초등학생의 계절 변화 원인에 관한 지구본 활용 모델링 분석
Analysis of Elementary Students Modeling Using the Globe on the Cause of Seasonal Change
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계절 변화를 이해하기 위해서는 3차원 공간 속에서 천체들의 관계를 이해하는 것이 필요하며 이를 위해 학생들이 직접 3차원 모델을 구성하여 사용하고, 평가 및 수정하는 모델링 활동이 중요하다. 이 연구에서는 초등학생이 지구본과 전구를 사용하여 계절 변화 원인으로서 지구의 운동을 3차원 공간에서 모델링하는 과정을 분석하였다. 초등학교 6학년 17명이 참여하였으며 모델링 수업은 계절 변화와 관련된 현상과 개념을 탐색한 뒤 현상의 원인이 되는 지구의 운동을 지구본과 전구를 사용하여 학생들이 직접 모델을 구성하고 이를 활용하여 계절 변화를 설명하는 과정으로 진행되었다. 학생들의 모델링 과정을 녹화한 비디오 자료, 학생들의 활동지, 사후 면담 전사본을 연구 자료로 사용하였고, 삼각 검증을 통해 자료의 신빙성을 확보하였다. 모델링 수준 분석 틀은 선행 연구를 기초로 구성하였으며 모델에 대한 이해와 모델링 실행뿐만 아니라 지구의 운동 관련 개념을 고려하여 구성하였다. 최종 확정된 분석 틀에서는 3차원 모델링 수준을 1수준부터 3수준까지 구분하였고 각 수준에서 나타날 수 있는 학생의 수행을 구체화하였다. 연구 결과, 계절 변화를 설명하기 위한 초등학생의 지구본 활용 모델링 수준은 크게 두 가지로 나타났다. 지구의 자전 및 자전축의 기울기, 지구의 공전을 고려하였으나 경험적 증거를 활용하지 못하는 수준(2수준)과 지구의 자전 및 자전축의 기울기, 공전을 고려하고 경험적 증거를 활용하는 수준(3수준)으로 나타났다. 그러나 학생들이 경험적 증거를 활용하여 모델링을 하는 경우도 과학적 모델 구성으로 이어지지 못하였는데, 이 연구에서는 그 원인을 모델링 시 사용하는 도구의 특징과 관련지어 탐색하였다.
Abstract
To understand seasonal changes it is necessary to understand the relationship between celestial bodies in a three-dimensional space, and to this end, modeling activities in which students directly construct, use, evaluate, and modify three-dimensional models are important. In this study, the process of elementary school students using globes and light bulbs to model Earth’s motion in a three-dimensional space as a cause of seasonal changes was analyzed. Seventeen sixth graders participated in the modeling process. After exploring phenomena and concepts related to seasonal change, students constructed models using globes and bulbs and used them to explain seasonal changes. Video data recording students’ modeling process, students’ activity sheets, and transcripts of post-interview were used as research data, and data triangulation was conducted. The modeling level analysis framework was also developed based on previous studies. In particular, the framework was developed in detail in this study in consideration of the concept of Earth’s motion as well as understanding model and implementing modeling. In the final analysis framework, the 3D modeling level was classified from level 1 to level 3, and student performance that may appear at each level was specified. As a result of the study, there were two main levels of modeling using globes for elementary school students to explain seasonal changes. The rotation and tilt of the axis of rotation and revolution of the earth were considered but the level at which empirical evidence was not used (level 2), the level at which empirical evidence was used to explain seasonal chages (level 3). However, even when students use empirical evidence, it did not lead to the construction of a scientific model. In this study, the cause was explored in relation to the characteristics of the tool used for modeling.
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