본 연구는 2009 개정교육과정에 따른 3학년 2학기 ‘소리의 성질’ 단원의 수업을 통해 학생이 형성한 개념을 확인하고, 교사와 학생이 겪는 교수·학습 곤란도를 조사하여 학생 개념과의 관계를 알아보는 데 목적이 있다. 또한, 교수·학습 곤란의 원인을 학생 요인, 교사 요인, 교육과정·교과서 요인, 환경 요인으로 나누어 분석함으로써 효과적인 소리 개념의 교수·학습을 위한 시사점을 제공하고자 한다. 연구를 위해 조사대상은 2015학년도에 ‘소리의 성질’ 단원을 가르친 교사 15명과 이 단원을 학습한 학생 247명을 대상으로 하였다. 교수 곤란도 조사는 교사 15명을 대상으로 리커드 5단계 척도에 따라 선택형 설문으로 하여 결과를 분석하였다. 교수 곤란의 원인 조사를 위해서는 ‘일화’ 형식의 설문지에 기록하도록 하였고, 교사 5명을 대상으로 심층 면담을 진행하였다. 한편, 학습 곤란도 조사는 전체학생 247명을 대상으로 리커드 5단계 척도에 따라 선택형 질문으로 하였다. 학생 247명 중 표집된 24명을 대상으로 학생의 개념 형성 정도를 확인하기 위해 SPACE Project에서 개발된 질문을 바탕으로 수업 전·후 개념 조사를 위한 질문지를 제작하여 적용하였다. 적용한 결과는 인식없음, 자기중심적 개념, 초기적 정신모형, 합성적 정신모형, 과학적 정신모형의 5단계로 나누어 분석하였다. 또한 매 차시 형성평가를 실시하고, 단원 학습 후 개념 총괄평가를 실시하였다. 학습 곤란의 원인을 조사하기 위해서는 녹화된 수업 동영상을 전사하여 분석하였고, 이 중 학생 6명을 심층 면담하였다. 이 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, ‘소리의 성질’ 단원 수업 전·후 소리의 발생에 관한 학생의 개념을 분석해 본 결과, 소리의 발생 개념은 수업 전에는 자기중심적 개념(87.5%)을 보인 학생이 가장 많았으며, 수업 후에도 자기중심적 개념(70.8%)을 보이는 학생이 가장 많았다. 소리의 발생 개념 중에서는 ‘소리의 높낮이’ 내용이 가장 낮은 성취도를 보였다. 소리의 높낮이와 소리의 세기의 차이를 구별하지 못하거나, ‘소리가 세면 낮은 소리, 소리가 약하면 높은 소리’와 같이 소리의 세기와 높낮이가 관계있는 것으로 생각하는 학생이 많았다. 둘째, ‘소리의 성질’ 단원 수업 전·후 소리의 전달에 관한 학생의 개념을 분석해 본 결과, 수업 전에는 자기중심적 개념(58.3%)을 보이는 학생이 가장 많았으나, 수업 후에는 정신모형의 합성적 개념(83.3%)을 보이는 학생이 가장 많았다. 소리의 전달 개념 중에서는 실전화기의 ‘실이 아닌 다른 재료’와 관련한 내용이 가장 낮은 성취도를 보였다. 학생들은 수업 중에 사용한 재료 이외에는 실전화기에서 실을 대신할 수 있는 재료를 알지 못했고, 실을 대신할 수 있는 재료의 특성도 인식하지 못하고 있었다. 셋째, 학생의 개념 형성 정도와 교수 용이도, 교수 용이도와 학습 용이도는 높은 상관을 보였으나, 학생의 개념 형성 정도와 학습 용이도는 거의 무상관으로 나타났다. 교사가 가르치기 쉽다고 생각하는 차시는 학생의 개념 형성 정도도 높았고, 교사가 가르치기 쉽다고 생각하는 차시는 학생도 학습하기 쉽다고 생각하였다. 그러나 학생이 학습하기 쉽다고 생각한 차시라고 해서 개념 형성 정도가 높은 것은 아니었다. 따라서 학생이 느끼는 학습의 곤란은 학생의 주관적인 판단임을 알 수 있다. 넷째, 교사는 ‘간이 악기 연주회’ 활동 지도인 10차시에서 가장 큰 곤란도를 보였다. ‘간이 악기 연주회’를 할 만큼 학생들이 다양한 악기를 만들어내지 못하고, 정교한 악기를 만드는 능력이 부족하며, 단원 학습이 학기 말에 이루어져 시간 확보가 어렵다는 점을 들어 곤란을 나타냈다. 이와 관련하여 교수 곤란의 원인을 분석해 본 결과 교육과정·교과서 요인(C) 〉학생 요인(L) 〉환경 요인(E) 〉교사 요인(I)의 순서로 나타났다. 다섯째, 학생은 ‘소리의 세기와 높낮이’를 학습하는 4차시에서 가장 큰 곤란도를 보였다. 그러나 다른 차시와의 곤란도 차이는 크지 않았는데, 이는 학습을 객관적으로 바라보는 메타인지가 부족한 3학년 학생의 특성으로 판단된다. 이와 관련하여 학생의 학습 곤란의 원인을 분석해 본 결과 교육과정·교과서 요인(C) 〉학생 요인(L) = 교사 요인(I) 〉환경 요인(E)의 순서로 나타났다. 이상의 결과를 고찰해 보았을 때 교사는 교수·학습 곤란도가 높은 학습 내용 및 차시에 대해 미리 숙지하고 이를 효과적으로 지도하기 위한 방법을 연구할 필요가 있다. 또한 소리의 성질 단원에서 교수·학습 곤란도가 높은 특정 차시에 나타난 곤란의 원인을 해결하기 위한 체계적인 연구가 필요하다. 또한, 교육과정·교과서 측면에서 소리의 발생 및 전달과 관련한 개념을 학생 수준에 맞게 조정할 필요가 있으며, 본 단원을 학습하기에 효과적인 학년 및 교육과정상의 지도시기를 개선할 필요가 있다.
This study aims to check on the concepts formed by learners through the class of the chapter titled “Characteristics of Sound” of the second semester of third grade according to the 2009 revised curriculum, survey the teaching and learning difficulties that the instructors and learners have and look into the relationships with the learners’ concepts. In addition, this study analyzes the causes of the teaching and learning difficulties divided into learner factor, instructor factor, curriculum/textbook factor and environment factor to provide implications for teaching and learning with effective sound concepts. For the research, as subjects of the surveys, 15 teachers who taught the chapter titled “Characteristics of Sound” in 2015 and 247 students who learned this chapter were selected. As for the survey on teaching difficulties, a selective survey was conducted with the 15 instructors on a five-point Likert scale, and the results were analyzed. For the survey of the causes of the teaching difficulties, the instructors were asked to write the answers on a questionnaire in an ‘anecdote’ form, and in-depth interviews were conducted with five instructors. In the meantime, as for the survey of the learning difficulties, selective questions were asked to all the 247 learners on a five-point Likert scale. With 24 students sampled from the 247 learners, based on the questions developed by SPACE Project, a questionnaire for a survey on their concepts before and after the class was drawn and applied to check on the degree of the formation of the learners’ concepts. The results of the application were divided into five steps and then analyzed, which included no awareness, ego-centric concept, initial mental model, synthetic mental model and scientific mental model. In addition, a formative evaluation was conducted each class, and after learning the chapter, a summative evaluation of the concepts was conducted. In order to survey the causes of the learning difficulties, the recorded videos of the class were transcribed and analyzed, and in-depth interviews were conducted with six learners. The conclusions of this study are as follows. First, as a result of an analysis of the learners’ concepts of the generation of sound before and after the class on the chapter titled “Characteristics of Sound,” regarding the concepts of the generation of sound, most of the learners (87.5%) had an egocentric concept before the class, while most of them (70.8%) had an egocentric concept after the class, too. Of the concepts of the generation of sound, they showed the lowest achievement with ‘Pitch of sound’ content. Many learners did not distinguish the difference between the pitch of the sound and the dynamic of the sound, or considered that the dynamic of the sound was related to the pitch, i.e. They considered a sound low if it was strong and considered a sound high if it was soft. Second, as a result of an analysis of the learners’ concepts on the transmission of sound before and after the class on the chapter “Characteristics of Sound,” most of them (58.3%) had an egocentric concept before the class, but most of them (83.3%) had a synthetic concept of a mental model after the class. Of the concepts of the transmission of sound, they had the lowest achievement with the content related to ‘materials other than the thread of a string telephone.’ The learners did not know any materials that could replace the thread for a string telephone other than the materials used in the class, and did not recognize the characteristics of the materials that could replace the thread, either. Third, there were high correlations between the degree of the formation of learners’ concepts and ease of teaching, and between ease of teaching and ease of learning, but there was almost no correlation between the degree of the formation of learners’ concepts and ease of learning. The class hours that instructors found it easy to teach had a high degree of the formation of learners’ concepts and the learners, too, found it easy to learn. However, not all class hours the learners found it easy to learn had a high degree of the formation of their concepts. Thus, it is found that the difficulty in learning that the learners feel is their subjective judgment. Fourth, instructors had the biggest difficulties in the 10th class hour Instruction of ‘Simple Instrument Performance’ Activity. They had difficulties in that the learners could not make various instruments so that they could show ‘a Simple Instrument Performance,’ they had a lacking ability to create sophisticated instruments, and the chapter learning was done at the end of the term, so it was difficult to secure the time. As a result of the causes for teaching difficulty concerning this, the causes turned out to be Curriculum/textbook factor (C) > Learners factor (L) > Environment factor (E) > Instructor factor (I). Fifth, learners had the biggest difficulties in the 4th class hour in which they learned ‘Dynamic and Pitch of Sound.’ However, the difference from other class hours was not great, which is judged to be a characteristic of the students in the third grade with lacking meta-cognition of looking at learning objectively. Regarding this, as a result of an analysis of the causes of the students’ learning difficulties, it turned out to be in the following order: Curriculum/textbook factor (C) > Learner factor (L) = Instructor factor (I) > Environment factor (E). Considering the above results, instructors should be aware of the learning contents and class hours with high teaching-learning difficulties in advance and study a method to teach these effectively. In addition, in the chapter, “Characteristics of Sound,” a systematic study is necessary in order to solve the causes for the difficulties appearing in certain periods with high teaching-learning difficulties. In the aspects of curriculum a
Ⅰ. 서론 11. 연구의 필요성 및 목적 12. 연구문제 43. 용어의 정의 54. 연구의 제한점 6Ⅱ. 이론적 배경 및 선행연구 71. 과학 개념(concept in science) 72. 개념 학습 83. 정신모형(mental models) 84. 선행연구 10Ⅲ. 연구 방법 141. 연구 과정 142. 연구 대상 및 자료수집 163. 분석 도구 17가. 소리의 발생과 전달 개념에 관한 검사 및 분석 도구 17나. 학생의 개념 성취도 검사 도구 20다. 교수·학습 곤란도 검사 및 곤란의 원인 분석 도구 244. 자료의 처리 26Ⅳ. 연구 결과 및 논의 281. ‘소리의 성질’ 단원을 통한 학생의 개념 형성 특성 28가. 수업 전·후 소리의 발생에 관한 과학적 개념 분석 28나. 수업 전·후 소리의 전달에 관한 과학적 개념 분석 32다. 소리 단원 학습 후 차시별 형성평가 및 총괄평가 분석 342. ‘소리의 성질’ 단원의 교수·학습 곤란도 42가. 3학년 과학 단원별 교수 곤란도 42나. ‘소리의 성질’ 단원 차시별 교수 곤란도 44다. 3학년 과학 단원별 학습 곤란도 46라. ‘소리의 성질’ 단원 차시별 학습 곤란도 483. 학생 개념 형성과 교수·학습 곤란의 관계 분석 50가. 학생의 개념 형성 정도와 교수·학습 용이도의 상관관계 50나. 학생의 개념 형성 정도와 교수 용이도의 관계 분석 514. 교사와 학생이 곤란을 느끼는 원인 분석 55가. 교수 곤란의 원인 분석 55나. 학습 곤란의 원인 분석 74Ⅴ. 결론 및 제언 891. 결론 892. 제언 91참고문헌 92ABSTRACT 98부록 103[부록1] 소리의 개념에 대한 과학적 개념 조사를 위한 수업 전·후 질문지 103[부록2] 차시별 형성평가지 104[부록3] 개념 총괄평가지 112[부록4] ‘소리의 성질’ 단원 교수 곤란 조사지 114[부록5] ‘소리의 성질’ 단원 학습 곤란 조사지 117