Development and Application of Instructional Module for the Conceptual Change of the Earth and Moon's Movement in the Elementary Science Class

초등 과학수업에서 지구와 달의 운동 개념변화를 위한 수업모듈의 개발 및 적용

The purpose of this study is to categorize preconceived notions by elementary science gifted students about the reason why only one side of the moon is visible and develop an instructional module to correct these notions scientifically. The effectiveness of these modules will then be tested. The participants of this study were 15 (5th and 6th grade students) from Gwangju Metropolitan City and Chonnam Province who passed a gifted student assessment test developed by J university. The student's notions about the reason only one side of the moon is visible were assessed through questionnaires, interviews, and reenactments. Instructional modules to minimize these notions were developed and then improved upon by class reenactments. And then these modules were used to teach a real class with cameras recording the students. Protocols were analyzed using this footage, and emphasis was placed on how the developed class module changed student's misconceptions. The instructional module developed in this study was: student conception assessment writing materials exploration activity stage 1 (moon's orbit) exploration activity stage 2 (moon's rotation) - exploration activity stage 3 (moon's orbit and rotation) - exploration activity stage 4 (verbalizing the moon's orbit and rotation) - exploration activity stage 5 (thinking about moon movement considering earth's rotation - exploration activity stage 6 (relating the earth and moon's movement) and verifying student conception change. An important conclusion of this study was that all 15 students had misconceptions that could be divided into categories A, B, and C. Category A could be separated with more specifics into A-1 and A-2, and C into C-1 and C-2. After the instructional module was utilized, the student categories show positive change in the following stages: Category A at exploration activity stage 1 and 2, Category B at exploration activity stage 3, Category C-1 at exploration activity stage 4 and 5, and Category C-2 at exploration activity stage 6. Category C-1 students immediately changed to Category C-2 after going through a few stages, and their misconceptions were finally corrected after going through exploration activity stage 6. The misconceptions of students in all categories were corrected scientifically after completing stage 6 education. This study proposes that a combined education of reenactments, exploration materials development, and exploration activities by stages will effectively correct misconceptions about the Earth and moon's movement.

본 연구의 목적은 달이 한 쪽 면만 보이는 현상에 대해 초등과학 영재학생들이 갖고 있는 선개념을 확인하여 유형별로 분류하고, 개발한 수업 모듈을 적용해 봄으로써 지구와 달의 운동 개념이 어떻게 변화되어 가는지 확인해 보기 위함이다. 이를 위해 J대학교 초등과학영재 15명의 학생들을 대상으로 질문지법과 면담법, 역할극을 활용하여 선개념을 조사한 후 지구과학교육 전문가와 2명의 박사과정 대학원생과 함께 분석하였다. 또한 수업 모듈을 개발하여 사전 모의수업을 통해 보완한 후, 동영상 촬영을 하면서 실제 수업을 녹화하였다. 녹화한 동영상을 토대로 프로토콜을 분석하였으며, 다음과 같은 연구결과가 나왔다. 첫째, 달이 한 쪽 면만 보이는 현상에 대한 초등과학 영재학생들의 선개념은 달이 한 쪽 면만 보이는 이유에 대해 달이 지구주위를 돌기 때문이라는 막연한 개념의 '가' 유형, 달이 지구주위를 한 쪽 면만 쳐다보기 때문이라는 현상적 개념의 '나' 유형, 달의 자전과 공전주기가 같기 때문이라는 암기 개념의 '다' 유형으로 크게 3가지로 분류되었다. 둘째, 달이 한 쪽 면만 보이는 현상에 대해 역할극으로 표현했을 때 나타난 선개념은 달의 회전 방향에 대해 잘못된 개념을 갖고 있는 A 유형, 달의 자전과 공전이 동시에 나타나도록 표현하지 못한 잘못된 개념을 갖고 있는 B 유형, 지구의 움직임을 정확하게 표현하지 못한 C 유형으로 크게 3가지로 분류되었다. 여기에 좀 더 세분화시키면 A 유형은 달의 자전과 공전의 방향을 제대로 이해하지 못한 채 움직임을 표현한 A-1 유형과 달의 움직임 자체를 역할극으로 표현하지 못한 A-2 유형으로, C 유형은 지구가 움직이되 달만 쳐다보고 움직이는 C-1 유형과 지구와 달이 정량적으로 움직이지 않게 표현한 C-2 유형으로 분류되었다. 셋째, 선개념을 수정하기 위해 본 연구자가 개발한 수업 모듈을 통해 A 유형의 경우는 1단계(달만 공전)과 2단계(달만 자전)의 수업단계에서, B 유형의 경우는 3단계(달의 자전과 공전)의 수업단계에서, C-1 유형의 경우는 4단계(달의 자전과 공전 주기 관련 표현하기)와 5단계(지구의 자전을 고려한 달의 움직임 생각하기)에서, C-2 유형의 경우는 6단계(지구와 달의 움직임과의 관계 조작하기) 수업을 통해 긍정적인 개념 변화가 가능했다. 본 연구는 지구와 달의 운동 개념 변화를 위해서는 역할극과 함께 탐구자료 제작 및 단계별 탐구활동을 동시에 실시하면 보다 효과적인 개념 변화가 이루어질 수 있음을 시사한다.