The purpose of the present paper is to examine elementary school teachers' understanding of and misconceptions about batteries. In previous surveys, a battery was regarded as a source of EMF only, but such a model cannot explain many experimental results correctly. Hence in the present paper, a model of a battery is adopted in which the EMF and the internal resistance are connected in series. Based on the essential concepts about batteries extracted through the analysis of primary science textbooks, we developed a questionnaire that consisted of 15 multiple-choice questions and asked teachers to write the reason for their choice for each question (essay-type test). The questionnaire was administered to 37 teachers in S elementary school in Incheon. The results of this study, such as the reliability and the discrimination of the questionnaire, and teachers' understanding and misconceptions about batteries, can be summarized as follows: First, as a way of measuring reliability, the Cronbach's $\alpha$s for a multiple-choice test and an essay-type test were 0.65 and 0.75, respectively. The item discrimination was assessed by using the Pearson correlation coefficient between total scores and the item scores of the teacher sample. The mean correlation coefficients for the multiple-choice test and the essay-type test were 0.42 and 0.46, respectively, indicating the questionnaire is highly discriminating. Second, the mean multiple-choice (essay-type) score for the questionnaire was 6.16 (2.89) points out of a possible 15 points, which corresponded to a rate of 41.1 % (19.3 %) correct answers. Analysis of the essay-type answers revealed elementary teachers' misconceptions; the most frequent misconceptions were (a) the idea that in antiparallel or anti-series combinations of batteries, no current flows through a battery connected in the reverse direction and (b) an error of the application of Ohm's law. Third, using ANOVA, the difference in the understanding of batteries was tested according to gender, education, teaching career, high school department (i.e., liberal arts or science), having taken a physics course in high school, university department, and interest in science. For the multiple-choice test, only interest in science gave rise to a significant difference at the 0.01 level. For essay-type test, however, there are significant differences according to teaching career and high school department at the 0.05 level as well as according to interest in science at the 0.01 level. As a concluding remark, because elementary school teachers' misconceptions originate from the fact that the science education curriculum for pre-service teachers does not deal with a profound knowledge of batteries, a battery education program needs to be developed to promote pre-service and in-service teachers' interest and to help them understand primary science experiments concerning electricity.

Keywords: Physics education, Battery, Electric circuit, Misconception

본 논문의 목적은 초등교사들의 전지에 대한 이해도를 알아보고, 이와 관련된 오개념을 조사하는 것이다. 기존의 전기 이해도 조사에서는 전지를 기전력 원으로만 간주하였는데 이 모형으로는 많은 실험결과를 올바르게 설명할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 기전력 원과 내부저항이 직렬 연결된 정확한 모형을 채택하였다. 초등학교 과학 교과서 분석을 통하여 전지와 관련된 필수적인 개념들을 추출하고 이를 바탕으로 15 문항의 선택후 설명식 검사도구를 개발하였다. 인천 S 초등학교 교사 37 명을 대상으로 검사도구의 신뢰도 및 변별도, 전지에 대한 이해도와 오개념을 조사한 결과는 다음과 같다: 첫째, 신뢰도의 측정방법으로서 Cronbach $\alpha$ 는 선다형과 서술형 검사에 대하여 각각 0.65 와 0.75 가 얻어졌다. 문항 변별도는 연구 대상자들의 총점과 그 문항 점수간의 Pearson 상관계수에 의하여 평가하였다. 선다형 및 서술형 검사도구의 평균 상관계수는 각각 0.42 와 0.46 으로 변별력이 높은 것으로 파악되었다. 둘째, 전체 문항에 대한 선다형 (서술형) 평균 점수는 15 점 만점에 6.16 (2.89) 점이 얻어져 정답률은 41.1% (19.3%)로 나타났다. 선다형 응답의 이유를 통하여 오개념을 분석한 결과, 전지들의 역병렬 연결과 역직렬 연결에서 거꾸로 연결된 전지로는 전류가 흐르지 않는다는 오개념과 옴의 법칙의 적용 실수가 가장 높은 비중을 차지하였다. 셋째, 집단 변인인 성, 학력, 교직 경력, 고등학교 출신계열(문과, 이과), 고등학교에서 물리 수강여부, 대학교 출신학과, 과학교과 흥미도에 따라 전지 이해도에 차이가 있는지 ANOVA를 사용하여 검정한 결과, 선다형의 경우는 과학교과 흥미도에 대해서만 1% 수준에서 유의미한 차이가 있었고 서술형의 경우는 과학교과 흥미도에서 1% 수준의 유의차가 나타났을 뿐만 아니라 교직 경력과 고등학교 출신계열에서도 5% 수준의 유의차가 발견되었다. 제언으로서, 초등교사들의 오개념은 예비교사 교육과정에서 전지에 대한 깊이 있는 지식이 다루어지지 않기 때문이므로 초등학교 전기 관련 실험의 정확한 이해를 위하여 예비$\cdot$현직 교사들의 흥미를 유발할 수 있는 전지 교육 프로그램의 개발이 절실히 요망된다.

Keywords:

물리교육, 전지, 전기회로, 오개념