"과학문화교육"

2005-10-25 (Vol 2, No 10)

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과학교육학 학위논문 요약과 종합해설

연결주의적 관점의 개념학습 방안으로서 ‘전형적 인식상황(TPS)’의 변화: 초등학생의 힘의 작용에 관한 생각을 중심으로

학위논문 국문초록

과학 개념학습의 난점을 극복하기 위해서는 학생의 선개념 특성에 잘 부합되는 개념 및 개념변화에 대한 관점, 그리고 인지 과정에 관한 이론을 종합적으로 고려한 방안의 탐색이 필요하며, 이는 과학 개념학습의 한 분야인 물리 개념학습에서도 마찬가지일 것이다. 이에 본 연구는 이론적 논의를 통해 물리 개념학습에서 중요한 요소를 추출하고, 추출된 요소가 갖는 교육적 의미를 고찰한 후, 이를 반영한 물리 개념학습 모형을 탐색하여 제안하는 것을 목적으로 하였다.

연구 목적의 달성을 위해 세 가지 연구 과제를 설정하여 수행하였다. 첫째, 학생 선개념의 특성과 이에 부합하는 개념 및 인지 이론을 고찰하여 물리 개념학습에서 중요한 요소를 추출하였다. 둘째, 추출된 요소가 물리 개념학습에서 갖는 교육적 의미를 6학년 학생들을 대상으로 한 사례 연구와 조사 연구를 바탕으로 고찰하였다. 셋째, 추출된 요소와 그 교육적 의미를 반영한 물리 개념학습 모형을 연결주의 학습관을 응용하여 탐색한 후, 6학년 학생 4명을 대상으로 한 사례 연구를 통해 수정 보완하여 제안하였다.

이론적 고찰 결과, 학생의 선개념은 견고하고, 경험에 기원하면서 직관적이며, 여러 요소가 상호작용하고, 상황에 의존적인 특성이 있었다. 이러한 특성은 연결주의의 개념관, 즉 분산표상으로서의 개념으로 설명이 가능하였다. 이에 근거하여 물리 개념학습에서 중요한 요소로 ‘전형적 인식상황(TPS)’을 추출하였다.
TPS는 ‘사물, 감정, 개념, 상황 등과 같은 어떤 대상에 대해 혹은 그와 관련해서 생각할 때 즉시적이고 자동적으로 떠오르는 상황’을 의미한다. 분산표상의 특성을 지닌 학생의 선개념 특성상, ‘전형성’과 ‘상황’의 특성이 내포된 TPS는 물리 개념학습에서 중요한 요소로 추출될 수 있었다.

힘의 작용에 관한 6학년 학생 4명의 TPS 사례를 분석하고, 6학년 학생 152명의 TPS를 조사한 결과, TPS는 다음과 같은 특징이 있었다. 첫째, 학생이 어떻게 생각하는 지에 대한 정보를 제공한다. 둘째, 비교적 안정화 되어 있는 상태다. 셋째, 하위 단위 분석으로 좀더 심도 있게 파악된다. 넷째, 과거 경험, 하위 단위에 대한 인식 등에 영향을 받아 형성된다. 다섯째, 학생의 생각과 관련된 구체적 상황을 제시해 준다. 여섯째, 학생의 다양한 관련 생각, 경험, 느낌 등을 드러낸다.

이상의 특징들을 고려할 때, TPS는 기존 방법으로는 쉽게 드러나지 않는 정서적이고 구체적인 상황까지 포함하여 학생의 생각을 드러낼 수 있다는 교육적 의미를 갖고 있었다. 또, 습관화된 정신적 표상을 추구하고, 대상 개념과 관련된 상황의 이해와 변화를 추구한다는 점에서, TPS는 물리 개념학습에서 변화의 대상으로서도 중요하였다.

TPS를 중시하는 물리 개념학습 모형을 탐색하기 위해 연결주의 학습관을 기존 개념변화 이론과 비교 고찰한 결과, 하위 단위의 중요성, 반복적 시행착오의 중요성, 유동적 평형화 과정의 존재 가능성, 환경과의 상호작용의 중요성 등의 시사점을 얻었다. 이에 근거하여 물리 개념학습을 위한 잠정적 모형을 고안했는데, 자연현상적 및 사회문화적 환경과의 상호작용, 반복적 시행착오 등을 고려하여 분해 활동, 연출 활동, 조정 활동을 주요 활동으로 포함하였다.

잠정적 모형을 4명의 6학년 학생들을 대상으로 힘의 작용에 관한 개념학습에 적용한 결과, 대체적으로 3명의 TPS가 변화했으며, 그 중 한 학생의 경우에서 완전한 변화가 있었다. 이러한 변화는 대체로 환경과의 차이를 줄이는 방향으로 일어났고, 학생들이 주어진 주제 상황을 어떻게 인식하느냐에 영향을 받았다. 또, TPS 변화와 오개념 검사 도구에 의한 응답 변화를 비교한 결과, TPS의 변화가 개념변화에 긍정적인 영향을 미치고 있음이 나타났다.

TPS의 변화과정에서는 자연현상적 차이 반응 유형, 사회문화적 차이 반응 유형, 우연 반응 유형이 반복적으로 보였다. 자연현상적 차이 반응 유형은 자신의 기대와 다른 현상의 발견에 의해서, 사회문화적 차이 반응 유형은 동료나 교사 생각과의 차이 등에 의해서 변화가 유발된 경우이다. 우연 반응 유형은 특별한 차이가 발견되지 않았음에도 불구하고 우연한 활동이 변화를 유발한 경우이다.

분해, 연출, 조정 활동 수행에서도 대체로 몇 가지 유형이 나타났다. 분해 활동에서는 ‘명료화’와 ‘정교화’ 과정이, 연출 활동에서는 ‘예상’, ‘조작’, ‘비교’ 과정이 나타났다. 조정 활동에서는 ‘조작결과 고려’, ‘설명가능성 고려’, ‘과거경험 고려’, ‘동의분포 고려’, ‘관찰가능성 고려’, ‘이해가능성 고려’, ‘흥미 고려’, ‘대안상황가능성 고려’의 과정이 나타났는데, 반응 유형에 따라 다소 다르게 나타났다.

이러한 결과에 근거하여 잠정적 모형을 보완한 후, 연출, 분해, 조정 활동을 통해 환경과 상호작용 하는 반복적 시행착오를 수행함으로써 환경과의 차이가 줄어드는 방향으로 TPS가 변화하게 되는 물리 개념학습 모형을 제안하였다. 이를 ‘TPS 분해-연출-조정(T-rpm)’ 모형으로 명명하였다.

결국, 이상의 논의들을 종합하여 다음과 같이 결론내릴 수 있었다. 첫째, ‘전형성’과 ‘상황’의 특성이 내포된 TPS는 학생의 선개념을 파악하는 도구로서 그리고 학생의 선개념이 그 특성과 함께 드러나는 충실한 표현으로서 물리 개념학습에서 중요한 요소이다. 둘째, TPS는 다양한 경험 속에서 습관화된 생각의 형성과 그 생각 및 관련 상황의 이해와 변화 추구에 관련되어 있다는 점에서, 물리 개념학습에서 변화의 대상으로서도 중요하다. 셋째, TPS를 중시하는 물리 개념학습은, ‘연출, 분해, 조정 활동을 통해 환경과 상호작용 하는 반복적 시행착오를 수행함으로써 환경과의 차이가 줄어드는 방향으로 TPS가 변화하게 되는 과정’, 즉 ‘TPS 분해-연출-조정(T-rpm)’ 모형으로 모형화 될 수 있다.

주요어: 물리 개념학습, 전형적 인식상황(TPS), TPS 분해-연출-조정 모형, 연결주의
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정용재
2004년 8월 서울대학교대학원 교육학박사학위
지도교수 : 송진웅

첨부
정용재 박사학위논문 초록.hwp

정용재

과학문화교육연구소