불일치 현상 대면 전과 후의 인지갈등이 중학생의 물리 개념변화에 미치는 영향 : 광원과 무중력 개념을 중심으로 = Effects of cognitive conflicts before and after confronting anomalous phenomena on middle school students' conceptual changes in physics : focused on light-source and weightlessness

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

For some students misconceptions are seemingly plausible and even useful. It is thus difficult for them to change the misleading conceptions into scientific ones. Various teaching strategies have been studied in order to help the students overcome this problem in physics class. One of such strategies is the cognitive conflict strategy, the main point of which is to arouse cognitive conflicts by presenting anomalous situations to students. However, it has been reported that students experience cognitive conflicts even before confronting an anomalous phenomenon, that is, when expecting results of an experiment. Therefore we have examined whether or not the cognitive conflicts of the student are in fact aroused before presenting an anomalous phenomenon. Then we have further investigated the effects of the cognitive conflicts which arise prior to the student's confronting with an anomalous phenomenon, or Conflicts Before Confronting Anomalies (CBCA), both on the cognitive conflicts occurring after the student's confronting with it, or Conflicts After Confronting Anomalies (CACA) and on the student's conceptual changes.
This study was performed during regular classes covering light-source and weightlessness and it was also based on face-to-face interview sessions on light-source. Subjects from two different middle schools in Pusan took part in the study. During the classes, preconceptions, levels of self-confidence, degrees of CBCA and CACA, and postconceptions were checked. Then, the effects of these two conflicts on conceptual changes were analyzed. In addition, the correlations between levels of preconceptions, self-confidence, science scores, cognitive levels, and epistemological beliefs along with both of the conflicts and conceptual changes were investigated.
The following is the summary of the major findings of this study.
First, the middle school students experienced CBCA. They gave various reasons for CBCA such as coexistence of inconsistent thoughts, not being self-confident, unfamiliar and unusual test items on preconception, and the like. And the regression analysis showed that CBCA was significantly related to CACA in terms of its predictability.
Second, in the classroom lessons, the students who succeeded in conceptual changes had higher levels of both CBCA and CACA than those who did not. While both of CBCA and CACA had effects on the conceptual changes, only the CBCA was statistically significantly in predicting the conceptual changes when both conflicts were considered as predictor variables. Likewise in the individual sessions, many students among those with higher level of CBCA succeeded in the conceptual changes.
Third, among the levels of preconception, self-confidence, science scores, cognitive levels, and epistemological beliefs, the main predictor of CBCA was science test scores, while that of CACA varied depending upon concepts being considered. Regardless of students' characteristics, CBCA predicted more the conceptual changes than CACA except when students were strongly self-confident. Even if the effects of the levels of preconception, self-confidence, science scores, cognitive levels, and epistemological beliefs on CACA and the conceptual changes were taken into account, CBCA was the main predictor of the CACA. CBCA had also statistically significant effects on predicting the conceptual changes.
In light of these results, it is suggested that the both CBCA and CACA affect the conceptual changes when using cognitive conflict strategies.

국문 초록 (Abstract)

학생들의 오개념은 그들 자신에게는 그럴듯하고 유용해서 쉽게 바뀌지 않는 특징이 있다. 오개념을 극복하기 위한 다양한 수업전략이 연구되었는데 인지갈등 전략도 그 중의 하나이다. 인지갈등 전략에서 핵심은 불일치 상황을 제시하여 인지갈등을 유발하는 것이다. 그런데 학생들이 불일치 현상을 대면하기 전에도, 즉 실험 결과를 예상하면서, 인지갈등을 경험한다는 사례가 보고된 바가 있었다. 이 연구에서는 불일치 현상을 대면하기 전에 인지갈등(대면 전 갈등)이 유발되는지, 그리고 그렇게 유발된 인지갈등이 불일치 현상 대면 후에 유발되는 인지갈등(대면 후 갈등)과 개념변화에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하였다.
이 연구는 광원과 무중력 개념을 소재로 한 교실 수업과 광원 개념을 소재로 한 면담 형식의 일대일 수업으로 진행하였다. 연구대상은 부산 소재 중학교 2개교의 학생들이었다. 수업 과정에서 사전 개념, 확신정도, 대면 전과 후 갈등 정도 및 사후 개념을 조사하였다. 이후 대면 전과 후 갈등이 개념변화에 미치는 영향, 그리고 사전 개념수준, 확신정도, 성적, 인지수준, 인식론적 신념과 대면 전후 갈등 및 개념변화의 상관을 분석하였다.
연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 불일치 현상을 대면하기 전에 중학생들은 인지갈등을 경험했다. 학생들은 대면 전 갈등의 이유를 일관되지 않은 두 생각이 있다거나, 확신이 없어서 또는 개념 검사 문항이 새롭고 특이하다 등으로 다양하게 설명했다. 그리고 회귀분석 결과, 대면 전 갈등은 대면 후 갈등을 유의하게 설명했다.
둘째, 교실 수업에서 개념변화에 성공적인 학생들은 개념변화에 실패한 학생들보다 대면 전과 후 갈등이 모두 유의하게 높았다. 대면 전과 후 갈등 각각은 개념변화에 유의한 영향을 주었지만 두 갈등을 동시에 설명변인으로 고려하였을 때는 대면 전 갈등만이 개념변화를 유의하게 설명했다. 일대일 수업에서도 대면 전 갈등 정도가 높은 학생들 중에서 직후 개념변화에 성공한 학생들이 많았다.
셋째, 대면 전 갈등을 설명하는 주된 학생 특성은 성적이었고 대면 후 갈등 및 대면 전후 갈등변화량을 설명하는 주된 학생 특성은 개념 검사 문항에 따라 달랐다. 그리고 자기 확신이 강한 경우를 제외하면 학생 특성에 상관없이 대면 전 갈등이 대면 후 갈등보다 개념변화를 더 많이 설명하였다. 사전 개념수준, 확신정도, 성적, 인지수준, 인식론적 신념이 대면 후 갈등 또는 개념변화에 미치는 영향을 고려하더라도, 대면 전 갈등은 대면 후 갈등에 대한 주된 설명변인이었고 개념변화를 유의하게 설명하였다.
이상의 결과로부터 인지갈등 전략 수업에서 불일치 현상 대면 후의 인지갈등 뿐만 아니라 대면 전의 갈등도 물리 개념변화에 긍정적인 영향을 준다는 것을 알 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 = 1
• 1. 연구의 필요성과 목적 = 1
• 2. 연구 문제 = 6
• 3. 용어의 정의 = 8
• 4. 연구의 제한점 = 10
• II. 이론적 배경 = 12
• 1. 인지갈등 = 12
• 2. 학생 개념과 개념변화 = 29
• 3. 학생의 인지적 특성: 인지수준, 성적, 인식론적 신념 = 34
• Ⅲ. 연구 방법 = 39
• 1. 연구 절차 = 39
• 2. 연구 대상 = 44
• 3. 검사 도구 = 45
• 4. 자료 수집 및 처리 = 53
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 = 62
• 1. 교실 수업에서 불일치 현상 대면 전과 후의 인지갈등이 개념변화에 미치는 영향 = 62
• 가. 교실 수업에서 불일치 현상 대면 전과 후의 인지갈등 정도 = 62
• 나. 교실 수업에서 불일치 현상 대면 전과 후의 인지갈등이 개념변화에 미치는 영향 = 86
• 다. 교실 수업에서 사전 개념수준, 확신정도, 성적, 인지수준, 인식론적 신념이 불일치 현상 대면 전후 인지갈등과 개념변화에 미치는 영향 = 107
• 2. 일대일 수업에서 불일치 현상 대면 전과 후의 인지갈등이 개념변화에 미치는 영향 = 136
• 가. 일대일 수업에서 불일치 현상 대면 전과 후의 인지갈등 정도 = 137
• 나. 일대일 수업에서 불일치 현상 대면 전과 후의 인지갈등이 개념변화에 미치는 영향 = 154
• 3. 결과 요약 = 172
• V. 결론 및 제언 = 180
• 1. 결론 = 180
• 2. 제언 = 183
• 참고문헌 = 185
• ABSTRACT = 193
• 부록 = 196

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