• 대한화학회지
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• 제67권5호
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• pp.353-361
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• 2023

이 연구에서는 2015 개정 교육과정에 따른 중학교 과학과 교과서의 물질 단원에 제시된 시각적 입자 표상의 활용 방식을 분석하였다. 4종의 과학 교과서의 물질 단원을 설명, 탐구, 평가 영역으로 구분하고 제시된 시각적 입자 표상의 활용 형태, 요구되는 활동 방식, 활동 수준을 분석하였다. 설명 영역의 경우 시각적 입자 표상은 주로 보조적 활용 형태로 제시되었으며 탐구와 평가 영역의 경우 직접적 활용 형태로 주로 제시되었다. 직접적 활용의 시각적 입자 표상의 활동 방식은 설명과 평가 영역에서는 주로 해석하기가, 탐구 영역에서는 다른 두 영역에 비해 완성하기와 생성하기가 비교적 높은 비율로 제시되었다. 활동 수준의 경우 설명 영역에서는 찾기 수준이, 탐구와 평가 영역에서는 유추하기 수준이 주로 나타났다. 이상의 결과를 바탕으로 과학 교과서 속 시각적 입자 표상의 제시와 활용 방향에 대한 시사점을 논의하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제34권5호
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• pp.437-447
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• 2014

Learning Progressions(학습진행과정, 이하 LP)은 "과학의 핵심 아이디어(core idea) 혹은 과학 활동(scientific practices) 이해 과정을 상대적으로 단순한 체계에서 전문가의 지식체계로 논리적이고, 순차적인 단계로 정교하게 설명한 틀"로서, 한 교과 내 및 다른 과학영역들(물리, 지구과학, 생물, 화학)과 연결하여 연계적 교육과정을 구성하는 이론적 기반을 제공한다. 학습은 개개인의 선지식, 선경험, 교과교육과정, 교육과정 등의 여러 요소에 영향을 받는 복잡한 이해 과정으로, LP 단계를 모든 학생들이 동일하게 이동하지 않는다. 학생과 학습환경의 특성에 따른 이동 가능한 학습경로의 서술을 위해서는 다양한 학생데이터의 수집과 분석이 필요하다. 이러한 과정을 통해서 가설의 LP는 과학적으로 증명된 LP로 규명되며. 비로소 교과과정 개발의 틀(framework)로 역할을 할 수 있다. 본 연구는 미시간 대학 연구팀이 개발한 "물질의 본성(nature of matter)" 주요 개념에서, 하위개념인 "물질의 입자성(particule nature of matter)과 입자적 표상(submicroscophic representation)"의 LP와 관련 평가지를 우리나라 과학교육과정과 연계, 수정하여 개발하였다. 수정된 평가지와 LP는 124명의 중고등학생의 LP 경로 특성을 분석하는데 사용되었다. 학생들의 입자적 개념과 표상의 이해도, 개념과 표상 이해도 연관성을 중점으로 분석하여 관련 과학교육과정과 현장 수업의 문제점과 시사점을 도출하였다. 본 연구결과를 종합해 보면, 높은 레벨 문항의 정답을 고른 빈도수는 낮은 레벨 문항을 모두 정답으로 고른 경우에 높았으며 이는 학생들이 본 연구팀이 개발한 LP 경로로 이해과정을 정교화시킴을 알 수 있다. 하지만, 대부분의 학생들, 특히 고등학생들은 초등학교 수준의 거시적 물질의 본성 개념 LP 단계에 머물고 있으며, 중학교 수준인 미시적 표상 LP 단계에 있다. 입자적 개념과 표상 이해 실패의 주요 원인은 1) 과학적 모델의 본질, 2) 관련 선지식, 3) 미립자 표상의 이해부족으로 정리된다. 본 연구결과는 물질의 입자성과 관련된 개념, 과학활동(특히 모델링)을 증진시키고 개개인 특성에 맞는 맞춤형 학습환경 제공을 위한 학습, 교수, 평가자료 개발에 기여하는 바가 크다. 더 나아가 '물질의 본성'에 대한 LP연구와 과학적 소양 증진에 긍정적 역할을 할 것으로 기대한다.

• 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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• 제42권1호
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• pp.161-177
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• 2023

과학적 설명은 글, 도식, 그래프와 같이 다양한 표상들로 구성되는데, 각 표상들은 하나의 '모드'로서 비슷하나 조금씩 다른 의미들을 연결하며 과학적 의미를 확장한다. 이러한 사회기호학의 관점을 토대로, 본 연구에서는 학생들이 구성한 과학글쓰기와 과학그리기가 각각 시각적 모드와 언어적 모드의 표상으로서 지니는 의미 형성의 특징을 파악하고, 다중모드적 표상의 교육적 활용에 대해 논의하였다. 이를 위하여, 초등과학영재 학생들이 공기의 압력에 대해 구성한 과학그리기와 과학글쓰기 각 18편을 수집하고, 과학그리기와 과학글쓰기에서 구성된 설명의 특징을 어포던스 관점에서 분석하였다. 분석 결과, 과학그리기에서 학생들은 시각적 모드가 지니는 어포던스를 통해, 공기입자의 움직임, 공기입자의 수, 입자의 충돌과 같은 입자적 관점에서의 변화를 구체화하여 추론하는 경향을 보였다. 반면, 과학글쓰기에서 학생들은 언어적 모드가 지니는 어포던스를 통해, 공기 압력 개념과 다른 요인들 간의 인과적 관계를 추상적 차원에서 추론하는 경우가 많았다. 이러한 결과를 바탕으로, 각 모드가 가지는 고유한 어포던스를 상호보완적으로 활용할 수 있는 방법에 대해 구체적인 사례를 들어 논의하였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제40권4호
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• pp.375-383
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• 2020

이 연구에서는 증강현실을 활용한 다중 표상 학습 전략이 학생들의 개념 이해도, 학업 성취도, 과학 수업에 대한 즐거움에 미치는 영향을 조사하였다. 남녀 공학 중학교 2학년 학생 136명을 처치 집단과 통제집단으로 무선 배치하였다. 학생들은 네 차시 동안 물질의 특성과 관련한 입자 개념을 학습하였다. 이때 처치 집단의 학생들에게는 증강현실이 제공하는 표상들 사이의 연계와 통합을 촉진할 수 있는 다중 표상 학습 전략을 개발하여 적용하였다. 이원 공변량 분석 결과, 개념 이해도, 과학 수업에 대한 즐거움 검사에 대한 처치 집단의 점수는 학생들의 사전 성취 수준과 무관하게 통제 집단보다 유의미하게 높았다. 개념 이해도 검사의 하위 개념 중 입자의 보존에 대해서는 유의미한 차이가 나타났으나, 분포 및 운동에 대해서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 학업 성취도 측면에서는 사전 성취 수준과 유의미한 상호작용 효과가 나타났다. 이때 하위권 학생들의 성취도는 유의미하게 향상되었으나 상위권 학생들에게는 유의미한 효과가 나타나지 않았다. 연구 결과를 바탕으로 과학 교수학습에서 증강현실의 효과적인 활용을 위한 교육적 시사점을 논의하였다.

• 대한화학회지
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• 제64권1호
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• pp.19-29
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• 2020

이 연구에서는 2009 개정교육과정의 화학I 교과서 4종과 화학II 교과서 4종, 2015 개정교육과정의 화학I 교과서 9종과 화학II 6종의 교과서에 제시된 산·염기 모델에 관련된 표상을 분석하였다. 교과서에 제시된 표상의 문제점은 정의 표현의 문제와 논리사고 표현의 문제로 구분하였다. 연구 결과, 화학평형의 개념이 없어서 2009 개정교육과정의 화학I 교과서에서는 브뢴스테드-로우리 산·염기 정의에서 가역반응의 표상에 문제가 있었지만, 이러한 문제는 화학평형 개념이 포함된 2015 개정교육과정의 화학I 교과서에서도 지속되는 것으로 나타났다. 논리사고 표현은 입자 종류 보존논리, 조합논리, 입자 수 보존논리, 비례논리 등이 있다. 2009 개정교육과정 화학I 교과서에서는 논리사고와 관련된 표상의 문제가 적었지만, 2015 개정교육과정의 교과서에서는 논리사고와 관련된 표상의 문제가 많이 발견되었다. 따라서 교육과정이 개정되면서 산·염기 모델에 관련된 교과서의 표상들이 학생들의 이해에 도움을 줄 수 있는 방향으로 변화될 필요가 있다.

• 대한화학회지
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• 제67권5호
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• pp.378-392
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• 2023

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 1학년 과학 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 측면은 표상화, 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.

• 대한화학회지
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• 제64권6호
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• pp.416-428
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• 2020

이 연구는 2015 개정 교육과정에 따른 중학교 1학년 과학과 디지털교과서의 물질 단원에 제시된 외적 표상의 활용 실태를 분석하였다. 5종의 디지털교과서에 제시된 외적 표상의 수준, 양식, 제시 방법, 상호작용성을 분석하였다. 외적 표상의 수준은 거시적 수준의 외적 표상이 주로 제시되었고, 입자적 설명은 거시적 수준과 미시적 수준의 외적 표상이 함께 제시되었다. 외적 표상의 양식은 주로 시각언어와 시각비언어 표상으로 제시되었고, 청각언어 표상이나 청각비언어 표상은 거의 제시되지 않았다. 시각언어 표상과 청각언어 표상은 대부분 형식적인 형태로 제시되었고 시각비언어 표상은 운동성이 포함되지 않은 정화상이 가장 많이 제시되었다. 외적 표상의 제시 방법은 세 가지 측면에서 분석하였다. 첫째, 주로 시각언어 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시되었고, 청각언어 표상과 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우는 나타나지 않았다. 청각언어, 시각언어, 시각비언어 표상이 함께 제시된 경우, 일부는 청각언어 표상의 정보가 시각언어 표상에서 중복적으로 제시되었다. 둘째, 학습 내용과 관계없는 청각비언어 표상이 다른 외적 표상들과 함께 제시되었다. 셋째, 시각언어 표상과 시각비언어 표상을 다른 페이지에 배치하는 형태는 거의 나타나지 않았고, 청각언어 표상과 시각비언어 표상은 항상 동시에 제시되었다. 외적 표상의 상호작용성에서 설명 영역은 조작 수준의 상호작용성이, 활동 영역은 피드백 수준의 상호작용성이 주로 제시되었고, 두 영역 모두 적응과 소통 수준의 상호작용성은 거의 나타나지 않았다. 이상의 결과를 바탕으로 디지털교과서 집필 방향에 대한 시사점을 논의하였다.

• 대한화학회지
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• 제67권4호
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• pp.241-252
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• 2023

이 연구는 학생들이 어려워하는 화학의 여러 개념 중 하나인 동적 평형에 대한 학생의 이해를 높이는 것을 목적으로 한다. 동적 평형은 입자들의 끊임없는 움직임과 상호 작용을 미시적으로 이해하고, 이를 통해 발현되는 거시적인 특성을 이해할 수 있도록 실제와 표상이 겹친 준미시적 수준으로 다루어야 한다. 하지만 9종의 화학 I 교과서를 분석한 결과 평형에 대한 표현 방식은 다소 한계가 있었다. 준미시적 표상 접근을 통해 평형을 이해할 수 있는 전략으로 스크래치를 활용한 수업을 4차시로 구안 하였고, 56명 학생을 대상으로 실행하였다. 4차시 수업은 6단계로 구성이 되며, 단계적으로 평형을 이해하도록 설계하였다. 사전 검사와 사후 검사를 비교한 결과, 학생들이 화학 평형에 대해 미시적 설명과 거시적 설명을 모두 옳게 하는 학생이 크게 증가하였다. 이를 통해 준미시적 표상의 접근 방식으로 스크래치를 활용한 수업의 적용 가능성을 엿볼 수 있었다.

• 대한화학회지
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• 제56권3호
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• pp.363-370
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• 2012

2007개정 과학과 교육과정에 따른 중학교 1학년 과학 교과서 11종을 대상으로, '물질 영역'에 속하는 '물질의 세 가지 상태', '분자의 운동', '상태변화와 에너지'라는 세 단원에 제시된 모형의 유형 및 특성을 조사하고 과학적 모형 분석틀을 개발하였다. 연구를 통해 개발되어진 과학적 모형 분석틀은 표상 양식과 표상의 속성으로 나누어져있으며, 표상 양식은 활동 모형, 비유적 모형, 상징적 모형, 이론적 모형으로 분류하고, 표상의 속성은 정적 모형과 동적모형으로 분류하였다. 개발되어진 과학적 모형 분석틀을 가지고 교과서에서 사용되고 있는 모형의 유형과 빈도수를 분석하였다. 연구 결과, 표상 양식에서는 활동 모형과 비유적 모형이 가장 많이 사용되었고, 표상의 속성에서는 동적 모형이 많이 사용되고 있었다. 물질 영역에서는 입자 개념을 다루며 학생들이 일상생활에서 접하는 거시적인 현상들을 분자의 배열이나 운동과 같은 미시적 관점으로 이해하는 것을 목표로 하고 있다. 이 연구의 결과는 현 교과서들에 나타난 과학적 모형 사용의 제한점과 바람직한 방향을 모색하게 할 뿐 아니라, 앞으로 집필되어질 교과서와 수업을 구성하는데 유용한 정보를 제공해 줄 것이다.

• 한국과학교육학회지
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• 제25권4호
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• pp.533-540
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• 2005

이 연구에서는 물질의 입자적 성질이 강조되는 화학 개념 학습에서 학생들에게 제공되는 다양한 외적 표상들 간의 연계와 통합을 촉진시키는 방법으로서의 그리기와 쓰기의 효과에 대해 알아보았다. 남녀공학 중학교 1학년 224명을 통제 집단, 그리기 집단, 쓰기 집단으로 배치한 후,'보일의 법칙'과 '샤를의 법칙'에 대하여 2차시 동안 수업을 하였다. 세 집단 모두 거시적인 현상을 실험을 통해 관찰하게 한 후, 통제 집단 에서는 시각적 정보와 언어적 정보를 동시에 제공하여 학습하게 하였고, 그리기 집단에서는 제공된 언어적 정보에 대한 정신 모형을 그림으로 그리게 한 후, 이를 시각적 정보와 비교하게 하였으며, 쓰기 집단에서는 시각적 정보에 대한 정신 모형을 글로 쓰게 한 후, 이를 언어적 정보와 비교하게 하였다. 이원 공변량 분석 결과, 쓰기 집단의 개념 이해도 점수가 통제 집단보다 유의미하게 높았으며, 그리기 집단은 통제 집단보다 통계적으로 높은 경향성을 보였다. 개념 이해도 점수에서 수업 처치와 공간 시각화 능력 사이의 상호 작용 효과는 없었다. 학생들의 수업 인식 검사 결과에서는 대부분의 학생들이 쓰기와 그리기 활동을 통해 개념 이해가 잘 되었다고 응답하였으며, 일부 학생들은 쓰기와 그리기가 재미있었다고 응답하기도 하였다. 이에 대한 교육학적 함의를 논의하였다.