• 한국과학교육학회지
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• 제35권6호
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• pp.1049-1062
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• 2015

협업으로 문제를 해결할 때 집단 구성원들은 정신모형을 공유함으로써 시너지 효과를 창출한다. 협업의 시너지 효과를 이해하고 이를 교육에 적용하기 위해서는, 집단이 어떻게 문제를 해결해나가는지를 분석할 필요가 있다. 이 연구에서는 정신모형 공유에서 나타나는 시너지 효과의 원천을 알아보기 위하여 10명의 과학영재들을 대상으로 빈약하게 정의된 문제를 주고 어떤 요소가 집단의 정신모형에 공유되는지, 또 이것이 어떤 과정을 거쳐 공유되어 가는지를 구체적으로 알아보았다. 연구결과, 집단의 정신모형에 공유되는 요소는 첫째, 초기 공통 아이디어 중 가장 과학적인 개념을 공유하였다. 논의 전 이미 가지고 있던 공통 아이디어에 포함된 개념에서 선개념과 과학적 개념이 동시에 나타날 때, 학생들은 논의를 거쳐 과학적인 개념을 선택하여 공유하였다. 둘째, 집단 구성원들이 각각 가지고 있던 개별 아이디어를 공유하였다. 논의 과정에서 구성원들은 변인에 대한 개별 아이디어를 제안하였고 집단 구성원들이 동의하면 이는 집단의 정신모형에 공유되었다. 셋째, 협업 전 정신모형에 포함되어 있지 않던 새로운 아이디어를 창조하여 공유하였다. 건설적 갈등 상황에서 자신의 정당성 주장의 근거 마련을 위해 개별 아이디어 조합, 기존 아이디어의 재생산 등과 같은 방법으로 창조된 아이디어를 생성하고 공유하였다. 창조된 아이디어는 개인의 정신모형에 포함되어 있지 않던 것으로, 집단 정신모형 공유에서 나타나는 시너지의 근원이라고 할 수 있다. 다음으로 집단 정신모형이 공유되는 과정을 살펴보면, 문제해결에 가장 중요한 변인부터 제안하고 공유하는 것을 알 수 있었다. 이는 집단의 정신모형에 무엇이 공유되었는가를 분석하는 것만큼 어떤 순서로 공유되었는가를 아는 것도 중요하다는 점을 시사한다. 논의 후 학생들의 최종응답을 분석해보면, 공유된 정신모형이 초기의 개인별 정신모형에 비해 포괄적이면서 정교화 되었으며 각 개인의 정신모형도 확장되었음을 알 수 있었다. 이 연구 결과는 공유된 정신모형의 측정과 협력 학습모형 개발에 사용될 수 있을 것이다.

• 한국과학교육학회지
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• 제31권5호
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• pp.734-744
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• 2011

본 연구의 목적은 중학생을 대상으로 판구조론 관련 개념에 대한 정신모형의 유형을 밝히고 학습양식에 따라 정신모형이 어떻게 다른지 조사하는 것이다. 중학교 3학년 94명을 대상으로 판구조론의 주요 개념인 판의 위치와 마그마 생성, 산맥의 생성, 지구의 내부 등 세 가지 주제에 대한 그리기 과제를 개발하여 실시하였다. 그리기 과제의 결과를 3명의 평가자가 분석하여 각 과제의 정신모형 유형과 유형별 준거를 설정하였다. 설정된 준거에 근거하여 전체 연구대상 학생들의 그리기 과제 결과를 정신모형 유형별로 분류하고 분석하였으며, 학습양식이 다른 학생들의 정신모형 빈도를 비교하였다. 정신모형의 유형은 각 주제의 특성에 따라 불안정 모형, 인과모형, 개념적 모형 또는 정적 불안정 모형, 동적 불안정 모형, 개념적 모형 등으로 분류되었다. 정신모형을 조사한 결과 나타난 불안정 모형에는 마그마가 핵이나 맨틀에서 생성된다는 대안개념과 판이 충돌하면서 판 자체의 표면부만 상승하여 산맥이 형성된다는 제한적인 사고등이 포함되어 있었다. 학습양식이 다른 학생들의 정신모형 유형별 비율을 비교한 결과, 세 가지 주제 모두 시각적 학습양식을 가진 학습자가 언어적 학습양식을 가진 학습자보다 개념적 모형의 비율이 높게 나타났고, 불안정 모형의 비율은 낮게 나타났다. 이로써 학습자의 학습양식에 따라 판구조론에 관한 정신모형에 차이가 있음이 확인되었으며, 학습양식을 고려한 교수전략 개발을 위한 근거자료가 된다.

• 한국과학교육학회지
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• 제26권4호
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• pp.475-491
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• 2006

최근 과학교육에서 학생들이 현재 가지고 있는 개념의 특성을 분석하고 개념형성에 영향을 미친 요인들을 확인하며 이들 요인들이 개념변화과정에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 심층적인 논의의 한 가지 이론적 배경으로 정신모형에 대한 관심이 높아지고 있다. 정신모형이란 학습상황에서의 외부 정보와 장기기억 속에 저장되어 있는 지식과 믿음 사이의 상호작용의 결과로서 작업기억 속에 형성된 역동적인 표상이다. 따라서 문제 상황에서 형성된 정신모형과 정신모형 형성과정을 조사하는 데에는 학생의 인식론적 신념, 존재론적 신념, 메타인지 등 인지적 요인, 동기, 불안, 목표 등의 정의적 요인, 수업, 제시된 과제 등의 맥락요인과 같이 다면적인 접근을 시도할 수 있다. 이에 본 연구에서는 학생들의 원운동 정신모형 형성에 영향을 미치는 관련 변인들을 사례연구와 문헌연구를 통해 확인한 후, 윈운동 단원을 가지고 정신모형 이론에 기반 한 수업모형을 개발하여 경기도 소재의 인문계 고등학교 2학년 물리수업에 적용한 후, 이 수업에 참여한 한 학생의 수업 전, 직후, 지연 사후의 각 시기마다 이 학생이 원운동 문항에 관해 어떤 정신모형을 형성시켰는지, 그리고 각 시기를 거치면서 원운동 문항에 관한 정신모형이 어떻게 변하였으며 이에 영향을 미친 요인들에 관해 알아보았다. 사례 분석 결과, 학생들이 각 시기의 문제 상황에서 떠올린 정신모형은 통합된 정신모형 이론에서 논의한 바와같이 수업이전 획득한 관련 지식과 인식론적 신념 등과 같은 인지적 요인, 과학학습에 대한 흥미 등의 정의적 요인, 메타인지 활동 등을 강조한 교수전략이 사용된 수업 등의 맥락요인들이 역동적으로 상호작용한 결과로 형성된 것임을 확인할 수 있었다. 한편, 겉으로 표현된 정신모형은 수업 후 어느정도 변화가 가능한 것으로 확인되었으나, 인식론적 신념과 같은 부분은 수업후에도 쉽게 변화지 않음을 알 수 있었다.

• 한국지구과학회지
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• 제28권6호
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• pp.645-654
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• 2007

본 연구는 지구 내부에 대한 학생들의 정신모형을 분석하고 대안개념을 조사한 것이다. 연구는 고등학교 1학년 126명의 학생들을 대상으로 그리기 과제와 면담을 병행하여 실시하였다. 연구를 수행하기 위하여 그리기 과제와 분류틀을 제작하였다. 면담과 그리기 과제의 결과물들 통하여 부호화 틀에 따라 네 단계의 인지적 모형으로 분류하였고, 대안 개념의 유형을 파악하였다. 아울러 학생들의 성별에 따른 정신모형의 관련성을 비교하였다. 연구 결과에서 대부분의 학생들은 지구 내부에 대하여 많은 대안 개념을 보였다. 분류된 정신모형은 소박한 모형이 11%, 불안정 모형이 81%, 개념적 모형이 8%로 나타났으며, 정적 정신모형으로 분류된 학생은 69%로 나타났다. 정신모형의 성별 분포에서는 유의미한 차이를 보이지 않았다.

• 한국지구과학회지
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• 제29권4호
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• pp.352-362
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• 2008

본 연구에서는 통합교과적 접근이 필요한 지구과학 개념에 대한 예비 교사들의 이해를 알아보기 위하여 식 현상에 대한 예비 교사들의 정신 모형을 탐색하였다. 본 연구에는 30명의 중등 예비 지구과학 교사와 36명의 초등 예비교사들이 참여하였다. 정신 모형의 분석을 위해서 서로 다른 맥락의 질문지에 대한 예비 교사들의 응답 및 질문지를 토대로 한 심층 면담 과정에서 나타난 현상론적 초안과 전략적 국면을 분석하였다. 연구 결과, 식 현상에 대해 예비 교사들은 4개의 서로 다른 수준의 정신 모형을 가진 것으로 분석되었다: (1) 차폐 모형, (2) 공전궤도면 모형, (3) 혼성모형, 그리고 (4) 그림자 모형, 차폐 모형은 결함이 있는 모형이며, 공전궤도면 모형은 불완전한 모형, 그림자 모형은 과학적으로 옳은 모형이다. 혼성 모형은 두 개 이상의 정신 모형을 동시에 사용한다. 중등 예비 교사의 경우는 공전궤도면 모형이 40%로 가장 우세한 반면, 초등 예비 교사의 경우는 차폐 모형이 67%로 가장 많았다. 국면의 수준이 정신모형의 수준을 결정하며, 국면의 수준은 현상론적 초안에 의해 결정되는 것으로 분석되었다. 이 연구를 통해 정신 모형의 상황 의존성을 확인하였으며, 식 현상에 대한 낮은 수준의 정신 모형들이 개념적 모형으로 바뀌기 위해서는 광학과 기하학이 통합된 새로운 접근이 필요함을 알 수 있었다. 또한 정신 모형의 규명을 통한 예비 과학 교사의 주제 특정적 교과교육학 지식의 향상 가능성을 시사하였다.

• 한국지구과학회지
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• 제30권1호
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• pp.111-126
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• 2009

본 연구의 목적은 판의 경계에 대한 그리기와 면담의 결과를 바탕으로 정신모형의 유형별 분석 준거를 도출하고 이를 근거로 고등학생들의 정신모형을 밝히는데 있다. 이를 위하여 고등학교 2학년 학생을 대상으로 충돌형, 섭입형, 발산형 판의 경계에 대한 그리기 과제와 개별 면담을 병행하여 실시하고 그 결과를 정성적으로 분석하였다. 본 연구의 결과, 판의 경계에 대한 고등학생들의 정신모형의 유형은 소박한 모형(naive model), 불안정 모형(unstable model), 인과적 모형(causal model), 개념적 모형(conceptual model)의 4가지로 분류되었다. 이러한 정신모형에 대한 분석 준거는 판과 맨틀을 구분하는지, 판과 하부 맨틀의 이동을 파악하는지, 판의 경계 지형의 특징을 인식하는지, 맨틀의 대류와 지형의 특징을 관련짓고 있는지 등의 요인이다. 판의 경계에 대한 '소박한 모형'과 '불안정 모형'을 지닌 학생들은 맨틀의 대류와 지형의 생성원인을 관련짓지 못한 반면, '인과적 모형'과 개념적 모형'을 지닌 학생들은 판의 경계에서 맨틀 대류와 지형의 생성과의 인과 관계를 인식하고 있었다. 정신모형 유형에 따라 꼭꼭 획득의 방법에 관한 학생들의 믿음을 조사한 결과, 소박한 모형과 불안정 모형을 지닌 학생들은 외부적인 권위에 의존하는 경향을 나타내었다.

• 한국지구과학회:학술대회논문집
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• 한국지구과학회 2005년도 추계학술발표회 논문집
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• pp.254-262
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• 2005

본 연구에서는 중학교 과학 영재아들이 가지고 있는 조석에 관한 정신모형을 탐색하기 위하여 상황에 따른 개념 유형을 분류하고, 각 유형들을 구성하는 국면들을 분석하였다. 조석 현상에 관해 두 가지 상황으로 구성된 과제 수행을 실시한 후 그 응답 결과를 분석한 결과, 상당수의 학생들이 상황에 따라 서로 다른 개념 유형을 나타내었다. 상황에 따른 개념 유형들을 구성하고 있는 국면을 분석한 결과, 각 유형들은 내용-일반적 국면을 공통적으로 포함하고 있었으나, 내용-특정적 국면과 전략적 국면에서는 많은 차이를 나타내었다. 두 가지 상황에서 나타나는 개념 유형들과 이들 유형을 구성하는 국면들을 조합하여 학생들의 정신모형을 분석한 결과 다음과 같은 4가지 모형으로 나눌 수 있었다: (1) Tide model (2) Force model (3) Phase model (4) Hybrid model. Tide model은 과학적으로 옳은 모형이며, Force model과 Phase model은 옳지 않은 모형이며, Hybrid model은 혼합 모형으로 상황에 따라 나타나는 개념 유형이 서로 부합되지 않는 모형이다. 중학교 과학 영재아들이 조석 현상에 대해 가장 많이 가지고 있는 모형은 Tide model(45.0%)이었으며, 그 다음으로는 Hybrid model(30.0%), Force model(12.5%), Phase model(7.5%) 순으로 나타났다.

• 한국과학교육학회:학술대회논문집
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• 한국과학교육학회 2008년도 53차 정기총회 및 동계학술대회
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• pp.126.1-126.1
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• 2008

• 한국과학교육학회지
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• 제36권3호
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• pp.423-434
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• 2016

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 모형으로 향상되었다. 그리고 활동 전 정적 불안정 모형을 보여주었던 두 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.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제22권3호
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• pp.311-328
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• 2005

본 연구에서는 예비 초등 교사들을 대상으로 달의 위상변화에 대한 정신모형과 그 모형에 영향을 주는 요소들을 조사하였다. 본 연구에 참여한 예비교사는 교육대 학교 1학년(22명)과 2학년(21명) 학생이다. 자료 수집은 지필 검사와 개별 면담을 통해 이루어졌다. 연구 결과, 예비 초등 교사들은 달의 위상변화에 대한 설명들이 과학적 모형과는 다른 합성 정신모형들을 가지고 있었으며, '가리기 이론'이 그들의 정신 모형에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 예비 초등 교사들이 갖는 천문현상의 합성 정신모형의 구조와 근원을 알아보기 위하여 그들의 정신 모형들을 형성하는 틀 이론과 특정 이론을 집중적으로 탐색하였다.