구인 모델링 방식을 적용한 초등학교 4˜6학년 학생들의 물의 순환에 대한 학습 발달과정

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study developed assessment items in an attempt to examine the water cycle learning progressions of elementary school students in grades 4-6 and analyzed the items using item response theory. In addition, the study presented those students' learning progressions for the water cycle based on the analysis results.
For the purpose of this study, an assessment program was administered over two times employing construct modeling approach. The first stage of the primary assessment was to create a construct map for students' conceptual understanding of the water cycle found in previous studies. Ordered multiple-choice items were developed in view of the construct map and presented to 276 elementary school students in grades 4-6. A partial credit model was used to analyze item-parameter estimates derived from the results of those items, and the first learning progression was presented from the analysis results. An adaptive teaching-learning process plan was developed based on the presented first learning progression and administered over ten times to 4th grade students and two times to 6th grade students. For the secondary assessment, an assessment tool was created using the first learning progression as a construct map and the characteristics of the items were analyzed with the results from the implementation of the assessment tool. As a result, the second learning progression for the water cycle was presented.
The results of this study can be summarized as follows: This study attempted to examine the water cycle learning progressions with assessment items developed for that purpose. First, ordered multiple-choice items were developed using a construct modeling approach to determine how students understood the concept of the water cycle. Second, the items developed in this study were analyzed using a partial credit model, and the analysis findings showed that they are appropriate to ask students about their level of understanding of the water cycle. Third, learning progressions were improved with the use of item analysis results.
This study presented the learning progressions for the water cycle. As a result, first, the understanding of the water cycle known from previous studies could be divided into two aspects: distribution and movement of water. Second, we were able to identify students' current level of understanding about the water cycle. Elementary school students in grades 4-6 had difficulty understanding how water can exist in an invisible state like vapor or underground water. Their level of understanding about the distribution of water in the biosphere was not high either, with no significant difference among grades. Third, the application of a learning progression-based adaptive teaching-learning process plan was found to promote the development of students' understanding level.
In this sense, classroom-based pedagogic approaches should be taken into consideration so as to help elementary school students in grades 4-6 improve their understanding of the water cycle which was found in this study to be at a low level and further it is required for the courses of study to be arranged in such as way that they can promote the development of learners' understanding.

국문 초록 (Abstract)

이 연구의 목적은 물의 순환에 대한 초등학교 4～6학년 학생들의 학습 발달과정 조사를 위한 평가 문항을 개발하여 이를 문항 반응 이론을 이용해 분석하고, 그 결과를 바탕으로 초등학교 4～6학년 학생들의 물의 순환에 대한 학습 발달과정을 제시하는 것이다.
이를 위해 구인 모델링 방식을 적용한 평가 시스템을 2회에 걸쳐 시행하였다. 1차 평가 시스템의 첫 단계로 선행 연구에서 드러난 아동들의 물의 순환에 대한 개념 이해 수준을 구인 구성도를 작성하였다. 이를 바탕으로 순위정렬 선다형 문항을 개발하여 초등학교 4학년~6학년(276명)에게 투입하였다. 문항의 결과로 도출된 문항 추정 모수치를 부분 점수 모형으로 분석하였으며, 이를 바탕으로 1차 학습 발달과정을 제시하였다. 제시한 1차 학습 발달과정을 바탕으로 적응적 교수․학습 과정안을 개발하여 4학년 총 10차시, 6학년 총 2차시에 걸쳐 적용하였다. 이후 2차 평가 시스템에서는 1차 학습 발달과정을 구인 구성도로 활용하여 2차 검사 도구를 제작하고, 이를 실시하여 얻은 결과로 문항의 특성을 분석하였다. 이 결과를 바탕으로 2차 물의 순환에 대한 학습 발달과정을 제시하였다.
본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 물의 순환에 대한 학습 발달과정을 조사하기 위한 문항 개발의 결과로 첫째, 물의 순환에 대해 현재 아동이 가지고 있는 개념을 파악하기 위해 구인 모델링 방식을 사용하여 순위정렬 선다형 문항을 개발하였다. 둘째, 본 연구에서 개발한 문항을 부분 점수 모형을 활용해 분석한 결과, 아동의 물의 순환에 대한 이해 수준을 묻는 데 적합한 문항으로 판정되었다. 셋째, 문항 분석의 결과를 사용하여 학습 발달과정을 개선하였다.
물의 순환에 대한 학습 발달과정을 제시한 결과로 첫째, 선행 연구에서 조사된 물의 순환 이해 양상은 크게 물의 분포와 물의 이동으로 나눌 수 있었다. 둘째, 학생들의 물의 순환에 관련한 현재의 이해 수준을 파악할 수 있었다. 초등학교 4~6학년 학생들은 수증기나 지하수처럼 눈에 보이지 않는 상태의 물이 어떻게 존재하는지 이해하기를 어려워하였다. 생물권에서의 물의 분포와 관련한 이해 수준 또한 높지 않았다. 또한 학년에 따른 수준의 분화가 나타나지 않았다. 셋째, 학습 발달과정을 근거로 한 평가 적응적 교수․학습 과정안을 적용한 결과, 학생들의 이해 수준 발달을 촉진시켰다.
따라서 본 연구에서 파악된 초등학교 4~6학년 학생들의 물의 순환 관련 이해 중 낮은 이해 수준의 발달을 촉진시킬 수 있는 교실 단위의 교수학적 방법에 대한 고민이 필요하며, 학습자의 이해 발달을 촉진할 수 있도록 교육과정의 내용 수준이 배치가 요구된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 1
• 2. 연구 문제 및 제한점 5
• Ⅱ. 이론적 배경 6
• 1. 학습 발달과정 6
• 2. 물의 순환 9
• 3. 부분 점수 모형 13
• 4. 구인 모델링 방식 15
• Ⅲ. 연구 방법 18
• 1. 연구 대상 18
• 2. 연구 과정 19
• Ⅳ. 연구 결과 22
• 1. 문항 개발과 분석 22
• 가. 구인 특화 단계 22
• 나. 평가 문항 개발 24
• 다. 평가 결과 기술 28
• 라. 측정 모델 적용 35
• 2. 학습 발달과정 50
• 가. 1차 학습 발달과정 50
• 나. 2차 학습 발달과정 57
• 다. 초기․ 후기의 개념 이해 수준의 비교 63
• Ⅴ. 결론 및 제언 71
• 참 고 문 헌 74
• ABSTRACT 80
• 부록 84
• [부록 1] 1차 순위정렬 선다형 문항 84
• [부록 2] 2차 순위정렬 선다형 문항 88
• [부록 3] 평가 적응적 교수․학습 과정안 예시 91
• [부록 4] 학습 발달과정과 2007 교육과정의 비교 95