The Effects of Step-by-Step Question-Based Unit Design on Elementary School Students' Understanding of 'Seasonal Change' Concept
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(2) 152. 노자헌⋅손준호⋅정지현⋅송진여⋅김종희. 서 동시에 과학 교직의 전문성을 나타내는 중요한 지표. 그런데 과학 교사의 주제-특이적 PCK 사례를 조사. 가 된다고 주장하였다. 이처럼 과학 교사의 PCK에 대한. 한 연구(이기영 외, 2014)와 지구 공전 개념에 대한 주. 올바른 이해는 수업 전문성 신장을 위한 또 하나의 방법. 제-특이적 PCK 발달 과정을 탐색한 연구(이기영 외,. 으로 주목받게 되었다(Magnusson et al., 1999). 실제로. 2016; 이정아 외, 2017)에서는 교사의 PCK를 관찰하는. 과학교육에서 PCK에 대한 국내외 여러 연구 결과(박성. 것이 어려움을 언급하였다. 이처럼 교사의 PCK를 직. 미, 2013; 양찬호, 2015; Hume et al., 2011; Leslie et al.,. 접 관찰하는 것이 어려운 이유는 교사가 갖고 있는 다. 2018)를 살펴보면, PCK는 과학교사의 수업 전문성 향. 양한 지식들은 상호작용하면서 통합하고 변형된 후,. 상뿐만 아니라 학생들의 개념 형성과 과학 수업에 대. 최종적으로 복합적이면서도 암묵적으로 나타나기 때. 한 태도 및 학업 성취도 향상 등 과학 수업 전반에 걸. 문이다. 그래서 Loughran 외(2004, 2006)가 개발한 CoRe. 쳐 많은 영향을 주고 있음을 확인할 수 있다. 또한. 는 특정 주제나 내용을 학생들에게 가르치기 위한 준. Loughran 외(2004, 2006)는 교사의 PCK를 문서화하기. 비 과정과 관련된 8개 문항에 서술적으로 기술함으로. 위한 내용 표상(Content Representation; CoRe)을 개발하. 써 교사의 교수 내용 지식을 체계화하고 교사의 PCK. 였는데, 이를 활용한 과학 수업이 학생들의 개념 형성. 를 관찰할 수 있도록 돕는 역할을 한다. 만약 천문영역. 과 수업만족도에 유의미한 효과가 있음을 밝힌 연구. 과 관련된 단원을 재구성할 때, CoRe처럼 과학 수업에. 결과(김은영, 2010)를 보더라도 PCK는 과학 수업에서. 맞는 단계별 질문을 구성하여 ‘맥락 지식’과 ‘교수 변. 매우 중요함을 확인할 수 있다.. 환’을 바탕으로 개념 변화 수업을 설계할 수 있다면. PCK의 핵심 요소는 학생들이 수업 주제와 내용에 대해 갖고 있는 다양한 개념을 파악하는 ‘맥락 지식’. 학생들의 과학 개념 향상에 많은 도움을 줄 수 있을 것이다.. 과 학생들의 다양한 개념들을 학생의 수준에 맞게 변. 이에 본 연구에서는 초등학교에서 오개념이 많이. 환하여 가르치는 ‘교수 변환’으로 나누어 설명할 수. 있는 천문영역 중 하나인 ‘계절의 변화’ 단원을 개념. 있다(박태호 외, 2017). 일반적으로 학습자는 일상생활. 변화에 초점을 둔 단계별 질문을 활용해 교수 내용 지. 에서의 다양한 경험을 통해 자연현상에 대한 자신들만. 식을 체계화하고 재구성하여 수업에 적용해 봄으로써. 의 개념을 형성하고 이를 바탕으로 다른 개념들을 해. 학생들의 계절 변화 개념에 어떠한 영향을 주는지 확. 석하고 이해하려는 경향이 있다. 하지만 이렇게 학생. 인하고자 한다.. 들이 갖게 된 선개념(preconcept)은 과학 수업에서 획 득할 수 있는 과학 개념(scientific concept)과 일치하지 않는 경우가 상당히 많다(김형범, 2016). 특히 초등학. Ⅱ. 연구 방법. 교 과학과 교육과정 중 천문영역은 학생들이 일상생활 에서 자주 경험함에도 불구하고 직접 지각하거나 조작. 1. 연구 대상 및 시기. 할 수 없고(Subramaniam & Padalkar, 2009) 실험실에서 동일 실험과 반복실험이 불가능하기 때문에(임청환과. 이 연구는 G광역시에 소재한 S초등학교 6학년 2개. 정진우, 1993) 많은 오개념이 나타난다(명전옥, 2001).. 반 48명을 연구 대상으로 하였는데, 개념 변화를 강조한. 예를 들어, 태양과 지구 사이의 거리가 계절 변화의 주. 단계별 질문 중심의 단원 수업 설계를 적용해 수업한 실. 요 원인이라고 생각하는 ‘거리 이론(distance theory)’은. 험 집단(n=24)과 교과서와 지도서의 내용으로 수업을 진. 초등학생들이 경험을 바탕으로 형성한 대표적인 오개. 행한 비교 집단(n=24)으로 구분하였다. 2개 반 모두 연. 념 중 하나이다(Kikas, 1998). 그러므로 과학 교사가 계. 구자가 직접 수업을 하였는데, Vockell과 Asher(1995)가. 절 변화와 같은 천문 영역을 지도할 때 PCK를 활용하. 제시한 연구 집단에 속한 연구자가 직접 수업을 진행. 여 학생들의 다양한 선개념을 조사하고 분석한 '맥락. 했을 때 발생 가능한 질적 연구의 일반적인 한계와 문. 지식'을 바탕으로 오개념을 과학 개념으로 바꾸어 줄. 제점을 보완하기 위하여 실험 집단은 부록 2와 같이. 수 있도록 최적화된 ‘교수 변환’을 설계함으로써 수업. 매 차시 수업안을 작성하였다. 그리고 비교 집단은 지. 전문성 신장을 위해 최선의 노력을 해야 할 것이다.. 도서에서 제시한 수업 예시를 기준으로 매 차시 수업.
(3) 단계별 질문 중심의 단원 설계가 초등학생의 ‘계절의 변화’ 개념 이해에 미치는 효과. 153. 안을 작성하여 세미나에서 검토를 받은 뒤 수업을 진. 검사지는 해당 학교에서 실시한 과학 학업성취도. 행하였다. 연구수행 기간은 2018년 10월 다섯째 주부. 평가지와 연구진이 개발한 과학 개념 검사지를 사용하. 터 12월 첫째 주까지 6주 동안이었으며, 총 10차시의. 였다. 사전 검사는 과학 학업성취도 평가와 과학 개념. 수업을 진행하였다.. 검사를 통해 두 집단의 동질성 여부를 통계적으로 확 인했으며, 사후 검사는 과학 개념 검사를 활용해 학생. 2. 연구 설계 및 절차. 들이 기술한 계절 변화의 원인과 관련한 과학 개념을 심층적으로 분석하여 유형화하였다. 또한, 학생들이. 이 연구에서는 비동등 비교 집단 사전-사후검사 설계. 많이 갖고 있는 오개념 중 하나인 거리 이론과 관련해. (non-equivalent control pretest- posttest design)를 이용하. 서 그들의 개념이 어떻게 변화되었는지를 확인해 보고. 였는데, 이는 이미 구성된 학급 학생들을 대상으로 연. 자 ‘태양과 지구 사이의 거리가 계절 변화에 미치는. 구를 수행하거나 학생들을 각 집단에 무선 배정하는. 영향’과 관련된 1차시 수업을 실험 집단을 대상으로. 것이 어려울 때 일반적으로 많이 사용하는 방법이다.. 추가적으로 진행한 후, 사후 검사와 심층 면담을 한번. 전체 연구의 절차는 Fig. 1과 같다.. 더 실시하였다.. 먼저 수업을 재구성하기 위해 여러 문헌과 선행 연 구를 분석하고 반영할 시사점을 정리하였다. 그리고. 3. 검사 도구. CoRe에서 제시한 8개 질문을 이 연구의 과학 수업에 맞게 순서와 내용을 고려해 7개 질문으로 재구성하였. 이 연구에서 사용한 과학 개념 검사는 기존에 많은. 다. 재구성한 단계별 질문에 따라 개념 변화에 초점을. 연구(유연준과 오필석, 2016; 장명덕 외, 2001; 채동현. 두고 수업 주제와 내용을 표상화 하였고, 이 자료를 바. 1992, 1998; 채동현 외, 2003)에서 사용했던 검사 도구. 탕으로 교수·학습 지도안과 활동지, 평가계획이 포함. 를 수정 및 보완하여 사용하였다. 과학 개념 검사지는. 된 수업 계획 초안을 작성하였다. 모든 과정은 과학교. 총 10문항으로, 계절 변화와 관련된 주요 개념(선택형. 육 전문가 1명, 지구과학교육 박사 2명, 지구과학교육. 4문항, 단답형 2문항, 서술형 2문항)과 계절 변화의 원. 박사과정 2명이 함께 진행하였고 매주 1회 이상(3시. 인(2문항)을 물어보는 문항으로 구성하였다(Fig. 2). 특. 간) 약 7개월의 세미나를 통해 수정·보완하였다.. 히, 계절 변화의 원인을 묻는 문항은 선행 연구를 참고 하여 학생들이 계절 변화를 설명할 때 이용하는 개념. (주요 오개념 포함) 12개를 제시하고 이를 활용해 계. ‘계절의 변화’ 단원 수업 개발. 문헌 분석 및 선행 연구 탐색. 절 변화의 원인이라고 생각하는 개념을 선택하는 단답. ↓. 형 1문항, 계절 변화의 원인을 글과 그림을 이용하여. -개념 분석을 강조한 단계별 질문 수정 및 보완 -단계별 질문에 따른 단원 내용 분석 및 체계화 -수업 계획 초안 작성 -세미나를 통한 수업 계획 수정·보완 -수업 설계 완성. ↓ 사전 검사. -과학 학업성취도 평가 -과학 개념 검사. ↓ 수업 실시 ↓ 사후 검사. -과학 개념 검사 -학생 면담. 설명하는 서술형 1문항으로 구성하였다. 개념을 선택 하는 문항은 학생들이 암기하여 응답할 수 있으므로 글과 그림을 이용하여 설명하는 서술형 문항을 추가하 여 학생들의 계절 변화에 대한 종합적인 이해 정도를 파악하고자 하였다. 과학 개념 검사의 선택형, 단답형 문항은 정답일 경우 1점, 오답일 경우 0점을 부여하였 고, 서술형 문항은 정답과 부분 정답을 인정하여, 결과 적으로 검사의 만점은 14점으로 하였다.. 4. 자료 처리 및 분석. ↓ 자료 수집 및 결과 분석. Fig. 1. Procedure of the study. 수집된 자료는 양적, 질적인 기법을 활용해 분석함 으로써 수업의 효과를 다각적으로 분석하였다. 과학.
(4) 노자헌⋅손준호⋅정지현⋅송진여⋅김종희. 154. Fig. 2. The questionnaire of scientific concepts examination related to seasonal change. 개념 검사지는 채점자 간 신뢰도를 높이기 위해 사전 에 각 문항별 채점 기준을 합의하였고, 집단별 사전·사 후 검사 평균은 유의수준 .05에서 t-검증으로 비교하였. Ⅲ. 단계별 질문을 활용한 ‘계절의 변화’ 단원 수업의 개발. 다. 과학 개념 검사지의 선택형, 단답형 문항은 정답일. 이 연구에서 활용한 단계별 질문은 Loughran 외. 경우 1점으로 채점하였으며, 서술형 문항은 부분 정답. (2004, 2006)가 개발한 CoRe의 8개 문항을 참고하되,. 을 인정하여 채점하였다.. 중복된 내용이나 순서적 흐름을 고려해서 박태호 외. 과학 개념 검사지의 10번 문항은 질적인 기법을 이. (2017)가 제안한 PCK 펜타곤 모형(교과 수업에 대한. 용하여 추가로 분석하였다. 이것은 학생들의 개념 변. 지향, 교과 평가, 교과 수업 전략과 표상, 학생의 교과. 화 정도를 개념적 자원(conceptual resources)의 활성화. 이해도, 교과 교육과정)의 요소를 반영해 Table 1과 같. (오필석, 2015)라는 관점으로 분석한 것인데, 이는 사. 이 7개의 문항으로 수정 및 보완하였다. 원래 제시된 8. 람들의 '개념'은 그보다 더 작은 단위의 개념적 자원들. 개의 문항 중 ‘이 아이디어를 가르치는 것에 영향을. 로 구성되어 큰 규모의 인지적 구인인 '개념'을 형성한. 주는 학생들의 생각은 무엇인가?’와 ‘이 개념을 가르. 다고 보는 Hammer 외(2005)의 관점과 같다. 따라서 서. 치는 데 영향을 주는 학생들의 생각은 무엇인가?’는. 로 다른 수업을 경험한 학생들이 계절 변화의 원인을. 과학 교육 관점에서 바라보면 선개념 중 오개념과 관. 설명할 때 어떤 개념적 자원을 활성화하여 서로 조합. 련이 있기에 별도로 구분 지어 생각하기 보다는 통합. 해 글과 그림으로 설명하는지에 초점을 둔 것이다. 이. 하는 것이 바람직하다고 생각하였다. 또한 제시된 문. 연구에서는 ‘개념적 자원의 수’를 학생들이 계절 변화. 항을 단원 수업 설계의 사고 과정에 맞추어 순서를 정. 의 원인을 설명하기 위하여 사용한 개념의 평균 개수. 하는 것이 과학 교과처럼 개념의 위계를 중요하게 생. 로 정의하였다. 검사지에서 제시된 내용 중 ‘지구 자전. 각하는 교과에게는 더 효과적일 것으로 생각하였다.. 축 경사, 지구의 공전, 태양의 남중 고도 변화, 낮의 길. 완성된 단계별 질문에 따라 내용학 지식과 교수 경. 이 변화’를 사용해 활성화한 것을 개념적 자원 수로. 험을 활용해 ‘계절의 변화’ 단원 수업을 부록 1과 같이. 분석하였고, 계절 변화 원인의 설명은 계절 변화가 일. 재구성하였으며, 오개념 지도전략을 강조한 수업안은. 어나는 과정의 구체성 정도를 기준으로 분석하였다.. 7~8차시의 사례를 부록 2에 제시하였다. 특히 부록 2.
(5) 단계별 질문 중심의 단원 설계가 초등학생의 ‘계절의 변화’ 개념 이해에 미치는 효과. 155. Table 1. Step-by-step questions for unit design PCK 요소. 단계별 질문 1. 학생들은 이 주제에서 무슨 내용을 이해해야 하는가?. 교과 교육과정. 2. 학생들은 위에서 선정한 내용을 왜 이해할 필요가 있는가?. 교과 수업에 대한 지향. 3. 학생들은 이 주제와 관련해서 어떤 내용을 알고 있는가? 4. 이 주제와 관련한 학생들이 갖고 있는 오개념은 무엇인가?. 학생 교과 이해. 5. 학생들이 갖고 있는 오개념 등을 과학적 개념으로 바꾸어 줄 수 있는 방법은 무엇인가? 6. 전반적인 교수․학습 절차를 정리해 본다면? 7. 이 주제를 지도할 때 추가적으로 알아야 할 내용이 있는가?. (A). 교과 수업 전략과 표상/교과 평가. (B). Fig. 3. Students’ worksheet for conceptual change of distance theory in seasonal change. 에서 예시로 제시한 수업 지도안은 학생들이 갖고 있. 인데, 이러한 사실은 학생들이 가지고 있는 오개념인. 는 오개념을 확인함으로써 PCK의 핵심 요소인 ‘맥락. 거리 이론에 반대되는 사실이므로 학생들은 개념 변화. 지식’을 활성화하고 학생의 수준에 맞는 '교수 변환'을. 의 필요성을 느끼게 된다. B 학습지는 원일점과 근일. 통해 그들의 개념 변화를 위한 구체적인 지도 전략을. 점을 작은 단위(cm)로 바꾸고 거리에 따른 빛 에너지. 반영한 것이 특징이다. 이 외에도 실험 집단을 대상으. 양과 각도에 따른 빛 에너지양을 조도계로 측정하여. 로 수학 교과에서 배운 비와 비율을 이용하여 태양과. 비교하는 활동으로, 실험 결과는 cm 단위로 바꿨을 때. 지구 사이의 거리를 cm 단위로 바꿔보고, 거리와 고도. 근일점은 14.7cm, 원일점은 15.2cm가 되어 0.5cm 차이. 에 따라 달라지는 빛의 세기를 측정하여 거리와 고도. 에 불과하다. 이 수업을 통해 학생들은 각도에 따른 빛. 중 빛의 세기 차이가 더 큰 것이 무엇인지 확인하는. 에너지양의 차이가 거리에 따른 빛 에너지양의 차이보. 수업 계획과 지도안도 작성하였다.. 다 크다는 것을 학습하고, 계절 변화에 더 큰 영향을. 초등학생들의 대표적인 오개념인 거리 이론과 관련 된 개념 변화를 확인하기 위해 ‘태양과 지구 사이의. 미치는 것은 태양의 남중 고도 차이라는 것을 학습할 수 있도록 구성하였다.. 거리가 계절 변화에 미치는 영향’이라는 1차시 수업 내용을 Fig. 3의 학습지를 활용해 추가로 실험 집단에 게 진행하였다.. Ⅳ. 연구 결과 및 논의. A 학습지는 같은 날 같은 위도·경도상의 남반구 도 시와 북반구 도시의 기온과 계절을 조사하는 활동으. 1. 과학 개념 검사 결과. 로, 거리 이론이 옳다면 북반구 도시가 원일점일 때 남 반구 도시의 계절은 북반구 도시와 마찬가지로 여름이 어야 한다. 그러나 실제 계절은 북반구의 계절과 반대. 실험 집단과 비교 집단의 동질성 확인을 위해 과학 개념 검사지를 이용하여 t-검증을 실시한 결과, 통계적 유의수준 .05에서 두 집단은 동질 집단이었다(Table 2)..
(6) 노자헌⋅손준호⋅정지현⋅송진여⋅김종희. 156. Table 2. Results of the pre and post-test of conceptual achievement 검사 사전 사후. 집단. N. M. SD. 실험. 24. 7.00. 1.79. 비교. 24. 6.58. 1.31. 실험. 24. 10.83. 1.68. 비교. 24. 8.33. .081. t. p. 0.918. .364. 6.540. .000*. *p<.001. 과학 개념 사후 검사 결과, t값은 6.540으로 통계적 유. 절에 따른 기온 차이를 가져오는지를 인과관계에 따라. 의수준 .05에서 두 집단의 계절 변화에 대한 개념 변화. 자세히 설명한 것을 완전한 개념으로 분류하였다.. 는 차이가 있었다(Table 2). 따라서 개념 변화를 강조. 계절 변화의 원인을 설명하기 위한 개념적 자원의. 한 단계별 질문을 활용해 ‘계절의 변화’ 단원을 설계. 평균 개수는 실험 집단이 3.62개로 비교 집단의 1.95개. 한 수업은 비교 집단의 교과서와 지도서의 내용으로. 에 비해 많았다. 또한 계절 변화가 일어나는 과정에 대. 진행한 수업보다 학생들의 계절 변화에 대한 개념 변. 한 설명도 실험 집단 학생들이 비교 집단 학생들 보다. 화에 긍정적인 효과가 있음을 알 수 있었다.. 더 구체적이고 다양하였다. 이는 개념 변화에 초점을 두고 단계별 질문을 활용해 ‘계절의 변화’ 단원을 설. 2. 개념적 자원의 활성화 결과. 계한 수업에 참여한 학생들이 더 많은 개념적 자원들 을 활성화하고 그것들을 조합해 인과관계에 따라 구체. 과학 개념 검사지의 10번 문항에 대한 학생들의 서술. 적으로 계절 변화를 설명하였기 때문이다.. 형 응답을 분석한 결과는 Table 3과 같다. ‘범주’는 활성. 학생들의 서술형 응답 내용을 범주별로 분석해 보. 화한 개념적 자원을 이용하여 계절 변화가 일어나는 과. 면, ‘완전한 개념’ 범주에 속하는 응답을 한 학생은 과. 정(인과관계)에 대한 설명의 구체성 정도를 나타낸 것으. 학개념을 가지고 있다고 판단할 수 있는데, 초등학생. 로, 완전한 개념, 불완전한 개념, 오개념의 3단계로 분류. 들의 언어능력과 지식의 정도를 고려하여 정확한 용어. 하였다. 예를 들어, 계절 변화의 원인인 ‘지구 자전축 경. 나 구체적인 인과관계가 드러나 있지 않더라도 과학. 사’와 ‘지구의 공전’, ‘태양의 남중 고도 변화’, ‘낮의 길. 개념과 설명이 유사하면 ‘완전한 개념’으로 분류하였. 이 변화’를 이용하여 각 원인이 어떻게 상호작용하여 계. 다. 연구 결과, 완전한 개념 범주에 속하는 학생은 실. Table 3. Analysis of students’ narrative responses to question 10 집단. 실험. 비교. 개념적 자원의 수. 3.62. 1.95. 범주. 빈도 (%). 학생 응답의 예. 완전한 개념. 12 (50). •지구 자전축이 기울어져서 공전하므로 계절별 남중 고도와 낮의 길이가 변한다. 남중 고도가 높고 낮의 길이가 길면 여름이고 남중 고도가 낮고 낮의 길이가 짧으면 겨울이다.. 불완전한 개념. 9 (38). •지구가 공전하면서 위치에 따라 남중 고도와 낮의 길이가 변한다. •지구 자전축이 기울어져 지구가 태양주위를 공전하면 태양과 지구의 위치가 달라진다. •태양주위를 지구가 공전하면 태양의 남중 고도가 달라진다.. 오개념. 3 (12). •태양주위를 지구가 공전하면 태양과 지구 사이의 거리가 바뀌는데 가까우면 여름, 멀면 겨울이다.. 완전한 개념. 8 (33). •지구 자전축이 태양 공전 궤도면에 기울어진 채 태양주위를 공전하기 때문이다. •지구 자전축이 기울어져 공전하면 태양의 남중 고도가 변해서 계절의 변화가 생긴다.. 불완전한 개념. 14 (59). •지구가 공전한다. •남중 고도가 높으면 여름이고 낮으면 겨울이다. •지구의 자전축이 기울어져 낮의 길이가 변한다.. 오개념. 2 (8). •지구가 자전하면서 태양 빛을 받는 쪽은 여름, 반대쪽은 겨울이다. •태양과 지구 사이의 거리가 가까우면 여름, 멀면 겨울이다..
(7) 단계별 질문 중심의 단원 설계가 초등학생의 ‘계절의 변화’ 개념 이해에 미치는 효과. (A). 157. (B). Fig. 4. Differences in explanation using linguistic explanations and pictures. Fig. 5. One of the examples of incomplete concept-based answer. 험 집단이 12명, 비교 집단이 8명 있었으며, 학생들 응. 는 어려움을 갖고 있다(장명덕 외, 2001)고 한 연구 결. 답 중에는 ‘지구 자전축이 기울어져서 공전하므로 계. 과를 참고할 필요가 있다. 그래서 이 학생의 경우는 심. 절별 남중 고도와 낮의 길이가 변한다. 남중 고도가 높. 층 면담을 통해 이해 정도를 확인한 후, 최종적으로. 고 낮의 길이가 길면 여름이고 남중 고도가 낮고 낮의. ‘완전한 개념’ 범주로 분류하였다.. 길이가 짧으면 겨울이다.’와 같이 자세한 설명을 하기. 학생들의 응답 중 개념적 자원을 활성화했으나, 계. 도 했지만, 반면에 ‘지구 자전축이 공전궤도면에 기울. 절 변화의 인과 관계가 구체적이지 않거나 단순히 개. 어진 채 태양주위를 공전하기 때문이다.’라고 교과서. 념적 자원만 나열한 경우는 ‘불완전한 개념’ 범주로. 에 적힌 내용 그대로 설명한 경우도 있었다. 물론 이. 판단하고 분류하였다. ‘불완전한 개념’ 범주에 속하는. 두 설명은 모두 ‘완전한 개념’의 범주에 속하지만, Fig.. 학생은 실험 집단이 9명, 비교 집단이 14명 있었으며,. 4와 같이 그림을 이용한 설명과 언어적 설명과는 차이. ① ‘지구가 공전하면서 낮의 길이가 달라진다.’ 등 계. 가 있었다. 위의 (A)와 (B) 그림은 설명 방식에 있어서. 절 변화의 과정이 구체적이지 않은 경우, ② ‘여름은. 차이가 있는데, 특히 (B)는 교과서에 있는 그림을 거의. 남중 고도가 높아 기온이 높고 겨울은 남중 고도가 낮. 그대로 표현했다고 볼 수 있다. 학생 대부분이 글을 통. 아 기온이 낮다.’, ‘지구가 공전하면 남중 고도가 높을. 한 설명은 능숙하지만 그림에 대한 표현력이 부족한데. 때는 여름, 낮을 때는 겨울이다.’ 등 계절 변화의 원인. (Comins, 1998; Sadler, 1996), 특히 2차원 모델인 언어. 을 하나만 제시한 경우, ③ 지구 자전축이 기울어져 있. 적 표상에는 익숙하지만 3차원 모델인 공간적 표상에. 음’, ‘낮의 길이 변화’, ‘지구의 공전’ 등 개념적 자원을.
(8) 158. 노자헌⋅손준호⋅정지현⋅송진여⋅김종희. 단순히 나열한 경우로 분류하였다(Fig. 5).. 하는 2명의 학생은 기존에 응답한 학생과 동일했다.. ‘불완전한 개념’ 범주 중 계절 변화의 과정이 구체. 이 학생들은 지구는 타원궤도를 공전하고 있음을 책이. 적이지 않거나 개념적 자원을 단순히 나열하는 경우에. 나 TV 등 간접적인 경험을 통해 이미 학습한 내용을. 속한 학생들은 경험을 통해 습득할 수 있는 사실적 지. 바탕으로 태양과 지구 사이의 거리 변화가 계절 변화. 식은 알고 있었지만, 왜 계절이 변하는지 설명하지 못. 라는 잘못된 핵심 신념을 포기하지 않고 끝까지 갖고. 했다. 이는 계절 변화 개념을 3개의 위계로 나누고 계. 있었다. ‘계절의 변화’ 단원에서 지구 자전축이 기울어. 절 변화 원인을 설명할 때 우주적 관점인 1차 원인과. 진 채 태양주위를 공전하는 것과 계절별 남중 고도의. 지평적 관점인 3차 원인을 이어주는 역할을 하는 2차. 변화와 낮의 길이 등에 대해 학습을 했음에도 불구하. 원인을 제대로 이해해야 계절 변화의 원인을 과학적으. 고 오히려 거리 이론을 기본 전제로 생각하고 계절의. 로 올바르게 설명할 수 있음을 주장한 선행 연구(정선. 변화를 설명하려는 경향을 보인 것이다. 이는 계절 변. 라와 이용복, 2013)에서 원인을 찾아볼 수 있다.. 화의 원인을 설명함에 있어 견고한 핵인 거리 이론은. ‘오개념’ 범주에 속하는 응답은 비과학 개념을 가지. 변하지 않으려 한다는 선행 연구(현동호와 양경은,. 고 있는 경우로 판단하고 분류하였다. 이 범주에 속하. 2016)에서 그 답을 찾을 수 있다. 하지만 별도의 피드. 는 학생은 실험 집단이 3명, 비교 집단이 2명이었으며,. 백 과정에서 학생들이 거리 이론에 대해 의심(불만족). 이들 학생이 갖고 있는 비과학 개념은 계절 변화 원인. 을 하였고, 계절 변화의 과학 개념에 대한 이해가 증가. 을 태양과 지구 사이의 거리 변화로 설명하는 거리 이. 하는 모습을 보여 추후 개념 변화의 가능성이 있음을. 론과 계절 변화로 인해 나타나는 현상을 계절 변화의. 예상할 수 있었다.. 원인으로 생각하는 경우였다. 거리 이론은 계절 변화가. 둘째, 계절 변화에 대한 과학 개념을 갖고 있으면서. 태양과 지구 사이의 거리에 의해 생긴다는 이론으로. 태양과 지구 사이의 거리가 계절 변화에 주된 원인이. 학생들이 경험을 통해 습득할 수 있는 대표적인 사실. 아님을 이해하고 있는 학생이 2명이었다. 이 학생들은. 적 지식의 하나로, 계절 변화의 원인에 대한 과학 개념. 아래와 같이 처음에는 계절 변화의 원인이 태양과 지. 형성에 많은 어려움을 주는 요인이다(채동현, 2011; 현. 구 사이의 거리가 아니라는 생각을 하고 있었고, 거리. 동호와 양경은, 2016). Table 3에서 제시한 것과 같이. 에 따른 빛의 세기를 측정하는 학습 활동을 통해 계절. ‘지구가 태양주위를 공전하는 동안 거리가 달라진다.’,. 변화의 원인을 자세히 설명하게 됨을 알 수 있었다.. ‘지구가 태양과 거리가 가까울 때 지구는 자전축이 기 울어진 쪽은 여름, 반대쪽은 겨울이다.’ 등 학생들은 거. “계절 변화는 지구 자전축이 기울어져서 태양주위를. 리 이론과 개념적 자원을 함께 사용하여 계절 변화의. 지구가 공전하니까 생기는 거잖아요, 그런데 마지막. 원인을 설명하였다. 또한, ‘기온에 따라 계절이 변한. 수업에서 거리를 다르게 해서 빛의 세기를 측정해. 다.’ 등 계절 변화에 대한 원인과 결과를 혼동하고 있. 봤는데 빛의 세기가 조금은 달랐어요. 각도가 다르. 거나 ‘환경오염’과 같은 비과학적 응답도 있었다.. 게 해서 측정했을 때보다 빛의 세기 차이는 작았지. ‘태양과 지구 사이의 거리가 계절 변화에 미치는 영. 만요. 그래서 거리도 영향을 주겠다고 생각했죠. 하. 향’이라는 주제로 1차시의 수업을 추가로 진행한 후,. 지만 계절 변화의 진짜 이유는 아니라고 생각해요.”. 학생들의 거리 이론에 대한 오개념이 어떻게 변화되었 는지 분석하였다. 추가 수업을 진행하기 전에는 실험 집단 중 거리 이론을 개념적 자원으로 사용해 계절 변. Ⅴ. 결론 및 제언. 화의 원인을 설명한 학생 수는 2명이었다. 그런데 추 가 수업 후에 동일한 문항을 이용하여 검사한 결과, 거. 이 연구의 목적은 개념 변화를 강조한 단계별 질문. 리 이론을 개념적 자원으로 활성화한 학생 수는 4명으. 을 활용해 ‘계절의 변화’ 단원 수업을 재구성함으로써. 로 늘어났고, 그 까닭을 알아보고자 심층 면담을 실시. 초등학생들의 계절 변화와 관련된 개념 변화에 어떠한. 한 결과는 다음과 같다.. 효과가 있는지 확인해 보고자 한 것이다. 또한 계절 변. 첫째, 거리 이론을 계절 변화의 핵심 신념으로 생각. 화에 대한 주요 오개념인 ‘거리 이론’을 수정하기 위.
(9) 단계별 질문 중심의 단원 설계가 초등학생의 ‘계절의 변화’ 개념 이해에 미치는 효과. 해 학습 자료를 개발하여 수업을 한 후, 그 효과를 분. 159. 었다고 해석할 수 있다. 학생들의 개념을 재구성하기. 석하였다. 지금까지의 연구 결과를 바탕으로 결론을. 위해서는 명료화와 교환, 갈등 상황 경험, 새로운 개념. 제시하면 다음과 같다.. 구성, 새로운 개념 평가의 단계를 거쳐야 하는데(교육. 첫째, 개념 변화를 강조한 단계별 질문을 바탕으로. 부, 2015), 이때 단계별 질문에 바탕을 둔 수업 설계는. ‘계절의 변화’ 단원을 재구성하고 수업을 통해 과학 개. 학생들의 개념 변화에 도움을 줄 수 있음을 의미한다.. 념을 확인한 결과, 과학 개념 검사 점수의 평균이 비교 집단에 비해 실험 집단에서 통계적으로 유의미하게 높. 위와 같은 연구 결과를 바탕으로 후속 연구를 위해 다음과 같이 제언해 본다.. 은 결과가 나타났다. 이는 단계별 질문을 활용해 표상한. 첫째, 이 연구는 계절의 변화 단원에 한정하여 이루. 수업 주제와 내용에 대해 교사가 학생들이 갖고 있는 오. 어졌으므로, 다양한 학년과 단원에서 단계별 질문을. 개념을 조사하고 오개념별 지도전략을 추가하여 핵심. 활용한 과학 수업 설계와 수업 연구가 필요하다. 왜냐. 교수·학습 내용이 되도록 수업을 설계한 것이 학생들의. 하면 단계별 질문에 기반을 둔 단원 수업 설계는 학생. 개념 변화에 효과적인 대안이 될 수 있음을 알게 되었. 의 개념 변화를 고민하는 교사의 수업 전문성 신장에. 다. 이 같은 결과는 PCK에서 CoRe의 단계별 질문을 활. 도움이 되는 좋은 방법이기 때문이다. 특히 오개념 지. 용하여 수업을 설계하는 것이 교사의 교과 수업 전문성. 도를 위한 단원 설계에 도움을 줄 수 있는 과학 수업. 을 향상시키고(박태호 외, 2017), 학생들이 갖기 쉬운 오. 만의 단계별 질문에 대한 심도 있는 연구가 필요하다.. 개념을 확인하고 바로 잡아 그들의 인지 구조 변화를 가. 둘째, 계절 변화의 원인에 대한 학생의 오개념은 거. 져오는데 긍정적으로 기여한다는 선행 연구의 결과와도. 리 이론 외에도 많으므로 각 유형에 맞는 교수·학습 방. 같은 맥락으로 볼 수 있다(이화진 외, 2006).. 법을 개발하여 과학 개념을 형성할 수 있도록 도움을. 둘째, ‘계절의 변화’ 단원 수업을 진행한 후 개념적. 주는 후속 연구가 필요하다.. 자원의 활성화 정도를 분석한 결과, 실험 집단에서 계 절 변화의 원인을 설명하기 위해 활성화한 개념적 자원. 국문요약. 의 수가 비교 집단에 비해 많았으며 계절 변화가 일어 나는 과정에 대한 설명도 비교 집단에 비해 더 구체적 이고 다양하였다. 이는 실험 집단이 계절 변화를 설명. 이 연구의 목적은 단계별 질문을 활용해 ‘계절의 변. 하는데 활성화한 개념적 자원의 수와 완전한 개념 범주. 화’ 단원을 재구성함으로써 학생들의 오개념 변화에. 에 속하는 학생 수가 비교 집단에 비해 높았다는 결과. 어떠한 효과가 있는지 확인해 보고자 한 것이다. 대부. 를 통해 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 CoRe에 기반. 분의 학생들은 계절 변화의 원인을 설명하는데 자신의. 한 과학 수업이 학생들의 과학 개념 형성에 유의미한. 경험을 바탕으로 하여 선개념을 구성하고 있었다. 그. 효과가 있다는 선행 연구의 결과와도 같다(김은영,. 래서 개발한 수업에서는 학생들이 갖고 있는 선개념. 2010; 박성미 외, 2013; 정유정 외, 2015). 따라서 과학. 중 오개념을 조사하고 이에 대한 지도 계획을 ‘개념. 개념 형성 수업에서 교수·학습 방법의 하나로 단계별. 변화를 위한 수업 설계 요소’로 명시하여 핵심 교수·학. 질문에 기반을 둔 과학 수업 설계를 고려해 볼 수 있다.. 습 내용이 되도록 단원을 재구성하였다. 연구 결과, 실. 셋째, ‘태양과 지구 사이의 거리가 계절 변화에 미치. 험 집단의 24명 학생들을 대상으로 과학 개념 검사를. 는 영향’이라는 주제의 수업은 학생들의 계절 변화 원. 실시하여 통계적으로 유의미한 효과가 있음을 알 수. 인에 대한 심화적인 이해에 도움을 줄 수 있음을 확인. 있었다. 또한 질적 분석을 실시한 결과, 계절 변화를. 할 수 있었다. 이 같은 결과는 개념 변화를 강조한 단계. 설명할 때 활성화한 개념적 자원의 수와 계절 변화를. 별 질문을 통해 같은 위도, 경도 상의 북반구와 남반구. 설명하는 구체성의 정도가 비교 집단에 비해 높음을. 의 계절 변화를 조사하는 활동이 학생들의 기존 개념과. 확인할 수 있었다.. 일치하지 않는 모순된 상황을 제공했고, 거리와 각도에 따라 조도계를 이용하여 빛 에너지양을 측정해보는 활 동이 학생들의 개념 변화를 일으킬 수 있는 조건이 되. 주제어: 단계별 질문 중심 단원 설계, 계절의 변화, 개념 변화.
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(12) 162. 노자헌⋅손준호⋅정지현⋅송진여⋅김종희.
(13) 단계별 질문 중심의 단원 설계가 초등학생의 ‘계절의 변화’ 개념 이해에 미치는 효과. 163.
(14) 노자헌⋅손준호⋅정지현⋅송진여⋅김종희. 164. 부록 2. 오개념 지도전략이 반영된 수업안 예시(7~8차시) 단원 학습 주제 학습 목표 준비물. 오개념 지도전략. 과정 (시간). 도입 (10′). 전개 (60′). 정리 (10′). 학습 과정. 3. 계절의 변화(7~8/10). 교과서/실험관찰 96~99쪽/60~61쪽 계절이 변하는 까닭 알아보기 •계절의 변화 원인을 설명할 수 있다. •지구의의 자전축 기울기를 달리하여 태양의 남중 고도와 낮의 길이를 측정할 수 있다. 지구의, 갓 없는 전기스탠드, 태양 고도 측정기, 시간판, 자(30cm) 오개념(맥락지식) 지도 전략(교수 변환) •지구의 공전과 자전 때문에 생기는 현상을 질문한다. •지구의 공전과 자전을 동시에 일어나는 현상으로 •지구의의 움직임으로 보여준다. 생각하지 않는 경우가 있다. •영상 자료를 활용하여 지구의 운동은 자전과 공전이 동시에 일어남을 안내한다. •개념도를 이용하여 인과적인 과정을 정리하도록 한다. •태양의 남중 고도 변화와 낮의 길이 변화를 계절 •시간별 태양의 고도를 반구에 표시해보도록 하고 변화와 연결하여 설명하는 것을 어려워한다. 계절별 낮의 길이를 계산해 태양의 남중 고도와 낮의 길이와의 관련성을 찾도록 안내한다. •낮과 밤이 생기는 이유를 질문한다. •하루 동안 태양과 달의 움직임에 대해 질문한다. •전 학기에 하루 동안 달의 위치 변화에 대해 •태양을 향한 쪽은 여름이고 향하지 않는 쪽은 학습하였으므로 하루 동안 태양의 위치 변화에 겨울로 인식한다. 대해 안내한다. •지구는 태양을 중심으로 하루 동안 자전하며, 태양을 향한 쪽은 낮이며 태양을 향하지 않은 쪽은 밤이 됨을 안내한다. •전 차시에서 학습한 계절별 태양의 남중 고도 차이에 대해 질문하고, 태양의 남중 고도는 •겨울은 태양이 높이 떠서 비추니까 춥고, 여름은 여름이 겨울보다 높음을 안내한다. 태양이 낮게 떠서 비추니까 덥다고 생각한다. •계절별 태양의 남중 고도를 알고 있다면 지구의 자전과 하루 동안 태양의 위치 변화에 대해 질문한다. 교수·학습 활동. ￭전시 학습 상기 계절별 태양의 남중 고도와 낮의 길이 알아보기 선수 학습 계절에 따라 기온이 달라지는 까닭 알아보기 -여름: 남중 고도 높다, 낮의 길이 길다 진단 -겨울: 남중 고도 낮다, 낮의 길이 짧다 -기온: 남중 고도가 높을수록 높다. ￭공부할 문제 확인 공부할 계절이 변하는 까닭을 알아봅시다. 문제 ￭학습 활동 안내 ￭지구의 자전축이 수직일 때 태양의 남중 고도, 낮의 길이 측정하기 활동 1 자전축을 수직으로 맞추고 지구의를 자전시키며 태양의 남중 고도, 낮의 길이 측정하기 -태양의 남중 고도와 낮의 길이는 변화가 없다. ￭지구의 자전축이 기울어졌을 때 태양의 남중 고도, 낮의 길이 측정하기 활동 2 자전축을 기울이고 지구의를 자전시키며 태양의 남중 고도, 낮의 길이 측정하기 -태양의 남중 고도와 낮의 길이는 변한다. ￭학습 내용 정리하기 학습 내용 계절 변화의 원인 설명하기 정리 계절별 지구의의 위치와 남중 고도 설명하기 ￭차시 예고. 지도 전략. 자료. -계절별 태양의 남중 고도, 계절 별 낮의 길이를 개념도로 그려 인과관계를 확인. 개념도. -배경지식 일깨우기. -자전과 공전 동시에 고려하기 지구의, 갓 -지구의를 움직여 자전하면서 동 없는 전기 시에 공전하는 상황을 제시 스탠드, 시간판, -계절별 태양의 활동은 차이가 없 태양 고도 측정기, 음을 안내 -자전으로 인해 일어나는 현상을 자(30cm) 질문 -계절 변화의 원인을 언어적 및 공간적 표상을 이용하여 설명하 도록 제시. 학습 정리 PPT.
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수치
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