2007개정 과학과 교육과정에 따른 중학교 1학년 과학 교과서 11종을 대상으로, '물질 영역'에 속하는 '물질의 세 가지 상태', '분자의 운동', '상태변화와 에너지'라는 세 단원에 제시된 모형의 유형 및 특성을 조사하고 과학적 모형 분석틀을 개발하였다. 연구를 통해 개발되어진 과학적 모형 분석틀은 표상 양식과 표상의 속성으로 나누어져있으며, 표상 양식은 활동 모형, 비유적 모형, 상징적 모형, 이론적 모형으로 분류하고, 표상의 속성은 정적 모형과 동적모형으로 분류하였다. 개발되어진 과학적 모형 분석틀을 가지고 교과서에서 사용되고 있는 모형의 유형과 빈도수를 분석하였다. 연구 결과, 표상 양식에서는 활동 모형과 비유적 모형이 가장 많이 사용되었고, 표상의 속성에서는 동적 모형이 많이 사용되고 있었다. 물질 영역에서는 입자 개념을 다루며 학생들이 일상생활에서 접하는 거시적인 현상들을 분자의 배열이나 운동과 같은 미시적 관점으로 이해하는 것을 목표로 하고 있다. 이 연구의 결과는 현 교과서들에 나타난 과학적 모형 사용의 제한점과 바람직한 방향을 모색하게 할 뿐 아니라, 앞으로 집필되어질 교과서와 수업을 구성하는데 유용한 정보를 제공해 줄 것이다.
2007개정 과학과 교육과정에 따른 중학교 1학년 과학 교과서 11종을 대상으로, '물질 영역'에 속하는 '물질의 세 가지 상태', '분자의 운동', '상태변화와 에너지'라는 세 단원에 제시된 모형의 유형 및 특성을 조사하고 과학적 모형 분석틀을 개발하였다. 연구를 통해 개발되어진 과학적 모형 분석틀은 표상 양식과 표상의 속성으로 나누어져있으며, 표상 양식은 활동 모형, 비유적 모형, 상징적 모형, 이론적 모형으로 분류하고, 표상의 속성은 정적 모형과 동적모형으로 분류하였다. 개발되어진 과학적 모형 분석틀을 가지고 교과서에서 사용되고 있는 모형의 유형과 빈도수를 분석하였다. 연구 결과, 표상 양식에서는 활동 모형과 비유적 모형이 가장 많이 사용되었고, 표상의 속성에서는 동적 모형이 많이 사용되고 있었다. 물질 영역에서는 입자 개념을 다루며 학생들이 일상생활에서 접하는 거시적인 현상들을 분자의 배열이나 운동과 같은 미시적 관점으로 이해하는 것을 목표로 하고 있다. 이 연구의 결과는 현 교과서들에 나타난 과학적 모형 사용의 제한점과 바람직한 방향을 모색하게 할 뿐 아니라, 앞으로 집필되어질 교과서와 수업을 구성하는데 유용한 정보를 제공해 줄 것이다.
The purpose of the study was to classify scientific models in the seventh grade science textbooks of the 2007 revised science curriculum. The three chapters of 'three states of material', 'motion of molecule', and 'change of state and energy' were investigated. There were two types of the scientific...
The purpose of the study was to classify scientific models in the seventh grade science textbooks of the 2007 revised science curriculum. The three chapters of 'three states of material', 'motion of molecule', and 'change of state and energy' were investigated. There were two types of the scientific model as 'mode of representation' and 'attribute of representation'. The mode of representation was composed of 'action model', 'analogical model', 'symbolic model', and 'theoretical model' and the attribute of representation was composed of 'static model' and 'dynamic model'. The results showed that the action model and the analogical model were used primarily in mode of representation. The dynamic model were widely used in attribute of representation. Area of matters dealt with conception of molecules and aimed for students to understand the arrangement and movement of molecule microscopically about macroscopic state in a daily life. Tis study could help to recognize the limitations of scientific models on current textbooks and offer more useful information in planning lessons and organizing textbooks for the future.
The purpose of the study was to classify scientific models in the seventh grade science textbooks of the 2007 revised science curriculum. The three chapters of 'three states of material', 'motion of molecule', and 'change of state and energy' were investigated. There were two types of the scientific model as 'mode of representation' and 'attribute of representation'. The mode of representation was composed of 'action model', 'analogical model', 'symbolic model', and 'theoretical model' and the attribute of representation was composed of 'static model' and 'dynamic model'. The results showed that the action model and the analogical model were used primarily in mode of representation. The dynamic model were widely used in attribute of representation. Area of matters dealt with conception of molecules and aimed for students to understand the arrangement and movement of molecule microscopically about macroscopic state in a daily life. Tis study could help to recognize the limitations of scientific models on current textbooks and offer more useful information in planning lessons and organizing textbooks for the future.
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문제 정의
각 주제들에 대한 학생들의 개념 이해를 돕기 위해서는 눈에 보이지 않는 분자의 움직임을 가시화하는 유용한 도구 중 하나인 모형을 이용한다. 따라서 과학 교과서에 제시된 모형들의 표상 양식과 속성을 분석하고, 각 모형이 해당하는 개념의 이해를 도울 수 있도록 제시되었는지 그 특성을 알아보았다
따라서 본 연구에서는 중학교 1학년 과학 교과서의 내용 중 물질 영역에 제시된 모형들의 범주를 구분하고, 각각의 전체 빈도수를 조사하고 분석하였다. 연구의 결과는 물질 영역의 교과서 집필이나 수업을 계획함에 있어서 다양한 모형의 유형을 고려하는데 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 문헌연구와 교과서 분석을 통하여 물질영역에 적합한 분석틀을 제안하였다.
본 연구에서는 우리나라 중학교 1학년 과학 교과서 물질 영역에 제시되는 과학적 모형을 조사하여 유형별로 정의하고 분석함으로써 교과서 개발 및 과학교수학습에 대한 기초 자료로 제공하고자 하였다. 본 연구의 결과를 종합하여 내린 결론은 다음과 같다.
중학교 1학년 과학 중 물질 영역의 ‘물질의 세 가지 상태’, ‘분자의 운동’, ‘상태변화와 에너지’ 단원은 물질의 입자적 개념이 처음 도입되는 단계로, 학생들이 일상생활에서 접하는 거시적인 현상들을 입자의 배열이나 운동과 같은 미시적 관점에서 이해하는 것을 목표로 한다.
가설 설정
셋째, 상징적, 이론적 모형은 학생들에게 두 변인의 관계를 학습하는데 도움이 될 것이다. 그러나 다른 모형에 비교하여 상대적으로 적은 내용이 포함된 이론적 모형은 학생들에게 사고 확장의 기회를 제한할 것이라 사료된다.
제안 방법
46-48 교과서 A의 경우 ‘물질의 세 가지 상태’ 단원에서 상태에 따른 분자 배열을 활동모형인 실험을 제시한 후, 분자를 공에 비유한 비유모형을 사용하여 분자의 움직임을 이해할 수 있도록 제시하였다(Table 4).
과학적 모형의 분석틀 개발: 중학교 1학년 과학 교과서의 물질 내용을 분석하여 모형의 유형을 분류하고 그것을 가지고 적용 연구 방법으로 진행되었다.
넷째, 과학적 모형의 유형별 빈도와 그에 대한 논의, 시사점을 논의하였다.
둘째, 과학교육 전문가 3명과 대학원생 3명의 검토를 통해 분석틀을 수정보완하였다.
둘째, 모형 분석틀에 대한 과학교육 연구가 및 교사들의 검토 결과에 기초하여, 모형 분석틀이 수정되고 보완되었다.
셋째, 수정보완되어진 분석틀을 3명의 연구자가 독립적으로 각각의 교과서를 분석한 다음, 서로 불일치한 경우에는 여러 차례의 논의를 거쳐 조정하여 분석의 일관성을 유지하도록 하였다. 또한, 교과서에 사용되는 모형을 분석할 때 일상생활의 모습으로 현상을 설명하는 삽화나 글을 제외하고 분류하였다.
첫째, 모형에 대한 기존 연구들을 바탕으로 물질 영역에 맞도록 과학적 모형의 분석틀을 개발하였다. 모형의 분류 기준을 표상 양식과 표상의 속성으로 두고 구별하였다. 표상 양식은 활동 모형, 비유적 모형, 상징적 모형, 이론적 모형으로 구분하였고, 표상의 속성은 정적 모형과 동적 모형으로 구분하였다.
문헌연구: 과학 교과서 물질 영역의 과학적 모형 유형분석은 모형과 관련된 이론 연구의 결과에 근거하여 분석틀을 개발하였다.
표상 양식은 활동 모형, 비유적 모형, 상징적 모형, 이론적 모형으로 구분하였고, 표상의 속성은 정적 모형과 동적 모형으로 구분하였다. 물질 영역에 맞게 개발되어진 과학적 모형의 분석틀을 사용하여 중학교 1학년 과학교과서 물질영역에 있는 모형의 유형과 빈도수를 분석하였다.
셋째, 과학의 물질 분야에 제시된 모형들을 모형 분석틀에 따라 유형별 빈도를 조사하고 분석하였다.
셋째, 몸짓 모형을 활동 모형으로 수정하였다. 생물 영역에서는 심장의 박동수 조절, 깃발을 이용한 호르몬 전달, 자극에 대한 반응 실험 등 몸이나 몸의 일부를 움직여 대상의 변화, 과정을 표현할 수 있다.
셋째, 수정보완되어진 분석틀을 3명의 연구자가 독립적으로 각각의 교과서를 분석한 다음, 서로 불일치한 경우에는 여러 차례의 논의를 거쳐 조정하여 분석의 일관성을 유지하도록 하였다. 또한, 교과서에 사용되는 모형을 분석할 때 일상생활의 모습으로 현상을 설명하는 삽화나 글을 제외하고 분류하였다.
첫째, 과학 교과서에 제시된 과학적 모형들을 조사하고 비교분석하여 물질영역에 적합한 모형 유형 및 특성을 정리하여, 분석틀을 개발하였다.
첫째, 모형 관련 문헌조사 및 선행 연구에 제시된 과학적 모형 유형과 과학 교과서의 과학적 모형들을 조사하고 비교분석하여, 모형 분석틀을 구성하였다.
첫째, 모형에 대한 기존 연구들을 바탕으로 물질 영역에 맞도록 과학적 모형의 분석틀을 개발하였다. 모형의 분류 기준을 표상 양식과 표상의 속성으로 두고 구별하였다.
모형의 분류 기준을 표상 양식과 표상의 속성으로 두고 구별하였다. 표상 양식은 활동 모형, 비유적 모형, 상징적 모형, 이론적 모형으로 구분하였고, 표상의 속성은 정적 모형과 동적 모형으로 구분하였다. 물질 영역에 맞게 개발되어진 과학적 모형의 분석틀을 사용하여 중학교 1학년 과학교과서 물질영역에 있는 모형의 유형과 빈도수를 분석하였다.
그래서 김미영·김희백36의 과학적 모형 분석틀에서 몸짓 모형으로 사용되는 것을 물질 영역에서는 둘 이상의 변인들의 관계를 보이기 위하여 특정한 변인을 조작하면서 다른 변인의 변화를 관찰할 수 있도록 활동하는 것으로 정의하고 이를 활동 모형으로 수정하였다. 활동 모형은 교과서에 제시된 실험들을 과학 탐구의 기초 탐구 기능 중 관찰과 측정을 기준으로 분석하였다.
대상 데이터
본 연구는 교과서에 제시되어 있는 과학적 모형의 유형을 조사하기 위하여 2007 개정 과학과 교육과정에 따른 중학교 1학년의 과학 교과서 11종(A~K)을 연구대상으로 하였다[Table 1]. 총 19종의 교과서 중 중학교 2학년 과학교과서의 검정을 통과한 11종의 교과서를 대상으로 하였다.
지구과학 영역에서는 물리나 화학과 같은 다른 영역과 비교하여 직접적인 경험이 어렵고 통제된 실험이 불가능한 자연 현상을 연구 대상으로 한다. 각 현상들이 복잡하게 상호작용하여 역동적이며 시스템적인 특징을 나타내므로, 모형을 이용하여 개념을 설명하는 것이 효과적이다.
본 연구는 교과서에 제시되어 있는 과학적 모형의 유형을 조사하기 위하여 2007 개정 과학과 교육과정에 따른 중학교 1학년의 과학 교과서 11종(A~K)을 연구대상으로 하였다[Table 1]. 총 19종의 교과서 중 중학교 2학년 과학교과서의 검정을 통과한 11종의 교과서를 대상으로 하였다.
이론/모형
이 세 단원은 화학의 여러 개념을 이해하는데 필수적인 물질의 입자 개념이 처음 도입되는 단계로, 학생들이 일상생활에서 접하는 거시적인 현상들을 분자의 배열이나 운동과 같은 미시적 관점에서 이해하는 것을 목표로 한다. 각 주제들에 대한 학생들의 개념 이해를 돕기 위해서는 눈에 보이지 않는 분자의 움직임을 가시화하는 유용한 도구 중 하나인 모형을 이용한다. 따라서 과학 교과서에 제시된 모형들의 표상 양식과 속성을 분석하고, 각 모형이 해당하는 개념의 이해를 도울 수 있도록 제시되었는지 그 특성을 알아보았다
성능/효과
Table 2에 의하면, 교과서 별 사용되어지는 표상 양식모형을 분석한 결과로 대부분의 교과서에서 비유 모형(156개, 37.2%)과 활동 모형(152개, 36.3%)을 많이 사용하고 있었으며, 그 다음으로는 상징적 모형(83개, 19.8%), 이론적 모형(28개, 6.7%) 순으로 나타났다.
교과서 별 표상 속성을 분석한 결과 동적 모형(272개, 64.9%)이 정적 모형(147개, 35.1%)에 비해 더 높은 빈도를 차지하고 있음을 볼 수 있었다. 평면적인 것만 제시할 수 있는 교과서의 한계점을 볼 때 정적인 모형이 많이 제시되고 있어야 하지만, 세 단원에서는 분자의 운동이나 배열을 다루고 있기 때문에 학생들이 쉽게 이해할 수 있도록 움직임을 표현할 수 있는 동적 모형 많이 사용되고 있었다.
둘째, 각각의 교과서에서 활동 모형이 많이 사용되고 있었다. 실험은 과학 법칙과 이론을 ‘시각화’함으로써 과학에 대한 학생의 이해를 향상시키고 개념 발달을 증진시키며, 학생들이 ‘이론’을 예시 또는 증명하거나 확증할 수 있다.
둘째, 교과서 별로 제시된 모형의 유형과 빈도수를 분석한 결과 활동 모형과 비유 모형 가장 많이 사용되는 것을 볼 수 있었다. 교과서라는 매체의 특성이 상징적 모형을 표상하기에 용이한 측면이 있지만, 물질 영역에서는 비유적 모형과 활동 모형을 많이 사용하고 있었다.
셋째, 교과서 별 표상의 속성 빈도를 분석한 결과, 정적모형에 비해 동적 모형이 많이 사용되는 것을 볼 수 있었다. 교과서라는 매체의 특성상 동적 모형을 제시하는 것이 어렵지만, 물질 영역의 입자라는 개념을 설명하기 위해서는 움직임을 표현 할 수 있는 동적 모형을 사용하는 것이 효과적이다.
실험은 과학 법칙과 이론을 ‘시각화’함으로써 과학에 대한 학생의 이해를 향상시키고 개념 발달을 증진시키며, 학생들이 ‘이론’을 예시 또는 증명하거나 확증할 수 있다.
첫째, 물질 영역에서는 비유적 모형과 활동 모형을 많이 사용하고 있었다. 비유 모형의 사용은 학습자가 새로운 정보들을 구조화하여 인지구조를 변형시키도록 도와줌으로써 학습의 효율을 높이므로, 교육적 활용이 강조되고 있다.
후속연구
교과서라는 매체의 특성상 동적 모형을 제시하는 것이 어렵지만, 물질 영역의 입자라는 개념을 설명하기 위해서는 움직임을 표현 할 수 있는 동적 모형을 사용하는 것이 효과적이다. 여러 가지 동적 모형 중 학생들이 효과적으로 입자의 개념을 습득할 수 있는 것을 조사하고 수정보완의 작업을 거쳐 학생들의 이해를 돕는 모형이 교과서에 제시될 수 있도록 자료를 제공할 것이다.
따라서 본 연구에서는 중학교 1학년 과학 교과서의 내용 중 물질 영역에 제시된 모형들의 범주를 구분하고, 각각의 전체 빈도수를 조사하고 분석하였다. 연구의 결과는 물질 영역의 교과서 집필이나 수업을 계획함에 있어서 다양한 모형의 유형을 고려하는데 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.
학생들에게 추상적인 개념을 친숙하고 가시적인 비유와 활동을 이용하여 학습을 진행하고자 하는 것은 바람직한 접근이라 사료된다. 학생들이 다양한 유형의 표상을 이용하고 직접 모형을 구성하고, 그에 대한 실질적인 학습 효과를 조사하는 것과 같은 모형 유형별로 적합한 교수 전략에 대한 연구 또한 필요할 것이다.12,16
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과학 연구에서 활용되는 모형의 역할은?
모형은 ‘과학의 주요 산출품의 하나’ 임과 동시에 ‘과학 방법론에서 주요한 요소’ 이므로, ‘과학 교육의 주요한 학습(교수)도구’이다.1 과학 연구에서 활용되는 모형은 구체적인 현상과 추상적인 개념을 연결짓는 다리와도 같은 역할을 하는 것으로, 이러한 모형을 학교의 수업에 이용하면 학생들이 과학에서 다루는 현상과 이론들을 연계지어 개념을 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 모형은 과학 수업의 중요한 요소이다.
표상 양식은 어떤 모형으로 분류 가능한가?
2007개정 과학과 교육과정에 따른 중학교 1학년 과학 교과서 11종을 대상으로, '물질 영역'에 속하는 '물질의 세 가지 상태', '분자의 운동', '상태변화와 에너지'라는 세 단원에 제시된 모형의 유형 및 특성을 조사하고 과학적 모형 분석틀을 개발하였다. 연구를 통해 개발되어진 과학적 모형 분석틀은 표상 양식과 표상의 속성으로 나누어져있으며, 표상 양식은 활동 모형, 비유적 모형, 상징적 모형, 이론적 모형으로 분류하고, 표상의 속성은 정적 모형과 동적모형으로 분류하였다. 개발되어진 과학적 모형 분석틀을 가지고 교과서에서 사용되고 있는 모형의 유형과 빈도수를 분석하였다.
과학적 현상이나 과정을 설명하는데 모형을 사용하는 것이 유용한 이유는?
과학적 현상들은 학생들이 실생활에서 직접적으로 경험하기 어렵거나, 교실에서의 통제된 실험을 수행하기가 불가능한 경우가 많다. 이런 현상이나 과정을 설명하는데 모형을 사용하는 것이 유용하며, 또한 모형을 사용하면 학생들의 과학 학습에 대한 흥미를 유발하고 학습의 효과를 향상시킬 수 있다.
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