• 한국과학교육학회지
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• 제42권4호
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• pp.477-486
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• 2022

본 연구에서는 상황 학습 이론과 실행 기반의 과학 교육에 관한 문헌들에 대한 고찰을 통해 과학적 실행 중심의 수업에서 과학 개념학습의 가능성을 살펴보았다. 먼저, 상황 학습 이론이 학생들의 과학적 실행에의 참여를 강조하는 최근 과학 교육 개혁의 흐름과 관련이 깊으며, 상황 학습의 관점에서 개념 학습은 학습자가 개념을 자원으로 활용하며 실행에 참여하는 동안 개념적 행위 주체성을 발현하여 개념을 지속적으로 발전시키는 과정을 통해 이루어진다는 것을 알 수 있었다. 또, 이러한 상황 학습 이론은 과학적 실행 기반의 수업에서 과학 개념을 학습하는 데에도 적용된다는 것을 확인하였다. 즉, 과학적 실행 중심의 과학 수업에서는 과학 개념이 자원으로 활용되며, 과학 개념을 자원으로 활용하는 동안 학생들은 과학적 실행에 더 잘 참여할 수 있고, 과학적 실천에의 참여는 개념적 행위 주체성의 발현을 통해 개념 학습을 더욱 촉진할 수 있다. 이러한 고찰의 내용이 학교 과학 교육에 주는 시사점을 논의하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제18권3호
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• pp.273-282
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• 1998

학습 초기에 과학적 개념과 상충되는 오개념을 이용하여 인지 갈등을 일으킴으로써 개념 변화를 꾀하는 갈등유발집단과 과학적 개념과 어느정도 일치하는 부분과학개념을 이용하여 과학적 개념과 연결시켜줌으로써 개념 변화를 꾀하는 비갈등집단의 개념 형성 정도 및 지속효과를 비교하였다. 초등학교 5 6 학년을 대상으로 일상 생활에서 쉽게 접할 수 있는 열전도, 열평형, 작용 반작용, 자유낙하, 무게보존 등에 관한 기초적인 5가지 개념을 이용하였다. 갈등유발집단에게는 오개념을 가지고 답하리라 예상되는 문항을 제시하였으며, 비갈등집단에게는 과학적개념과 어느 정도 일치하는 부분과학개념을 가지고 답하리라 예상되는 문항을 제시하였다. 그 다음, 시범 실험을 실시하여 갈등유발집단은 오개념을 드러내어 갈등이 일어나게 하였으며, 비갈등집단은 부분과학개념을 이끌어내어 갈등이 일어나지 않고 과학적 개념과 연결시킬 수 있게 하였다. 두 집단 모두 설명식의 간단한 처치를 동일하게 실시하였으며 처치 직후와 일주후, 한달후에 사후 검사를 실시하여 개념의 형성 정도 및 지속 효과를 비교하였다. 기초적인 5가지 개념에 대해 갈등과 비갈등의 효과를 비교해 본 결과 열평형 개념과 작용 반작용 개념에서 갈등유발집단에 더 효과적인 결과를 얻었다. 그리고 학업성적을 통한 상위 수준과 하위 수준의 학생들을 비교하였을 때 상위 수준의 학생들은 열전도와 열평형 개념에서 갈등을 일으킨 다음 갈등을 해소해 주는 방법이 더 효과적이었으며, 하위 수준의 학생들은 갈등의 방법이나 비갈등의 방법이나 개념의 형성 정도나 지속 효과면에서 차이가 나타나지 않았다. 전체적으로 초등학생들에게서는 두 방법간에 뚜렷한 경향성은 나타나지 않았으나, 개념과 학습자의 특성에 따라 다양한 결과가 나타났다. 따라서 학습할 개념의 특성, 학생의 선개념 상태, 학습에서의 성공 경험에 따라 적절한 방법을 사용하여야 한다고 본다.

• 한국지구과학회지
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• 제26권8호
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• pp.777-789
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• 2005

이 연구는 6학년 학생들에게서 나타나는 지층에 관한 비과학적 개념을 알아보고, 이를 과학적 개념으로 변화시키기 위하여 인지갈등 전략을 이용한 수업을 적용한 후, 학생들의 비과학적 개념에 변화가 있었는지를 조사한 것이다. 학생들의 지층에 관해 비과학적 개념을 조사한 결과, 지층이 화산 활동으로 형성되었다고 생각하는 경우, 편마암이 지층을 형성하는 암석이라고 생각하는 경우, 지층의 습곡은 위에서 누르는 힘 때문에 생긴다고 생각하는 경우 등의 비과학적 개념이 나타났다. 인지갈등 전략을 이용한 수업을 한 후, 지층에 관한 비과학적 개념의 변화를 알아보았다. 그 결과, 지층이 만들어지는 곳, 지층에서 볼 수 있는 암석, 습곡이 생기는 이유에서는 큰 효과가 나타났으나 지층의 알갱이가 다른 이유에는 거의 개념의 변화가 없었다. 따라서 개념에 따라 인지갈등 전략 수업으로 개념변화가 쉬운 개념이 있는 반면, 어려운 개념도 나타났다. 사후 검사에서 개념변화를 이루지 못한 학생들에게 비과학적 개념 형성 원인을 알아본 결과, 지구 내부에서 일어나는 현상에는 지구 내부의 열과 압력, 화산 활동 등의 큰 힘이 작용했을 것이라는 학생들의 견고한 사전개념과 교사가 수업 시간에 한 현상을 강조하면 다른 영역의 현상으로 전이되는 경향이 나타났으며, TV 등의 영상 매체의 역할이 견고한 비과학적 개념을 형성하도록 하는 것으로 나타났다. 정규수업 후 일정 시간이 지난 후에 형성되어 있는 개념을 알아보아 인지갈등을 적용했는데도 개념변화가 어려운 것은 지층에 관한 학생들의 비과학적 개념이 변하기 쉽지 않은 개념임을 말하는 것이다.

• 한국과학교육학회지
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• 제18권3호
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• pp.347-355
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• 1998

학생의 선개념은 일상적 상황의 경험을 바탕으로 형성된 반면, 과학적 개념은 이상화된 상황을 전제로 하여 형성된 것이므로, 개념변화에 필요한 학생의 인지갈등을 유발하려면 이러한 상황의 불일치를 고려할 펼요가 있다. 또한, 학생들은 자신의 생각과 불일치한 현상을 대면하였을 때, 적당한 보조가설을 도입하여 이를 설명하려 함으로 개념변화가 이루어지지 않을 수 있다. 오히려, 과학적 개념이 일상적 상황에서 잘 맞지 않는다고 학생들이 생각할 수 있으므로, 과학적 개념에 따른 보조 가설을 도입하여 일상적 상황의 현상을 설명할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 점들을 고려한 개념변화 모형을 구안하고, 이에 따라서 보조 가설의 대비를 통한 인지갈등의 명료화, 이상적 상황의 관찰을 통한 과학적 개념의 개념적 지위 상승, 교량적 실험활동을 통한 학생의 선개념의 지위 하강을 통하여 개념변화가 이루어지게 하는 세 단계로 구성된 학습지도 모형인 '구조화된 대비활동'을 제안하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제23권6호
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• pp.617-626
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• 2003

과학교육에 있어 지금까지 개발된 수업모형은 마치 과학의 모든 목적을 달성시켜줄 것 같지만 실제 교육현장에 적용해 보면 기대하던 효과를 얻지 못하는 경우가 많다. 수업의 효과를 극대화하기 위해서는, 어느 한가지 방법만을 고수하는 것보다 개발된 수업모형을 유연성 있게 활용 할 수 있는 교사의 수업전략이 필요하다. 본 연구는 개념도와 순환학습을 통합한 수업이 개념도를 활용한 수업이나 순환학습과 비교하여 고등학생들의 학업성취도 및 과학적 탐구능력, 과학에 대한 태도에 어떠한 영향을 주는지 알아보는데 그 목적이 있다. 연구대상은 고등학교 2학년 여학생 324명으로, 개념도-순환학습 집단, 개념도 활용 집단, 순환학습 집단, 전통적 수업 집단의 4집단으로 나누어 수업하였다. 연구 단원은 고등학교 과학의 '생식과 유전' 단원으로 약 10주간 10차시에 걸쳐 수업처치 하였다. 수업처치 전, 후에 학업성취도 검사와 과학적 탐구능력, 과학에 대한 태도 검사를 실시하였고, 연구결과는 공변량 분석 (ANCOVA과)과 사후 검증(Duncan test)으로 분석하였다. 개념도-순환학습은 학생들의 과학 학업성취도를 향상시키는데 전통적인 수업보다 효과적이었고(p< .05) 그 효과면에서 개념도를 활용한 수업보다 떨어지지 않았다. 성취 수준이 상위와 중위 학생들은 수업방법에 따라 학업성취도에 차이를 보이지 않았으나, 하위학생들은 개념도를 활용한 수업이 가장 효과적이었다(p< .05). 개념도-순환학습은 학생들의 과학적 탐구능력을 신장시키는데 개념도를 활용한 수업이나 전통적 수업보다 효과적이었으며(p< .05) 그 효과 면에서 순환학에 떨어지지 않았다. 성취수준이 상위인 학생은 수업방식에 따라 과학적 탐구능력에 차이를 보이지 않았으나, 개념도-순환 학습은 중위와 하위 학생들의 과학탐구능력 향상에 순환학습 만큼 효과적이었다. 개념도-순환학습은 학생들의 과학에 대한 태도를 향상시키는데 전통적 수업보다 효과적이었으며(p< .05) 그 효과 면에서 개념도 활용 학습이나 순환학습에 뒤지지 않았다. 따라서 개념도 순환 학습은 모든 학생들의 수준을 고려 할 때 학생들의 학업성취도를 향상시키고, 과학적 탐구능력을 신장시키는데 개념도 활용학습이나 순환학습을 단독으로 적용하는 것보다 긍정적이라고 할 수 있다.

• 한국지구과학회지
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• 제25권7호
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• pp.545-557
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• 2004

본 연구는 중학생들의 계절의 변화에 관한 선개념의 유형을 파악하고 멀티미디어 학습 자료를 개발하여 그 수업이 계절의 변화에 대한 개념에 어떠한 변화를 주는지 알아보는데 목적이 있다. 계절의 변화 개념을 알아보기 위한 검사지는 10문항을 개발하였다. 대상자는 중학교 3학년 80명(실험반 57명, 통계반 23명)으로 2차시에 걸친 수업을 실시하였다. 실험반에는 멀티미디어 활용수업이 투여된 반면 통제반에는 전통적인 수업이 투여되었다. 그 결과, 본 연구에서 활용된 멀티미디어 자료는 학생들의 개념변화에 효과가 있음을 보였다.(p$<$0.01). 또한, 개념의 변화를 상세히 알아보기 위하여 6단계로 분류하여 분석한 결과, 멀티미디어 활용수업은 전통적 수업모형에 비하여 개념이 없는 학습자의 과학적 개념을 형성하거나, 비과학적 개념을 과학적 개념으로 발전시키는데 효과적일 뿐만 아니라 과학적 개념을 더욱 더 정교화 시키는데도 효과적이었다.

• 한국과학교육학회지
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• 제29권1호
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• pp.1-9
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• 2009

본 연구에서는 중학교 과학교과서에서 많이 제시되는 과학 개념 모형에 대해 학생들로 하여금 단순히 읽고 지나가는 것이 아니라 주목하고 분석해 보는 시간을 갖게 하는 것이 과학 개념 학습에 어떠한 영향을 미치는지를 조사하였다. 과학 개념 모형에 좀 더 주목하고 분석해 보게 하는 방법으로 본 연구에서는 미완성 과학 개념 완성 활동과 과학 개념 모형 수정 활동을 고안하였으며, 이들 활동을 전통적 수업활동과 비교하였다. 연구 대상으로는 B광역시 소재 1개 중학교 3학년 학생 112명(3개 학급)을 표집하였다. 이렇게 표집한 3개 학급은 각각 미완성 개념 모형을 완성하는 활동, 주어진 개념 모형을 수정하는 활동, 전통적인 과학 수업 활동을 하도록 하고 그 성취도를 비교하였다. 본 연구의 결과는 첫째, 미완성 과학 개념 모형 완성활동은 전통적 과학 수업 활동에 배해 중학생들의 과학개념 학습에 효과적이라고 할 수 있다. 또한, 개념 모형 완성 활동을 통한 성취도는 학생들의 학교 성적이 높을수록 높고, 학생들의 인지 수준이 구체적 조작 단계에 있는 학생이거나 과도기에 있는 학생들이 높다. 둘째, 과학 개념 모형의 수정 활동은 전통적 과학수업 활동에 비해 중학생들의 과학 개념 학습에 효과적이라고 말하기 어렵다. 또한, 과학 개념 모형의 수정활동을 통한 성취도는 학생들의 학교 성적이 높을수록 높기는 하지만 하위 수준 학생들의 경우에는 수업 후 성취도가 높아지지 않음을 볼 때 개념 모형 수정 활동은 중학생 수준에는 적합하지 않다고 할 수 있다. 셋째, 중학교 학생들의 경우에는 미완성 과학 개념 모형의 완성 활동을 통한 수업이 과학 개념 모형 수정 활동을 통한 수업에 비해 개념 학습에 효과적이다.

• 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.

• 한국지구과학회지
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• 제44권1호
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• pp.47-61
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• 2023

본 연구는 2015 개정 교육과정에 처음 도입된 핵심 개념이 추상적인 담론으로 그치지 않고 학교 현장에서 구체적인 교수학습 방안으로 구현되도록 하기 위함이다. 이에 플랫폼, 숙의, 설계의 순환적 과정에 따라 백워드 설계 모형을 활용하여 핵심 개념 이해를 위한 교수학습 자료 개발 연구에 참여한 8명의 중등 과학 교사들을 대상으로 핵심 개념에 대한 인식 및 관점을 살펴보았다. 연구 결과, 핵심 개념에 대해 궁극적 원리에 해당하는 빅 아이디어, 일상생활을 살아가는 데 필요한 최소한의 과학 개념, 기본적이고 주요한 핵심적 과학 개념 등 핵심 개념의 의미에 대해 동일 교과인 과학과 안에서도 공유되지 않은 인식의 차이가 나타났다. 이는 교수학습 지향점에도 영향을 주어, 핵심 개념을 전이와 확장 가능한 빅 아이디어로서 이해하고 있는 경우는 개념 간의 관계에 주목하며 분명한 방향성을 갖고 프로젝트 학습을 설계하는 경향이 나타났다. 한편, 핵심 개념을 삶의 맥락에서 떠올릴 수 있는 과학 소양 수준의 최소한의 과학 개념으로 인식하는 경우, 학생들의 삶에 의미 있는 학습 경험을 제공하는 것을 지향하며 일상에 적용 가능한 사례 중심으로 검색 및 조사 활동을 강조하는 경향이 나타났다. 또한 핵심 개념을 기본 개념이나 주요 개념 등 핵심적인 과학내용 요소로 인식하는 경우, 오개념 교정을 통한 개념 변화를 강조하며 정확한 과학 지식을 학습하고 지필 평가 및 수행 평가를 통한 문제 해결 문항을 개발하는 것을 중요하게 인식하였다. 2015 개정 교육과정이 마무리 되고 2022 개정교육과정이 확정·고시될 예정인 현 상황에서, 핵심 개념을 핵심 아이디어로 명명하여 빅 아이디어의 취지를 재차 강조하는 2022 개정 교육과정이 학교 현장에 안정적으로 정착될 수 있도록 실효성 있는 정책적 지원이 뒷받침 되어야 할것이다.

• 과학기술학연구
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• 제1권1호
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• pp.51-68
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• 2001

사회적 차원에서의 '과학문화'는 심리적 차원에서의 '과학교양, 과학적 소양'의 개념과 반드시 상관성을 지닌다. 성숙된 과학문화를 발전시키기 위해서는 우선, '과학문화의 평가가능성'에 대한 신념과 더불어 '평가기준의 모색'이 전제되어야 한다. 본 논문은 이러한 두 가지 전제에 바탕을 두고, OECD 주관 하에 시행중인 PISA (Programme for International Student Assessment)가 채택한 '과학적 소양'의 개념이 어떠한 과학철학적-인지과학적 배경 위에 서 있는지를 분석한다. 그리고 실제로 활용된 예제 문항들을 검토해보고, 결론적으로 PISA의 '과학적 소양' 개념은 <논리경험주의, 자연주의 과학철학, 사회적 구성주의>의 세 가지 입장이 함께 상보적으로 반영되었음을 주장한다. 마지막으로 최근의 과학철학적-인지과학적 연구에 입각해, 과학문화의 증진을 위해 보다 적극적인 과학적 소양 개념이 필요하며, 장차 그러한 과학적 소양 개념에 반영되어야 할 점 몇 가지를 제안한다.