• 한국지구과학회지
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• 제42권1호
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• pp.88-101
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• 2021

이 연구의 목적은 학생들이 그린 그림이 야외지질답사와 모델링 기반 순환 학습에서 어떤 의미를 갖는지 질적으로 탐색하는 것이다. 서울의 한 대학 부설 영재교육원에 재학 중인 10명의 학생이 참여하였다. 한탄강 형성과정이라는 것을 주제로 야외지질답사와 3차시 모델링 3차시 수업을 진행하였다. 각 차시별 학생들이 작성했던 모든 기록장(글, 그림), 연구자 필드노트, 학생들이 참여한 모든 영상 자료 및 음성 녹음, 전사한 인터뷰 자료 등을 연구진과 공유하였다. Hatisaru (2020) 그림 표상화를 야외지질학습의 맥락에 맞게 수정하여 그림의 유형을 분류하였다. 학생들의 글(text, memo)을 포함한 그림의 특징을 분석하기 위해 연연적 내용 분석(deductive content analysis)을 사용하였다. 또한, 그림이 모델링 기반 순환 과정(자료 수집 관찰, 모델 생성, 모델 발달, 자연현상의 구체화) 속에서 어떤 역할을 하는지 분석하였다. 그 결과 학생들의 그림 유형은 지질학적인 개념을 포함한 상징적 이미지, 지형학적으로 외형을 묘사한 외형적 이미지, 학생들의 심리적인 영역을 표현한 정의적 이미지가 있었다. 특징은 설명, 생산화, 정교화, 증거, 일치, 심상(心狀)으로 분류하였다. 그림의 유형과 특징은 모델링 기반 순환 학습 과정에서 연속적으로 나타나며 학생들의 모델 발달 과정 속에서 학생들의 인지적인 영역에 관한 특성과 학업에 대한 긍정적인 태도와 감정을 반영하였다. 학생들이 그린 그림은 야외지질답사와 모델링 과정 모두에 있어서 학생들의 사고와 의사표현을 반영할 수 있는 도구로써 의미를 있음을 밝힘으로써 과학교육 관계자들에게 학생들의 그림 그리기 활동의 중요성을 역설하였다.

• 한국학교수학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.189-209
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• 2009

수학의 이론적 특성인 추상성은 학생들이 수학적 개념을 파악하는데 많은 어려움을 느끼게 하고 있다. 본 연구는 현실적 수학교육이론에 바탕을 둔 공학적 도구의 활용을 통한 수학적 모델링 학습이 수학적 개념을 파악하는데 유용한 수단이 되는가를 알아 보고자 한다. 이를 위해 중학교 1학년 함수 단원 중 함수의 뜻에 대하여 영재학생들을 대상으로 수학적 모델링 학습을 설계하고 실험 수업을 실시하였으며 사전 사후 수학적 태도 검사와 수학적 모델링의 유용성에 관한 설문조사 및 학습자 관찰기록을 실시하였다. 그 결과 학생들의 수학적 태도에 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났으며 과학적 현상에 대한 지식이 수학의 개념을 이해하고 문제를 해결하는데 유용하다는 유의미한 인식의 변화가 있는 것으로 나타났다. 학생의 흥미를 자극하고 학습동기를 촉진하며 수학적 개념을 효과적이고 올바르게 형성하는데 유용하게 쓰여 질 수 있는 다양한 과학적 현상들에 대한 연구와 개발이 이뤄진다면 학생들의 개념학습에 좋은 효과가 있을 것으로 기대한다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.59-67
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• 2002

제7차 교육과정에서 과학과 교육과정의 가장 중요한 특징은 학습자의 능력을 고려한 심화·보충형 학습을 적용하고 있는 것이다. 그러나 수준별 교육께서 문제점은 개인차가 심한 학습자들에게 적합한 수업내용과 방법을 일률적으로 제시하기가 곤란하다는 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 코스웨어를 교수·학습에 이용하고 있다. 그러나 기존의 코스웨어는 모든 학습자에게 똑같은 내용이 제시되어 학습자의 수준에 적응한 교수·학습을 기대하기 어렵다 따라서 본 연구에서는 기존의 코스웨어가 갖는 단점을 보완한 과학과 수준별 동적 교수·학습 시스템 개발을 위한 학습자 모델링을 제안한다. 본 연구에서 제안된 교수모듈은 컴포넌트 단위로 제작하여 동적 재구성이 가능하도록 하였다. 학습모듈은 ITS의 Overlay와 Bug모델을 혼합한 혼합형 모델을 적용하여 학습자 모델링을 구성하였다. 평가모듈은 문항의 난이도와 변별도에 따라 가중치를 설정하석 오류유형을 판단하였다. 이 시스템은 학습자 모델링을 통해 학습자의 수준에 따라 교수계획이 재구성되는 다양한 문제 해결 방법을 제시한다.

• 한국도서관정보학회지
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• 제53권2호
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• pp.333-353
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• 2022

본 연구는 '물리학' 수업에서 교과독서 활동으로 작성된 독후감상문의 교육과정 연계성을 분석하는데 목적이 있다. 연구를 수행하기 위해 교과독서 활동으로 작성한 332편의 물리학 독서감상문을 수집하여 키워드와 키워드들의 연결 관계를 분석하고, STM(Structural Topic Modeling)을 적용하여 토픽을 추출하였다. 분석 결과, 물리학 독서감상문의 주요 키워드는 '생각', '내용', '설명', '이론', '사람', '이해' 등으로 나타났으며, 도출된 키워드의 영향력과 연결 관계를 살펴보기 위해 연결중심성, 매개중심성, 위세중심성을 제시하였다. 토픽모델링 분석 결과, 물리학 교육과정과 관련된 11개 토픽이 추출되었으며, 3과목(물리학I, 물리학II, 과학사), 6개 영역(힘과 운동, 현대물리, 파동, 열과 에너지, 서양과학사, 과학이란 무엇인가)에서 교육과정 연계성을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 추후 교과 특성을 반영한 교과독서를 보다 체계적으로 시행할 수 있는 근거자료로 활용할 수 있을 것이다.

• 대한지구과학교육학회지
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• 제14권1호
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• pp.1-20
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• 2021

이 연구는 과학적 모델을 적용한 두 차례 야외지질학습(관악산과 한탄강 형성과정)에서 학생들이 보여주는 표상적 능력에 대한 이해를 목적으로 하였다. 수도권 소재 대학부설 영재원 10명의 학생들이 자발적으로 참여하였다. 야외학습환경과 교실학습환경에서 학생들이 작성한 서면 자료, 수업 과정에 대한 모든 영상녹음 및 음성 녹음 자료, 수업 종료 후 면담 자료를 수집하였다. 표상적 능력 수준을 구분하는 분석틀로 학생들의 표상 능력의 단계를 구분하고 과학적 모델 형성 과정에서 표상적 능력의 수준과 최종모델과의 결과론적인 해석을 덧붙였다. 그 결과 학생들의 표상적 능력은 1~6수준까지 다양하게 나타났다. 다만, 학생들은 야외학습환경에서 교실학습환경보다 상대적으로 낮은 수준의 표상적 능력을 보였다. 즉, 야외학습환경에서 상대적으로 낮은 수준의 표상적 능력으로부터 시작되어 교실학습환경에서 학생들이 표상적 능력의 수준을 높인 것을 결과론적으로 보였다. 궁극적으로 학생들의 표상적 능력을 이해하는 것은 과학적 모델 형성과정에서 현상을 설명하기 위한 도구로써 학술적인 의미를 지녔다.

• 과학교육연구지
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• 제45권3호
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• pp.292-303
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• 2021

본 연구에서는 일상생활에서 에너지 용어가 사용되는 맥락을 알아보기 위하여 온라인 과학 기사를 수집하여 언어 네트워크, 토픽 모델링 분석 기법을 활용해 에너지 관련 기사에 사용된 용어의 빈도, 용어 네트워크, 기사의 주제를 분석하였다. 분석에 사용된 자료는 2018.3.1.부터 1년간의 온라인 과학 분야의 기사 중 에너지를 검색어로 하여 10개의 국내 중앙지에서 검색 및 선정된 2,171편이다. 이 기사들을 자연어 처리하여 51,224개의 문장과 507,901개의 단어로 데이터를 구성하였다. R 프로그램을 활용하여 용어 빈도수 분석 및 언어 네트워크 분석을 실시하였고, 에너지 용어 사용의 맥락 탐색을 위해 구조적 토픽 모델링 분석을 적용해 기사의 주제를 도출하였다. 기사에 사용된 용어 중 빈도수가 유난히 높은 용어는 기술, 연구, 개발로 새로운 소식을 알리는 기사의 특성을 반영한 것으로 나타났다. 한편, 기사 2편당 한 번 이상의 빈도로 사용되는 용어에는 산업 관련 용어(산업, 제품, 시스템, 생산, 시장)와 '전기', '환경'과 같이 에너지 관련 용어로 충분히 기대되는 용어들이 있었다. 한편, 에너지 관련 과학 수업에서 자주 사용되는 '태양', '열', '온도', '발전'도 빈도수 상위에 속하는 용어로 드러났다. 용어 네트워크 분석에서는 산업 및 기술과 관련된 용어와 기초과학 및 연구 관련 용어들이 약한 강도이지만 서로 군집을 이루는 것을 확인하였다. 한편, 에너지와 쌍을 이루는 용어의 분석에서는 '에너지 효율'을 비롯해 '에너지 절감', '에너지 소비' 등과 같이 에너지의 사용에 관한 용어들이 다수를 이루고 그 사용 빈도가 가장 높았다. 에너지 용어가 사용되는 맥락은 16개의 주제를 분류한 4가지 영역으로 '첨단산업', '산업', '기초과학', '환경 및 건강'으로 나타났다. 에너지 사용 관련 용어가 상당히 많이 사용된다는 결과는 에너지 수업의 시작점으로 에너지 저급화 개념의 도입이 효과적일 수 있음을 시사한다. 또한, 첨단산업이나 환경 및 건강의 맥락을 에너지 학습에 도입할 필요성도 보여준다. 본 연구에서 드러난 16개 주제에서 보이는 다양한 에너지 용어가 사용되는 맥락을 재구성해 에너지 관련 수업에 활용한다면 학생들이 학교에서의 에너지 학습과 일상적 상황을 통합적으로 인식하는 데 도움이 될 것이다.

• 한국과학교육학회지
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• 제35권2호
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• pp.313-323
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• 2015

이 연구는 모델링을 강조한 논의 기반 일반화학실험 활동에서 나타나는 학생들의 모델링 변화와 변화 과정 및 모델링에서 나타나는 학생들의 인지과정에 대한 탐색을 통해 논의에 바탕을 둔 교수 전략이 모델링에 어떠한 영향을 미치는지와 변화의 이유를 알아보는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 일반화학을 수강하는 사범대학 화학교육과 1학년 학생 21명을 대상으로 모델링을 강조한 논의 기반 일반화학실험 여섯 개 활동을 1학기 동안 적용하였고, 학생들의 모델링에서 나타나는 인지과정을 탐색하기 위해 학생 인터뷰 자료를 수집하였다. 모델링 수행에서 나타나는 인지과정의 분석 결과, 효과적인 모델의 요소에 대해 학생들은 시각적 표현, 설득력 있는 설명의 제공, 수사학적 구조의 측면에서 응답하였다. 모델링 과정에서 사용한 전략에 대해서 학생들은 모델링 수행 전과 수행과정의 두 가지 측면에서 응답하였다. 모델링 수행 전에는 실험 보고서를 작성하는 과정에서 중요한 키워드 등을 미리 정리해 두거나 개요를 따로 작성하고 실제 모델링 수행과정에서는 다양한 자료를 이용, 자료를 재구성하여 제시, 핵심개념에 대한 정의와 설명을 제시, 수사학적 구조를 고려, 메타인지를 이용하는 전략을 사용하였다. 모델링 과정에서에서 겪는 어려움에 대한 학생들의 응답은 모델링 전략의 부재, 이해 부족의 두 가지 범주로 나눌 수 있었으며, 이러한 어려움의 해소에 대한 학생들의 응답은 모델링 전략의 부재와 내용 이해 부족으로 나타나는 어려움을 해소하기 위해 어떻게 모델링 전략을 습득하고 내용을 이해하는지로 구분되었다. 학생들은 피드백 단계, 모델링 경험, 실험 보고서에 대한 평가, 자신이 이전에 작성한 모델, 참고문헌을 통해 전략을 습득하며, 내용에 대한 이해는 수업 단계에서 나타나는 논의 과정과 실험 보고서 작성 과정을 통해 이루어졌다. 이러한 결과로부터 모델링을 교수학습에 이용할 때 논의에 기반을 둔 학습전략이 정신 모델을 검증하고 수정하여 표현된 모델로 구현하는 과정에 도움을 주고 과학 개념과 더불어 메타모델링 지식의 이해를 도와 학생들의 모델링 발달에 영향을 줌을 보여 주었다.

• 한국과학교육학회지
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• 제37권6호
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• pp.1037-1049
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• 2017

본 연구의 목적은 배설에 대한 소집단 모델링 기반 탐구 활동에서 나타나는 중학생들의 대화적 논변활동 과정에서 담화 이동 흐름과 합의에 이르는 추론 과정을 심층적으로 탐색하는 것이다. 참여 학생들은 영재원 중학교 학생들 17명이며, 3~4명이 한 소집단을 이루었다. 배설에 대한 소집단 모델링 활동 중에서 치킨을 먹은 후 체내에서 생성되는 노폐물(암모니아)는 우리 몸에서 어떻게 될지 설명하는 초기 모델을 형성하는 활동을 대상으로 분석이 이루어졌다. 학생들의 모델링 활동 중 논변적 상호작용을 분석한 결과 다음과 같은 결과를 확인할 수 있었다. 우선, 최초의 주장이 나타나는 잠정적 합의하기, '질문하기'와 '의미 명확히 하기'가 나타나는 불확실성 해결하기와 같은 공통적인 논변활동 단계가 나타났고, 다양한 주장이 존재한 소집단에서는 합의하기 단계가 추가적으로 나타나 '주장변경하기'의 담화 이동이 나타났다. 합의에 도달하기 위해 협력적으로 다른 사람의 논변에 참여했다는 측면에서 대화적 논변활동이 나타난 것을 확인할 수 있었다. 또한, 학생들의 논변활동에서 불확실성 해결하기 단계에서 비판적 질문을 하는 과정과 합의하기 단계에서 주장을 정당화하는 추론 과정에서 소집단 합의가 일어나도록 하는 대화적 논변활동 과정을 확인할 수 있었다. 비판적 질문을 통해 기존의 주장이 강화되거나 탈락되어 학생들은 자신의 주장을 변경하거나 새로운 주장을 제시하기도 하였다. 소집단 합의가 나타나는 순간의 추론을 분석해보면, 학생들은 개인 경험에 근거한 추론을 위한 자료 출처보다 과학적 사실에 근거한 추론을 위한 자료 출처를 선호하였으며 다양한 논변의 정당화 분석틀로 정당화를 하여 소집단 주장을 공고히 하였다. 본 연구결과를 통해 과학 수업에서 대화적 논변활동 맥락을 이해하고 반영할 수 있는 교육적 함의를 제공해줄 수 있을 것이다.

• 한국과학교육학회지
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• 제35권5호
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• pp.919-929
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• 2015

본 연구에서는 지질구조에 대한 모델링기반 학습 프로그램을 개발하고 모델링기반 학습에서 나타나는 논증패턴과 학생들의 정신모형 수준과의 관계를 밝히고자 하였다. 고등학교 2학년 126명을 대상으로 대륙이동설, 해령, 변환단층, 단층의 특징에 대하여 4회의 모델링기반 학습을 실시하였다. 연구대상 중에서 2개 학급은 실험집단으로 모델링기반 학습을 실시하였고 나머지 2개 학급은 비교집단으로 교사중심 설명식 수업을 실시하였다. 모델링기반 학습 후 실험집단과 비교집단의 사후 성취도와 학생들의 정신모형 분포를 정량적으로 비교하였다. 실험집단 중 5개 조의 논증활동을 녹음 전사한 자료에 대하여 본 연구에서 설정한 분석틀을 근거로 정성적으로 분석하였다. 본 연구의 분석틀은 TAP의 5가지 요소와 학생들의 대안개념이 포함되는 요소 5가지 등 총 10가지의 코딩 요소로 구성하였다. 정신모형 유형을 조사한 결과, 실험집단에서 단면 인과모형과 입체형 모형의 비율이 높게 나타난 반면, 비교집단에서는 2차원 모형과 단면 단순모형의 비중이 높게 나타났다. 논증유형을 분석한 결과, 주장의 빈도가 높을수록 논증활동이 성공적으로 이루어졌고 정신모형의 수준이 높게 나타났다. 반박이 제기된 경우, 만든 모형을 다시 관찰하여 자료를 수정하고, 이에 따라 주장을 다시 전개하였다. 이로써 모델링기반 학습에서 모형이 학생들의 논증 과정에 긍정적으로 작용함을 확인할 수 있었다.

• 영재교육연구
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• 제22권2호
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• pp.265-290
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• 2012

본 연구에서는 과학영재학생들의 내적 및 관계적 요소가 상호작용에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 이를 위해 달의 위상변화와 출몰 시각 변화에 대하여 사회적 공동구성과 과학적 모델링을 강조한 수업에서 나타나는 과학 영재학생들의 상호작용에서의 역할을 분석하고 유형별로 범주화하였으며, 선행 연구를 바탕으로 도출한 성격유형 자아개념 친구관계 부모관계 교사관계의 5가지 요소를 설문지와 심층 인터뷰를 통해 파악한 뒤 상호작용의 양상과 학생들에게서 나타난 각 요소의 연관성을 파악하였다. 분석 결과, 평소 친구와의 친밀도와 학교수업 참여도가 상호작용과 연관성이 높은 요소로 나타났으며 성격유형이나 자아개념, 부모관계의 영향은 상대적으로 적었다. 본 연구를 통해 학생들의 상호작용을 활발하게 만들기 위해서는 개인 내부의 다양한 요인까지 고려해야 하며, 이를 위해 필요한 전략도 간접적으로 확인할 수 있었다.