식물의 구조와 기능에 대한 초등학교 과학 교과서와 초등학생의 개념 관계망 비교

Abstract

본 연구는 교과서의 지식 구조와 학생 인지구조의 비교 및 분석을 통해 앞으로의 교과서 구성 방안과 교수·학습 방안 개발에 도움을 제공하고자 하였다. 이러한 목적을 가지고 식물의 구조와 기능에 대한 초등학교 과학 교과서의 지식 구조가 초등학생의 인지구조로 어떻게 학습되었는지 개념 관계망을 통해 살펴보았다.

교과서 자료는 해당 내용의 본문을 중심으로 명제를 추출하였고, 학생 자료는 수업이 끝난 후 과학 성취 수준에 따른 상위권 학생 3명과 하위권 학생 3명에게 면담을 실시하여 자료를 수집하였다. 이 자료들로부터 Concept Relation Analyzer v1.0과 Gephi v0.9.1 프로그램을 통해 개념 관계망을 생성하였고 관련된 지수들을 계산하였다. 이 과정을 통해 초등학교 과학 교과서와 초등학생이 지닌 개념 관계망의 구조적 특징, 주요 개념, 주요 관계를 비교 분석한 결과는 다음과 같다.

첫째, 상위권 학생들의 개념 관계망에서는 하위권 학생들의 개념 관계망에 비해 더 다양한 개념과 관계가 나타났고 따라서 상위권 학생들이 학습한 지식의 양이 더 많고 유기적이라고 판단된다.

둘째, 교과서의 개념 관계망에서 물, 식물, 뿌리, 잎, 줄기가 주요 개념으로 나타났고 이들은 학생들의 개념 관계망에서도 주요 개념으로 나타났다. 이는 교과서가 식물의 구조와 물의 이동을 중심으로 구성되어 있음을 뒷받침해주며, 교과서의 주요 개념이 학생에게도 영향을 미친다는 사실을 알 수 있었다.

셋째, 교과서의 핵심 명제는 식물의 뿌리가 물을 흡수해서 줄기를 통해 잎으로 이동한다인 것으로 확인되었다. 이 명제에 대해 학생들 모두 알고 있었지만 이해의 깊이에는 차이가 있었다. 상위권 학생들은 하위권 학생들에 비해 기공과 같은 세부적인 구조까지 이 핵심 명제와 연결시켰고 식물의 기능인 광합성, 증산작용과도 연결시켰다. 한편 교과서와 학생들의 주요 관계 빈도에는 모두 구조와 관련된 개념들이 주로 포함되었고, 기능과 관련된 개념인 광합성과 증산작용을 포함한 관계 빈도는 상위권 학생들에게 높게 나타났다. 면담 내용을 확인한 결과 상위권 학생들은 이 두 개념에 대해 바르게 이해하고 식물의 구조와 기능을 유기적으로 연결하였지만, 하위권 학생들은 그렇지 못했다.

이러한 교과서와 학생의 개념 관계망 비교 분석을 통해 교과서에서 중심으로 다루어지고 있는 주요 개념과 핵심 명제는 학생들에게도 잘 학습되었지만 교과서에서 비교적 덜 중심적으로 다루어진 개념과 이 개념을 포함한 명제는 하위권 학생들에게 이해가 힘들다는 것을 알 수 있었다. 따라서 학생들이 어려워하는 개념과 명제에 대한 교과서의 재구성과 교사의 주의 깊은 지도가 필요하다.