관찰 문제에서 초등학생의 과학 학업성취도에 따른 안구운동 분석

신원섭 ( Won Sub Shin ),신동훈 ( Dong Hoon Shin ) 한국초등과학교육학회 2013 초등과학교육 Vol.32 No.2

1. 안구운동 데이터 특정한 목표를 찾는 데 걸리는 시간과 관찰자의 도약운동과 응시의 횟수 사이에는 밀접한 관련이 있다(Robert et al., 2011). 관찰하는 동안의 응시 시간과 응시 횟수의 의미 있는 일치를 살펴보면 어떻게 탐색이 일어나는지를 좀 더 자세히 이해할 수 있다(최현동과 신동훈, 2012; Henderson, 1992; Goldberg & Kotval, 1999; Robert et al., 2011). 관찰 1번과 4번에 대한 10초 동안의 참여자별 전체 응시, 응시횟수, 응시시간, 동공의 크기, 도약시간, 도약횟수에 대한 다변량 분석에 따른 통계결과는 표 2와 같다. 관찰 상황에서 과학학업 성취도와 관찰 문제에 따른 학생들의 전체 응시시간(fixation duration)과 동공 크기(pupil size) 변화, 도약 운동(saccade duration)과 도약 속도(saccade velocity), 도약 최대 속도 (velocity peak)는 개체 간 효과 검정에서 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 사후검증 결과 응시시간과 동공의 크기 변화는 과학학업 성취도에 따른 차이가 유의 수준 .05 수준에서 모두 유의미하였다(표 3). 도약시간(saccade duration)과 평균 도약 속도(Velocity Average), 도약 최대 속도(Velocity Peak)에 대한 사후검증 결과는 표 4와 같다. 도약 시간은 우수학력과 부진학력, 기초학력과 부진학력, 도약속도와 도약최대속도는 보통 학력과 기초학력, 기초학력과 부진학력 집단별 유의수준 0.5에서 통계적으로 유의미한 차이가 있었다. 통계적으로 유의미한 차이가 있는 안구운동에 대한 구체적인 분석 결과는 다음 결과에서 자세히 제시하였다. 2. 응시와 동공 크기에 대한 결과 응시의 지속시간은 개인의 특성과 상황에 따라 다를 수 있지만 보통 200∼300 ms이고, 도약 안구 운동은 30 ms 정도의 짧은 시간이 걸린다(Robert et al., 2011). 응시는 정보를 얻는 인지적 복잡성을 나타내고(신원섭과 신동훈, 2012; Goldberg & Kotval, 1999; Chang et al., 1985) 한 영역에서의 응시시간과 횟수는 장기 기억(long term memory)으로 전환될 가능성이 높은 지표이며(최현동 등, 2012; Slykhuis et al., 2005), 복잡한 정보에 대한 개인의 인지 사고과정이다(최현동과 신동훈, 2012; Henderson & Hollingsworth, 1998). 그림 4에서 보면 관찰 과제의 곤란도에 따라 우수, 보통, 기초학력 학생들은 AOFD (Average of Fixation Duration; 평균 응시 시간)이 증가한 것으로 나타났다. 과학학업 성취도가 낮을수록 평균 응시시간이 증가한 것으로 보아 과학학업 성취가 낮은 학생이 곤란도가 높은 문제에서 더 많은 어려움을 겪고 있는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 부진아의 경우 관찰문제의 곤란도에 따른 AOFD의 변화가 매우 적다. 이는 부진학력 학생들은 문제의 곤란도와 무관한 안구운동을 하고 있고, 복잡한 인지 사고를 하지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 이에 대한 단서는 부진학생들의 경우 곤란도가 높은 과제에서 오히려 TOFD(Total of Fixation Duration; 전체 응시 시간)가 줄어들었다는 점에서도 찾아볼 수 있다(그림 4). 동공은 빛의 양에 의해 수축하거나 확장되기도 하지만, 흥분한 상황에서 확장되고 불쾌한 상황에서 수축한다(Hess & Polt, 1960; Hess, 1965). 또한 동공 확장은 흥분된 마음을 숨길 때에 나타나며 (Lubow & Fein, 1996), 수학 문제 해결과 같은 정신 활동을 할 때도 동공이 확장한다(Hess, 1965; Hess & Polt, 1960). 동공의 주요 수축은 문제를 해결한 후 답을 말할 때 나타난다(Hess, 1965; Daniel & Jackson, 1966). Daniel & Jackson(1966)은 작업이 어려울수록 동공이 확장한다는 것과 조절에 중재되지 않는다는 것에 대한 Hess와 Polt (1960)의 연구 결과를 재확인했다. 또한 문제 수행에 대한 반복 효과는 동공의 반응을 현저하게 감소시킨다고 주장하였다. 결국 동공의 직경 변화는 정신 상태에 대한 유용한 지표이고(Hess & Polt, 1960; Daniel & Jackson, 1966), 동공의 직경은 단기 기억을 하는 동안 정보처리 중인 자료의 양을 측정하는 한 방법일 수 있다. 그러므로 동공의 변화율은 작업의 곤란도와 관련 있다(Daniel & Jackson, 1966). 과학학업 성취도에 따른 AOPS (Average of Pupil Size; 평균 동공 크기)를 보면 과제의 곤란도가 증가하면 동공의 크기가 확장한다는 선행 연구들의 결과를 확인할 수 있었다. 과학학업 성취도에 따라 AOPS가 통계적으로 유의미한 차이를 보인 것에 대해서는 개인의 신체적 차이에 의해 동공의 크기가 차이가 나는지, 아니면 학업성취 수준에 따라 동공의 크기가 차이가 나는 지에 대한 추가적인 연구를 통해 밝혀야 한다. 또한 AOFD와 TOFD, AOPS 등의 안구운동의 결과로 과학학업 성취도에 따른 차이는 밝힐 수 있었지만, 앞으로 안구운동 추적 시스템에 적합한 검사 도구를 개발하여 학습 부진 학생들이 어떤 어려움을 겪는지에 대한 추가적인 후속 연구도 필요하다. 3. 단위시간당 응시율에 대한 결과 초등학교 학년에 따른 문제 해결 과정에서의 응시시간은 차이가 있었다(Liu & Shen, 2011). 객관식 과학 문제 해결을 하는 동안 정답자의 시각주의 순서는 무관요인→관련요인으로, 오답자는관련요인→무관요인으로 주의가 일어났다(Tsai, et al., 2012). 영재학생들은 일반학생보다 문제의 핵심을 빠르게 파악하는 능력이 있다(최현동 등, 2012). 주의(attention)의 과정은 첫째, 한 장면에서 단순한 특징(색, 위치, 기울기, 방향 등)들을 찾는 단계인 전주의적 처리(pre-attentive process)과정의 단계와 둘째, 이 특징들을 구조화하는 초점주의(focal attention) 단계를 거친다고 할 수 있다(Robert et al., 2011). 이를 Treisman(1986)는 특징 통합 이론(feature integration theory)으로 설명했고, Wolfe와 Horowitz(2004)는 안내된 탐색(guide search) 이론으로 설명했지만, 결국 주의가 단계적으로 일어난다는 것에 대해서는 동의하고 있다. 그림 5의 AOFR(Average of Fixation Rate; 평균 응시율)을 보면 과제를 제시한 후, 1초 이내의 응시의 발화가 일어나는 것을 확인할 수 있고, 1번 과제에서는 과학학업 성취도에 따라 단위시간당 평균 응시율이 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있다. 하지만 4번 과제에서 부진학생들의 응시율이 세 집단에 비해 현저하게 떨어지는 것으로 나타났다. 응시는 인지 사고과정을 나타내는 지표라 할 수 있는데, AOFR이 낮다는 것은 인지 사고를 하는 시간이 그 만큼 적다는 것을 의미하고, 이는 부진학생이 어려운 과제를 해결할 복잡한 인지 사고과정을 겪지 않는다는 안구운동의 한 패턴으로 판단할 수 있다. 주의는 단서의 유무에 따라 첫째, 주의 이동이 자동적이며 관찰자가 스스로 탐색하지 않고 단순히 자극을 보기만 할 때 100 ms 정도에서 나타나는 외생적 주의(exogenous attention)와 둘째, 관찰자의 의식적인 노력을 요구하고, 단서의 의미를 추출하는데 수백 ms의 시간을 요구하는 내생적 주의(endogenous attention)로 구분될 수 있다(Robert et al., 2011). 외생적 주의는 빠르게 일어나지만 일시적이며 자동적이어서 상당한 시간이 흐른 뒤에 단서에 대한 효과가 줄어드는 반면, 내생적 주의는 속도가 느리지만 지속적이고 단서에 대한 효과가 오래 지속된다(Robert et al., 2011). 따라서 곤란도가 높은 문제일수록 내생적 단서가 존재하고, 관찰자의 내생적 주의를 필요로 한다. 위의 연구 결과를 토대로 볼 때, 부진학력의 학생의 경우 내생적 주의로 이끌 수 있는 AOFR이 낮기 때문에 과제에 대한 정확한 정보를 찾는데 어려움을 겪고 있는 것으로 판단된다. 또한 부진학력 학생들에게는 외생적 주의와 관련된 상황보다는 내생적 주의를 경험할 수 있는 교육적인 기회를 더 많이 부여해야 한다. 4. 안구운동 중 도약에 대한 결과 그림 6은 효과적인 도약(effective saccade)을 분석하기 위해 평균도약시간, 전체도약횟수, 평균도약 속도, 평균도약최고속도를 나타낸 것이다. 응시에서 다음 응시, 도약에서 도약 등과 같이 고정되지 않은 안구운동이 도약운동이고, 한 도약 운동에서 다음 도약 운동으로 이동할 때 많은 정보를 갖지는 않는다(Liu & Chuang, 2011; Robert et al., 2011). Robert 등(2011)은 시각을 방해하는 예 중 하나가 도약운동이라고 했다. 도약운동 후에 도약이나 응시가 일어나지만, 선행 연구들에서 밝혀진 응시의 근접성(proximity) 규칙을 따른다면 효과적인 도약운동(effective saccade)이 무엇인지 제안할 수 있을 것이다. 응시의 유사성의 규칙은 목표물과 비슷해 보이는 것에 응시하려는 경향을 말하고, 근접성은 응시했던 지점에 아주 가까운 곳을 응시하려는 경향을 말한다(Robert et al., 2011). 그림 6은 효과적인 도약(effective saccade)을 분석하기 위해 평균 도약 시간, 전체 도약 횟수, 평균 도약 속도, 평균 도약 최고 속도를 나타낸 것이다. 부진학력을 제외한 세 집단은 곤란도가 높은 관찰 과제에서 AOSD가 낮아지거나 비슷하였으나, 부진학력 학생은 최대치로 높아지는 것을 확인할 수 있다. 도약운동을 관찰자가 주의하기 위해 응시할 곳을 찾는 운동이라고 한다면, AOSD가 높은 부진 학력의 학생들의 도약운동은 비효율적인 도약 운동(ineffective saccade)이라고 할 수 있다. 목적적이고 자발적인 도약은 내생적 이동과 아주 닮았고 (Robert et al., 2011), 학생이 문제를 해결하는데 도움이 되는 도약과 도움이 되지 않은 도약이 있다(Cook et al., 2011). 결국 부진학력 학생들에게는 내생적 주의(endogenous attention)와 관련된 효과적인 도약운동(effective saccade)이 일어나도록 하는 교육프로그램이 필요하다는 것을 추론할 수 있다. 안구운동의 최대 속도는 100°/s이상으로 빠를 수 있고(Robert et al., 2011), 안구운동의 속도는 얼마나 멀리 이동하느냐를 말한다. 도약운동은 정상적인 조건에서 1초에 3∼4번 정도 일어나고, 위의 연구 결과에서 확인할 수 있듯이 20∼80 ms정도의 시간을 갖는 매우 빠른 운동이며, 상당한 각도로 이동한다(Robert et al., 2011). 부진학력 학생들의 AOVA(Average of Velocity Average; 평균 도약 속도)는 137.5이고, AOVP(Average of Velocity Peak; 평균 도약 최고 속도)는 359.9로 다른 세 집단보다 월등히 높다. 하지만 도약이 응시를 위한 전단계의 운동이라면 응시의 유사성과 근접성의 원리를 기준으로 볼 때 부진학생들의 도약 중에는 정상적인 범위에서 벗어난 도약이 많은 것으로 판단된다. AOVP는 부진학생들의 안구운동을 특징짓는 한 분류기준이 될 수 있고, 앞으로 이를 입증하기 위한 도약속도에 대한 후속 연구가 필요하다. 5. 눈 깜빡임 먼저, 눈 깜빡임 수를 분석한 결과, 우수와 보통 학력의 학생들은 문제의 곤란도가 높아질수록 AOBC (Average of Blink Count; 평균 눈 깜빡임 수)의 수가 증가하는 것으로 나타났으나, 기초와 부진학력의 학생들은 곤란도에 따른 눈 깜빡임의 수는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. AOBD(Average of Blink Duration; 평균 눈 깜빡임 시간)은 과학학업 성취도에 따라 큰 차이 없이, 100∼140 ms 정도의 시간을 갖는 것으로 나타났다(그림 7). 후속 연구가 더 필요하겠지만, 과제를 해결하는 동안 눈 깜빡임 수를 분석한다면 과제에 대한 곤란도나 학생들의 학업 성취 정도를 나타내는 지표로 사용할 수 있을 것으로 판단된다. The purpose of this study was to analyze the difference between eye movements according to science achievement of elementary school students in observation situation. Science achievement was based on the results of national achievement test conducted in 2012, a random sampling of classes. As an assessment tool to check observation test, two observation measure problems from TSPS (Test of Science Process Skill; developed in 1994) suitable for eye tracking system are adopted. The subjects of this study were twenty students of sixth grade who agreed to participate in the research. SMI (SensoMotoric Instruments)` iView XTM RED was used to collect eye movement data and Experiment 3.1 and BeGaze 3.1 program were used to plan and analyze experiment. As a result, eye movements in observation test varied greatly in fixation duration, frequency, saccade, saccade velocity and ey blink according to students` science achievement. Based on the result of eye movements analysis, heuristic search eye movement was discussed as an alternative to improve underachievers` science achievement.

남북한 초등 생명과학 내용 및 북한 소학교 3, 5학년 생명과학 단원 분석

신원섭 ( Won-sub Shin ),신동훈 ( Dong-hoon Shin ) 한국생물교육학회 2021 생물교육 Vol.49 No.4

The purpose of this study is to analyze the contents of elementary life science in South and North Korea and the life science units in the 3rd and 5th grades of primary schools in North Korea. The subject of life science education contents are the North Korea's 2013 1st universal 12-year curriculum and South Korea 2015 revised science curriculum. Life science units of the 3rd and 5th grade of North Korea primary schools compared them with the 2015 revised science textbook in South Korea. The results of the study are as follows. First, the contents of elementary life science education in the two Koreas differed in the scope and level of content by grade. Second, in the same elementary life science field, North Korea has more pages than South Korea, but South Korea has more average syllables than North Korea. Third, the number and type of illustrations differed between the two Koreas depending on the field of life science. Fourth, in life science, both South and North Korea were highly dependent on photographic illustrations. In addition, North Korea often used decorative and exemplary functions rather than explanatory and supplementary functions. Fifth, the number of exploration activities between the two Koreas was similar, and the level of exploration activities between the two Koreas was different depending on the field or content of life science. Sixth, the types of inquiry activities were different depending on the educational content of life science, and both the two Koreas were applying various forms of inquiry activities to teaching and learning activities.

초등과학 탐구수업이 초등예비교사의 과학에 대한 태도, 과학 교수학습관 및 과학교수 개인 효능감에 미치는 효과

신원섭 ( Won-sub Shin ) 韓國生物敎育學會 2016 생물교육 Vol.44 No.3

The purpose of this study was to investigate the effect of the elementary science inquiry classes on the 29 pre-service elementary teachers’ attitude toward science, perception of science teaching-learning and personal science teaching efficacy. The research method was a single group pre-post test. In order to compensate for the limitations of this study we interviewed and analyzed the statements and challenges comment of pre-service elementary teachers additionally. The results were as follows. First, paired sample t-test for the attitudes toward science of elementary preservice teachers, there was no statistically significant difference. Second, paired sample t-test for the perception of science teaching-learning of elementary pre-service teachers was a statistically significant difference. The elementary science inquiry classes had a positive effect on the formation of constructivist science teaching and learning perspective for elementary pre-service teachers. Third, paired sample ttest for the personal science teaching efficacy of elementary pre-service teachers had a statistically significant difference. The elementary science inquiry classes had a positive effect on the formation of science teaching personal efficacy for elementary pre-service teachers.

변별과제에서 초등학생의 안구운동 분석을 통한 발견적 주의 모델 개발

신원섭 ( Won Sub Shin ),신동훈 ( Dong Hoon Shin ) 한국과학교육학회 2013 한국과학교육학회지 Vol.33 No.7

본 연구에서는 변별과제를 해결하는 동안 초등학생의 안구운동을 분석하여 발견적 주의모델을 개발하였다. 연구 참여자는 초등학교 6학년 20명이었고 모두부모의 동의 절차를 거친 자발적인 지원자였다. 본 연구에 사용된 변별과제는 권재술과 김범기(1994)가 개발한 과학탐구능력 검사지에서 아이트래킹으로 실험가능한 두 과제를 선택하였다. 학생들의 안구운동의 수집은 SMI사의 iView X TM RED 120㎐를 사용하였고 실험설계와 분석은 동사의 Experiment 3.2와 BeGaze 3.2의 소프트웨어를 사용하였다. 학생들의 모든 안구운동은 응시시간에 대한 정량적인 분석과 문제해결과정에서 학생개인의 인지사고과정을 추론하는 정성적인 분석과정을 거쳤다. 본 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 학생들의 실험 자료의 시각정보의 복잡한 정도에 따라 인지적 부담이 가중되었고 대상을 재인하는 관점 의존적이었다. 둘째, 실험 자료의 제시로 상향식주의가 발화되었고 하향식주의에 의해 의도적이고 목표지향적인 안구운동과 혼란 주의에 의한 안구운동을 구분할 수 있었다. 이를 토대로 인간의 주의와 안구운동을 도식할 수 있었다. 셋째, 압축된 시선흐름(compressed scan-path)을 분석하여 학생들의 문제해결전략을 도출하였다. 넷째, 본 연구의 결과를 통해 발견적 주의 모델(HAM)을 개발하였다. 이 발견적 주의 모델은 앞으로 학생들의 문제해결과정을 분석하는데 효과적인 분석관점을 제공할 것으로 기대된다. The purpose of this study was to develop a HAM (Heuristic Attention Model) by analyzing the difference between eye movements according to the science achievement of elementary school students on discrimination task. Science achievement was graded by the results of the Korea national achievement test conducted in 2012 for a random sampling of classes. As an assessment tool to check discrimination task, two discrimination measure problems from TSPS (Test of Science Process Skill, developed in 1994) which were suitable for an eye tracking system were adopted. The subjects of this study were 20 students from the sixth grade who agreed to participate in the research. SMI was used to collect EMD (eye movement data). Experiment 3.2 and BeGaze 3.2programs were used to plan experiments and analyze EMD. As a result, eye movements of participants in discrimination tasks varied greatly in counts and duration of fixation, first fixation duration, and dwell time, according to students` science achievement and difficulty of the problems. By the analysis of EMD, strategies of the students` problem-solving could be found. During problem solving, subjects` eye movements were affected by visual attention; bottom-up attention, top-down attention and convert attention, and aflunter attention. In conclusion, HAM was developed, and it is believed to help in the development of a science learning program for underachievers.

온라인 학습에서 머신러닝을 활용한 초등 4학년 식물 분류 학습의 적용 사례 연구

신원섭 ( Shin Won-sub ),신동훈 ( Shin Dong-hoon ) 한국초등과학교육학회 2021 초등과학교육 Vol.40 No.1

This study is a case study that applies plant classification learning using machine learning to fourth graders in elementary school in online learning situations. In this study, a plant classification learning education program associated with 2015 revision science curriculum was developed by applying the Artificial Intelligence biological classification teaching Learning model. The study participants were 31 fourth graders who agreed to participate voluntarily. Plant classification learning using machine learning was applied six hours for three weeks. The results of this study are as follows. First, as a result of image analysis on artificial intelligence, participants were mainly aware of artificial intelligence as mechanical (27%), human (23%) and household goods (23%). Second, an artificial intelligence recognition survey by semantic discrimination found that artificial intelligence was recognized as smart, good, accurate, new, interesting, necessary, and diverse. Third, there was a difference between men and women in perception and emotion of artificial intelligence, and there was no difference in perception of the ability of artificial intelligence. Fourth, plant classification learning using machine learning in this study influenced changes in artificial intelligence perception. Fifth, plant classification learning using machine learning in this study had a positive effect on reasoning ability.

초등과학부진학생의 기초과학탐구능력 향상을 위한 중재프로그램 개발 -안구운동을 중심으로-

신원섭 ( Won Sub Shin ),신동훈 ( Dong Hoon Shin ) 한국과학교육학회 2014 한국과학교육학회지 Vol.34 No.8

이 연구는 초등과학부진학생들의 기초과학탐구능력을 향상하기 위해 중재프로그램을 개발하고 안구추적기를 활용해 중재프로그램의 효과를 검증하는데 있다. 연구 참여자는 초등과학부진학생 35명이었다. 안구운동추적기는 SMI사의 iView XTM RED로 고정형이고 샘플링 속도는 120 Hz이었다. 실험을 설계하고 분석하기 위해 Experiment 3.4와 BeGaze 3.4 프로그램을 사용하였다. 연구결과는 다음과 같다. 첫째 기초탐구 교수전략, 교사 . 학생 행동, 교수-학습지도안, 학습 활동지를 포함하여 중재프로그램을 개발하였다. 둘째, 중재프로그램 적용결과 기초과학탐구능력이 향상되었고 전체 문제해결시간이 통계적으로 유의미하게 줄어들었다. 셋째, 기초과학탐구 문제영역과 핵심단어에 대한 평균응시시간이 통계적으로 유의미하게 감소하였다. 넷째, 기초과학탐구문제해결과정에서 동공 크기(pupil diameter)가 통계적으로 유의미하게 확장되었다. 다섯째, 기초과학탐구문제해결과정에서 평균도약시간(average saccade time)은 통계적으로 유의미하게 증가하였다. 여섯째, 문제 단서영역에 대한 평균응시도입시간(average fixation entry time)은 통계적으로 유의미하게 빨라졌고, 평균응시시간은 통계적으로 유의미하게 줄어들었다. The purpose of this study is to develop an intervention program for improvement of elementary science-poor students`` Basic Science Process Skill (BSPS) and to validate the intervention program``s effectiveness using eye-tracker. The participants of this study were 35 elementary science-poor students. This study``s method was the analysis of real-time eye movements during basic science process skill problem solving. SMI``s 120 Hz iView XTM RED was used to collect EMD (eye movement data). Experiment 3.4 and BeGaze 3.4 programs were used to design experiment and to analyze EMD. The results of this study are as follows. First, we developed an intervention program including BSPS instructional strategy, behavior of teachers & student according instructional strategy stage, teachinglearning plan and learning note. Second, science poor students`` BSPS ability has improved statistically significantly through the application of intervention program and BSPS problem-solving time decreased statistically significantly. Third, AFT (average fixation time) of BSPS Question and keyword area decreased statistically significantly. Fourth, APD (average pupil diameter) of BSPS problem-solving process expanded statistically significantly. Fifth, AST (average saccade time) of BSPS problem-solving process increased statistically significantly. Sixth, AFET (average fixation entry time) of BSPS problem-clue area was accelerated statistically significantly, AFT of BSPS problem-clue area reduced statistically significantly.

실제 과학수업에서 시선추적과 주의력 검사를 통한 초등학생들의 주의 특성 분석

신원섭 ( Shin Won-sub ),신동훈 ( Shin Dong-hoon ) 한국과학교육학회 2016 한국과학교육학회지 Vol.36 No.4

안구운동추적기반 기초과학탐구능력 향상을 위한 교수-학습 전략 개발

신원섭 ( Shin Won-sub ),신동훈 ( Shin Dong-hoon ) 한국초등과학교육학회 2015 한국초등과학교육학회 학술대회 Vol.68 No.-

본 연구는 초등과학부진학생들의 기초과학탐구능력을 향상하기 위해 교수-학습 전략을 개발하고 안구추적기를 활용해 교수-학습 프로그램의 효과를 검증하는데 있다. 연구 참여자는 초등과학부진학생 35명이었다. 안구운동추적기는 SMI사의 iView XTM RED로 고정형이고 샘플링 속도는 120 Hz이었다. 실험을 설계하고 분석하기 위해 Experiment 3.4와 BeGaze 3.4 프로그램을 사용하였다. 연구결과는 다음과 같다. 첫째 기초탐구능력향상을 위한 교수전략, 교사ㆍ학생 행동, 교수-학습지도안, 학습 활동지를 개발하였다. 둘째, 프로그램 적용결과 기초과학탐구능력이 향상되었고 전체 문제해결시간이 통계적으로 유의미하게 줄어들었다. 셋째, 기초과학탐구 문제영역과 핵심단어에 대한 평균응시시간이 통계적으로 유의미하게 감소하였다. 넷째, 기초과학탐구문제해결과정에서 동공 크기(pupil diameter)가 통계적으로 유의미하게 확장되었다. 다섯째, 기초과학탐구문제해결과정에서 평균도약시간(average saccade time)은 통계적으로 유의미하게 증가하였다. 여섯째, 문제 단서영역에 대한 평균응시도입시간(average fixation entry time)은 통계적으로 유의미하게 빨라졌고, 평균응시시간은 통계적으로 유의미하게 줄어들었다. The purpose of this study is to develop Teaching and Learning Strategies for improvement of Basic Science Process Skill(BSPS) and to validate the program’s effectiveness using eye-tracker. The participants of this study were 35 elementary science poor students. This study’s method was the analysis of real time eye movements during basic science process skill problem solving. SMI's 120 Hz iView XTM RED was used to collect EMD(eye movement data). Experiment 3.4 and BeGaze 3.4 programs were used to design experiment and to analyze EMD. The results of this study were as in the following. First, we developed an intervention program including BSPS instructional strategy, behavior of teachers & student according instructional strategy stage, teaching-learning plan and learning note. Second, science poor students’ BSPS ability was improved statistically significant through application of intervention program and BSPS problem solving time was decreased statistically significantly. Third, AFT(average fixation time) of BSPS Question and keyword area was decreased statistically significant. Fourth, APD(average pupil diameter) of BSPS problem-solving process was expanded statistically significantly. Fifth, AST(average saccade time) of BSPS problem-solving process was increased statistically significant. Sixth, AFET(average fixation entry time) of BSPS problem-clue area was accelerated statistically significant, AFT of BSPS problem-clue area was reduced statistically significant.

초등과학 교육연구에서 시선추적 연구방법의 고찰

신원섭 ( Shin Won Sub ) 한국초등과학교육학회 2016 초등과학교육 Vol.35 No.3

The purpose of this study is a review of previous studies and principles of eye-tracking techniques that are actively applied in recent elementary science education. Also it proposes to utilize the direction of eye tracking techniques in elementary science education research. Recent eye-tracking technology was developed, using the infrared pupil and the corneal reflection can be safely and accurately track the eye movements of the participants. Eye tracking has the advantage of higher temporal resolution, accessibility, convenience, objectivity, stability and safety. Analysis of the previous studies, there was a difference in the study design and analysis. The workshops and seminars are needed for accurate understanding of eye-tracking method in elementary science education research. In conclusion, the eye-tracking can be utilized such as effectiveness analysis of teaching materials and media, behaviors analysis of teachers and students in a real class, cognitive strategies and attention analysis of the student, discriminating tool of various education evaluation, etc.

‘초등과학교육’ 학술지의 변천 과정에 따른 연구 동향 분석(1983∼2020년)

신원섭 ( Shin¸ Won-sub ),박형민 ( Park¸ Hyoung-min ),김남일 ( Kim¸ Nam-il ) 한국초등과학교육학회 2021 초등과학교육 Vol.40 No.4

이 연구의 목적은 ‘초등과학교육’ 학술지의 변천 과정에 따른 연구 동향을 분석하는 것이다. 이 연구에서는 1983년 1권 1호부터 2020년 39권 4호까지 총 1,047편의 논문을 분석하였다. 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, ‘초등과학교육’ 학술지의 변천 과정은 논문 편수에 급격한 변화가 있는 시점을 기준으로 태동기, 정착기, 발전기, 유지기로 구분하였다. 둘째, ‘초등과학교육’ 학술지에 3인 이상의 연구와 순수·연구비 지원 연구가 감소하고 있었다. 셋째, 연구 대상은 초등학생과 초등교사에 관한 연구 비율이 높았다. 넷째, 연구 방법은 주로 조사연구와 실험연구이었고, 자료 분석 방법으로는 질적 분석과 혼합 분석 연구가 증가하고 있었다. 다섯째, 1 저자의 직업은 교수(45.6%), 교사(39.8%), 대학원생(10.6%), 연구원(1.7%) 순이었다. 여섯째, 교신저자의 지역은 수도권인 서울과 경인에 집중되었다. 마지막으로, ‘초등과학교육’ 학술지가 미래의 초등과학교육을 선도하는데 중추적인 역할을 계속 수행하기 위해서는 학술지 전반에 대한 개선 노력과 국내외 연구자, 학회 임원과 회원, 교육 기관의 지속적인 참여와 협조가 필요하다. This study aims to analyze research trends by the period of elementary science education journal. A total of 1047 papers were analyzed from Volume 1 No. 1 in 1983 to Volume 39 No. 4 in 2020. The results of the study are as follows: First, the period of elementary science education journals was divided into infancy, settlement, development, and retainment period according to the number of papers. Second, the ratio of research by more than three scholars, pure or funded research was decreasing. Third, the study subjects had a high rate of research on elementary school students and elementary school teachers. Fourth, research methods were mainly research studies and experimental studies, and qualitative analysis and mixed analysis studies were increasing as data analysis methods. Fifth, the occupation of the first author was professor (45.6%), teacher (39.8%), graduate student (10.6%), and researcher (1.7%) in that order. Sixth, the regions of the corresponding author were concentrated in Seoul and Gyeongin, the metropolitan areas. Finally, in order for the “Elementary Science Education” journal to continue to play a pivotal role in leading elementary science education in the future, efforts to improve the overall journal and continuous participation and cooperation of domestic and foreign researchers, academic executives, members, and educational institutions are required.