• 한국과학교육학회지
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• 제32권6호
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• pp.1050-1062
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• 2012

Concepts of science have been developed by occupying 'ecological niche' within conceptual ecology. The ecological niche is determined from the mutual effect between intellectual environmental of the learner and new concept, which few studies have been conducted. This study examined how the ecological niche of the concept of photosynthesis in $7^{th}$ grade is changed by instruction. The ecological niche was analyzed using 2 methods: (1) the change in the diversity of concepts, and (2) the change in the proximity of concepts based on the frequency and the relativeness score of the concepts. The concept of photosynthesis was analyzed in the 4 domains in the place of photosynthesis, products of photosynthesis, reactants of photosynthesis, and environmental factors. The results of this study are as follows: (1) reduced diversity of concepts, (2) increased frequency and relativeness score of the scientific concepts, and (3) increased proximity of the scientific concepts by instruction. With these results, the mutual effects of the concepts within the conceptual ecology have become active by class to differentiate the relationships between the concepts, which accordingly displayed their changes in status.

• 한국과학교육학회지
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• 제32권10호
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• pp.1524-1536
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• 2012

과학 태도는 학습의 질 향상에 영향을 미치며 과학 교육에서 중요한 관심사 중의 하나이다. 과학 태도 수준에 따라서 인지적 영역의 구조적 측면, 특히 개념간의 근접성 분석이 필요하다. 따라서 이 연구에서는 과학 태도 수준에 따라서 광합성 관련 개념의 근접성이 수업 후에 어떻게 변하는지를 분석하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 7학년 학생 270명을 대상으로 수업 전과 수업 후의 과학 태도와 광합성 개념에 대한 조사를 실시하였다. 광합성 개념은 '광합성이 일어나는 장소', '광합성에 필요한 물질', '광합성결과생성 되는 물질', '광합성에 영향을 미치는 요인'으로 구성하였다. 광합성 개념의 근접성은 다차원 척도법을 활용하여 분석하였다. 이 연구 결과는 다음과 같다. (1) 수업을 통해 학생들은 구체적인 개념을 습득함으로써 개념의 근접성을 변화시키는 것으로 나타났다. (2) 학습을 통해 과학태도 상집단이 중 하집단에 비해 과학적 개념의 근접성이 가까워지는 경향이 있다. (3) 과학 태도의 모든 수준의 학생에서 비과학적 개념이 수업 후에도 계속 존재하는 것으로 나타났다. 이 비과학적 개념이 광합성과 관련된 과학적 개념 사이의 근접성을 방해하는 것으로 판단된다. (4) 학생들은 광합성과 관련된 4개 영역에서 서로 관련된 개념은 가깝게 인식하고 있는 것으로 나타났다. 학생들은 광합성에서 광합성 장소와 필요 물질을, 광합성 결과 생성되는 물질과 필요 물질을 가깝게 인식하고 있다고 할 수 있다.

• 한국과학교육학회지
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• 제33권3호
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• pp.650-663
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• 2013

Multidimensional scaling can be used to identify relationships among concepts, revealing the structure of the cognitive framework by measuring distances within perceptual maps. The current study sought to examine the relationships among concepts related to photosynthesis in 2,844 $3^{rd}-11^{th}$ grade science students. The questionnaire included items on 'location,' 'products,' 'reactants,' and 'environmental factors', presenting images related to each theme. Students provided responses corresponding to particular topics, and reported the extent to which the concept was related to the topic on a scale from 1 to 30. The survey results were as follows: first, students were not able to clearly distinguish between or understand the four main topics. Second, students organized their cognitive structures by closely associating related concepts after learning. Third, the presented concepts revealed a mixture of scientific and non-scientific concepts, suggesting that students needed to clearly distinguish the preconceptions through which they organized concepts, so that they are suitable for cognitive structures based on learning. Furthermore, non-scientific concepts within perceptions were consistently maintained throughout learning, affecting the proximity of scientific concepts.

• 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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• 제34권1호
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• pp.72-85
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• 2015

Conception in learner's cognitive structure has a niche as species in ecosystems. The purpose of this study is to analyze the change of niche overlap of photosynthesis concept through instruction. The photosynthesis concepts were selected from literature review. Selected concepts were in 4 areas: Location of photosynthesis, reactants, products, and environmental factors. The subjects consisted 304 elementary students. The respondent marked the relevance between the presented concepts and each area on a scale of 1~30 points. The analysis of niche overlap in concepts was performed by changing in niche overlap graph, niche space size, and overlap index before and after instruction. The results are as follows. First, on the whole understanding level and relevance of the scientific concepts was increased through instruction as a result of learning. Second, elementary school students cognitive concepts in the form of chunking concepts through classification process. Based on the results, this study has the following suggestion. Students' conceptual ecologies and niche analyzed by this study will be used as material for development of instruction strategy.

• 과학교육연구지
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• 제41권2호
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• pp.195-212
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• 2017

소집단 학습은 소집단 내 학생들 간의 상호작용을 통해 공동의 목표 및 과제를 해결해 나가는 학습 방법이다. 과학 교육에서 소집단 학습은 중요 학습 전략 중의 하나이며, 학업 성취도와 태도 향상에 효과적이다. 소집단 구성은 3명일 때 학생들이 적극적으로 참여하며 과학 탐구 능력 향상에 효과적인 것으로 보고되었다. 그러나 집단의 구성 방법 즉, 동질과 이질 집단으로 구성하느냐에 따라 그 효과가 다른 것으로 보고되고 있다. 따라서 이 연구에서는 집단의 구성에 따라 7학년 학생의 광합성 개념의 생태적 지위에 차이가 있는지를 검증하였다. 이를 위해서 7학년 학생 1107명을 대상으로 이질 집단과 동질 집단은 상위, 중위, 하위로 구분하여 구성하였다. 광합성 개념은 광합성 장소, 광합성 생성물질, 광합성 필요물질, 광합성 환경 요인 영역으로 구분하였다. 광합성 개념의 생태적 지위 변화에 대한 선행 연구에 기초하여 빈도율 4%이상인 개념을 선정하여 설문을 구성하였다. 설문지는 4가지 영역에 각각 제시된 관련 개념들에 대한 관련성 점수와 이해 수준 점수를 측정하였다. 이 연구의 결론은 다음과 같다. 1) 3명의 소집단 수업에서는 과학 개념 학습에 향상이 있었다. 2) 집단 구성 시 평균을 향상시키고자 할 때는 동질 집단으로 구성하고 구성원간의 편차를 줄이고자 할 때는 이질 집단으로 구성하는 것을 제안한다. 이 연구를 통해서 집단 구성에 따른 결과의 이중성에 대한 차이 또는 효과를 검증하는 구체적인 연구가 이루어지길 기대한다.

• 한국과학교육학회지
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• 제31권4호
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• pp.513-527
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• 2011

학습자의 개념 형성 요인을 심층적으로 분석하는 개념 생태 관련 연구들이 많이 진행되어 오고 있다. 학습자의 인지 구조를 생태계로 비유한다면, 인지 구조 속에 존재하는 개념은 생태계의 종으로 비유할 수 있다. 따라서 생태계 내 종이 생태 지위를 가지듯이, 학습자의 개념 생태 내 개념도 생태 지위를 가질 수 있다. 이 연구는 개념의 다양성, 개념의 관련성과 빈도율 변화, 개념 간 경쟁관계로 구성된 생태 지위적 접근을 통하여, 광합성 학습 전 후에 5학년들이 인식하는 광합성 개념 간 관계를 분석하였다. 설문지는 광합성 장소, 광합성 생성물질, 광합성 필요물질, 광합성 환경요인 네 영역으로 구성되어 있으며, 각 영역별로 알고 있는 개념과 그 개념의 관련성 정도를 점수(1~30 점)로 기입하도록 제작되었다. 5개 도시 소재 11개 초등학교의 5학년 11학급 총 310명의 학생들을 대상으로 설문하여 분석하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 학생들은 광합성에 '빛'과 '물'을 공통적으로 많이 인식하면서 다양한 개념들을 지니고 있었다. 둘째, 학습 후에도 학생들은 '뿌리', '바람' 등과 같은 오개념이 여전히 나타나고 있었으며, 광합성 영역별로 오개념과 과학 개념이 공존하고 있었다. 셋째, 학습을 통하여 '빛'에 대한 학생들의 인식이 높아지고 있지만, 광합성 영역에 따른 적절한 개념을 인식하지 못하고 있기 때문에 교사들의 지속적이면서 효율적인 교수 전략이 필요하다. 넷째, 학생들이 인식하는 개념들은 개념 생태내에서 위상을 갖고 복잡하게 얽혀져 있는 것으로 보아 생태 지위를 갖고 있는 것으로 판단된다.

• 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.

• 한국과학교육학회지
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• 제30권2호
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• pp.304-322
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• 2010

본 연구는 광합성 개념 이해에 도움이 되는 학생 중심 비유 활용 수업을 개발 적용하고, 이 수업이 개념 이해와 과학 수업에 대한 태도에 미치는 효과를 검증함과 아울러 학습에서 비유가 갖는 역할을 정성적으로 파악하는데 그 목적이 있다. 서울 시내 소재 중학교 2학년 4개 학급을 선정한 후, 비유 활용 수업 집단과 비교집단으로 무선 배치하였다. 과학 개념 이해 검사와 과학 수업에 대한 태도 검사를 사전, 사후에 실시하였고, 실험 집단의 경우 소집단 토의와 반 구조화된 면담 내용을 녹음하고 전사하여 분석하였다. 결과, 학생 중심 비유 활용 수업이 학생들의 광합성 개념 이해와 과학 수업에 대한 태도에 통계적으로 유의미하게 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한, 연구에서 밝혀낸 학습에서의 비유의 역할로는 다음과 같은 것들이 있었다. 첫째, 비유는 학생들의 사전 지식을 활성화하고, 목표 개념의 구조적 속성에 집중하게 하고, 지식의 정교화를 도움으로써 학생들의 개념 이해를 돕는 역할을 했다. 둘째, 비유 만들기 활동은 소집단 활동을 촉진하는 매개체로서 작용하였다. 비 유로 인해 소집단 토의가 촉발되고 활성화되었을 뿐 아니라, 이것이 광합성 개념 이해에도 긍정적인 영향을 주었다. 셋째, 비유는 자신의 이해 정도를 점검하게 도움으로써 학생의 메타 인지적 능력을 발달시켜 주는 역할을 했다. 뿐만 아니라, 비유는 학생들의 오개념을 드러내 주는 역할을 하며, 교사가 이에 주목하면 오개념을 수정할 수 있게 하는 도구로서 비유를 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 마지막으로, 비유는 학생들이 과학 학습에 흥미를 느끼게 하고, 자신감이 향상되도록 하는 등 정의적 측면에서도 긍정적인 효과가 있었다.

• 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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• 제34권4호
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• pp.502-518
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• 2015

본 연구는 초등학교 과학교과서에 수록된 광합성 실험을 초등 예비교사들이 직접 수행하고 그 실험결과와 자신의 반성을 담은 탐구과정상의 어려움과 해결책을 탐구보고서에 작성하도록 하였다. 10개조의 탐구보고서와 발표자료를 바탕으로 초등 예비교사들의 반성적 사고와 실험 수행 능력을 분석하였다. 반성적 사고에 대해서는 10편의 탐구보고서에서 '지식', '과정', '지향', '태도' 4가지 유형과 관련된 총 108개의 진술 문장을 추출하였다. 분석 결과 광합성 실험을 통해 획득한 '지식'에 대한 반성적인 사고에 대한 내용이 가장 많았다. 지식유형에서도 실험을 통해 새롭게 알게 된 것이나 기존의 개념이해가 변화한 내용에 대한 반성이 가장 높은 빈도를 보였다. 실험 수행 능력은 10개조 중 반성적 사고 4가지 유형을 합산하여 가장 높은 빈도를 보인 한 개 조와 가장 낮은 빈도를 보인 한 개 조의 탐구보고서를 '실험준비 및 안전사고 예방', '실험 수행', '실험결과 정리 및 일반화', '실험결과 보완 및 피드백' 4단계에 따라 분석하여 56개의 문장을 추출하였다. 분석 결과 '실험결과 보완 및 피드백' 단계에서 두 조 간에 가장 큰 차이를 보였다. 최하위 조의 경우 '실험결과 정리 및 일반화' 단계의 '컴퓨터를 이용한 정보 처리', '대체 시약 및 재료 탐색', '대체 실험법 고안' 능력과 관련된 내용은 탐구보고서에서 찾을 수가 없었다.

• 한국과학교육학회지
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• 제9권1호
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• pp.101-111
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• 1989

본 연구의 목적은 광합성과 관련하여 한국 국민학교 5학년과 중학교 2학년 학생들이 갖고 있는 오개념을 조사하고, 학생들의 개념이해 정도, 논리적 사고능력, 그리고 학생배경변수들 사이의 상호관계를 조사하는 것이다. 세가지의 도구들이 이 연구를 위해 개발되었다. 광합성 개념검사 (Photosynthesis Concepts Test)는 광합성과 관련된 개념들의 이해를 평가하기 위해, 삐아제의 논리적 사고력 검사(Piagetian Cogical Reasoning Test)는 PCT에 포함된 3종류의 논리적 사고들, 변인 통제, 조합적 사고력, 상관관계 사고능력을 평가하기 위해, 그리고 실문서는 학생들의 배경변수들에 대한 정보를 얻기 위해 개발되었다. 이 도구들은 20명 의 국민학교 5학년, 239명의 중학교 2학년 학생들에게 시행되었다. 이 연구의 결과는 두집단의 학생들이 "먹이를 만든다"는 의미, 먹이의 정의, 식물에 의한 빛의 사용, 식물 뿌리와 잎의 기능들, 광합성 산물, 그리고 광합성을 위한 조건들과 관련하여 오개념을 갖고 있음을 보여 주었다. 국민학교 5학년과 중학교 2학년 사이의 개념 이해의 향상은 식물에 의한 빛 이용의 본질, 한 체계내에서 생물들간의 물질 교환, 포도당, 지방, 단백질 등에 대한 지식에서 보여졌고, 그래프를 해석하는 능력에서 또한 중학교 2학년 학생들이 앞섰다. 향상을 보인 항목들은 교과서에서 보다 많은 강조점을 두거나 상위의 논리적 사고능력을 요구하는 것들이었다. 희귀분석 결과, 전년도 과학성적과 논리적 사고력이 PCT 성취도에 가장 예견력이 높은 두 변수이며 5학년의 경우 성취도의 약 22%의 변량을, 중2의 경우 성취도의 약 40%의 변량을 설명하였다. 후속연구로서 내용의 추상성, 적절성, 그리고 요구되는 논리적 능력면에서 교수조건의 변형을 통한 오개념의 변화와 감소에 대한 실험적 연구가 제시되었다.