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Analysis of Changes in Elementary Students' Mental Models about the Causes of the Seasonal Change

계절 변화의 원인에 관한 초등학생의 멘탈 모델 변화 과정 분석

  • Received : 2013.03.27
  • Accepted : 2013.07.23
  • Published : 2013.08.30
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Abstract

The purpose of this study was to identify changes in mental models of students in the elementary school about causes of seasonal changes. During a total of eight sessions, eight sixth graders were asked to describe the causes of seasonal changes through pictures, writing and thinking aloud by using microgenetic research methods, and the changes in mental models were examined. When the research was conducted, linguistic and behavioral factors and contents of interviews of participants were recorded on video. Moreover, a variety of materials such as field observation chart were written by a researcher and mental models records were written by a student. The protocol was written by integration of collected results, and it was repeated to read and was inductively categorized. The results of this study were as follows: First, participants' mental models about causes of seasonal changes were changed in various paths within and across sessions. Participants' mental models that had been more changed in various ways were closer to the scientific model. In addition, like rotation and revolution, students who correctly established the preconceptions related to seasonal changes formed the mental models consistent with scientific concept based on new information. On the other hand, students who did not correctly establish the preconceptions did not deviate from non-scientific mental models. Second, prior knowledge, experience and information which participants held in advance, accuracy of prior knowledge, resolution of inconsistency between new knowledge and existing mental models, activation of mental models through operation of models and drawing an picture affected the changes of mental models. Teachers should provide to learners with sufficient experience which can be configured to various mental models in order to form the scientific concepts. And they need to let learners feel the doubt and resolve it through presentation of new teaching material which is inconsistent with the existing mental models.

이 연구의 목적은 계절 변화의 원인에 대한 초등학생의 멘탈 모델의 변화 과정을 파악하는 것이다. 미시 발생적 연구 방법을 사용하여 총 8회기 동안 초등학교 6학년생 8명에게 계절 변화의 원인을 그림과 글, 사고 발성을 통해 설명하게 함으로써 멘탈 모델의 변화를 파악하였다. 연구 진행 시 연구 참여자의 언어적, 행동적 요소 및 면담 내용을 모두 비디오 녹화하였으며, 연구자의 현장 관찰 기록지와 학생이 작성한 멘탈 모델 기록지 등 다각적 자료를 함께 수집하였다. 수집한 결과를 통합하여 프로토콜을 작성하고, 이를 반복적으로 읽으며 귀납적으로 범주화하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 계절 변화의 원인에 대한 학습자의 멘탈 모델은 회기 내 및 회기 간에 걸쳐 개인마다 다양한 경로로 변화하였으며, 다양한 변화를 일으킨 학습자의 멘탈 모델이 과학적 모델에 더 근접하였다. 또한 자전이나 공전처럼, 계절의 변화와 관련된 선행 지식이 바르게 정착된 학생들은 새로운 정보에 기초하여 과학적 개념과 일치하는 멘탈 모델을 형성하였다. 반면에, 선행 지식이 바르게 정착되지 않은 경우에는 변형된 멘탈 모델에서 벗어나지 못하였다. 둘째, 멘탈 모델이 변화하는 데에는 학습자의 선행지식과 경험 및 정보, 선행 지식의 정확성, 새로운 지식과 기존 멘탈 모델 사이의 불일치 해결, 모형 조작을 통한 멘탈 모델 활성화, 그림으로 그려보기와 같은 요인들이 영향을 미쳤다. 교사는 학습자의 과학적 개념 형성을 위하여 그들에게 다양한 멘탈 모델을 구성할 수 있는 경험을 충분히 제공하고, 기존 멘탈 모델과 불일치하는 새로운 수업자료 제시를 통해 학습자가 의문을 느끼게 하고, 이를 해결하도록 할 필요가 있다.

Keywords

References

  1. 강훈식, 김보경, 노태희(2005). 물질의 입자적 성질에 대한 다중 표상 학습에서 외적 표상들 간의 연계와 통합을 촉진시키는 방안으로서의 그리기와 쓰기. 한국과학교육학회지, 25(4), 533-540.
  2. 권난주, 권재술(2004). 인지갈등 전략을 이용한 과학 개념변화에서 학습자 특성의 효과. 한국과학교육학회지,24(2), 216-225.
  3. 김범기, 이항로, 김기정(1996). 천문 개념 성취도와 공간 능력과의 상관관계에 관한 연구. 한국초등과학교육학회지, 15(2), 315-325.
  4. 김찬종, 이조옥(1995). 달의 위상 변화와 빛에 대한 중등학교 학생들의 개념 사이의 관계. 한국지구과학회지, 17(1), 8-21.
  5. 나진호, 정미영, 경재복(2005). 인지갈등 수업전략을 통한 초등학생들의 지층에 관한 개념. 한국지구과학회지, 26(8), 777-789.
  6. 명전옥(2001). 예비교사들이 지구과학 문제 해결 실패요인: 달과 행성의 운동을 중심으로. 한국지구과학회지,22(5), 339-349.
  7. 변재성, 정재구, 문병찬, 정진우(2004). 지구와 달의 운동에 대한 고등학생들의 생각. 한국지구과학회지,25(7), 519-531.
  8. 성나해, 최승언(2008). 달의 위상 변화에 관한 교과서의 지식 통합 과정 및 학생 정신 모델의 비교 연구. 한국지구과학회지, 29(2), 163-174.
  9. 송현순(2001). 초등학생의 실과 문제해결 전략에 대한 미시발생학적 분석. 실과교육연구, 7(1), 129-146.
  10. 심기창, 김희수, 정정인(2004). 인지갈등 수업모형을 적용한 중학생의 달의 운동 개념 변화. 한국지구과학회지, 25(5). 348-363.
  11. 이호, 조현준, 이효녕(2007). 달 크레이터 생성에 대한 대학생들의 정신모형 분석. 한국지구과학회지, 28(6), 653-670.
  12. 임청환, 정진우(1993). 국민학교 자연과 천문분야 내용 분석과 문제점. 한국과학교육학회지, 13(2), 247-256.
  13. 장명덕, 정철, 정진우(2001). 계절 변화에 대한 초등학생의 선개념과 개념 변화 양상. 한국지구과학회지, 22(4),268-277.
  14. 정구송(2007). 지구 내부에 대한 고등학교 학생들의 정신모형 탐색. 한국지구과학회지, 28(6), 643-652.
  15. 채동현(2011). 계절 변화의 원인에 대한 초등학교 6학년 학생들의 선개념 조사. 초등과학교육학회지, 30(2), 204-212.
  16. 최현동(2011). 대학생이 과학 관련 과제에서 사용한 분류 전략의 미시발생적 분석. 대한지구과학교육학회지, 4(2), 151-165.
  17. Chi, M. T., Slotta, J., & Leeuw, N. (1994). From things to processes: A theory of conceptual change for learning science concepts. Learning and Instruction, 4(1), 27-43. https://doi.org/10.1016/0959-4752(94)90017-5
  18. Chinn, C. A. (1997). A Microgenetic Study of Learning about The Molecular Theory of Matter and Chemical Reactions. Urbana-Champaign: University of Illinois doctoral dissertation.
  19. Coll, R. K., & Treagust, D. F. (2003). Investigation of secondary school, undergraduate, and graduate learners' Mental models of ionic bonding. Journal of Research in Science Teaching, 40(5), 464-486. https://doi.org/10.1002/tea.10085
  20. Diakidoy, I. N., & Kendeou, P. (2001). Facilitating conceptual change in astronomy: A comparison of the effectiveness of two instructional approaches. Learning and Instruction, 11(1), 1-20. https://doi.org/10.1016/S0959-4752(00)00011-6
  21. Dove, J. (1999). Exploring a hydrological concept through children's drawing. International Journal of Science Education, 21(5), 485-497. https://doi.org/10.1080/095006999290534
  22. Driver, R., Asoko, H., Leach, J., Mortimer, E., & Scott, P. (1994). Constructing scientific knowledge in the classroom. Educational Researcher, 23(7), 5-12. https://doi.org/10.3102/0013189X023002005
  23. Edens, K. M., & Potter, E. R. (2001). Promoting conceptual understanding through pictorial representation. Studies in Art Education, 42(3), 214-233. https://doi.org/10.2307/1321038
  24. Edens K. M., & Potter, E. (2003). Using Descriptive Drawing as a conceptual change strategy in elementary science. School Science and Mathematics, 103(3), 135-144. https://doi.org/10.1111/j.1949-8594.2003.tb18230.x
  25. Gilbert, S. W., & Ireton, S. W. (2003). Understanding models in earth and space science. NATA press. Arlington, VA, USA.
  26. Gobert, J. S., & Clement, J. (1999). Effects of studentgenerated diagrams versus student-generated summaries on conceptual understanding of causal and dynamic knowledge in plate tectonics, Journal of Research in Science Teaching, 36(1), 39-53. https://doi.org/10.1002/(SICI)1098-2736(199901)36:1<39::AID-TEA4>3.0.CO;2-I
  27. Gobert, J. D. (2000). A typology of models for plate tectonics: Inferential power and barriers to understanding. International Journal of Science Education, 22(9), 937-977. https://doi.org/10.1080/095006900416857
  28. Gobert, J. S., & Pallant, A. (2004). Fostering student's epistemologies of models via authentic model-based tasks. Journal of Science Education and Technology, 13(1), 7-22. https://doi.org/10.1023/B:JOST.0000019635.70068.6f
  29. Greca, I. M., & Moreira, M. A. (2000). Mental models, conceptual models, and modelling. International Journal of Science Education, 22(1), 1-11. https://doi.org/10.1080/095006900289976
  30. Greca, I. M., & Moreira, M. A. (2002). Mental, Physical, and Mathematical models in the teaching and learning of physics. Science Education, 86(1), 106-121. https://doi.org/10.1002/sce.10013
  31. Johnson-Laird, P. N. (1983). Mental Models: Towards a cognitive science of language, inference, and consciousness. Harvard University Press.
  32. Libarkin, J. C., Beifuss, M., & Kurdziel, J. P. (2003). Research methodologies in science education: Mental models and cognition in education. Journal of Geoscience Education, 51(1), 121-126.
  33. Linn, M. C., Davis, E. A., & Bell, P. (2004). Internet environments for science education. Lawrence Erlbaum Associates Mahwah, NJ, USA.
  34. Norman, D. (1983). Some observations on mental models. Mental models, New Jersey, Lawrence Erlbaum Associates, Inc.
  35. Rapp, D. N. (2005). Mental models: Theoretical issues for visualizations in science education. In J. K. Gilbert (Ed.), Visualization in Science Education. (pp. 43-60). Dordrecht, The Netherlands: Springer.
  36. Shepardson, D. P., Wee, B., Priddy, M., & Harbor, J. (2007). Students'mental models of the environment. Journal of Research in Science Teaching, 44(2), 327-348. https://doi.org/10.1002/tea.20161
  37. Siegler, R. S., & Chen, Z. (1998). Developmental differences in rule learning: A microgenetic analysis. Cognitive Psychology, 36(3), 273-310. https://doi.org/10.1006/cogp.1998.0686
  38. Siegler, R. S., & Crowley, K. (1991). The microgenetic method: A direct means for studying cognitive development. American Psychologist, 46(6), 606-620. https://doi.org/10.1037/0003-066X.46.6.606
  39. Snow, R. E. (1989). Toward assessment of cognitive and conative structures in learning. Educational Researcher, 18(9), 8-14. https://doi.org/10.2307/1176713
  40. Subramaniam, K., & Padalkar, S. (2009). Visualisation and reasoning in explaining the phases of the moon. International Journal of Science Education, 31(3), 395-417. https://doi.org/10.1080/09500690802595805
  41. Trafton, J. G., Trickett, S. B., & Mintz, F. (2005). Connecting internal and external representations: Spatial transformations of scientific visualizations. Foundations of Science, 10(1), 89-106. https://doi.org/10.1007/s10699-005-3007-4
  42. Vosniadou, S. (1992). Knowledge acquisition and conceptual change. Applied Psychology: An International Review, 41(4), 347-357. https://doi.org/10.1111/j.1464-0597.1992.tb00711.x
  43. Vosniadou, S. (1994). Conceptual change in the physical sciences. Learning and Instruction, 4(1), 1-121. https://doi.org/10.1016/0959-4752(94)90014-0
  44. Vosniadou, S. (2002). Mental Models in Conceptual Development. In Magnani, L., & Nersessian, N. (Eds.), Model-Based Reasoning: Science, Technology, Values, New York: Kluwer Academic Press.
  45. Vosniadou, S., & Brewer, W. F. (1994). Mental models of the day/night cycle. Cognitive Science, 18(1), 123-183. https://doi.org/10.1207/s15516709cog1801_4

Cited by

  1. Effects of Modeling-Based Science Inquiry Instruction on Elementary Students' Learning in the Unit of Seasonal Changes vol.35, pp.2, 2016, https://doi.org/10.15267/keses.2016.35.2.265
  2. A Proposal of Curriculum and Teaching Sequence for Seasonal Change by Exploring a Learning Progression vol.39, pp.3, 2018, https://doi.org/10.5467/JKESS.2018.39.3.260
  3. 과학교육에서 모델과 모델링 관련 국내 과학 교육 연구 동향 분석 vol.37, pp.4, 2013, https://doi.org/10.14697/jkase.2017.37.4.539
  4. 과학적 모형의 사회적 구성에서 스마트기기의 역할 모색 vol.37, pp.5, 2013, https://doi.org/10.14697/jkase.2017.37.5.813
  5. 초등학생의 계절 변화 개념 검사를 위한 도구 개발 vol.13, pp.1, 2013, https://doi.org/10.15523/jksese.2020.13.1.74