AAAS 문항을 이용한 중고등학생의 원자, 분자, 물질의 상태 개념 분석 = Analysis Middle and High School Students' Understanding of Atoms, Molecules, and States of Matter Using the AAAS Assessment Tool|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 AAAS 원자·분자·물질의 상태에 대한 개념 검사문항을 이용하여 중고등 학생들의 이해 수준과 오개념을 분석하고, 학교급과 성별에 따른 차이를 분석하기 위해 진행되었다. 이를 위해 미국 AAAS(Project 2061)에서 개발한 ‘물질의 입자적 개념(Matter and Atomic Molecular Theory)’ 검사 문항을 번역하여, 중학교 2학년과 고등학교 2학년 학생 총 641명을 대상으로 투입하였다. 라쉬 분석을 통해 번역된 문항의 타당도과 신뢰도를 검토하여 적합성을 확인하였다. 학생들의 성취 수준에 따라 문항별 응답빈도를 조사하여 분석하고, 학교급과 성별에 따른 t-검정을 실시하였다. 분석 결과, 분자 운동, 온도 변화, 상태 변화 과정에서의 입자적 설명을 요구하는 문항에서는 전체적으로 낮은 정답률과 강한 오개념 경향이 나타났다. 대표적인 오개념은 ‘고체는 입자가 움직이지 않는다’, ‘물질이 증발하면 사라진다’, ‘끓으면 물 분자가 파괴된다’, ‘열을 가하면 입자의 수가 늘어난다’ 등 물질 보존 개념과 상태 변화 개념 사이에서 주로 발견되었으며, 입자 간 거리와 운동을 혼동하는 경향도 강하게 나타났다. 또한 고등학생은 중학생에 비해 전체적으로 유의미하게 높은 정답률을 보였고, 여학생이 남학생보다 더 높은 개념 이해도를 나타냈다. 그러나 일부 문항에서는 직관적 사고나 감각 의존적 판단이 개입되어 학교급 및 성별에 따른 유의미한 차이가 드러나지 않았으며, 특정 문항에서는 오히려 교육적 경험과 무관하게 높은 오개념 정착률이 확인되었다. 본 연구는 학교급·성별에 따른 개념 이해의 차이를 실증적으로 밝힘과 동시에, 과학 개념 교육에서 오개념을 효과적으로 진단·교정하기 위한 기반 자료로 활용될 수 있으며, 향후 개념 기반 교육과정 개선과 맞춤형 교수전략 설계에 실질적 시사점을 제공한다.

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본 연구는 AAAS 원자·분자·물질의 상태에 대한 개념 검사문항을 이용하여 중고등 학생들의 이해 수준과 오개념을 분석하고, 학교급과 성별에 따른 차이를 분석하기 위해 진행되었다. 이를 �...

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study was conducted to analyze middle and high school students' levels of understanding and misconceptions regarding the states of atoms, molecules, and matter using conceptual assessment items developed by AAAS. It also aimed to examine differences based on school level and gender. For this purpose, the "Matter and Atomic Molecular Theory" assessment items developed by the American Association for the Advancement of Science (AAAS, Project 2061) were translated and administered to a total of 641 students—8th and 11th graders in South Korea. The translated items were validated for reliability and appropriateness through Rasch analysis. Student responses were analyzed by investigating the frequency of responses per item according to achievement levels, and t-tests were conducted to examine differences by school level and gender. The analysis revealed generally low correct response rates and strong tendencies toward misconceptions on items that required particle-level explanations of molecular motion, temperature changes, and phase transitions. Representative misconceptions included: "Particles in solids do not move," "Matter disappears when it evaporates," "Water molecules are destroyed during boiling," and "The number of particles increases when heat is applied." These misconceptions were mostly found in the conceptual areas of matter conservation and phase change, with a strong tendency to confuse particle distance and motion. Furthermore, high school students showed significantly higher correct response rates than middle school students overall, and female students demonstrated a higher level of conceptual understanding compared to male students. However, in certain items, intuitive thinking and sensory-based judgment interfered, resulting in no significant differences based on school level or gender. In some cases, a high rate of entrenched misconceptions was observed regardless of educational experience. This study provides empirical evidence of differences in conceptual understanding based on school level and gender, and serves as foundational data for effectively diagnosing and correcting misconceptions in science education. It also offers practical implications for the improvement of concept-based curricula and the design of customized instructional strategies.

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목차 (Table of Contents)

Ⅰ. 서론 1
1. 연구의 필요성 1
2. 연구문제 3
Ⅱ. 이론적 배경 4
1. 원자, 분자. 물질의 상태 교육 4

Ⅰ. 서론 1
1. 연구의 필요성 1
2. 연구문제 3
Ⅱ. 이론적 배경 4
1. 원자, 분자. 물질의 상태 교육 4
1) 원자, 분자. 물질의 상태 교육의 중요성 4
2) 한국과 미국의 교육과정 비교 4
3) 한국과 미국의 원자, 분자. 물질의 상태에 대한 선행연구 6
2. AAAS 프로젝트 2061 7
1) AAAS 프로젝트 2061 소개 7
2) 미국 AAAS 원자, 분자, 물질의 상태 관련 과학적 개념과 오개념 8
3. 라쉬(Rasch) 모형 13
1) 라쉬(Rasch) 모형 소개 13
2) MNSQ, Chronbach's alpha 값 14
Ⅲ. 연구 방법 16
1. 개념 검사 도구 16
2. 연구대상 22
3. 분석방법 22
Ⅳ. 연구 결과 및 논의 24
1. 학생들의 문항별 응답 분석 24
1) ‘물질의 구성입자는 원자’에 대한 응답 분석 26
2) ‘원자의 크기’에 대한 응답 분석 30
3) ‘원자와 분자 운동’에 대한 응답 분석 33
4) ‘원자와 분자의 간격, 운동, 상호 작용’에 대한 응답 분석 37
5) ‘온도에 따른 원자와 분자 사이의 거리’에 대한 응답 분석 44
6) ‘상태 변화에 따른 원자와 분자’에 대한 응답 분석 52
7) ‘온도에 따른 원자와 분자의 평균 속도’에 대한 응답 분석 58
2. 오개념 분석 63
1) 오개념의 전반적 경향 63
2) 주제별 대표 오개념 분석 66
3) 한국과 미국 학생들의 이해 비교 68
3. 학교급, 성별에 따른 개념 이해 차이 분석 68
1) 학교급에 따른 차이 68
2) 성별에 따른 차이 69
Ⅴ. 결론 70
참고문헌 72
Abstract 77

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