생명과학 분야 학문후속세대의 조언으로부터 본 과학자에게 필요한 핵심역량

하희수(Ha, Heesoo),하민수(Ha, Min Su) 학습자중심교과교육학회 2021 학습자중심교과교육연구 Vol.21 No.1

본 연구는 우리나라 생명과학 분야의 학문후속세대 연구자들의 목소리를 통해 해당 분야 과학자로서 요구되는 역량을 도출하고자 하였다. 이를 위해 우리나라 생명과학 분야 학문후속세대가 자신의 분야에 진학하려는 후배들에게 주고자 하는 조언을 묻는 인터뷰 질문에 대한 응답을 수집하여 분석하였다. 연구 결과는 크게 두 가지로, 먼저 학문후속세대가 연구자로서 갖추어야 한다고 여기는 핵심역량이 도출되었다. 이는 크게 여덟 가지 범주로, 연구 수행 및 운영 능력, 과학적·융합적 사고력, 지속적 지식 습득 능력, 의사소통 및 협업 능력, 열정과 끈기, 인성 및 윤리 의식, 효율적인 시간 운영 및 심리적·신체적 건강 유지, 진로 탐색 및 성과 산출 능력으로 도출되었다. 두 번째 연구 질문은 학문후속세대가 4년 전의 인터뷰에 비해 최근의 인터뷰 응답에서 언급하는 핵심역량이 어떻게 변화했는지 탐색하는 것이었다. 분석 결과, 두 시기 모두에서 ‘열정과 끈기’ 범주의 역량이 크게 강조되었으며, 선행 문헌을 바탕으로 자신의 전공 분야에 대한 이해를 깊이 하고 타 분야의 지식과 기술을 응용하여 새로운 지식을 구성하며 학문 분야를 확장시키는 것이 중요하게 여겨지는 것으로 나타났다. 한편 4년 전에 비해 최근 인터뷰에서는 ‘과학적·융합적 사고력’, ‘의사소통 및 협업 능력’ 중 ‘사회적 네트워크 구성’, ‘인성 및 윤리 의식’ 역량이 더 강조되었다는 변화가 나타났다. 본 연구 결과는 생명과학 분야 연구자들의 발전 과정을 이해하고 이를 지원하기 위한 전략 구축에 기여할 것으로 기대한다. This study aimed to explore core competencies of next-generation researchers in fields of biology from their own voices. We collected and analyzed answers to interview questions asking for advice from next-generation researchers in the field of biology. As a result of the analysis, eight core competencies were derived: ability to conduct and manage research, scientific and integrative thinking ability, ability to continuously acquire knowledge, communication and collaboration skills, passion and perseverance, ethics and morality, efficient time operation and maintaining psychological and physical health, and ability to explore career path and produce outputs. The second research question was to explore the changes in core competencies that researchers thought was necessary for researchers in recent interview responses compared to four years ago. The results of the analysis showed that the competencies of the ‘passion and perseverance’ was greatly emphasized in both periods. It was also analyzed that it is important to deepen understanding of one’s major field based on prior literature and to construct new knowledge by applying knowledge and skills in other fields and expand the academic field. Meanwhile, the main difference shown in the interviews of the two periods was that the emphasis on ‘integrative thinking ability,’ ability to construct social networks’ in ‘communication and collaborative skills,’ and ‘ethics and morality’ have increased in the recent interview. The results of this study are expected to contribute to understanding the development of researchers in fields of biology and developing supporting strategies for them.

청중의 도출을 통한 예비교사의 인식적 행위주체성 촉진 지식 구성 활동의 개발

하희수 ( Heesoo Ha ) 한국생물교육학회 2021 생물교육 Vol.49 No.1

This study aimed to develop a knowledge construction activity to facilitate preservice teachers’ epistemic agency. Building on the existing literature on the persona strategy and on epistemic agency, the activity was designed to elicit learners’ epistemic goals and modified based on the exploration of the participating preservice teachers’ practices. The knowledge construction activity was conceived in the following four steps: (a) an introduction to scientific knowledge construction, (b) the establishment of audiences, (c) the development of knowledge construction methods, and (d) the construction and sharing of the final knowledge products. The specific instructional strategies in each step to facilitate preservice teachers’ epistemic agency and sophistication of their understandings of scientific knowledge construction are discussed with the description of a representative preservice teacher group’s case in the activity. The results of this study inform the efforts of science education communities to develop instructional strategies that facilitate epistemic agency in the science classroom and preservice science teacher education.

대학 연구 공동체의 사회적.재정적 구조에 대한 이공계 학문후속세대의 인식 및 과학교육에 대한 제언

하희수(Heesoo Ha),황효정(Hyojeong Hwang),박지원(Jiwon Park),하민수(Minsu Ha) 학습자중심교과교육학회 2022 학습자중심교과교육연구 Vol.22 No.8

목적 본 연구에서는 대학 연구 공동체의 구조에 대한 이공계 학문후속세대의 인식을 탐색하고, 이들이 이러한 인식을 바탕으로 과학교육에 대해 어떠한 제언을 하였는지 분석하였다. 방법 이를 위하여 대학에서 연구를 수행하는 이공계 학문후속세대을 대상으로 반구조화된 인터뷰를 실시하고 이를 질적으로 분석하였다. 연구 참여자 모집은 눈덩이 표집 방법으로 이루어졌으며, 총 9명을 대상으로 인터뷰가 실시되었다. 인터뷰 내용을 녹음하여 전사하였고, 전사본을 주된 분석 자료로 하여 지속적 비교 분석 방법으로 분석하였다. 결과 분석 결과, 이공계 대학 연구 공동체의 구조에 대한 인식은 크게 사회적⋅재정적 구조로 구분되어 나타났다. 사회적 구조에 대한 인식은 연구실 내 학문후속세대를 중심으로 학생-학생, 학생-지도교수, 학생-다른 연구실의 학생들의 관계로 구분되어 도출되었다. 구체적으로, 학생들 간 관계에 있어서는 수평적이면서도 서로 도움을 주고받는 관계를 이상적인 것으로 인식하며, 지도교수와의 관계에 있어서는 자신이 주체적인 연구자로 자리할 수 있도록 지원받기를 기대하는 것으로 드러났다. 이밖에 다른 연구실의 연구자와는 연구에 필요한 자원을 주고받는 관계로 자리하는 것을 이상적으로 여기는 것으로 나타났다. 재정적 구조에 대한 인식은 연구 활동을 통한 생계유지 가능성에 대한 고민과 연구비 수주를 위한 활동에 대한 인식으로 도출되었다. 마지막으로, 이공계 대학 연구 공동체 구조의 두 측면에 대한 이공계 학문후속세대의 인식은 ‘과학자의 연구 과정을 접할 기회 제공’, ‘비판적 논의에 적극적으로 참여할 기회 제공’이라는 그들의 과학교육에 대한 제언으로 이어진 것으로 나타났다. 결론 본 연구 결과는 이공계 대학 연구 공동체의 사회적⋅재정적 구조가 어떻게 그들의 연구를 지원하거나 제약하는지 드러내는 데에 기여한다. 또한 대학 연구 공동체의 구조에 대한 그들의 인식이 어떻게 이공계 연구 인력 양성의 측면에서 과학교육에 대한 제언에 반영되는지 드러낸다. 이는 과학자들이 제시하는 과학교육에 대한 제언을 이해하고, 이들의 논의를 과학교육에 반영하기 위한 과정에 기여할 수 있을 것으로 기대한다. Objectives The purpose of this study was to explore next-generation researchers’ perceptions of social and financial structure of college research communities and reflections of the perceptions on their suggestions on science education. Methods This study qualitatively analyzed semi-structured interviews with next-generation researchers who conduct research in colleges. Total 11 research participants were invited through snowball sampling. The interviews were recorded, and the recordings were transcribed. The transcripts were analyzed with the constant comparative method. Results The analysis results revealed next-generation researchers’ perceptions of social and financial structure of college research communities. Perceptions about social structure were delineated in categories of relationships between student-student, student-advisor, and student-other research labs’ members. Specifically, researchers expected equal and mutually beneficial relationship among students and expected their advisors to support them to become independent researchers. Regarding the relationship with other research labs’ members, researchers expected to form resource-sharing networks. Perceptions about financial structure was delineated in an aspect of personnel expenses and an aspect of activities for gathering research funds. The last part of the results is dedicated to discussing how scientists’ perceptions of the two aspects of structure were reflected in their suggestions for science education―proviidng opportunities to visit look into the scientific research and opportunities to engage in critical discussion. Conclusions The results of this study contribute to the discussion of structural affordances and constraints on next-generation researchers’ researches conducted in colleges. In addition, this study reveals how scientists’ perceptions of structures of their research communities are reflected in their suggestions for science education. This findings can contribute to understanding contexts in which next-generation researchers are situated and further discussion of how their suggestions can be reflected in science education.

스마트 기기를 활용한 모형 구성 활동에서 드러난 개념 특성의 변화 및 변화 지원 요인 탐색

하희수 ( Heesoo Ha ),이차은 ( Cha-eun Lee ),김희백 ( Heui-baik Kim ) 한국생물교육학회 2018 생물교육 Vol.46 No.3

This study aimed to investigate change in the properties of students’ conceptions of the circulatory system during modeling activities using smart technology and to investigate instructional supports for the change. A teacher and 32 students in an elementary school participated, and seven groups with two students in each were selected as focus groups. We recorded both their classroom practices and interviews, which were transcribed for analysis. We have described the results of the analysis that showed that the represented properties of conceptions varied in each group according to the students’ operation of smart technology and the instructional contexts. The instructional contexts that facilitated sophistication of conceptions were categorized in three types: (1) students’ interpretation of data that they collected through operation of smart devices by themselves; (2) teacher and researchers’ scaffolding to support the reasoning based on the data the students acquired; (3) students’ reflections on their modeling practices, facilitated by researchers in the interview, in which they modified their reasoning and advanced into scientific concepts of the properties of a mechanism. This study contributes to research on constructing biology classrooms with the adoption of new technologies to support students’ productive engagement in scientific modeling.

초등 예비교사가 인식적 행위주체로서 고안한 생명과학 관련 지식 구성 활동의 인식적 목표 및 특성 탐색

하희수 ( Heesoo Ha ) 한국과학교육학회 2021 한국과학교육학회지 Vol.41 No.1

본 연구에서는 학습자의 인식적 행위주체성을 촉진하기 위하여 인식적 목표를 명시화하는 지식 구성 활동을 설계하여 초등 예비교사를 위한 생물학 강좌에 도입하였고, 이 활동에 참여한 예비교사들이 어떠한 유형의 인식적 목표를 어떻게 고안하였으며, 이 목표를 중심으로 정교한 수준의 인식적 특성을 지닌 지식 구성 활동이 형성되도록 촉진하거나 이를 제한한 요인을 탐색했다. 이를 위해 활동에 참여한 예비교사들의 실행 및 산출물을 녹음 및 수집했으며, 녹음 자료는 전사하여 본 연구의 분석 자료로 활용하였다. 분석 결과, 예비교사들이 고안한 인식적 목표의 유형은 ‘자연 현상에 대한 의미 형성하기’, ‘실용적 선택안 제시하기’, ‘문제 현상의 기작에 기반한 해결책 제시하기’로 도출되었다. 각 인식적 목표 유형은 예비교사들이 탐구하기로 선정한 자연 현상에 대한 지식을 바탕으로 어떠한 결론을 얻고자 하는가에 따라 서로 다르게 고안되었다. 예비교사가 인식적 목표를 명시화하는 활동 구조는 이들이 근거 기반의 지식 주장 정당화가 수반되는 지식 구성 활동을 고안하도록 촉진할 수 있는 것으로 분석되었다. 예비교사가 고안한 지식은 지식의 본성 측면에서 주로 현상에 관한 기술에 그쳤으며, 현상의 기작에 관한 설명 구성은 자연 현상이 일어나는 기작에 대한 의미를 형성하고자 하거나 현상의 기작에 대한 이해를 바탕으로 문제해결을 위한 해결책을 제시하고자 계획할 때 나타났다. 그러나 예비교사들이 활용 가능한 시간적·물리적 자원의 한계에 따라 기작에 대한 설명 산출 과정에서 정교한 수준의 인식적 특성을 지닌 지식 구성 활동이 제한될 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구는 학습자의 인식적 행위주체성을 촉진하는 교수학습 전략의 고안 및 인식적 행위주체성을 중심으로 한 예비교사 교육에 대한 논의에 기여할 수 있을 것으로 기대한다. This study aims to explore the epistemic goals that pre-service elementary teachers can construct in their biology-related knowledge construction activities, how these goals are constructed, and how the shaping of the knowledge construction activities around the goals was afforded or constrained. The research participants were 26 pre-service teachers, divided into 11 groups of two or three to engage in the activity. Their discussions and products were collected and used as data for this study. The analysis revealed that the teachers constructed three types of epistemic goals: making sense of natural phenomena, proposing the most effective course of action, and proposing solutions to problems based on their causes. Construction of different types of goals depended on the conclusions the pre-service teachers expected to draw based on the explored natural phenomena. It was found that the elicitation of the pre-service teachers’ epistemic goals could facilitate their shaping of the knowledge construction activity as an evidence-based justification. The participants planned the construction of mechanistic explanations of natural phenomena with the epistemic goals of ‘making sense of natural phenomena’ or ‘proposing solutions to problems based on their causes.’ However, enacting their knowledge construction plans with sophisticated epistemic features was constrained due to the limited resources available. This study can contribute to developing instructional strategies that facilitate learners’ epistemic agency and addressing epistemic agency in the development of pre-service teacher education methods.

코로나19 확산에 관한 과학 관련 사회·윤리적 쟁점에 관한 이해관계자 중심의 의사결정 교수학습 활동 개발 및 예비교사 교육에의 적용

하희수 ( Heesoo Ha ) 한국생물교육학회 2021 생물교육 Vol.49 No.3

This study aimed to develop a stakeholderbased decision-making activity for preservice teachers related to a socioscientific issue about the COVID-19 crisis. The activity was designed based on the existing literature about SSI based education and the COVID-19 crisis, as well as the exploration of participating preservice teachers’ practices. The decision making activity on the elementary school reopening issue is designed for preservice teachers to be positioned as the Ministry of Education, teacher, and parents and centers around deciding elementary schools’ reopening conditions. The activity involves the following five steps: (a) introduction to the SSI and background knowledge regarding the SSI, (b) construction of stakeholderbased decisions, (c) evaluation of the constructed decisions by one another in different stakeholder positions, (d) sophistication of the decisions, (e) discussion among preservice teachers to reach a consensus. The results of this study contribute useful information for science education communities’ efforts to improve learners’ decision-making abilities on SSIs.

소집단 논변 활동에서 반응적 교수법이 학생들의 인식론적 프레이밍에 미치는 영향 탐색

하희수 ( Heesoo Ha ),김희백 ( Heui-baik Kim ) 한국과학교육학회 2017 한국과학교육학회지 Vol.37 No.1

본 연구는 반응적 교수법이 학생들의 생산적인 과학적 논변 실행에 미치는 영향을 탐색하였다. 중학교 2학년 학생 30명과 교사 1명이 본 연구에 참여하였고 자극과 반응 단원의 논변 수업을 진행하였다. 학생들은 측정 활동의 결과를 예상하고, 활동을 통해 결과를 얻고, 그 결과를 설명하기 위한 논변 활동을 진행하였다. 이 활동은 정수리, 척추, 손등 위에서 핸드폰 진동 감지 시간을 측정하는 것이었다. 연구자들은 수업에 대한 교사의 생각을 알고자 교사 인터뷰를 진행하였고, 각 소집단 활동과 교사 인터뷰를 녹음·녹화하였다. 녹음 기록을 전사하여 분석 자료로 활용하였으며, 소집단 논변 활동에서 학생들의 인식론적 프레이밍과 교사의 반응적 교수 실행을 분석하였다. 연구결과, 교사는 반응적 지원의 시작점이 될 학생 사고를 이끌어내는 질문과 함께 소집단 실행에 개입하였다. 교사는 논변 수업에 대한 인식과 학생의 사고를 이해하고자 하는 태도에서 생산적 프레이밍을 드러냈으며, 이를 토대로 수업에서 학생들의 사고를 이끌어내며 논의의 활성화를 지원하였다. 그리고 교사는 평가자의 관점을 지양하고 학생의 아이디어에 반응하여 반박 발화를 함으로써 논변 활동의 일원으로 참여하였다. 교사는 이러한 참여를 통해 소집단 내의 인지적권위 구조를 변화시켰으며, 학생들에게 논변 활동에서 기대하는 실행의 예시를 보여주어 생산적 프레이밍을 지원하였다. 이러한 교사의 반응적 교수 실행 결과 학생들은 생산적인 과학적 실행을 보였고, 이는 학생들의 변화된 인식론적 프레이밍에서 비롯된 것으로 보인다. 본 연구는 학생이 과학적 논변 활동에서 진정한 과학적 실행에 참여하도록 생산적 프레이밍을 지원하는 교사의 반응적 교수 전략을 구축하는 데에 기여할 것으로 기대된다. The purpose of this study is to explore the effect of responsive teaching on students` productive argumentation practice. The participating students predicted the results of an activity to measure in which location on the body (the head, spine, or back of the hand) they would feel a cellphone`s vibrations faster. They then engaged in the activity and built an argument to justify it. We interviewed the teacher to understand her thoughts regarding what was expected in the class. We also recorded and transcribed the class and the interview, for use in the analysis of the students` epistemological framing and the teacher`s responsive practice in small group argumentation. We discovered that the teacher intervened in the groups with questions that elicited students` thoughts as starting points for her responsive practice. Her eliciting questions led the students to talk about their ideas, supporting their engagement in the argumentation. The teacher`s understanding of the argumentation lesson and her behavior to understand the students` ideas reflected her productive framing, which led her to elicit students` ideas and to support their active interaction during the small-group argumentation. She presented rebuttals against students` ideas, engaging in the argumentation as another participant, not as an evaluator. This supported the equality of intellectual authority in the group and showed students how to engage in the argumentation, supporting students` productive framing. As a result of these responsive teaching practices, the students shifted their epistemological framing, resulting in productive argumentation practice. The results of this study will contribute to developing teachers` responsive teaching strategies to support students` productive framing in science classrooms.

중등 과학교육에서 학생의 인식적 행위주체성 측정 문항 개발

하희수 ( Heesoo Ha ),하민수 ( Minsu Ha ) 한국생물교육학회 2022 생물교육 Vol.50 No.1

This study aimed to develop and validate a questionnaire to assess students’ epistemic agency in the context of secondary science education. To develop and validtate the questionnaire, we used the standards for educational and psychological testing framework suggested by AERA et al. (2014). In achieving content validity, 10 items were developed―five items for “setting goals for and designing knowledge construction” and five for “participation in the knowledge construction.” To statistically validate the items, they were used in an analysis of the effectiveness of a scientific inquiry-based program for secondary school students, based on a before-and-after design. A Rasch analysis using 2-dimensional rating scale model confirmed the validity based on response processes and internal structure, and convergent validity was found with questionnaires for related constructs. No statistically significant differential item functioning in the student responses was found before or after the program. These results indicate that the questionnaire is valid for assessing students’ epistemic agency in the context of secondary science education. We believe that the questionnaire can contribute to research in educational policy and to designing teaching and learning for students’ epistemic agency in the science classroom.

유전에 관한 모형구성활동에서 학생들의 인식론적 프레이밍 전환과 모형 정교화 탐색

최원정 ( Wonjung Choi ),하희수 ( Heesoo Ha ),김희백 ( Heui-baik Kim ) 한국생물교육학회 2021 생물교육 Vol.49 No.2

This study aimed to explore how shifts to productive framing and sophistication of models are facilitated in a modeling-based instruction in genetics. Fourteen students in four groups participated in modeling- based instruction in genetics, and this study focused on two groups whose practices clearly demonstrated shifts to productive framing. Interviews were conducted after the activity, and the students’ practices both in the activity and interviews were recorded and transcribed for the analysis. The analysis results revealed three contextual cues that facilitated shift to productive framing: (a) recognition of alternative models elicited from group members, (b) drawing justification through the question 'why', and (c) emphasis on participation in the knowledge building process. Two contextual cues that facilitated the sophistication of models were also identified: (a) evaluation of prior knowledge and replacement with the scientific knowledge through group discussion, and (b) using familiar phenomena to explain the target concept. This study contributes to the development of instructional strategies to help students productively engage in scientific modeling and increase their sophistication of models in genetics.

머신 러닝을 활용한 과학 논변 구성 요소 코딩 자동화 가능성 탐색 연구

이경건 ( Gyeong-geon Lee ),하희수 ( Heesoo Ha ),홍훈기 ( Hun-gi Hong ),김희백 ( Heui-baik Kim ) 한국과학교육학회 2018 한국과학교육학회지 Vol.38 No.2

본 연구에서는 국내 교육학 연구에서 거의 사용되지 않던 머신 러닝 기술을 과학 교육 연구에 접목하여, 학생들의 과학 논변 활동에서 나타나는 논변의 구성 요소를 분석하는 과정을 자동화할 수 있는 가능성을 탐색해보았다. 학습 데이터로는 Toulmin이 제안하였던 틀에 따라 학생들의 과학 논변 구성 요소를 코딩한 국내 선행 문헌 18건을 수합하고 정리하여 990개의 문장을 추출하였으며, 테스트 데이터로는 실제 교실 환경에서 발화된 과학 논변 전사 데이터를 사용하여 483개의 문장을 추출하고 연구자들이 사전 코딩을 수행하였다. Python의 ‘KoNLPy’ 패키지와 ‘꼬꼬마(Kkma)’ 모듈을 사용한 한국어 자연어 처리(Natural Language Processing, NLP)를 통해 개별 논변을 구성하는 단어와 형태소를 분석하였으며, 연구자 2인과 국어교육 석사학위 소지자 1인의 검토 과정을 거쳤다. 총 1,473개의 문장에 대한 논변―형태소:품사 행렬을 만든 후에 다섯 가지 방법으로 머신 러닝을 수행하고 생성된 예측 모델과 연구자의 사전 코딩을 비교한 결과, 개별 문장의 형태소만을 고려하였을 때에는 k-최근접 이웃 알고리즘(KNN)이 약 54%의 일치도(κ = 0.22)를 보임으로써 가장 우수하였다. 직전 문장이 어떻게 코딩되어 있는지에 관한 정보가 주어졌을 때, k-최근접 이웃 알고리즘(KNN)이 약 55%의 일치도(κ = 0.24)를 보였으며 다른 머신 러닝 기법에서도 전반적으로 일치도가 상승하였다. 더 나아가, 본 연구의 결과는 과학 논변 활동의 분석에서 개별 문장을 고려하는 단순한 방법이 어느 정도 유용함과 동시에, 담화의 맥락을 고려하는 것 또한 필요함을 데이터에 기반하여 보여주었다. 또한 머신 러닝을 통해 교실에서 한국어로 이루어진 과학 논변 활동을 분석하여 연구자와 교사들에게 유용하게 사용될 수 있는 가능성을 보여준다. In this study, we explored the possibility of automating the process of analyzing elements of scientific argument in the context of a Korean classroom. To gather training data, we collected 990 sentences from science education journals that illustrate the results of coding elements of argumentation according to Toulmin’s argumentation structure framework. We extracted 483 sentences as a test data set from the transcription of students’ discourse in scientific argumentation activities. The words and morphemes of each argument were analyzed using the Python ‘KoNLPy’ package and the ‘Kkma’ module for Korean Natural Language Processing. After constructing the ‘argument―morpheme:class’ matrix for 1,473 sentences, five machine learning techniques were applied to generate predictive models relating each sentences to the element of argument with which it corresponded. The accuracy of the predictive models was investigated by comparing them with the results of pre-coding by researchers and confirming the degree of agreement. The predictive model generated by the k-nearest neighbor algorithm (KNN) demonstrated the highest degree of agreement [54.04% (κ = 0.22)] when machine learning was performed with the consideration of morpheme of each sentence. The predictive model generated by the KNN exhibited higher agreement [55.07% (κ = 0.24)] when the coding results of the previous sentence were added to the prediction process. In addition, the results indicated importance of considering context of discourse by reflecting the codes of previous sentences to the analysis. The results have significance in that, it showed the possibility of automating the analysis of students’ argumentation activities in Korean language by applying machine learning.