초등 교사와 학생의 과학과 "물체의 속력" 단원 수업에 대한 교수.학습 곤란도와 원인 분석 = An analysis on the teaching and learning difficulties in elementary school science class on the chapter titled "Speed of Objects

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 ‘물체의 속력’ 단원 수업에서 교사와 학생이 느끼는 곤란도를 조사하고, 교수․학습 곤란도가 성취도에 미치는 영향 및 교사와 학생이 곤란을 느끼는 원인을 알아보는데 연구의 목적이 있다. 이를 통해 ‘물체의 속력’ 단원을 잘 가르치기 위한 PCK(Pedagogical Content Knowledge)를 개발하여 교사의 전문성을 높이는데 기여하고자 한다.
교수 곤란도와 학습 곤란도를 조사하기 위해 2011학년도에 ‘물체의 속력’ 단원을 지도해 본 교사 15명과 15명의 교사로부터 배운 5학년 학생 386명을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 교수-학습 곤란도와 학생 성취도와의 관계를 알아보기 위해서 학생 성취도 평가도 함께 실시하였다. 교수 곤란의 원인 조사를 위해 30명의 교사에게 설문을 투입하여 22명으로부터 결과를 얻었다(회수율 73%). 학습 곤란 원인 조사를 위해서는 곤란도 조사 대상 중 한 반에게 설문을 투입했고 6명에겐 심층면담을 추가로 실시하였다. 곤란도 조사는 리커드 5단계 척도에 따라 선택형 설문으로 하였고, 곤란의 원인 조사는 자유 응답형 설문으로 ‘일화’형식으로 적도록 하였다. 결론은 다음과 같다.
첫째, ‘물체의 속력’ 단원 수업에서 교사의 교수 곤란도는 차시별(학습 내용 별)로만 차이가 있었고 교사 배경별(지역, 교육경력, 전담유무)로는 차이가 없었다. 교수 곤란도는 학습 내용에만 영향을 받는 일반적인 내용임을 알 수 있으며 교사가 ‘물체의 속력’을 잘 가르치기 위해서는 학습 내용에 따라 교수 방법을 연구할 필요가 있다. 특히 교수 곤란도가 높은 내용인 ‘운동의 의미’, ‘물체의 위치 나타내기’, ‘운동을 위치의 변화로 나타내기’, ‘속력의 의미’, ‘속력의 단위’, ‘속력 계산하기’, ‘이동 거리 및 시간 측정하기’, ‘속력 단위 변환하기’, ‘거리-시간 그래프 그리기와 해석하기’, ‘상대운동 의미’에 대한 연구가 필요하다.
둘 째, ‘물체의 속력’ 단원 수업에서 학생의 학습 곤란도는 차시별 학습 내용 과 학생 성별에서 차이가 있었다. 남학생보다 여학생이 더 어려워하였다. 교사는 학습 곤란도가 높은 내용인 ‘속력의 의미’, ‘속력의 단위’, ‘속력 계산하기’, ‘이동 거리 및 시간 측정하기’, ‘속력 단위 변환하기’, ‘거리-시간 그래프 그리기와 해석하기’를 주의하여 가르치되 여학생에 대한 보충 지도가 필요하다.
셋째, 교수 곤란도와 학습 곤란도는 확실한 상관이 있었다(r=0.56). 교수 곤란도가 높을수록 학습 곤란도도 높다고 할 수 있다. 교수 곤란도와 학습 곤란도의 관계에 따라 교수-학습 곤란의 유형을 강한 곤란형(교수․학습 곤란도 모두 높음), 학습 곤란형(학습 곤란도가 높음), 약한 곤란형(교수․학습 곤란도 모두 낮음), 교수 곤란형(교수 곤란도가 높음)으로 나눌 수 있었다. 교수-학습 유형의 특징을 알고 각 유형에 따른 지도 방법 연구가 필요하다.
넷 째, 교수 곤란도와 학생 성취도는 확실한 부적 상관관계가 있었다(r=-0.58). 교수 곤란도가 높을수록 학생 성취도가 낮다고 말할 수 있다. 반면, 학습 곤란도와 학생 성취도의 상관관계는 거의 관계가 없는 것으로 나타냈다(r=0.02). 학습 곤란도만으로는 학생의 성취를 예측하기 어렵다. 학생이 곤란을 느끼지 않는다고 해서 학습 내용을 모두 이해한 것이 아님을 알 수 있다.
다섯 째, ‘물체의 속력’ 단원 수업에서 교수․학습 곤란의 원인은 학생 요인(L) > 교육과정․교과서 요인(C) > 교사 요인(I) > 환경 요인(E) 순으로 나타났다. 가장 큰 이유는 학습자의 과학 개념과 원리 이해 능력이 부족(L2)하거나 수학 학습 능력이 부족(L1) 하기 때문으로 조사 되었다. 하지만 학생이 곤란을 느끼는 이유를 심층 면담 분석을 통해 자세히 알아본 결과, 학습자만의 문제라기보다는 학습 내용의 난이도가 높은 교육과정․교과서 요인(C2)이 함께 작용한 결과라고 해석할 수 있다. 학생이 이해할 수 있는 설명 방법에 대한 연구가 필요하며, 학생 수준에 맞도록 교과서를 적정화 할 필요가 있다. 또한 교과서 활동의 문제점(C3)으로 교사와 학생 모두에게 지적받고 있는 고무동력 수레 사용에 대한 보다 자세한 안내가 필요하다.
이상의 결과를 고찰해 보았을 때 교사는 교수․학습 곤란도가 높은 학습 내용에 대해 미리 숙지하고 이것을 쉽게 설명하기 위한 방법을 연구할 필요가 있다. 또한 수학과 관련된 내용을 지도하기 위해 단원 도입에 수학 준비학습을 마련하는 등 수학과 연계된 지도방안 연구가 필요하다. 그리고 학생들이 이해하기 쉬운 내용은 통합하고 이해가 어려운 내용은 시간을 늘려 반복 지도하는 등 단원 재구성 및 교수-학습 방법에 대한 계획이 필요하다.
교육과정과 교과서 측면에서 살펴보면 ‘물체의 속력’ 단원에 제시되는 과학 개념과 원리를 5학년 학생 수준에 맞게 적정화하고 교과서의 설명을 좀 더 쉽게 다듬을 필요가 있다. 또한 단원 도입에 수학 준비학습을 마련하는 등 수학과 연계된 지도 방안 연구가 필요하다.

주요어 : 물체의 속력, 교수․학습 곤란도, 교수․학습 곤란의 원인

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to survey and analyze the degree and also reasons of difficulties experienced by teachers and students in elementary school science class during the chapter titled ‘Speed of Objects’. This study also attempts to find the relationship between the science achievements of students(score) and difficulties in teaching and learning focusing on the ‘Speed of Objects’ chapter. This study is expected to help science teachers’ professional growth by developing the PCK(Pedagogical Content Knowledge) for teaching the ‘Speed of Objects’ chapter correctly.
15 elementary school teachers who had taught the ‘Speed of Objects’ chapter and 386 elementary school students were required to take part in the survey involving a questionnaire to determine the degree of difficulty in teaching and learning the ‘Speed of Object’ chapter. 386 students also received a test to examine the relationship between their understanding of the chapter and difficulties in teaching and learning the chapter. Furthermore, 30 teachers were asked to write the reasons they felt of difficulties in the teaching the chapter, only 22 teachers answered (rating of collecting 73%). One class of 26 students was picked from the student group to take part in a survey that asked them how much difficulty they felt during the course of chapter. They were required to write the reasons why they felt the chapter was difficult. Interviews were conducted with six elementary students among that class as well. To measure of degree of difficulty Likert's 5 step scale was used and to analyze reasons of difficulty anecdotal reports were collected.
As a result, the degree of difficulty felt by teachers differs from each of topic content within the chapter. Teachers background variables (area, career education, home room teacher or subject teacher) had no effect on the difficulty level felt. The topics that caused high degrees of difficulty in the ‘Speed of Objects’ chapter were; meaning of motion, describing the location of object, explaining the motion of object by displacement, the meaning and unit of speed, calculating the speed of object, changing of unit of speed, graphing and reading ‘time and distance graph’, the meaning of relative motion.
Secondly, the degree of difficulty felt by students differs from each topic within the chapter as well as based on the gender of the students. The topics that caused most difficulties for students during the chapter was learning the meaning and unit of Speed, calculating the speed of object, changing of unit of speed, graphing and reading ‘time and distance graph’. Degrees of difficulties felt by female students in the chapter is statistically higher than their male counterparts(p<0.05) in all topics.
Next, the degree of difficulties in teaching felt by teachers appears to correlate with the degree of difficulty in learning felt by students in the ‘Speed of Object’ chapter(r=0.56). In other words, the degree of difficulty in learning tends to follow the degree of difficulty in teaching. In the relationship between the degree of difficulty in teaching and learning in the chapter, the type of difficulty was divided into ‘Strong Difficulty’, ‘Learning Difficulty’, ‘Weak Difficulty’, ‘Teaching Difficulty’.
Also, the degree of difficulties in teaching appeared to have a negative correlation with the degree of achievement in learning the ‘Speed of Object’ chapter(r=-0.58). The achievement of students in learning tended to follow the degree of difficulties in teaching. On the other side, the degree of difficulty in learning appeared to have minor correlation with the degree of achievement of students(r=0.023). It suggests that it is hard to predict the achievements of students by using the degree of difficulties they felt in learning the ‘Speed of Object’ chapter. Even though students may not feel that the chapter is difficult, it does not mean they understand all contents and elements within the chapter fully.
Lastly, the reasons of difficulties in teaching and learning the ‘Speed of Objects’ class was analyzed in order Learner factors(L) > Curriculum․Text book factors(C) > Instructor factors(I) > Environment factors(E). Teachers and students responded that they felt the most difficulty due to student’s low ability to understand basic science concepts(L1) and student’s low ability in math(L2). Moreover analysis of the interviews was carried on 6 elementary students supported that high level topics of the chapter(C2) is regarded as a main reason of difficulty in teaching and learning the ‘Speed of Objects’ lesson.
Implication of this study for teachers is as follow. Teachers should know what contents of the ‘Speed of Objects’ chapter have a high degree of difficulty teaching and learning in advance and develop a teaching strategy to help student to learn those high level concepts; abbreviation, multiplication, rate, unit of length and time etc. Also before starting the chapter teachers should be aware of what concepts need ore time for explanation and what concepts can be easily grasped by students. In additional, current curriculums should be changed to match the level of grade 5 elementary school students for their understanding scientific concepts and principles. Text books also should provide easier explanations on high difficulty subject. To increase student’s math skills text book need to construct special previous step at the beginning of the chapter.

key words : degree of difficulties in teaching, degree of difficulties in learning, reasons of difficulty, Speed of Objects

목차 (Table of Contents)

• 논 문 요 약 ⅶ
• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 4
• 3. 용어의 정의 5
• 4. 연구의 제한점 6
• Ⅱ. 이론적 배경 7
• 1. 전문적인 교사가 갖추어야 할 지식 7
• 2. 전문적인 과학 교사가 갖추어야 할 지식 8
• 3. 수업과 교수, 학습, 교육과정, 환경의 관계 10
• 4. 과학 수업에서의 교수․학습 곤란과 곤란의 원인 12
• 가. 과학 수업의 성격 12
• 나. 과학 수업에 대한 교수․학습 곤란 12
• 다. 과학 교수․학습 곤란의 원인 13
• 5. 선행연구 16
• Ⅲ. 연구 방법 18
• 1. 연구 과정 18
• 2 연구 대상 20
• 3. 연구 도구 23
• 가. 교육과정, 교과서 내용 23
• 나. 교수․학습 곤란도 검사 도구 27
• 다. 교수․학습 곤란의 원인 검사 도구 30
• 라. 교수․학습 곤란의 원인 분석 틀 32
• 4. 자료 처리 35
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 36
• 1. 5학년 과학 단원 교수․학습 곤란도 36
• 가. 5학년 과학 단원 교수 곤란도 36
• 나. 5학년 과학 단원 학습 곤란도 38
• 다. 5학년 과학 단원 교수 곤란도와 학습 곤란도 비교 39
• 2. ‘물체의 속력’ 단원 교수․학습 곤란도 40
• 가. 차시별 교수 곤란도 40
• 나. 교사 배경 별 교수 곤란도 42
• 다. 차시별 학습 곤란도 43
• 라. 학생 배경 별 학습 곤란도 45
• 3. 교수 곤란도와 학습 곤란도 비교 분석 47
• 가. 교수 곤란도와 학습 곤란도의 상관관계 47
• 나. 교수-학습 곤란도의 유형 분석 48
• 4. 교수․학습 곤란도와 학생 성취도의 관계 분석 51
• 가. 학생 성취도 평가 결과 분석 51
• 나. 교수․학습 곤란도와 학생 성취도의 관계 53
• 5. 교사와 학생이 곤란을 느끼는 원인 분석 54
• 가. 교수 곤란의 원인 분석 54
• 나. 학습 곤란의 원인 분석 68
• 다. 교수 곤란의 원인과 학습 곤란의 원인 비교 79
• 라. 학생 면담 결과 82
• Ⅴ. 결론 및 제언 92
• 1. 요약 92
• 2. 결론 및 제언 94
• 참고문헌 97
• ABSTRACT 101
• 부록 104
• [부록1] ‘물체의 속력’ 단원 교수 곤란도 조사 설문지 104
• [부록2] ‘물체의 속력’ 단원 학습 곤란도 조사 설문지 106
• [부록3] ‘물체의 속력’ 단원 학생 성취도 평가지 108
• [부록4] ‘물체의 속력’ 단원 교수 곤란의 원인 조사 설문지 110
• [부록5] ‘물체의 속력’ 단원 학습 곤란의 원인 조사 학습지 112