계절변화 원인에 대한 초등학생의 개념 연구 = The Study on Concepts of Elementary School Students on the Causes of Seasonal Changes|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 초등학생들의 계절변화에 대한 우주 및 지구 기반 관점별 개념 수준, 계절변화에 대한 문항별 개념 수준, 계절변화 원인에 대한 오개념 유형과 오개념 유형별 소지 비율을 알아보기 위한 연구이다.
본 연구를 수행하기 위해서 B광역시 O초등학교 6학년 73명을 연구집단으로 선정하여 연구를 수행하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다.
첫째, 계절변화에 대한 관점별 개념 수준 연구에서 우주 기반 문항의 평균 점수는 23.09점(만점 36점), 지구 기반 문항의 평균 점수는 24.27점(만점 39점), 두 문항 군을 합산한 전체 평균 점수는 47.36점(만점 75점)으로 나타났다. 개별 사례 분석에서는 학생 간 개념 이해의 편차가 매우 크고, 우주 기반 관점이나 지구 기반 관점의 특정 관점에 치우친 이해가 적지 않음을 확인할 수 있었다. 이는 현재의 교수 방식이 일부 학생들에게 효과적이지 않을 수 있음을 시사한다. 또 두 관점 간의 상관분석 결과, 두 관점 간에는 통계적으로 유의한 정적 상관(r = .283, p < .05)이 나타났으나, 상관계수 값이 낮아 우주 및 지구 기반 관점의 개념 간 연결성이 강하다고 보기는 어려웠다. 이러한 결과는 두 관점 간의 개념이 자연스럽게 연결되지 않으며, 교실 수업에서 명시적 연결 전략이 필요함을 시사한다. 실제로 선행연구들 또한 지구 기반 관찰과 우주 기반 모델 간의 사고 전환과 통합을 위한 교수전략의 필요성을 강조하고 있다. 따라서 향후 계절변화 수업은 두 관점을 단절적으로 가르치기보다는, 통합적으로 연결할 수 있는 수업전략으로 재구성되어야 한다. 특히 학생들의 일상적 관찰을 우주적 모델과 연계하고, 모형 중심의 탐구 활동을 통해 개념 간 관계를 명확히 드러내는 것이 중요하다.
둘째, 계절변화에 대한 문항별 개념 수준을 우주 기반 문항과 지구 기반 문항으로 나누어 살펴보면, 우주 기반 문항에서는 자전 개념에서 매우 높은 성취를 보였으나, 공전궤도, 자전축의 기울기, 계절에 따른 지구 위치와 같이 추상적이고 모형 중심의 개념에서는 전반적으로 낮은 성취도를 나타냈다. 특히 학생들은 지구 공전과 계절변화를 연계하여 이해하는 데 큰 어려움을 겪는 것으로 나타났다. 지구 기반 문항에서는 태양의 고도, 낮의 길이, 기온 변화와 같은 관찰 가능한 개념에서 높은 성취를 보였다. 이는 학생들이 일상생활을 통해 익숙한 현상에 기반한 개념을 잘 이해하고 있음을 보여준다. 그러나 남중고도와 태양-지구 거리와 같이 두 개념 간의 관계를 요구하는 문항에서는 이해도가 낮아, 개념 간 통합적 연결에는 어려움을 겪는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 학생들이 직관적이고 경험 중심의 개념은 잘 이해하지만, 천체 운동이나 개념 간 관계처럼 추상적인 개념 이해에는 한계를 지니고 있음을 시사한다. 따라서 향후 계절변화 수업은 지구 기반 관점과 우주 기반 관점을 통합적으로 연결하여, 관찰-모형-개념 간의 연계성을 강화하는 방향으로 설계될 필요가 있다.
셋째, 초등학생들이 가지고 있는 계절변화에 대한 오개념의 유형과 비율을 분석한 결과, 전체 응답자의 대다수가 과학적으로 부정확하고 다양한 오개념을 보유하고 있었으며, 총 7가지 주요 오개념이 확인되었다. 가장 높은 비율로 나타난 오개념은 ‘태양과 지구 간 거리 변화로 계절이 생긴다’는 개념으로, 전체의 약 78%가 이 개념을 가지고 있었다. 이는 거리 중심의 일상적 사고가 과학 개념으로 전이된 대표적인 사례로 해석된다. 그 외에도 ‘지구의 자전축이 수직이다’, ‘태양 빛을 정면으로 받는 쪽이 여름이다’, ‘태양의 온도가 계절에 따라 변한다.’, ‘지구의 자전이 계절을 만든다,’, ‘공전 중 자전축의 방향이 변한다.’, ‘낮의 길이는 항상 같다’라는 오개념이 확인되었다.
이러한 결과는 초등학생들이 일상 경험과 감각적 인식을 기반으로 계절변화를 해석하려는 경향이 강하며, 특히 자전과 공전, 자전축의 기울기와 같은 천체 운동 개념의 이해에서 큰 어려움을 겪고 있음을 보여준다. 이는 계절변화에 대한 오개념이 단순한 지식 결핍이 아니라 학습 이전에 형성된 견고한 대안 개념(alternative conceptions)임을 시사한다. 따라서 계절변화 개념의 효과적인 학습을 위해서는 학생들의 초기 개념을 사전에 진단하고, 이를 바탕으로 과학적 개념의 재구성을 유도할 수 있는 교수전략이 필요하다. 지구 공전 모형, 태양 고도 변화 실험, 가상현실(VR) 시뮬레이션 등의 시각적·체험적 자료를 활용하는 것이 오개념의 교정에 효과적이라고 판단된다.

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본 연구는 초등학생들의 계절변화에 대한 우주 및 지구 기반 관점별 개념 수준, 계절변화에 대한 문항별 개념 수준, 계절변화 원인에 대한 오개념 유형과 오개념 유형별 소지 비율을 알아보...

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