본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

시스템 사고 평가 루브릭을 활용한 예비교사들의 지구 시스템 내 탄소 순환에 대한 시스템 사고 수준 분석

Analysis of Systems Thinking Level of Pre-service Teachers about Carbon Cycle in Earth Systems using Rubrics of Evaluating Systems Thinking

이효녕|이현동|전재돈|박경숙
한국과학교육학회 (The Korean Association for Science Education)|2019.10|한국과학교육학회지 (Journal of the Korean Association for Science Education)|제39권 제5호|pp. 599-611|DOI http://dx.doi.org/10.14697/jkase.2019.39.5.599

1

조회

0

다운로드

12

인용

0

참고문헌

키워드

시스템 사고Systems ThinkingEarth Systems탄소 순환지구 시스템Carbon Cycle시스템 사고 수준Systems Thinking Level
주제분류교육학

초록

이 연구의 목적은 예비 교사들을 대상으로 시스템 사고 측정을 위한 루브릭을 활용하여 지구 시스템 내에서 나타나는 탄소 순환에 대한 시스템 사고 수준을 분석하는 것이다. 이를 위하여 문헌 분석을 통해 교육 또는 과학 교육에 적용 가능한 시스템 사고 수준 모델을 선정하였다. 그리고 Lee et al.(2013)이 개발한 5-Likert 시스템 사고 측정 도구, Assaraf & Orion이 개발하고 국내에서 수정⋅보완하여 활용하고 있는 시스템 사고 검사지를 이용하여 8명의 예비 교사들로 부터 시스템 사고를 조사하였다. 예비 교사들이 작성한 시스템 사고 검사지는 Sibley et al.(2007)에서 활용한 Box형 인과 지도로 변환하고 Hung(2008)이 개발하고 Lee & Lee(2017)에서 수정하여 적용한 시스템 사고 측정을 위한 루브릭을 활용하여 연구자와 과학 교육전문가 1인이 분석하였다. 그리고 루브릭을 통해 정량적 데이터로 변환된 자료를 이용하여 시스템 사고 측정 도구와의 상관관계, 그리고 시스템 사고 수준의 위계에 따른 상관관계 분석을 실시하여 시스템 사고 수준의 타당도를 정량적으로 분석하였으며 Box형 인과지도에 대한 정성적 분석 결과와의 일치성 여부를 분석하여 타당도를 검증하였다. 연구 결과, 5-Likert 시스템 사고 측정 도구와 루브릭 점수와의 상관은 Pearson 상관계수가 .762(p < .05)로 높은 상관이 나타났다. 그리고 시스템 사고 수준의 각 위계별 상관관계에서는 STH 모델에서 Pearson 상관계수가 .722와 .791로, 4단계 모델에서는 .381∼.730으로 각 위계별로 매우 높은 정적 상관이 나타났다. 이러한 결과와 정성적 분석을 비교해본 결과 예비 교사들은 시스템 사고의 하위 단계에 포함되어야할 요소들을 매우 과학적으로 타당하게 잘 제시하였으며 상위 단계로 갈수록 그 단계에 포함될 요소들이 감소하는 경향을 보여주었다. 결론적으로 시스템 사고의 수준은 계층적인 부분이 분명히 존재하고 있음을 연구의 결과로 도출할 수 있었다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 우리나라 과학 교육에 적용 가능한 시스템 사고 수준 모델의 개발과 함께 시스템 사고 수준을 측정할 수 있는 문항 개발 및 타당화가 이루어져야 할 것이다.

Abstract

The purpose of this study is to analyze the systems thinking level of pre-service teachers using rubrics of evaluating systems thinking. For this purpose, systems thinking level model, which can be applied to education or science education, was selected through literature analysis. Eight pre-service teachers’ systems thinking were investigated through the systems thinking analysis tool used in domestic research. The systems thinking presented by the pre-service teachers were transformed into the box type causal map using Sibley et al. (2007). Two researchers analyzed the systems thinking using rubrics of evaluating systems thinking. For data analysis, quantitative analysis was performed through correlation analysis using SPSS. In addition, the qualitative analysis of the box type causal map was conducted and the consistency with the quantitative analysis results was verified. The results indicated that the correlation between the 5-Likert systems thinking measurement instrument and the rubrics score was highly correlated with the Pearson product-moment of .762 (p <.05). In the hierarchical correlation of the systems thinking level, the STH model was analyzed with a very high correlation with the Pearson product-moment of .722∼.791, and 4-step model was analyzed .381∼.730. The qualitative analysis suggested the concept to be included in the low level of system thinking, the higher the level, the less the concept that is presented properly. In conclusion, the level of systems thinking can be derived as a result of research that there is clearly, a hierarchical part. Based on the results of this study, it is necessary to develop a systems thinking level model applicable to science education and develop and validate items that can measure the level of systems thinking.

참고문헌 (59)

  1. Assaraf, O. B. Z., "Development of System Thinking Skills in the Context of Earth System Education", Journal of Research in Science Teaching, 42(5), pp.518~560 (2005)
  2. Assaraf, O. B. Z., "A Study of Junior High Students’Perceptions of the water cycle", Journal of Geoscience Education, 53(4), pp.366~373 (2005)
  3. Assaraf, O. B. Z., "A Design Based Research of an Earth Systems Based Environmental Curriculum", Eurasia Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 5(1), pp.47~62 (2009)
  4. Assaraf, O. B. Z., "Four Case Studies, Six Years Later : Developing System Thinking Skills in Junior High School and Sustaining Them over Time", Journal of Research in Science Teaching, 47(10), pp.1253~1280 (2010)
  5. Benson, T., "The Habit-Forming Guide to Becoming a Systems Thinker" (2017), Systems Thinking Group, Inc
  6. Bosch, O. J., "Managing complex issues through evolutionary learning laboratories", Systems Research and Behavioral Science, 30(2), pp.116~135 (2013)
  7. Breslyn, W., "Developing a learning progression for sea level rise : A major impact of climate change", Journal of Research In Science Teaching, 53(10), pp.1471~1499 (2016)
  8. 조옥희, "시뮬레이션 교육이 간호대학생의 교육실재감, 시스템사고능력 및 문제해결 적극성에 미치는 효과", 가정간호학회지, 23(2), pp.147~154 (2016), 한국가정간호학회[DOI]
  9. Davis A., "The Relationship between Systems Thinking and the New Ecological Paradigm", Systems Research and Behavioral Science, 33, pp.575~586 (2016)
  10. Dorani, K., "Developing Question Sets to Assess Systems Thinking Skills", Paper presented at the International Conference of the System Dynamics Society (2015)
  11. Yehudit J. Dori, "Teaching biotechnology through case studies?can we improve higher order thinking skills of nonscience majors?", Science Education, 87(6), pp.767~793 (2003), Wiley[DOI]
  12. Kevin S. Groves, "Linear and Nonlinear Thinking: A Multidimensional Model and Measure", The Journal of Creative Behavior, 49(2), pp.111~136 (2015), Wiley[DOI]
  13. Gudovitch, Y., "The global Carbon cycle as a model for teaching ‘earth systems’ in high school: Development, implementation, and evaluation", master’s, pp.1997
  14. Hung, W., "Enhancing systems thinking skills with modelling", British Journal of Educational Technology, 39(6), pp.1099~1120 (2008)
  15. 황윤식, "눈 비유 모형을 활용한 소집단 활동에서 나타나는 중학생들의 시스템 사고 탐색", 생물교육, 44(4), pp.749~762 (2016), 한국생물교육학회[DOI]
  16. 임영구, "시스템 사고력 향상을 위한 글쓰기 교육 프로그램의 개발 및 효과 분석", 학습자중심교과교육연구, 14(12), pp.407~427 (2014), 학습자중심교과교육학회
  17. 전재돈, "고등학생을 위한 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램 개발 및 적용 효과", 한국과학교육학회지, 35(6), pp.1007~1018 (2015), 한국과학교육학회[DOI]
  18. Kali, Y., "Effect of Knowledge Integration Activities on Students’ Perception of the Earth’s Crust as a Cyclic System", Journal of Research in Science Teaching, 40(6), pp.545~565 (2003)
  19. 강천덕, "물의 순환에 대한 고등학생들의 지구시스템 관련 개념과 시스템 사고의 분석", 과학교육연구지, 32(1), pp.61~72 (2008), 과학교육연구소[DOI]
  20. Kim, D., "Introduction to Systems Thinking" (1999), Pegasus Communications
  21. 김동환, "시스템사고의적용에 관한 내면적 성찰:점진적 시스템사고의 모색", 정부학연구, 11(2), pp.63~85 (2005), 정부학연구소
  22. 김도훈, "청소년의 시스템 사고 교육을 통한 창의성의 기반이 되는 사고의 확장 효과 분석", 한국시스템다이내믹스연구, 7(1), pp.51~65 (2006), 한국시스템다이내믹스학회
  23. Kim, M., "A Comparative Study of the Trends of Current Science Education and the System Thinking Paradigm", Journal of the Korean Association for Science Education, 22(1), pp.64~75 (2002)
  24. 권용주, "생태계에 대한 생물교사의 시스템 사고 분석", 생물교육, 39(4), pp.529~543 (2011), 한국생물교육학회[DOI]
  25. 이두연, "고등학생들의 지구시스템 관점에 기반한 탄소 순환 개념 분석", 과학교육연구지, 37(1), pp.157~169 (2013), 과학교육연구소[DOI]
  26. 이효녕, "과학 영재 학생들의 사고양식에 따른 지구시스템에 대한 인지 특성", 과학교육연구지, 33(1), pp.12~30 (2009), 과학교육연구소[DOI]
  27. 이효녕, "과학 고등학교와 일반 고등학교 학생들을 대상으로 시스템 사고측정 도구의 타당도 검증 및 시스템 사고 비교", 한국과학교육학회지, 33(6), pp.1237~1247 (2013), 한국과학교육학회
  28. 이현동, "시스템 사고가 고등학생의 과학 자기 효능감에 미치는 영향", 한국지구과학회지, 37(3), pp.173~185 (2016), 한국지구과학회
  29. 이현동, "Iceberg(IB) 모델을 적용한 고등학생의 시스템 사고 분석 및 효과", 한국과학교육학회지, 37(4), pp.611~624 (2017), 한국과학교육학회[DOI]
  30. 이효녕, "학생들의 시스템 사고 수준 측정을 위한 Framework와 Rubric의 개발", 한국과학교육학회지, 38(3), pp.355~367 (2018), 한국과학교육학회[DOI]
  31. 이현동, "과학 글쓰기를 통한 고등학생의 지구 시스템에 대한 이해와 시스템 사고의 분석", 한국지구과학회지, 38(1), pp.91~104 (2017), 한국지구과학회
  32. 이효녕, "과학 탐구 과정 평가를 위한 루브릭 개발 및 적용", 중등교육연구, 65(1), pp.145~171 (2017), 사범대학부속중등교육연구소[DOI]
  33. 이효녕, "고등학생들의 시스템 사고 향상을 위한 교육프로그램 개발 및 적용 - 지구온난화를 중심으로 -", 한국지구과학회지, 32(7), pp.784~797 (2011), 한국지구과학회
  34. 이효녕, "고등학생들의 시스템 사고 측정을 위한 측정 도구 개발과 타당화", 한국과학교육학회지, 33(5), pp.995~1006 (2013), 한국과학교육학회
  35. 이현동, "문항 반응 분석을 활용한 초등학생과 중학생의 시스템 사고 검사 도구 타당도 검증", 중등교육연구, 67(2), pp.249~277 (2019), 사범대학부속중등교육연구소[DOI]
  36. "Ministry of Education", 2015
  37. Mohan, L., "Developing a carbon cycling learning progression for K-12", Paper presented at the annual meeting of the National Association for Research on Science Teaching (2006)
  38. Mohan, L., "Developing a multi-year learning progression for carbon cycling in socio-ecological systems", Journal of Research in Science Teaching, 46(6), pp.675~698 (2009)
  39. 문병찬, "예비교사들의 탄소 순환에 대한 지구시스템의 관련개념과 시스템 사고의 적용", 한국지구과학회지, 25(8), pp.684~696 (2004), 한국지구과학회
  40. 문병찬, "예비초등교사들의 시스템사고 능력 및 특성에 대한 연구", 한국시스템다이내믹스연구, 8(2), pp.235~252 (2007), 한국시스템다이내믹스학회
  41. Mayer, V. J., "Using the Earth system for integrating the science curriculum", Science Education, 79, pp.375~391 (1995)
  42. Nguyen, N., "Creating ‘Learning Laboratories’for Sustainable Development in Biosphere : A Systems Thinking Approach", Systems Research and Behavioral Science, 28, pp.51~62 (2011)
  43. Nguyen, N., "Educating Systems Thinking for Sustainability : Experience with a Developing Country", Systems Research and Behavioral Science, 29(1), pp.14~29 (2012)
  44. O’Connor, J., "The art of systems thinking: Essential skills for creativity and problem solving" (1997), Thorsons Publishers
  45. 오현석, "중학교 과학 천문 수업에서 나타나는 시스템 사고 분석: 별과 우주 단원에 대한 과학 교사의 교수 실행 사례", 한국지구과학회지, 36(6), pp.591~608 (2015), 한국지구과학회
  46. Orion, N., "Global Science Literacy", pp.159~168 (2002), Kluwer Academic Publishers
  47. 박병열, "중등 과학 영재학생들의 시스템 사고력 향상을 위한 융합인재교육 프로그램의 개발 및 적용", 영재교육연구, 24(3), pp.421~444 (2014), 한국영재학회
  48. Plummer, J., "Building a learning progression for celestial motion : An exploration of students’ reasoning about the Season", Journal of Research in Science Teaching, 51(7), pp.902~929 (2014)
  49. Randle, J. M., "The Systems Thinking Paradigm and Higher-Order Cognitive Processes", master, pp.2014
  50. Richmond, B., "Systems thinking : critical thinking skills for the 1990s and beyond", System Dynamics Review, 9, pp.113~133 (1993)
  51. Senge, P. M., "The fifth discipline: Fieldbook" (1996), Broadway Business
  52. Senge, P. M., "The fifth discipline : The art & practice of the learning organization" (2006), Crown Business
  53. Senge, P. M., "Schools that learn(Updated and Revised): A fifth discipline fieldbook for educators, parents, and everyone who cares about education" (2012), Doubleday
  54. Sibley, D., "Box Diagrams to Assess Students’ Systems thinking about the Rock, Water and Carbon Cycle", Journal of Geoscience Education, 55(2), pp.138~146 (2007)
  55. 손준호, "3단계 마인드맵 활동이 과학영재 학생들의 시스템 사고 향상에 미치는 효과 : 천문 내용을 중심으로", 영재교육연구, 26(2), pp.257~280 (2016), 한국영재학회
  56. 송진여, "초등과학 수업에서 시스템사고 학습을 위한 교수-학습 프로그램 개발 및 적용", 대한지구과학교육학회지, 8(3), pp.318~331 (2015), 대한지구과학교육학회[DOI]
  57. Stave, K., "What Constitutes Systems Thinking? A Proposed Taxonomy", Proceedings of the 25th International Conference of the System Dynamics Society (2007)
  58. Sweeney, L., "Bathtub dynamics: initial results of a systems thinking inventory", System Dynamics Review, 16(4), pp.249~286 (2000)
  59. 윤태옥, "마인드맵(mind map)을 활용한 중학교 3학년 영재학생과 일반학생의 시스템 사고 분석", 학습자중심교과교육연구, 16(7), pp.79~95 (2016), 학습자중심교과교육학회

이 간행물의 다른 논문 (8건)

STEAM 교육의 한계와 개선방향 -STEAM 교육 전문성을 가진 교사의 견해를 바탕으로-손미현, 정대홍pp. 573-584PCK에 근거한 초등교사 임용후보자 선정경쟁시험의 과학과 문항 분석강훈식pp. 585-597고등학생들의 과학사, 과학, 역사 과목에 대한 관계인식 탐색 -2015 개정 과학과 교육과정 진로선택 과목 ‘과학사’를 중심으로-이준기, 신세인, 하민수pp. 613-624초등 과학 수업에서 학생주도 인포그래픽 구성 활동의 효과임희준, 이희우pp. 625-635과학적 논의 과정을 시각화한 과정중심평가에서의 과학적 개념 이해 발달김미숙, 유선아pp. 637-654
원문 보기