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

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.

계절 변화의 원인에 관한 초등학생의 멘탈 모델 변화 과정 분석

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.