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문제 정의
- 본 연구에서는 지구과학 개념의 올바른 이해를 위한 통합적 접근의 필요성에 대한 근거를 제시하기위해 식 현상에 대한 예비 교사들의 정신 모형을 탐색하고자 한다. 이를 위해 다음과 같은 연구 문제를설정하였다:
- 본 연구에서는 지구과학 개념의 올바른 이해를 위한 통합적 접근의 필요성에 대한 근거를 제시하기위해 식 현상에 대한 예비 교사들의 정신 모형을 탐색하였다. 이를 위해 서로 다른 두 개의 상황에서 심층 면담을 통해 현상론적 초안과 국면을 분석하였다.
- 특히, 지구과학의 경우는 이러한 통합적 성격이 다른 과학 교과에 비해 강하며, 지구과학에서 다루는 개념이나 현상 또한 여러 과학분야의 개념이 통섭된(interdisciplinary) 것이 많다. 본연구에서는 이러한 특성을 가지는 지구과학 개념의 예로 식 현상을 선정하였으며, 통합적 접근의 근거를 제시하기 위해 정신 모형(mental model)을 분석하고자하였다. 정신 모형의 심층적인 분석을 위해서는 특정개념과 관련된 상황에 대한 인과적 설명(causal explanation)에 포함된 현상론적 초안(phenomenological primitives)과 국면 (0cet)의 규명이 필요하다.
제안 방법
- 첫 번째 상황은 피면담자가 일식과 월식을 제대로구별할 수 있는가를 알아보기 위한 것으로 두 개의세부 질문으로 구성되어 있다. 두 번째 상황은 식의원리와 개기식과 부분식의 차이를 어떻게 알고 있는지 알아보기 위한 것으로 일식과 월식의 원리를 각각 그려보도록 하였으며, 그 그림을 토대로 개기식과부분식의 차이를 설명하도록 하였다. 이때 그림이나설명이 명료하지 않을 경우, 다음과 같은 탐침 질문 (probing question)을 추가로 제시하였다: (1) 이 그림에서 ~부분이 의미하는 것이 무엇인가? (2) 설명한내용 중 书분이 구체적으로 어떻게 개기식(부분식) 과 연관되는가?
- 먼저, 정신 모형의 상황 의존성 (context sensitivity) 을 확인하기 위해 서로 다른 두 개의 상황(context)에서 식 현상에 대한 심층 면담을 실시하였다. Fig.
- 셋째, 정신 모형의 상황의존성을 확인하였다. 본연구에 참여한 예비 교사들의 정신 모형이 상황에따라 안정적이지 않고 달라지는 것으로 나타났다.
- 심층 면담의 전 과정은 녹음하였으며, 이를 전사 (transcription)한 후 식 현상과 관련된 다양한 국면들과 각 국면들 속에 포함되어 있는 현상론적 초안들을 분석하였다.
- 이를 위해 서로 다른 두 개의 상황에서 심층 면담을 통해 현상론적 초안과 국면을 분석하였다. 연구 결과 다음과 같은 결론에 도달할 수 있었다.
- 이기영(2006)이 국면 분석을 통해 조석 현상에 대한 정신 모형을 밝힌 연구를 제외하면 국면과현상론적 초안을 동시에 분석하여 특정 개념에 대한정신 모형을 심층적으로 규명한 연구 또한 국내에서는 이루어진 것이 없다. 이에 본 연구에서는 보다 심층적인 정신 모형 분석을 위해서 지구과학 개념 속에 내재된 다중 국면과 현상론적 초안을 분석할 필요가 있다고 판단하였으며, 다중 국면을 가진 통합개념으로 식 현상을 선정하였다.
- 지구과학에서는 현재 특정 영역에서 가르쳐지고 있는 모형이나 개념이라 할지라도 다중적인 지식과 개념이 필요한 사례가 많은데, 본 연구에서는 식현상을 그 예 중 하나로 보고 정신 모형을 탐색하는과정에서 식 개념에 대한 다중 국면을 분석하였다. 그 결과, 식 현상을 학생들이 제대로 이해하기 위해서는 광학, 기하, 천체의 운동 개념이 요구되며, 광학에서는 반그림자와 본그림자의 생성 원리라는 국면이, 기하학에서는 천체의 거리와 크기에 따른 척도 (scale)의 원리라는 국면이 혼성되어 (compounding) 있음을 알 수 있었다.
- 연구 결과 다음과 같은 결론에 도달할 수 있었다. 첫째, 지구과학 개념에 대한 다중 국면의 존재를확인하였다. 정신 모형을 규명하는 과정에서 여러 수준의 국면들이 드러났으며, 예비 교사들이 이런 개념에 대한 올바른 이해에 도달하기 위해서는 다중 국면들에 대한 분석이 필수적이라는 것을 알 수 있었다.
대상 데이터
- 본 연구에는 중등 예비 교사 30명과 초등 예비 교사 36명이 참여 하였다(Table 1). 중등의 경우는 강원도 춘천시에 소재한 국립 사범대학 과학교육학부에서지구과학 교육을 전공하고 있는 2, 3, 4학년 학생들을대상으로 하였으며, 초등의 경우는 동일 지역의 교육대학 과학교육과 4학년 학생들을 대상으로 하였다.
- 본 연구에는 중등 예비 교사 30명과 초등 예비 교사 36명이 참여 하였다(Table 1). 중등의 경우는 강원도 춘천시에 소재한 국립 사범대학 과학교육학부에서지구과학 교육을 전공하고 있는 2, 3, 4학년 학생들을대상으로 하였으며, 초등의 경우는 동일 지역의 교육대학 과학교육과 4학년 학생들을 대상으로 하였다.
성능/효과
- 전략적 국면은 '달(지구)의 그림자가 지구(달)에 드리워질 수 있다(F2)., 와 , 개기일식은 달의 본영에 이해 가려지는 지구 표면에서 관측 가능하며, 개기월식은 달이 지구 본영에 완전히 들어갈 때 일어날 수 있다(F3)., 인 것으로 나타났다.
- 식 현상에 대해 예비 교사들은 4개의 서로 다른 정신 모형을 가지는 것으로 분석되었으며, 중등 예비 교사와 초등 예비 교사 간 정신모형의 차이가 매우 큰 것으로 나타났다. 규명된 4개의 정신 모형은 공전궤도면 모형, 그림자 모형, 차폐모형, 그리고 혼성 모형이었다.
- 지구과학에서는 현재 특정 영역에서 가르쳐지고 있는 모형이나 개념이라 할지라도 다중적인 지식과 개념이 필요한 사례가 많은데, 본 연구에서는 식현상을 그 예 중 하나로 보고 정신 모형을 탐색하는과정에서 식 개념에 대한 다중 국면을 분석하였다. 그 결과, 식 현상을 학생들이 제대로 이해하기 위해서는 광학, 기하, 천체의 운동 개념이 요구되며, 광학에서는 반그림자와 본그림자의 생성 원리라는 국면이, 기하학에서는 천체의 거리와 크기에 따른 척도 (scale)의 원리라는 국면이 혼성되어 (compounding) 있음을 알 수 있었다. 더 근본적으로 반그림자와 본그림자를 이해하기 위해서는 광학 개념 중에서 광원과물체의 관계에 따른 그림자 생성에 대한 이해가 선행되어야 한다.
- 둘째, 정신 모형의 수준을 결정하는 것은 국면의수준이며, 국면의 수준을 결정하는 것은 현상론적 초안임을 알 수 있었다. 식 현상에 대한 국면 분석 결과, 규명된 정신 모형 간 내용-특정적 국면에서는 차이가 나지 않았으나 전략적 국면에서는 상당한 차이가 있었다.
- 이런 전략적 국면들의 조합이 결국 정신모형의 유형을 결정하며, 각 전략적 국면들의 수준은그 속에 내재된 현상론적 초안들에 의해 달라지는것으로 분석되었다. 또한 혼성 모형의 존재로 특정개념에 대해 하나의 정신 모형이 아닌 다수의 모형을 동시에 사용하는 것을 알 수 있었다.
- 본연구에 참여한 예비 교사들의 정신 모형이 상황에따라 안정적이지 않고 달라지는 것으로 나타났다. 그러므로 보다 명확한 정신 모형의 규명을 위해서는하나의 상황이 아닌 다수의 상황이 필요할 것으로판단되며, 방법적인 면에서도 설문이나 그리기에 그칠 것이 아니라 추가적인 심층 면담이 병행되어야할 것이다.
- 모형의 일치도를 분석한 것이다. 분석 결과는 주어지는 상황에 따라 학생들의 응답이 다를 수 있으며, 정신 모형이 상황에 무관하게 안정적인 것이 아니라 상황에 따라 달라짐을 보여주고 있다. 예를 들면, 중등 예비 교사의 경우, 상황 1의 두 개의 물음에 정확한 답을 하였더라도(OQ) 상황 2에서는 과학적으로 옳은 그림자 모형뿐만 아니라 불완전하거나결함이 있는 공전궤도면 모형과 차폐 모형도 나타나고 있다.
- 셋째, 국면 분석을 통한 정신 모형의 규명은 예비과학 교사들의 학교 교과로서의 SMK를 향상시켜줌으로써 궁극적으로 주제-특정적(topic-specific) PCK 향상에 도움이 될 수 있을 것이다. 또한 사범대학의교사 양성 교육과정에서 교과내용학과 교과교육학을통합하여 강좌를 개설하는 것에 대한 근거가 될 수있을 것이다.
- 분석한 것이다. 식 현상에 대해 예비 교사들은 4개의 서로 다른 정신 모형을 가지는 것으로 분석되었으며, 중등 예비 교사와 초등 예비 교사 간 정신모형의 차이가 매우 큰 것으로 나타났다. 규명된 4개의 정신 모형은 공전궤도면 모형, 그림자 모형, 차폐모형, 그리고 혼성 모형이었다.
- 이와 같은 결과는 그리기에서는 잘드러나지 않았으며 심층 면담을 통해 보다 구체적으로 드러났다. 이를 통해 정신 모형의 분석에서 그림만 그리게 하여 분석하는 방법은 정확하지 않으며심층 면담이 병행되어야 함을 알 수 있었다.
- 중등 예비 교사의 경우는 지구과학을 전공하는 학생들임에도 불구하고 과학적으로 옳은 모형의 비율이 34%(그림자 모형 17%+그림자 모형과 공전궤도면 혼성 모형 17%)밖에 되지 않았으며, 결함이 있는 차폐모형은 18% 정도인 것으로 나타났다. 또한 혼성 모형이 25%로 공전궤도면 모형 다음으로 많은 비율을차지하였다.
- 모형의 일치도를 분석한 것이다. 중등과 초등모두 70% 안팎의 예비 교사들이 정신 모형이 완전히 일치하는 것으로 나타났으나, 나머지 30% 정도는완전히 불일치하거나 부분적으로 일치하는 것으로 나타나 일식과 월식 간의 정신 모형이 차이가 있는 것으로 분석되었다. 이와 같은 결과는 그리기에서는 잘드러나지 않았으며 심층 면담을 통해 보다 구체적으로 드러났다.
후속연구
- 본연구에 참여한 예비 교사들의 정신 모형이 상황에따라 안정적이지 않고 달라지는 것으로 나타났다. 그러므로 보다 명확한 정신 모형의 규명을 위해서는하나의 상황이 아닌 다수의 상황이 필요할 것으로판단되며, 방법적인 면에서도 설문이나 그리기에 그칠 것이 아니라 추가적인 심층 면담이 병행되어야할 것이다. 특히, 일식과 월식에서 사용하는 정신 모형이 서로 다르게 나타나는 것은 이러한 상황의존성의 원인에 대한 추가적인 연구가 필요함을 말해준다.
- 것이다. 둘째, 적절하고 효과적인 개념 변화를 위한 통합적교수의 필요성을 제안한다. 식 현상을 이해하는데 지구과학적 측면으로만 접근하는 것은 효과적이지 못하며, 연구 결과로 규명된 광학이나 기하학 등과 같은다중 국면을 통합하여 교수하는 것이 바람직할 것이다.
- 도움이 될 수 있을 것이다. 또한 사범대학의교사 양성 교육과정에서 교과내용학과 교과교육학을통합하여 강좌를 개설하는 것에 대한 근거가 될 수있을 것이다.
- 일반천문학 수준 이상의 학습을 한 중등 예비교사의 상당수가 과학적으로 불완전하거나 결함이 있는정신 모형을 가진 원인을 탐색하기 위해서는 정신모형을 구성하는 다양한 국면들과 그 국면들의 원천 (sources)으로 생각되는 현상론적 초안을 분석해보아야 할 것이다. 다음은 참여 예비 교사들로부터 규명된 각 정신 모형의 국면과 현상론적 초안을 분석틀에 적용한 결과이다.
- 첫째, 본 연구에서 규명된 국면과 현상론적 초안들은 보다 효과적으로 학생들의 이해를 돕는 교육과정자료(curriculum materials) 개발에 활용 가능할 것이다. 둘째, 적절하고 효과적인 개념 변화를 위한 통합적교수의 필요성을 제안한다.
- 그러므로 보다 명확한 정신 모형의 규명을 위해서는하나의 상황이 아닌 다수의 상황이 필요할 것으로판단되며, 방법적인 면에서도 설문이나 그리기에 그칠 것이 아니라 추가적인 심층 면담이 병행되어야할 것이다. 특히, 일식과 월식에서 사용하는 정신 모형이 서로 다르게 나타나는 것은 이러한 상황의존성의 원인에 대한 추가적인 연구가 필요함을 말해준다. 위와 같은 결론으로부터 다음과 같은 몇 가지 함의를 도줄하였다.
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