상황에 따른 개념 유형의 국면 분석을 통한 중학교 과학 영재아들의 조석에 관한 정신모형 탐색 Investigation of Mental Models about Tide for Scientifically Talented Middle School Students by Analyzing Facet of Conceptual Types by Context원문보기
본 연구에서는 중학교 과학 영재아들이 가지고 있는 조석에 관한 정신모형을 탐색하기 위하여 두 가지 상황에서의 개념 유형을 분류하고, 각 유형들을 구성하는 국면들을 분석하였다. 조석 현상에 관해 두 가지 상황으로 구성된 과제 수행을 실시한 후 그 응답 결과를 분석한 결과, 상당수의 학생들이 상황에 따라 서로 다른 개념 유형을 나타내었다. 상황에 따른 개념 유형들을 구성하고 있는 국면을 분석한 결과, 내용-특정적 국면에서는 큰 차이가 없었으나 전략적 국면에서는 많은 차이를 나타내었다. 두 가지 상황에서 나타나는 개념 유형들과 이들 유형을 구성하는 국면들을 조합하여 학생들의 조석에 관한 정신모형을 분석한 결과 다음과 같은 4가지 모형으로 나눌 수 있었다: (1) Tide model (2) Force model (3) Phase model (4) Hybrid model. Tide model은 과학적으로 옳은 모형이며, Force model과 Phase model은 옳지 않은 모형으로, 상황에 따른 개념유형은 서로 일치하나 조석현상을 각각 달과 태양의 합력과 달의 위상(모양)의 관계로만 이해하고 있는 경우이다. Hybrid model 혼합 모형으로 상황에 따라 나타나는 개념 유형이 서로 부합되지 않는 모형이다. 중학교 과학 영재아들은 조석 현상에 대해 가장 많이 가지고 있는 모형은 Tide model(45.0%) 이었으며, 그 다음으로는 Hybrid model(30.0%), Force model(12.5%), Phase model(7.5%) 순으로 나타났다.
본 연구에서는 중학교 과학 영재아들이 가지고 있는 조석에 관한 정신모형을 탐색하기 위하여 두 가지 상황에서의 개념 유형을 분류하고, 각 유형들을 구성하는 국면들을 분석하였다. 조석 현상에 관해 두 가지 상황으로 구성된 과제 수행을 실시한 후 그 응답 결과를 분석한 결과, 상당수의 학생들이 상황에 따라 서로 다른 개념 유형을 나타내었다. 상황에 따른 개념 유형들을 구성하고 있는 국면을 분석한 결과, 내용-특정적 국면에서는 큰 차이가 없었으나 전략적 국면에서는 많은 차이를 나타내었다. 두 가지 상황에서 나타나는 개념 유형들과 이들 유형을 구성하는 국면들을 조합하여 학생들의 조석에 관한 정신모형을 분석한 결과 다음과 같은 4가지 모형으로 나눌 수 있었다: (1) Tide model (2) Force model (3) Phase model (4) Hybrid model. Tide model은 과학적으로 옳은 모형이며, Force model과 Phase model은 옳지 않은 모형으로, 상황에 따른 개념유형은 서로 일치하나 조석현상을 각각 달과 태양의 합력과 달의 위상(모양)의 관계로만 이해하고 있는 경우이다. Hybrid model 혼합 모형으로 상황에 따라 나타나는 개념 유형이 서로 부합되지 않는 모형이다. 중학교 과학 영재아들은 조석 현상에 대해 가장 많이 가지고 있는 모형은 Tide model(45.0%) 이었으며, 그 다음으로는 Hybrid model(30.0%), Force model(12.5%), Phase model(7.5%) 순으로 나타났다.
The study investigates mental models of scientifically gifted, middle school students when it comes to tides. This was done by analyzing facet of conceptual types for two contexts. We carried out two performance tasks of tide with different context. A large number of students showed different concep...
The study investigates mental models of scientifically gifted, middle school students when it comes to tides. This was done by analyzing facet of conceptual types for two contexts. We carried out two performance tasks of tide with different context. A large number of students showed different conceptual types by context. As a result of analyzing facet of conceptual types by context, there was a slight difference in content-specific facet, but a remarkable one in strategic facet. We classified four mental models about tide by configuring facets of conceptual types: (1) Tide model (2) Force model (3) Phase model (4) Hybrid model. The Tide model is scientifically accepted model, but Force model and Phase model are incorrect models, and Hybrid model is mixed model. In cases of Force model and Phase model, conceptual types concur with each other, but these types of students comprehend tides as a result of joined forces of Moon & Sun and phase change of Moon, respectively. Arranging low mental models in proportional order, Tide model (45.0%), Hybrid model (30.0%), Force model (12.5%), and Phase model (7.5%).
The study investigates mental models of scientifically gifted, middle school students when it comes to tides. This was done by analyzing facet of conceptual types for two contexts. We carried out two performance tasks of tide with different context. A large number of students showed different conceptual types by context. As a result of analyzing facet of conceptual types by context, there was a slight difference in content-specific facet, but a remarkable one in strategic facet. We classified four mental models about tide by configuring facets of conceptual types: (1) Tide model (2) Force model (3) Phase model (4) Hybrid model. The Tide model is scientifically accepted model, but Force model and Phase model are incorrect models, and Hybrid model is mixed model. In cases of Force model and Phase model, conceptual types concur with each other, but these types of students comprehend tides as a result of joined forces of Moon & Sun and phase change of Moon, respectively. Arranging low mental models in proportional order, Tide model (45.0%), Hybrid model (30.0%), Force model (12.5%), and Phase model (7.5%).
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문제 정의
따라서 하나의 상황만으로는 학습자의 정신모형이 명확하게 드러나지 않으므로 보다명확한 정신모형의 규명을 위해서는 두 개 이상의상황이 필요한 것으로 본다. 본 연구에서는 이러한정신모형의 상황 감수성(context sensitivity)에 대해서탐색해보고자 한다.
본 연구에서는 조석 현상에 대한 중학교 과학 영재아들의 정신모형을 탐색하고자 하였다. 이를 위해 조석에 관한 2가지 상황에서 나타나는 개념유형들을 분류하고, 각 유형이 포함하고 있는 국면들을 분석하였다.
외국의 경우, 아동들의 지구의 모양에 관한 정신모형 연구나(Ssniadou & Brewer, 1992) 지구의 내부구조와 이에 따른 화산 분화에 관한 정신모형 연구가 있으나(Gobert, 2000), 국내에서는 아직지구과학 개념에 대한 정신모형 연구가 이루어지지못한 실정이다. 이에 본 연구에서는 중학교 과학 영재아들을 대상으로 조석현상에 대해 이들이 가지고있는 개념들을 유형별로 분류하고, 이들 개념 형성에 영향을 준 요인들을 알아내기 위해 각각의 개념 유형에 포함된 학생들의 전략이나 지식의 조각인 국면 (facet)을 분석하고, 이 자료들을 토대로 중학교 과학영재아들이 조석에 대해 가지고 있는 정신모형을 탐색하고자 하였다.
하지만 상황 1은 원리적인 측면에서 설명을 요구하고 있고, 상황 2는 현상적인 측면에서 해석을 요구하고 있다. 전문가 입장에서 동일한 것으로 판단되는이 두 가지 상황을 비전문가인 학생들은 어떻게 받아들이는지 알아보는 것이 이 연구에서 중요한 문제중의 하나이다.
가설 설정
이러한 관점에서는 정신모형을 특정한 문제 풀이상황에서 즉각적으로 형성되어지는 역동적인 구조라고 가정한다. 한편, 정신모형은 개개인이 물리적 세계를 인과적으로 설명하는 매개체 역할을 하며, 신념이나 비유, 일반화 등에 기초하여 새로운 사실을 찾고자 하는 발견법(heuristic methods)이기도 하다(Greca & Moreira, 2002).
제안 방법
조석 개념에 관한 국동식 (1995)의 연구에서는 중. 고등학생들의 대체적 개념틀을 알아내기 위하여 객관식 질문지를 사용하였지만, 본 연구에서는 학생들의 개념 분화 정도를 보다 면밀하게 알아보기 위하여 서술형 및 실습 형태의 과제 수행 평가를 사용하였다.
국면은 3가지 단계로 나누어 내용-일반적 (generic and cross content), 내용-특정적 (content-specific), 전략적(strategic) 국면으로 분류하였다. 내용-일반적 국면은 특정 내용에 국한되지 않고 어떤 내용에서든 일반적으로 사용될 수 있는 것이다.
본 연구에서는 중학교 1학년 과학 교육과정의「해수의 성분과 운동」단원의, 조석, 을 주제로 하여 2가지 상황(context)에서의 과제 수행 형태로 구성된 검사 도구를 개발하였다. 조석 개념에 관한 국동식 (1995)의 연구에서는 중.
본 연구와 관련한 조석에 관한 오개념 연구로는 국동식(1995)의 연구가 있다. 이 연구에서는 객관식 문항을 이용하여중 . 고등학생들의 조석에 관련된 오개념을 조사하였는데, 상당수의 중학생들이 달의 모양이 작을 때 기조력도 작고 태양, 지구, 달이 일직선 상에 있을 때기조력이 작으며, 지구가 자전하지 않으면 조석이 일어나지 않는다고 이해하고 있는 것으로 나타났다.
정신모형을 탐색하고자 하였다. 이를 위해 조석에 관한 2가지 상황에서 나타나는 개념유형들을 분류하고, 각 유형이 포함하고 있는 국면들을 분석하였다.
대상 데이터
본 연구는 서울특별시 서대문구 소재 H 과학 고등학교 2005년 영재 교육원 3차 입학 전형에 응시한 중학교 1학년 학생 80명을 대상으로 하였다. 이 학생들은 영재 교육원에 응시하여 1차 서류 전형, 2차 기초 탐구 능력 검사 및 창의성 검사를 거쳐 선발된 학생들이다.
성능/효과
있는 것으로 나타났다. Tide modele 상황 1 의 O-I개념 유형과 상황 2의 P-I개념 유형이 조합된 것으로 과학적으로 옳게 받아들여지고 있는 모형이며, 전체 학생의 45.0%에 해당하는 36명의 학생들이 가진 것으로 나타났다. 두 번째로 많은 정신모형은 혼합 모형인 Hybrid mode루 전체 학생의 30.
이 연구에서는 객관식 문항을 이용하여중 . 고등학생들의 조석에 관련된 오개념을 조사하였는데, 상당수의 중학생들이 달의 모양이 작을 때 기조력도 작고 태양, 지구, 달이 일직선 상에 있을 때기조력이 작으며, 지구가 자전하지 않으면 조석이 일어나지 않는다고 이해하고 있는 것으로 나타났다. 또한 다수의 고등학생들은 태양, 지구, 달이 직각으로위치할 때 조차가 가장 작다고 있었지만 조차를 기조력과 별개로 생각하고 있으며, 조석의 원인을 달의인력으로만 이해하는 것으로 나타났다.
두 가지 상황에 따른 개념 유형들이 포함하는 국면들을 조합하여 중학교 과학 영재아들의 조석에 관한 정신모형을 분석한 결과에서는 크게 4가지 모형으로 나눌 수 있었는데, 조석현상을 각각 달과 태양의 합력 (Force model)과 달의 모양(Phase model)과의관계로만 이해하고 있는 경우와 상황에 따라 나타나는 개념 유형이 서로 일치되지 않는 경우(Hybrid model)가 전체의 절반 정도를 차지하였다. 이것은 기조력과 조차를 별개로 생각하는 학생들이 많다는 국동식(1995)의 연구와도 일치하는 결과이다.
두 가지 상황에서 학생들이 보이는 개념유형을 분석해본 결과에서는 같은 상황이라도 학생들은 다양한 개념유형을 가지며, 상황에 따른 개념유형의 다양성에서도 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 상당수의 학생들이 두 상황에서 나타낸 개념유형이 서로 다른것으로 나타났는데, 이것은 어떤 상황에서는 과학적으로 옳은 개념유형을 보이나 또 다른 상황에서는옳지 않은 개념유형을 보임을 의미한다.
0%에 해당하는 36명의 학생들이 가진 것으로 나타났다. 두 번째로 많은 정신모형은 혼합 모형인 Hybrid mode루 전체 학생의 30.0%(24명) 를 차지하였다. 이 모형은 두 상황 중 하나는 옳은개념 유형을 가지나, 나머지 하나는 옳지 않은 개념유형을 가지는 학생들이 지닌 것으로 여기에는 4가지의 경우가 있었다.
두 상황에서 나타난 각 개념유형들의 국면을 분석해본 결과, 개념유형에 따라 내용-특정적 국면에서는 큰 차이를 보이지 않은 반면, 전략적 국면에서 많은 차이를 나타내었다. 개념유형은 다르더라도 같은 내용-특정적 국면을 포함하는 경우가 다수 있었으나, 내용-특정적 국면을 정교화하여 구체화시킨 전략적 국면은 개념유형에 따라 모두 다르게 나타났다.
고등학생들의 조석에 관련된 오개념을 조사하였는데, 상당수의 중학생들이 달의 모양이 작을 때 기조력도 작고 태양, 지구, 달이 일직선 상에 있을 때기조력이 작으며, 지구가 자전하지 않으면 조석이 일어나지 않는다고 이해하고 있는 것으로 나타났다. 또한 다수의 고등학생들은 태양, 지구, 달이 직각으로위치할 때 조차가 가장 작다고 있었지만 조차를 기조력과 별개로 생각하고 있으며, 조석의 원인을 달의인력으로만 이해하는 것으로 나타났다. 하지만 이들연구들이 주로 오개념 판정과 수업 처치를 통한 개념 변화에 초점을 두었기 때문에 개념을 형성하는데 영향을 미친 인지 구조와 요인들에 관한 종합적인 이해를 위한 정신모형에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다.
또한 상당수의 학생들이 두 상황에서 나타낸 개념유형이 서로 다른것으로 나타났는데, 이것은 어떤 상황에서는 과학적으로 옳은 개념유형을 보이나 또 다른 상황에서는옳지 않은 개념유형을 보임을 의미한다. 이러한 분석결과를 통해 영재아들의 개념유형이 상황에 따라 매우 다르게 나타날 수 있음을 확인할 수 있었으며, 상당수 학생들의 조석 개념에 대한 파지 (retention)나이해의 정도가 깊지 않음을 알 수 있었다.
후속연구
본 연구에서 수행한 조석 이외에 지구과학의 다른 개념 영역에서도 국면 분석을 통한 학생들의 정신모형의 규명이 이루어져야 할 것이다. 또한 횡적인정신모형의 규명뿐만 아니라 시간에 따른 정신모형의변화를 분석해보는 종적 연구도 함께 수행되어야 할것이다. 이러한 작업들을 통한 결과물들이 계속 축적된다면 정신모형의 조사 방법을 보다 체계적으로 발전시켜 나갈 수 있을 것이며, 지구과학 오개념의 구조와 원인을 규명하고 이를 효과적으로 치유하기 위한 교수 전략을 구안하는데 있어 유용한 기초 자료가 마련될 수 있을 것이다.
본 연구를 통해 중학교 과학 영재아들의 조석에 관한 정신모형의 다양성과 상황의존성을 확인할 수 있었으며, 보다 명확한 정신모형의 규명을 위해서는 두 개 이상의 상황을 이용하여 정신모형을 구성하는논리적 조각인 국면의 분석이 필요함을 알 수 있었다. 본 연구에서 수행한 조석 이외에 지구과학의 다른 개념 영역에서도 국면 분석을 통한 학생들의 정신모형의 규명이 이루어져야 할 것이다.
본 연구에서 수행한 조석 이외에 지구과학의 다른 개념 영역에서도 국면 분석을 통한 학생들의 정신모형의 규명이 이루어져야 할 것이다. 또한 횡적인정신모형의 규명뿐만 아니라 시간에 따른 정신모형의변화를 분석해보는 종적 연구도 함께 수행되어야 할것이다.
또한 횡적인정신모형의 규명뿐만 아니라 시간에 따른 정신모형의변화를 분석해보는 종적 연구도 함께 수행되어야 할것이다. 이러한 작업들을 통한 결과물들이 계속 축적된다면 정신모형의 조사 방법을 보다 체계적으로 발전시켜 나갈 수 있을 것이며, 지구과학 오개념의 구조와 원인을 규명하고 이를 효과적으로 치유하기 위한 교수 전략을 구안하는데 있어 유용한 기초 자료가 마련될 수 있을 것이다.
참고문헌 (19)
국동식, 1995, 조석 개념에 대한 학생들의 이해 특성. 한국과학교육학회지, 15(4), 429-436
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