중학교 2학년 학생들의 인지 수준과 과학 교과서의 내용 인지 요구도 수준 비교 분석 : 제7차 교육과정 8학년 화학 영역을 중심으로 = A Comparative Analysis of Cognitive Development Levels of 8th Grade Students and Cognitive Demands Level of the Chemistry Contents in Middle School Science 2 Textbooks by the 7th National Education Curriculum.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

When the cognitive demand level of a science textbook is beyond the student's cognitive development level, the student will likely lose interest in the subject after struggling to grasp its contents. This study is an attempt to determine whether such a problem exists when it comes to chemistry contents in middle school science 2 textbooks, by first analysing the cognitive demands level of those textbooks and then by comparing it to the cognitive development levels of 8th grade students. The GALT short version test, developed by Georgia University's Roadrangka and others, has been employed to measure the cognitive development levels of 8th grade students; CAT (Curriculum Analysis Taxonomy) Ⅰ,Ⅱ, and Ⅲ developed by the CSMS (Concept in Secondary Mathematics and Science) Program have been employed in order to analyse the cognitive demands level of five different science 2 textbooks.
The results can be summarized as follows:
First, upon testing the cognitive development levels of 607 8th-grade students in five different middle schools in four different districts, it was discovered that only 23.4 percent of students had reached the formal operational stage (contrary to the suggestion by Piaget's theory that students arrive at the formal operational stage from age 12 to 16), whereas 43.2 percent of students were at the transitional stage and 33.4 percent still at the concrete operational stage.
Second, the conceptions in science 2 textbooks requiring the early formal operational stage of cognitive development were found to be those of the melting point, boiling point, pure substance and mixture, distillation, and chromatography; the conceptions of solubility and density of solids required the late formal operational stage of cognitive development in some textbooks; most of the other conceptions were found to require the late concrete operational stage of cognitive development.
Third, considering the students' cognitive development levels, conceptions requiring the formal operational stage of cognitive development are likely to lead to disequilibrium in the understanding of the material by students at the concrete operational stage. Therefore teachers will have to gain prior knowledge of their students' cognitive development levels and modify their course material accordingly.
As this study reveals, learning effect is maximized when the cognitive demands level of the science curriculum corresponds to the student's cognitive development level. However, it isn't always the best option to exclude the more difficult material from the curriculum just because the students' cognitive development levels are uneven or below what is required by the material. Rather, it rests upon the teacher to ascertain the cognitive development levels of his or her students as well as the cognitive demands level of the material to be taught, and to develop teaching strategies that can maximize learning effect.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 제 7차 교육과정의 중학교 2학년 과학 교과서 중 화학 영역에 관한 내용 인지 요구도 수준을 분석하고, 이를 배우는 중학교 2학년 학생들의 인지 수준을 측정한 결과와 다른 연구의 인지 수준 결과를 비교하여 중학교 2학년 화학 영역의 내용이 학생들의 인지 수준을 고려하여 적절하게 편성되었는지 알아보고자 한다. 또한 본 연구의 결과를 바탕으로 현장 교사들에게 보다 나은 학습 효과를 얻기 위하여 학생들의 인지 수준에 맞는 학습 전략을 구상하는데 도움이 되고자 하였다. 이 연구를 위하여 중학교 2학년 학생들의 인지 수준 측정은 Georgia 대학의 Roadrangka 등이 개발한 GALT 축소본을 사용하였고, 기존의 연구 결과에서 조사된 중학교 2학년 학생들의 인지 수준을 참고하여 인지 발달 분포를 비교해 보았다. 중학교 2학년 과학 교과서 5종의 내용 인지 요구도 수준을 분석하기 위해서는 CSMS 프로그램에 의해 개발된 CAT 3가지 분류틀을 사용하였다.
본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 학생들의 인지 수준 검사 결과는 대도시와 중소도시를 포함하여 모두 4개 지역의 5개교에서 중학교 2학년 학생 607명을 대상으로 실시되었는데, 12~16세면 형식적 조작기에 도달한다는 Piaget의 이론과는 달리 23.4%의 학생만이 형식적 조작 수준에 도달하였으며, 43.2%의 학생은 과도기, 33.4%의 학생은 구체적 조작 수준에 머물러 있었다.
둘째, 제 7차 교육과정에 따른 중학교 2학년 과학 교과서 5종의 내용 인지 요구도 수준을 분석한 결과, 주요 개념에 대한 수준이 대체적으로 비슷하였으나 교과서별로 주요 개념을 설명하는 서술 방식 및 내용 제시 수준에서 약간씩의 차이가 있었다.
중학교 2학년 과학 교과서의 화학 영역인 ‘물질의 특성’과 ‘혼합물의 분리’ 단원 중 초기 형식적 조작 수준(3A)을 요구하는 개념들은 녹는점과 끓는점, 순물질과 혼합물, 분별 증류, 크로마토그래피, 기체의 용해도 등으로 나타났고 용해도 중 고체의 용해도와 밀도 개념은 후기 형식적 조작 수준(3B)을 요구하는 교과서도 있는 것으로 나타났다. 나머지 개념들은 5종 교과서 별로 서술 방식에 따라 약간씩의 차이가 있었으나 대체로 후기 구체적 조작 수준(2B)으로 판정되었다. 학생들의 인지 수준을 고려해 볼 때 형식적 조작 수준을 요구하는 개념들은 구체적 조작 수준의 학생들이 이해하는 데 비평형 상태를 야기 시킬 것이라 생각된다. 이에 교사들은 자신이 가르칠 학생들의 인지 수준을 미리 파악하여 학생들의 수준에 맞게 수업을 재구성해야 할 것이다.
셋째, 제 7차 교육과정의 중학교 2학년 과학에 포함되어 있는 '물질의 특성' 과 '혼합물의 분리' 단원은 제 6차 교육과정에서는 중학교 1학년 과학의 '물질의 특성과 분리' 단원으로 포함되어 있다. 제 7차 교육과정에서는 제 6차 교육과정과 같이 교육과정에 특정한 탐구 활동을 명시한 것이 아니라 교과서 개발자나 지도하는 교사의 자율에 맡겨 다양한 탐구 활동이 이루어 질 수 있도록 하였다. 따라서 제 6차 교육과정과 제 7차 교육과정에 공통으로 포함되어 있는 주요 개념이라 하더라도 제 6차 교과서에 비해 제 7차 교과서에서 보다 높은 인지 수준을 요구하였고, 제 6차와 7차에서 같은 수준으로 판정된 개념이라 하더라도 세부 내용을 살펴보면 개념 서술 방식이나 탐구 활동 구성에 따른 내용 수준의 차이가 있었다. 이에 제 6차 교과서에 비해 제 7차 교과서에서 학년이 높아지며 양적으로 확장되고 질적으로 심화 된 학습이 진행된 것으로 분석되었다.
제 7차 교육과정에서 중학교 2학년에 제시된 ‘물질의 특성’ 단원이 개정 7차 교육과정에서는 중학교 3학년의 ‘물질의 특성’ 단원으로 학년이 높아진다. 따라서 각 개념들의 인지 요구도 수준 분석 결과는 교사들이 학생들의 인지 수준을 고려하여 수업 전략을 구상하고 교과서를 재구성 하는데 좋은 참고 자료가 될 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• A. 연구의 필요성 및 목적 = 1
• B. 연구 내용 = 4
• C. 연구의 제한점 = 5
• Ⅱ. 이론적 배경 = 6
• A. Piaget의 인지 발달 단계 이론 및 과학적 논리 사고 유형 = 6
• 1. Piaget의 인지 발달 단계 이론 = 6
• 2. 과학적 논리 사고 유형 = 10
• B. 교과 내용 인지 요구도 수준 분석을 위한 분류틀(CAT) = 12
• 1. CSMS 프로그램 = 12
• 2. 교과 내용 분류틀 = 13
• C. 제 6차 교육과정 = 16
• 1. 1학년 과학과의 내용 - 물질의 특성과 분리 = 16
• D. 제 7차 교육과정 = 19
• 1. 제 7차 교육과정 개정의 배경 = 19
• 2. 과학과의 성격과 특성 = 19
• 3. 과학과의 목표 = 20
• 4. 8학년 과학과 화학 영역의 내용 = 22
• 5. 과학과 제 6차 · 7차 교육과정의 비교 = 24
• E. 선행 연구 고찰 = 25
• Ⅲ. 연구 절차 및 방법 = 29
• A. 연구 절차 = 29
• B. 화학 교과 내용의 인지 요구도 수준 분석 = 30
• 1. 분석 교과서 = 30
• 2. 분석 방법 = 31
• 3. 교과서 내용 분석의 원칙 = 33
• C. 중학교 2학년 학생들의 인지 수준 검사 = 33
• 1. 검사 도구 = 33
• 2. 검사 대상 = 35
• 3. 검사 실시 = 36
• 4. 검사 결과의 처리 = 36
• D. 제 6차 교육과정의 교과서와 제 7차 교육과정에 따른 본 연구 결과의 비교 = 37
• Ⅳ. 연구 결과 및 고찰 = 39
• A. 중학교 2학년 학생들의 인지 수준 결과 = 39
• 1. 중학교 2학년 학생들의 인지 수준에 대한 문헌 조사 = 39
• 2. 중학교 2학년 학생들의 인지 수준 분포에 대한 조사 결과 = 40
• B. 중학교 2학년 과학 교과서 중 화학 영역의 인지 요구도 수준 분석 결과 = 44
• 1. 물질의 특성 = 44
• 2. 혼합물의 분리 = 58
• C. 제 6차 교육과정의 교과서와 제 7차 교육과정에 따른 본 연구의 비교 결과 = 66
• 1. 물질의 특성 = 71
• 2. 혼합물의 분리 = 78
• Ⅴ. 결론 및 제언 = 82
• A. 결론 = 82
• B. 제언 = 87
• 참고문헌 = 88
• 부록 = 94
• ABSTRACT = 145