[논문]지구 내부에 대한 고등학교 학생들의 정신모형 탐색

정구송

doi:10.5467/jkess.2007.28.6.645

지구 내부에 대한 고등학교 학생들의 정신모형 탐색
Investigation of High School Students' Mental Models about the Earth's Interior 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.28 no.6, 2007년, pp.645 - 654

초록
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본 연구는 지구 내부에 대한 학생들의 정신모형을 분석하고 대안개념을 조사한 것이다. 연구는 고등학교 1학년 126명의 학생들을 대상으로 그리기 과제와 면담을 병행하여 실시하였다. 연구를 수행하기 위하여 그리기 과제와 분류틀을 제작하였다. 면담과 그리기 과제의 결과물들 통하여 부호화 틀에 따라 네 단계의 인지적 모형으로 분류하였고, 대안 개념의 유형을 파악하였다. 아울러 학생들의 성별에 따른 정신모형의 관련성을 비교하였다. 연구 결과에서 대부분의 학생들은 지구 내부에 대하여 많은 대안 개념을 보였다. 분류된 정신모형은 소박한 모형이 11%, 불안정 모형이 81%, 개념적 모형이 8%로 나타났으며, 정적 정신모형으로 분류된 학생은 69%로 나타났다. 정신모형의 성별 분포에서는 유의미한 차이를 보이지 않았다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate students' mental models and alternative conceptions about the Earth's interior. A total of 126 10th grade students participated in this study. They were requested to draw Earth's interior tasks and were interviewed about their mental models. A coding frame was designed to classify the students' drawings and interview responses, and then a four step cognitive model was established based on the frame of coding. In addition, the relationship of mental models was compared in terms of students' gender, and the type of alternative conceptions was analysed. The research results showed a variety of alternative conceptions on the interior of the Earth. The classified mental models showed naive mental model (11%), unstable mental model (81%), conceptual model (8%), while 69% of all sampled students accounted for the static process. The gender difference in the cognitive model showed no statistical significance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

높였다. 그리고 최종 분류틀이 만들어진 후나머지 자료들은 통일성을 기하기 위하여 본 연구자가 분류를 진행하였다.
연구 목적은 지구 내부에 대한 학생들의 정신모형과 대안개념의 유형으로 알아보고 아울러 성별에 따른 차이가 있는지 밝히는 것이다.
이 수준에서는 지구 내부 구조를 묘사하는데 있어 핵심적 특징들을 잘 표현하였을 뿐만 아니라 물리 .화학적 특성, 그리고 지구 내부에 대한 면담 내용에서도 과학적으로 정확한 개념을 제시하였다. 또한 핵으론부터 상승하는 에너지의 흐름(밀도차에 의한 맨틀百 대류)에 대한 타당한 설명을 보였다.

가설 설정

그리고 교육 과정의 계획 단계에서 정보를 제공할 수 있으며, 올바른 개념 형성을 위한 학습 지도 자료로도 제시할 수 있기 때문이다(Marques and Thompson, 1997). 본 연구에서는 정신모형이 제시된 과제의 지식 구조와 내용에 대한 표상으로 나타난다고 보고, 학생들의 그리기 과제와 면담 결과물을 분석함으로써 유형에 따른 정신모형으로 분류할 수 있다고 가정하였다. .
연구자: 지구의 겉 부분에서 중심부까지 그러한 물질들만 존재하고 있을까?

제안 방법

결과 자료의 부호화는 지구 내부 구조에 대한 학생들의 이해 연구(Bei血ss, 2004)에서 제시된 분류 틀을 준거로 현행 우리나라 교육과정 내용에 맞추어 초기 기준 틀을 설정하였다. 이후 예비 조사에서 제시된 분류에 필요한 더 세부적인 내용을 포함하여 최종 기준 틀은 3명의 지구과학 교사들의 논의를 통해 완성하였다(Table 1).
물론 연구가 진행되기 이전까지는 학교에 따라 교수 환경 및 선택 교과서의 내용 구성에 있어서 차이를 가질 수도 있었을 것이다. 그러나 연구 결과에 미칠 영향을 최소화하기 위해 연구 영역에 해당되는 10학년 내용의 수업은 두 학교 모두 동일한 교과서에 의한 강의식 수업으로 실시하였으며 일정 시간이 경과한 이후에 연구를 진행하였다.
이후 부호화 틀에 근거하여 소박한 모형 (naive model), 정적 불안정 모형 (static unstable model), 동적 불안정한 모형 (dynamic unstable model), 개념적 모형(conceptual model)으로 분류하였다. 그리고 면담과 결과 분석과정에서 나타난 대안 개념도 함께 조사하였다.
그리기 과제 1은 지구 내부에 대한 힉생들의 관점과 정신모형을 알아보기 위한 주요 도구로, 과제 2는 과제 1과 면담에서 제시되지 못한 시각적 표상에 대한 부가 자료로 활용하였다. 모든 대상 학생들에게 Fig.
그리기 과제는 정신모형의 상황 의존적 특성 (Wittmann, 2002)을 고려해 하나의 과제만으로는 명확한 정신모형의 규명이 어려울 것으로 판단하여 동일한 상황을 포함하는 그리기 과제 1과 과제 2를 개발하였다. 그리기 과제 1은 지구 내부에 대한 힉생들의 관점과 정신모형을 알아보기 위한 주요 도구로, 과제 2는 과제 1과 면담에서 제시되지 못한 시각적 표상에 대한 부가 자료로 활용하였다.
둘째, 나타난 주요 대안 개념은 지구 내부의 수평층 구조, 맨틀의 유동과 관련된 지진 활동, 핵으로부터 상승되는 마그마의 화산 활동, 핵의 열원에 대한기원, 지각과는 분리되어 존재하는 판의 위치 묘사, 암석권과 연약권, 판 등에 대한 적절하지 못한 용어상의 이해와 구분 등이다. 아울러 지구 내부에 기인한 판 운동과 지진 .
이 학생의 경우는 면담에서 약간의 어려움을 보였지만 중심부로부터 상승하는 마그마와 연약권의 역할에 따른 판의 이동에 대하여 설명하였다. 또한, 순환하고 있는 지각 물질의 복잡하고 추상적인 개념에 대한 부분적인 언급을 제시하였다. 대부분 이 수준의 학생들은 그림 묘사나 면담에서 이동하는 지각과 순환하는 맨틀의 동적 관점을 제시하였지만 아래 학생과 같이 명확성을 보이지는 못하는 경우가 많았다.
그리기 과제 1은 지구 내부에 대한 힉생들의 관점과 정신모형을 알아보기 위한 주요 도구로, 과제 2는 과제 1과 면담에서 제시되지 못한 시각적 표상에 대한 부가 자료로 활용하였다. 모든 대상 학생들에게 Fig. 2의 그리기 과제 1, 2를 부여하였으며 결과물에 애매한 표현이 포함된 학생들(82명)에 한하여 추후 약속에 의해 면담을 병행하였다.
본 연구에서는 10학년, 지구의 변동, 단원의, 지구 내부 구조와 판구조론, 에 대한 그리기 과제의 검사 도구를 개발하였다(Fig. 2).
부호화는 먼저, 지구 내부에 대한 그리기 과제와 면담자료를 포함하는 학생들의 결과물을 종합하여 정적 관점과 동적 관점으로 분류하였다. 이후 부호화 틀에 근거하여 소박한 모형 (naive model), 정적 불안정 모형 (static unstable model), 동적 불안정한 모형 (dynamic unstable model), 개념적 모형(conceptual model)으로 분류하였다.
비록 열의 근원에 대하여 핵반응으로 설명하는 대안 개념을 가지고 있지만 지구 내부의 순환적 과정에 대한 분명한 이해를 보이고 있다. 이 학생은 에너지 발생에 따른 순환 과정에 대한 적절한 언급으로 동적 불안정 모형으로 분류하였다.
관점과 동적 관점으로 분류하였다. 이후 부호화 틀에 근거하여 소박한 모형 (naive model), 정적 불안정 모형 (static unstable model), 동적 불안정한 모형 (dynamic unstable model), 개념적 모형(conceptual model)으로 분류하였다. 그리고 면담과 결과 분석과정에서 나타난 대안 개념도 함께 조사하였다.
평가자 간의 신뢰도를 높이기 위하여, 세 명의 연구자들은 20명의 학생 결과물을 초기 분류 틀에 근거하여 개개인의 기준으로 평가하고 토의를 통하여 일치도를 높였다. 그리고 최종 분류틀이 만들어진 후나머지 자료들은 통일성을 기하기 위하여 본 연구자가 분류를 진행하였다.

대상 데이터

본 연구는 연구자가 근무한 서울 소재 인문 고등학교 2개교의 1학년 총 126명(남학생 64명, 여학생 62 명)의 학생들을 대상으로 실시하였다. 연구 시기는 연구 영역에 해당되는 교과 내용을 학습한 이후인 2005년 6월부터 阀에 걸쳐 진행되었다.
학생들을 대상으로 실시하였다. 연구 시기는 연구 영역에 해당되는 교과 내용을 학습한 이후인 2005년 6월부터 阀에 걸쳐 진행되었다.

성능/효과

결과를 종합해 볼 때, 대부분의 학생들은 지구 내부에 대하여 정적 관점을 보이는 것으로 나타났다. 그리고 그림에서 핵, 맨틀 그리고 지각으로 구성된 "4개의 동심원 층들의 이미지를 묘사하였다.
그리기와 면담 자료 분석에서 표본 학생들의 81% 가 불안정 모형으로 부호화되었으며, 69%의 학생들은 정적 정신모형으로 분류되었다. 그리고 지구 내부구조의 물리·화학적 특성에 대한 완벽한 묘사와 대류 과정에 대한 설명을 보인 개념적 모형에 분류된 학생은 8%에 불과했다.
동적 불안정 모형 (dynamic unstable model) 표본 학생들의 23%정도가 동적 불안정 모형으로 분류되었는데, 전반적으로 이 수준의 결과물들은 핵심적인 특징들이 적절하게 분류되어 나타난다. 그리고 학생들의 면담에서도 과학적인 개념들이 드러나 보였다.
그리고 맨틀의 열대류 과정에 대한 추가적 질문에서 설명의 어려움을 보였다. 또한, 지각과 판을 동일한 개념으로 생각하고 있었으며, 핵은 모두 액체라고 대답했다.
분류된 정신모형은 소박한 모형이 11%, 정적 불안정 모형 58%, 동적 불안정 모형 23%, 개념적 모형이 8%로 나타났다. 이러한 결과는 많은 학생들이 동적인 본질과 관련된 현상, 개념들에 대한 이해가 부족함에 따라 정적 정신모형을 지니게 됨을 의미하며, 추상성을 가지는 지구 내부구조에 대한 사고에서 부정확하고 유동적으로 표상하고 있음을 의미한다.
셋째, 성별에 따른 학생들의 정신모형 수준 분포에서는 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다.
첫째, 학생들의 89%는 동심원의 지구 내부 구조를 표현 했지만 지구 내부의 물리적 특징과 화학적 특성을 적절하게 묘사하고 설명한 학생들은 일부에 불과했다. 분류된 정신모형은 소박한 모형이 11%, 정적 불안정 모형 58%, 동적 불안정 모형 23%, 개념적 모형이 8%로 나타났다.

후속연구

본 연구의 논의와 관련하여 후속 연구에서는 학생들이 문제 상황에서 과학적 현상들을 설명하기 위하여 정신모형이 지니는 특성들을 이용한다면 그러한 모형과 특성들을 해석하기 위한 가장 유용한 이론적 구조들이 무엇인지 밝혀내는 연구가 필요하다. 그리고 학습자의 정신모형을 더 발전되고 숙련된 모형으로 이끌기 위해서는 소박한 정신모형과 불안정 모형단계에서 어떠한 도움을 주어야하는지 밝혀내기 위하여 방법론적인 연구가 계속적으로 요구된다.
이 연구는 자료를 분석하고 결과를 도출하는 과정에서 면담과 그리기 분석만으로는 학생들이 가지고 있는 모든 생각들을 표현하게 할 수 있는 것이 아니기 때문에 분석 방법에는 한계가 있을 수 있다. 따라서 정 .

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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