DOI QR코드

DOI QR Code

An Interpretation of Modeling-based Elementary Science Lessons from a Perspective of Distributed Cognition

분산 인지의 관점에 따른 모델링 중심 초등 과학 수업의 해석

  • Received : 2016.12.17
  • Accepted : 2017.02.23
  • Published : 2017.02.28

Abstract

The purpose of this study was to interpret modeling-based elementary science lessons from a perspective of distributed cognition. Data sources included three consecutive elementary science lessons dealing with particle models of gases and students' worksheet generated from modeling activities during the lessons. The data were analyzed in ways that could reveal the affordances and constraints of students' mental models and an external model in the science textbook, as well as the evolution of the models. The results showed that the students' mental models and the external model provided both affordances for and constraints to scientific problem solving and that the models evolved in the process of overcoming the constraints. Implications for science lessons and science education research were suggested.

Keywords

References

  1. 강훈식, 이성미, 노태희 (2006). 다중 표상 학습에 적용한 그리기와 쓰기에서 시각적 정보의 형태에 따른 교수 효과. 한국과학교육학회지, 26(3), 367-375.
  2. 교육과학기술부 (2011). 과학과 교육과정. 서울: 교육과학기술부.
  3. 교육부 (2015a). 5-6학년군 과학 (3) 과학 6-1. 서울: 미래엔.
  4. 교육부 (2015b). 과학과 교육과정. 서울: 교육부.
  5. 김경순, 신은주, 변순화, 노태희 (2006). 비유를 사용한 화학 개념 학습에서 유발되는 학생들의 대응 오류 분석. 한국과학교육학회지, 26(4), 592-600.
  6. 김현진, 남광우, 한정혜, 윤옥경 (2015). 모바일기기 활용 초등학교 협력적 현장학습에서 분산인지 기반 학습과정 분석. 교육정보미디어연구, 21(3), 361-387.
  7. 남초이, 박규석, 백성혜 (2009). 중등 과학 교사들의 기본 입자에 대한 사고 조사. 대한화학회지, 53(6), 774-783. https://doi.org/10.5012/jkcs.2009.53.6.774
  8. 박수경 (2015). 지질구조에 대한 모델링기반 학습에서 나타나는 논증패턴과 정신모형 수준에 대한 분석. 한국과학교육학회지, 35(5), 919-929. https://doi.org/10.14697/JKASE.2015.35.5.0919
  9. 박재원, 백성혜 (2004). 초등학교 과학 수업에 적용한 입자 모델의 컴퓨터 애니메이션 교수자료의 학습 효과. 초등과학교육, 23(2), 116-122.
  10. 변순화 (2008). 물질의 입자성 학습에서 체험 중심 비유를 사용한 과학 수업의 효과 및 학습 과정 조사. 서울대학교 박사학위 논문.
  11. 변순화, 김경순, 최숙영, 노태희, 차정호 (2007). 화학 개념 학습에서 물리적 비유를 사용한 학생 중심 비유 수업의 효과. 한국과학교육학회지, 27(7), 631-638.
  12. 신남수, 고은정, 최취임, 정대홍 (2014). Learning progression을 적용한 중.고등학생의 '물질의 입자성'에 관한 지식과 미시적 표상에 대한 특성 분석. 한국과학교육학회지, 34(5), 437-447. https://doi.org/10.14697/JKASE.2014.34.5.0437
  13. 신상규 (2011). 확장된 마음과 동등성 원리. 철학적 분석, 23, 83-108.
  14. 신상규 (2012). 확장된 마음과 자아의 경계. 철학논집, 31, 55-89.
  15. 양정실, 권점례, 신호재, 박재현, 오필석, 이미미 (2015). 초등학교 교과서의 어휘 실태 분석 연구. 서울: 한국교육과정평가원.
  16. 양찬호, 김수현, 조민진, 노태희 (2016). 물질의 입자성에 대한 모형 구성 과정에서 나타나는 소집단 토론과 전체 학급 토론의 특징. 한국과학교육학회지, 36(3), 361-369. https://doi.org/10.14697/JKASE.2016.36.3.0361
  17. 유연준, 오필석 (2016). 초등학생들의 계절의 변화 단원의 학습에서 모델링 중심 과학 탐구 수업의 효과. 초등과학교육, 35(2), 265-276.
  18. 윤승아, 구인선, 김봉곤, 강대호 (1999). 기체의 성질에 대한 중.고등학생들의 오개념 연구. 대한화학회지, 43(5), 564-577.
  19. 윤회정, 우애자 (2007). 고등학생과 대학생의 기체의 성질에 관한 오개념 비교. 교과교육학연구, 11(2), 567-582.
  20. 이영의 (2008). 분산된 인지와 마음. 철학연구, 36, 3-30.
  21. 이영의 (2102). 확장된 마음 이론의 쟁점들. 철학논집, 31, 29-54.
  22. 이차은, 김희백 (2016). 과학적 모형 구성 과정에서 나타난 사고 질문의 개념적 자원 활성화의 이해: 인식론적 프레이밍과 위치 짓기 프레이밍을 중심으로. 한국과학교육학회지, 36(3), 471-483. https://doi.org/10.14697/JKASE.2016.36.3.0471
  23. 천현득 (2011). 분산된 인지와 비확장적 마음. 과학철학, 14(2), 121-140.
  24. 한재영, 이지영, 곽진하, 노태희 (2006). 물질의 입자 개념 학습에서 그림 그리기와 그림 분석하기의 효과: 시각적 학습양식에 따른 비교. 한구과학교육학회지, 26(1), 9-15.
  25. Aurigemma, J., Chandrasekharan, S., Nersessian, N. J. & Newstetter, W. (2013). Turning experiments into objects: The cognitive processes involved in the design of a lab-on-a-chip device. Journal of Engineering Education, 102(1), 117-140. https://doi.org/10.1002/jee.20003
  26. Baird, D. (2004). Thing knowledge: A philosophy of scientific instruments. Berkely, CA: University of California Press.
  27. Cash, M. (2013). Cognition without borders: "Third wave" socially distributed cognition and relational autonomy. Cognitive Systems Research, 25/26, 61-71. https://doi.org/10.1016/j.cogsys.2013.03.007
  28. Chandrasekharan, S. & Nersessian, N. J. (2015). Building cognition: The construction of computational representations for scientific discovery. Cognitive Science, 39, 1727-1763. https://doi.org/10.1111/cogs.12203
  29. Clark, A. & Chalmers, D. (1998). The extended mind. Analysis, 58(1), 7-19. https://doi.org/10.1093/analys/58.1.7
  30. Giere, R. N. (2002). Models as parts of distributed cognition systems. In L. Magnani & N. Nersessian (Eds.), Model-based reasoning: Science, technology, values (pp. 227-242). New York: Kluwer/Plenum.
  31. Giere, R. N. (2006a). Scientific perspectivism. Chicago, IL: The University of Chicago Press.
  32. Giere, R. N. (2006b). The role of agency in distributed cognitive systems. Philosophy of Science, 73, 710-719. https://doi.org/10.1086/518772
  33. Giere, R. N. (2007). Distributed cognition without distributed knowing. Social Epistemology, 21(3), 313-320. https://doi.org/10.1080/02691720701674197
  34. Giere, R. N. (2012). Scientific cognition: Human centered but not human bound. Philosophical Explorations, 15 (2), 199-206. https://doi.org/10.1080/13869795.2012.677850
  35. Giere, R. N., Bickle, J. & Mauldin, R. F. (2006). Understanding scientific reasoning (5th ed.). Belmont, CA: Thomson Wadsworth.
  36. Gilbert, J. K. & Boulter, C. J. (Eds.) (2000). Developing models in science education. Dordrecht, The Netherlands: Kluwer Academic Publishers.
  37. Glaveanu, V. P. (2014). Distributed creativity: Thinking outside the box of the creative individual. New York: Springer.
  38. Gobert, J. D. & Pallant, A. (2004). Fostering students' 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
  39. Hutchins, E. (1995). Cognition in the wild. Cambridge, MA: MIT Press.
  40. Kirsh, D. & Maglio, P. (1994). On distinguishing epistemic from pragmatic actions. Cognitive Science, 18(14), 513-549. https://doi.org/10.1207/s15516709cog1804_1
  41. Lehrer, R., Schauble, L. & Lucas, D. (2008). Supporting development of the epistemology of inquiry. Cognitive Development, 23, 512-520. https://doi.org/10.1016/j.cogdev.2008.09.001
  42. Liu, Z., Nersessian, N. J. & Stasko, J. T. (2008). Distributed cognition as a theoretical framework for information visualization. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 14(6), 1173-1180. https://doi.org/10.1109/TVCG.2008.121
  43. National Research Council (2012). A framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington, DC: The National Academies Press.
  44. Nersessian, N. J. (2006). Model-based reasoning in distributed cognitive systems. Philosophy of Science, 73, 699-709. https://doi.org/10.1086/518771
  45. Nersessian, N. J. (2008). Creating scientific concepts. Cambridge, MA: The MIT Press.
  46. Nersessian, N. J. & Patton, C. (2009). Model-based reasoning in interdisciplinary engineering. In A. W. M. Meijers (Ed.), The handbook of the philosophy of technology & engineering sciences (pp. 678-718). Berlin: Springer.
  47. NGSS Lead States (2013). Next generation science standards: For states, by states. Washington, DC: The National Academies Press.
  48. Novick, S. & Nussbaum, J. (1991). Pupils understanding of the particulate nature of matter: A cross-age study. Science Education, 65(2), 508-509.
  49. Oh, P. S. & Oh, S. J. (2011). What teachers of science need to know about models: An overview. International Journal of Science Education, 33(8), 1109-1130. https://doi.org/10.1080/09500693.2010.502191

Cited by

  1. 볼록렌즈가 상을 만드는 원리에 대한 과학적 모형의 사회적 구성 프로그램 개발 및 적용 vol.28, pp.5, 2017, https://doi.org/10.3807/kjop.2017.28.5.203
  2. 네트워크 분석을 통한 국내 과학교육 질적 연구동향 분석 vol.10, pp.3, 2017, https://doi.org/10.15523/jksese.2017.10.3.290
  3. 고등학생의 학교 과학 탐구 활동에서 나타나는 도구발생의 특징 vol.37, pp.6, 2017, https://doi.org/10.14697/jkase.2017.37.6.971
  4. 소리의 전달 모형구성 수업에서 나타난 개인모형 구성 단계 중 정보의 흐름과 모둠모형 구성의 유형 vol.38, pp.3, 2017, https://doi.org/10.14697/jkase.2018.38.3.393
  5. 그림자 현상에 대한 초등학생의 시각적 표상 능력 vol.39, pp.2, 2017, https://doi.org/10.14697/jkase.2019.39.2.295
  6. 학교 실험활동의 역할에 대한 문헌 고찰 vol.38, pp.2, 2017, https://doi.org/10.15267/keses.2019.38.2.203
  7. 문제의 구성을 강조한 프로그램에서 나타난 탐구 문제와 과학적 추론의 관련성 탐색 -삼투 현상 탐구 활동을 중심으로- vol.40, pp.1, 2017, https://doi.org/10.14697/jkase.2020.40.1.77