Abstract
In this study, we compared textbook knowledge organization with students' mental models to contribute to a more well-designed instruction scheme. The selected science content was the cause of moon phases. We investigated 9 textbooks and 25 third-year middle school students. Patterns and features in participants' mental models were identified through cross inter-rater data analysis by 9 researchers, including in service teachers and experts in science education. According to the results, observing and modeling are the main activities engaged in when dealing with moon phases. The activities consisted of such concepts as: lunar revolution, the sun's parallel rays, the illuminated half of moon, and the relative positions of the sun, moon, and earth. Each concept involved inquiry skills such as: creating and manipulating models, utilizing the relationship between time and space, and communicating. However, the most important skills which are required for authentic scientific inquiry, namely controlling variables and formulating hypotheses, were missing. We categorized students' mental models into three types: scientific models, mixed models, and alternative models. The knowledge structure of each of the models was also discussed in this paper. Consequently, it was found that, typically, students were not given enough opportunities to strengthen the connection among ideas.
본 연구의 목적은 달의 위상 변화 원인에 관한 교과서의 탐구활동과 학습자의 정신 모델을 비교하여 효과적인 교수 설계를 위한 시사점을 찾는 데 있다. 이를 위해 중학교 3학년 교과서 9종과 25명의 학생들을 조사하여 현직 교사를 포함한 9인의 과학교육 전문가들이 교차 분석하였다. 그 결과 탐구활동은 현상을 관측하고 공간 모델을 설정하여 검증하는 활동으로 이루어져 있었고 탐구활동에서 다루는 과학 개념은 달의 공전, 태양광선의 평행과 달의 반사면, 태양-지구-달의 위치관계, 지구에서 보는 달의 위상에 대한 개념이었다. 이 개념들은 모델 설정 및 조작, 시공간 관계의 사용, 추론, 의사소통 기능과 연결되어 있지만 과학자들의 실제 탐구에 필요한 중요 기능이 생략되어 있었다. 한편 학생들의 정신 모델은 과학적 모델, 혼재형 모델, 대안적 모델로 나누어 각 유형별로 논의하였다. 지식 통합의 관점에서는 교수 설계 시 다양한 탐구 경로를 통해 학습자의 선개념과 새로운 개념의 연결을 권장하고 있으나 이상의 결과는 개념 연결을 강화할 기회가 충분하게 제공되지 않음을 보여준다.
