본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

웹 기반 과학실험 시뮬레이션의 학습성과에 대한 학습몰입과 인지적실재감의 예측력 규명

The Effects of Flow and Cognitive Presence on Learning Outcomes in a Middle School Science Class using Web-based Simulation

강명희|김혜선|이정민
한국교육정보미디어학회 (Korea Association for Educational Information and Media)|2011.03|교육정보미디어연구 (Journal of Korean Association for Educational Information and Media)|제17권 제1호|pp. 39-61

1

조회

0

다운로드

19

인용

0

참고문헌

키워드

학업성취도cognitive presenceachievement학습몰입flow인지적실재감science simulation과학실험 시뮬레이션그래프 활용 능력graphing skill
주제분류교육학

초록

웹기반 과학실험 시뮬레이션은 현장 학교의 과학실험실 미비와 제 7차 교육과정에서의 과학수업 시수 축소에 따라 현실적으로 실행이 어려워진 과학실험을 대체할 수 있는 방안으로 과학교육 분야에서 논의되고 있다. 그러나 과학실험 시뮬레이션의 학습성과와 이에 영향을 주는 변인들에 대한 실증적인 연구결과의 부족은 실험실이 아닌 시뮬레이션으로 과학실험을 대체하는 것에 대한 과학교사들 결정을 지원해주지 못하고 있다. 이에 본 연구는 웹기반 과학실험 시뮬레이션의 학습성과를 분석하고, 이를 예측하는 변인들을 규명해 보고자하였다. 연구대상은 대전광역시에 위치한 A 여자 중학교 1학년 학생 107명(실험집단 53명, 통제집단 54명)이었고, 실헙집단은 Gizmo라는 과학실험 시뮬레이션 프로그램에 5주 동안 참여하였고, 통제집단은 기존 강의식 과학 수업에 참여하였다. 학습성과는 그래프 활용 능력과 학업성취도로 측정하였으며, 예측변인으로는 학습몰입과 인지적실재감을 상정하여 분석하였다. 연구결과 과학실험 시뮬레이션 활용수업은 기존 과학수업에 비해 높은 학습성과를 창출하였고, 학습몰입은 인지적실재감을 매개로 학습성과를 예측하는 것으로 규명되었다. 본 결과는 웹 기반 과학실험 시뮬레이션의 학습성과에 대한 실증적 자료 제공과 더불어 학습몰입과 인지적실재감이 높은 과학실험 시뮬레이션 선정의 중요성을 제안하며, 과학실험 시뮬레이션 설계자와 개발자는 학습몰입과 인지적실재감을 높여줄 수 있는 전략을 개발하여 적용해야 함을 시사한다.

Abstract

In recent times, web-based simulation games have been highlighted as a means of learning in science education. In science education, some of the most important goals of instruction involve helping students develop powerful models so that they can make sense of their experiences. Therefore, this study attempts to show effects of a web-based simulation in a middle school science class. In our research, my colleagues and I use flow and cognitive presence as independent variables, while using graphing skill and academic achievement as dependent variables. We selected 107 students at a girls' middle school located in Daejeon, Korea to participate in the experiment (control group: 54, experimental group: 53). The major findings of this research are as follows: First, there is a significant difference between the traditional lecture group and the web-based simulation group in post-graphing skills (F=13.74, p<.05). Second, as a result of our correlation analysis, there are significant correlations among flow, cognitive presence and learning outcomes (graphing skill and academic achievement). Third, flow has an effect on graphing skills (ß=.44, p<.05) and cognitive presence (ß=.75, p<.05). Cognitive presence acts as a significant variable that has an effect on graphing skills (ß=.51, p<.05), however, flow has no influence on those skills (ß=.06, p>.05). Fourth, cognitive presence partially mediates the relationship between flow and academic achievement. Flow has an effect on academic achievement (ß=.39, p<.05) and cognitive presence (ß= .75, p<.05). Based on these results, hierarchical regression was conducted. As a result, cognitive presence acts as a significant variable that has an effect on academic achievement (ß=.45, p<.05), however, flow has no influence on that achievement (ß=.05, p>.05). Therefore, these results support cognitive presence as a partial mediator of the relationship between flow and academic achievement. In conclusion, this study suggests that web-based simulations should be designed to promote flow and cognitive presence to improve learning achievement in middle school science class students.

참고문헌 (53)

  1. 강순희, "고등학교 1학년 탐구 실험서 및 지도서" (2002), 자유아카데미
  2. 계보경, "증강현실 기반 학습에서 매체특성, 현존감, 학습몰입, 학습효과의 관계 규명", 교육공학연구, 24(4), pp.193~223 (2008), 한국교육공학회
  3. 교육부, "과학과 교육 과정" (1998), 대학교과서주식회사
  4. 김영수, "과학수업에서의 컴퓨터 활용. 서울특별시 교육연구원 중학교 과학교사 실험 연수 자료", ~ (1989)
  5. 김지심, "기업 이러닝에서 학습자가 인식한 교수실재감과 학습실재감, 학습효과의 구조적 관계 규명", 아시아교육연구, 11(2), pp.29~56 (2010), 교육연구소
  6. 김태선, "중고등학생들의 과학 그래프 작성 및 해석 능력", 한국과학교육학회지, 22(5), pp.768~778 (2002), 한국과학교육학회
  7. 박금홍, "중학생들의 끓는점 학습에서 컴퓨터를 기반으로 하는 실험수업의 효과", 한국과학교육학회지, 25(7), pp.867~872 (2005), 한국과학교육학회
  8. 박성익, "온라인 학습에서 학습몰입요인, 몰입수준, 학업성취 간의 관련성 탐구", 열린교육연구, 14(1), pp.93~115 (2006), 한국열린교육학회
  9. 박원혁, "생물실험용 시뮬레이션형 CAI 프로그램 개발 및 학습효과에 대한 연구", 생물교육학회지, 28(3), pp.244~259 (2000)
  10. 서희전, "증강현실기반 학습 환경에서 학습자의 현존감, 학습 몰입감, 사용성에 대한 태도, 학업성취도의 관계 연구", 교육정보미디어연구, 14(3), pp.137~166 (2008), 한국교육정보미디어학회
  11. 석임복, "Csikszentmihalyi의 몰입 요소에 근거한 학습 몰입 척도 개발 및 타당화 연구", 교육공학연구, 23(1), pp.121~154 (2007), 한국교육공학회
  12. 심규철, "과학교육에서 가상현실 기법의 활용 모색", 한국과학교육학회지, 21(4), pp.725~737 (2001)
  13. 오홍석, "고등학교 화학 학습을 위한 웹 시뮬레이션 설계 및 적용-원자모형을 중심으로", 석사, pp.2004
  14. 이종환, "SPSS를 이용한 조사방법 및 통계분석의 이해와 적용" (2009), 공동체
  15. 전주연, "산․염기 적정에 관한 웹 기반 시뮬레이션 학습 프로그램의 개발과 적용", 교과교육학연구, 6(2), pp.57~70 (2002)
  16. 최동성, "인간의 인지 및 감성을 고려한 게임 디자인 전략", 경영정보학연구, 10(1), pp.165~187 (2000)
  17. 최성봉, "MBL 활용 수업이 중학교 학생들의 과학탐구능력과 그래프 작성 및 해석능력에 미치는 효과", 한국지구과학회지, 29(6), pp.487~494 (2008), 한국지구과학회
  18. 최옥순, "중학교 소화 단원에서 가상실험수업과 실험 수업의 효과에 관한 연구", 교과교육학연구, 8(3), pp.437~451 (2004)
  19. 한국교육과정평가원, "고등학교 과학과 선택 중심 교육과정 개선방안 연구" (2006), 한국교육과정평가원
  20. 한국교육과정평가원, "과학과 교육과정 개정 시안 연구 개발" (2006), 한국교육과정평가원
  21. 허균, "웹 기반 교육에서 최적몰입경험", 컴퓨터교육학회 논문지, 6(2), pp.71~79 (2003), 한국컴퓨터교육학회
  22. Alessi S. M, "Multimedia for learning: Methods and development (3rd Ed.)" (2001), Allyn & Bacon
  23. Chen, H, "Exploring web users' optimal flow experiences", Information Technology & People, 13(4), pp.263~281 (2000)
  24. Csikszentmihalyi, M, "Flow: The psychology of optimal experience" (1990), Harper and Row
  25. Csikszentmihalyi, M, "Finding Flow: The psychology of engagement with everyday life" (1997), Harper Collins
  26. Csikszentmihalyi, M, "Talented teenagers the roots of success and failure" (1993), Cambridge University Press
  27. Ertepinar, H, "Effect of instruction supplied with the investigative oriented laboratory approach on achievement in a science course", Educational Research, 38(3), pp.333~341 (1996)
  28. Fishwick, P. A, "Web based simulation: Some personal observations", Processing of the 1996 winter simulation conferences (1996)
  29. Garrison, D. R, "E-Learning in the 21st century: A Framework for Research and Practice", pp.2003, Routledge
  30. Garrison, D. R, "Critical Factors in student satisfaction and success: Facilitation student role adjustment in online communities of Inquiry, in Elements of Quality Online Education: Into the Mainstream" (2004), forthcoming
  31. Hiltz, S. R, "Evaluating the virtual classroom, in Online education" (1990), Praeger
  32. Hoffman, D, "Marketing in hypermedia computer-mediated environments: Conceptual foundations", Journal of Marketing, 60(3), pp.50~68 (1996)
  33. Judd, C. M, "Estimating the effects of social interventions" (1981), Cambridge University Press
  34. Kang, M. H, "Investigation presence as a predictor of learning outcomes in e-learning environments", Proceeding of World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecommunications 2008, pp.4175~4180 (2008)
  35. Kang, M. H, "Developing a cognitive presence scale for measuring students’ Involvement during e-learning process", Proceedings of World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecomminications 2007, pp.2823~2828 (2007)
  36. Kim, N. R, "Effects of facilitation promoting cognitive presence on student learning and satisfaction in an online community of inquiry", 2007 AECT International Convention, pp.10~ (2007)
  37. 이인숙, "E-Learning in Korea: Its Present and Future Prospects", Korea Journal, 43(3), pp.61~86 (2003), 유네스코한국위원회
  38. Matsuda, H, "Virtual chemical experiment using cyber assistant professor: CAP", Eighth IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies, pp.977~981 (2008)
  39. McKenzie, D, "The construction and validation of the test of Graphing in Science (TOGS)", Journal of Research in Science Teaching, 23, pp.369~383 (1986)
  40. Merrill, P. F, "Computers in education" (1996), Allyn & Bacon
  41. National Research Council, "National science education standard" (1996), National Academy Press
  42. Njoo, M, "Exploratory learning with a computer simulation for control theory: Learning processes and instructional support", Journal of Research in Science Teaching, 30(8), pp.821~844 (1993)
  43. Measuring the flow Experience Among Web Users, "Novak, T. P", Vanderbilt University, ~ (1997)
  44. Oriogun, P. K, "Validating an approach to examining cognitive engagement within online groups", The American Journal of Distance Education, 19(4), pp.197~214 (2005)
  45. Perkins, D. N, "Technology meets constructivism: Do they make a marriage?", Educational Technology, 31(5), pp.18~23 (1991)
  46. Romiszowski, A. J, "Developing auto instructional materials; from programmed texts to CAL and interactive video" (1989), Kogan Page
  47. Shin, Y. S, "Virtual reality simulations in web-based science education", Computer applications in engineering education, 10, pp.18~25 (2001)
  48. Skadberg, Y. X, "Visitors' flow experience while browsing a Web Site: Its Measurement, Contributing Factors and Consequence", Computers in Human Behavior, 20(3), pp.403~422 (2004)
  49. Suh, H, "Collaboative learning agent for promoting group interation", Eletronics & Telecommunications Research Institute Journal, 28(4), pp.461~474 (2006)
  50. Trevino, L. K, "Flow in computer-mediated communication", Communication Research, 19(5), pp.539~573 (1992)
  51. "Games and simulations in e-Learning" (2001)[URL]
  52. Wang, M. J, "Cybergogy for engaged learning: A framework for creating learner engagement through information and communication technology, in Engaged Learning with Emerging Technologies", pp.225~253 (2006), Springer Publishing
  53. Webster, J, "The dimensionality and correlates of flow in human-computer interactions", Computers in Human Behavior, 9(4), pp.411~426 (1993)

관련 논문AI추천

몰입형 가상 시뮬레이션 과학 탐구학습 효과 분석: CAMIL(Cognitive Affective Model of Immersive Learning)관점 기반 설계김경리, 김동호한국교육공학회 · 교육공학연구2024 · 제40권 제4호초등 과학수업에서 WISE(Web-based Inquiry Science Environment)활용여부에 따른 수업효과 비교박영, 강명희, 김지윤, 류은진한국교육방법학회 · 교육방법연구2012 · 제24권 제1호Flash와 Actionscript 3.0을 이용한 과학 시뮬레이션 앱의 디자인 및 효과 -중학교 과학 ‘물질의 구성’ 단원을 중심으로-박철규, 이창윤, 홍훈기한국과학교육학회 · 한국과학교육학회지2018 · 제38권 제4호흥미수준에 따른 인지적 실재감이 몰입에 미치는 영향 탐색서미경한국기독교교육학회 · 기독교교육 논총2022 · 제72호온라인 과학수업에서 초등예비교사의 학습몰입에 영향을 미치는 요인 연구이용섭대한지구과학교육학회 · 대한지구과학교육학회지2021 · 제14권 제2호증강현실기반 학습 환경에서 학습자의 현존감, 학습 몰입감, 사용성에 대한 태도, 학업성취도의 관계 연구서희전한국교육정보미디어학회 · 교육정보미디어연구2008 · 제14권 제3호

이 간행물의 다른 논문 (5건)

교수-학습 환경에서의 맥락설계 원리 및 모형 개발 연구박경선, 나일주pp. 1-37학습유형별 웹 기반 수업 선호 영향 요인 분석이동엽pp. 63-89보편적 학습 설계(UDL) 기반 차별화 교수 지원 도구인 PAL 툴의 스마트폰 응용프로그램 설계차현진, 안미리pp. 91-108문항반응이론을 이용한 원격교육환경에서 사회적 실재감 측정도구의 타당도 검증김정주pp. 109-132대학 원격교육환경에서 학습자의 정의적 특성, 학습실재감, 몰입감, 학습만족도간 구조적 관계 분석김정겸, 강대식, 정회인pp. 133-152
원문 보기