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테크놀로지를 활용한 모델의 설계와 개발 과정에서 나타난 예비화학교사의 모델의 본성에 대한 인식 분석: 보일 법칙을 중심으로

Analysis of the Pre-service Chemistry Teachers’ Cognition of the Nature of Model in the Design and Development Process of Models Using Technology: Focusing on Boyle’s Law

백성혜|정나진
대한화학회|2023.10|대한화학회지 (Journal of the Korean Chemical Society)|제67권 제5호|pp. 378-392

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테크놀로지Technology예비화학교사모델의 본성Pre-service chemistry teachers모델의 설계와 개발Nature of the modelModel design and development
주제분류화학

초록

본 연구의 목적은 테크놀로지를 활용한 모델의 설계와 개발 과정에서 나타난 모델의 본성에 대한 예비화학교사의 인식을 분석하는 것이다. 이를 위하여 중부 지역에 있는 사범대학 3학년에 재학 중인 예비화학교사 19명을 대상으로 중학교 1학년과학 교과서에 제시된 보일 법칙에 관련된 실험 현상을 관찰하고, 테크놀로지를 활용하여 관찰된 실험 결과와 관련된 모델을 설계하고 개발하도록 요구하였다. 선행연구를 바탕으로 모델의 본성을 표상적 측면과 설명적 측면으로 분류하고, 표상적 측면은표상화, 함축화, 간단화로, 설명적 측면은 분석, 해석, 추론, 설명, 정량화로 분류하였다. 그리고 이 분류를 기준으로 하여 예비화학교사들의 인식을 분석하였다. 연구 결과, 표상적 측면의 표상화에서는 부피가 변하는 공간을 표현한 형태로 획일화되어 있었으며, 함축화에서는 압력을 실린더 내부의 밝기나 입자의 색 변화 빈도로 표현하였다. 간단화의 경우에는 입자 충돌을 완전탄성충돌로 표상화하였으나, 입자의 종류를 간단히 표상화하지 못하는 그룹들이 있었다. 설명적 측면에서는 분석의 경우 부피를 조작 변인으로 구분하였으며, 해석의 경우 대부분 그룹이 기체 입자의 충돌로 압력의 변화를 해석하였다. 그러나 추론에 관련된 인식은 많이 관찰되지 않았다. 설명의 경우 입자가 충돌하는 면적을 설정하지 않거나 잘못 설정하여 설명에 성공하지 못한 그룹들이 있었으며, 정량화에서는 단위시간 당 충돌 횟수를 수식화한 그룹들과 이와는 반대로 충돌 횟수를 수치화하지 못하여 정량화하지 못한 그룹들이 있었다.

Abstract

The purpose of this study is to analyze the pre-service chemistry teachers’ cognition of the nature of model in process of designing and developing models using technology. For this purpose, 19 pre-service chemistry teachers’ in the 3rd grade of a education college located in the central region observe experimental phenomena related to Boyle's law presented in the 7th grade science textbook and researchers required the design and development of a model related to the observed experimental results using technology. Based on previous studies, the nature of model were classified into two aspect: ‘Representational aspect’ and ‘Explanatory aspect’. The ‘Representational aspect’ was classified into ‘Representation’, ‘Abstraction’, and ‘Simplification’, and the ‘Explanatory aspect’ was classified into ‘Analysis’, ‘Interpretation’, ‘Reasoning’, ‘Explanation’, and ‘Quantification’. The pre-service chemistry teachers’ cognition were analyzed by the classification. As a result of the study, the ‘Representation’ of the 'expressive aspect' was uniformized in the form of space that changes in volume, and the pressure was expressed as the Brightness inside the cylinder or frequency of color change of particles for ‘Abstraction’. In the case of ‘Simplification’, the particle collision was expressed as a perfectly elastic collision, but there was a group that could not simply indicate the type of particle. In the ‘Explanatory aspect’, in the case of ‘Analysis’, volume was classified as a manipulated variable, and in the case of ‘Interpretation’, most groups analyzed the change in pressure through the collision of gas particles. However, the cognition involved in ‘Reasoning’ was not observed much. In the case of ‘Explanation’, there were groups that did not succeed in explanation because the area where the particles collided was not set or incorrectly set, and in the case of ‘Quantification’, there was a group that formulated the number of collisions per unit time, and on the contrary, there was a group that could not quantify the number of collisions because they could not be expressed in numbers.

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