자동내용분석법(Automatic Content Analysis)을 통한 과학교육 연구동향 분석: 2008년부터 2015년까지 8년간의 JRST, IJSE 연구논문 분석

가석현(Ga, Seok-Hyun),김찬종(Kim, Chan-Jong),최승언(Choe, Seung-Urn) 학습자중심교과교육학회 2019 학습자중심교과교육연구 Vol.19 No.7

본 연구는 과학교육의 연구 동향을 알아보기 위해 자동 내용 분석법(Automatic Content Analysis)이 적용된 컴퓨터를 통한 연구 논문분석 프로그램을 개발하고, 이를 통해 2008년부터 2015년까지 8년간의 International Journal of Science Education, Journal of Research in Science Teaching에 게재된 연구 논문들을 분석하였다. 기존의 연구들이 연구 주제, 저자의 국적, 연구 방법 등 특정 요소에 대한 빈도 분석에 그쳤지만, 본 연구는 연구 주제의 빈도를 분석하는 것뿐만 아니라 해당 주제 간의 상관 관계도 규명하였다. 연구 결과, 가장 많이 연구된 주제가 무엇인지 알 수 있었으며, 가장 높은 상관도를 지닌 연구 주제가 무엇인지 파악할 수 있었다. 가장 많이 연구된 주제로는 탐구, 소양, 평가, 태도, 과학의 본성 등이 있었으며, 가장 높은 상관도를 지닌 연구주제로는 탐구와 교육과정, 초등학교와 탐구, 교실과 언어, 소양과 사회과학 등이 있었다. In this study, we developed a computer program for analyzing research articles through automatic content analysis, and analyzed International Journal of Science Education and Journal of Research in Science Teaching research articles from 2008 to 2015. The existing studies only analyzed the frequency of specific factors such as research topics, authors’ nationality, and research methods, but this study not only analyzes the frequency of research topics but also analyzes a correlation between them. As a result, we can see what the most studied topics are, and figure out what the research topics with the highest correlation are. The most studied topics were inquiry, literacy, assessment, attitude, and nature of science. The most correlated topics were inquiry and curriculum, primary school and inquiry, classroom and language, literacy and socioscientific.

학교 과학 탐구에 피지컬 컴퓨팅과 사물 인터넷을 적용하는 과정에서 나타난 기술적 어려움 연구

가석현(Seok-Hyun, Ga),차현정(Hyun-Jung, Cha),박창미(Changmi, Park),김찬종(Chan-Jong, Kim) 한국컴퓨터교육학회 2021 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회논문집 Vol.25 No.1(A)

과학교육에 신기술의 바람이 불어 들어오고 있다. 교육부는 2019년 5월, ‘과학교육 종합계획’을 수립하면서 2024년까지 모든 학교에 지능형 과학실을 구축할 계획이라고 발표하였다. 사물 인터넷은 지능형 과학실을 구성하는 여러 기술 중 과학탐구를 증진할 수 있는 핵심 기술로 교육부에서 또한 실제 데이터(real data)를 기반으로 한 과학탐구를 진행할 수 있는 환경을 구축하기 위해, 이를 지원하는 온라인 플랫폼을 개발하고 보급할 계획이라 밝힌 바가 있다. 하지만 그동안 학교 현장에 새로운 기술이 진입하는 과정에서 많은 실패가 있었다. 교사들은 새로운 기술을 도입하는 과정에서 기술적인 문제 상황을 겪은 안 좋은 경험들을 자주 겪었고, 이러한 경험들은 교사들이 새로운 기술 도입을 꺼리는 원인이 되었다. 이 연구는 피지컬 컴퓨팅과 사물 인터넷을 적용한 과학탐구를 시범적으로 적용해보고, 그 과정에서 나타난 기술적 어려움에 대해 분석하였다. 이 연구는 교사들이 현장에서 마주하게 될 기술적인 어려움을 미리 파악하고 이에 대해 대응하는 환경을 사전에 조기 구축함으로써 학교 현장에 피지컬 컴퓨팅과 사물 인터넷을 적용한 과학탐구가 안정적으로 안착하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다.

지능정보사회를 위한 피지컬컴퓨팅 융합 과학교육 제안

가석현(Seok-Hyun Ga),이민구(Mungu Lee),김찬종(Chan-Jong Kim) 한국컴퓨터교육학회 2020 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회논문집 Vol.24 No.1

빅데이터, 인공지능, 사물형 인터넷, 5G 등 테크놀러지를 동반한 새로운 물결이 다가오고 있다. 정부는 이를 대처하기 위해 각 부처가 발 빠르게 새로운 정책을 만들어내고 있으며, 이는 교육부도 마찬가지다. 하지만 대부분의 논의가 고등교육에 집중되어 있고, 초·중등 교육에 대한 논의가 부족하다. 2019년 11월, 교육대학원에 인공지능 융합 교육 전공 과정 신설 등 인공지능 교육을 강화하기 위한 교육부의 발표가 있었지만, 구체적인 실천 방안에 대해서는 아직 논의가 부족한 상황이다. 이 논문에서는 지능정보사회에 대비하는 새로운 교육에 대한 논의들의 여러 갈래가 뒤섞여서 논의되고 있음을 지적하고, 이들 논의를 3가지 범주로 나누었다. 그리고 최근 실천 주의(activism)의 경향과 더불어 대두되는 과학 실천(scientific action), 컴퓨팅 액션(computational action)을 반영한 피지컬 컴퓨팅 융합 과학 교육 프로그램을 제안하였다.

초등 예비교사의 VR/AR 활용 과학 수업 계획 과정에서 나타나는 TPACK 특징 -인식적 네트워크 분석을 중심으로

차현정,가석현,윤혜경 한국과학교육학회 2023 한국과학교육학회지 Vol.43 No.3

This study investigated the characteristics of pre-service elementary teachers’ TPACK in science lesson planning using VR/AR content based on epistemic network analysis (ENA). Seven TPACK coding elements were derived inductively based on the existing TPACK framework. Then, the pre-service elementary teachers’ discourse in science lesson planning was coded according to the seven TPACK coding elements and analyzed using the ENA Web Tool. The discourses of the two groups were analyzed and compared, and the differences between the two groups, which the researchers analyzed qualitatively, were clearly shown on the ENA graph. Based on these findings, the researchers argued that the ENA method is a useful research tool for analyzing the complex interactions of technology knowledge (TK), content knowledge (CK), and pedagogical knowledge (PK), which is different from previous TPACK research. Also, the researchers discussed the implications for the TPACK competency development of pre-service teachers by comparing the characteristics of the two groups’ discourse. 이 연구에서는 인식적 네트워크 분석(ENA)을 통해 초등 예비교사의 VR/AR 콘텐츠 활용 과학 수업 계획 과정에서 나타나는 TPACK의특징을 알아보고자 했다. 연구자들은 기존의 TPACK 프레임워크에기초하여 7개의 TPACK 코딩 요소를 귀납적으로 추출하였다. 그리고초등 예비교사들이 과학 수업을 계획하며 나누는 담화를 TPACK 요소에 따라 코딩하고 이를 ENA Web Tool로 분석하였다. 두 모둠의담화를 분석하고 비교하였는데 연구자들이 질적으로 분석한 두 모둠의 담화의 차이는 ENA 그래프를 통해 명확하게 드러났다. 이러한연구 결과를 바탕으로 연구자들은 ENA 방법이 기존 TPACK 연구와달리 테크놀로지 지식(TK), 내용 지식(CK), 교수 지식(PK)의 복합적상호작용을 분석할 수 있는 유용한 연구 방법임을 주장하였다. 그리고 두 모둠의 담화에서 나타나는 특징을 통해 예비교사의 TPACK 역량 함양을 위한 시사점을 논의하였다.

과학 디지털 교과서 실감형 콘텐츠에 대한 교사와 학생의 평가 -중학교 2학년 지구와 우주 영역 콘텐츠를 중심으로-

차현정,가석현,윤혜경 한국과학교육학회 2023 한국과학교육학회지 Vol.43 No.2

This study analyzed a group interview with six earth science teachers and eight middle school students to find out the evaluations and criteria they use to evaluate VR/AR contents (two virtual reality content and two augmented reality contents) in middle school science digital textbook. The study found the VR/AR contents were evaluated on four criteria as follows: VR/AR media characteristics; technical operation; user interface; and teaching-learning design. The evaluations can be summarized by each criterion. First, regarding VR/AR media characteristics, interesting features of VR/AR contents were considered relatively advantageous compared to other media like videos. However, its shortage of visual presence and inconvenience of using markers were mentioned as shortcomings. Second, in the technical operation criteria, teachers and students found the following conditions as technically challenging: failing to properly operate on a particular OS; huge volumes of contents in the application; and frequent freezing when using the application. Third, poor intuitiveness and lack of flexibility were found as negative aspects in user interface. Fourth, regarding teaching-learning design, the teachers evaluated whether the VR/AR contents delivered scientifically accurate information; whether they incorporated class goals set by teachers; and whether they can help students’ inquiry. It turned out teachers gave negative feedbacks on VR/AR contents. The students evaluated VR/AR contents by assessing whether they help them with learning science but concluded they did not regard them necessary in science learning at school. Based on the findings, this study discusses which development direction VR/AR contents should take to be useful in teaching and learning science. 이 연구에서는 중학교 과학 교사 6명과 중학생 8명을 대상으로집단 면담을 하여 중학교 과학 디지털 교과서의 실감형 콘텐츠에 대한 교사와 학생의 평가 기준 및 내용을 분석하였다. 평가 대상은 중학교 2학년 ‘지구와 우주’ 영역에 수록된 2개의 증강현실 콘텐츠와 2개의 가상현실 콘텐츠였다. 연구 결과 교사와 학생들은 ‘VR/AR 매체특성’, ‘기술적 구동’, ‘사용자 인터페이스’, ‘교수-학습 설계 측면’ 네 개의 평가 기준으로 실감형 콘텐츠를 평가하였다. 각 측면에서의평가 내용은 다음과 같았다. 첫째, VR/AR 매체 특성 측면에서 실감형콘텐츠의 신기함과 흥미로움 그리고 동영상과 같은 매체와 달리 직접조작이 가능하다는 점은 긍정적으로 인식되었으나 시각적 실재감이부족하고 마커 활용 부분이 부정적으로 평가되었다. 둘째, 기술적 구동 측면에서 특정 OS에서 제대로 작동되지 않는 점, 실감형 콘텐츠앱 내 개별 콘텐츠의 용량이 크다는 점, 빈번한 앱 프리징 현상이빈번하게 발생한다는 점이 부정적으로 평가되었다. 셋째, 낮은 직관성과 낮은 유연성으로 사용자 인터페이스 측면에서 부정적인 평가를받았다. 넷째, 교수-학습 설계 측면에서 교사들은 콘텐츠에 과학적으로 정확한 정보가 포함되어 있는지, 학생들이 콘텐츠의 내용을 쉽게이해할 수 있는지, 교사가 계획하는 수업 목표나 내용을 담고 있는지, 학생들의 탐구 활동에 도움이 되는지를 기준으로 실감형 콘텐츠를평가하였으며 대체로 부정적인 평가가 많았다. 학생들은 주로 자신들의 과학 학습에 도움 여부를 기준으로 학교 과학 학습에서의 실감형콘텐츠가 크게 필요하지 않다고 하였다. 이러한 연구 결과에 기초하여 과학 교수⋅학습을 위한 실감형 콘텐츠 개발 방향을 논의하고 후속 연구에 대해 제언하였다.

초등 예비교사의 VR/AR 활용 수업 계획 과정에서 나타나는 TPACK 특징 분석

윤혜경,가석현,차현정 한국초등과학교육학회 2023 한국초등과학교육학회 학술대회 Vol.83 No.-

최근 천문학 연구 키워드와 천체 분야 교육과정 내용 요소 비교 분석

신현정,권우진,가석현 한국과학교육학회 2022 한국과학교육학회지 Vol.42 No.2

힉스입자 발견, 블랙홀 이미지 촬영, 외계행성 탐사, 깊은 우주탐사, 중력파 관측 등 최근 천문학은 매우 빠르게 성장하고 있으며, 학생들도 상대적으로 흥미가 높은 분야이다. 본 연구의 목적은 최근 10년간 천문학 연구 저널에서 높은 빈도로 등장한 키워드들과 중고등학교과학 교육과정에 포함된 천문학 내용 요소를 7개 영역별로 비교하여 천문학 교육과정 개선에 대한 시사점을 얻는 것이다. 우선 선정된 4개 저널-ApJ, ApJL, A&A, MNRAS-에 2011년부터 2020년까지 게재된 모든 논문의 키워드를 R 패키지로 수집하여 연구 동향을 살펴보았다. 교육과정 내용 요소는 7학년부터 12학년 학생이 배우는 과목중 천문학 내용 요소가 포함된 6개 과목(과학, 통합과학, 지구과학I, 지구과학II, 물리II, 융합과학)의 2015 개정 교육과정 문서에 제시된 내용 체계표, 성취기준, 성취기준해설을 현직 교사들이 코딩한 결과를 종합하여 추출하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 천문학에서꾸준하게 많이 등장하는 키워드는 ‘galaxies: formation, galaxies: active, star: formation, accretion, accretion discs, method: numerical’ 이다. 둘째, 천문학 교육과정은 모든 학생이 배우는 공통 과학 과목 안에서 ‘High Energy Astrophysical Phenomena’ 영역을 제외한 모든 영역을 포함하도록 구성되었으나 키워드 수준에서 보면 과목별, 학년별 내용 요소 배치와 새롭게 도입할 만한 주제에 대한 검토가 필요한 것으로 나타났다. 본 연구는 과목의 근간을 이루는 과학연구 분야와교육과정을 비교한 탐색적 연구로서, 연구 결과는 향후 천문학 교육과정 개정에 시사점을 줄 수 있는 기초 연구가 되길 기대한다.

디지털 테크놀로지를 활용한 시민과학 교육 프로그램 실행을 위한 적절한 준비 탐색 - 행위자 네트워크 이론(ANT)를 바탕으로 -

임성은,나서하,엄혜진,권지혜,가석현,박창미,차현정,김찬종 한국초등과학교육학회 2022 한국초등과학교육학회 학술대회 Vol.81 No.-

델파이 기법을 활용한 기후변화 대응 실천역량 탐색

이명원(Myoungwon Lee),신현정(Hyeonjeong Shin),가석현(Seok Hyun Ga),김찬종(Chan-Jong Kim) 한국환경교육학회 2021 環境 敎育 Vol.34 No.3

현대사회에서 뗄 수 없는 관계로 우리의 삶에 깊숙이 관여하고 있는 기후변화 위험 상황 속에서, 우리는 기후변화 적응 및 완화를 위한 전략을 펼쳐야 한다. 어린이와 청소년은 기후변화의 가장 첨예한 이해당사자이고 문제 해결의 주요한 주체이며, 이들을 위해 기후변화의 내용 지식과 더불어 실천 의지 함양을 목표로 하는 기후변화교육이 필요하다. 따라서 본 연구는 델파이 기법을 활용하여 기후변화 대응을 위한 실천역량의 요소를 탐색하고자 하였다. 델파이는 총 3차에 걸쳐서 전문가 14인의 참여로 진행되었으며, 전문가들은 기후변화 대응 실천역량 정의의 타당도 검토 및 하위요소를 묻는 개방형 및 수렴형 질문에 응답했다. 서술형 문항의 경우 질적 내용 분석 방법으로, 리커트 척도 결과는 통계 처리에 기반한 양적 분석 방법으로 분석되었다. 연구결과, 기후변화 대응 실천역량은 ‘기후변화에 대한 올바른 지식, 태도 및 가치를 바탕으로, 기후변화 완화와 적응을 위한 개인적 및 사회적 실천에 민주시민으로서 책임을 가지고 참여할 수 있는 능력’으로 정의되었다. 기후변화 대응 실천역량의 하위요소는 ‘기후변화 관련 지식’, ‘기후변화 감수성’, ‘성찰 능력’, ‘의사소통능력’, ‘통합적 사고’, ‘실천 의지’, ‘의사결정능력’에 이르는 7가지로 도출되었다. 본 연구 결과를 바탕으로 향후 기후변화대응 실천역량 측정 도구 개발과 역량 기반 기후변화 교육프로그램 개발을 제언한다. In climate change risk, which is deeply involved in our lives as an inseparable relationship in modern society, we must implement strategies for adaptation and mitigation of climate change. Since children and adolescents are the nearest stakeholders of climate change and the main agents of problem-solving, we must need climate change education that cultivates the will for action and content knowledge of climate change. This study attempted to explore the components of action competence for climate change by using the Delphi method. For this study, Delphi progressed in three stages and 14 experts. For each of the first, panels respond to the questionnaires consisting of questions asking the action competence definition and its components. The responses are analyzed qualitatively, and quantitative statistical processing depends on the type of answer. As a result, ‘action competence for climate change’ is defined as follows: a capability-based on correct knowledge, attitudes, and values about climate change-to participate in personal and social action to adapt and mitigate climate change with responsibility as a democratic citizen. Besides, seven components of action competence for climate change have emerged. These components include: ‘Knowledge about Climate Change’, ‘Climate Change Sensibility’, ‘Reflection’, ‘Communication’, ‘Integrated Thinking’, ‘Willingness’, ‘Decision Making’. We suggested further research topics and expected this research would be able to contribute to fostering future citizens who have a will for action.

기후변화 대응을 위한 수자원 절약행동 유도 어플리케이션 개발 교육

양준(June Yang),박창미(Changmi Park),임성은(Sung-Eun Lim),김지호(Ji-Ho Kim),가석현(Seok-Hyun Ga),이민구(Mungu Lee),김찬종(Chan-Jong Kim) 한국컴퓨터교육학회 2020 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회논문집 Vol.24 No.1

물 부족 국가로 지정된 우리나라에서 여러 홍보와 캠페인에도 불구하고 물 사용량이 증가하고 있다. 일반 사용자들은 수도계량기를 보면서 정량적인 확인을 하기보다는 대게 수도요금으로 물 사용량의 증감을 한 달 단위로만 가늠하곤 한다. 물 절약은 급격한 기후변화에 대응해야 할 시민의 입장에서 선뜻 나서기가 어렵다. 과학교사와 과학교육전공 대학원생으로 이루어진 4명의 팀은 사물인터넷 기반 환경에서 사용자가 자신의 물 사용량을 쉽게 볼 수 있는 App을 고안하였다. 센서와 연결된 안드로이드 어플리케이션을 개발하는 것을 목표로, App 개발 과정에 대한 교육 방법을 연구하였다. 예컨대, 공중 세면대에서 수돗물을 틀기 시작하여 수도꼭지를 닫을 때까지 얼마만큼의 물을 사용하고 있는지를 실시간 현황으로 보여주는 방법이다. 이를 위해, 초음파 센서를 활용해서 접근을 감지하고, 소형 마이크를 활용해서 물 사용량을 실시간으로 볼 수 있도록 설계하였다. 향후에는 App 개발 교육이 학교로 이어져, 학생들이 수자원 낭비 예방 App을 개발하고 적용하는 방법을 배워나가면서 시민들이 환경에 대한 경각심을 가질 수 있는 물 절약 행동으로 이어질 것으로 기대한다.