본 논문에서는 2015 개정 교육과정의 화학Ⅰ, 화학Ⅱ 교과서에 사용된 비유의 사용 현황과 예비 과학 교사와 현직 과학 교사의 비유 사용에 대한 인식을 분석하였으며, 이를 바탕으로 예비 과학 교사들과 현직 과학 교사들의 요구를 반영하여 학교 현장에서 쉽게 사용할 수 있는 비유물 선정 기준과 비유 활용 수업모형을 개발하였다.
연구 1에서는 2015 개정 교육과정의 화학Ⅰ 교과서 9종과 화학Ⅱ 교과서 6종에 사용된 비유의 빈도와 유형을 분석하였다. 비유 유형 분석을 위해 선행 연구에서 제시한 분석틀을 수정ㆍ보완하여 사용하였는데 이는 용어의 이해를 쉽게 하기 위함이다. 본 연구의 분석틀은 9개의 분석 영역(공유 속성, 표현 방식, 추상도, 대응 정도, 작위성,‘비유’언급, 제한점 언급, 인과 관계, 활동 주체)으로 분류되어 있다. 연구 결과 화학Ⅰ 교과서에 사용된 비유의 빈도는 총 233개로 교과서 한 권당 평균 25.9개, 교과서 10쪽당 평균 1.1개로 나타났다. 화학Ⅱ 교과서에 사용된 비유의 빈도는 총 62개로 교과서 한 권당 평균 10.3개, 교과서 10쪽당 평균 0.4개로 나타났다. 화학Ⅰ과 화학Ⅱ의 비유 빈도가 큰 차이를 보이는 이유는 두 교과서의 단원 구성이 다르기 때문이다. 화학Ⅰ의 경우 원자, 분자 등 미시적인 개념을 다루기 때문에 비유 사용 빈도가 높은 반면, 화학Ⅱ에서는 화학 평형, 전기 화학 등의 현상적인 개념을 다루기 때문에 비유 사용 빈도가 낮은 것으로 판단된다.
한편 2015 개정 교육과정 화학Ⅰ, 화학Ⅱ 교과서에 사용된 비유물의 유형별 분류를 보면 9개의 분석 영역 중 표현 방식, 추상도, 대응 정도, 작위성의 4가지 영역에서는 글/그림 비유, 구체적 비유물을 사용한 비유, 부연 비유, 일상적인 비유의 비율이 높다. 이 부분은 학생들의 개념 이해에 긍정적으로 작용할 것으로 판단된다. 반면 공유 속성,‘비유’언급, 제한점 언급, 인과 관계, 활동 주체의 5가지 영역에서는 구조적/기능적 비유,‘비유’를 언급한 비유, 제한점을 언급한 비유, 인과 관계를 포함한 비유, 활동 주체가 학생인 비유의 비율이 낮다. 이 부분은 학생들의 개념 이해에 부정적으로 작용할 것으로 생각된다.
연구 2에서는 예비 과학 교사 50명과 현직 과학 교사 50명을 대상으로 비유 사용에 대한 인식을 설문을 통해 분석하였다. 선다형 설문 문항은 비유 사용의 유용성, 비유 개발의 필요성, 비유 사용 전략의 3가지 영역 14문항으로 구성하였고, 서술형 설문 문항은 비유 사용 현황, 비유 활용 수업이나 비유물 선정에서 고려할 점, 비유 활용 수업에서 어려운 점의 3문항으로 구성하였다.
연구 결과 선다형 설문에서는 현직 과학 교사가 예비 과학 교사보다 비유 사용의 유용성과 비유 개발의 필요성에 대해 긍정적으로 생각하는 경향을 보였다. 비유 사용 전략 부분에서는‘비유물을 활용한 수업에서 학생의 직접적인 활동이 교사의 설명보다 효과적이다.’라는 문항에서 큰 차이점을 나타냈다. 예비 과학 교사들은 이 문항에 부정적인 인식을 나타냈고, 현직 과학 교사들은 긍정적인 인식을 나타냈는데, 이 부분에 대해서는 추가적인 연구와 검증이 필요하다.
서술형 설문에서는 예비 과학 교사와 현직 과학 교사 모두 비유 활용 수업이 과학 개념 이해에 도움이 된다고 응답하였으며, 비유 활용 수업에서 어려운 점으로 적절한 비유물의 선정, 비유 활용 수업모형의 적용, 오개념 유발 등을 지적하였다. 그동안 많은 비유 활용 수업모형이 제시되었지만 아직까지 그 모형들이 현장에 적용되지 못하고 있음을 알 수 있다. 아무리 훌륭한 수업모형이라도 현장에서 사용하지 않으면 의미가 없으므로 학교에서 쉽게 사용할 수 있도록 교사들의 요구를 반영한 수업모형을 개발하는 것이 중요하다.
한편 비유물 선정에서 고려할 사항은 비유물의 친숙성, 적합성, 흥미성이었다. 연구 3에서는 이러한 분석 결과와 선행 연구 및 전문가 의견을 바탕으로 학교 현장에서 쉽게 활용할 수 있는 비유물 선정 기준과 CTWA(Chemistry Teaching With Analogies) 수업모형을 개발하였고, CTWA 수업모형의 현장 적용을 통해 이 모형의 타당성과 효과에 대해 검증하였다. 그 후 현장 적용의 시사점을 바탕으로 CTWA 수업모형을 활용한 비유 수업 지도 방안과 교수학습과정안을 제시하였다.

In this paper, I analyzed how analogies are used in ChemistryⅠ and ChemistryⅡ textbooks of the 2015 revised curriculum and studied the perceptions of pre-service and in-service science teachers about using analogies for teaching. Based on this analysis and reflection on the needs of science teachers, I developed the criteria for selecting objects for analogies easily available in education fields and introduced teaching models utilizing the analogies.
StudyⅠ analyzed the frequencies and types of analogies used in nine ChemistryⅠ and six ChemistryⅡ textbooks of the 2015 revised curriculum. To analyze the types of analogies, the analysis frame presented in a preceding study was modified and supplemented, which is meant to facilitate the understanding of the terminology. The framework for analysis in this study is divided into nine areas of analysis: shared attributes, way of expression, abstractness, degree of response, unnaturalness, mentioning ‘analogy’, mentioning limitation, causality, and activity subject.
As the result of StudyⅠ, a total of 233 analogies were used in ChemistryⅠ textbooks, with an average of 25.9 per textbook and 1.1 per 10 pages while a total of 62 analogies were found in ChemistryⅡ textbooks, with an average of 10.3 per textbook and 0.4 per 10 pages. The reason why the frequencies of analogies in ChemistryⅠ and ChemistryⅡ show a big difference is that the compositions of the textbooks of the two subjects are different. Since ChemistryⅠ deals with microscopic concepts such as atoms and molecules, the frequency in use of analogies is high, while ChemistryⅡ is mostly about phenomenal concepts of chemical equilibrium, electro chemistry, etc. and accordingly the frequency of analogy use is judged to be low.
Meanwhile, according to the classification made by types of objects for analogies used in ChemistryⅠ and ChemistryⅡ textbooks of the 2015 revised curriculum, in four out of nine areas of analysis, i.e. way of expression, abstractness, degree of response, unnaturalness, analogies using texts/pictures, analogies using concrete objects, additional analogies, and everyday analogies have a high ratio, which is expected to work positively for students'' understanding of the concept. On the other hand, in the rest five areas of analysis, i.e. shared attributes, mentioning ‘analogy’, mentioning limitation, causality, activity subject, structural/functional analogies, analogies mentioning ''analogy'', analogies mentioning limitation, analogies including causality, analogies in which the activity subject is a student have a low proportion, which is judged to negatively affect students'' understanding of the concept.
In StudyⅡ, fifty pre-service and fifty in-service science teachers’ perceptions about using analogies for teaching were analyzed through a survey. The multiple choice survey section consists of fourteen items in three areas: the usefulness of using analogies, the need for developing analogies, and the strategy to use analogies. The descriptive survey section has three items: how they use analogies in class, what to consider in utilizing analogies and in selecting objects for analogies, and what makes using analogies difficult in class.
As the result of StudyⅡ, in the multiple choice survey section, in-service science teachers showed tendency to think more positively than pre-service science teachers about the two areas of usefulness of using analogies and need for developing analogies. In the rest area of strategy to use analogies, the item ‘Student activity-oriented classes are more effective than teacher-led ones in analogy-based classes.’ showed a big difference between the two teacher groups: pre-service science teachers expressed a negative perception of the item and in-service science teachers a positive one, which requires further research and verification.
In the descriptive survey section, both pre-service and in-service science teachers responded that using analogies in class was helpful for students’ understanding scientific concepts and as difficulties in classes using analogies, they mentioned selecting appropriate objects for analogies, applying teaching models using analogies, and triggering misconception. A number of teaching models about using analogies have been proposed so far, yet it is widely recognized that they are not readily applied in educational fields for many reasons. Excellent teaching model that is not put to use in school classrooms has no meaning, so it is crucial to develop teaching models that reflect teachers'' needs to be readily used in education fields.
Meanwhile, the factors to be considered in the selection of objects for analogies were their familiarity, appropriateness, and attractiveness. In Study Ⅲ, based on the above findings, preceding studies, and expert opinions, the criteria for selecting appropriate objects for analogies that are readily available in education fields and CTWA(Chemistry Teaching With Analogies) teaching model were developed, and through on-site application of CTWA model, its appropriateness and effectiveness were verified. After that, based on the implications of on-site application, the class guidance to the CTWA teaching model and the teaching-learning procedure were presented.