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        2015 개정 교육과정에서 나타나는 과학적 탐구 요소 분석: 과학탐구실험을 중심으로

        조헌국 이화여자대학교 교과교육연구소 2018 교과교육학연구 Vol.22 No.3

        '스콜라' 이용 시 소속기관이 구독 중이 아닌 경우, 오후 4시부터 익일 오전 9시까지 원문보기가 가능합니다.

        This study aims at analyzing the elements of scientific inquiry (SI) presented in seven kinds of textbooks, and discussing pedagogical implications for enhancing students' SI. This study categorized SI into six elements: identifying problems, designing inquiries, implementing inquiries, interpreting data, drawing conclusions, and communicating results. Then, each textbook was examined to reveal what elements are included in each section. The findings indicated that each section of the textbooks highlighted different elements of SI: SI in history of science focused on implementing inquiries and making conclusions while SI in everyday life tended to emphasize all of the SI elements. SI in up-to-date science, on the other hand, concentrated on designing inquiries and making conclusions. In terms of the SI elements, activities related to identifying problems were only a few, and the activities for designing inquiries rarely included making hypotheses, controlling variables, and experiences for designing experimental procedures. Also, a large proportion of implementing inquiries were based on examining documents; rather than engaging in empirical activities. Data interpretation rarely involved comparisons between theory and experiments, and the process of deducing conclusions lacked evidence and logical inference. Also insufficient were appropriate strategies for presentation and discussion in respect to communication. Based upon these findings, this study provides several implications about how science teachers should teach the inquiry experiment of science for better understanding of learners. 본 연구는 <과학탐구실험> 과목의 7종의 교과서에 제시된 과학적 탐구 활동의 요소를 분석하고, 그 특징을 조사하여 과학적 탐구 능력 향상을 위한 교육적 시사점을 제공하고자 하였다. 이에 본 연구에서는 과학적 탐구를 문제 인식, 탐구설계, 탐구 수행, 자료 해석, 결론 도출, 의사소통의 6단계로 범주화하고, 교과서별 및 단원별 탐구 요소를 분석하였다. 그 결과, 역사 속의 과학 탐구는 탐구 수행과 결론 도출이 상대적으로 높은 반면, 생활 속의 과학 탐구는 문제 인식에서 결론 도출, 의사소통에 이르는 전체 탐구과정의 비율이 높았고, 첨단 과학 탐구는 아이디어 제시 중심의 탐구 설계 및 아이디어 평가를 통한 결론 도출 과정의 비율이 높았다. 탐구 요소를 중심으로 살펴보면 문제 인식이 다른 영역에 비해 매우 적었고, 탐구 설계 과정에서 구체적인 가설 설정이나 변인 통제, 실험 설계의 경험이 부족하였다. 그리고 탐구 수행에서는 직접 조작위주의 실험 실습보다 자료 조사가 더 많은 빈도를 차지하였으며, 자료 해석 과정에서는 표나 그래프의 이해와 자료 변환 기회가 충분히 주어지지 않았고, 이론과 실험의 비교를 통해 가설의 타당성을 판단할 수 있는 기회가 부여되지 않았다. 결론도출 과정에서는 충분한 논리적 추론이나 근거가 부족하였고, 의사소통 단계에서도 적절한 발표나 토의 전략이 절실히 필요하였다. 이에 본 연구에서는 <과학탐구실험> 교과목 지도 시에 교사가 학생의 과학적 탐구 능력 신장을 위해 고려해야 할교육적 시사점을 제시하였다.

      • KCI등재

        중학교 과학 교과서에 제시된 전기 회로와 관련된 비유적 설명의 분석

        조헌국 한국물리학회 2014 New Physics: Sae Mulli Vol.64 No.12

        This study aims to investigate visual explanations of science concepts related to electric circuits that are presented in secondary science textbooks and to suggest effective strategies to enhance students' understandings of electric circuits. This study selected five kinds of secondary science textbooks following the 2009 Revised National Curriculum and concentrated on three main concepts connected to electric circuits: electric current, resistance and voltage. This study revealed that the microscopic explanation of the electric current was not compatible with the explanation of the electrons' actions in a resistor. In addition, the roles played by the direction of the electric current and charge in the phenomena emerging in electric circuits are not clear. Even the role of batteries and the relationship between voltage and electric potential are confusing. The findings of this study provide some implications for teaching electric circuits. 본 연구는 중학교 과학 교과서에 나타난 전기 회로에 대한 비유를 활용한 설명이 무엇이 있는지 조사하고, 각 설명이 가지는 장단점을 분석하여 학생들의 이해를 돕기 위한 방안을 제공하고자 한다. 이에 본 연구에서는 2009 개정 과학교육과정에 해당하는 중학교 3학년 과학 교과서 5종을 선택하여 전기 회로에 대한 설명을 분석하였다. 그 결과, 전류와 저항의 관계를 표현할 때, 전류를 미시적인 관점에서의 전하의 양을 활용해 설명하면서도 저항에 따른 전류나 전자의 이동의 변화를 설명하는 데 한계가 있었다. 전류와 전자의 방향에 따라 실제 현상이 어떻게 나타나는지 충분히 설명되지 않고 있으며, 전압과 전류의 관계를 표현함에 있어서 전지의 역할이 분명하게 나타나 있지 않다. 학생들은 전지를 일정한 전류를 공급해 주는 장치로 오해함으로써 전구의 밝기나 전압, 전류 사이의 관계를 잘못 이해할 가능성이 있다. 이에 본 연구에서는 이러한 연구 결과를 중심으로 전기 회로 학습에 대한 시사점을 도출하였다.

      • KCI등재

        2015 개정 과학과 교육과정의 에너지 관련 내용에 대한 과학적 관점에서의 접근- 초등학교 3∼6학년 군을 중심으로 -

        조헌국 에너지기후변화교육학회 2021 에너지기후변화교육 Vol.11 No.3

        '스콜라' 이용 시 소속기관이 구독 중이 아닌 경우, 오후 4시부터 익일 오전 9시까지 원문보기가 가능합니다.

        Energy is a crucial concept to understand natural phenomena and fundamental theories of science. This study addresses various points of improvement for better understanding of science based on the analysis of the primary level of the 2015 revised national science curriculum. The problems and limitations of energy-related curricular statements are analyzed following the categories reported from the previous studies, including the forms of energy, source of energy, energy transfer, energy conservation, and efficient energy usage. We found that each concept of energy has a different meaning in different contexts; thus, the concept of energy is ambiguous among students. Additionally, some concepts should be rearranged according to the progression of concepts, such as heat and temperature. The inadequate explanation of the forms and transformation of energy results in ambiguity among students. Therefore, this study highlights some implications that should be considered in energy education in primary schools. 오늘날 에너지는 자연 현상과 과학 개념이나 이론을 이해하는 주요 개념 중 하나이다. 본 연구는 2015 개정 과학과 교육과정 중 초등학교 3∼6학년 군을 중심으로 과학 교과에서 강조하고 있는 열에너지, 빛에너지, 운동 에너지, 위치 에너지, 전기 에너지, 화학 에너지 등 6종류의 에너지를 중심으로 에너지의 형태, 에너지의 근원, 에너지의 전환, 에너지 보존, 에너지의 효율의 범주에 따라 과학적 관점에서 학생들의 어려움이나 한계 등을 분석하였다. 연구 결과, 하나의 용어가 서로 다른 의미로 활용됨으로써 오해의 소지가 발생할 우려가 있었다. 또한 개념이나 용어, 이론의 설명 과정에서 선수 학습으로 다루어야 할 개념이나 용어가 충분하지 못해 학습 순서가 조정이 필요해 보이는 경우가 존재하였다. 또한 명시적으로 에너지의 의미나 형태에 대한 설명이 명시적으로 제시되지 않아 일상적 맥락에서의 용어와 혼동할 수 있는 가능성이 존재하였다. 이에 따라 본 연구에서는 에너지 관련 교육의 측면에서 교육과정 차원에서 고려해야 할 여러 시사점을 제공하였다.

      • KCI등재

        상대성이론에서 학생들이 겪는 어려움에 대한 문헌 연구

        조헌국 한국물리학회 2014 New Physics: Sae Mulli Vol.64 No.3

        This study aims to analyze students' difficulties in understanding concepts related to the theory of relativity and to suggest effective strategies to enhance their understanding of the concepts based on a review of previous studies on the theory of relativity. Previous studies showed that students had difficulties in all concepts pertaining to the theory of relativity that were associated with misunderstandings of the frame for reference and of simultaneity. These two concepts were also the most-frequently tackled once in the studies. Students' difficulties were associated with lack of mathematical reasoning, misunderstanding of meaning, confusion between the Newtonian and the relativistic viewpoints, and insufficient understanding of fundamental concepts. For effective learning of the theory of relativity, this study suggests an epistemological shift toward a relativistic view, an emphasis on fundamental concepts, and a connection of theories with everydayexperiences. 본 연구의 목적은 상대성이론의 학습과 관련된 학생들의 어려움을 분석하고 이를 토대로 효과적인 교수 방안을 모색하는 것이다. 이에 선행 연구 분석을 통해 학생들의 개념별 어려움과 관련된 문제 상황을 고려하였다. 연구 결과, 학생들은 상대성이론에 관련된 대부분의 개념에서 어려움을 호소하였으며 특히 동시성의 상대성을 이해하지 못하며 기준계와 시공간에 대해 절대적 기준을 적용하려고 하였다. 문제 상황 역시 이와 관련된 상황이 가장 많이 나타났다. 이러한 문제들은 물리 교재에서 주로 다뤄짐에도 불구하고 어려움을 호소하였는데 그 원인으로는 수학적 능력의 부족, 고전역학적 관점의 혼동, 기본 개념에 대한 이해 부족을 들 수 있다. 따라서 이러한 어려움을 극복하기 위해서는 상대론적 관점으로의 전환과 기본 개념 이해에 대한 강조, 관련된 현상들을 실제 경험해 볼 수 있는 기회를 제공하는 것이 필요하다.

      • KCI등재

        과학 관련 사회적 쟁점을 다룬 국내 학술 논문에 대한 문헌 연구 : 의사결정을 중심으로

        조헌국 이화여자대학교 교과교육연구소 2014 교과교육학연구 Vol.18 No.1

        '스콜라' 이용 시 소속기관이 구독 중이 아닌 경우, 오후 4시부터 익일 오전 9시까지 원문보기가 가능합니다.

        본 연구는 과학 관련 사회적 쟁점을 다룬 국내 연구의 문헌 조사를 통해 과학 관련 사회적 쟁점연구를 조망하고, 합리적 의사결정을 위한 방안을 모색하기 위해 국내 연구에서 나타나는 의사결정의 의미와 모형, 의사결정에 영향을 미치는 요인 등을 탐색하였다. 이에 한국교육학술정보원이 제공하는 학술연구정보서비스의 데이터베이스를 통해 과학 관련 사회적 쟁점을 다룬 41건의 논문을 분석 대상으로 선정하였다. 선정된 연구 논문은 논문의 출판연도, 논문의 연구 형태, 연구 대상, 연구 방법, 의사결정의 정의 등에 따라 범주화하여 내용 분석을 실시하였다. 의사결정의 의미와 활용된 모형을 살펴 본 결과 의사결정을 명시적으로 정의하는 경우는 드물었으며, 선형적이고 과정적인 모형을 주로 활용하였다. 선행 연구에서 활용한 의사결정 모형에 따른 학생들의 의사결정의 특징으로는 문제 인식은 대체로 나은 편이나 지식수준에 상관없이 정보 탐색에 어려움을 보였고, 준거 마련과 대안 탐색에서는 다양한 가치로 인한 충돌을 쉽게 해소하지 못하는 경향을 보였다. 또한 각 대안의 장단점을 함께 인식하기보다는 장점이나 단점만을 주로 인식하는 경향을 보였다. 이와 같은 의사결정에 영향을 주는 요인으로는 과학의 본성과 과학 지식, 개인적 가치 등 다양한 요인들이 제시되었으나 충분한 근거가 제시되지 못하고 있다. 이에 학생들의 의사결정 능력을 함양을 위해서는 다양한 쟁점의 교수·학습에서의 활용, 자료 수집 방법에 대한 신중한 검토, 다양한 의사결정 모형의 탐색과 지도, 가치 중재를 위한 명시적 활동, 의사결정을 위한 이론적 분석틀 마련이 필요하다. This study, through a literature review, attempts to delineate the features of studies on socio-scientific issues (SSI), and to investigate decision making and the factors affecting decision making. Forty-one papers dealing with SSI, selected through the RISS database, were followed by content analysis: year of publication, type of research, research participants, research method, and so on. The results indicate that only a few of the studies articulated explicit definitions of decision making; although many of studies adapted sequential and descriptive models of decision making. Regarding the process of decision making, the students showed a fair understanding of problem identification while they had difficulties in searching for information and mediating differing values. As well, the students seemed only to be able to recognize the advantages or disadvantages of an alternative. As factors of the decision making process, the nature of science, content knowledge, personal values, and gender difference were investigated. This study suggests several ways to enhance students’ abilities of decision making: the introduction of diverse issues in the classroom, thoughtful consideration concerning data collection methods, exploration of various decision making models, explicit teaching of the mediation of incompatible values, and the development of a theoretical framework for making judgements about the quality of decision making.

      • KCI등재

        물리학자의 연구 문제 발견 사례를 통한 과학적 탐구에 대한 시사점

        조헌국,이봉우 한국물리학회 2021 New Physics: Sae Mulli Vol.71 No.1

        The purpose of this study is to analyze the physicists’ research problem identification process to obtain implications for inquiry teaching. For this purpose, 58 cases of the research problem identification process were collected from 19 physicists and analyzed based on the scientific inquiry process such as problem recognition, research design, conducting research, data analysis, conclusion and reasoning, and evaluation. After that, the focus group had interviews with 3 physicists. The main findings are as follows. Physicists most often found research problems in the process of problem recognition, followed by cases derived from the result of conducting research. Physicists were more inclined to discover new research problems from experiences with and results of previous research rather than everyday experiences. Based on the results of the study we discussed, effective teaching methods for student’s inquiry problem identification. 본 연구는 물리학자들의 연구 문제 발견 과정을 분석하여 학생의 탐구 지도에의 시사점을 얻는 것을목적으로 한다. 이를 위하여 물리학자 19명으로부터 58개의 연구 문제 발견 과정 사례를 수집하여 문제인식, 연구 설계, 연구 수행, 자료 해석, 결론 및 추론, 평가 등의 과학적 탐구 과정 요소를 토대로 분석하고, 물리학자 3명과 함께 초점 집단 면담을 하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다. 물리학자들은 문제 인식과정에서 연구 문제를 찾는 경우가 가장 많았으며, 그 다음으로는 연구 수행 과정에서 나타난 결과로부터발견하는 경우였다. 물리학자들은 일상적 경험보다는 이전의 연구 수행의 경험과 결과로부터 새로운 연구문제를 발견하는 경향이 컸다. 연구의 결과를 바탕으로 학생들의 물리 탐구 과정에서 탐구 문제 발견을 위한 효과적인 지도 방안을 논의하였다

      • KCI등재

        The Past and the Present of Physics Education at a Glance: A Review of International Studies on Physics Education by Using Science Mapping Tool

        조헌국 한국물리학회 2018 New Physics: Sae Mulli Vol.68 No.10

        Since physics was first introduced in school as a means of fostering labor, physics education has contributed much to both society and the scientific community. This study aims at providing an overview of physics education research through science mapping of a large number of references published in international journals up to the present. In this study, 2,089 articles indexed in the Social Sciences Citation Index (SSCI) were extracted from Clarivate Analytics' online database system Web of Science (WoS), and the obtained referential information was analysed using the R solution. Using the biblometrix and the text mining (tm) R-packages, this study performed semantic and knowledge network analyses, such as bibliographic coupling, co-citation, co-word, n-gram and historiograph. The results show the most productive authors and groups as well as the chronological relations among the references. Analysis of science mapping using open-source software not only provides implications for research on physics education in Korea compared to international trends but also allows qualitative and quantitative research to be done in a more systematic way.

      • KCI등재

        대학생들의 과학과 기술의 본성에 대한 인식과 관계에 대한 탐색

        조헌국,이영희 이화여자대학교 교과교육연구소 2019 교과교육학연구 Vol.23 No.1

        본 연구는 106명의 의학계열 전공 학생들을 대상으로 과학의 본성과 기술의 본성의 인식 간에 어떠한 관련성이 있는지 파악하고자 하였다. 이에 따라 설문을 통해 4개의 과학의 본성의 범주와 6개의 기술의 본성 범주 간에 어떠한 관련성이 있는지 살펴보았다. 연구 결과, 과학의 본성 중 과학지식의 본성과 과학적 사고의 본성이 기술의 본성에 대체로 유의미한 상관관계를 보였는데 이 중 산출물로서의 기술은 과학의 본성과 부적 상관을 보여, 타당한 과학의 본성의 이해를 가질수록 기술을 단지 제품이나 산출물에만 국한해 인식하지 않음을 알 수 있다. 그리고 다변량 분산분석 결과를 살펴보면 상관 분석과 달리 과학적 탐구에 따라 기술의 본성의 차이가 더 큼을 알 수 있다. 이를 설명하기 위해 과학의 본성과 기술의 본성을 각각 독립 변인과 종속 변인으로 바꾸어 회귀 분석을 실시한 결과, 과학의 본성이 기술의 본성에 영향을 미치는 것이 아니라, 기술의 본성이 과학의 본성에 더 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 나아가 학생들의 과학의 본성과 기술의 본성에 따른 인식을 토대로 이를 집단적으로 구분할 수 있는지 살펴보기 위해 비계층적 군집 분석을 실시한 결과, 크게 4개의 집단으로 구분됨을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과를 토대로 과학교육에서의 시사점과 후속 연구의 필요성을 제안하였다. This study aimed at examining the relationship between the views of students on the nature of science and the nature of technology. To this end, the questionnaire consisting of four categories of the nature of science (NOS) and six categories of the nature of technology (NOT) was given to a total of 106 life science majors taking the introductory science course. The results showed that the nature of scientific knowledge and scientific thinking were significantly correlated with the nature of technology, while technology as output was negatively correlated with the understanding of the nature of science. The MANOVA showed that unlike the results of correlation analysis, the nature of scientific inquiry revealed higher differences in the nature of technology. In order to explain the gap between the results of correlation and MANOVA, this study adopted regression analysis, and the results showed that the nature of technology had greater influence on the nature of science than the other way around. The result of non-hierarchical clustering analysis found that the students were mainly categorized into four groups with the two axes (NOS and NOT). According to the research findings, this study is expected to have implications for science education and suggested the needs of future research for the related topic.

      • KCI등재

        물리교육에서의 인공지능의 활용 방안에 대한 논의

        조헌국 한국물리학회 2020 New Physics: Sae Mulli Vol.70 No.11

        This study aims at discussing how technologies related to artificial intelligence can be applied to physics education in the near future. Thus, this study concentrates on prevailing technologies such as classification/regression, adaptive learning, natural language processing, and computer vision to resolve contemporary issues in physics education. The precautionary diagnose using predictive analytics enables us to cope with forthcoming student problems and to determine the influential factors among the various features. Adaptive learning based on genetic algorithms allow us to meet various demands on physics learning so that we can teach a variety of students with different learning outcomes. Natural language processing can be useful to overcome the limitations of multiple-choice items and to analyze the diverse responses to teaching and learning in physics. Computer vision and simulation are beneficial to detect student loss of motivation and to make the invisible visible, which are good ways to learn abstract concepts in physics. 본 연구는 최근 주목받고 있는 인공지능에 관한 기술과 방법을 현재 또는 가까운 미래에 물리교육에서어떻게 활용할 수 있는지 제안하고자 하였다. 이에 본 연구에서는 판별 예측과 적응 학습, 자연어 처리, 컴퓨터 비전을 토대로 물리교수학습에서 겪는 어려움을 해소할 수 있는 방안을 제시하였다. 판별 예측을활용한 물리학습 성과에 대한 사전 진단은 잠재적으로 물리 학습에 어려움을 겪는 학생들을 미리 파악해서대처할 수 있으며, 물리학습에 영향을 미치는 다양한 요인 중 무엇이 더 큰 효과를 미치는지 파악할수 있다. 유전 알고리즘을 기초로 여러 방법을 혼합한 적응 학습은 우수한 학생 뿐만 아니라 물리학의기초가 부족한 학생에게 대응할 수 있도록 함으로써 학습 격차 문제를 해소하는 데에 도움을 줄 수 있다. 자연어 처리를 활용한 학습자의 응답에 대한 분석은 선다형 문제가 가지는 학습자의 이해와 사고의제한적 평가 문제를 해결하고, 과정 중심 평가가 보다 현장 속에서 자리잡을 수 있게 하는 데에 도움을줄 수 있다. 컴퓨터 비전과 시뮬레이션을 활용한 교육은 온라인에서의 주의결핍이나 집중력 저하 문제를 해결하고, 중고등학교에서의 실험 부족과 추상적 물리 개념 이해를 돕는 새로운 대안으로 제시될 수 있다.

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