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학생의 자유 탐구 활동의 사례 분석을 통해 본 실험 모델링의 특징과 과학교육적 의미

Characteristics of Modeling of Experiment in Case Analysis of Students’ Open Inquiry and its Meaning on Science Education

이선경|이종혁|최진현|전상학|김관영
한국과학교육학회 (The Korean Association for Science Education)|2022.04|한국과학교육학회지 (Journal of the Korean Association for Science Education)|제42권 제2호|pp. 201-214

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scientific modeling과학적 모델링instrumentalization실험 모델링분산인지체계양적 기호도구의 전용화modeling of the experimentdistributed cognitive systemquantitative signs
주제분류교육학

초록

본 연구에서는 학생들의 자유 탐구 활동에서 나타나는 실험 모델링의 특징을 탐색하였다. 연구는 ‘학교과학탐구’라는 주제로 이루어진 3년의 연구 과제 수행에서 기수집한 자료를 ‘실험 모델’ 관점에서 재해석한 것이다. 4명의 학생들로 구성된 1개 소집단이 7회에 걸쳐수행한 탐구 활동을 녹화하고 녹음한 파일을 주된 자료원으로 하였으며, 녹화 및 전사본을 해석적인 방법에 따라 분석하였다. 문제 상황으로부터 출발하여 이를 해결하고 마무리되는 과정을 포괄하는 것을 모델링 단위로 볼 때, 학생들의 활동은 3개 실험 모델링 단위로 구분 되었다. 연구의 결과는 각 모델링 단위에서 분산인지체계로서 실험 모델링의 역동적 과정과 특징을 조명하고 교육적 의미를 논하는 것을 포괄한다. 구체적으로는 첫째, 학생과 실험도구 그리고 그들 사이의 상호작용으로 나타나는 원시적 형태의 계산은 실험 모델링을 구성하는 분산인지체계의 중요한 요소로 드러났다. 둘째, 초기에 학생이 도구에 익숙해지는 비언어적인 활동이 이루어졌으며, 그 활동이 충분히 이루어졌을 때 언어적인 양적 기호가 창출되었다. 창출된 양적 기호는 이후 활동에서 참고할 수 있는 데이터와 자신감의 원천이 되었다. 셋째, 도구의 전용화가 발생하였으며, 변인통제와 같이 기존의 과학 탐구에서 중요하게 다룬 요소들이 나타났다. 연구의 결과는 기존의 과학교육에서 주목받지 못했던 실험 모델링의 특징을 학생 활동을 통해 펼쳐 보임으로써, 설명 모델 중심으로 이루어져왔던 과학교육 연구와 교육에 새로운 시사점을 제공한다.

Abstract

The purpose of this study is to examine the characteristics of model of the experiment in students’ open inquiry. The research is a reinterpretation of the data collected from the performance of a three-year research project under the theme of ‘school science inquiry’ the perspective of model of the experiment. The inquiry activities of a focus group made up of four students have been recorded seven times. The recorded files and transcribed copies were analyzed according to interpretive methods. Students’ activities were divided into three modeling of the experiment units, considering the modeling unit that includes the process of starting from the problem until it gets solved. The results of the study include illuminating the dynamic process and characteristics of modeling of the experiment and discussing its educational meaning as a distributed cognitive system at each modeling unit. First, students, instruments, and the primitive form of calculation represented by the interaction between them turned out to be important factors in the distributed cognitive system that constitutes model of the experiment. Second, in the early stages, non-verbal activities were carried out in which students became familiar with instruments, and verbal quantitative signs were created when the activities were sufficiently carried out. The generated quantitative signs became a source of data and confidence that can be referenced in subsequent activities. Third, the specialization of instrumentalization occurred, and factors that were important in inquiry, such as variable control, appeared. The results of the study provide new implications for science education research and education, which have been centered on explanatory models, by unfolding the characteristics of model of the experiment that have not been noticed in science education through students’ inquiry.

참고문헌 (57)

  1. Bailer-Jones, D. M., "Scientific models in philosophy of science" (2009), University of Pittsburgh Press
  2. Bud, R., "Instruments of science. An historical encyclopedia" (1998), Smithsonian Institution
  3. 채동현, "지구운동 중심 태양계 실험 모형이 초등 예비교사와 초등학교 교사의 천문개념 변화에 미치는 효과", 한국과학교육학회지, 24(5), pp.886~901 (2004), 한국과학교육학회
  4. Chinn, C. A., "Epistemologically authentic inquiry in schools : A theoretical framework for evaluating inquiry tasks", Science Education, 86, pp.175~218 (2002)
  5. 조혜숙, "과학교육에서 모델과 모델링 관련 국내 과학 교육 연구 동향 분석", 한국과학교육학회지, 37(4), pp.539~552 (2017), 한국과학교육학회[DOI]
  6. Cho, J. I., "The use of models and their effect on scientific understanding of diffusion and osmosis, and on scientific attitude", Biology Education, 23(1), pp.1~8 (1995)
  7. Clement, J. J., "Model based learning and instruction in science", pp.11~22 (2008), Springer
  8. Fujimura, J., "Science as practice and culture", pp.168~211 (1992), University of Chicago Press
  9. Giere, R. N., "The experimental side of modeling", pp.59~70 (2018), University of Minnesota Press
  10. Gilbert, J. K., "Developing models in science education", pp.3~17 (2000), Kluwer Academic
  11. Gobert, J. D., "Examining the relationship between students’ understanding of the nature of models and conceptual learning in biology, physics, and chemistry", International Journal of Science Education, 33(5), pp.653~684 (2011)
  12. Halloun, I., "Modeling theory in science education (Vol. 24)" (2007), Springer Science & Business Media
  13. Henderson, K., "Flexible sketches and inflexible data bases: Visual communication, conscription devices, and boundary objects in design engineering", Science, Technology, & Human Values, 16, pp.448~473 (1991)
  14. Hestenes, D., "Toward a modeling theory of physics instruction", American Journal of Physics, 55(5), pp.440~454 (1987)
  15. Jiménez-Aleixandre, M. P., "Determinism and underdetermination in genetics : Implication for students’ engagement in argumentation and epistemic practice", Science & Education, 23(2), pp.465~484 (2014)
  16. Jo, Y. H., "Qualitative description, analysis, interpretation", The Korean Society For The Study of Anthropology of Education, pp.27~63 (1999)
  17. Johnson, S. D., "Teaching problem solving", The Technology Teacher, 46(5), pp.15~17 (1987)
  18. 강은희, "심장 혈액 흐름의 모형 구성 과정에서 나타난 소집단 상호작용과 소집단 규범", 한국과학교육학회지, 32(2), pp.372~387 (2012), 한국과학교육학회[DOI]
  19. 강미정, "가추법과 강제 선택: 무의식의 논리에 대한 경험적 정당화", 기호학 연구, 41, pp.9~30 (2014), 한국기호학회
  20. 김찬종, "과학교실의 수업담화와 사회-과학적 규범의 특징: 초임 과학교사의 사례 연구", 한국교원교육연구, 22(3), pp.359~385 (2005), 한국교원교육학회
  21. 김지윤, "공동생성적 대화가 중학생의 과학적 모델에 관한 이해와모델 구성에 미치는 영향", 한국지구과학회지, 37(4), pp.243~268 (2016), 한국지구과학회
  22. The assessment of performance in design and technology: The final report of the APU design and technology project 1985-1991, "Kimbell, R.", School Examinations and Assessment Council, SEAC, ~ (1985)
  23. Latour, B., "Science in action: How to follow scientists and engineers through society" (1987), Harvard University Press
  24. 이차은, "과학적 모형 구성 과정에서 나타난 사고 질문의 개념적 자원 활성화의 이해 -인식론적 프레이밍과 위치 짓기 프레이밍을 중심으로-", 한국과학교육학회지, 36(3), pp.471~483 (2016), 한국과학교육학회[DOI]
  25. Lee, D. S., "Sign, object And being", Journal of East-West Communication Council, 12, pp.91~118 (2009)
  26. 이재원, "고등학생의 학교 과학 탐구 활동에서 나타나는 도구발생의 특징", 한국과학교육학회지, 37(6), pp.971~980 (2017), 한국과학교육학회[DOI]
  27. Lee, K. -J., "A study on the improvement of science education with experimental model and it’s programming(Ⅰ)", Journal of the Korean Association for Science Education, 9(2), pp.13~27 (1989)
  28. Lee, S., "The nature and structure of experimentation: Epistemic approach founded on theory-network", Doctor, pp.2000
  29. Lee, S., "Philosophical understanding of doing experience" (2004), Seokwangsa
  30. Lee, S., "Phenomena and instruments" (2009), Hanul academy
  31. 이상원, "기술화된 과학의 물질성", 철학연구, (111), pp.123~148 (2015), 철학연구회
  32. 이신영, "소집단 상호작용에 따른 심장 내 혈액 흐름에 대한 소집단 모델 발달 유형과 추론 과정 탐색", 한국과학교육학회지, 32(5), pp.805~822 (2012), 한국과학교육학회
  33. 이선경, "소집단 토론에서 발생하는 학생들의 상호작용적 논증 유형 및 특징", 대한화학회지, 50(1), pp.79~88 (2006), 대한화학회
  34. 이선경, "과학 및 과학교수 학습에 대한 과학교사의 인식론적 이해의 탐색", 한국과학교육학회지, 30(2), pp.218~233 (2010), 한국과학교육학회
  35. Lopes, J. B., "The evaluation of modelling competences : Difficulties and potentials for the learning of the sciences", International Journal of Science Education, 29(7), pp.811~851 (2007)
  36. Mendonça, P. C. C., "Contributions of the model of modelling diagram to the learning of ionic bonding : Analysis of a case study", Research in Science Education, 41(4), pp.479~503 (2011)
  37. MOE(Ministry of Education), "2015 Revised science national curriculum" (2015), Ministry of Education
  38. Morris, C., "Signs, language and behavior" (1946), Prentice-Hall Inc
  39. Nagel, E., "Logic without metaphysics", Philosophy, 35(132) (1960)
  40. NGSS Lead States, "Next Generation Science Standards : For states, by states" (2013), The National Academies Press
  41. No, J. H., "The effects of the engineering model and science model on the children’s science achievement and the science-related attitude", master, pp.1996
  42. 박희경, "과학적 모델의 사회적 구성 수업을 통한 과학 영재 학생들의 모델링 능력 변화", 한국과학교육학회지, 36(1), pp.15~28 (2016), 한국과학교육학회[DOI]
  43. 박만엽, "수학적 증명에 있어서 계산과 실험의 구분―비트겐슈타인의 LFM과 RFM을 중심으로―", 철학탐구, 36, pp.121~146 (2014), 중앙철학연구소[DOI]
  44. Passmore, C., "Exploring opportunities for argumentation in modelling classrooms", International Journal of Science Education, 34(10), pp.1535~1554 (2012)
  45. Polanyi, M., "Personal knowledge: Towards a post-critical philosophy" (1958), University of Chicago Press
  46. Pruitt, S. L., "The next generation science standards : The features and challenges", Journal of Science Teacher Education, 25(2), pp.145~156 (2014)
  47. Rea-Ramirez, M. A., "Model based learning and instruction in science", pp.23~43 (2008), Springer
  48. Roth, W. M., "Mathematization of experience in a grade 8 open-inquiry environment : An introduction to the representational practices of science", Journal of Research in Science Teaching, 31(3), pp.293~318 (1994)
  49. Roth, W. M., "Inscriptions : Toward a theory of representing as social practice", Review of Educational Research, 68(1), pp.35~59 (1998)
  50. Schwarz, C. V., "Developing preservice elementary teachers’knowledge and practices through modeling-centered scientific inquiry", Science Education, 93(4), pp.720~744 (2009)
  51. Song, J., "Developing performance expectations, school implementation strategies, evaluation indicators of the Korean Science Education Standards (KSES) for the next generation" (2019), KOFAC
  52. Suppes, P., "Logic, methodology and philosophy of science: Proceedings of the 1960 international conference", pp.252~261 (1960), Stanford University Press
  53. Thagard, P., "The cognitive science of science" (2012), The MIT Press
  54. Wertsch, J. V., "Voices of the mind: A sociocultural approach to mediated action" (1991), Harvard University Press
  55. Wolcott, H., "Transforming qualitative data: Description, analysis, and interpretation" (1994), Sage
  56. 양찬호, "물질의 입자성에 대한 모형 구성 과정에서 나타나는 소집단 토론과 전체 학급 토론의 특징", 한국과학교육학회지, 36(3), pp.361~369 (2016), 한국과학교육학회[DOI]
  57. 유혜령, "질적 연구에서 의미해석 과정의 성격과 원리: 하이데거와 가다머 해석학에 기초하여", 교육인류학연구, 19(4), pp.1~40 (2016), 한국교육인류학회[DOI]

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