중학교 과학2 교과서에 제시된 ‘열 에너지’와 ‘빛과 파동’ 단원 평가 문항의 인지 요구도 수준 분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to analyze the level of cognitive demand degree for evaluation questions about the section of ‘Thermal Energy’ and ‘Light and Wave’ in the science textbook of the second grade of middle school according to the revised curriculum at 2007.
The Classroom test of scientific reasoning, by Lawson, has been employed to measure the cognitive development levels of 8th grade students; The Question Analysis, by Lawson, has been employed in order to analyse the cognitive demands level of ten different science 2 textbooks.
The results can be summarized as follows:
First, The teachers and students of middle school have thought that ‘Light and Wave’, ‘Thermal Energy’, 'the Configuration of Materials' and 'Compounds around Us’ in the in the science textbook of the second grade of middle school according to the revised curriculum at 2007.
Second, as examining the number of evaluation questions in the section of ‘Thermal Energy’ and ‘Light and Wave’ for ten kinds of textbooks respectively, the average number of whole questions in the section ‘Thermal Energy’ is 29. It varies from 9 (in the textbook I) at the smallest to 51 (in the textbook C) at the largest. In the section of ‘Light and Wave’, the average number of whole questions is 40. The minimum number is 24 (in the textbook I) and the maximum number is 69(in the textbook J). The numbers show various distribution per each textbook.
Third, seeing the analytic results of level of cognitive demand degree according to the evaluation questions in the section ‘Thermal Energy’, the average distribution of question number for ‘only the Recall of Specific Facts(R)’, ‘Empirical-Inductive Thinking Patterzz(EI)’, ‘Hypothetical-Deductive Thinking Pattern(HD)’ comes to 10.4%, 18.6%, 24.3% respectively in the main questions. In the case of final questions, each of the distribution reaches 6.7%, 12.9%, 27.1%. The distribution of final question of ‘Hypothetical-Deductive Thinking Pattern(HD)’ appears slightly higher than the main questions. Seeing the analytic results of level of cognitive demand degree according to the evaluation questions in the section ‘Light and Wave’, the average distribution of question number for ‘only the Recall of Specific Facts(R)’, ‘Empirical-Inductive Thinking Pattern(EI)’, ‘Hypothetical-Deductive Thinking Pattern(HD)’ comes to 14.6%, 17.1%, 28.8% respectively in the main questions. In the case of final questions, each of the distribution reaches 3.5%, 13.1%, 23.0%.
Fourth, seeing the analytic results of level of cognitive demand degree according to the evaluation questions in the section ‘Thermal Energy’, the average distribution of question number for ‘only the Recall of Specific Facts(R)’, ‘Empirical-Inductive Thinking Patter(EI)’, ‘Hypothetical-Deductive Thinking Pattern(HD)’ comes to 17.1%, 31.5%, 51.4% respectively in the main questions. In the case of ‘Hypothetical-Deductive Thinking Pattern(HD)’, the distribution is from minimum 39.3% (in the textbook E) to maximum 88.9ac% (inthe textbook I). Seeing the analytic results of level of cognitive demand degree according to the evaluation questions in the section ‘Light and Wave’, the average distribution of question number for ‘only the Recall of Specific Facts(R)’, ‘Empirical-Inductive Thinking Pattern(EI)’, ‘Hypothetical-Deductive Thinking Pattern(HD)’ comes to 18.1%, 30.2%, 51.7% respectively in the main questions. In the case of ‘Hypothetical-Deductive Thinking Pattern(HD)’, the distribution is from minimum 35.3% (in the textbook G) to maximum 61.5% (in the textbook B).
Fifth, in the analysis there is no textbook which all include 11 kinds of cognitive demand level. But, in the section ‘Thermal Energy’, A, B, G, H textbook variously contain 10 kinds of cognitive demand level; F textbook variously contains 9 kinds of cognitive demand level; D, E textbook variously contain 8 kinds of cognitive demand level; J textbook variously contains 7 kinds of cognitive demand level. A textbook variously contains 10 kinds of cognitive demand level; B, F, G, H, J textbook variously contain 9 kinds of cognitive demand level; C, D, E textbook variously contain 8 kinds of cognitive demand level; I textbook variously contains 7 kinds of cognitive demand level, in the section ‘Light and Wave’.
Sixth, upon testing the cognitive development levels of 120 8th-grade students in middle schools, it was discovered that only 5.3 percent of students had reached ‘Hypothetical-Deductive Thinking Pattern(HD)’, whereas 32.4 percent of students were at the transitional stage and 33.4 percent still at ‘Empirical-Inductive Thinking Pattern(EI)’.
It can be concluded from the analysis that the assessment question of scientific textbook, ‘Hypothetical-Deductive Thinking Pattern' takes up the highest rate in assessment question of scientific textbook by 2007 revised curriculum. This is that the new revised middle school science1 textbooks is closed to science education goals. Such results indicate that although most of evaluation questions of the middle school science 2 require the ‘Hypothetical-Deductive Thinking Pattern(HD)’, most students still remain in ‘Empirical-Inductive Thinking Pattern(EI)’. Thus, there is some difference between the level of cognitive demand degree of evaluated questions which are suggested in the textbook and the actual cognitive level of the students. So many students seem to have difficulty in solving the evaluation questions. Therefore, through thisstudy data, teacher can by improve the interest degree which hasreduced due to the mismatch between the level of cognitive demand degree of the textbook and the actual cognitive level of students in the science.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 2007년 개정 교육 과정에 의한 중학교 과학2 교과서 중에서 ‘열 에너지’와 ‘빛과 파동’ 단원의 평가 문항에 대한 인지 요구도 수준을 분석하고 중학교 2학년 학생들의 인지 수준을 조사하여 비교 분석하였다. 중학교 2학년 학생들의 인지 수준 측정은 Lawson의 과학 추리력 검사를 사용하였고, 중학교 과학2 교과서 평가 문항의 인지 요구도 분석은 Lawson이 제시한 평가 문항의 인지 요구도 분석틀을 사용하였다. 또한 중학교 과학2 교과서에 대한 교사와 학생의 인식을 조사하여 그 차이를 비교해보았다.
본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 중학교 과학2 교과서에 대한 과학 교사와 학생의 인식 조사를 알아보았다. 교사와 학생이 중학교 과학2 교과서에서 가장 어렵다고 생각하는 단원을 5개씩 어려운 순서대로 골랐을 때, 교사는 ‘빛과 파동’, ‘우리 주위의 화합물’ 그리고 ‘열 에너지’와 ‘물질의 구성’ 단원 순서로 골랐고, 학생은 ‘우리 주위의 화합물’, ‘빛과 파동’, 그리고 ‘열에너지’와 ‘물질의 구성’ 단원 순서로 골랐다. 어렵다고 생각하는 단원 중에서‘빛과 파동’과 ‘열 에너지’ 단원 평가 문항의 인지 요구도 수준을 분석해보았다.
둘째, 10종의 교과서 별로 ‘열 에너지’ 와 ‘빛과 파동’ 단원의 평가 문항 수를 살펴보면, ‘열 에너지’ 단원 전체의 평균 문항 수는 29개로 교과서에 따라 가장 적게는 9개(I 교과서)에서 많게는 51개(C교과서)로 그 차이가 매우 컸다. ‘빛과 파동’ 단원 전체의 평균 문항 수는 40개로 적게는 24개(I 교과서)에서 가장 많게는 69개(J교과서)로 문항 수는 교과서 별로 다양한 분포를 나타냈다.
셋째, ‘열 에너지’ 단원 평가 문항의 인지 요구도 수준을 분석한 결과를 살펴보면, 본문 문항에서 ‘단순 기억(R)’ 수준, ‘경험-귀납적 사고 유형(EI)’ 수준, ‘가설-연역적 사고 유형(HD)’ 수준의 평균 문항 수 비율은 각각 10.4%, 18.6%, 24.3%이고, 마무리 문항의 경우 각각 6.7%, 12.9%, 27.1% 이다. 본문보다 마무리 문항의 ‘가설-연역적 사고 유형(HD)’ 수준의 비율이 약간 더 높게 나타났다. ‘빛과 파동’ 단원 본문 문항의 ‘단순 기억(R)’ 수준, ‘경험-귀납적 사고 유형(EI)’ 수준, ‘가설-연역적 사고 유형(HD)’ 수준의 평균 문항 수 비율은 각각 14.6%, 17.1%, 28.8%이고, 마무리 문항의 경우 각각 3.5%, 13.1%, 23.0% 이다.
넷째, ‘열 에너지’ 와 ‘빛과 파동’ 단원 전체 평가 문항의 인지 요구도 수준을 각 교과서별로 분석해보았다. ‘열 에너지’ 단원에서 ‘단순 기억(R)’ 수준, ‘경험-귀납적 사고 유형(EI)’ 수준, ‘가설-연역적 사고 유형(HD)’ 수준의 평균 문항 수 비율은 각각 17.1%, 31.5%, 51.4%이다. ‘가설-연역적 사고 유형(HD)' 수준의 문항 비율은 최소 39.3%(E 교과서)에서 최대 88.9%(I 교과서)이다. ‘빛과 파동’ 단원에서 ‘단순 기억(R)’ 수준, ‘경험-귀납적 사고 유형(EI)’ 수준, ‘가설-연역적 사고 유형(HD)’ 수준의 평균 문항 수 비율은 각각 18.1%, 30.2%, 51.7%이다. ‘가설-연역적 사고 유형(HD)' 수준의 문항 비율은 최소 35.3%(G 교과서)에서 최대 61.5%(B 교과서)이다.
다섯째, ‘열 에너지’ 와 ‘빛과 파동’ 단원을 교과서 별로 11개의 인지 요구도 수준 하위 요소를 분석해보았다. 인지 요구도 수준 하위요소는 ‘단순 기억(R)’ 수준 1개, ‘경험-귀납적 사고 유형(EI)’ 수준 5개(EI 1 ~ EI 5), ‘가설-연역적 사고 유형(HD)’ 수준 5개(HD 1 ~ HD 5)로 총 11개가 있다. ‘열 에너지’ 단원의 평가 문항은 교과서 별로 하위 요소 10개(A, B, G, H 교과서), 9개(F 교과서), 8개(D, E 교과서), 7개(J 교과서)가 포함되어 있었다. ‘빛과 파동’ 단원의 평가 문항은 교과서 별로 하위 요소 10개(A 교과서), 9개(B, F, G, H, J 교과서), 8개(C, D, E 교과서), 7개(I 교과서)가 포함되어 있었다.
여섯 째, 중학교 2학년 120명을 대상으로 Lawson의 과학 추리력 검사를 통해서 학생들의 인지 수준을 조사한 결과, 5.3%의 학생이 가설-연역적 사고 수준에 도달하였으며, 32.4%의 학생은 과도기, 62.3%의 학생은 경험-귀납적 사고 수준에 머물러 있었다.
이 분석 결과를 통해 2007 개정 교육 과정 중학교 과학2 교과서 평가 문항은 학생들의 과학적 사고력을 신장시킬 수 있는 ‘가설-연역적 사고 유형(HD)’ 수준을 요구하는 평가 문항이 많은 것으로 나타났다. 반면에 많은 학생들의 인지 수준은 여전히 ‘경험-귀납적 사고 유형(EI)’ 수준에 머물러 있음을 알 수 있다. 따라서 교과서에서 제시된 평가 문항의 인지 요구도 수준과 실제 학생들의 인지 수준에 차이가 있어 대부분의 학생들이 평가 문항을 해결할 때 어려움을 느낄 것으로 보인다. 교사가 교과서의 평가 문항에 있어서 가장 높은 인지 수준을 요구하는 것이 무엇인지 파악한다면 과학을 어려워하는 학생들의 인지 수준에 적합한 수업 전략을 설계할 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• A. 연구의 필요성 및 목적 1
• B. 연구 가설 3
• Ⅱ. 이론적 배경 4
• A. 2007 개정 교육 과정 4
• B. 과학적 사고 5
• C. 아동의 인지 발달 수준 8
• D. 선행 연구 고찰 14
• Ⅲ. 연구 절차 및 방법 17
• A. 연구 절차 17
• B. 중학교 과학2 교과서 평가 문항의 인지 요구도 수준 분석 18
• 1. 분석 자료 18
• 2. 분석 방법 21
• 3. 평가 문항 분석의 원칙 23
• Ⅳ. 연구결과 및 논의 24
• A. 중학교 2학년 학생들의 인지 수준 조사 24
• B. 중학교 과학2 교과서에 대한 과학 교사와 학생들의 인식 조사 26
• C. 중학교 과학2 교과서 중 '열 에너지'와 '빛과 파동' 단원 평가 문항의 수 31
• D. 중학교 과학2 교과서 중 '열 에너지'와 '빛과 파동' 단원 평가 문항의 인지 요구도 수준 분석 33
• 1. '열 에너지'와 '빛과 파동' 단원 본문 및 마무리 평가 문항의 인지 요구도 수준 분석 33
• 2. 인지 요구도 수준에 따른 '열 에너지'와 '빛과 파동' 단원의 분석 37
• E. 중학교 과학2 교과서 중 '열 에너지'와 '빛과 파동' 단원 평가 문항의 인지 요구도 수준별 사례 분석 42
• 1. 'R' 수준의 실례 46
• 2. 'EI 1' 수준의 실례 47
• 3. 'EI 2' 수준의 실례 48
• 4. 'EI 3'수준의 실례 49
• 5. 'EI 4' 수준의 실례 50
• 6. 'EI 5' 수준의 실례 50
• 7. 'HD 1' 수준의 실례 51
• 8. 'HD 2' 수준의 실례 53
• 9. 'HD 3' 수준의 실례 53
• 10. 'HD 4' 수준의 실례 54
• 11. 'HD 5' 수준의 실례 56
• Ⅴ. 결론 및 제언 57
• 참고문헌 62
• 부록 65
• ABSTRACT 71