초등학교 5학년 학생들의 기압에 대한 선개념과 개념변화에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 초등학교 5학년 학생들의 기압에 대한 선개념 유형과 실험 활동 중심의 수업을 통한 개념 변화의 정도, 그리고 개념 변화의 원인을 알아보는 것이다. 또한 개념 변화의 과정에서 효과적인 수업의 방안과 수업의 소재를 찾아 보았다.
본 연구는 5학년 한 학급 30명을 대상으로 하였고, 검사도구는 5가지 영역을 바탕으로 사전 사후 검사지를 작성하여 질문지법과 면담법을 병행하였다. 지도안은 개념 변화 수업 모형을 준거로 실험 중심의 6차시 분량으로 구성하였다. 결과 분석 방법은 과학적 용어의 사용과 과학자적 개념의 유무에 따라, 내용에 따라 유형별로 나누고 오개념과 분리하여 분석하였다.
본 논문의 연구 결과 첫째, 공기의 무게에 대하여 일부는 과학적 개념을 가지나 공기의 무게가 있어도 가벼워서 뜨거나 바람 때문에 뜬다 등 오개념을 가졌다. 이 오개념은 공기의 무게 실험을 통하여 쉽게 개념 변화를 하였다. 둘째, 빈 공간에 작용하는 공기에 대하여 일부는 과학적 개념을 가지나 물 속에 존재하는 공기나 컵과 손으로 누르는 힘 때문으로 오개념을 가지고 있었다. 수업에 의해 개념 변화를 하였으나 수업 후에도 공기가 물을 끌어올린다는 오개념을 지속하였다. 셋째, 기압의 작용과 방향에 대하여 스포이트의 원리를 제외하고는 모두 오개념을 가지고 있었다. 깡통실험에서는 공기가 식으면서 부피가 줄어들거나 공기가 밖으로 나가면서 생기는 압력으로 깡통이 찌그러진다고 생각하였고, 음료수를 마시는 원리에서 공기가 들어갈 수 없어서 또는 고무 마개 때문에 물이 올라오지 않는다고 생각하였다. 스포이트의 원리에서는 공기가 물을 끌어 올려서 물이 떨어지지 않는다고 생각하였다. 세 가지 활동에 대하여 수업 후 지속되는 오개념은 '공기가 식어서 활동이 작아져서', '고무마개 때문에 공기가 부족해서', '공기가 물을 잡고 있어서' 등이다. 넷째, 높은 산에 오르면 숨이 찬 이유에 대하여 공기의 부족이나 힘이 들고 바람이 불어서 등 경험에 비추어 응답하였고, 귀가 멍해지는 이유를 공기의 부족이나 바람의 영향으로 생각하였다. 수업 후 귀가 멍해지는 이유에 대하여 과학적 개념 변화를 하기도 하지만 공기의 부족이나 기압의 증가, 바람의 영향으로 오개념을 지속하였다. 다섯째, 기압과 부피의 변화에 대하여 풍선 안 공기의 압력이 커져서 터지거나 밖이 추워서 부피가 줄어든다 등 모두가 오개념을 가지고 있었다. 수업 후 과학적 개념 변화를 하였으나 온도와 부피의 관계로 생각하거나 밖의 공기의 압력이 커서 작아진다 등 오개념을 지속하였다. 연구 결과 효과적인 수업 방안과 소재는 다음과 같다.
공기의 무게 실험은 결과가 가시적으로 나타나도록 고안되어야 하며 긴 판자 실험은 신문을 접어보고 실험해 보도록 해야 한다. 수조의 물 위에 작용하는 기압의 작용 방향은 교사의 설명이 필요하며 물 컵에 종이를 씌워서 돌려보는 활동에서는 종이 대신 랩을 이용하면 기압의 작용 방향을 가시적으로 볼 수 있다. 교과서 실험 외에 스포이트의 원리, 음료수를 마시는 원리, 깡통 실험, 비닐 장갑 끼고 물에 넣기 등을 선택 학습으로 제시하면 기압 개념을 강화시키는데 효과적일 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purposes of this study are the investigation of the type of preconception on atmospheric pressure under fifth grade students, to find out how to change their misconceptions into scientific ones. The study also intends to analyze the difficulties that children experience during the change of their conceptions and the reasons that misconception keep in their minds.
The objects of the experiment are 30 students who are fifth grade students of Elementary School. To analyze the type of students' conception of atmospheric pressure, five topics are classified ; the weight of the atmosphere, the force by the atmosphere, the several phenomena of atmospheric pressure, atmospheric pressure in our daily life, the changes in atmospheric pressure on different altitudes.
This study is used to qualitative analysis to categorize the type of their answer. The data are classified by the following criteria ; whether the scientific terms are used or not, and whether the concept that they have is scientific or not.
The results are following.
First, some students think that atmosphere has no weight and even if it does, it would rise upward because it is too light.
Second, students have misconceptions that atmosphere pulls up water, water doesn't rise up because of the weight of a cup and a hand.
Third, students explain the several phenomena of atmospheric pressure caused by temperature or air concerning on other objects, such as rubber cork.
Fourth, students think that they feel out of breath and they can't hear sound temporally while climbing mountain because of lack of air or wind.
Fifth, students have misconceptions for the changes in atmospheric pressure on different altitudes. They think that the balloon will be burst in growing pressure inside the balloon or it will become smaller in falling temperature.
After the lesson they are changed such misconceptions into scientific ones. However some keep misconceptions in their minds. The reason is that concepts they have studied before brought about misconceptions that interfered with the correct concept of the atmospheric pressure.
Finally, in learning the concept of atmospheric pressure, the students need to directly observe the effects of the pressures. It is especially important that teaching is not only the teacher directly talking to students but also deriving the conclusion together students. Also, lesson has to be well prepared because some students who are slower in understanding tend to cause to misconceive easily.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = ⅰ
• 표목차 = ⅲ
• 그림 목차 = ⅴ
• 논문 요약 = ⅵ
• Ⅰ. 서론 = 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 = 1
• 2. 연구 내용 = 2
• 3. 연구의 제한점 = 2
• Ⅱ. 이론적 배경 = 3
• 1. 구성주의 학습이론 = 3
• 2. 오개념의 형성 원인과 특징 = 5
• 3. 학습을 통한 개념 변화 유형 = 7
• 4. 선행 연구 고찰 = 9
• 5. 개념변화를 위한 교수모형 = 14
• 6. 초등학교 교육과정에서의 관련내용 = 15
• Ⅲ. 연구 방법 및 절차 = 16
• 1. 연구 설계 = 16
• 2. 연구 대상 = 17
• 3. 연구 절차 = 18
• 4. 검사도구 = 20
• 5. 수업의 진행 과정 = 21
• 6. 결과의 분석 방법 = 28
• Ⅳ. 연구 결과 및 고찰 = 30
• 1. 수업 전 기압에 대한 학생들의 선개념 유형 = 30
• 2. 수업의 과정에 나타난 개념 변화 유형 = 47
• 3. 수업 후 개념 변화 유형 = 56
• 4. 연구 결과에 따른 수업방안 = 78
• Ⅴ. 결론 및 제언 = 80
• 1. 결론 = 80
• 2. 제언 = 83
• 참고문헌 = 84
• 부록 1 사전 검사지 = 88
• 부록 2 사후 검사지 = 93
• Abstract = 95
• 감사의 글 = 97