과학자의 연구과정이 가시화된 표면성장에 관한 탐구학습 프로그램 개발 및 적용

신호심,김현주 한국물리학회 2009 새물리 Vol.58 No.5

We developed inquiry-learning programs that visualized the scientists’ research process to enable junior high and high school students to experience practical inquiry activities. Surface growth, a recent focus in statistical physics, was chosen as the subject of our programs. We classified scientists' research types on surface growth into the problem-solving type and the modeling type, and we developed programs that reflected each research type. The programs were applied to nine middle-school students five times. To survey the program’s effect, we observed their behaviors in class and evaluated a questionnaires for the program. We found that students were very favorable to this program. Also, we confirmed that the program overcame the weaknesses of existing inquiry-based classes and that surface growth was a suitable subject for the inquiry-learning program. 본 연구에서는 실질적인 탐구를 경험할 수 있도록 과학자의 연구과정이 가시화된 탐구학습 프로그램을 개발하였다. 프로그램의 개발을 위하여 최근 과학자의 연구 주제 중 표면성장을 선택하여 표면성장에 관한 과학자의 연구과정을 분석하여 연구형태를 문제해결형과 모델제시형으로 구분하였다. 각 연구형태별로 과학자의 연구과정을 그대로 반영한 탐구학습프로그램을 개발하였으며, 이를 시범 투입하여 학교 현장 적용 가능성 여부를 알아보았다. 본 프로그램은 중학교 1, 2학년 9명을 대상으로 2차시씩 모두 5회에 걸쳐 투입되었고, 프로그램의 효과를 알아보기 위하여 수업관찰 및 설문조사를 실시하였다. 조사 결과, 본 프로그램에 대한 학생들의 반응은 매우 긍정적이었고, 실제 과학자의 연구과정을 학습함으로써 기존의 탐구수업이 갖는 문제점을 해결할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 표면성장이 탐구학습의 주제로 적합함을 알 수 있었다. 본 프로그램은 논리적 사고력 수준이 형식적 조작기 이상의 중고등학생의 탐구학습에 효과적임이 확인되었으며, 과학자의 연구과정이 가시화된 탐구학습 프로그램의 개발에 사례로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

과학자의 연구과정을 가시화한 학습 프로그램이 고등학교 1학년 학생들의 진로지향에 미치는 영향

신호심,정애진,장은경,김명희,김연숙,안유라,강성주,이길재,김현주 한국교원대학교 교육연구원 2010 敎員敎育 Vol.26 No.2

The purpose of this study was to investigate the effects of the learning programs visualizing the scientists’ research process on the career orientation of 10th grade high school students. After our developing the learning program reflected each research type such as the problem-solving type, the modeling type, and the idea-creative type, this program was applied to 30 high school students who have not decided their future career. Before starting this program, students took science career orientation questionnaire. After ending this program, we investigated science career orientation questionnaire again and conducted the descriptive questionnaires for the program. The result shows that this program got affirmative effect on students' career choices. To the science career-oriented students, this program made their career-orientation be more solid. Also it made some of the non-science career-oriented students change the career-orientation to the science and some of them had in mind to change their orientation to the science career. Like this, this program played no small part in the non-science career -orientated students. Therefore it means that the program could be applicable in the science career education. 본 연구에서는 과학자의 연구과정이 가시화된 학습 프로그램이 일반계 고등학교 1학년 학생들의 진로에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 과학자의 연구형태 중 문제해결형, 모델제시형, 아이디어산출형의 연구과정을 적용하여 개발된 학습 프로그램을 아직 진로가 확정적이지 않은 일반계 고등학교 1학년 30명에게 적용하였다. 사전사후에 진로지향을 조사하였고, 프로그램이 진로에 미친 영향을 구체적으로 기술하게 하기 위하여 설문조사를 실시하였다. 그 결과, 본 프로그램은 학생들의 진로 결정에 전반적으로 긍정적인 영향을 주었음이 확인되었고, 진로지향의 변화에 따른 분석에서 본 프로그램은 학생들의 과학진로를 더 확고하게 하는 등 이미 과학진로지향인 학생들에게 긍정적인 영향을 주었음이 확인되었다. 또한 과학진로지향이 아닌 학생들 중 일부는 프로그램의 적용 후에 과학관련 분야로 진로를 바꾸었고, 일부는 과학관련 분야로 진로를 바꾸고 싶은 마음이 생기는 등 본 프로그램이 과학진로지향이 아닌 학생들에게 미친 영향도 적지 않음을 확인하였다. 이는 본 프로그램이 과학진로교육에 활용될 수 있는 가능성을 보여준다.

원운동 학습 상황에서 Toulmin의 논의구조(TAP)와 다이어그램을 이용한 대화적 논의과정 분석틀 개발

신호심 ( Ho Sim Shin ),김현주 ( Hyun Joo Kim ) 한국과학교육학회 2012 한국과학교육학회지 Vol.32 No.5

이 연구는 대화적인 논의과정의 상호작용적인 측면을 가시화하여 논의상황과 흐름을 나타내고 질적인 측면의 논의수준을 구체적으로 제시할 수 있는 논의 과정 분석틀 개발을 목적으로 한다. 이를 위하여 단순하면서도 요소들 사이의 상호관련과 흐름을 구조적인 형태로 가시화할 수 있는 다이어그램의 특성을 이용한 논의과정 다이어그램의 분석방법을 만들고, 이를 기반으로 논의과정의 질을 구체적인 논의수준 점수로 정량화하였다. 롤러코스터의 운동을 주제로 논의과정 학습 자료를 개발하고 물리교육 전공의 대학생을 대상으로 적용하여 모둠별 전사본을 확보하였고, 이를 분석틀 개발에 이용하였다. 전사본으로부터 논의과정에 해당되는 진술들만을 추출하여 TAP 논의요소로 기호화하였고, 이 기호들을 효율적으로 배열하고 연결하여 논의과정 다이어그램의 분석방법을 만들었다. 논의과정 다이어그램을 이용한 분석 결과는 상호 작용적인 논의상황과 흐름의 파악에 유용하였고, 논의요소 빈도와 조합, 정성적인 논의수준에 이르기까지 다양한 정보들을 함께 제시해주었다. 질적인 측면의 논의수준을 정량화하기 위하여 논의요소의 다양성, 정당화, 반박의 유무 등 질적인 면에서의 논의과정에 대한 지표를 반영하여 논의과정 다이어그램 내의 서로 다른 연결선들에 차등적인 점수를 부여하였다. 논의수준 정량화를 이용하여 논의수준을 확인하는 과정은 매우 간편하였고, 질적인 논의수준은 구체적인 점수로 표현되어 다양하면서 구체적인 논의수준을 제시할 수 있었다. 개발된 논의과정 분석틀은 대화적 논의과정 결과를 효과적으로 제시할 수 있어서 논의과정 연구 분야에 도움을 제공하며, 논의과정 학습 자료의 문항별 논의과정 특징과 구체적인 진술들은 효과적인 논의과정 수업 및 원운동 학습의 설계에 도움을 줄 것이다. The purpose of this study was to develop analytic framework for dialogic argumentation to show the context and flow visualizing interactions of argumentation, to be able to present quality of argumentation specifically. For this, we formulated a method of the argumentation diagram using feature of diagram simple and structurally visualizing interrelation between argument components, and then quantified quality of argumentation to argument level score on this basis. We have developed the learning material for argumentation about a vertical circular motion and used the obtained translations from applying it in developing the framework. We chose argument statements among full transcript and then coded as Toulmin`s argument components, and these codes was effectively arranged and linked to show argumentation diagram. Results by argumentation diagram could be useful understanding of interactive argumentation context and the flow and present frequency, the combination of argument elements, rough qualitative level of argumentation. To quantify argumentation quality, we gave different scores to different link lines reflecting indication of argumentation quality like that diversity of argument component, justification, presence or absence of rebuttals. The process of identification of argument level is very simple, qualitative level of argumentation represented as concrete score could present various and concrete argument level. Developed analytic framework might contribute to argumentation research field, because it can present effectively dialogic argumentation result. Also, various analysis cases might guide designing an effective argumentation practice and circular motion learning.

문제해결형 탐구실험에서 나타난 영재학생들의 논의 양상 및 논의활동에 대한 인식

신호심 ( Ho Sim Shin ),김현주 ( Hyun Joo Kim ) 한국과학교육학회 2011 한국과학교육학회지 Vol.31 No.4

이 연구에서는 고등학교 1학년 과학영재들의 문제해결형 탐구실험에서 논의 양상을 확인하고 논의활동에 대한 학생들의 인식을 알아보았다. 그 결과, 매우 활발한 논의활동이 확인되었으나 차시에 따른 논의질 향상은 거의 나타나지 않았다. 수업 전반에 걸쳐 대화적 논의과정 요소의 빈도가 높게 나타났고 그 중 요청 및 요청응답의 비율이 높았다. 빈도는 낮지만 한정과 근거질문이 3차시에서만 나타났고, 차시에 따라 단순호응이 줄면서 강화 및 정교화, 메타질문의 빈도는 약간씩 높아졌다. 교사가 주도하는 일부 학습 단계에서 학생들의 논의가 거의 발견되지 않는 등 단계별 논의 양상이 교사의 수업 접근 방식과 관련 있음이 확인되었고, ``문제해결활동 및 결과분석``에서 이전의 단계보다 2배 많은 논의과정 요소가 나타났다. 또한 집단을 구성하는 방법은 영재 학생들의 논의 활동에 거의 영향을 미치지 않았다. 설문조사 결과, 대부분의 학생들은 본 탐구실험에서 자유로운 논의가 이루어졌다고 생각하였고 논의활동을 직접 경험함으로써 본 프로그램이 논의를 활성화시킨다고 인식하였으며, 이 과정에서 ``생소하거나 어려움``이 논의활성화에 저해요인으로 작용됨이 확인되었다. 주제별 논의활동은 ``표면성장 실험``에서 가장 활발하게 이루어졌고, 논의가 가장 활발한 단계는 ``해결방안모색``으로 나타났다. 교사의 도움이 논의활동의 어려움 해소와 촉진제 역할을 하였음이 확인되었으며 실험수업에서 논의활동이 진행되는 것을 매우 긍정적으로 생각하는 등 논의활동의 필요성에 대한 학생들의 인식이 확인되었다. The purpose of this study was to investigate the gifted students` view on argumentation and the aspects of the argumentation in problem-solving type experiment. As a result, very lively argumentation was identified but quality enhancement on argumentation wasn`t found over time. Students made frequent use of dialogic argumentation component, and especially, request & response component was highly used. Though usage frequency is low, the component of ground & question on ground was shown in 3rd class, and simple agreement gradually reduced, and reinforcing elaboration & metacognitive question has slightly increased. Also, students` argumentation were closely related to teachers` teaching approaches as some teacher-led steps doesn`t appear in students` argumentation. By comparison in steps, ``problem solving activity & result analysis`` step included 2 times more argument components than the previous step. We also found that method grouping teams does not almost affect the argumentation of gifted students. By survey results, most students recognized that they experienced free argumentation and this program activate argumentation and ``strange things`` or ``difficulty`` of program topics are obstacles in vitalization of argumentation. ``Surface growth experiments`` was the most lively argumentation topic. The argumentation was lively made in the step of ``finding solution.`` Teachers` scaffolding accelerate the argumentation and help resolve difficulties in argumentation. Thus, students have positive recognition for the argumentation process in the experiments and recognize that argumentation process is needed.

모형제시 형태의 연구과정을 반영한 탐구학습 프로그램의 개발 및 적용

김영관,김현주,신호심 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.10

We developed an inquiry-learning program reflecting on the research process of modeling. As pre-research on scientists' research processes, we decided on the steps of a module and selected inquiry topics subjects such as ‘atomic model,’‘surface growth,’ and ‘random walk’, focusing on phenomena easily accessible in surroundings. We developed three modules reflecting on the research process of modeling from discovering rules of phenomena and suggesting, modifying, and supplementing a model to forming a final model. The programs were applied to 8 high-school students in three times. To investigate recognition of the students about the program,we observed their behaviors in class and used questionnaires and interviews about the program. We found that the students recognized differences between this program and school class and had difficulty in using the program because of the lack of learning experiences,the discovering of rules and the making of models by themselves. However, by experiencing modeling, they came to understand the modeling research process and had positive recognition; finally,they were able to understand science as a method of explaining phenomena with models. Thus, we confirmed that the students had come to recognize modeling as one of the research methods of the scientists and its usefulness. This program can be applied in classes as an inquiry-learning program related to modeling. 본 연구에서는 모형제시 형태의 연구과정이 반영된 탐구학습 프로그램을개발·적용하여 프로그램에 대한 학생들의 인식을 알아보았다. 모형제시형태의 과학자의 연구과정에 대한 선행연구를 바탕으로 모듈의 단계를정하였고, 주변에서 쉽게 접할 수 있는 현상을 중심으로 한‘원자모형’, ‘표면성장’, ‘멋대로 걷기’ 등의 탐구 주제를선택하였다. 현상이 갖는 규칙성의 발견에서부터 모형의 제안과 수정·보완의 과정을 거쳐 모형을 형성하기까지의 모형제시 형태의연구과정을 반영한 세 개의 모듈을 개발하여 탐구학습 프로그램을완성하였다. 개발된 프로그램을 고등학교 1학년 과학반 8명을 대상으로3~6시간씩 모두 3회에 걸쳐 투입하였고, 프로그램에 대한 학생들의인식을 알아보기 위하여 수업관찰 및 사후 설문조사, 사후 면담을실시하였다. 조사 결과, 학생들은 스스로 수업의 과정을 주도해나가는등의 측면에서 본 프로그램이 기존의 수업과 차별성이 있음을 인식하였고규칙성의 발견과 그것을 이용하여 모형을 만드는 학습 경험 부족 등으로인하여 프로그램의 적용과정에서 어려움을 겪기도 하였다. 그러나 모형형성과정을 단계적으로 경험하면서 모형제시 형태의 연구과정에 대한이해와 긍정적인 인식을 갖게 되었으며, 결과적으로 모형을 이용하여현상을 설명하는 방법으로서의 과학에 대한 이해가 생긴 것이확인되었다. 이로써 학생들은 모형제시 형태가 과학자의 연구 방법 중하나이며, 모형제시 형태의 탐구과정의 유용성에 대해서도 인식하게되었다. 따라서 본 프로그램을 모형 형성과 관련된 탐구학습으로 현장 에적용하는 것이 적절하다고 판단된다.

R&E 프로그램에 대한 과학영재고등학생들의 인식 연구

강성주 ( Seong Joo Kang ),김현주 ( Hyun Joo Kim ),이길재 ( Gil Jae Lee ),권영식 ( Young Sik Kwon ),김명희 ( Myung Hee Kim ),김연숙 ( Yeon Suk Kim ),김윤화 ( Yun Hwa Kim ),신호심 ( Ho Sim Shin ),임희영 ( Hee Young Lim ),하지희 ( Ji 한국과학교육학회 2009 한국과학교육학회지 Vol.29 No.6