념문제해결에도움이 되었다는것으로해석할수 있다.²⁸즉수리문제해 결에사용한수식이나상징적인표상을사용한경험 이 어떤원리의 추론에대한주의를 기울이는 개념 문제에도움이된것으로생각된다.

남학생의각화학법칙의내용별개념문제와수리 문제의정답률을비교한결과, 질량보존의법칙, 기 체-아보가드로법칙및샤를의법칙은개념문제의정 답률이수리문제의정답률보다 높고, 일정성분비 의법칙및보일의법칙은수리문제의정답률이개

념 문제의정답률보다높았다(Fig. 2). 개념문제에

있어서는샤를의법칙이 64.8%로 가장높았으며, 일

정성분비의법칙이 36.0%로가장낮았다. 수리문제

에있어서는보일의법칙이 58.0%로가장높았으며,

Table 4. Analysis of content scores on conceptual and algorithmic problem solving for male students

Content Area Type M SD t p

Law of mass conservation AlgorithmConcept 1.271.15 0.080.09 0.93 0.351 Law of Constant Composition AlgorithmConcept 0.720.81 0.960.98 -0.67 0.501

Law of gas-avogadro AlgorithmConcept 2.411.98 1.501.63 2.09 0.037^*

Law of boyle AlgorithmConcept 2.262.32 1.401.60 -0.35 0.728

Law of charles AlgorithmConcept 2.592.10 1.421.76 2.29 0.022^*

*P<.05

Fig. 2. Comparison of correct ratios on conceptual and algorithmic problem solving for male students.

일정성분비의법칙이 40.5%로 가장낮았다. 남학생 이일정성분비의법칙에대한개념문제및수리문 제에서다른법칙들보다낮은해결력을보여주는것 은이법칙의개념이통합적인사고를요하는문제이 나학생들은이런사고에익숙하지않기때문에문제 해결력이떨어진다고해석할수있다. 이는선행연 구에보고한결과와일치하며학생들은단순비례적 인사고에는잘적응하나여러관계에대한통합적인 사고를이해하는데어려움이있다는것을알수있다.²⁷

여학생의각법칙들의내용별개념문제와수리문 제의평균점수에대한분석에의하면, 샤를의법칙을 제외한나머지법칙에서는개념문제성취도보다수

리문제의성취도가높았다(Table 5). 그러나통계적

인유의미성은일정성분비법칙과보일의법칙만이 개념과수리문제해결력간에유의미한차이가있었

으며, 따라서여학생들은일정성분비법칙과보일의 법칙에서개념문제보다수리문제해결력이강하다 고말할수있다. 선행연구결과에의하면학생들이 수리문제의해결에사용한수식이나상징적표상이 해를개념문제해결에사용하기때문에개념문제의 성취도가수리문제보다높다고보고하였다.²⁸따라서 본연구의결과는선행연구결과와반대되는것으로 이는여학생들이수학적관심이적기때문에이에대 한이해를개념문제와연결시키는능력이부족한것 으로해석할수있다. 즉수리문제의해결과정을이 해하는것이관련된개념을이해하는도움이된다는 선행연구결과가이를뒷받침한다고할수있다.²⁸

여학생의내용별개념문제와수리문제의정답률 을 보면, 샤를의법칙을제외하고는수리문제의성

취도가개념문제의성취도보다 높았다(Fig. 3). 개

Table 5. Analysis of content scores on conceptual and algorithmic problem solving for female students

Content area Type M SD t p

Law of mass conservation AlgorithmConcept 1.041.10 1.000.99 -0.42 0.673 Law of constant composition AlgorithmConcept 0.530.81 0.880.98 -2.10 0.037^*

Law of gas-avogadro AlgorithmConcept 1.781.84 1.521.59 -0.27 0.786

Law of boyle AlgorithmConcept 2.002.53 1.411.54 -2.56 0.011^*

Law of charles AlgorithmConcept 2.291.96 1.551.67 1.48 0.140

*P<.05

Fig. 3. Comparison of correct ratios on conceptual and algorithmic problem solving for female students.

념문제에있어서는샤를의법칙이 57.3%로가장높

았고, 일정성분비의법칙이 26.5%로가장낮았다. 수

리문제에있어서는 질량보존의법칙에서 55.0%로

가장높았고, 일정성분비의법칙에서 40.5%로가장

낮았다. 이는 역시선행연구에보고한결과와일치 하며여학생들의경우도남학생들과같이개념의통 합적인사고를요하는문제에대해학생의사고가익 숙하지않기때문에문제해결력이떨어진다고해석 할수있다.²⁷학생들은단순비례적인사고에는잘적 응하나여러관계에대한통합적인사고를이해하는 데어려움이있다는것을알수있다.

성별에따라개념문제점수의차이가있는지를검 증하기위하여남학생과여학생들의개념문제에대 한해결능력은차이가없을것이라는가설을설정하

고 5% 수준에서분산분석(ANOVA)으로가설을검증

하였다(Table 6). 이결과에의하면, 남학생의개념문 제점수와여학생의개념 문제점수는 5% 수준에서 유의적인차이가보였으며, 따라서남학생의개념문 제해결력이여학생보다높았다. 즉, 성별에따라개 념문제해결력의성취수준은차이가없을것이라는 가설은 5% 수준에서기각되었고, 이같은결과는개 념문제 해결에남학생과 여학생사이에 성 차이가 있음을의미하는것으로볼수있다. 이는선행연구 에서보고한남학생과여학생사이에과학의성취도 에성차이가존재한다는결과와도일치한다.²⁹이는 여학생들이기본적인과학지식을인식하고실제상 황에지식을적용하거나 이해하는 능력이상대적으 로부족함을알수있다. 또한앞에서언급하였듯이 남학생들이여학생보다 수리문제의해결에 사용한 수식이나상징적 표상이해를 개념문제 해결에더 잘사용하기때문에남학생의개념문제의성취도가

여학생보다높다고할수 있다. 이와같이 남학생과 여학생의수학적사고에대한뇌의심리적차이가존 재하며남학생들은 여학생보다정보를조작하고 이 용하는데유능한반면여학생은빠른자기조절이가 능하다는연구에서알수있듯이개념문제를이해하 는데남학생들이더유리하다고생각된다.³⁰

남학생과여학생은수리문제해결력에차이가없

을것이라는가설을분산분석(ANOVA)로검증하였다

(Table 7). 결과에의하면, 성별에따라수리문제점 수에 차이에대한 통계적유의미성이 5% 수준에서 없었으며, 따라서남학생과여학생간에수리문제점 수차이가없다고볼수 있다. 즉, 성별에따라수리 문제해결력의대해남학생과여학생사이에차이가 없음을의미하는 것으로해석할수 있다. 선행연구³¹ 에 의하면일반적으로 남학생이 여학생보다수학적 으로우수하다는성차이가존재하는것으로보고되 었으나또한여학생들은수의조작에우수하고남학 생은문제해결력에우수하다고보고하였다. 따라서 화학법칙의문제해결력에관련된수학적지식이기 본적인비례개념이기때문에남학생과여학생의차 이가없을수있다고해석할수있다. 또한여학생들 의서술적문제해결능력이남학생들보다우수하다 는연구결과도보고된바있기에화학법칙에관련 된수리적문제해결력에서남학생과여학생의차이 가없을수있다고해석할수있다.³²

이상의결과를볼때 과학학습에서는학생들의머 릿속에이미형성된개념과새로배우게될개념과의 상호작용에의하여 학습자스스로가 의미를재구성 해나가는능동적과정의개념학습이매우중요하다.

남학생과 여학생의 수리문제 해결력에서는차이가 없었으나개념문제해결력에서남학생이우수한것 Table 6. ANOVA of content scores on conceptual problem solving for male and female students

Effect DF SS MS F Sig.

Between group Within group Total

2181 219

3287196 3483

16.60196 11.81 0.0007

Table 7. ANOVA of content scores on algorithmic problem solving for male and female students

Effect DF SS MS F Sig.

Between Group Within Group Total

2181 219

16.82 44914507

16.82

22.68 0.74 0.3902

으로보아, 남학생은수리 문제해결에사용한이해 를개념 문제 해결에연결하여 유용한결과를얻는 반면여학생들은이에대한능력이부족한것으로나 타났다. 이는여학생들이자신이이해한개념을수리 적문제해결과연결시키는능력이부족하거나수리 문제의개념을잘알지못해도단순히공식이나풀이 과정을암기하여 문제를해결하기 때문이라고해석 할수있다.²⁸따라서과학지식에대한대부분의평 가가수리문제로행해지고수리문제를해결하는것 은그문제의바탕에있는기본개념을이해하고있 는것이라는가정을할때 여학생들이수리문제해 결에사용한이해를개념문제해결에연결할수있 는사고의향상을통해서과학의문제해결력에남학 생과여학생의성차이를줄일수생각한다.

결론 및 제언

본연구는실제학교상황에서중학교 3학년학생 들의화학 법칙들에 대한개념 문제와수리 문제의 해결력에남학생과 여학생의 성 차이를비교함으로 써학교현장에서 행해지는교수방법에 대한 시사점 을제공하여수업전략효과를높이기위한기초자료 를제시함을목적으로연구하였다.

먼저전체표집대상자들의화학법칙들에대한개 념및수리문제해결력비교에서는유의미한차이는 없었지만, 각법칙에대한비교에서는일정성분비의 법칙을제외한나머지법칙의내용영역에서개념문 제의성취도가 수리 문제의 성취도보다 높았으나,

5% 수준에서유의차가있었던것은샤를의법칙뿐이

었다. 성별에따른개념및수리문제해결력비교에 서남학생들은수리문제평균점수(8.36)보다개념문

제평균점수(9.25)가 월등히높아 5% 수준에서통계

적인유의미를나타내고있다. 여학생들은샤를의법 칙을제외한나머지법칙에서개념문제성취도보다 수리문제성취도가높게나타났고, 평균점수비교에

서도개념문제는 7.64, 수리문제 8.24로나타나수

리문제평균점수가높게나타났으나통계적인유의 성은없었다. 개념문제및수리문제의남·여학생들 사이비교에서는개념문제해결력은남학생(9.25)이

여학생(7.64)보다높아고도의유의성을보였으나, 수

리문제해결력에서는남·여각각 8.36, 8.24로 5% 수 준에서통계적인유의성은 없었다. 이것은남학생들

이 개념을더 잘 이해하는 반면여학생들은 개념의 이해없이 단순한공식의 암기나연산에더 능력이 있음을알수있다. 이러한결과는선행연구²⁸에서수 리문제해결능력이개념문제해결에도움을준다 는보고에도불구하고여학생의경우화학법칙에관 련된수리문제의해결력이개념문제해결력에도움 을줄 수있는개념의이해를수반하지않음을보여 주고있다.

본연구에서는남학생과여학생들이화학법칙들에 대한문제를학습하고해결함에있어서부분적차이 가 있음을보였다. 그러나이들차이의원인이심리 적요인외에구체적으로어떤요인에기인하는지에 대해서는앞으로더계속적인연구가필요하리라생 각된다. 하지만학교에서과학수업을진행할때남학 생과 여학생들의심리적특성을 고려하여학생들에 게화학법칙에대한개념문제와수리문제를학습 시키는것이학생들의지적능력을향상시키는데유 리하다고생각된다. 일반적으로학교에서 남학생과 여학생사이에수리적능력 차이가인식되고 있으나 이는능력의차이가아니고관심과자신감의차이라 고격려함으로써학생들의문제해결의지를높일수 있으리라고생각된다. 아울러학습방법의변화에따 른학생들의개념문제와수리문제의해결력변화도 연구해볼필요가있다.²⁸

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