• 제목/요약/키워드: 지구 과학 교육 연구

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서안경계류 발생역학을 이해하기 위한 실험 장치 및 방법 개발

  • 장승환;신정선;문병권
    • 한국지구과학회:학술대회논문집
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    • 한국지구과학회 2010년도 춘계학술발표회 논문집
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    • pp.48-50
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    • 2010
  • Stommel(1948)은 서안경계류의 원인이 베타효과($\beta$-effect)라 일컫는 코리올리 파라미터(f)의 위도 변화 때문인 것을 밝혔다. 서안경계류는 고등학교나 대학 교양에서 중요하게 다뤄지고 있다. 학생들은 보통 이론 수업만으로 서안경계류의 발생 과정, 이에 관련된 코리올리 힘, 베타효과 등을 이해해야 한다. 때문에 서안경계류와 관련된 실험이 있다면 이를 이해하는 데 큰 도움이 될 것이다. 또한 연구에서 검토한 6종의 고등학교 지구과학 2 교과서는 서안경계류를 본문과 더불어 삽화로 설명하고 있다. 그러나 이 중 3종의 교과서 삽화에서는 서안경계류의 발생 원인을 코리올리 힘만으로 지적하고 있다. 따라서 일부 학생은 서안경계류의 원인을 코리올리 힘으로 오해 할 수 있다. 위와 같은 이유로 우리는 서안경계류가 코리올리 힘의 작용과 베타효과에 의해 나타나는 것을 쉽게 확인 할 수 있는 실험 장치와 다양한 실험 방법을 개발하였다. 개발한 실험 장치는 직육면체의 수조와 회전 속도를 조절할 수 있는 테이블로 구성된다. (Fig. 1) 이와 같은 회전수조는 대기와 해양의 움직임을 실험실에서 모사하기 위해 자주 사용되었다(Beardsely 1969, 소선섭 등 1995; 1997). 우리의 수조는 경사진 바닥과 평평한 바닥으로 두종류를 제작하였다. 바닥이 경사진 수조는 베타효과를 구현하기 위한 것이다. 반시계 방향으로 회전하는 테이블은 중위도 어떤 위도에 접하는 가상의 평면이 지구 자전에 의해 회전하는 것을 나타낸다. 그리고 수조 상부에는 회전원판을 물에 접하여 시계방향으로 회전시킨다. 회전원판은 북반구 중위도 해양에 작용하는 바람 응력을 나타낸다. 우리는 테이블의 회전유무와 바닥의 경사유무에 따라 4개 실험을 수행하였다(Table. 1). 각 실험에서 물을 채운 수조를 원판에 올려놓고, 회전원판을 작동시킨 후 20분 동안 그대로 두어 수조안의 미세규모의 운동을 최소화 시킨 후 잉크를 떨어뜨리고 관찰하였다. 그 결과 실험 SB_f1은 베타효과와 코리올리 힘이 존재하여 서쪽 경계에서 좁고 빠른 흐름을 만들고 수조의 중간 부근에서 경계를 벗어나 동쪽으로 향하고 있다. 이 모습은 실제 해양의 서안경계류의 분리 현상과 비슷하다. FB_f1은 코리올리 힘만 존재하여 서쪽 경계에서 좁고 빠른 순환과 경계를 벗어나 동쪽으로 분리되는 흐름이 나타나지 않으며 전반적으로 크게 회전하는 모습을 보인다. SB_f0은 바람의 응력만 존재하는 경우로 잉크가 확산하는 모습을 보이며 나선팔의 모양으로 회전하면서 넓게 퍼져나간다. FB_f0의 모양도 이와 비슷하게 나타난다. 실험 SB_f1과 FB_f1을 비교하여 서안경계류는 코리올리 힘의 위도변화 효과인 베타효과가 있을 때 발생한다는 것을 알 수 있다(Fig. 2). 이 결과는 "단순히 코리올리 효과에 의해 서안경계류가 발생한다"는 생각을 바꾸게 할 것이다. 덧붙여 서안경계류 분리와 수조 바닥의 경사의 관계를 살펴보기 위한 실험을 실시하였다. 경사가 더 급하면 ($\alpha=20^{\circ}$) 서쪽 경계를 벗어나는 지점이 좀 더 북쪽에 나타났다. 현재 서안경계류는 개발한 실험 장치와 방법을 학교 현장에 적용하여 그 교육적 활용 가치를 평가하는 연구를 진행하고 있다.

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자연사박물관 연구 지원 실태에 대한 국제 비교 연구 (An International Comparative Study of the Research Support Reality of Natural History Museums)

  • 조준오;이창진
    • 한국지구과학회지
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    • 제32권4호
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    • pp.411-421
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    • 2011
  • 이 연구는 세계적인 자연사박물관의 예 결산 내역을 기능 항목 기준에 맞추어 정리한 후, 통합 연구 기능과 일반 행정 기능에 대하여 비교 분석하여 장차 한국에 세워질 국립자연사박물관의 예산배정에 대한 기준을 제시하는데 목적을 둔다. 기초 자료를 구축하기 위하여 세계적인 국립자연사박물관인 미국 국립자연사박물관, 뉴욕 아메리카자연사박물관, 영국 런던자연사박물관, 프랑스 국립자연사박물관, 일본 국립자연과학박물관의 연차보고서, 예산요청서, 재무제표, 회계장부의 예산 사용과 관련된 모든 자료를 수집하였다. 각 자연사박물관의 통합 연구 기능과 일반 행정 기능에 관련된 예 결산 세부 내역을 미국 국립자연사박물관의 예 결산 자료 기준에 맞추어 재분류하였다. 자연사박물관별로 재분류한 세부 항목에 해당하는 예 결산 내역을 정리한 후, 각 자연사박물관의 통합 연구 기능과 일반 행정 기능의 금액에 대하여 국제비교를 실시하였다. 그 결과 연구, 교육, 전시, 출판 기능이 가장 활성화 되었다고 평가받는 미국과 영국 자연사박물관의 통합 연구 기능과 일반 행정 기능의 예산 지출 비율이 평균 약 6:4로 분석되었다. 이것은 자연사박물관의 기능이 극대화되기 위해서는 통합 연구 영역 지원 비율이 높아야 된다는 것을 의미한다.

빅데이터 기반 인공지능 교육프로그램 연구: 일반계 고등학교 사례를 중심으로 (A Study of AI Education Program Based on Big Data: Case Study of the General Education High School)

  • 정예희;김형범;박기락;유상미
    • 한국인터넷방송통신학회논문지
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    • 제23권1호
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    • pp.83-92
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    • 2023
  • 이 연구의 목적은 일반고등학교를 대상으로 빅데이터 기반의 인공지능을 활용한 창의교육 프로그램을 개발하고, 그 효과성을 알아보는 것이다. 연구의 목적을 달성하기 위해 일반계 고등학교 1학년 학생을 대상으로 빅데이터 기반 인공지능 교육프로그램을 개발하였고, 학교 현장 수업과 전문가를 통한 타당화 과정을 실시하였다. 고등학생들의 창의적 문제해결력 및 수업 만족도를 측정하기 위해 프로그램 적용 전·후에 창의적 문제해결력 검사를 실시하였고, 프로그램 후에는 수업 만족도 검사를 적용 및 분석하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 빅데이터 기반 인공지능 교육프로그램이 '실행', '여학생과 남학생의 차이'를 제외한 '문제발견 및 분석', '아이디어 생성', '실행계획', '설득과 소통', '혁신성향'의 독립표본 t 검정에서 고등학교 1학년 학생의 창의적 문제해결력 향상에 효과가 있는 것을 확인하였다. 둘째, 수업 후에 실시한 수업 만족도 검사에서 '만족도', '흥미도', '참여도', '지속성'의 평균은 3.56 ~ 3.92이며 전체 평균은 3.78로 나타났다. 따라서 이 연구에서 개발한 빅데이터 기반 인공지능 교육프로그램의 수업 효과가 있는 것을 확인하였다.

'지각의 물질과 변화' 단원에 대한 중학생들의 인식 (Cognition of Middle School Students about 'The Material and Change of the Earth's Crust')

  • 황지현;김정빈;조규성
    • 한국지구과학회지
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    • 제24권3호
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    • pp.128-134
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    • 2003
  • 이 연구는 중학교 1학년 과학의 '지각의 물질과 변화' 단원을 공부한 중학생들이 학습한 지질개념을 자연환경과 생활주변에 얼마나 연계시켜 인식하고 있는가를 조사하여 학교교육과 생활환경과의 연계성을 논의하고 주변 자연환경의 차이가 개념 이해와 과학적 태도에 얼마나 영향을 주는지 연구하였다. 연구 대상은 전라북도 전주시, 부안군, 진안군 소재 중학교 2학년 학생 330명을 대상으로 조사했다. 광물과 암석의 경우, 학교학습에서 그 표본관찰 등으로 개념은 정립되어 있는 것으로 분석되었으나, 생활주변의 암석을 관심있게 관찰한 학생은 16%에 불과하며 대부분은 관심이 없다. 전라북도 내 소읍지역 부안과 진안지역에는 주변에 특별한 지층과 지질구조를 가진 채석강과 마이산 등이 있어 암석 및 지질구조의 야외관찰 학습에 연계 지도가 용이한 지역이나 전주지역 학생보다 관찰경험이 조금 많을 뿐, 전 지역 학생들 모두 야외관찰 학습을 거의 하지 않고 있다. '지각의 물질과 변화' 단원의 학습 시, 주변의 야외 관찰 학습장을 찾아서 광물과 암석을 채집해 관찰하고 크고 작은 지질구조를 입체적으로 관찰함으로써 학습의 효과를 높이도록 해야 한다.

초등예비교사들의 지질답사를 통한 지층과 암석 개념습득 및 인식변화에 대한 연구 (A Study on the Effect of Elementary Pre-service Teachers on Conceptual Acquisition and Perception Change of Strata and Rocks after Geological Exploration)

  • 이용섭
    • 대한지구과학교육학회지
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    • 제16권3호
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    • pp.319-327
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    • 2023
  • 본 연구는 B 교육대학교의 4학년 과학 심화과정 1개반 22명을 대상으로 하였다. 초등예비교사들을 대상으로 지질답사 후의 지층과 암석에 대한 개념 습득과 인식의 변화를 알아보았다. 본 연구를 위해 한 학기 중 4주간의 시간을 지정하여 지질답사를 하였다. 지질답사는 B시의 지질공원(금정산, 암남공원, 이기대, 두송반도, 장산, 태종대, 황령산)을 지정하였다. 지층과 암석에 대한 개념은 지질공원에서 발견할 수 있는 개념을 추출하였다. 모둠원 구성은 자율적으로 4인 1조로 구성하였다. 모둠원 구성 중 나머지 2명은 친화력이 있는 동료 모둠에 합류하였다. 지질답사 후에는 모둠별로 자료를 정리하여 모든 모둠원이 청취가 가능한 강의 시간에 PPT 발표를 하였다. 초등예비교사들이 지질답사를 한 후, 지질과 암석에 대한 개념을 습득한 정도를 전-후 통계 처리 결과로 해석하였다. 또한 초등예비교사들이 지질답사 후에 어떠한 인식을 하게 되었는 지도 전-후의 통계 처리 결과로 해석하였다. 연구 결과를 바탕으로 다음과 같이 결론을 얻었다. 첫째, 지질답사를 통한 초등예비교사들의 지층과 암석에 대한 개념습득은 효과적이었다. 초등예비교사들이 지질답사를 수행하면서 미리 학습한 개념이나 내용을 지질현장에서 가서 확인하는 과정에서 보다 지층과 암석에 관련 된 내용을 심도있게 학습을 할 수 있는 계기가 되었을 것이다. 둘째, 지질답사를 통한 초등예비교사들의 인식 변화에는 긍정적인 효과가 있었다. 초등예비교사들은 지질답사를 수행함으로써 지층과 암석에 관련한 내용을 직접 체험함으로써 보다 자신감을 갖게 되었다.

초등학생의 계절 변화 개념 검사를 위한 도구 개발 (Development of Tool for Examining Seasonal Change Concepts of Elementary School Students)

  • 노자헌;손준호;김종희
    • 대한지구과학교육학회지
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    • 제13권1호
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    • pp.74-89
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    • 2020
  • 이 연구의 목적은 신뢰도와 타당도가 확보된 계절 변화 개념 검사 도구를 개발하고 계절 변화 개념과 관련된 하위 개념과 오개념에 대하여 객관적으로 관찰하고 분석하여 변인 간의 관계를 설명하고자 하였다. 계절 변화 개념 검사 도구의 개발 과정은 검사 도구 개발 계획 수립, 검사 도구 초안 개발, 예비 검사 및 검사 도구 수정, 최종 검사 도구 개발, 본 검사 실시의 과정으로 이루어졌다. 개발된 검사 도구는 학생의 계절 변화 개념 형성 정도를 검사하고 개념 형성에 어려움이 있다면 그 원인이 무엇인지 분석하여 적절한 학습과 도움을 제공하는데 활용할 수 있다. 개발한 검사 도구를 이용하여 6학년 198명을 대상으로 한 회귀 분석 결과 선수학습개념의 이해정도와 오개념의 교정 정도는 계절 변화 단원에서 학습한 개념에 정적으로 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 특히 오개념이 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 평균 점수를 기준으로 절단점을 생성하여 구분한 두 구간 중 평균 점수 이상 구간 학생들은 오개념의 교정 정도가 유의미한 영향을 미쳤으며, 평균 점수 이하 구간 학생들은 선수학습개념의 이해정도가 유의미한 영향을 미쳤다.

해색 센서 SeaWiFS 관측을 이용한 황사 판독 (Identifying Yellow Sand from the Ocean Color Sensor SeaWIFS Measurements)

  • 손병주;황석규
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제14권4호
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    • pp.366-375
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    • 1998
  • 해색 센서인 SeaWIFS의 자료를 이용하여 황사의 광학적 성질과 황사가 해색 원격탐사에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 황사가 해색에 미치는 영향을 살펴보기 위해 황사현상이 나타났던 1998년 4월 18일과 맑은 날인 4월 25일의 자료를 선택하였다. NASA 표준 대기 보정 알고리즘은 황사의 영역을 복사휘도가 너무 크거나 또는 구름의 영역으로 간주하여 황사 지역에 대한 해색 정보를 생산하지 않고 있다. 4월 18일 동아시아 해양에 도착한 황사는 에어로졸의 광학적 두께의 관점에서 상대적으로 균질한 두 부류로 구성되어 있음을 보여주었다. 즉, 에어로졸 광학적 두께가 0.8 부근에 최대의값을 갖는 강한 황사와 0.4 부근의 값을 갖는 약한 황사가 존재하였다. 즉 에어로졸 광학적 두께가 0.8 부근에 최대의 값을 갖는 강항 황사와 0.4 부근의 값을 갖는 약한 황사가 존재하였으며, 이 값들은 지상의 관측 결과와 잘 일치하였다. 지상 일기도의 분석과 경로 역추적을 통해 얻은 황사의 이동은 약한 황사 영역이 먼지 폭풍의 가장자리로부터 기원하고 있음을 암시한다. 또한, 황사와 관련된 에어로졸 광학적 두께가 큰 영역은 dir 0.2 정도의 광학적 두께를 갖는 배경 에어로졸과 매우 다름을 알 수 있다. 이러한 에어로졸의 광학적 특성은 대기 보정 변수의 도입과 더불어 황사의 영역을 정량적으로 결정할 수있음을 가능케 하고 있다. 본 논문의 결과는 대기 보정 변수와 광학적 두께의 분산 그래프에 나타나는 특징을 황사 영역을 결정할 수 있음을 보여준다.

베트남의 Facebook 소셜 네트워크를 통한 기후변화 대응 평가 (Assessment of Climate Change Communication via Facebook Social Network in Vietnam Today)

  • ;;이달희;박태윤;한신
    • 대한지구과학교육학회지
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    • 제12권1호
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    • pp.18-26
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    • 2019
  • 전 세계에서 베트남은 기후 변화에 가장 큰 영향을 받는 국가 중 하나이다. 현재 베트남의 기후 변화에 대한 대응 활동은 텔레비전, 신문, 라디오, 인터넷 등과 같은 미디어에 의존하고 있다. Facebook은 베트남 사람들이 가장 많이 사용는 소셜 네트워크이다 (베트남의 페이스북 이용자는 5800만명으로 세계 7위). 그러나 상대적으로 그것을 기후변화 대응에 이용하고자 하는 관심은 적은편이다. 이 논문에서는 Facebook의 Audience Insight Tool(AIT)과 온라인 사회학 조사 방법을 활용하여 Facebook을 통한 기후 변화 대응 활동의 현재 상태 및 효율성을 평가했다. 베트남 Facebook의 기후 변화 대응 팬 페이지의 수는 15개 정도이며, 그중 가장 인기 있는 곳의 팔로워 수가 94,721명에 이른다. 이 연구에서는 베트남에서 가장 방문자가 많은 기후 변화 대응 팬 페이지 2곳을 조사하고 평가 한 결과, Facebook을 통한 기후 변화 대응은 예상 한 것만큼 큰 효과가 없었다. 또한 온라인 설문 조사를 통해 이러한 문제의 원인을 파악해 보고자 하였다. 이 결과는 앞으로 기후 변화 대응을 할 때 Facebook과 같은 소셜 네트워크의 강점을 부각시키면서 해결책을 찾고자 하는 기관들에게 과학적인 밑거름이 될 것이다.

과학적 모델과 모델링에 대한 중등 과학 교사의 인식 탐색 (An Investigation into the Secondary Science Teachers' Perception on Scientific Models and Modeling)

  • 조은진;김찬종;최승언
    • 한국과학교육학회지
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    • 제37권5호
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    • pp.859-877
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    • 2017
  • 과학 교육의 궁극적 목표인 학생들의 과학적 소양을 배양하는데 있어 이하 모델과 모델링이 차지하는 핵심적 역할을 고려할 때, 중등 과학 교사의 모델과 모델링에 대한 인식을 조사하는 것은 모델 기반 교수 학습을 실제 과학 수업에 적용하기 위한 토대를 마련하기 위해 필수적이라고 할 수 있다. 모델 기반 교수 학습이란 학생들이 자신의 모델을 생성(generating), 평가(evaluating), 수정(modifying)하는 모델링을 통해 과학적 내용 지식을 학습하고 나아가, 과학의 본성에 대한 바람직한 이해를 구축하도록 모델과 모델링 과정에 대하여 학습하는 것을 의미하며, 그러한 모델링 수업의 안내자로서 과학 교사는 모델과 모델링에 대하여 튼튼한 이해를 소유하여야 한다. 이에 본 연구자는 현재 학교 현장에서 과학 교과를 가르치는 50명의 중등 과학 교사를 대상으로, 10개의 개방형 문항을 사용하여 다음과 같은 두 가지 범주의 모델과 모델링에 대한 여러 측면의 인식, 첫째, 모델과 모델링에 대한 여러 측면의 이해, 즉 정의, 예시, 목적, 다양성, 변화성, 설계와 구성, 평가 기준, 둘째, 교수도구로서의 모델과 모델링 활용의 중요성과 교수 의사를 조사하였다. 수집된 자료에 대한 질적 분석을 통하여 다음과 같은 결론에 도달하였다. 첫째, 대부분의 과학 교사들은 모델이 갖는 교수도구로서의 기능적 측면에 집중하여, '실제의 단순화된 표상'이라는 모델 개념을 소유하지만, 과학 내용 전달 측면의 효용에만 집중하기 때문에, 과학에 있어서 모델과 모델링의 역할을 파악하지 못 하고 있다. 둘째, 대부분의 과학 교사들은 하나의 자연 현상을 표상하기 위해 다양한 모델이 구성될 수 있다는 사실과, 그러한 모델의 변화 가능성에 대하여 비교적 잘 인식하고 있으나, 모델의 설계와 구성이나 평가 기준 측면의 이해는 수정을 필요로 하는 제한적 수준에 머물러 있다. 셋째, 많은 교사들이 모델과 모델링에 대하여 가르치는 것의 중요성을 인식하지만, 여러 교육 과정 상의 현실적 어려움과, 교사의 지식 부족을 토로하여 모델과 모델링의 실제 현장 적용에 대해 부정적 시각을 견지하는 교사들이 상당하였다. 넷째, 물리, 화학, 지구과학 전공 교사들에 비하여, 생물 전공 교사들은 전공 또는 과목 의존적 이해의 양상, 즉 생물교과에 자주 등장하는 기능적, 실물 모델에 국한된 모델 개념을 소유하였고, 그러한 관점은 교수도구로서 모델과 모델링을 활용하는 것에 대한 부정적 견해로 나타나, 모델에 대한 지식과 신념 사이의 상호관련성이 일견 탐지되었다. 본 연구에서 중등 과학 교사들이 모델과 모델링에 대하여 무엇을 알고, 어떻게 가르치는가에 대한 기존의 인식을 탐색하여 분석한 결과는 과학 교사의 모델과 모델링에 대한 이해의 제고를 위한 적극적인 개입에 대하여 큰 시사점을 갖는다.

초등학생의 지구의 운동과 태양계 학습 발달과정의 타당성 검증: 구인 타당도 및 결과 타당도를 중심으로 (Validation of Learning Progressions for Earth's Motion and Solar System in Elementary grades: Focusing on Construct Validity and Consequential Validity)

  • 이기영;맹승호;박영신;이정아;오현석
    • 한국과학교육학회지
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    • 제36권1호
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    • pp.177-190
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    • 2016
  • 이 연구는 '지구의 운동과 태양계' 학습 발달과정의 타당성을 2가지 측면에서 검증하고자 하였다: 첫 번째는 구인 타당도로서 학생들이 학습하는 동안에 본 연구의 학습 발달과정에서 설정한 가설적인 발달 경로에 따라 실제로 학생들의 발달이 나타나는가를 조사하였다. 두 번째는 결과 타당도로서 학습 발달과정에 기반한 적응적 교수활동이 대부분의 학생들에게 향상된 학습효과를 산출하는가를 조사하였다. 이를 위해 서울, 강원, 광주 지역 소재 6개 초등학교에서 5학년 학생 373명과 교사 17명이 연구에 참여하였다. 초등학교 5학년의 태양계와 별 단원에서 지구의 운동과 태양계 관련 내용을 포함하는 적응적 교수활동을 개발하고, 교수활동 사전과 사후에 순위 선다형 문항(13개)으로 구성된 검사지를 투입하여 그 결과를 비교 분석하였다. 구인 타당도를 알아보기 위해 실험군 학생들을 대상으로 사전과 사후의 수준 변화를 분석한 결과, 약 64%에 해당하는 학생들이 적응적 교수활동에 의해 가설적으로 설정한 경로를 따라 발달하는 것으로 나타났으며, 사전/사후 검사 결과를 Rasch 모델로 적용한 분석 결과도 이를 뒷받침하였다. 결과 타당도를 알아보기 위해 실험군과 대조군의 사전검사를 공변량으로 한 공변량분석(ANCOVA)을 실시한 결과, 실험군 학생들의 수준 향상이 대조군 학생들의 경우에 비해 비해 통계적으로 유의미하게 높은 것으로 나타났으며(F=30.819, p=0.000), 실험군이 대조군보다 정적(+) 수준 변화 경향이 더 뚜렷하게 나타났다. 또한, Rasch 모델을 적용하여 결과 타당도를 검증한 결과, 실험군이 대조군보다 학생 능력치 상승이 더 높게 나타났으며, 이러한 차이는 통계적으로 유의미한 것으로 분석되었다(F=11.632, p=0.001).