• 한국과학교육학회지
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• 제18권4호
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• pp.589-600
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• 1998

신경생물학적 연구들에 따르면 청소년들의 두뇌 발달은 선형적이며 규칙적으로 발달하는 것이 아니라, 정체(plateaus)와 급등(spurts)을 거치면서 비선형적이고 불규칙적인 발달과정을 거친다. 따라서 본 연구는 이러한 신경 생물학적 연구결과를 바탕으로 하여 청소년들의 전두엽연합령 기능의 발달이 정체와 급등의 시기를 거치는 비선형적 발달을 보이며, 이는 다시 과학적 사고의 발달과 이론적 과학개념의 습득에 영향을 미친다는 가설을 테스트하였다. 이 가설을 테스트하기 위하여 13세에서 16세 연령대에 있는 206명의 중등학교 학생들에게 4가지 전두엽연합령 기능 검사, 과학적 추론 검사, 그리고 수업을 통한 분자의 운동에너지 개념의 획득능력에 대한 검사를 실시하였다. 이 연구의 결과는 14세 학생들의 전두엽연합령 기능, 과학적 추론 능력, 그리고 수업후의 개념변화에서 일련의 정체 시기를 보여주었다. 반대로 15세와 16세에서는 다시 증가하는 시기를 보여주었다. 더 나아가, 본 연구에서는 13세에서 16세의 중등학생들이 순환학습을 통한 체계적인 교수-학습에도 불구하고 소수의 학생들만 효과적으로 이론적 과학개념을 습득하였음을 보여주었다. 본 연구는 이러한 결과들을 바탕으로 이론적 과학개념의 효율적인 교수 학습에 관해서도 논의하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제36권3호
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• pp.509-517
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• 2016

학생들의 진화에 대한 대안개념(목적론, 용불용설 등)이 과학사에서 나타나는 설명의 발전 형태와 유사하다는 연구는 있었다. 하지만 과학사적으로 설명의 발달과정을 반영하여 부분점수를 주는 평가방식은 활용되지 않았다. 이 연구의 목적은 창조론에서 자연선택까지 과학사적 발달과정을 반영하여 부분점수를 주는 방법을 제안하고 이 방법이 타당한지에 대한 양적인 증거를 수집하는 것이다. 이 연구는 과학사에 근거하여 진화개념검사도구의 학생응답을 순위선다형점수로 변환하고 부분채점모형의 라쉬모델분석을 포함한 통계적 방법으로 새로운 평가방식이 타당한지 확인하였다. 또한 개념발달이 인간, 동물, 문항의 상황에 따라 다른지 확인하였다. Ha(2007)가 개발한 검사도구를 활용하여 1711명의 초, 중, 고등학생과 비전공, 전공생물 교사를 대상으로 생성한 자료를 통하여 분석하였다. 창조론, 목적, 의도, 용불용설, 자연선택에 0점에서 4점씩 부분점수로 제시한 평가방법은 Cronbach alpha를 통한 내적일관성 신뢰도, 라쉬분석의 MNSQ값 등 통한 문항적합도를 확인한 결과 타당한 것으로 확인되었다. 초등학생과 중학생들의 개념수준은 의도에서 용불용설 단계에, 고등학생부터 용불용설 이후의 단계로 개념발달이 이루어지고 있었다. 진화설명의 발달 과정은 인간, 동물, 식물에 따라 차이가 나타남을 확인할 수 있었다. 이 연구는 과학사와 학생들의 개념발달이 유사하다는 기존의 주장에 새로운 양적증거를 추가하고, 진화개념 평가를 위한 새로운 분석방법을 제안한다.

• 한국과학교육학회지
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• 제37권4호
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• pp.659-668
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• 2017

이 연구는 진화 개념의 발달 단계가 전공과 국가에 따라서 유의미한 차이가 있는지 확인하기 위하여 진행되었다. 이 연구를 위하여 한국과 미국의 대학생의 자료를 생물 전공과 비생물 전공에 따라 구분하여 수집하였다. Ha(2007)이 개발한 도구를 사용하여 Ha(2016)의 분석방법에 근거하여 순위선다형으로 분석하였다. 연구 결과 진화적 사고의 과학사적 발달 과정(창조, 목적, 의도, 용불용설, 자연선택)을 토대로 순위선다방식으로 분석하는 방법이 한국과 미국, 전공과 비전공 학생에게도 적합하게 적용될 수 있는 방법임이 확인되었다. 진화 개념의 발달 단계를 확인한 결과 우리나라 대학생들은 용불용설 수준, 미국의 대학생들은 목적론적 설명 수준에 있는 것으로 확인되었다. 전공과 국가에 따른 진화 개념의 발달 수준은 진화 설명소재와 교호작용효과가 있는지 확인한 결과 유의미한 교호작용효과가 없는 것으로 확인되었다. 진화 개념의 발달 단계와 종교성은 유의미한 관련성이 있었다. 이 연구 결과들을 토대로 진화 개념의 발달 특성에 대해서 논의한다.

• 한국과학교육학회지
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• 제6권2호
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• pp.53-62
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• 1986

본 연구의 목적은 한국 중 고등학교 학생들의 지적 발달의 특성을 조사 분석함으로써 교과서 및 교육과정의 개발에 필요한 기초자료를 얻으려는 것이다. 지역, 학년, 연령, 성 및 가정의 사회 경제적 지위에 따른 인지 발달 특성을 조사하였다. 연구의 대상은 전국을 대도시, 중 소도시, 농촌으로 유층화한 유층군집 표집방법에 의해 표집한 중학교 1학년부터 고등학교 2학년까지의 남 녀 학생이었다. 표집학생 수는 중학교가 18개교 54학급 3,164명이었고, 고등학교가 18개교 36학급 1,981명이었다. 가정의 사회 경제적 지위는 가정의 경제적 형편, 부의 직업, 부의 학력, 가정의 수입 정도를 고려하여 4계층으로 구분하였다. 사용된 도구는 지적 영역의 조사에 Piaget의 인지발달이론에 따른 논리발달 검사를 이용했다. 분석된 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 명제논리, 확률논리, 조합논리, 변인조작개념은 연령과 학년이 높아질수록, 대도시로 갈수록, 사회 경제적 지위가 높을수록 더욱 발달하는 경향이다. 둘째, 개념의 발달경향에 있어서 이원추리와 조합논리개념의 발달이 확률논리와 명제논리 개념의 발달보다 빠른 경향이다. 셋째, 한국의 중등학생 중에서 12세의 64.6%, 13세의 58.1%, 14세의 43.8%, 15세의 30.1%, 16세의 22.6%가 구체적 조작 후기에 도달해 있다. 넷째, 중등학생의 학년별 인지발달경향을 보면 중1의 69.8%, 중2의 51.1%, 중3의 47.4%, 고1의 21.6%, 고2의 21.7%가 구체적 후기의 발달수준이다.

• 한국과학교육학회지
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• 제36권1호
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• pp.29-43
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• 2016

미국과 유럽의 여러 국가에서 과학의 학문 내 핵심 개념을 중심으로 과학 교육과정을 재구성하려는 노력이 시도되고 있으며 그 중 대표적인 변화가 학습발달과정을 이용한 교육과정을 설계하는 것이다. 학습발달과정은 과학의 핵심 개념과 과학적 활동과정을 논리적이며 단계적으로 정교하게 기술한 틀로서 학생이 학습하는 동안 연속적이며 체계적으로 확립되어 가는 이해의 과정을 설명한다. 미국의 차세대과학기준(NGSS)에서 제시한 생명과학 핵심 개념 중 하나인 생태계에 관하여 학습발달과정을 개발하고 개발된 학습발달과정을 평가하고자 하였다. 이를 위해 학습발달과정에 대한 문헌 연구를 통해 개발 절차를 Development, Assessment, Analysis, Amendment의 네 단계로 설정하고 순차적이며 반복적인 과정을 통해 생태계에 관한 학습발달과정을 개발하였다. 그리고 개발된 학습발달과정의 분석 결과 학습 발달과정에 기반을 둔 평가는 학생의 능력을 파악하는데 신뢰할 수 있는 정보를 제공한다는 결론을 도출하였다. 이를 통해 학습발달과정의 개발 과정에 효과적인 방법으로 핵심 성취기준을 이용한 Framework의 개발, OMC 문항 형식과 Rasch 모델을 이용한 평가와 분석 과정을 제안한다. 또한 경험적으로 검증된 학습발달과정을 이용하여 교육 내용, 교육 방법, 교육 평가가 연계된 교육과정 강화 방안을 제안한다. 국내 학습발달과정에 대한 연구가 부족한 시점에 이 연구를 통해 제안된 학습발달과정 개발 절차를 활용하여 학습발달과정의 개발에 수월성을 제공하고, 개발된 학습발달과정의 적용으로 교육과정의 표준과 방향을 제시할 수 있을 것이다.

• 한국과학교육학회지
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• 제22권1호
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• pp.141-157
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• 2002

본 연구의 목적은 수 과학 통합 교육 활동 프로그램 모형 개발을 위한 기초 연구로서 수 과학 통합교육 활동에서 나타난 유아 수 과학 관련 개념 발달과 교사의 교수-학습 전략을 분석하는 것이다. 연구대상은 청주시의 K 초등학교 병설 유치원에 재원 중인 원아 4명을 대상으로 3주간 실시하여 얻어진 총 7회의 수업사례이다. 결과 분석은 수집된 7개의 수업사례에서 나타나는 유아들의 수 과학 관련 개념의 발달과 교사의 교수-학습 전략을 질적으로 분석하였으며, 분석 결과, 유아들은 물체의 무게와 모양 그리고 움직임 간의 관련성, 물체의 크기와 무게와의 관련성, 물체의 거리 측정에 대한 세 가지 측면에서의 개념 발달을 나타냈다. 유아들의 수 과학 개념 발달을 돕기 위한 교사의 교수-학습 전략은 발문 내용, 자료와 매체의 활용, 집단 구성의 측면에서 이루어지고 있는 것으로 나타났다.

• 한국과학교육학회지
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• 제34권4호
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• pp.335-347
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• 2014

관찰과 측정을 기본으로 하는 과학의 교과에서 "크기(size)"와 그를 나타내는 "척도(scale)"는 물질의 물리적 속성과 과학적 현상을 이해하도록 돕는 중요한 개념이다. 또한, 사물의 수, 크기나 양을 어림잡거나 그것을 정확하게 표현하는 것은 수학에서 수의 개념 형성과 발달, 표현법의 습득, 나아가서는 연산에 관한 사고로의 발전과 관련되어있는 문제라고 볼 수 있어 "크기와 척도" 개념은 수학과 과학의 기본이며 동시에 두 교과를 연결하는 개념이다. 일반적으로 "크기와 척도"는 쉬운 개념이라 생각되지만, 실제 학생들은 물질의 크기를 제대로 이해하지 못하거나 척도로 나타내는 것을 어려워하는 것을 알 수 있다. 이는 단지 물질의 크기를 정확히 알지 못하는 정확성에 관한 오류로만 그치는 것이 아니라 종종 연관된 개념을 추론하거나 개념을 확장해 과학의 현상을 이해하는 과정에서의 어려움으로 이어진다. 이와 관련해 수와 연산에 관한 개념이해와 학습의 어려움에 관한 수학교육분야의 연구는 다양하게 진행되었지만, 과학교육분야에서의 연구는 많지 않았다. 본 연구에서는 "크기와 척도"에 관한 학생들의 사고를 더 잘 이해하고 과학 학습의 어려움에 관한 원인을 분석하기 위해 수학적 구조분석을 적용하였다. 수학교육에서 설명한 수 개념의 발달에 따른 사고유형(덧셈이전의 사고, 덧셈적 사고-additive reasoning, 곱셈적 사고-multiplicative reasoning)을 적용하여 7단계의 수학적 구조를 만들고 이를 이용하여 "크기와 척도"와 관련된 과제를 수행한 학생들의 인터뷰 데이터를 체계적으로 분석하였다. 수학적 구조를 바탕으로 한 개념 틀은 다양한 학생들의 사고를 분석하는 기준이 되었고, 또한 학생들이 겪는 개념이해의 어려움을 해석하는 도구가 되었다. 수 개념의 발달에 맞춘 수학적 사고구조를 적용한 분석은 학생들의 개념 유형의 구분을 명확히 하였고 설명이 모호했던 전환 단계(transition stage) 유형을 밝혀내어 수업에서 고려되어야 할 점들을 구체적으로 드러내었다. 이는 수학과 과학, 두 교과 간의 틈을 줄일 뿐 아니라 연결점을 찾아 학생들의 개념이해와 어려움의 원인을 분석하는데 폭넓은 시각을 제공한다는 점에서 최근 많은 관심을 받고 있는 STEM 혹은 수학과 과학의 융합 수업을 위한 소재로의 가능성을 제시해준다.

• 한국과학교육학회지
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• 제8권1호
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• pp.81-94
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• 1988

본 연구의 목적은 Piaget의 인지발달단계(전조작 구체적 조작 단계)에 따른 자연과 개념획득에 효과적인 교수전략을 탐색하기 위한 연구로서, 첫째는 문헌연구를 통해서, Piaget의 인지이론을 기초로한 교육론과 개념학습을 위한 교수전략을 연구함으로써 전조작 단계의 어린이, 구체적 조작단계의 어린이에게는 연역적 교수전략보다 귀납적 교수전략이 더 효과적이며, 구체적 조작단계의 어린이에게는 초보적인 논리능력이 발달하므로 연역적 교수전략도 가능하며, 이 2가지의 인지단계가 복합돼 있는 국민학교 2학년 집단에게는 귀납적 교수전략이 보다 효과적일 것이라는 데에 이르렀다. 둘째로는 현장 실험연구로서 실제로 자연과 2학년의 한 단원을 연억 귀납의 교수전략의 단계에 맞추어 적용하였다. Piaget의 인지 발달 단계예 따른 자연과 개념획득을 위한 효과적인 교수전략을 탐색해본 결과는 다음과 같다. 첫째, 전조작 단계의 아동은 자연과 개념획득을 위해서는 연역적 교수전략보다 귀납적 교수전략이 더 효과적이다. 둘째, 구체적 조작단계의 아동에게는자연과 개념획득을 위한 교수전략은 귀납적 교수전략이 효과적이지만, 연역적 교수전략도 가능하다는 것이다. 이로써 국민학교 2학년 즉, 전조작 단계와 구체척 조작단계가 복합돼있는 집단에게는 연역적 교수전략보다 귀납적 교수전략이 보다 더 효과적이라는 것이다.

• 대한수학교육학회지:수학교육학연구
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• 제23권2호
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• pp.237-252
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• 2013

수학교육학 내의 논의에서 Bachelard의 과학철학은 인식론적 장애 개념을 중심으로 소개되어 있다. 그의 과학철학에서 인식론적 장애는 과학의 변증법적 발달과 연결되어 있다. 과학은 기존에 명백한 것으로 인식된 것을 부정하여 얻은 개념의 재구성과 일반화를 통해서 발달한다. 이 과정에서 기존의 인식에 대한 단절이 필요하다. 인식론적 장애는 재구성이 필요한 시점에서 기존의 것과 단절하지 못하고 고수함으로써 나타나내는 발달의 지연이며, 지식의 형성 혹은 학습 과정에 내재적인 어려움이 존재한다는 것을 의미한다. 이상과 같은 Bachelard 관점을 수학교육학에서 널리 적용되고 있는, '내면화-압축화-대상화'의 단계적인 반영적 추상화 도식과 비교하고 논의하였다.

• 과학교육연구지
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• 제35권2호
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• pp.204-220
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• 2011

이 연구는 초기 광합성 연구자의 탐구 과정을 재구성하여 중학생들의 과학탐구능력과 광합성 관련 개념의 향상을 위한 실험 모듈을 개발한 후, 이의 적용 효과를 알아보고 광합성과 관련된 학생들의 선행 개념 유형과 개념 변화의 패턴을 분석하고자 하였다. 실험재료로는 Rapid-cycling Brassica rapa 라는 속성식물을 사용하였다. 개발된 모듈을 적용한 실험반의 수업은 교과서에 제시된 실험을 적용한 통제반의 수업에 비해 학생들의 과학탐구능력 향상에 효과적이었으며, 과학탐구능력의 하위 요소 중에서 측정, 예상, 가설 설정 능력의 향상에 효과적이었다. 실험반의 사전-사후 검사 결과를 비교해 본 결과, 관찰, 예상, 일반화 능력의 향상에 더욱 효과가 있는 것으로 나타났다. 개발된 모듈은 광합성 관련 개념 성취 및 생태계내에서의 식물의 역할, 식물의 먹이, 식물체 내에서 물과 양분의 이동과 관련된 개념 발달에 효과가 있었다. 학생들은 선행 개념으로 이산화탄소나 산소와 같이 눈에 보이지 않는 물질의 존재나 역할 또는 에너지의 축적과 같은 추상적 개념에 대한 이해가 부족한 것으로 나타났으나, 이 연구에서 개발된 모듈을 적용한 결과 유기물과 산소 생산자인 식물의 역할에 대한 포괄적인 개념 발달에 효과가 있었으며, 과학탐구능력과 광합성 관련 개념의 향상에 효과가 있었다.