• 한국수학교육학회지시리즈D:수학교육연구
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• 제24권3호
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• pp.137-173
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• 2021

Research and national standards, such as the Next Generation Science Standards (NGSS) in the United States, promote the development and implementation of K-12 interdisciplinary curricula integrating the disciplines of science, technology, engineering, mathematics, and computer science (STEM+CS). However, little research has explored how teachers provide epistemic support in interdisciplinary contexts or the factors that inform teachers' epistemic support in STEM+CS activities. The goal of this paper is to articulate how interdisciplinary instruction complicates epistemic knowledge and resources needed for teachers' instructional decision-making. Toward these ends, this paper builds upon existing models of teachers' instructional decision-making in individual STEM+CS disciplines to highlight specific challenges and opportunities of interdisciplinary approaches on classroom epistemic supports. First, we offer considerations as to how teachers can provide epistemic support for students to engage in disciplinary practices across mathematics, science, engineering, and computer science. We then support these considerations using examples from our studies in elementary classrooms using integrated STEM+CS curriculum materials. We focus on an elementary school context, as elementary teachers necessarily integrate disciplines as part of their teaching practice when enacting NGSS-aligned curricula. Further, we argue that as STEM+CS interdisciplinary curricula in the form of NGSS-aligned, project-based units become more prevalent in elementary settings, careful attention and support needs to be given to help teachers not only engage their students in disciplinary practices across STEM+CS disciplines, but also to understand why and how these disciplinary practices should be used. Implications include recommendations for the design of professional learning experiences and curriculum materials.

• 한국과학교육학회지
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• 제36권1호
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• pp.45-61
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• 2016

본 연구는 탐구 과제에서 드러나는 학생들의 인식적 목표와 인식적 이해의 전환을 확인하고, 이러한 전환이 논변활동에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보고자 하였다. 중학교 1학년 37명의 학생들이 연구에 참여하였고, 학생들의 인식론이 맥락에 따라 변한 1개 소집단을 선정하여 광합성 실험설계를 구성하는 논의 과정을 분석하였다. 학생들의 발화 및 행동을 통해 그들의 인식적 목표와 인식적 이해를 확인하였고 학생들의 실험설계 과정 및 결과를 분석하였다. 연구 결과, 학생들은 실험설계를 구성할 때 '과학적 의미 형성'이라는 인식적 목표에 초점을 두어 '이 실험이 어떻게 광합성에 이산화탄소가 필요한지를 알아볼 수 있는지'를 '과학 이론, 자료에 대한 자신의 해석에 기반을 두어 정당화'하였으며, 자기 자신을 '지식의 구성자'로 바라봄으로써 능동적으로 실험을 구성하였다. 그러나 다른 실험에 대해서는 '권위에 기반한 반박'을 보였으며 상대방 실험을 인정하지 않고 반박만을 제기하는 '평가자'로서의 태도를 보임으로써, 반박 과정에서 제기된 의견을 고려한 수정은 없었다. 하나의 실험을 선정하는 과정에서 인식적 목표는 '이기는 것'으로 전환되었고, '이런 실험이 좋다'라는 지식의 본성, '상대방을 이해시키기 위한 정당화를 할 필요가 없다' 혹은 '권위에 기반하여 정당화하는 것'이라는 정당화, '경쟁자'라는 청중에 대한 인식을 보였다. 이에 따라 학생들은 서로의 실험설계가 갖는 의미를 깊이 있게 탐색하지 못하였고 상대방 주장의 제한점만을 공격하여 인지적, 정서적 갈등 상황이 지속되었다. 시간 제한으로 인해 선택된 A의 실험설계를 정교화하는 과정에서 인식적 목표는 '과학적 의미 형성'으로 다시 전환되었고, '어떻게 그 실험이 과학적으로 타당한지'를 되짚어 보고 '납득할 만한 정당화가 이루어져야 한다'는 필요성을 바탕으로 과학적으로 옳은 정당화를 보였으며 학생들은 '협력자'의 관계에 놓였다. 이에 따라 구성원 모두가 의견을 제안하고 정당화하고 평가를 하는 생산적인 논변활동을 통해 발전된 소집단결과를 완성시켰다. 본 연구는 과학 수업에서 생산적인 논변활동을 지원하는 인식적 목표와 인식적 이해에 대한 기초 정보를 제공할 것으로 기대된다.

• 한국과학교육학회지
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• 제41권1호
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• pp.47-57
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• 2021

본 연구에서는 학습자의 인식적 행위주체성을 촉진하기 위하여 인식적 목표를 명시화하는 지식 구성 활동을 설계하여 초등 예비교사를 위한 생물학 강좌에 도입하였고, 이 활동에 참여한 예비교사들이 어떠한 유형의 인식적 목표를 어떻게 고안하였으며, 이 목표를 중심으로 정교한 수준의 인식적 특성을 지닌 지식 구성 활동이 형성되도록 촉진하거나 이를 제한한 요인을 탐색했다. 이를 위해 활동에 참여한 예비교사들의 실행 및 산출물을 녹음 및 수집했으며, 녹음 자료는 전사하여 본 연구의 분석 자료로 활용하였다. 분석 결과, 예비교사들이 고안한 인식적 목표의 유형은 '자연 현상에 대한 의미 형성하기', '실용적 선택안 제시하기', '문제 현상의 기작에 기반한 해결책 제시하기'로 도출되었다. 각 인식적 목표 유형은 예비교사들이 탐구하기로 선정한 자연 현상에 대한 지식을 바탕으로 어떠한 결론을 얻고자 하는가에 따라 서로 다르게 고안되었다. 예비교사가 인식적 목표를 명시화하는 활동 구조는 이들이 근거 기반의 지식 주장 정당화가 수반되는 지식 구성 활동을 고안하도록 촉진할 수 있는 것으로 분석되었다. 예비교사가 고안한 지식은 지식의 본성 측면에서 주로 현상에 관한 기술에 그쳤으며, 현상의 기작에 관한 설명 구성은 자연 현상이 일어나는 기작에 대한 의미를 형성하고자 하거나 현상의 기작에 대한 이해를 바탕으로 문제해결을 위한 해결책을 제시하고자 계획할 때 나타났다. 그러나 예비교사들이 활용 가능한 시간적·물리적 자원의 한계에 따라 기작에 대한 설명 산출 과정에서 정교한 수준의 인식적 특성을 지닌 지식 구성 활동이 제한될 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구는 학습자의 인식적 행위주체성을 촉진하는 교수학습 전략의 고안 및 인식적 행위주체성을 중심으로 한 예비교사 교육에 대한 논의에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국과학교육학회지
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• 제38권4호
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• pp.541-553
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• 2018

본 연구는 자유탐구 활동에서 나타난 과학고등학교 학생들의 인식적 목표와 인식적 이해가 추론 복잡성과 어떠한 관련이 있는지 알아보고, 자유탐구가 참과학 탐구의 성격을 띠게 하는 맥락을 탐색하였다. 1명의 교사와 12명의 2학년 학생이 연구에 참여하였으며, 연구에 참여한 6팀 중 인식적 측면과 추론의 복잡성이 뚜렷하게 구분되는 2팀을 초점 집단으로 선정하여 사례연구를 실시하였다. 학생의 활동과 면담을 녹화, 녹음한 후 전사한 자료, 참여관찰 자료, 학생이 작성한 인공물 등을 분석하여 다음과 같은 연구 결과를 얻었다. 첫째, 학생들의 인식적 목표와 이해는 인식 대상의 특성과 맥락에 따라 차이가 있었다. '현상 이해에 대한 가치 공유, 연구 가치에 대한 성찰 기회, 협업과 합의를 요구한 과제 특성, 팀원 간의 충분한 소통 기회'와 같은 맥락은 학생들의 인식적 목표와 이해의 향상을 촉진했다. 반면, '연구 관련 문헌에 대한 비판적 검토 기회의 부재, 환경적 제약'과 같은 맥락은 학생들의 인식적 목표와 이해의 하락을 촉진했다. 둘째, 학생들의 인식적 목표와 이해는 추론의 복잡성에 영향을 미쳤다. '과학적 의미 형성'의 목표는 학생이 생성한 의문을 바탕으로 검증 가능한 가설을 설정하는 높은 수준의 추론에 영향을 미쳤다. 정당화에 대한 높은 이해는 대조군 설정에 의도적으로 주목하고 독창적인 실험 노하우를 개발하는 높은 수준의 추론으로 이어졌다. 청중에 대한 높은 이해는 논변을 들어 자신들의 연구를 방어하고, 후속 연구를 제안하는 높은 수준의 추론으로 이어졌다. 반면, '정답 찾기'의 목표와 정당화에 대한 낮은 이해는 자료의 의미를 해석하지 않고, 실험의 한계점을 조절하지 않는 낮은 수준의 추론으로 이어졌다. 청중에 대한 낮은 이해는 연구를 적극적으로 방어하지 않고, 후속 연구를 고려하지 않는 낮은 수준의 추론으로 이어졌다. 본 연구는 자유탐구 지도와 관련하여 활동의 가치를 공유하고, 학생의 인식적 권위를 확인할 수 있는 소통 기회와 비판적 검토 기회를 제공할 것을 시사한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.605-613
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• 2014

신뢰성 해석을 수행할 때 정보부족으로 인해 발생하는 인식론적 불확실성(epistemic uncertainty)은 고유의 변동성에 의해 존재하는 내재적 불확실성(aleatory uncertainty)보다 더 중요하게 다뤄야 한다. 그러나 그동안 개발된 확률이론은 주로 내재적 불확실성을 모델링하는데 이용된 반면, 인식론적 불확실성의 모델링에 대해서는 아직 확실한 접근법이 없었다. 최근 이를 위해 probability theory를 포함한 여러 접근법들이 제시되고 있지만 이들은 서로 다른 통계적 이론들을 바탕으로 도출되었기 때문에, 각 방법들의 결과들을 이해하는데 어려움이 있었다. 본 연구에서는 고장 확률을 계산하는 문제를 가지고 이러한 방법들이 인식론적 불확실성을 어떻게 다루는지를 비교, 분석하였다. 이를 위해 probability method, combined distribution method, interval analysis method 그리고 evidence theory를 대상으로 신뢰도 분석문제에 대해 각 방법들의 특징들을 비교하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 입력변수의 확률분포 형태를 알 수 있다면 probability method가 가장 우수하나, 이를 전혀 모르면 interval method를 사용해야 한다. 그러나 계산비용 면에서는 두 방법이 유사하므로 결국 입력변수의 확률특성 정보가 얼마나 있느냐에 따라 방법을 선택한다. Combined distribution method는 failure probability의 평균만 제공하므로 사용하지 않는 것이 좋다. 다만 이 방법은 계산비용이 매우 적게 드는 장점이 있다. Evidence theory는 probability와 interval 방법의 중간에 해당하며, 구간별 probability assignment를 세분화 할수록 probability결과에 접근한다. 이 방법은 계산비용이 가장 높은 것이 문제이다.

• 한국과학교육학회지
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• 제43권6호
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• pp.495-507
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• 2023

센스메이킹 활동에서 교사는 학생과 함께 질문을 고안하고 조사과정을 설계할 때 많은 어려움을 겪는다. 그 주된 이유로 새로운 설명을 고안하는 과정에서 개념적 이해가 어떻게 활용되는지 예상하기 어렵다는 점이 있다. 본 연구에서는 센스메이킹 목표하에 이루어지는 활동 설계에서 어떠한 인식적 준거 활용되는지 밝히고, 각 준거를 중심으로 한 논의에서 학생의 개념적 이해가 어떻게 활용되는지 드러내고자 했다. 이를 위해 센스메이킹 활동에 참여한 학생들의 조별 활동 과정을 탐색했으며, 이때 센스메이킹의 목표하에 이루어진 질문 고안과 조사 과정 설계과 탐구활동의 단순화된 절차 수행의 목표가 잘 반영된 과정을 비교 탐색했다. 분석 결과, 센스메이킹 과정 설계에서 활용되는 인식적 준거는 현상의 흥미로움 여부, 자료 수집 가능성, 관측 가능하며 현상을 설명할 수 있는 변인으로의 해석 가능성으로 도출되었다. 이에 반해 탐구활동의 단순화된 절차 수행의 목표가 두드러진 사례에서는 자료 수집 가능성만이 인식적 준거로 활용된 것으로 나타났다. 현상의 흥미로움 여부를 중심으로 한 논의에서는 탐구하는 현상 속 요소의 구조, 기능에 관한 개념적 이해가 학생들이 탐구하고자 하는 현상을 규명하고 해당 현상에 대한 기존 지식을 점검하는 과정에서 활용되었다. 야외에서 자연현상을 탐색하는 과정에서 관측 자료, 즉 사실적 이해가 형성되는 것으로 나타났다. 이와 더불어 탐구하고자 하는 현상과 관련하여 문헌에서 찾아낸 정보인 사실적 이해는 해당 현상에 대한 새로운 지식 고안이 필요한지 여부를 판단하는 데 활용되었다. 자료 수집 가능성에 대한 논의에서는 탐구 현상의 구성 요소를 주어진 자원 내에서 조사할 수 있을지 판단하는 과정에서 각 요소에 대응하는 구조, 기능에 관한 개념적 이해가 활용되었다. 이때 각 요소의 관측 가능성을 논하며 절차적 이해가 함께 활용되었다. 세 번째 인식적 준거는 관측 가능하며 현상을 설명할 수 있는 변인으로의 해석 가능성이었다. 이 준거를 바탕으로 한 논의에서는 일상 용어를 활용한 표현을 관측 가능한 변인으로 변환하고, 다시 관측 결과 구성한 사실적 이해의 의미를 일상 용어로 해석할 수 있는 방안이 다루어졌다. 이 과정에서 기능에 관한 개념적 이해, 해당 개념과 관련된 사실적 이해가 활용되었다. 그리고 탐구하는 현상의 요소들을 변인으로 해석하기 위해서 해당 현상을 설명할 수 있는 포괄적인 기작에 대한 개념적 이해가 활용되었다. 본 연구 결과는 과학 수업에 자연현상에 대한 설명 구성 과정을 도입한 취지를 반영한 센스메이킹 활동을 운영하고, 학생과 함께 센스메이킹 과정을 설계할 때의 개념적 지원 방안을 마련하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

• 시스템엔지니어링학술지
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• 제16권2호
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• pp.27-37
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• 2020

The Fukushima Daiichi accident in 2011 revealed some vulnerabilities of existing Nuclear Power Plants (NPPs) under extended Station Blackout (SBO) accident conditions. One of the key Severe Accident Management (SAM) strategies developed post Fukushima accident is the In-Vessel Retention (IVR) Strategy which aims to retain the structural integrity of the Reactor Pressure Vessel (RPV). RELAP/SCDAPSIM/MOD3.4 is selected to predict the thermal-hydraulic response of APR1400 undergoing an extended SBO. To assess the effectiveness of the IVR strategy, it is essential to quantify the underlying uncertainties. In this work, both the epistemic and aleatory uncertainties are considered to identify the success window of the IVR strategy. A set of in-vessel relevant phenomena were identified based on Phenomena Identification and Ranking Tables (PIRT) developed for severe accidents and propagated through the thermal-hydraulic model using Wilk's sampling method. For this work, a Systems Engineering (SE) approach is applied to facilitate the development process of assessing the reliability and robustness of the APR1400 IVR strategy. Specifically, the Kossiakoff SE method is used to identify the requirements, functions and physical architecture, and to develop a design verification and validation plan. Using the SE approach provides a systematic tool to successfully achieve the research goal by linking each requirement to a verification or validation test with predefined success criteria at each stage of the model development. The developed model identified the conditions necessary for successful implementation of the IVR strategy which maintains the vessel integrity and prevents a melt-through.