• 한국과학교육학회지
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• 제26권3호
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• pp.342-355
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• 2006

이 연구는 과학교육에서 중요한 위치를 차지하고 있는 실험수업의 유형을 분류할 수 있는 틀을 개발하는데 목적이 있다. 분류틀을 개발하기 위해 실험의 유형에 관한 선행연구들을 분석하고, 실험수업의 다양한 특성들을 분명하게 나타내는 실험수업 분류틀(CSLI)을 생성하였다. 실험수업 분류틀(CSLI)은 실험수업에 따르는 절차와 접근방식의 두 개의 분류자로 구성하였다. 실험수업에 따르는 절차는 절차 제시의 주체에 따라 절차가 외부에서 공급되는 경우와 학생들에 의해 설계되는 학생생성으로 구분하였으며, 실험수업의 접근 방식은 개념 제시의 순서에 따라 연역적 접근과 귀납적 접근으로 이분법적으로 구분하였다. 두 개의 분류자에 의해 실험수업을 네 가지 유형 - 확인실험, 발견실험, 탐색실험, 연구실험 -으로 분류하고, 각 유형의 실험수업들의 특성과 장단점을 기술하였다. 개발한 실험수업분류틀에 대해서 과학교육전문가 6인의 타당도 검증을 거쳐 분류틀을 완성하였다. 개발된 실험수업 유형 분류틀이 현장검증의 부족으로 인해 실험수업의 다양한 특성을 제한적으로 나타낼지라도 보다 나은 연구를 위한 모델로서 공헌할 수 있을 것이다.

• 영재교육연구
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• 제17권1호
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• pp.1-26
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• 2007

본 연구의 목적은 중학교 수학 영재를 수학 창의적 문제해결력 검사로 판별할 때, 유창성만을 기준으로 수학 창의적 문제해결력을 채점하는 방식의 신뢰도와 타당도를 검증하는데 있다. 이를 위해서 수학영역에서의 직관적 통찰능력, 정보의 조직화 능력, 추론능력, 일반화 및 적용능력, 추상화능력, 공간화/시각화 능력, 반성적 사고력을 요구하는 문항들로 구성된 검사를 개발했다. 고급한 수학적 사고력을 요구하며 정답이 하나인 폐쇄적인 수학문항 10개와 다양한 답이 가능한 개방적인 수학 문항 5개를 영재교육기관의 교육대상자 선발과정에 지원한 중학교 1학년 1,032명에게 실시했다. 교사들은 각 문제에 대해 타당한 답을 제시한 빈도로 유창성을 채점했다. 학생들의 반응을 Rasch의 1모수 문항반응모형을 기반으로 한 BIGSTEPS로 분석했다. 문항반응 분석결과, 유창성만으로 측정한 창의성을 기준으로 한 영재교육대상자 선발의 신뢰도, 타당도, 난이도, 변별도가 모두 양호한 것으로 나타났다. 특히 덜 정의되고, 덜 구조화되고, 신선한 문제일수록 영재교육대상자 선발과정에 지원한 학생들의 수학 창의적 문제해결력을 평가하는데 양호한 문제임이 확인되었다. 이 검사는 영재교육원 지원생들이 영재학급 지원생들보다 창의적 문제해결력에서 더 우수함을 확인해주었다. 이로써 유창성만을 기준으로 수학 창의적 문제해결력을 채점하는 방식이 효율적이며, 타당하고 신뢰로울 수 있음을 확인해 주었다.

• 한국지구과학회지
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• 제38권3호
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• pp.222-238
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• 2017

이 연구의 목적은 지구과학 탐구에서 통합 탐구 기능에 대한 학생들의 학습발달과정을 탐색하는 것이다. 이를 위해 과학 탐구 기능 발달과정 관련 문헌의 조사를 통해 '탐구 설계', '자료 수집', '자료 해석', 그리고 '결론 도출'을 발달 변인으로 설정하고, 각각에 대한 가설적 학습발달과정(HLP)을 4개 수준으로 개발하였다. 또한, 통합 탐구 기능에 대한 학생들의 학습발달과정을 조사하기 위한 도구로 3가지 지구과학 탐구 과제를 개발하였는데, 이들은 학생들이 주어진 문제 인식에서 출발하여 결론 도출에 이르기까지의 통합 탐구 기능을 포함하는 가설-연역적 탐구이다. 중학생, 고등학생, 대학생 총 126명을 대상으로 각각 개발된 지구과학 탐구 과제를 수행하게 한 후 HLP를 토대로 개별 학생들의 통합 탐구 기능을 요소별로 평가하였다. 또한, 학생들의 평가 자료를 Rasch 모델에 적용하여 HLP에 대한 타당화 과정을 거쳤다. 마지막으로, 분석 결과를 근거로 HLP를 수정 보완하여 경험적 학습발달과정을 개발하였다. 이 연구는 학생들의 통합 탐구 기능의 발달에 영향을 주는 요인들을 규명함으로써 지구과학 탐구 수업에서 학생들의 통합 탐구 기능을 효과적으로 향상시키기 위한 스캐폴딩 방안을 찾는데 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 지구과학 탐구 수업에 대한 교사들의 PCK를 향상시키는데 필요한 시사점을 제공한다.

• 한국과학교육학회지
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• 제39권4호
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• pp.545-562
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• 2019

이 연구의 목적은 고등학생들의 통합 탐구 기능 향상을 위한 인지적 스캐폴딩 도구를 개발하고, 그 적용 효과를 탐색하는 것이다. 이를 위해 문헌 연구 및 선행 연구 결과를 토대로 통합 탐구 기능 교육을 위한 수업용 자료 1종과 학생들이 자신의 탐구 능력 수준에 맞추어 선택적으로 학습할 수 있는 개별 학습용 자료 2종을 포함한 인지적 스캐폴딩 도구를 개발하였다. 또한, 통합 탐구 기능에 대한 학생들의 수준을 조사하기 위한 도구로 가설-연역적 탐구 형식으로 구성된 사전, 사후 검사용 탐구 과제를 1개씩 개발하였다. 인지적 스캐폴딩 도구의 효과를 검증하기 위하여 실험군과 대조군의 사전, 사후 검사에 대해 추리 통계를 실시하였다. 또한, 인지적 스캐폴딩 도구의 적용 여부에 따른 고등학생들의 통합 탐구 능력을 Rasch 모형에 따른 Wrightmap을 산출하여 비교하였고, 통합 탐구 기능의 각 요소에 대한 학생들의 수준 변화 양상을 확인하였다. 연구 결과, 인지적 스캐폴딩 도구를 사용했던 실험군은 대조군에 비해 탐구 설계, 자료 수집 및 변환, 자료 해석, 결론 도출 등 모든 평가 요소에서 유의미하게 높은 점수를 보였다. 또한, 인지적 스캐폴딩 도구를 활용했던 학생들은 전반적으로 통합 탐구 능력이 향상되었고, 통합 탐구 기능의 각 요소에서 높은 수준으로 뚜렷하게 변화되는 양상을 보여주었다. 이러한 연구 결과는 학생들이 과학 탐구를 수행하는 과정에서 직면하는 기능적 장벽을 완화 또는 제거하기 위해 인지적 스캐폴딩 도구를 적극적으로 활용할 필요가 있음을 시사한다.

• 한국과학교육학회지
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• 제41권5호
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• pp.371-390
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• 2021

이 연구의 목적은 공간능력 구성요소에 대한 신경과학적 모델을 개발하고, 빛과 그림자 관련 과학 과제를 해결하는 과정에서의 두뇌 활성 영역을 신경과학적 모델에 기반하여 영역 일반적 능력과 영역특수적 능력으로 구분하여 설명하는 것이다. 이를 위해 남자 대학생 24명이 공간능력 검사지 문항과 빛과 그림자 과제를 해결하는 동안의 시선이동과 EEG를 동기화하여 측정하였으며, 과제 해결 전략에 대한 사후면담과 RVP를 실시하였다. 시선 이동, 두뇌 활성 영역, 참여자의 사고 과정과 전략을 통합하여 공간능력 구성요소에 대한 신경과학적 모델을 개발하고, 빛과 그림자 관련 과제 해결 과정을 분석하였다. 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 공간 시각화와 심적 회전 요소는 주로 두정엽의 활성을 필요로 했으며, 공간 방향화 요소는 전두엽의 활성을 필요로 했다. 구체적으로, 공간 시각화 요소는 문제를 탐색하는 과정에서 전두엽이 활성화되었고, 문제와 답지를 비교하는 과정에서 측두엽과 두정엽이 활성화되었다. 심적 회전 요소는 회전된 정보를 탐색하는 구간에서는 전두엽이, 심적 회전을 할 때에는 두정엽이, 문제와 답지를 비교하는 구간에서는 측두엽이 활성화되었다. 공간 방향화 요소는 문제를 탐색하는 과정과 문제와 답지를 비교하는 과정 모두 전두엽이 활성화되었다. 둘째, 빛과 그림자 과제를 해결 할 때에는 영역 일반적 기능인 공간 능력과 과학적 원리를 적용하는 영역 특수적 사고가 함께 필요하였다. 평행광의 그림자 모양 추론과 빛의 방향이 바뀔 때의 그림자 모양을 추론에서의 두뇌 활성 패턴은 공간 시각화 요소에 대한 신경과학적 모델과 유사하였다. 여러 방향에서의 그림자를 통해 원래 물체를 추론할 때에는 공간 방향화 요소, 점광원의 그림자 모양을 추론할 때에는 공간 시각화 요소에 대한 신경과학적 모델과 두뇌 활성 패턴이 유사하였다. 빛과 그림자 과제를 해결할 때 추가적으로 활성화 된 부위는 주로 연역적 추론, 작업 기억, 행동에 대한 계획 기능을 담당하는 중측두이랑, 중심앞이랑, 하전두이랑, 중전두이랑이었다. 따라서 빛과 그림자 과제를 해결하는 과정에서는 공간능력 외에도 그림자 생성 원리를 기반으로 한 연역적 추론, 빛의 진행 방향을 작업 기억에 유지시키는 것, 광원의 특징에 따른 과제 해결 과정 계획, 빛-물체-스크린의 공간적 관계 인지 등이 추가적으로 필요하다.

• 한국토양비료학회지
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• 제39권5호
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• pp.274-279
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• 2006

FAO에서는 세계의 증발산량을 동일한 방식으로 산정하기 위해 다양한 형태의 모형들을 소개하고 각국이 적용하도록 권고해왔으며 최근에는 Penman-Monteith(PM) 모형을 증발산 산정에 이용하도록 하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 다양한 기상요소와 작물 생장을 고려해 시간별 또는 일별로 증발산량의 정량화가 가능한 FAO PM 모형의 증발산량 계산에 이용되고 있는 다양한 기상요소들을 평가하고자 하였다. 측정 장비를 통해 얻어진 순복사량과 지중열류량, 수증기압, 풍속, 기온 등의 기상요소를 PM 모형계산식 (2)부터 (9)까지의 과정에 적용해 보았다. 초지에서 측정한 알베도의 평균값은 0.20이고 최대는 0.23, 최소는 0.12를 나타내 평균값은 FAO PM에서 잔디의 반사율인 0.23보다 다소 낮은 값을 보였다. 측정 알베도에 의한 순복사량과 잔디의 알베도(0.23)를 이용한 순 복사량을 비교해보면 결정계수는 0.97과 0.95, 표준오차는 0.74와 0.80이었으나 예측 값은 실제 값에 직선의 상관을 이루며 회귀식의 유의성이 인정되었다. 지중열류량의 FAO PM에서의 영향정도를 판단하기 위해 지중 5cm 깊이에서 측정한 지중열류($G_{5cm}$)와 지표면 보정식에 의해 보정된 지중열류량($G_{0cm}$)을 지중열류량이 0일 때의 (G=0) RET 값과 비교하연 G=0일 때의 RET는 $G_{5cm}$에서의 RET보다 3-5 mm 범위에서 약간 크게 예측하고, $G_{0cm}$에서의 RET 보다는 5mm 이상에서 약간 작게 예측하나 두 경우 모두 거의 일치하는 경향이었다. 측정된 순복사와 $G_{0cm}$에 의한 RET를 지중열류량을 모두 0으로 했을 때 측정 순복사에 의해 얻어진 RET(I), 측정된 에 의해 예측된 순복사로 계산한 RET(II), ${\alpha}=0.23$을 대입하여 구한 순복사로 계산한 RET(III)와 비교했을 때 I, II, III의 결정계수와 표준오차 및 p값은 측정 순복사량과 $G_{0cm}$에 의한 RET를 비교적 잘 설명하고 있으나, II와 III처럼 알베도 값과 일사량 및 식 (3)~(9)를 이용해 얻어진 순복사량을 이용해 RET를 계산할 때는 Table1에 나타나 있는 회귀식을 이용해 이를 보정해주어야 RET 계산의 오차를 줄일 수 있을 것이다. 이상의 결과를 종합하면 FAO PM 모형에 이용되는 기상요소들을 측정할 수 없을 때는 지표면 복사율을 나타내는 지중열류 값은 0으로 산정하고 순복사량 예측 값과 잔디의 지표면 반사율 또는 알려진 작물의 반사율을 이용해 RET를 계산하는 것이 가능할 것이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제37권3호
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• pp.131-135
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• 2004

본 연구는 일반 기상 측정에서 에너지 수지를 구할 때 이용되는 지중열류 값과 토양 내 10 cm 깊이에서 측정한 토양온도를 활용하여 태양 복사에너지와 지표면 복사 에너지의 도달과 분배에 중요한 역할을 하는 토양표면의 온도를 예측하고자 수행하였다. 2003년 6월 10일부터 6월 24일까지 측정한 지중열류와 토양온도 그래프에서 토양온도나 지중열류는 주기성을 나타내며 일중 최저 지중열류와 최고 토양온도 사이에는 위상편차가 존재한다. 토심 5 cm에서 측정하여 시간별로 평균한 토양온도와 지중열류 사이에는 2시간의 시간지연이 존재하며 토양온도와 시 공간상에서의 지중열류는 정의 상관관계를 보였다. 이는 단위체적 당 열용량과 깊이에 따른 열량의 변화율이 태양에너지와 지표면 복사를 통한 지중열류에 비례한다는 것을 의미한다. 예측된 토양 표면온도는 시간별로 평균하였을 때 그 평균온도가 $20^{\circ}C$를 넘어 여름철의 기온을 반영하였으며 모양도 주기함수 형태를 보였다. 진폭은 $4.5^{\circ}C$로서 10 cm 깊이에서의 진폭인 $3.4^{\circ}C$보다 $1.1^{\circ}C$ 높았으며 최저온도가 나타난 시간은 토양표면의 경우는 오전 8시, 10 cm 깊이에서는 오전 9시였으며 최고온도가 나타난 시간은 토양표면은 16시, 10 cm 깊이는 19시이었다. 시간별로 평균하지 않았을 때의 최고와 최저온도는 각각 33.2, $16.5^{\circ}C$ 였으며, 토양표면온도 분포는 $15-20^{\circ}C$가 5.3%, $20-25^{\circ}C$가 65.6%, $25-30^{\circ}C$가 28.1%, $30-35^{\circ}C$가 1%로 대부분의 온도는 $20-25^{\circ}C$ 범위의 값을 나타냈다. 예측된 토양표면온도의 검증을 위해 토양표면 온도와 10 cm 깊이의 토양온도를 가지고 계산한 산술 평균과 토심 5 cm에서 측정한 토양온도를 비교하였다. 또한, 그 과정을 통해 얻어진 추정회귀모형은 P값이 0.001보다 작아 유의성이 인정 되었다. 회귀모형의 결정계수는 0.968이었고 표준오차는 0.38로 예측된 토양표면온도는 추정 회귀모형에 의해 실제 값에 가깝게 추정할 수 있을 것이다.

• 대한수학교육학회지:수학교육학연구
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• 제21권4호
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• pp.327-344
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• 2011

본 연구는 고등학교 수학교과에서 배우는 모평균의 신뢰구간 구하기와 같은 통계적 추론 능력을 기르기 위한 방안의 첫 단계연구이다. 통계적 추론과정을 비판적으로 분석하여 신뢰할만한 추론방법으로 이를 인정할 수 있는 표본개념의 형성을 위해, 연구자들은 우연과 필연, 귀납과 연역, 가능성원리, 통계량의 변이성, 통계적 모형 등의 하위 개념들이 형성되어야 한다고 보았다. 그리고 초중등 통계단원의 전 과정에서 이들 개념의 체계적인 발달을 도모해야 한다는 전제 아래, 초 중 고등학교 통계단원을 분석해 본 결과는 아래와 같았다. 첫째, 문제해결 방법 선택의 지도와 관련하여, 통계적 방법을 선택할 문제 상황으로서, 우연적 상황을 필연적 상황과 구분하기위한 설명이 있는 교과서가 초등학교에는 없고, 중등 수준에서도 매우 드물었다. 둘째 표본의 모집단 관련 의미를 이해시키려는 단계적 준비가 미흡하다고 할 수 있다. 전체와 부분의 모집단과 표본 구분이 고등학교에서 비로소 공식화되고 있으며, 초 중학교에서 사용되는 표본자료는 그것으로부터 얻어지는 계산적 결과에만 초점이 맞추어짐으로서, 학년이 올라감에 따라 모집단을 향한 귀납적 추론의 신뢰성에 대한 비판적 사고의 깊이가 더해지는 모습을 찾아보기 어려웠다. 셋째, 무작위 추출이 갖는 대표성의 의미에 대한 설명보다는 무작위 활동 자체에 대한 설명이 중심이 됨으로서 무작위 추출의 확률적 의미, 즉 무작위 표본을 통해 구해질 통계량의 표집분포에서의 (상속된) 무작위성을 위한 담보로서의 목적에 대한 설명이 없다는 점이다. 넷째 통계적 추론을 수학(연역)적 추론과 구분해 주는 설명이 없을 뿐 아니라, 학습자의 논리성 발달 수준에 맞게 변화하는 가능성원리에 대한 설명, 적용 등을 전혀 찾기 어렵다는 점이다. 다섯째 통계량의 우연변이성과 그에 따른 표집분포의 존재에 대한 이해를 추구하는 설명을 찾기 어렵다는 점이다. 표집분포를 수학적으로 구하는 것은 매우 어려운 과정이지만, 그것의 존재를 인식하느냐 못하느냐는 통계적 추론 자체의 이해 가능성을 달리하는 중요한 문제이기 때문이다.