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문제 정의
- 무엇이 개인적 개념을 발달하게 하였는가? 그리고 왜 이런 개인적 개념이 발달하면 그 토록 변화되기 어려운가? 가능한 그러한 답을 찾고자, 장차 그들 학생들에게 영향을 주는 예비 중등교사들이 이미 가지고 있다고 가정되는 천문학적인 기초개념이 계절변화를 설명하는데 어떤 영향을 주었고, 그 중심이 되는 개념은 무엇인지, 또한 예비 중등교사들의 계절변화의 설명이 현재의 과학적 개념과 무엇이 다른지, 더 나아가 그 가능한 근원을 알아보기 위해서 그 구체적인 연구 문제를 다음과 같이 설정했다.
- 즉, 여러 요소로 되어 있는 개념생태는 개념들이 따로 떨어져서 독립적으로 존재하기 보다는 한 생태계의 일부로 학생들의 인지구조에 존재하며 그 관계성 때문에 개념변화가 어려운 이유를 설명한다(Strike & Posner 1985). 그러한 이유로 우리는 계절변화에 대한 예비 중등교사들의 설명에 영향을 줄 수 있는 천문학적인 기초지식이 무엇인가 알아보았다.
- 본 연구는 이상과 같이 중등학교 예비교사들의 계절 변화에 대한 사고를 알아보기 위하여, J대학 교 사범대학 과학교육학부의 74명을 대상으로 조사한 결과를 비교.분석하였다.
- 우리는 이러한 결과를 토대로 계절 변화를 설명하는 예비 중등교사 교사들의 대안 개념의 구조를 알아보았다
- 첫째, 계절변화에 배경지식이 되는 천문학적인 개념들 중 무엇이 예비 중등교사들의 기존 개념에 영향을 주었는가?
가설 설정
- 1. 물체는 성질들을 가지고 있다. 즉 따뜻함과 차가움은 물체의 성질중의 하나이다.
- 1. 어떤 것이든 우리의 감각들을 통해서 느꼈을 때만 존재한다.
- 1. 태양의 남중고도가 높을 때, 태양은 더욱 강해진다.
- 2. 모든 행성들은 정지되어 있는 태양 둘레를 타원궤도로 공전한다.
- 2. 물체의 뜨거움의 세기에 따라서 주어진 물질의 양이 달라진다.
- 2. 태양 쪽으로 북반구가 기울어지면 남중고도가 높아진다. 태양 쪽에서 멀어지는 쪽으로 북반구가 기울어지면 남중고도가 낮아진다.
- 2. 현상은 설명되어지되. 일상적인 메카니즘으로 주어져야한다.
- 3. 물체의 위치와 크기는 우리를 기준으로 한다.
- 3. 지구가 정지된 태양주위의 타원 공전궤도에 의하여 지구와 태양사이 거리는 반드시 변화해야 한다.
- 3. 지구는 자전축이 공전궤도면에 기울어져있다.
- 연구자.: 학생은 어떤 이유로 거의 원에 가까운 공전궤도를 선택 했습니까?
- ③ 그렇다면, 여름에 다른 계절에 비하여 남중고도가 높고 낮의 길이가 긴 이유를 설명할 수 있습니까. (제 2차적으로 질문에 대한 보호)
- ③ 현상은 반드시 설명되기 위해서는 남중고도와 낮의 길이 변화는 지구 자전축의 경사가 고정된 채로 공전과 자전을 해야 한다는 것이다. 그러나 이러한 특정이론은 위의 틀 이론에 제한을 받아 단위면적당 받는 에너지보다는 자전축의 경사로 닿는 면의 거리에 따라 태양 에너지(열원)를 많이 받는다는 것이므로 불안정한 과학적 개념이 추가된, 일종의 합성모델을 형성한다.
- 그렇게 된다면 지구에서 일어나는 현상들을 설명을 할 수없다[학생들의 이해의 전 기준틀 포기(criterion 2)]. 거리의 이론이 나타나는 명백한 타원궤도로 도저히 설명할 수 없는 지표면 중위도에서 일어나는 현상인, 남중고도의 차이로 인한 낮의 길이의 변화는 자신들이 이미 선언적인 지식으로 알고 있는 자전축이 기울어진 것을 추가해서 설명하지만, 자신들의 타원궤도에 의한 거리 이론은 계속 남아있다[핵심신념을 보호하기위한 보조가설(criterion 3)
- 그림 1. 계절변화의 설명을 위하여 가정된 대안개념.
- 그 조사에 의하면, 학년이 올라갈수록 학교에서 배운 지식이 점점 증가하지만, 거리에 따른 계절변화 이론(distance theory)은 변화가 없다고 보고하였다. 그러한 사고는 예비교사들에게도 존재하여, 후에 그들이 교사가 되어 가르치게 될 학생들의 사고에도 영향을 준다는 가정 하에 예비 중등교사들의 사고를 조사하였다. Lakatos(1970)의 연구 프로그램의 방법론을 기초로 하여, Niaz(1998)가 제안한 대안 개념의 핵심신 념을 구별하는 기준과, 마음 깊이 형성된 심층적인 전제들(오준영과 채동현 2004, 강용희 등 2004)을 가정한, Vosniadou(1994)의 틀 이론에 따라서 그들의 사고의 구조를 분석하였다.
- 연구는 초등학교 학생들과 중등학생들이 계절변화에 대한 배경지식이 되는 천문학적 지식이 어떻게 영향을 주는 가를 알아보기 위하여 Kikas(1998a, b)가 개발한 문항들에 내용을 추가하여 이용하였다. 그러한 사고는 예비교사들에도 존재하여서 장차 그들이 교사가 되어 학생들의 사고에 영향을 준다는 가정으로 초중등학교에 사용된 검사 도구를 사용하였다. 이를 바탕으로 하여 예비 중등교사 들의 천문학적 개념을 과학적 개념, 대안 개념으로 분류하였다.
- 응답자 3;《자신 만만하거〃지구의 공전궤도의 선택은 당연히 타원궤도죠. 모든 행성의 공전 궤도는 타원궤도가 아닐 까요?
- 연구자: 학생은 어떤 이유로 이와 같이 약간 과장된 타원공전궤도를 선택 했습니까? 응답자 1: 제가 알기로는 음..., 지구가 타원궤도를 가지고 태양주위를 공전한다는 것은 당연 하지 않을까요?
- 응답자 1: 태양빛이 바로 위에서 비추니 강해져서 지표면의 온도가 올라갑니다.
- 응답자 2: 정확하게는 모르지만, 자전축이 기울어지면, 낮의 길이와 태양의 남중고도가 변한 다고 알고 있습니다.
- 응답자 2: 지구의 자전축이 기울어져 있기 때문에 가까운 쪽으로 기울어지면 여름이고 먼 쪽으로 기울어지면 겨울이겠지요.
- 응답자 2:(약간 망설이며..) 지구를 포함한 모든 행성은 타원궤도를 가지고 공전한 다고 배웠습니다.
- 응답자 3: 가까운 경우는 겨울이고 먼 곳에 위치할 때는 여름이라는 사실은 전부터 알고 있었습니다. 아.
- 응답자 3: 지구의 자전축이 바로 서있지 않고 경사져 있다고 알고 있죠. 지금 생각하니 그것으로 인하여 남중고도가 변하는 효과가 있다는 것을 이해할 수 있습니다.
- 응답자 3;《자신 만만하거〃지구의 공전궤도의 선택은 당연히 타원궤도죠. 모든 행성의 공전 궤도는 타원궤도가 아닐 까요?
- 응답자 5: 앞에서 말舎드린 것처럼 태양은 지표면상의 거리보다 상대적으로 멀기 때문에 빛이 나란하다고 가정하면 지구의 자전축이 기울어져서 공전하기 때문에 북반구에서 남반구보다 상대적으로 빛의 경사각이 크기 때문에 남중고도가 클 뿐만 아니라, 낮의 가 길어집니다.
- 응답자 5: 음음... 거리보다는 자전축이 공전궤도 축에 대하여 기울어져서 공전하기 때문에 빛의 경사각이 다르기 때문에 지표면 같은 면적에서 받는 에너지가 다를 뿐만 아니라 쪼여주는 시간도 다르죠.
- 우리의 조사에 의한 계절변화에 대한 대안 개념의 구조를 이러한 제안에 적용한다면 다음과 같다. 틀 이론은 존재론적이고 인식론적인 전재들과 문화적인 맥락 하에 학생들이 가지고 있다는 가정들이다. 예를 들면 열 개념에 대하여 물체는 뜨거움이나 차가움 같은 특성을 가지고 있고 있다.
- 핵을 가장 잘 보호하기 때문에 우리의 연구에서는 견고한 핵의 일부라고 가정하였다. 그러나 틀 이론을 보호하는 특정 이론으로 보호대의 구실도 한다고 할 수 있다.
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