중학교 과학 단위에 대한 학생 이해도 조사 및 수업 개선 방안 = A Study on Students’ Understanding of Scientific Units in Middle School and Instructional Improvement Strategies|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to assess middle school students’ understanding of scientific units and propose instructional improvement strategies to enhance their comprehension of unit concepts. To this end, basic and in-depth surveys were conducted in 2024 with third-year middle school students to investigate their understanding of scientific unit concepts. In addition, semi-structured interviews were carried out with selected respondents to qualitatively examine their cognitive characteristics. Through these interviews, students' actual difficulties in understanding unit concepts, intuitive misconceptions, and limitations in verbal expression were identified, providing foundational data for improving instruction. In 2025, an experimental lesson on the electricity unit (Ohm's Law) was designed and implemented for second-year middle school students, followed by pre- and post-lesson surveys to quantitatively analyze changes in their understanding of scientific units. The experimental lesson focused on the concepts of voltage, current, and resistance and included various elements such as unit calculation, unit conversion, and understanding of the Ohm’s Law equation. The analysis of changes in correct answer rates revealed that the experiment-based lessons, which emphasized the connection among concepts, symbols, and formulas, were effective in improving students’ understanding of unit concepts. Specifically, the correct answer rate increased by 24.0 percentage points in the Ohm’s Law calculation item and by 8.7 percentage points in the unit conversion item, suggesting that experience-based instruction contributes to the internalization of abstract concepts. Furthermore, students’ inquiry worksheets—comprising graphical representations and written responses after the experimental lesson—were analyzed to explore their conceptual application processes and patterns of reasoning. The results revealed various cognitive errors, including misconceptions that treat units as mere symbols or calculation tools, misunderstandings about relationships among units, and formal imitation of experimental outcomes. This integrated approach, combining qualitative and quantitative methods, provides a multidimensional perspective on the process of forming unit concepts and offers foundational insights for improving the effectiveness of science education in middle school.

Keywords: scientific units, unit concepts, Ohm’s Law, electrical units, unit understanding, unit conversion, experimental lesson, conceptual change, inquiry worksheet, student interviews, misconception analysis, middle school science education

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국문 초록 (Abstract)

중학교 과학 단위에 대한 학생들의 이해도 조사 및 수업 개선 방안 백승엽 충북대학교 교육대학원 공통과학교육전공 지도교수 오원근 본 연구는 중학교 과학 단위에 대한 학생들의 이해 수준을 파악하고, 단위 개념의 학습 효과를 높이기 위한 수업 개선 방안을 제시하고자 하였다. 이를 위해 2024학년도 중학교 3학년 학생을 대상으로 과학 단위 개념에 대한 기초 설문 조사와 심화 설문 조사를 실시하였고, 일부 응답자를 대상으로 반구조화 된 면담을 병행하여 학생들의 인지적 특징을 질적으로 파악하였다. 이 면담을 통해 학생들이 단위 개념을 이해하는 과정에서 겪는 실제 어려움과 직관적 오 해, 언어적 표현의 한계 등을 확인할 수 있었으며, 수업 개선을 위한 기초 자 료를 확보할 수 있었다. 이어서 2025학년도에는 중학교 2학년 학생을 대상으로 전기 단원(옴의 법칙) 실험 수업을 설계·적용한 뒤, 수업 전후 설문 조사를 통해 과학 단위 이해도 변화를 정량적으로 분석하였다. 실험 수업은 전압, 전류, 저항 개념을 중심으 로 구성되었으며, 단위 계산 및 변환 능력, 옴의 법칙의 수식적 이해 등 다양 한 요소를 포함하였다. 정답률 변화 분석 결과, 개념-기호-수식 간 연계를 중심으로 한 실험 기반 수 업은 학생들의 단위 개념 이해 향상에 효과적인 것으로 나타났다. 특히, 옴의 법칙 계산 문항에서는 24.0%p, 단위 환산 문항에서는 8.7%p의 정답률 상승이 확인되었으며, 이는 체험 중심 수업이 추상적 개념 정착에 기여함을 시사한다. 또한, 실험 수업 후 작성된 탐구 활동지의 그래프 표현과 서술형 응답을 통해 학생들의 개념 적용 과정과 사고 흐름을 분석하였다. 이를 통해 과학 단위를 단순한 기호나 계산 도구로 오인하는 경향, 단위 간의 관계에 대한 오개념 유 형, 실험 결과의 형식적 모방 등 다양한 인지적 오류 양상이 확인되었다. 이러한 질적·양적 통합 접근은 단위 개념 형성 과정의 다면성을 조망하고, 중 학교 과학 교육의 효과성을 높이는 데 기초 자료로 활용될 수 있다.

주요어(Key Words): 과학 단위, 단위 개념, 옴의 법칙, 전기 단위, 단위 이해 도, 단위 환산, 실험 수업, 개념 변화, 탐구 활동지, 면담 조사, 오개념 분석, 중학교 과학 교육

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중학교 과학 단위에 대한 학생들의 이해도 조사 및 수업 개선 방안 백승엽 충북대학교 교육대학원 공통과학교육전공 지도교수 오원근 본 연구는 중학교 과학 단위에 대한 학생들의 이해 수...

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