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과학적 소양 함양을 위한 과학사 자료의 활용: Eratosthenes의 지구 크기 측정을 중심으로
정성안,오준영 한국초등과학교육학회 2014 한국초등과학교육학회 학술대회 Vol.67 No.-
본 연구의 목적은 예비초등교사들의 과학적 소양 함양을 위한 과학사 자료로 Eratosthenes의 지구 크기 측정 실험을 제안하는 것이다. 이를 위해 연구자는 과학사와 관련된 문헌 조사를 통하여 과학적 사고 과정이 어떻게 이루어지고 있으며, 이러한 사고 과정에서 Galileo의 추상화, 이상화 전략이 차지하는 위치를 파악하고 Eratosthenes의 지구 크기 측정 실험에 어떻게 적용될 수 있는지 탐색하였다. 문헌 조사 결과 과학적 사고 과정은 일반적으로 가설 설정과 정당화, 가설 검증으로 나누어진다. 여기서 가설 설정과 정당화는 Galileo의 추상화, 이상화 전략과 관련이 있었다. 즉, Galileo는 실제 그의 과학 활동에서 수학적 추상화를 이용하여 유용한 과학적 가설(법칙과 이론)을 형성한 후, 그 가설을 정당화하기 위해서 사고실험을 통한 이상화 전략으로 경험세계와 이론세계를 연결하였다. 가설 검증은 실제 실험이나 관측 자료를 가지고 이루어지는 활동으로 일정 부분 가설 정당화와 관련이 있었다. 연구자는 이러한 과학적 사고 과정을 Eratosthenes의 지구 크기 측정 실험에 적용하여 그의 실험을 재해석하였다.
초등학교 6학년 과학교과서 전자석 단원 내용구성이 교사의 지식구조 정당화 및 학생의 학습에 미치는 영향에 대한 사례연구
정성안,김범기,권재술 한국현장과학교육학회 2012 현장과학교육 Vol.6 No.2
본 연구의 목적은 초등학교 6학년 과학교과서 전자석 단원 내용구성이 교사의 지식구조 정당화 및 학생의 학습에 미치는 영향을 알아보는 것으로,초등교사의 과학수업이 교과서를 매개로 학생들에게 과학개념을 이해하도록 돕는 하나의 논증활동이라는 전제를 기초로 하고 있다. 자료 수집은 문헌연구, 과학에 관심이 많은 6학년 교사 1명과 성적이 상위권인 학생 1명의 수업관찰과 면담을 통해 이루어졌다. 자료 분석은 전자석 단원 내용구성의특징, 전자석 단원 내용구성이 교사의 지식구조 형성에 미친 영향, 전자석 단원 내용구성과 교사의 지식구조가 학생의 학습에 미친 영향 순으로 이루어졌다. 연구결과 전자석 단원 내용구성은 과학과 교육과정의 의도와 달랐고, 과학수업 과정에서 교사의 비과학적 지식구조를 더욱 강화시키고, 학생들의학습에 부정적 영향을 미친 것으로 나타났다. The purpose of this study was to examine the effects of the organization of contents of electromagnet lesson in the elementary school 6th grade science textbook on a justification of teacher’s knowledge structure and a student's learning. This study based on the premise that the elementary school teacher's science class was an argumentation to help students to understand the concepts of science through the medium of textbook. Data was gathered by observation of science classes and interviews from the teacher who have had great interests in science education and the student who have had high score in science. The study analysed the data on the characteristics of electromagnet lesson contents organization in the 6th grade textbook, its effect on the elementary school teacher's knowledge structure, and the effect of electromagnet lesson contents organization and the teacher's knowledge structure on the student's learning consecutively. The results of this study revealed that 1) the organization of contents of electromagnet lesson was different with the intention of science curriculum, 2)strengthened the teacher's unscientific knowledge structure during science classes, and 3) affected the student's learning negatively.
초등교사들이 생각하는 ‘바람이 부는 이유’에 대한 질적연구
채동현,정성안 이화여자대학교 교과교육연구소 2008 교과교육학연구 Vol.12 No.2
본 연구의 목적은 ‘바람이 부는 이유’에 대한 초등교사들의 생각을 알아보고자 함에 있다. 이를 위해 연구자는 연구 참여에 동의한 4명의 초등교사들을 대상으로 면담을 실시하였다. 면담의 주된 질문 내용은 ‘바람이 부는 이유를 무엇이라고 생각합니까?’, ‘바람이 부는 이유를 설명하기 위해 어 떤 실험을 했습니까?’, ‘바람이 부는 이유에 대한 실험과 해륙풍을 어떻게 연결하여 설명하였습니 까?’ 등으로 구성되었다. 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 4명의 초등교사들 모두 ‘바람이 부는 이유’를 정확히 알고 있지 못하고, 그로 인해 나타나는 현상인 기압차나 공기양 등으로 ‘바람이 부는 이유’를 설명하였다. 또 한 바람, 기류, 대류에 대한 명확한 개념을 갖고 있지 못하였다. 둘째, 4명의 초등교사들 모두 ‘바 람이 부는 이유’를 설명하기 위한 실험으로 대류상자실험을 실시하였으나, 대류상사실험 모형이 갖 고 있는 한계점을 인식하지 못해 대류가 일어나지 않으면 실험이 실패한 것으로 생각하였다. 셋째, 초등교사들은 대류상자실험의 설명방식을 그대로 해륙풍에 적용하고 있었다. 이러한 연구결과는 ‘바람이 부는 이유’에 대한 과학과 교육과정, 과학교과서, 실험관찰의 진술이 일관적이고 체계적이 지 못했으며, 대류상자실험이 ‘바람이 부는 이유’와 해륙풍을 연결시켜 설명하기에 적절하지 않은 것에서 비롯되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 연구자는 바람, 기류, 대류 개념의 명확한 정 의, ‘바람이 부는 이유’ 대신 ‘해륙풍이 부는 이유’ 용어 사용, ‘대류상자 실험장치’ 대신 새로운 ‘해 륙풍 실험장치’ 사용, ‘해륙풍이 부는 메커니즘‘과 관련된 차시의 보충을 제안하였다.
논문 포스터 발표 : P-04 ; 전자석 관련 실험수업에서 나타나는 문제들의 해결에 대한 연구
김석주,정성안,박상우,채동현,현동걸 한국초등과학교육학회 2014 한국초등과학교육학회 학술대회 Vol.66 No.-
전자석은 학생들에게 과학에 흥미와 관심을 갖게 하는 학습소재일 뿐 아니라 일상 생활에 사용하는 전기기구와 밀접하게 관련된다. 이러한 까닭으로 제2차 초등학교 과학과 교육과정에서부터 현행 교육과정에 이르기까지 전류의 자기작용 관련 개념들을 학습하기 위하여 줄곧 다루어 왔다. 수차례의 초등학교 과학과 교육과정들을 거치면서 전자석에 관련 실험수업에서 계속적으로 나타나는 어려움의 문제들을 조사한 결과들을 정리해 보면, ``전자석 만들기가 어렵다``, ``전자석의 극을 찾기가 힘들다``, ``전자석 부근에서 철가루가 늘어선 모양이 자석 부근에서처럼 뚜렷하지 못하다``, ``전자석에 붙는 철제 핀이나 철제 클립의 개수 차이가 별로 나지 않는다`` 등이다(김상옥, 1983; 박종욱과 김선자, 1996; 강진필, 2004; 이미경, 2007). 이중에서 특히 ``전자석 만들기가 어렵다``는 문제는 가장 응답수가 많은 것으로 조사되었다(박종욱과 김선자, 1996). 그러나 현행 교육과정에 이르기까지 이에 대한 어떠한 개선이나 해결방안이 제시되지 못하고 있다. 이 연구는 전자석 제작에서 겪는 어려움뿐만 아니라 전자석 관련 실험수업에서 일어나는 문제들을 해결하는 것을 목적으로 한다. 우선적으로는 실험수업을 효율적으로 운영할 수 있는 전자석을 개발하고, 개발된 전자석의 전자기적 특성을 조사하는 과정에서 지금까지의 과학과 교육과정에서 나타난 문제점들을 분석하고 그 해결책들이 제시될 것이다. 이 연구에서 개발된 새로운 전자석은 철심으로 기존 전자석의 철못와 에나멜전선 대신 압연강재인 전산볼트(thread rod, SS400, Φ10 mm)와 비닐 피복전선(VFF, 0.75 mm2)을 사용하는 것을 그 특징으로 한다. 일반적으로 철심은 자기이력효과가 적고 투자율이 높은 방향성의 압연강재인 규소강을 사용한다. 철속에 포함된 규소(Si)는 자기 이력효과를 낮추는 성질을 지니고 있기 때문이다. 전산볼트의 재질인 압연강재(SS400)은 상대투자율 2100인 강자성체이며(김승년, 2012), 규소 함유율이 0.31%로서 자기이력효과가 비교적 적어 철못의 경우와 같이 열처리하는 번거로움이 없을 것이다. 또한 전산볼트는 직경 10 mm의 굵기와 겉면에 산과 골이 있어 전선을 전산볼트의 축에 따라 촘촘히 감기가 편하여 전자석을 제작하는데 2, 3분의 시간이 소요될 뿐이다. 그리고 비닐 피복전선은 어느 정도의 탄성이 있어 철심에 감거나 철심에서 분리하는데 편리하여 재사용할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 철심에 감는 전선의 전기저항에 대한 변인통제가 가능하다. 따라서 개발된 전자석은 전자석이라는 제품이라기보다는 전자석의 원리를 이해하기 위한 실험 기자재로서 활용이 가능하다고 하겠다.