초등학생의 알코올 온도계를 활용한 온도 측정 수행 과정 분석

Analysis of Elementary Students’ Temperature Measurement Processes Using an Alcohol Thermometer

본 연구의 목적은 초등학교 6학년 학생들이 알코올 온도계를 활용한 온도 측정 실험 수행 과정에서 보이는 행동 특성과 오개념, 그리고 측정값의 신뢰 인식을 분석하여 초등 과학 측정 수업 설계를 위한 시사점을 도출하는 데 있다. 이를 위해 알코올 온도계 탐색, 온도 측정 실험, 측정 결과 해석으로 구성된 3차시 수업을 설계하여 21명의 초등학교 6학년 학생에게 적용하였다. 자료는 실험 수행 장면의 영상 기록, 학생 발화 전사 자료, 학생 활동지와 보고서를 통해 수집하였으며, 질적 분석을 통해 학생들의 개념적⋅절차적 지식과 행동 양상을 분석하였다. 연구 결과, 학생들은 알코올 온도계의 구조 중 액체 기둥의 움직임에 주로 주목하는 반면, 눈금과 숫자의 역할은 상대적으로 덜 중요하게 인식하고 있었다. 또한 액체 기둥의 안정화 시점을 판단하거나 눈높이를 눈금과 수평으로 맞추어 읽는 절차적 수행에서 지속적인 어려움을 보였다. 실험 수행 과정에서는 눈금 간격을 잘못 해석하거나 눈금을 읽기 위해 액체샘을 공기 중에 노출시키는 등의 조작 오류가 빈번히 나타났다. 측정값 기록 과정에서는 주도적인 학생의 판단에 의존하거나 모둠 내 합의를 통해 동일한 측정값을 선택하는 경향이 확인되었으며, 이는 학생들이 자신의 측정값을 독립적으로 판단하고 신뢰하는 데 어려움을 겪고 있음을 보여준다. 더 나아가 학생들은 측정값의 차이를 측정의 불확실성으로 이해하기보다, 측정자의 실수나 절차 미준수의 결과로 제한적으로 해석하는 경향을 보였다. 이러한 결과를 바탕으로 본 연구는 초등 과학 측정 수업에서 측정 도구에 대한 충분한 탐색 기회 제공, 눈금 읽기와 측정값 판단 과정에 대한 명시적 지도, 그리고 오차와 측정값의 불확실성을 논의할 수 있는 경험 중심⋅논의 기반의 측정수업 설계가 필요함을 제언한다.

This study analyzed the behaviors, misconceptions, and perceptions of measurement reliability in elementary students when they conducted temperature measurement experiments using an alcohol thermomete. It also, derived implications for the design of measurement-related instruction in elementary science. Three instructional sessions explorin thermometers, temperature measurements, and the interpretation of measurement results were designed and delivered to 21 sixth-grade students. Data were collected through video recordings of experimental activities, transcripts of student discourse, and written reports by students, and were qualitatively analyzed. The results revealed that students had accrued limited conceptual and procedural knowledge related to the alcohol thermometer. Most students focused visually on the movement of the liquid column, but underestimated the significance of scales and numerical markings. Procedural difficulties were also observed in their judgments of the stabilization of the liquid column, their eye level alignments for reading, and their interpretations of the values represented between the scale marks. The students often committed operational errors, during experiments: for instance, they misread scale intervals or exposed the bulb to air for easier reading. When recording measurement values, students often relied on the judgments of dominant group members or settled on socially negotiated values rather than independently trusting their individual measurements. The students also tended to perceive that measurement errors resulted from individual mistakes or procedural violations rather than being an inherent aspect of measurement uncertainty. These findings suggest the need for elementary measurement-related instruction that emphasizes the systematic exploration of measuring instruments, explicitly elucidates scale reading and uncertainty, and conducts discussion-based activities that help students interpret and justify their measurement results.