• 한국과학교육학회지
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• 제33권5호
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• pp.881-892
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• 2013

최근에는 효과적인 과학 글쓰기 전략 개발을 위해 완성된 글뿐 아니라 글쓰기에서 나타나는 학생들의 인지 과정에 대한 종합적인 이해가 강조되고 있다. 이 연구에서는 학생들의 과학 주제에 대한 문제 해결 글쓰기 과정의 특징을 분석하였다. 의사소통 기술과 성취수준을 고려하여 선정된 중학교 2학년 학생 7명을 대상으로 발성사고법을 활용한 글쓰기 활동을 한 후 면담을 실시하였다. 연구 결과, 학생들의 글쓰기 과정은 생성, 개요 조직, 목표 설정, 변환, 평가 및 수정의 6개 과정 요소로 분류되었다. 학생에 따라 각 과정 요소가 나타나는 빈도나 순서의 측면에서 차이가 있었다. 글쓰기 과정에서 과정 요소들이 나타나는 유형을 체계적 전략, 암묵적 계획 전략, 시행착오 전략, 임의적 전략의 4가지로 분류하였다. 이에 대한 교육적 함의를 논의하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제38권5호
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• pp.635-647
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• 2018

동기기반추론은 원하는 특정한 결과나 목표를 성취하고자 하는 동기에 영향을 받아 이루어지는 편향된 추론을 의미한다. 이 연구에서는 과학적 사고 발달을 저해하는 동기기반추론 대한 이론적 연구를 시도하고, 실제 국내 과학기술 분야의 학문후속세대들이 경험한 동기 기반추론의 실제적 맥락에 대하여 탐색하였다. 구체적으로 이를 위해 문헌연구에서는 동기기반추론의 심리학적 특성과 과학적 사고에 미치는 부정적 영향에 대해 살펴보았다. 또한 국내 과학기술 분야 대학원생 8인과 신진 연구원 1인과의 심층 면담을 토대로 실제 과학기술 분야에서 나타나는 동기기반추론의 의미와 맥락을 파악하고자 했다. 문헌 분석 결과 동기기반추론은 개인적 수준에서 과학적 사고의 핵심인 이론과 자료의 적절한 조정 과정을 방해하며 과학적 지식 구성의 고착을 가져올 수 있으며, 사회문화적 수준에서 특정 사회문화적 신념이나 목적에 의해 과학이 이용되는 기작으로서 작용할 수 있다는 점에서 합리적이고 객관적인 과학적 사고를 기반으로 한 과학기술의 발전을 저해할 수 있음을 살펴보았다. 또한 실제 국내의 과학기술 분야의 학문후속세대들이 경험했던 동기기반추론 사례를 살펴본 결과, 기존의 신념 보호, 성급한 결론 추구, 사회문화적 신념 보호, 집단의 의사결정을 합리화를 통해 동기기반추론이 나타나고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 과학기술 학문후속세대들의 동기기반추론은 이들이 보다 이론과 증거의 적절한 조정을 통해 타당한 과학기술 지식을 구성하는데 있어 걸림돌이 될 수 있음을 살펴보았다. 이러한 결과를 바탕으로 이 연구에서는 과학적 사고 교육에 대해 논의하였다.

• 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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• 제41권2호
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• pp.338-355
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• 2022

본 연구는 과학 수업 딜레마 사례에 관한 초등 예비교사의 탐구 활동이 교사교육에서 어떠한 효용성을 가지는지 탐색하는 것을 목표로 한다. 구체적으로 딜레마 사례에 관한 초등 예비교사의 탐구 과정의 특징은 무엇이며 탐구를 통해 그들의 교육적 의사결정이 어떻게 변화하는지 자세히 살펴봄으로써 딜레마 사례 활용 교사교육의 효과에 대한 시사점을 얻고자 하였다. 교육대학교 4학년에 재학 중인 초등 예비교사 20명이 참여하였으며 모둠별 프로젝트 학습 형태로 과학 수업 딜레마 사례에 관한 탐구 활동을 7주간 수행하였다. 연구자는 사전·사후 설문지, 모둠별 KWHL 표, 모둠별 탐구보고서, 모둠별 발표 자료 및 모둠별 토론 내용을 데이터로 수집하고 분석하여 예비교사의 탐구 과정의 특징과 의사결정 변화에 영향을 주는 주요 요인을 추출하였다. 예비교사들은 딜레마 사례에서 다루고 있는 과학 주제를 탐구하면서 자신의 과학 학습 과정, 탐구 과정을 의미 있는 것으로 인식하였고 자신이 탐구를 통해 과학을 학습한 것처럼 초등학생도 유의미한 과학 탐구 활동을 할 수 있을 것으로 유추하였다. 또 예비교사들은 수업 주제와 관련하여 실제 초등학생의 사고 과정이나 배경 지식 등을 다양한 방법으로 탐구하였다. 지도서와 교육과정 등의 문서를 조사하고 현장교사나 초등학생과 면담을 통해 '실제' 학생의 사고 과정이나 수준을 파악하고자 했고 이를 교육적 의사결정에 반영하였다. 또한, 딜레마 상황의 해결 방안을 한 가지 대안으로 귀결하지 않고 여러 가지 교수 방법을 비교하며 상황에 따라 다양한 대안이 가능함을 인식하기도 하였다. 이처럼 딜레마 사례는 비구조화된 문제로서 예비교사에게 일종의 문제해결 상황을 제공하였고 예비교사의 과학적 탐구, 학생의 사고에 관한 탐구를 촉발하였으며 예비교사가 교수-학습의 복잡성을 인식하는 데 일조하였다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 딜레마 사례 활용 교사교육과 관련된 시사점을 논의하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제35권3호
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• pp.443-453
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• 2015

이 연구에서는 우리나라의 과학 교육에 도입 가능한 디자인적 사고 프로세스를 제안하고, 집단 창의성의 발현 측면에서 프로세스의 타당성을 검토하였다. 이를 위해 국외에서 개발된 다양한 디자인적 사고 프로세스로부터 우리나라 과학 교육 상황에 적용 가능한 디자인적 사고 프로세스를 선정하고, 이를 수정 및 보완하였다. 그리고 개발된 디자인적 사고 프로세스를 바탕으로 교육 프로그램을 만들고, 이를 고등학교 학생들에게 적용하였다. 연구 결과, '관련 지식 이해', '공감', '관점 공유', '아이디어 생성', '프로토타입'의 다섯 단계로 디자인적 사고 프로세스를 제안할 수 있었다. 그리고 이를 과학 교육 현장에 적용한 결과, 관련 지식 이해 단계에서는 관계 형성과 정보 수집 요소를, 공감 단계에서는 사용자 지향, 관계 형성, 대인 이해 요소를 확인할 수 있었다. 관점 공유 단계에서는 팀의 조직 요소를, 아이디어 생성 단계에서는 분석적, 전략적 사고력 요소를 확인할 수 있었다. 마지막으로, 프로토타입 단계에서는 의사소통과 분석적, 전략적 사고력 요소를 확인할 수 있었다. 집단 창의성 과정에 능숙한 전문가들로부터 발견되는 집단 창의성의 핵심 속성을 학생들로부터 모두 확인할 수는 없었지만, 이 연구에서 개발된 프로세스를 통해 우리나라 학생들이 집단 창의성이 발현되는 과정을 경험하고, 관련 가치를 배울 수 있는 가능성이 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국수학교육학회지시리즈E:수학교육논문집
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• 제37권2호
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• pp.257-276
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• 2023

수학적 모델링이란 실세계 문제 상황을 이해하고 이를 수학적인 방법으로 변환하여 수학적 모델을 토대로 실세계 문제 상황을 해결해나가는 일련의 과정이라고 할 수 있다. 선행연구를 통해 수학적 모델링을 활용한 수업의 학습 효과가 밝혀짐에 따라 우리나라에서도 효과적인 수학적 모델링 수업을 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구는 초등수학영재의 수학적 사고 양식에 따라 수학적 모델링 과정에서 나타나는 메타인지적 특성을 분석함으로써 수학적 모델링 지도 과정에서의 시사점을 모색하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 S시 소재 대학부설과학영재교육원 초등수학 영재학생 39명을 대상으로 수학적 사고 양식 검사를 진행하여 검사 결과에 따라 시각적, 분석적, 혼합적 모둠으로 분류하고 각 사고 양식이 가장 뚜렷하게 드러나는 3개 모둠(총 12명)의 수학적 모델링 과정에서 나타나는 메타인지 특성을 분석하였다. 분석 결과, 모델링 단계와 모둠 특성에 따라 메타인지 요소가 다르게 나타나는 것을 확인하였으며, 이와 같은 분석 결과에 기초하여 수학적 모델링 지도 과정에서의 교수학적 시사점을 도출하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제33권2호
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• pp.522-537
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• 2013

이 연구는 과학적 문제해결을 위한 소집단 논의과정에서 생성된 비유의 수준, 상호작용, 결과 예측에 대한 불확실성을 분석하여 설명적 모델과의 관계를 논의하였다. 이 연구의 참여자는 4년제 K 대학에 재학 중인 대학생 8명으로 4명 2개조로 편성되어 과학적 문제해결과제를 수행하였다. 연구 참여자들은 개별적으로 과학적 문제해결과제 수행한 이후, 조별로 모여 논의에 참여하였다. 이후 다시 개별적 면담을 통해 소집단 논의 활동을 통한 사고의 변화를 알아보았다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 논의 과정에서 속성/실체 수준의 비유는 논의 과정에서 어떠한 실체나 속성의 특징을 보다 명료하게 이해시키기 위해 사용되었다. 논의과정에서 생성된 공간적 배치/움직임 수준의 비유는 다른 참여자가 문제해결결과를 예측하는데 불확실성을 낮추어주었다. 메커니즘/인과성 수준의 비유 생성은 문제 상황의 구조를 변화시켜 다른 참여자가 설명적 모델을 재구성하는데 도움을 주거나, 자신이 생성한 메커니즘을 정당화하기 위해 메커니즘 상황이 유지된 채 이전에는 경험하지 못하였던 새로운 상황을 떠올려 적용하는 형태의 비유로 생성되었으며, 이를 통해 논의과정에서 사고실험의 생성 사례를 확인할 수 있었다. 소집단 과정에서 생성된 비유의 변화를 살펴보면, 논의과정에서 각 개인의 비유 패러다임은 생산적 패러다임, 수용-생산 패러다임, 생산-수용 패러다임, 수용 패러다임으로 나타났다. 설명적 모델의 생성과 재구성은 비유의 생산적 패러다임에서 나타났으며, 비유의 수용적 패러다임에서 예측이 바뀌거나, 예측에 대한 불확실성이 달라졌다.

• 한국과학교육학회지
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• 제35권6호
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• pp.985-995
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• 2015

본 연구는 창의적이고 통합적인 사고의 활성화를 위하여 과학 문항에 예술적 요소와 기술적 요소를 도입함에 따른 효과를 알아보기 위한 것이다. 평가 문항은 수능에 예술적 요소와 기술적 요소를 도입한 4개의 문항(STA)과 기술적 상황에 예술적 요소를 도입한 문항(TA)으로 이루어져 있다. 특히, TA는 3개의 문항(과학 및 일상생활과 관련된 문항, 창의적 설계)으로 이루어져 있다. 대구시 소재 고등학교 3학년 학생 60명(남:39명, 여:21명)을 대상으로 STA에 대한 문제해결 과정을 살펴보았으며 상세한 분석을 위해 이 학생들 중 4명을 추출하여 회상면접법을 이용하여 면담도 실시하였다. 또한, STA에 대한 분석 결과를 기반으로 TA를 제작하여 위의 학생 4명을 대상으로 문제해결 과정을 살펴보았으며 위와 마찬가지로 면담도 실시하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 학생들은 과학적 상황을 예술적 상황과 기술적 상황보다 많이 선택하였으며 그 이유는 빠른 시간 내에 문제를 해결하기 위해 문제의 길이가 짧은 상황을 선호하기 때문인 것으로 나타났다. 둘째, STA의 예술적 상황과 기술적 상황을 과학적 상황보다 흥미롭지만 어렵게 느끼는 것으로 나타났으며 TA의 예술적 요소를 도입한 기술적 상황도 과학적 상황보다 흥미롭게 느끼는 것으로 나타났다. 셋째, 학생들은 STA에서 주어진 상황에 관계없이 문제해결에 필요한 핵심적 과학지식을 사용하여 비교적 간략하게 문제를 해결하는 경향이 있는 것으로 나타났다. 이는 학생들의 문제해결 과정이 반복학습에 의해 정형화되었을 가능성이 있음을 의미한다고 볼 수 있다. STA의 모든 상황에서 논리적 사고와 정교성은 나타났으나 독창성은 두드러지지 않았고 통합적 사고는 나타나지 않았다. 넷째, TA의 과학과 관련된 문항에서는 위와 유사한 결과가 나타났으나 일상생활과 관련된 문항의 경우 학생들은 일상생활을 기반으로 서술하였으며 독창성이 나타났으며 특히, 창의적 설계에서는 학생들의 독창적인 아이디어와 통합적 사고가 나타났다.

• 한국과학교육학회지
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• 제34권4호
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• pp.335-347
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• 2014

관찰과 측정을 기본으로 하는 과학의 교과에서 "크기(size)"와 그를 나타내는 "척도(scale)"는 물질의 물리적 속성과 과학적 현상을 이해하도록 돕는 중요한 개념이다. 또한, 사물의 수, 크기나 양을 어림잡거나 그것을 정확하게 표현하는 것은 수학에서 수의 개념 형성과 발달, 표현법의 습득, 나아가서는 연산에 관한 사고로의 발전과 관련되어있는 문제라고 볼 수 있어 "크기와 척도" 개념은 수학과 과학의 기본이며 동시에 두 교과를 연결하는 개념이다. 일반적으로 "크기와 척도"는 쉬운 개념이라 생각되지만, 실제 학생들은 물질의 크기를 제대로 이해하지 못하거나 척도로 나타내는 것을 어려워하는 것을 알 수 있다. 이는 단지 물질의 크기를 정확히 알지 못하는 정확성에 관한 오류로만 그치는 것이 아니라 종종 연관된 개념을 추론하거나 개념을 확장해 과학의 현상을 이해하는 과정에서의 어려움으로 이어진다. 이와 관련해 수와 연산에 관한 개념이해와 학습의 어려움에 관한 수학교육분야의 연구는 다양하게 진행되었지만, 과학교육분야에서의 연구는 많지 않았다. 본 연구에서는 "크기와 척도"에 관한 학생들의 사고를 더 잘 이해하고 과학 학습의 어려움에 관한 원인을 분석하기 위해 수학적 구조분석을 적용하였다. 수학교육에서 설명한 수 개념의 발달에 따른 사고유형(덧셈이전의 사고, 덧셈적 사고-additive reasoning, 곱셈적 사고-multiplicative reasoning)을 적용하여 7단계의 수학적 구조를 만들고 이를 이용하여 "크기와 척도"와 관련된 과제를 수행한 학생들의 인터뷰 데이터를 체계적으로 분석하였다. 수학적 구조를 바탕으로 한 개념 틀은 다양한 학생들의 사고를 분석하는 기준이 되었고, 또한 학생들이 겪는 개념이해의 어려움을 해석하는 도구가 되었다. 수 개념의 발달에 맞춘 수학적 사고구조를 적용한 분석은 학생들의 개념 유형의 구분을 명확히 하였고 설명이 모호했던 전환 단계(transition stage) 유형을 밝혀내어 수업에서 고려되어야 할 점들을 구체적으로 드러내었다. 이는 수학과 과학, 두 교과 간의 틈을 줄일 뿐 아니라 연결점을 찾아 학생들의 개념이해와 어려움의 원인을 분석하는데 폭넓은 시각을 제공한다는 점에서 최근 많은 관심을 받고 있는 STEM 혹은 수학과 과학의 융합 수업을 위한 소재로의 가능성을 제시해준다.

• 한국과학교육학회지
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• 제40권3호
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• pp.271-289
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• 2020

이 연구는 과정중심평가에서 나타나는 교사 피드백 유형의 사례를 제시하는 데 그 목적이 있다. 과정중심평가의 실행을 위하여 과정을 시각화한 협력적 모델링-논의 활동을 실시하였고, B고등학교 교사 4명과 학생 353명이 연구에 참여하였다. 자료의 분석은 논의 수업을 촬영한 영상, 협력적 모델링-논의 활동지 및 교사의 인터뷰 내용을 대상으로 실시하였다. 피드백의 유형화는 과학적 개념에 대한 피드백과 논의 과정에 대한 피드백의 범주를 바탕으로 하였으며, 각 피드백의 유형에 해당하는 사례는 교사 4명을 중심으로 추출하여 수업의 맥락과 함께 구체적으로 제시하였다. 연구 결과, 과학적 개념에 대한 피드백 중 개념 준거 제시형, 사고 촉진형 피드백이 학생의 자기 점검을 유도하였으며, 논의 과정에 대한 피드백 중 맥락 강조형 피드백, 과정 준거 제시형 피드백, 롤모델형 피드백, 그리고 인식 탐색형 피드백이 학생의 자기 점검을 유도하였다. 연구 결과를 토대로 과정중심 평가를 성공적으로 실시하기 위한 피드백의 특성과 과정중심평가에서의 교사의 역할을 도출하였다. 이 연구의 결과는 과정중심평가에서의 교사 피드백에 대한 이해를 기반으로 과정중심평가를 실천하기 위한 구체적인 지침을 제공해 줄 것으로 기대된다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제16권2호
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• pp.287-294
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• 2016

디자인을 개발하는데 있어 디자인의 계획에서부터 결과물을 도출시키는 전 과정의 디자인행위는 디자이너의 직관적인 관념과 기술적인 능력차이로 이루어지고 있다. 하지만 이러한 작업의 형태가 어떠한 규정된 틀에서 구체적인 방향으로 진행되기보단 개개인의 암묵적 행위 혹은 내재적 직관으로 이루어지고 있음을 디자인 전문가들은 모두가 공감하는 현상이다. 이러한 직관과 경험을 토대로 행해지는 디자인 작업을 합리적이고 과학적인 과정으로 시작하고 결과를 얻는다면 보다 체계적인 디자인작업을 다음단계로 이관 시킬 수 있다. 본 연구는 전문가와 비전문가의 디자인 적용방향을 실험으로 알아보기 위해 주방기구 개발 프로세스의 초기단계인 디자인 스케치과정 내용을 인지과학의 대표적인 질적연구 방법인 프로토콜 분석 방법을 활용하여 디자이너가 어떠한 사고시스템으로 디자인정보처리를 수행하고 작업하는지를 연구하고자 한다. 따라서 이 논문의 범위를 디자인 인지과학의 관련을 이해하는데 가장 기초가 되는 질적 연구방향에서 "주방기구에 대한 초기프로토콜 분석"과 "사고분석에 대한 코드화"에 한정시킬 것이다. 이러한 연구문제를 해결해가는 절차로 선행연구를 고찰하고 인지적인 사고를 체계적인 방법으로 재해석하여 제품의 개발흐름과 교육적 효과를 찾고자 하였다.