화산체 형성 과정에서 나타난 예비교사들의 지질학적 시간 개념
Preservice Teachers’ Conceptions of Geological Time in the Context of Volcanic Landform Formation
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초록
본 연구는 예비 초등교사들이 화산체 형성과정을 어떻게 인식하는지를 분석하고, 그 과정에서 지질학적 시간 개념이 어떻게 적용되고 있는지를 밝히기 위한 것이다. 연구는 B광역시에 소재한 P교육대학교의 과학교육과 재학생 28명을 대상으로 실시되었으며, 참여자들은 화산 관련 수업을 이수하기 전 상태에서 연구에 참여하였다. 자료 수집은 세 가지 방식으로 이루어졌다. 첫째, 화산 형성과 관련된 지질학 개념의 이해도를 측정하기 위해 「2015 개정 교육과정 초등학교 과학 교사용 지도서」의 핵심 개념을 바탕으로 구성된 객관식 문항 5문항을 활용하였다. 둘째, 단기간에 형성된 멕시코 파라쿠틴 화산과 장기간에 걸쳐 형성된 하와이 마우나로아 화산의 위성 이미지 자료를 제시하고, 어느 화산이 더 오래 형성되었는지를 판단하게 한 뒤, 그 이유를 자유롭게 서술하게 하였다. 셋째, 화산체 형성과정을 시간 개념을 포함하여 설명하도록 요구하는 비정형 서술형 문항을 통해 시간 개념 적용 방식을 파악하였다. 수집된 자료는 예비교사들의 지질학적 시간 인식 유형에 따라 연대기적 추론 군집(Chronological Reasoning Group)과 비과학적 추론 군집(Non-scientific Reasoning Group)으로 분류하였으며, 각 군집별 응답을 바탕으로 언어 네트워크 분석과 주제어 기반 토픽 모델링 분석을 수행하였다. 분석 결과, 연대기적 추론 군집은 침식, 풍화, 냉각, 반복 등 시간의 흐름에 따른 지질학적 변화를 인식하며 화산체 형성을 설명한 반면, 비과학적 추론 군집은 화산의 색, 크기, 외형 등 직관적 인상에 기반하여 추론을 수행하였다. 또한 두 군집 간 지질학 개념 이해도에 차이가 있는지를 분석한 Mann-Whitney U 검정 결과, 연대기적 추론 군집이 유의미하게 높은 개념 이해도를 보였다(p = .004). 마지막으로, 군집별로 지질학적 시간 관련 노드의 중심도와 연결 구조를 비교한 결과, 연대기적 추론 군집은 시간 개념이 다양한 지질학적 개념과 연결되어 있는 반면, 비과학적 추론 군집은 단일 개념(예: 형성)에만 제한적으로 연결되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 예비교사들의 지질학 개념 이해에 있어 지질학적 시간 인식이 중요한 역할을 한다는 점을 시사하며, 시간 개념 교육의 필요성과 효과적인 교수설계 방안 마련의 중요성을 강조한다.
Abstract
This study aims to analyze how pre-service elementary teachers understand volcanic landform formation and how the concept of geological time is applied in their reasoning processes. The research was conducted with 28 pre-service elementary teachers enrolled in the Department of Science Education at P University of Education, located in metropolitan B. None of the participants had received formal instruction on volcano-related topics prior to the study. Data were collected using three tools. First, a multiple-choice test consisting of five items was developed based on the core concepts from the 2015 revised national science curriculum to assess participants’ understanding of geological concepts related to volcano formation. Second, participants were shown satellite images of two volcanoes—Parícutin in Mexico, which formed over a short period, and Mauna Loa in Hawaii, which developed over an extended geological timespan. Participants were asked to identify which volcano had taken longer to form and provide a rationale. Third, an open-ended writing task was administered, prompting participants to explain the formation of a volcano, including temporal expressions references to geological time. Based on their reasoning regarding geological time, participants were categorized into two clusters: the Chronological Reasoning Group and the Non-scientific Reasoning Group. A Semantic network analysis and topic modeling were conducted for each cluster’s responses. The Chronological Reasoning Group recognized geological changes such as erosion, weathering, cooling, and repetition over time, constructing explanations grounded in scientific indicators. In contrast, the Non-scientific Reasoning Group relied on intuitive impressions, such as color, size, and general appearance of volcanoes. A Mann-Whitney U test was conducted to compare the understanding of geological concepts between the two clusters, revealing that the Chronological Reasoning Group scored significantly higher in concept comprehension statistically (p = .004). Furthermore, analysis of the centrality and connectivity of temporal nodes in each group’s language network showed that the Chronological Reasoning Group linked the concept of time with a broader range of geological processes, whereas the Non-scientific Reasoning Group exhibited minimal and restricted connections, mostly limited to the concept of "formation." These findings highlight the essential role of temporal reasoning in the understanding of geological concepts and underscore the importance of targeted instructional design for developing students’ conceptualization of geological time.