학생의 수학 성취도에 따른 과학 학습과정 분석 - 초등학교 과학과 ‘물체의 속력’ 단원을 중심으로 = Analysis in the Learning Process of Science in accordance with the math achievement of Students : Focused on the section 'Velocity of the Object' of Elementary School Science Curriculum

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 ‘물체의 속력’ 단원과 관련된 학생의 수학 성취도가 과학 성취도에 어떠한 영향을 미치는지 관련성을 알아보고 학생의 수학 성취도에 따라 과학 학습과정이 어떠한 특징을 보이는지를 심도 있게 분석하는데 연구의 목적이 있다.
과학과 ‘물체의 속력’ 단원과 연관된 수학적 요소를 추출하여 수학 성취도 검사도구, ‘물체의 속력’ 단원 차시별 성취도 검사지, 학생 심층 면담용 면담도구를 제작, 투입하였다. 이 두 결과를 이용하여 상관관계 계수를 구하고 심층 면담을 통해 학생의 수학 성취도에 따라 과학 학습 과정이 어떤 특징을 보이고 있는지 파악하였으며, 결론은 다음과 같다.
첫째, ‘물체의 속력’ 단원 총 10개의 차시 중 ‘물체의 빠르기를 속력으로 나타내어 비교’, ‘단위가 다른 물체의 속력 비교’, ‘물체의 빠르기를 그래프로 나타내어 비교’ 그리고 ‘관찰자에 따른 물체의 속력’ 차시의 경우 과학 성취도와 수학 성취도와의 관련성이 매우 높은 것으로 나타났다.
둘째, ‘상’ 수준의 수학 성취도 학생들은 물체의 속력을 구하거나 단위를 바꾸기 위해 다양한 수학적 개념을 적용하여 해결 전략을 세우며 계산 실수를 적게 보이는 반면, ‘중’, ‘하’ 수준의 수학 성취도 학생들은 물체의 속력을 표현하거나 비교하는 과정에서 수학 계산 능력이 부족하여 어려움을 보이는 경우가 많았다.
셋째, 비와 비율의 상위개념으로서 비례 개념을 활용하면 속력의 개념과 단위 변환을 이해하는데 도움이 되므로 수학교과와 과학교과의 지도 시기 조절을 논의해볼 필요가 있다.
넷째, 수학적 요소와의 관련성을 고려하여 선수학습으로서의 수학 학습이 병행되어 하는지, 수학적인 요소의 비중을 최소화하여 속력의 개념을 과학적으로 이해하는 교수와 교육과정 중심으로 가야할지 논의할 필요가 있다.
다섯째, 수학 성취도와 무관하게 과학적 개념을 이해하지 못하고 기계적 절차에 따라 물체의 속력을 구하고 물체의 단위를 바꾸는 해결전략을 활용하는 학생이 많았다.
여섯째, 학습자는 물체의 빠르기를 그래프로 나타내어 비교해 보는 학습이 불필요하다고 느끼고 있음을 보였다.
일곱째, 수학 성취도와의 높은 연관성이 학생들의 속력 학습에 어려움을 주지만, 속력을 잘 이해하면 수학 개념 이해와 사고력 신장에 도움이 될 수 있다는 시사점을 준다.
본 연구의 결과로부터 수학과 과학의 연계성을 확장하는 측면에서 학년과 단원을 달리하는 연구가 필요하며 수학 이외의 다른 교과에서도 과학과의 연계성을 연구해 볼 가치가 있다. 또한 과학과 수학 교과 간의 상관관계를 적용한 교수 학습안의 개발과 교사 연수가 필요하다. 이 연구의 결과를 바탕으로 하여 교육 방법을 확장하는 차원에서 수업에 적용 가능한 교수 학습 자료를 개발할 수 있는 가능성이 있고 이를 잘 활용한다면 높은 이해도의 교육을 제공해 줄 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 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. 수학교과와 과학교과의 관련성 7
• 2. 2007개정 교육과정의 수학교과와 과학교과의 연계성 10
• 3. 과학과 ‘물체의 속력’단원에서의 학습 어려움 13
• 4. 학생의 학습과정 13
• 5. 학생 심층 면담 17
• Ⅲ. 연구방법 20
• 1. 연구 과정 20
• 2. 연구 대상 및 기간21
• 3. 연구 도구 21
• 가. 교육과정, 교과서 내용 22
• 나. 수학․과학 성취도 검사 도구 25
• 다. 학생 면담 도구 30
• 4. 자료 처리 32
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 34
• 1. 수학 성취도와 ‘물체의 속력’ 단원 과학 성취도와의 상관관계 분석 34
• 가. ‘물체의 속력’ 단원 차시별 성취도 결과와 수학 성취도 검사 결과 34
• 나. 과학 차시별 수학 요소와의 상관관계 분석 결과 37
• 2. 수학 성취도에 따른 과학 차시별 학습과정의 특징 56
• 가. 문제를 해결하는 방식의 차이 56
• 나. 면담과정에서 보인 학생들의 반성적 사고 63
• 다. 과학학습을 통한 과학의 확장성 65
• 라. 그래프를 이용한 물체의 빠르기 비교 학습의 필요성 논의 66
• Ⅴ. 결론 및 제언 68
• 1. 결론 68
• 2. 제언 70
• 참고문헌 71
• ABSTRACT 75
• 부록 80
• [부록1] ‘물체의 속력’ 단원 차시별 성취도 검사 도구 80
• [부록2] 수학 성취도 검사 도구 89