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예비 지구과학 교사의 전향력 개념에 대한 정신모형 변화 분석

An Analysis of Preservice Earth Science Teachers’ Mental Models about Coriolis Force Concept

이효녕|이현동|김은주
한국과학교육학회 (The Korean Association for Science Education)|2016.06|한국과학교육학회지 (Journal of the Korean Association for Science Education)|제36권 제3호|pp. 423-434|DOI http://dx.doi.org/10.14697/jkase.2016.36.3.0423

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mental model정신모형예비 지구과학 교사전향력preservice earth science teacher전향력 실험장치coriolis forcecoriolis force experiment apparatus
주제분류교육학

초록

이 연구의 목적은 연구자가 개발한 전향력 실험 장치를 통해 예비 지구과학 교사들이 가진 정신모형의 변화를 알아보는 것이다. 예비 지구과학 교사 5명을 대상으로 전향력에 대하여 질문지에 제시된 그림 그리기와 면담을 통해 전향력 실험 장치를 활용한 활동을 수행하기 전과 후의 정신모형을 조사하고 그 변화를 비교하였다. 정신모형 수준이 낮은 단계인 소박한 정신모형이었던 두 학생은 개발된 전향력 실험 장치를 통한 활동을 통해 정적 불안정 모형과 동적 불안정 모형 으로 향상되었다. 그리고 활동 전 정적 불안정 모형을 보여주었던두 학생은 활동 후 모두 동적 불안정 모형으로 변화하였다. 마지막으로 활동 전 동적 불안정 모형을 보여주었던 학생은 활동 후에도 동적 불안정 모형에 남아있었지만 이미 가지고 있었던 선개념이 과학적 개념으로 많이 변화한 모습을 보여주었다. 이 연구를 통해 개발된 전향력 실험 장치 활용이 학생들의 전향력 개념의 학습에서 안정적이고 과학적인 개념 형성에 효과적이었음을 확인할 수 있었다. 개발된 전향력 실험 장치가 학교 현장에서 전향력과 관련된 수업에 효과적으로 사용될 필요가 있으며 나아가 위의 예비 지구과학 교사들이 교사가 되어 학교 현장에서 학생들을 가르치는 동안 나타나는 정신모형의 변화에 대해서도 알아볼 필요가 있다.

Abstract

The purpose of this study is to investigate preservice earth science teachers’ mental models through applications of Coriolis force experiment apparatus. After the root of preconception was examined by face to face interviews based on the questionnaire, five preservice earth science teachers were finally selected for this study. The mental models about concept of Coriolis force was classified into naive mental model, static unstable mental model, dynamic unstable mental model, and scientific mental model through the result of individual interviews and their drawings. According to the mental model analysis about Coriolis’ force conception, students C and M showed naive mental model about concept of Coriolis force before experiment. After the experiment, student M’s model changed to static unstable mental model. Student C’s model improved to dynamic unstable mental model. In adiition, students D and O’s model improved from static unstable mental model to dynamic unstable mental model. In the case of student B, the dynamic unstable mental model was maintained after the experiment, however, student B’s preconception changed to scientific concept. It turned out that a change occurred from low mental model level to integrated mental model after the application of the developed Coriolis’ force experiment apparatus. According to the results, national curriculum is similar to static unstable mental model and the result of developed Coriolis’ force experiment apparatus is similar to dynamic unstable mental model. It is suggested that it become the theoretical foundation to develop more comfortable and advanced Coriolis force experiment apparatus by improving the experiment apparatus.

참고문헌 (67)

  1. Anderson, A., "Mental Models in Cognitive Science: Essays in Honour of Phil Johnson-Laird", pp.247~273 (1996), Lawrence Erlbaum Associates
  2. Children’s conceptions of light and color: Understanding the role of unseen rays, "Anderson, C. W.", Research on Teaching. (ERIC reproduction document No. ED 270 318), ~, pp.(report No. 400-81-0014 (1986)
  3. Borges, A. T., "Mental models of electricity", International journal of science education, 21(1), pp.95~117 (1999)
  4. Brewer, W. F., "Mental models" (2005), University of Illinois at Urbana-Champaign
  5. Chi, M. T., "The nature of naive explanations of natural selection", International journal of science education, 20(10), pp.1231~1256 (1998)
  6. Chinn, C. A., "The role of anomalous data in knowledge acquisition : A theoretical framework and implications for science instruction", Review of educational research, 63(1), pp.1~49 (1998)
  7. Choi, S., "Understanding of astronomy for teachers" (1992), SNU Press
  8. Coll, R. K., "Learners’mental models of metallic bonding : A cross-age study", Science Education, 87(5), pp.685~707 (2003)
  9. Craik, K., "The Nature of Exploration" (1943), Cambridge University Press
  10. Gibbons, A. S., "Model-Centered Instruction", Journal of Structural Learning and Intelligent Systems, 14, pp.511~540 (2001)
  11. Gilbert, J. K., "The International Handbook of Science Education", pp.53~66 (1998), Kluwer
  12. Gilbert, J. K., "Developing models in science education" (2000), Kluwer Academic Publishers
  13. "Guidelines for Drawing mental models" (2004)[URL]
  14. Gobet, J. D., "The effects of different learning tasks on model-building in plate tectonics : Diagramming versus explaining", Journal of Geoscience Education, 53(4), pp.444~455 (2005)
  15. Halford, G. S., "Children’s understanding : The development of mental models" (1993), Lawrence Erlbaum Associates
  16. Hwang, S., "Science experiments and hands-on training captain criticism" (2001), Sigma Press
  17. 장승환, "전향력 발생 원리를 고등학생들에게 설명하기 위한 새로운 방법", 한국지구과학회지, 32(1), pp.73~83 (2011), 한국지구과학회
  18. 정구송, "지구 내부에 대한 고등학교 학생들의 정신모형 탐색", 한국지구과학회지, 28(6), pp.645~654 (2007), 한국지구과학회
  19. Johnson-Laird, P. N., "Mental models" (1983), Harvard University Press
  20. Jones, C. M., "Source of coherence in reading" (1995), Lawrence Erlbaum Associates
  21. 김은주, "전향력에 의한 현상을 효과적으로 교육시킬 수 있는 실험 장치의 개발", 한국지구과학회지, 30(6), pp.787~798 (2009), 한국지구과학회
  22. Lawrenz, F., "Relationships among student, teacher, and observer perceptions of science classrooms and student achievement", School Science and Mathematics, 86(8), pp.654~660 (1986)
  23. 이호, "달 크레이터 생성에 대한 대학생들의 정신모형 분석", 한국지구과학회지, 28(6), pp.655~672 (2007), 한국지구과학회
  24. 이효녕, "고등학생들의 시스템 사고 측정을 위한 측정 도구 개발과 타당화", 한국과학교육학회지, 33(5), pp.995~1006 (2013), 한국과학교육학회
  25. 이기영, "상황에 따른 개념 유형의 국면 분석을 통한 중학교 과학 영재아들의 조석에 관한 정신모형 탐색", 한국지구과학회지, 27(1), pp.6~14 (2006), 한국지구과학회
  26. 이기영, "통합적 접근이 필요한 지구과학 개념에 대한 예비 교사의 이해: 현상론적 초안과 국면 분석을 통한 식 현상에 대한 정신모형 탐색", 한국지구과학회지, 29(4), pp.352~362 (2008), 한국지구과학회
  27. Libarkin, J. C., "Research methodologies in science education : Mental models and cognition in education", Journal of Geoscience Education, 51(1), pp.121~126 (2003)
  28. Lillo, J., "An analysis of the annotated drawings of the internal structure of the earth made by students aged 10-15 from primary and secondary schools in Spain", Teaching Earth Science, 19(3), pp.83~89 (1994)
  29. Miller, A., "Elements of meteorology", pp.106~113 (1983), Charles E. Merril Publishing Company
  30. Mortimer, E. F., "Conceptual change or conceptual profile change?", Science & Education, 4(3), pp.267~285 (1995)
  31. Nelson, B. D., "Clarification of selected misconceptions in physical geography", Journal of Geography, 91(2), pp.76~80 (1992)
  32. Nelson, B. D., "Atmospheric misconceptions", The Science Teacher, pp.31~33 (1994)
  33. Norman, D. A., "Mental models", pp.7~14 (1983), Lawrene Erlbaum Associates
  34. Novak, J., "Learning how to learn" (1984), Cambridge University Press
  35. 오준영, "천문 현상들을 설명하는 예비초등 교사들의 정신모형의 구조: 계절과 달의 위상변화", 한국과학교육학회지, 26(1), pp.68~87 (2006), 한국과학교육학회
  36. Osborne, R., "Learning in Science : The Implications of ‘Children’’s Science’’" (1985), Heinemann
  37. 박금홍, "중학생들의 끓는점 학습에서 컴퓨터를 기반으로 하는 실험수업의 효과", 한국과학교육학회지, 25(7), pp.867~872 (2005), 한국과학교육학회
  38. 박지연, "과학개념변화 연구에서 학생의 개념에 대한 이해: 오개념(misconception)에서 정신모형(mental model)까지", 한국과학교육학회지, 24(3), pp.621~637 (2004), 한국과학교육학회
  39. 이경호, "과학수업 후 변하는 것과 변하지 않는 것: 정신모형 이론을 중심으로 한 고등학생의 원운동 학습사례 분석", 한국과학교육학회지, 26(4), pp.475~491 (2006), 한국과학교육학회
  40. 박지연, "통합적 정신모형 이론에 기반한 4M 순환학습 수업모형의 효과: 고등학생의 원운동 관련 기초 개념과 정신모형의 발달 측면에서", 한국과학교육학회지, 28(4), pp.302~315 (2008), 한국과학교육학회
  41. 박수경, "판의 경계에 대한 고등학생들의 정신모형 분석", 한국지구과학회지, 30(1), pp.111~126 (2009), 한국지구과학회
  42. 박수경, "학습 양식이 다른 중학생들의 판구조론에 관한 정신모형 분석", 한국과학교육학회지, 31(5), pp.734~744 (2011), 한국과학교육학회
  43. 박수경, "지질구조에 대한 모델링기반 학습에서 나타나는 논증패턴과 정신모형 수준에 대한 분석", 한국과학교육학회지, 35(5), pp.919~929 (2015), 한국과학교육학회[DOI]
  44. Posner, G. J., "Accommodation of a scientific conception : Toward a theory of conceptual change", Science Education, 66, pp.211~227 (1982)
  45. Raia, F., "Student’s understanding of complex dynamic systems", Journal of Geoscience Education, 53(2), pp.297~308 (2005)
  46. Reigeluth, C., "Instructional design theories and models : A New Paradigm of Instructional Theory" (1999), Lawrence Erlbaum Associates
  47. Ross, D. A., "Introduction to Oceanography" (1995), Harper Collins College Publishers
  48. Rouse, W. B., "On looking into the black box : Prospects and limits in the search for mental models", Psychological Bulletin, 100(3), pp.349~363 (1986)
  49. Rumelhart, D. E., "Semantic factors in cognition" (1978), Lawrene Erlbaum Associates
  50. Salzsieder, J. C., "Exposing the bathtub Coriolis Myth", Physics Teacher, 32(2), pp.107~119 (1994)
  51. Schwartz, D. L., "Analog imagery in mental model reasoning : Depictive models", Cognitive Psychology, 30, pp.154~219 (1996)
  52. Secco, R. A., "Coriolis-Effect Demonstration on an Overhead Projector", The Physics Teacher, 37, pp.244~245 (1999)
  53. Seel, N. M., "Model-centered learning and instruction", Technology, Instruction, Cognition, and Learning, 1(1), pp.59~86 (2003)
  54. Segar, D. A., "Introduction to Ocean Sciences", pp.31~43 (1997), Wadsworth Thompson Learning
  55. Shapiro, A. H., "Bath-tub vortex", Nature, 196(4859), pp.1080~1081 (1962)
  56. Sinatra, G. M., "Intentional Conceptual Change" (2003), Lawrence Erlbaum Associates
  57. 성나해, "달의 위상 변화에 관한 교과서의 지식 통합 과정 및 학생 정신 모델의 비교 연구", 한국지구과학회지, 29(2), pp.163~174 (2008), 한국지구과학회
  58. Symon, K. R., "Mechanics" (1971), Addison-Wesley Publishing Company
  59. Thumm, W., "The case of Coriolis force", pp.48~49 (1976), The Physics Teacher
  60. Thurman, H. V., "Introductory Oceanography" (1994), Macmillian Publishing Company
  61. Trefethen, L. M., "The bath-tub vortex in the southern hemisphere", Nature, 207(5001), pp.1084~1085 (1965)
  62. Venville, G. J., "Exploring conceptual change in genetics using a multidimensional interpretive framework", Journal of Research in Science Teaching, 35(9), pp.1031~1055 (1998)
  63. Vosniadou, S., "The Psychology of Learning Science", pp.149~177 (1991), Lawrence Erlbaum Associates
  64. Vosniadou, S., "Mental models of the earth : A study of conceptual in childhood", Cognitive Psychology, 24(4), pp.535~585 (1992)
  65. Vosniadou, S., "From conceptual development to science education : a psychological point of view", International Journal of Science Education, 20(10), pp.1213~1230 (1998)
  66. 위지은, "전향력이 태풍 발생 및 이동에 미치는 영향을 이해할 수 있는 실험 방법 개발", 한국지구과학회지, 33(6), pp.544~553 (2012), 한국지구과학회[DOI]
  67. Wilson, J. R., "Mental models : Theory and application in human factors", Human Factors, 31(6), pp.617~634 (1989)

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