A Study on the Change in Science Concept according to the Characteristics of Elementary School Students in the Face of an Anomalous Situation

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http://dx.doi.org/10.3938/NPSM.68.1107

A Study on the Change in Science Concept according to the Characteristics of Elementary School Students in the Face of an Anomalous Situation

Including Misconception

Jihoon Kang

Yongso Elementary School, Busan 48432, Korea

Pyoungkil Yoo

^∗

Department of Science Education, Busan National University of Education, Busan 47503, Korea (Received 10 September 2018 : accepted 28 September 2018)

This study analyzed the correlations among the characteristics of elementary school students and changes in science concepts when they were faced with misconceptions provided by the teacher with intellectual authority. We selected scientific attitude, scientific self-concept, and science process skill, which are expected to influence scientific conceptual changes, as the characteristics of learners and analyzed conceptual changes when using three concepts, the ‘weight of air’, ‘dissolution’, and the

‘change of weight when water freezes’. The study participants consisted of 230 elementary school students (117 girls, 113 boys) in 5th and 6th grade. The results of this study were as follows.

First, the scientific attitudes, curiosity and open-mindedness of the students who changed concepts were statistically higher than those of students who did not change concepts. However, in terms of science self-concepts and scientific process skill, no significant differences or no consistent results were obtained. Second, scientific self-concept showed a relatively high correlation with scientific attitude (r = .55) and competence correlated positively with curiosity (r = .45) and criticism (r = .40).

PACS numbers: 01.40.-d, 01.40.eg

Keywords: Anomalous situation, Conceptual change, Scientific attitude, Science self-concept, Science process skill

오개념이 포함된 불일치 상황에서 초등학생의 학습자 특성에 따른 과학 개념변화

강지훈

용소초등학교, 부산 48432, 대한민국

유병길

^∗

부산교육대학교 과학교육과, 부산 47503, 대한민국 (2018년 9월 10일 받음, 2018년 9월 28일 게재 확정)

본 연구에서는 과학적 개념을 가진 초등학생들이 지적 권위를 가진 교사가 제공하는 오개념에 대면했을 때 학습자 특성별 과학 개념변화와 학습자 특성 간 상관관계를 분석하였다. 학습자 특성으로 과학적

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없었다. 과학 자아개념의 하위 요소인 능력감은 호기심 (r = .45), 비판성 (r = .40) 과 정적인 상관관계를 보였으며, 과학적 태도 하위 요소인 비판성과 호기심 (r = .53), 비판성과 개방성 (r = .41), 호기심과 개방성 (r = .39) 모두 정적인 상관관계를 나타냈다.

PACS numbers: 01.40.-d, 01.40.eg

Keywords: 불일치 상황, 개념변화, 과학적 태도, 과학 자아개념, 과학 탐구 능력

I. 서 론

초등학교 과학교육의 중요한 목적 중 하나는 주변현상 에 대한 자기 나름의 개념을 지닌 학생들이 과학적 개념을 갖도록 하는데 있다 [1]. 하지만 학생들의 경험에서 비롯된 선개념은 생각보다 쉽게 바뀌지 않기 때문에 이를 과학적 개념으로 바꾸기 위한 효과적인 교수 전략이 많이 논의되어 왔다. 학생들의 개념을 효과적으로 바꾸는 교수 전략 중 하나가 학생들에게 지적 권위를 가진 교사가 불일치 상황을 제시하는 것이다. 이렇게 교사의 지적 권위에 의존하는 것은 초년기 학생일수록 더욱 뚜렷한 경향을 보이며 특히 초등학 생들은 일반적으로 학교에서 교사의 지적 권위에 의존하여 학습한다 [2]. 그러나 실제로 과학에 대한 전문적인 지식이 부족해 어려움을 겪는 초등학교 교사가 많으며, 교사의 부 족한 과학 지식으로 학생들에게 오개념을 전달할 가능성도 있다 [3–6]. 이로 인해 과학적 개념을 가진 학생들조차 자신 의 개념이 정말 틀린 것인지 혼란스러워할 수 있으며 오히려 오개념을 형성할 수도 있다. 하지만 자신의 선개념과 다른 개념을 접한다 하더라도 모든 학생들이 일률적으로 자신의 개념을 버리고 새로운 개념을 택하는 것은 아니다. 실제 교사가 불일치 상황을 제시한다고 하더라도 개념변화는 쉽게 일어나지 않으며 [7] 학습자 특성에 따라 개념변화의 양상은 다를 수 있다 [8]. 이를 밝히기 위해 학습자의 어떠한 차이가 개념변화의 차이를 일으키는지 많은 연구가 진행되 어 왔지만 기존의 연구들은 주로 중· 고등학생을 대상으로 진행되었고, 오개념을 가진 학생들을 대상으로 과학적 개 념으로 변화시키는 데 중점을 둔 연구만 이루어졌다. 이에 본 연구는 과학 시간에 이미 학습하여 과학적 개념을 가진 초등학생들이 지적 권위를 가진 교사가 제시하는 오개념에 접했을 때 학습자 특성에 따른 과학 개념변화를 살펴보고, 학습자 특성 간 어떤 상관관계가 있는지 알아보고자 한다.

본 연구에서 사용한 학습자 특성으로 초등 과학 교사 3인,

∗E-mail: [email protected]

초등과학교육 교수 1 인과 함께 의논하여 과학 개념변화 에 영향을 줄 수 있을 것으로 예상되는 과학적 태도, 과학 자아개념, 과학 탐구 능력을 선정하였다. 이를 바탕으로 지적 권위를 가진 교사가 잘못된 과학 개념을 학생들에게 제공하는 것이 학습자 특성에 따라 과학 개념변화에 어떤 영향을 주는지 논의하고, 이러한 학습자 특성 간 상관관계를 파악함으로써 초등학생의 학습자 특성별 과학 개념학습을 효과적으로 지도하기 위한 주요한 단서를 제공하고자 한다.

이를 위해 본 연구는 다음과 같은 연구 문제를 설정하였다.

첫째, 교사가 제공하는 오개념이 포함된 불일치 자료를 접 했을 때 초등학생들의 과학 개념변화는 학습자 특성에 따라 어떻게 다른가? 둘째, 학습자 특성으로서 과학적 태도, 과학 자아개념, 과학 탐구 능력 간 상관관계는 어떠한가?

II. 연구 대상 및 방법

1. 연구 대상 및 설계

부산광역시 소재 Y초등학교 5∼6학년, 총 230명(남 113 명, 여 117명) 이 본 연구에 참여하였다. 여기서 각 검사문 항별 불성실하게 응답하거나 자기 개념에 대한 확신이 낮은 학생, 그리고 사전 개념 검사에서 오개념을 가진 학생들을 제외하고 분석하였다. 연구는 Fig. 1과 같이 초등학생의 과학 개념변화 과정에 영향을 줄 것으로 예상되는 학습자 특성으로 과학적 태도, 과학자아개념, 과학 탐구 능력을 선 정하여 제일 먼저 측정하였다. 학생들의 인지적 부담을 고 려하여 과학적 태도, 과학자아개념은 오전에 측정하였으며, 오후에 과학 탐구 능력을 측정하였다. 일주일 후 사전 개념 검사를 실시하여 학생들의 선개념을 확인한 직후 교사가 오 개념이 포함된 제시문을 제시하고 사전 개념 검사와 동일한 문제로 사후 개념 검사를 실시하여 학생들의 개념변화를 살펴보았다.

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Fig. 1. Experimental design.

본 연구의 주된 목적은 지적 권위를 가진 교사에 의한 잘못된 과학 개념이 학생들에게 제시될 때 학습자 특성별 과학 개념변화 양상이 어떠한지를 알아보기 위한 것이므로 오개념이 포함된 논리제시문을 제시할 때 제시문 내용이 옳은 것인지 아닌지 학생들에게 따로 언급하지 않았다. 또한 본 연구에 참여한 학생들이 제시문으로 인해 오개념을 형성 하지 않도록 사후 개념 검사를 마친 후 학생들에게 과학적 개념을 설명해주었다. 본 연구에서 학생들의 개념변화를 알아보기 위한 사후 검사로 지연 검사 없이 직후 검사만 실시한 이유는 본 연구의 특성상 교사가 학생들에게 오개 념을 제시한 상황이므로, 지연 검사를 위해 일정 기간 학생 들에게 과학적 개념을 따로 설명하지 않은 채 놔두는 것은 교육적으로 바람직하지 않다고 판단했기 때문이다. 또한 일부 학생들의 경우 본 연구에서 사용한 제시문의 내용이 맞는 것인지 따로 확인해보면 제시문의 내용이 잘못됐다는 것을 쉽게 알 수 있으므로 지연 검사를 실시하더라도 정확한 결과가 나오기 힘들다고 판단했기 때문이다.

2. 검사 도구

1) 개념 검사 문제

본 연구에서는 과학적 개념을 가진 초등학생들에게 오 개념이 포함된 논리제시문을 제시하였을 때 학습자 특성별 과학 개념변화를 분석해야 한다. 따라서 연구에 참여하는 학생들이 과학 시간에 이미 학습한 내용 중 상대적으로 개념변화 여부를 파악하기 쉬운 공기의 무게, 용해, 물이 얼 때 무게의 변화에 관한 내용을 선정하여 세 개의 개념 검사 문제를 개발하였다. 본 연구의 목적에 맞는 개념 검사 문제를 개발하기 위해 부산광역시 소재 A초등학교 5∼6 학년 134명을 대상으로 예비 검사를 실시하였다. 예비 검사 결과와 초등과학교육 교수 1인, 초등과학 전담교사 1인, 초등과학영재교육 대학원생 2인과 함께 논의를 하여 본 연구의 개념 검사 문제를 완성하였다.

[문제1] 은 양팔저울에 진공의 박스와 공기만 들어있는 동일한 박스를 올려놓고 학생들에게 양팔저울이 어느 쪽

으로 기울지 묻는 내용이며, [문제 2] 는 설탕을 깔대기를 통해 삼각플라스크 속의 물에 녹였을 때 설탕알갱이들이 물속에서 산 (△) 처럼 쌓이는지 묻는 내용이다. [문제3] 은 물이 얼어 얼음이 될 때 무게의 변화가 어떻게 되는지 묻는 내용으로, 모든 문제는 학생들의 이해를 돕기 위해 그림과 함께 제시되었으며 객관식으로 구성되어 있다. 각 문제를 푼 직후 문제를 잘 읽고 풀었는지 여부 (‘나는 그림을 잘 보았고 문제를 확실히 읽었다’), 그리고 자신이 선택한 답에 대한 확신 정도 (‘내가 선택한 답이 맞을 것이라고 생각한다’, ‘나 는 이 답을 선택한 이유를 가지고 있다’) 를 묻는 문항들에서 낮은 점수를 표기한 학생의 경우 분석에서 제외하였다.

2) 오개념이 포함된 논리제시문

본 연구의 논리제시문은 과학적 개념을 가진 초등학생들 에게 인지적 부담 (cognitive load) 을 제공하지 않고 불일치 상황을 만들어주는 역할을 해야 한다. 따라서 제시문은 Posner의 개념변화를 위한 네 가지 조건 [9]을 충족하고, 오 개념을 넣어 제작하였다. 본 연구의 목적에 맞는 제시문을 개발하기 위해 부산광역시 소재 A초등학교 5∼6학년 134명 에게 예비 제시문을 투입하였다. 투입 결과와 초등과학교육 교수 1인, 초등과학 교사 1인, 초등과학영재교육 대학원생 2인과 함께 논의를 하여 본 연구에서 사용할 최종 논리제시 문을 완성하였다. [제시문1] 은 전자저울을 켜면 무게가 0g 부터 시작하고, 공기의 무게가 있을 경우 어깨 위의 공기가 우리를 누르는 느낌이 들어야 하는데 공기의 무게를 느끼지 않고 자유롭게 움직일 수 있는 이유는 공기의 무게가 없다는 내용이며, [제시문2] 는 모래시계의 모래 알갱이들이 좁은 구멍을 통해 아래로 떨어지면 산 (△)처럼 쌓여있듯이, 깔때 기의 좁은 구멍 아래로 떨어진 설탕 알갱이들 역시 물속에 떨어져 녹으면서 산 (△) 처럼 쌓여있게 된다는 내용으로 구성하였다. [제시문3] 은 물의 구조가 얼음의 구조보다 더 촘촘히 짜여있고, 얼음이 물에 뜨기 때문에 얼음이 물보다 가볍다는 내용으로 구성하였다.

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지는 호기심 (curiosity), 개방성 (open-mindedness), 비판 성 (criticism), 협동성 (cooperativity), 자진성 (voluntari- ness), 끈기성 (patience), 창의성 (creativity) 의 7개 하위 요소로 구분되며, 요소별 3문항 씩 총 21문항으로 구성되어 있다. 각 문항은 5단계의 리커트 척도로 응답하도록 하였고 전체 문항의 Cronbach α 값은 .886로 확인되었다.

4) 과학 자아개념 검사

자아개념과 관련된 검사 도구는 학문적 자아개념 검사나 일반적 자아개념 검사가 주로 사용되고 있으며, 현재까지 과학 자아개념 검사 도구는 개발되지 않았다. 따라서 과학 자아개념을 측정하기 위해 일반적 자아개념 검사지 중 학문 적 자아개념 관련 문항을 선택, 검토하여 일부문항을 과학 자아개념 문항에 맞게 수정하여 사용하였다 [11]. 검사지는 능력감 11문항 (α = .887) 과 무능감 9문항 (α = .862), 총 20문항 (α = .917) 으로 구성되어 있다. 각 문항은 4단계의 Likert 척도로 응답하도록 하였고 무능감의 경우 역채점을 실시하였다.

5) 과학 탐구 능력 검사

본 연구에서 과학 탐구 능력을 측정하기 위하여 과학 탐구 능력 검사지 (test of science process skill, TSPS) 를 사용 하였다 [12]. 이 도구는 측정의 편리성을 위하여 객관식 4지 선다형 30문항으로 이루어져 있으며 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상 각 3문항 씩 총 15문항의 기초 탐구 능력을 측정하는 문항과 자료변환, 자료해석, 가설설정, 변인통제, 일반화 각 3문항 씩 총 15문항의 통합 탐구 능력을 측정하는 문항으로 구성되어 있다. 검사시간은 40분으로 하였고, 전체 문항의 Cronbach α 값은 .878이다.

III. 결과 및 논의

본 연구는 지적 권위를 가진 교사가 과학적 개념을 가진 초등학생들에게 오개념이 포함된 불일치 상황을 제시할 때 학습자 특성별 과학 개념변화를 알아보고 그러한 학습 자 특성 간 상관관계를 분석하고자 하였다. 학습자 특성 으로는 과학 개념변화 과정에 영향을 줄 수 있을 것으로 예상되는 과학적 태도, 과학 자아개념, 과학 탐구 능력을

상관분석을 통해 과학적 태도, 과학 자아개념, 과학 탐구 능력 및 그 하위 요소 간 상관관계를 분석하였다.

1. 오개념이 포함된 불일치 상황에서 과학 개념변화와 학습자 특성의 관계

1) 개념변화와 과학적 태도

본 연구에서 사용한 과학적 태도 검사는 호기심, 개방성, 비판성, 협동성, 자진성, 끈기성, 창의성의 일곱 개 하위요 소를 측정한다. 이중 과학적 개념변화에 영향을 줄 것으로 예상되는 호기심, 개방성, 비판성의 세 요소를 따로 구분하 여 추가로 분석하였다. 교사가 제공하는 오개념이 포함된 불일치 상황에서 초등학생들의 개념변화 유형에 따른 과학 적 태도 차이를 분석한 결과는 Table 1과 같다.

먼저 호기심의 경우 공기의 무게 개념과 용해 개념, 세 가지 개념 총합에서 Changed유형이 Unchanged유형보다 더 높은 것으로 나타났다. 일반적으로 호기심이 높으면 새로운 지식이나 자극에 대한 욕구가 강하므로 [13,14], 본 연구 결과와 같이 호기심이 높은 학생일수록 새롭게 접하게 되는 개념을 더 잘 받아들이게 된다고 생각된다. 이는 호 기심이 높은 학생의 경우 과학적 개념을 가지고 있었지만 교사에 의해 잘못된 개념에 접하면 그 개념을 상대적으로 쉽게 받아들여 오개념을 형성할 수도 있다는 것을 뜻한다.

일반적으로 학생들의 호기심이 높을수록 학업성취가 높고 학습에 긍정적인 영향을 준다고 알려져 있으나 [13,15], 학 생을 지도하는 교사가 과학 지식의 부족으로 정확한 과학 개념을 가지고 있지 않다면 호기심이 높은 학생의 경우 오히 려 더 쉽게 오개념을 형성할 수도 있다. 다른 한편으로 이를 반대로 생각하면 호기심은 높지만 오개념을 가진 학생의 경우 교사의 적절한 개입과 지도로 과학적 개념으로 쉽게 바꿀 수도 있을 것이다. 따라서 초등학교 교사는 이러한 점에 주의하여 호기심이 높은 학생들을 지도할 필요가 있다.

개방성은 자신의 의견과 반대되는 견해나 결론도 기꺼이 수용하며 새로운 사실에 따라 자신의 주장을 변경할 수 있는 행동요소를 포함한다 [10]. 따라서 개방성이 높은 학생은 자신의 선개념과 반대되는 새로운 견해나 개념에 접하더라 도 스스로 그것이 옳다고 판단하면 기꺼이 자신의 선개념을 바꿀 여지가 높다. 본 연구에서는 공기의 무게 개념과 물이

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Table 1. Differences of the scientific attitude by conceptual change type.

Conception Categorization Type N M (SD)

Curiosity* Unchanged 47 11.74(2.03)

Changed 67 12.58(1.86)

Open-mindedness* Unchanged 47 11.15(2.23)

Weight of air Changed 67 12.19(1.90)

Criticism Unchanged 47 10.85(2.88)

Changed 67 10.82(2.33)

Whole Unchanged 47 80.26(12.91)

Changed 67 84.31(9.73)

Changed 102 12.15(1.97)

Open-mindedness Unchanged 48 11.13(2.56)

Dissolution Changed 102 11.82(1.99)

Changed 102 10.66(2.35)

Whole* Unchanged 48 78.21(14.08)

Changed 102 82.70(9.93)

Curiosity Unchanged 38 11.42(2.15)

Changed 132 12.01(2.14)

Change of Weight Changed 132 11.70(1.88)

when water freezes Criticism Unchanged 38 10.50(3.08)

Changed 132 10.51(2.38)

Changed 132 81.48(11.17)

Changed 301 12.18(2.03)

Total Changed 301 11.85(1.93)

Changed 301 10.63(2.35)

Changed 301 82.52(10.47)

*p <.05.

얼 때 무게의 변화 개념을 묻는 문제, 세 가지 개념 총합에서 Changed유형의 개방성이 Unchanged유형의 개방성보다 통계적으로 높게 나온 것이 이를 뒷받침한다.

비판성은 타인의 결론이나 의견에 대해 비판적인 시각으 로 옳고 그름을 판단하며, 끊임없는 질문으로 권위에 도전하 고, 타당한 근거나 증거를 선호한다는 특징 [10,16]이 있다.

이를 고려했을 때 Unchanged유형이 Changed유형보다 비 판성이 높을 것이라 예상했지만, 본 연구자의 예상과 달리 모든 개념에서 두 집단 간 유의미한 차이가 나타나지 않았 다. 따라서 학습자 특성으로서 비판성은 교사가 오개념을 제시했을 때 과학 개념변화에 영향을 주는 요인이라고 보기 힘들다.

과학적 태도 총점의 경우 용해개념과 세 가지 개념의 총합에서 Changed유형이 Unchanged유형보다 통계적으 로 높게 나왔으나, 공기의 무게 개념과 물이 얼 때 무게의 변화개념에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다.

2) 개념변화와 과학 자아개념

교사가 제공하는 오개념이 포함된 불일치 상황에서 초등 학생들의 개념변화 유형에 따른 과학 자아개념 및 그 하위 요소 (능력감, 무능감) 의 차이를 분석한 결과는 Table 2와 같다. 본 연구자는 과학 자아개념이 높은 학생일수록 다른

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Weight of air Incompetence*

Changed 67 32.13(3.54)

Changed 67 65.19(7.71)

Competence Unchanged 48 31.52(5.88)

Changed 102 32.77(5.52)

Dissolution Incompetence Unchanged 48 30.77(4.32)

Changed 102 30.63(4.43)

Changed 102 63.40(9.11)

Competence* Unchanged 38 30.53(6.53)

Changed 132 32.62(5.34)

Change of Weight

Incompetence Unchanged 38 30.34(4.23)

when water freezes Changed 132 30.61(4.20)

Changed 132 63.23(8.63)

Competence* Unchanged 133 31.56(6.39)

Changed 301 32.77(5.33)

Total Incompetence Unchanged 133 30.34(4.56)

Changed 301 30.95(4.18)

Changed 301 63.72(8.61)

*p <.05.

학생에 비해 과학에 대한 자신감과 확신이 많기 때문에 [17]

자신의 선개념을 쉽게 바꾸지 않을 거라 예상했지만 실제 연구 결과는 그렇지 않았다. 본 연구의 무능감 문항은 역채 점을 하였기 때문에 무능감 수준이 높게 나온 것은 무능감을 적게 느낀다는 것을 뜻한다. 공기의 무게 개념에서 Changed 유형이 Unchanged유형보다 무능감 수준이 높게 나온 것은 자신의 과학적 개념을 포기하고 교사가 제공하는 오개념을 선택한 학생들이 과학에 대한 무능감이 더 적다는 것을 시 사하지만 다른 두 개념에서는 Changed유형과 Unchanged 유형 간 차이는 나타나지 않았다. 능력감의 경우 물이 얼 때 무게의 변화 개념과 세 가지 개념의 총합에서 Changed 유형이 통계적으로 더 높게 나온 것으로 보아 개념변화를 한 학생들이 더 많은 능력감을 가진다는 것을 알 수 있지만 용해 개념과 물이 얼 때 무게 변화 개념에서는 두 유형간 차이가 없었다. 과학 자아개념 총점을 살펴보면 모든 개념 에서 두 유형 간 차이가 없는 것으로 보아 학습자 특성 중 하나인 과학 자아개념으로 오개념이 포함된 불일치 상황에 대면한 초등학생들의 개념변화를 설명하기는 어려울 것으 로 판단된다.

3) 개념변화와 과학 탐구 능력

본 연구에서 사용한 과학 탐구 능력 검사는 관찰, 분류, 측정, 추리, 예상의 다섯 가지 기초 탐구 능력과 자료변환, 자료해석, 가설설정, 변인통제, 일반화의 다섯 가지 통합 탐구 능력을 측정한다. 이에 과학 탐구 능력을 총 열 가지의 하위 요소로 구분하여 두 유형 간 차이를 분석한 결과 공기 의 무게 개념에서는 Unchanged유형이 Changed유형보다

‘자료해석’ 이 유의미하게 높았으며 (p < .01), 용해 개념에 서는 Changed유형이 Unchanged유형보다 ‘예상’ 이 높게 나왔다 (p < .05). 또한 물이 얼 때 무게의 변화 개념에서는 Changed 유형이 Unchanged 유형보다 ‘가설설정’ 이 높게 나왔으나 (p < .01) 이를 제외한 나머지 하위 요소들에서 두 유형 간 유의미한 차이가 없었고, 차이가 있는 일부 하위 요소들도 개념별로 일관된 결과를 보이지 않았다.

실제 탐구 활동이 일어날 때는 특정 탐구 과정 기능의 한 가지 요소만을 사용하는 경우보다는 관찰과 추리, 관찰과 분 류, 자료변환과 자료해석 등 비슷한 수준의 여러 탐구 과정 기능이 자연스럽게 함께 일어나는 경우가 많다 [18]. 따라서

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Table 3. Differences of the science process skill by conceptual change type.

Conception Categorization Type N M (SD)

Basic process skill Unchanged 46 12.15(1.87)

Changed 68 11.85(1.61)

Weight of air Integrated process skill Unchanged 46 10.09(2.38)

Changed 68 9.54(1.77)

Changed 68 21.40(2.60)

Changed 102 11.68(1.92)

Dissolution Integrated process skill* Unchanged 47 9.83(2.44)

Changed 102 8.99(2.20)

Changed 102 20.67(3.31)

Basic process skill* Unchanged 37 11.00(2.43)

Changed 134 11.76(1.92)

Change of Weight

Integrated process skill Unchanged 37 8.59(2.82)

when water freezes Changed 134 9.45(2.23)

Changed 134 21.21(3.23)

Changed 304 11.75(1.85)

Total Integrated process skill Unchanged 130 9.57(2.59)

Changed 304 9.32(2.13)

Changed 304 21.07(3.13)

*p <.05.

학생들의 개념변화 유형에 따른 과학 탐구 능력의 차이를 분석하기 위해 기초 탐구 능력과 통합 탐구 능력의 두 수준 으로 크게 구분하여 추가로 분석하였다. Table 3에 나타난 것과 같이 대부분 개념별로 두 유형 간 과학 탐구 능력의 차이가 없었으며, 차이가 있더라도 특정 개념에서만 차이가 나는 등 전반적으로 일관된 결과가 나타나지 않았다. 또한 세 가지 개념을 모두 합쳐서 분석한 결과 역시 Changed 유형과 Unchanged유형 간 과학 탐구 능력, 기초 탐구 능력 및 통합 탐구 능력 모두 유의미한 차이가 나타나지 않았다.

따라서 학습자 특성으로서 과학 탐구 능력이 오개념이 포함 된 불일치 상황에서 초등학생들의 과학 개념변화에 영향을 주는 요인이라 말하기는 힘들 것으로 판단된다.

2. 과학적 태도, 과학 자아개념, 과학 탐구 능력 사이의 상관관계

학습자 특성 및 그 하위 요소 간 상관관계를 분석한 결 과는 Table 4와 같다. 먼저 세 가지의 학습자 특성 간 상

관관계를 살펴보면 과학 탐구 능력과 과학적 태도는 서로 관련이 없었다. 과학 자아개념의 경우 과학 탐구 능력과 낮은 상관을 나타냈지만 (r = .28) 과학적 태도와는 다소 높은 상관 (r = .55) 을 나타내는 것으로 보아 과학 자아개념 이 높은 학생일수록 과학적 태도가 높아진다는 것을 알 수 있다. 학습자 특성 하위 요소 간 상관관계를 살펴보면 기초 탐구 능력과 통합 탐구 능력은 다소 낮은 상관 (r = .32) 을 보이며 따라서 Kwon and Kim [12]의 연구와 같이 이 두 능력 간 관련성은 낮은 것으로 판단된다. 한편 능력감이 높을수록 호기심이 높아지는 경향을 보이는데 (r = .45) 이는 과학에 대한 자신감이 높고 과학을 잘한다고 생각하는 학생일수록 호기심이 높아진다는 것을 의미한다. 따라서 교사는 학생들의 호기심을 높이기 위해 과학에 대해 자신 감을 심어주고, 스스로 과학을 잘한다고 생각할 수 있도록 많은 지원과 격려를 해주는 것도 좋은 방법이 될 수 있다.

또한 학생들의 능력감이 높아질수록 비판성도 높아지는 경향이 있는데 (r = .40) 이는 학생들 스스로가 과학에 대해 자신이 많고 과학을 잘한다고 생각할수록 과학적 자료를 비판적인 시각으로 바라보는 경향이 높아진다는 것을 의

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1. Science process skill 1-2. Integrated 9.10(2.36) .32 1

1. Whole 20.63(3.58) .78 .84 1

2-1. Competence 31.51(6.03) .20 .26 .28 1 2. Scientific selfconcept 2-2. Incompetence 30.00(4.58) ## .26 .22 .66 1

2. Whole 61.51(9.69) .16 .29 .28 .94 .88 1

3-1. Curiosity 11.76(2.25) ## .14 .14 .45 .35 .47 1 3. Scientific attitude 3-2. Open-mindedness 11.55(2.07) ## ## ## .36 .38 .40 .39 1

3-3. Criticism 10.40(2.60) ## .19 .17 .40 .25 .36 .53 .41 1

3. Whole 80.54(11.66) ## .14 ## .57 .42 .55 .79 .66 .74

## : Not a significant correlation.

미한다. 과학 자아개념 하위 요소인 능력감과 무능감은 높은 상관 (r = .66) 을 나타냈으며 이는 학생 스스로 과학 분야에 능력이 있다고 느낄수록 무능하다고 느끼는 정도 가 약해지기 때문일 것이라 판단된다. 과학적 태도 하위 요소에서는 비판성이 높은 학생일수록 호기심 (r = .53) 과 개방성 (r = .41) 이 높아지는 경향이 있는 것으로 나타났다.

비판성과 호기심 모두 그 특성상 수많은 질문을 통해 대상을 바라본다는 공통된 특징이 있는 만큼 [10,16,19] 두 요소가 높은 상관을 나타내는 것은 자연스럽다고 생각한다. 또한 비판성이 높을 경우 타인의 주장에 대해 비판적인 시각으로 옳고 그름을 판단하며 지적 권위에 도전하는 성향이 높다는 뜻이므로 자신의 주장에 반대되는 의견도 기꺼이 수용할 수 있는 개방성 역시 높은 것이라 생각된다 [10,16].

IV. 결론 및 제언

본 연구는 과학 수업시간에 이미 배워 과학적 개념을 가 지고 있는 초등학생들이 지적 권위를 가진 교사가 제시하는 잘못된 과학 개념에 대면했을 때 학습자 특성에 따라 과학 개념변화가 어떻게 다른지 확인하고, 학습자 특성 간 어떤 상관관계가 있는지 알아보는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 개념변화 여부를 명확히 파악할 수 있는 공기의 무게, 용해, 물이 얼 때 무게의 변화라는 세 가지의 개념 검사 문제를 직접 개발하였으며, 과학적 개념을 가진 학생들에게 불일치 상황을 제시하기 위해 각 개념 검사 문제 당 오개념이 포함 된 논리제시문을 하나씩 개발하여 학생들에게 제시하였다.

개념변화 과정에서 학습자 특성이 어떠한 영향을 미치는 지 알아보기 위해 학생들의 개념변화 유형을 ‘Changed’ 와

‘Unchanged’ 로 구분하고, 학습자 특성 변인으로는 과학

개념변화 과정에 영향을 줄 것으로 예상되는 과학적 태도, 과학 자아개념, 과학 탐구 능력을 선정하여 분석하였다. 본 연구를 통한 결론은 다음과 같다.

첫째, 과학적 태도는 과학 개념변화 과정에 영향을 주는 학습자 특성이라 말할 수 있지만 과학 자아개념과 과학 탐구 능력 및 그 하위 요소의 경우 Changed유형과 Unchanged 유형 간에 유의미한 차이가 없거나 일관된 결과가 나타나지 않아 개념변화에 영향을 주는 학습자 특성으로 보기에는 한계가 있다. 이를 구체적으로 살펴보면 과학적 태도 하위 요소 중 호기심의 경우 Changed유형이 Unchanged유형보 다 높게 나온 것으로 보아 호기심이 높은 학생일수록 이미 알고 있는 자신의 과학적 개념과 다른 오개념을 접하더라도 그것을 더 잘 받아들인다고 볼 수 있다. 이때 교사가 정 확하지 않은 개념으로 학생들을 지도하면, 호기심이 높은 학생의 경우 호기심이 높지 않은 학생보다 오개념을 형성할 여지가 더 크다. 따라서 호기심이 높은 학생들을 지도하는 교사는 학생들에게 직·간접적으로 오개념이 전달되지 않도 록 특히 주의해야 한다. 또한 개방성 역시 Changed유형이 Unchanged유형보다 높게 나왔는데 이는 개방성이 높을 학생들은 자신이 이미 알고 있는 과학적 개념과 다른 새로 운 오개념을 교사에 의해 제공받았을 때, 그러한 오개념을 더 잘 받아들인다는 것을 의미한다. 따라서 교사는 과학 교육과정과 관련된 과학 지식을 누구보다 잘 알고 있어야 하며 정확한 과학 개념으로 학생들을 가르쳐야 한다. 한 편, 비판성의 경우 그 특성상 Unchanged유형이 Changed 유형보다 더 높을 거라 예상했지만 실제 연구결과에서는 두 유형 간 유의미한 차이가 나타나지 않았다.

둘째, 과학 자아개념은 과학적 태도와 높은 상관 (r = .55) 을 보였으며 이는 과학 자아개념이 높은 학생일수록 과학적 태도 역시 높아진다고 말할 수 있다. 과학 탐구 능력 하위

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요소에서 기초 탐구 능력과 통합 탐구 능력은 다소 낮은 상관관계 (r = .32) 를 보였는데 이는 기초 탐구 능력이 높 다고 하여 통합 탐구 능력이 높다거나, 반대로 통합 탐구 능력이 높다고 하여 기초 탐구 능력이 높다고 단정 짓기 힘들다는 것을 시사한다. 또한 과학 자아개념의 하위 요소 인 능력감은 호기심 (r = .45), 비판성 (r = .40) 과 정적인 상관을 보였는데 이는 과학에 대한 자신감이 높고 과학에 소질이 있다고 생각하는 학생일수록 과학에 대한 호기심이 많고 자신이 접하는 과학 지식과 정보를 타당한 근거를 들 어가며 비판적인 시각으로 바라보는 경향성이 높다고 말할 수 있다. 과학적 태도 하위 요소의 경우 비판성은 호기심 (r = .53), 개방성 (r = .41) 과 관련 있었으며, 호기심 역시 개방성 (r = .39) 과 정적인 상관을 나타냈다. 한편 과학 탐구 능력과 과학적 태도는 유의미한 상관관계가 나타나지 않았다.

초등학생들이 교사의 지적 권위에 의존하여 학습하는 것을 고려하면 [2] 성공적인 과학 수업을 위해서 교사는 과학에 대한 전문적인 지식을 가지고 학습자 특성에 맞게 학생들을 지도해야 한다. 따라서 과학적 개념을 가진 초등 학생들이 교사가 제공하는 오개념에 대면했을 때, 개념변화 유형에 따른 학습자 특성과 그 특성 사이의 관계에 대한 논의를 통해 교사는 전문적인 과학 지식을 확보해야 한다는 당위성을 다시 한 번 확인하고, 학습자 특성별 과학 개념학 습을 효과적으로 지도하기 위한 교육적 시사점을 얻고자 하였다. 한편 본 연구에서는 과학적 개념에서 오개념으로 변화하는 과정에서 유의미한 영향을 주는 학습자 특성을 분석하였지만, 이와 반대로 오개념에서 과학적 개념으로 변화할 때도 본 연구결과와 같은 결과가 나오는지 확인해볼 필요가 있다. 즉 개념변화가 정 (正) 에서 오 (誤) 로 바뀌는 과정에서 본 연구자의 예상과 다른 결과가 많이 나왔지만 오 (誤) 에서 정 (正) 으로 바뀌는 과정에서도 같은 결과가 나 오는지 확인해볼 필요가 있다. 그리고 그 결과가 다르다면 어떤 이유에 의해서 그러한 결과가 나왔는지 심층적으로 밝힘으로써 초등학생들의 과학 개념변화에 대한 이해의 폭을 넓힐 수 있을 것이다.

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