• 대한화학회지
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• 제63권2호
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• pp.102-110
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• 2019

본 연구에서는 G 과학고등학교의 영재학생 97명을 대상으로 설문지를 통해 과학 메타모델링 지식의 발달 단계를 탐구하였다. Rasch 모델 분석 결과 Person reliability는 0.71, Item reliability는 0.96로서 과학 메타모델링 지식의 발달 단계가 적합함을 확인하였다. 학생들의 과학 메타모델링 지식의 발달 단계는 4단계로 분류되었으며, 크게 모델을 객관적인 것으로 보는 1, 2단계와 모델을 주관적인 것으로 인지하는 3, 4단계로 나뉘었다. 1단계는 모델을 하나의 현상을 그대로 시각적으로 표상한 것으로 보는 관점이고, 2단계는 모델이란 객관적인 지식이나 이론에 해당하는 것으로서 설명을 위한 도구라고 생각하는 단계이다. 3단계는 모델을 과학자의 탐구 도구로서 바라보며, 4단계는 모델이란 잠정적인 것이며 한 가지 현상에 여러 개의 모델이 공존할 수 있다고 보는 단계이다. 본 연구에서 도출한 과학영재 학생들의 과학 메타모델링 지식의 발달 단계는 영재학생들을 대상으로 과학 모델 및 모델링에 대한 교육과정을 구성할 때 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국과학교육학회지
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• 제37권2호
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• pp.239-252
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• 2017

이 연구의 목적은 선행 연구를 바탕으로 하여 과학교육의 현장에서 모델과 모델링의 성공적인 적용을 위해 필요한 학생과 교사에게 요구되는 모델과 모델링에 대한 지식을 의미하는 메타모델링 지식과 그 구성요소에 대해서 고찰하는 것이다. 이를 위해 모델과 모델링에 대한 주요 선행 연구들을 문헌연구 방법을 통해 분석하고 범주화하였으며, 과학교육에서 효과적으로 적용을 위한 시사점을 도출하고자 하였다. 메타모델링 지식은 모델과 모델링에 대해 인식하는 것이고, 과학적 모델링 실습에서 과학적 모델을 만드는데 가장 결정적인 요소이다. 이 연구에서 제안하고자 하는 메타모델링 지식의 구성요소는 모델의 본성, 모델의 다양성, 모델의 목적, 모델링 과정, 모델의 평가와 수정으로 범주화하였다. 모델의 본성에 대한 이해를 통해서 모델이 가지는 여러 가지 속성을 알게 되며 모델과 모델링에 대한 깊이 있는 이해의 틀을 가지게 된다. 모델의 다양성은 같은 자연 현상을 나타내기 위한 여러 모델이 존재하는 것과 모델의 분류에 대한 이해를 하는 것이다. 모델의 목적은 과학자들이 자연 현상을 설명하거나 예측하기 위해 모델을 만드는 것임을 학생들인 인식하여 모델을 구성하고 사용함으로써 과학적 이해를 하는 것이다. 모델링 과정은 모델을 만들고 평가하고 수정으로 이루어진다는 것을 아는 것이다. 이를 통해 학생들이 모델링 실습에 참여할 수 있게 되고, 교사는 모델링 실습에서 학생을 돕는 제대로 된 안내자의 역할을 할 수 있게 된다. 모델의 평가 및 수정은 학생들이 관찰한 자연 현상을 잘 설명하기 위해 다른 사람과의 의사소통을 통해 모델을 수정하는 일련의 과정으로 모델을 정교하게 만드는 것을 의미한다. 메타모델링 지식의 구성요소에 대한 이해를 통해 학생들과 교사들이 모델과 모델링에 대해서 느끼는 어려움을 해결하고 과학교육에서 모델과 모델링 수업을 성공적으로 적용할 수 있는 지침을 제시할 수 있다.

• 한국과학교육학회지
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• 제40권2호
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• pp.127-140
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• 2020

본 연구에서는 명시적-반성적 접근을 활용한 모델링 수업이 초등학생들의 메타모델링 지식 이해에 미치는 영향을 탐색했다. 연구를 위해 서울 J 초등학교 4학년 2개의 학급을 선정하여 각 학급을 실험반과 통제반으로 선정하였다. 실험반에서는 명시적-반성적인 방법으로 모델링 수업을 5차시 동안 진행하였으며, 통제반에서는 4차시 동안 암시적 방법으로 모델링 수업을 진행하였다. 수업 사전·사후에 메타모델링 지식 다섯 가지 요소인 '모델의 의미, 목적, 설계와 구성, 가변성, 다중성'에 대해 설문 및 면담을 수행하였다. 연구 결과 메타모델링 지식 요소 중 실험반에서는 '모델의 의미(모델의 예)', '모델의 목적', '모델의 가변성', '모델의 다양성' 영역에 대한 이해가 높아지는 변화가 나타났지만, 통제반에서는 여전히 모델의 의미를 파악하지 못하는 학생이 다수였으며 모델과 모델링의 본성에 대해 다양하고 폭넓은 이해가 아닌 모델링 수업과 관련된 제한된 이해에 머물렀다. 본 연구를 통해 명시적-반성적 메타모델링 지식을 강조한 모델링 수업이 초등학생들의 메타모델링 지식 변화에 긍정적인 영향을 미침을 알 수 있었다.

• 대한화학회지
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• 제68권5호
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• pp.259-273
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• 2024

이 연구는 화학 교사들을 대상으로 산화 환원 모델과 물의 전기분해 실험에 관련된 교사 교육프로그램을 통한 메타모델링 인식의 변화를 알아보고자 하였다. 이를 위하여 8명의 화학교사들을 대상으로 과학 모델 교육프로그램을 개발하였고 10차시에 걸쳐 총 40시간동안 수업을 진행하였다. 그리고 비맥락적 상황과 맥락적 상황에서 교사의 메타모델링 인식을 알아보는 설문을 사전과 사후에 투입하였다. 연구 결과, 과학 모델 교육 프로그램을 통해 교사들은 비맥락적 상황과 맥락적 상황 모두에서 교육적 효과가 나타났다. 비맥락적 상황의 경우에는 질문의 종류에 따라 화학 교사들의 과학 메타모델링 지식 발달 단계가 다르게 나왔다. 예를 들어, 모델의 본성이나 목적, 모델링 과정이나 모델의 평가와 개선은 낮은 단계에서 높은 단계로 향상되었으나, 모델의 변화성과 다양성에 대한 인식은 이미 사전에 높은 단계였기 때문에 큰 변화가 없었다. 맥락적 상황의 경우에서는 산화 환원 모델 이론 수업과 물의 전기분해 모델 실험 수업 모두에서 과학 메타모델링 지식 발달 단계가 객관성에서 주관성으로 향상 되었다. 따라서 5E 순환학습모형 기반 교육프로그램을 통해 화학교사들의 메타모델링 인식은 뚜렷하게 향상되었다. 그러나 물의 전기분해 모델 실험 수업에서 나타난 교사들의 모델링 활동은 메타모델링 인식 변화와 다르게 나타났다. 교사들이 모델링을 위해 추가 실험으로 선택한 유형은 2가지로 분석되었다. 첫째 유형은 추가 실험을 통해 수소와 산소 기체의 비율이 2:1에 가깝게 나오는 이상적인 조건을 찾으려는 데 관심을 가진 경우이다. 두 번째 유형은 실험 결과가 왜 그렇게 나오는지에 관심을 가지고 추가 실험을 설계한 경우이다. 두 번째 유형이 모델링을 할 때 필요한 실험이라고 분석하였다. 또한, 모델링 활동은 2가지 유형으로 분석되었다. 첫째는 두 전극에서 물 분자가 직접 분해되어 수소와 산소 기체가 발생하는 유형이었다. 이 유형은 실험 결과와 상관없이 교과서 모델로 회귀한 경우이며, 8명 중에서 6명의 화학교사들이 이 유형으로 분석되었다. 둘째는 (+)극에서 물이 반응하여 다른 물질이 발생하고 (-)극에서 수소 이온이 반응하여 수소 기체가 발생하는 유형이었다. 이러한 모델링 활동을 한 교사들은 추가 실험에서 두 번째 유형에 해당하였으며, 8명 중에서 2명의 화학교사들이 이에 해당하였다. 따라서 메타모델링 지식의 발달과 다르게 모델링 역량을 기르기 위하여 실험을 통해 직접 모델링하는 경험을 제공하는 교육프로그램을 통해 추가 실험 및 모델링의 두 번째 유형에 해당하는 활동의 체험을 제공할 필요가 있다.

• 한국과학교육학회지
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• 제37권4호
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• pp.539-552
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• 2017

이 연구에서는 국내에서 진행되어 온 모델 및 모델링 관련 연구의 동향을 살펴보기 위한 것이다. 이를 위해 1989년부터 2016년 까지 국내 학술지에 발표된 과학교육 분야의 모델과 모델링 관련 연구 문헌들을 85편을 추출하였다. 이를 연구 대상, 연구 분야 및 연구 설계, 연구 방법 및 자료 수집, 메타모델링 지식 측면에서 분석하였다. 연구대상 분석에서 중 고등학생을 대상으로 한 연구에 비해 대학생을 대상으로 한 연구가 적었으며, 학생 전체와 비교하여 교사를 대상으로 한 연구는 적었다. 이로부터 교사에 대한 연구가 필요하다고 제안할 수 있다. 연구 분야의 경향을 분석한 결과, 물리, 화학, 생명과학, 지구과학 및 과학 분야별 연구 중에서 절반이상이 지구과학과 화학에서 이루어졌다. 과학교육에서 학생들이 모델과 모델링을 쉽게 인식하고 여러 교과에서 사용할 수 있는 능력을 키울 수 있도록 특정 교과의 분야가 아니라 다양한 분야에서 연구가 진행되어야 할 것이다. 연구설계 경향을 분석한 결과는 질적 연구가 많았으며, 그 다음으로 혼합연구, 양적 연구 순으로 나타났다. 연구 방법을 분석한 결과, 선행연구 등에서 이미 개발된 모델 및 모델링 관련 프로그램이나 전략을 적용하여 그 효과를 분석한 논문이 가장 높았다. 과학교육에서 성공적인 모델링 실습을 위해서는 특정한 과학 현상이나 개념에 대한 모델과 모델링을 적용한 수업전략을 개발하고 이를 실제 수업에 적용하여 효과를 알아보는 연구가 이루어져야 한다고 본다. 메타모델링 지식의 요소의 측면에서 살펴본 결과, 메타모델링 지식의 요소의 측면에서 살펴본 결과, 모델의 목적에 대해서 분석한 연구가 가장 많았고, 그 다음으로는 모델링 과정을 다룬 연구, 모델의 다양성을 다룬 연구, 모델의 본성을 다룬 연구 순이었다. 학생과 교사 모두의 모델 및 모델링에 대한 이해의 향상을 위해서는 메타모델링 지식과 그 구성요소인 모델의 본성, 모델의 다양성, 모델의 목적, 모델링 과정, 모델의 평가 및 수정에 대한 이해가 수반되어야 한다. 따라서 과학수업에서 학생들의 모델 및 모델링에 대한 이해 및 수업 전략으로써의 활용 측면연구와 과학교사의 모델 및 모델링에 대한 이해를 돕기 위한 방법, 교수학습 프로그램의 개발 및 적용에 대한 연구들이 실질적으로 다양하게 이루어져야 한다고 본다.