2015 개정 교육과정 물리학 I 교과서의 탐구활동에 포함된 과학 실천

이재승 한국교원대학교 대학원 2018 국내석사

본 연구의 목적은 2015 개정 교육과정의 물리학 I 교과서의 탐구활동에 포함된 과학 실천을 분석함으로써 과학 탐구에 대한 시사점을 얻는 것이다. 이를 위해 NGSS에서 제시한 8가지 과학 실천을 분석틀로 삼아 개정된 물리학 I 교과서에 수록된 탐구활동들을 조사했다. 본 연구에서는 3종의 교과서를 선택하여 각 교과서의 탐구활동에 포함된 과학 실천의 빈도를 조사하였다. 최종적으로 연구 대상에는 3종의 교과서에 제시된 253개의 탐구활동이 포함되었으며, 이들 탐구활동에 포함된 전체 과학 실천의 개수는 528개였다. 연구 결과, 2015 개정 교육과정 물리학 I 교과서에서는 과학 실천 중 ‘설명 구성하기 및 해결책 설계하기’가 가장 많이 포함되어 있었으며, ‘자료 분석 및 해석하기’, ‘정보 수집, 평가, 소통하기’가 그 뒤를 이었다. 반면 ‘모델 개발 및 사용하기’, ‘수학 및 전산적 사고 사용하기’가 포함된 탐구활동의 비율은 낮았으며, 특히 ‘질문하기 및 문제 정의하기’와 연관된 탐구활동은 매우 적었다. 개정된 물리학 I 교과서의 탐구활동에 포함된 과학 실천의 비율은 단원별로 다소 차이를 보였다. 이를테면 ‘역학과 에너지’ 단원에서는 실천 5 ‘수학 및 전산적 사고 사용하기’가 더 높은 비율로 다뤄지고 있었고, ‘물질과 전자기장’ 단원에서는 ‘모델 개발 및 사용하기’의 빈도가 높았다. 한편, 2015 개정 교육과정에 대한 본 연구의 결과들을 2009 개정 교육과정을 대상으로 한 선행 연구의 결과와 비교하면 전반적으로 2015 개정 교육과정 물리학 I 교과서에서 더 다양한 과학 실천을 포함하고 있었으며, 특히 2009 개정 교육과정 물리 I 교과서에선 낮은 비율을 보인 ‘탐구조사 계획 및 수행하기’, ‘증거기반 논증하기’, ‘정보 수집, 평가, 소통하기’의 비율이 크게 증가한 것으로 나타났다. 또한 모든 학년군의 수행기대를 활용하여 탐구활동의 수행기대 수준을 분석한 결과, ‘증거기반 논증하기’의 수행기대 수준이 가장 높았으며, 뒤이어 ‘설명 구성하기 및 해결책 설계하기’, ‘정보 수집, 평가, 소통하기’, ‘수학 및 전산적 사고 사용하기’ 순으로 높았다. 2015 개정 교육과정의 물리학 I 교과서의 탐구활동에는 초등학교 저학년 수준의 수행기대가 가장 많이 포함되어 있었으며, 학년수준이 올라감에 따라 빈도가 줄어들었다. 물리학 I 교과서는 고등학생을 대상으로 함에도 불구하고 가장 높은 과학 실천의 수행기대 수준마저 3-5학년군의 수준에 머물렀다.

그래픽 기반 물리 문제 답안 자동 채점 프로그램 개발 및 유효성 분석

윤석민 한국교원대학교 대학원 2025 국내박사

인공지능 기술의 발전과 함께 자연어 처리 기반의 텍스트 자동 채점 기술은 빠르게 발전해 왔으며, 다양한 상황에 적용되고 있다. 반면, 학생들이 손글씨로 작성한 그래픽 형태의 답안에 대한 자동 채점 연구는 아직 초기 단계에 머물러 있으며, 대부분의 선행 연구는 이미지 분류 방식에 국한되어 있다. 그러나 이미지 분류 방식의 자동 채점은 다량의 정답 및 오답 데이터를 학습용으로 요구하며, 문항 구조가 조금만 달라져도 새로운 모델의 재학습이 필요하다는 한계를 가진다. 아울러, 이러한 모델은 입력과 출력 사이의 결정 과정을 명확히 파악하기 어려운 블랙박스 구조이기 때문에, 해석 가능성과 모델 개선 가능성 측면에서 제약이 존재한다. 본 연구에서는 위와 같은 이미지 분류의 한계점을 극복하기 위해 학생 답안을 학습용 데이터로 사용하지 않고도 다양한 문항에 재활용이 가능하고, 판단 과정에 대한 해석 가능성을 높인 새로운 자동 채점 방식으로서 객체 검출을 활용한 방법과 이미지 컨투어를 활용한 방법을 제안한다. 새로운 방식들은 물리 교육에서 자주 사용되는 그래픽 답안 문항에 적용되어 그 타당성과 활용 가능성을 검토하였으며, 각 방식의 성능과 오분류 사례를 분석하였다. 먼저 객체 검출을 활용하여 기호로 물체의 위치를 나타내는 문항에서 학생이 손으로 그린 원문자의 위치 정보를 자동으로 추출하고, 이를 바탕으로 자동 채점을 수행하였다. 자동 채점 결과 인간 채점과 높은 일치율을 보였으며, 이미지 분류 방식의 자동 채점으로는 처리하기 어려웠던 수정된 답안 사례 역시 효과적으로 채점하였다. 채점 과정에서 발견된 오류의 원인을 파악하고, 이를 채점 알고리즘에 적용시켜 채점 정확도를 향상시키기도 하였다. 이는 객체 검출을 활용한 자동 채점의 해석 가능성을 보여주는 예시이다. 또한, 객체 검출을 통해 획득한 기호 좌표 데이터를 활용하여 응답의 군집 분석을 수행함으로써, 새로운 자동 채점 시스템이 단순한 정·오답 판단을 넘어 학생의 개념 이해 수준을 진단하고 개별화된 피드백 제공 가능성을 제시하였다. 다음으로 이미지 컨투어 방식을 활용하여 학생이 손글씨로 작성한 화살표 답안에서 방향과 길이 등의 벡터 정보를 추출하고 이를 활용해 자동 채점을 수행하였다. 이 방식 역시 인간 채점과의 높은 일치율을 나타냈으며, 학생이 표현한 화살표 방향을 세밀하고 연속적으로 인식할 수 있었다. 연구 결과 화살표가 잘 인식되지 않았던 몇가지 사례를 확인할 수 있었는데, 이미지 컨투어 방식의 높은 해석 가능성을 바탕으로 오분류 사례의 원인을 명확히 해석할 수 있었다. 또한, 이미지 컨투어 방식 역시 답안의 세밀한 군집화가 가능함을 확인하였다. 마지막으로 객체 검출과 이미지 컨투어 방식을 결합하여, 여러 개의 화살표가 포함된 답안에서 화살표를 개별적으로 인식하고 각 화살표의 벡터 정보를 정량화하여 자동 채점하였다. 다양한 특성의 문항에 해당 방식을 적용하여 오분류 사례를 분석하였으며, 이를 통해 자율 물체도·여러 물체의 속도 표기 문항의 자동 채점 가능성을 탐색하였다. 이러한 접근은 학생들의 물리 개념에 대한 이해를 세밀히 평가할 수 있게하는 기반을 제공할 수 있을것으로 보인다. 본 연구는 객체 검출과 이미지 컨투어라는 컴퓨터 비전 기술을 교육적 평가에 적용함으로써, 기존 이미지 분류 방식의 데이터 의존성과 불투명성 한계를 극복하고자 하였다. 새롭게 제안된 방식은 학습용 학생 데이터를 필요로 하지 않으면서도 다양한 문항 형식에 적용 가능하다. 또한 채점 기준을 명시적으로 설정하고 수정할 수 있어 교사의 전문성과 판단이 개입 가능한 구조를 갖는다. 이러한 특징들은 교육 현장에 실용적으로 적용 가능한 자동 채점 모델의 가능성을 제시한다. 특히, 명확한 판단 기준과 해석 가능한 구조 덕분에 채점 과정에서 발생하는 오류 사례들을 체계적으로 분석하고 개선할 수 있으며, 실제로 원문자를 이용한 위치 문항이나 화살표 답안에서 나타난 오분류 사례들을 면밀히 분석하여 학생들의 표기 오류나 모호한 표현을 식별하고 자동 채점 프로세스의 개선 방안을 제안하였다. 더 나아가, 채점 결과로부터 생성된 정보는 학생의 응답을 정량적으로 분석할 수 있는 기초 자료로 활용되며, 이를 통해 학생의 개념 유형을 진단하고 유형별로 적절한 교수 전략을 설계하는 데 기여할 수 있다. 본 연구에서 개발한 자동 채점 모델은 그래픽 답안을 활용한 물리 평가에서 학생의 개념 이해를 보다 정밀하게 진단하고, 교사의 전문적 판단을 적극적으로 반영한 평가 시스템 구축을 지원하는 데 기여할 것으로 기대된다.

과학영재 소집단 협업 평가에서 언어적 상호작용의 지위 및 유형에 따른 성취도 향상과 발화 특징 분석

윤달재 한국교원대학교 교육대학원 2025 국내석사

본 연구는 과학영재학교 학생들이 특수상대성이론 문제를 해결하는 소집단 협업 평가 과정에서 나타나는 언어적 상호작용을 분석하여, 구성원의 지위 및 상호작용 유형에 따른 성취도 향상과 발화 특징을 탐색하는 데 목적이 있다. 이를 위해 특수상대성이론을 주제로 한 문항지를 개발하고, 2단계 협업 평가(단계Ⅰ: 개인 평가, 단계Ⅱ: 모둠 평가)와 사후 평가를 실시하였다. 총 48명의 과학영재학교 2학년 학생들이 4인 1조로 구성된 12개 모둠으로 참여하였으며, 협업 활동 전 과정은 녹음·녹화 후 전사되었으며, 전사된 자료는 발화 분석과 사회 네트워크 분석의 기초 자료로 활용되었다. 상위 수준 진술을 기반으로 위세 중심성을 산출하여 개인의 지위를 주도자, 보조자, 주변자로 분류하고, 외향 연결 비율에 따라 모둠의 상호작용 유형을 소통형, 부분 참여형, 주도형으로 구분하였다. 개인별 성취도 향상은 Hake 지수를 활용하여 산출되었으며, 단계Ⅰ과 비교한 사후 평가의 정답률은 전반적으로 상승하였다. 특히 일부 문항에서는 정답률이 두 배 이상 향상되는 등 협업 평가가 개별 학습자의 인지적 성장에 긍정적으로 기여했음을 확인할 수 있었다. 지위별 성취도 향상은 위세 중심성 점수가 높은 주도자, 보조자, 주변자의 순으로 높았다. 이는 모둠 내 상호작용의 중심에서 적극적으로 역할을 수행한 학습자가 보다 높은 성취 향상을 경험했음을 시사한다. 지위별 발화 특징을 살펴보면, 주도자는 의견 제시, 반론, 기록 관련 발화의 비율이 높았으며, 보조자는 타인의 의견을 지지하는 수용 발화가 주로 나타났다. 주변자는 확인 질문과 단순 설명의 비율이 높게 나타나, 이해 확인이나 간단한 응답 중심의 상호작용에 참여한 것으로 해석된다. 이러한 발화 양상의 차이를 통해 각 지위별 역할 수행 방식의 차이를 이해할 수 있다. 상호작용 유형에 따른 성취도 향상은 부분 참여형 모둠에서 가장 높게 나타났으나, 표본 수가 적고 분산이 커 통계적으로 유의미한 차이를 도출하기는 어려웠다. 상호작용 유형별 발화 특징을 살펴보면, 소통형과 부분 참여형 모둠은 발화 비율 면에서 큰 차이를 보이지 않았으며, 주도형 모둠은 질문과 해설 중심의 의견 제시 발화 비율이 높지만, 반론 및 기록 관련 발화 비율은 낮게 나타났다. 이는 주도형 모둠에서 주도자 중심의 일방향적 상호작용이 이루어지며, 다양한 관점의 교환이나 비판적 상호작용이 제한되었음을 시사한다. 본 연구는 제한된 인원의 과학영재학교 학생을 대상으로 하였으며, 상호작용에 대한 양적 분석에 초점을 맞추었다는 한계가 있다. 그럼에도 불구하고, 과학영재의 협업 과정에서 나타나는 언어적 상호작용의 구조적 특성과 그 학습적 함의를 통합적으로 분석하였다는 점에서 의의를 지니며, 협업 평가의 효과성을 높이기 위한 실천적 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

과학의 날 행사에 참여한 초등학생의 과학적 태도 변화와 인식

김황용 한국교원대학교 교육대학원 2024 국내석사

이 연구의 목적은 과학의 날 행사에 참여한 초등학생의 과학적 태도 및 하위 요인이 어떻게 변하는지 학년과 성별에 따라 살펴보고 과학의 날 행사에 대한 참여 학생의 인식을 알아보는 데 있다. 이를 위해 과학 의 날 행사 활동 주제가 학년 단위로 운영된 초등학교의 3학년에서 6학 년까지 총 266명의 학생을 대상으로 과학적 태도 검사와 과학의 날 행사 에 대한 인식 설문조사를 하였다. 과학적 태도 검사는 김효남 등(1988) 이 개발한 과학적 태도 검사지를 사용하였고, 과학의 날 행사 참여 1주 일 전과 참여 직후 검사를 하였다. 또한 초등학생의 과학의 날 행사에 대한 인식을 알아보기 위하여 ‘흥미로움’, ‘어려움’, ‘유익함’에 대한 설문 조사를 하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 전체적으로 참여 학생들의 과학적 태도는 과학의 날 행사 참여 전과 후를 비교할 때 통계적으로 유의미한 차이가 확인되지 않았다. 그 러나 과학의 날 행사는 참여 학생의 과학적 태도 하위 요소 중 비판성의 향상과 자진성의 감소, 끈기성의 향상에 미치는 영향이 있는 것으로 나 타났다. 학년별로 분석하면 3학년에서는 과학적 태도 감소 및 하위 요소 중 자진성과 창의성의 감소에, 4학년에서는 자진성의 감소와 끈기성의 향상에, 5학년에서는 비판성의 향상과 자진성의 감소에, 6학년에서는 비 판성의 향상과 자진성의 감소 및 창의성의 향상에 과학의 날 행사가 통 계적으로 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 성별로 분석하면 남 학생에게는 비판성의 향상과 자진성의 감소 및 끈기성의 향상에, 여학생 에게는 비판성의 향상과 자진성의 감소에 과학의 날 행사가 통계적으로 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 둘째, 학생들은 과학의 날 행사에 대하여 전반적으로 높은 흥미로움을 나타내는 것으로 나타났고 성별로는 남학생이, 학년별로는 저학년일수록 더 높은 흥미로움을 나타냈다. 또한 학생들은 과학의 날 행사에 대하여 전반적으로 어려움이 없는 것으로 나타났으나 활동 주제에 따라서 어려 움이 성별로 차이가 있는 것으로 나타났다. 그리고 학생들은 과학의 날 행사에 대하여 전반적으로 높은 유익함을 느끼는 것으로 나타났으나 성 별로는 남학생이 여학생보다 더 높은 유익함을 나타냈으며 유익함에 대 한 남녀 차이는 고학년일수록 더 커지는 것으로 나타났다. 이처럼 초등학교에서의 과학의 날 행사는 참여 학생의 과학적 태도 변 화와 과학의 날 행사에 대한 학생의 인식 형성에 영향을 미치므로, 학교 현장에서 학년과 성별 및 학생의 과학의 날에 대한 인식을 고려한 과학 의 날 행사 운영 방안을 제시하였다.

예비 과학교사의 맥락에 따른 뉴턴 제3 법칙의 이해

홍지은 한국교원대학교 대학원 2024 국내석사

예비 과학교사의 맥락에 따른 뉴턴 제3 법칙의 이해 홍 지 은 한국교원대학교 대학원 물리교육 전공 (지도교수 최 혁 준) 맥락은 전반적인 과학 교육에서 학습자의 개념 변화를 일으키는 주요 요인으로 꼽힌다. 맥락이 포함된 문제 상황은 학생들의 흥미를 유발하기 도 하지만 답변에 대한 자신감을 떨어트리며 개념 적용에 대한 어려움을 유발할 수 있다. 힘 개념은 물리학의 기초 개념이지만, 학생들은 학습 이 전의 경험에 의해 오개념을 가지기 쉬우며, 맥락에 의존한 잘못된 해석 을 하기도 한다. 앞으로 학생들을 가르칠 예비 교사의 경우 이에 대한 올바른 개념을 가져야 함은 당연하다. 이 연구는 뉴턴 제3 법칙에 대한 예비 과학교사의 맥락에 따른 이해를 알아보는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 80명의 예비 과학교사를 대상 으로 Chen, Bao, Fritchman & Ma(2021)이 개발한 뉴턴 제3 법칙에 대 한 인과 추론 검사지를 사용하여 맥락에 따른 응답 차이를 확인하였으 며, FCI를 사용하여 힘 개념을 확인하였다. 연구 결과 예비 과학교사들은 뉴턴 제3 법칙에 대한 이해가 맥락에 따 라 차이가 나타났으며, 힘 개념 이해 수준이 높을수록 뉴턴 제3 법칙 맥 락 의존도는 낮게 나타났다. 또한, 고등 물리학 이수는 힘 개념 이해 수 준은 높였지만, 뉴턴 제3 법칙 맥락 의존도를 낮춘다는 결과는 나타나지 않았다. 주요어 : 맥락, 뉴턴 제3 법칙, 예비 과학교사 ※ 이 논문은 2024년 8월 한국교원대학교 대학원위원회에 제출된 교육학 석사학위 논문임.

과학사적 일화를 활용한 모둠 토론 활동이 고등학생의 과학의 본성 이해에 미치는 영향

손미현 한국교원대학교 교육대학원 2025 국내석사

본 연구는 과학사적 일화를 활용한 모둠 토론 활동이 학생들의 과학의 본성 이해에 미치는 영향을 탐구하기 위해 수행하였다. 과학적 사고와 탐구를 강화하는 데 있어 중요한 과학의 본성은 과학교육에서 학생들에 게 과학적 개념뿐만 아니라 과학적 사고방식을 이해시키는 것이 필수적 이다. 그러나 전통적인 과학교육은 종종 과학의 본성에 대한 심층적이고 실질적인 이해를 제공하는 데 한계가 있다. 이에 본 연구는 과학사적 일 화를 활용한 모둠 토론 활동이 학생들의 과학의 본성 이해에 어떤 변화 를 가져오는지를 분석하고, 이와 관련하여 집단 간 차이를 파악하고자 하였다. 특히 과학 분야 진로 계열 및 과학성적에 따라 과학의 본성 이 해에 차이가 있는지를 확인하는 데 중점을 두었다. Chen이 개발한 VOSE(View on Scienceand Education Questionnaire)를 를 활용하여 학생들의 과학의 본성에 대한 이해를 검사하였으며, 과학사 적 일화의 소재로는 Wandersee와 Roach(1998)가 개발한 상호작용적인 역사적 일화를 이용하여 과학 모둠 토론 활동지를 제작하였다. 한 학기 동안 과학 모둠 토론 활동을 진행한 후, 학생들의 과학의 본성에 대한 이해를 다시 검사하였다. 연구 결과, 과학사적 일화를 활용한 모둠 토론 활동이 과학의 본성 이 해에 긍정적인 영향을 미쳤으며, 진로 계열과 과학성적에 따라 효과가 다르게 나타났다. 이러한 결과는 과학사적 접근이 학생 개개인의 학습 필요와 특성에 맞게 조정될 때 더욱 효과적일 수 있음을 시사한다. 대체로 학생들은 과학사적 일화를 활용한 모둠 토론 활동에 대해 긍정 적인 반응을 보였으며, 과학 개념의 이해, 과학적 사고 방식, 그리고 과학 의 사회적·역사적 이해 등 과학의 본성을 이해하는 데 도움이 되었다고 평가했다. 이는 과학의 본성을 학습하는 데 효과적인 도구임을 입증하였다.

영재교육원 과학영재 지도교사의 수행 및 어려움 분석

김태희 한국교원대학교 대학원 2025 국내석사

본 연구는 영재교육원에서 과학영재를 지도하는 교사들의 영재교육에 대한 수행과 영재 지도를 하면서 겪는 어려움을 분석하는 데 목적이 있다. 이를 위해 2024년 영재교육원에서 초등학교와 중학교 과학영재를 지도 하는 교사 3명을 대상으로 설문조사와 면담을 통해 자료를 수집하고 분석하였다. 영재교육원의 과학영재 지도교사의 수행과 어려움을 알아보기 위해서 타당도를 검증한 설문조사를 실시하였다. 설문조사를 통해 얻은 자료를 분석한 후 추가로 자세히 알고 싶은 내용에 대한 반구조화된 면담 질문을 작성하였다. 면담은 연구 참여자의 면담 과정에 대한 녹음 동의를 얻은 후 1시간 동안 개인별 전화 인터뷰 방식을 통해 진행하였다. 녹음한 면담 내용 모두 전사하였고, 설문과 면담을 통해 수집한 자료는 설문지에 제시된 문항 순서대로 초기 코딩하여 연구 참여자 경험의 전체 의미를 분석하는 데 도움이 되고자 하였다. 이후 연구 참여자의 경험에 대한 본질적 구조를 알아보기 위해 Giorgi의 기술적 현상학적 방법으로 분석하였다. 분석한 결과 영재교육원 과학영재 지도교사의 수행은 ‘고차원적 영재 맞춤형 교육’, ‘교사 역량 성장’, ‘탐구 중심 과학 지도’, ‘과학 연구 발표 지도’, ‘영재교육원의 특성화’의 5가지 형태로 나타났다. 지도교사는 수준 높은 영재에 대한 맞춤형 교육을 제공하기 위해서 교사 스스로 역량을 강화하고 사고력 향상을 위한 탐구 중심 실험 수업을 과학 연구 발표 지도와 연계하여 지도하였다. 지도교사는 전반적인 수행에 있어서 파견교 사의 지원을 받으며 다른 영재기관보다 높은 수준의 영재를 지도하였고, ABCD 관찰 수시 평가를 통해 평가의 다양성 확보하는 현 영재교육원 만의 특성화를 반영하여 수행함을 알 수 있었다. 영재교육원 과학영재 지도교사가 겪는 어려움에는 ‘학생 특성 고려’, ‘과학적 자원 부족’, ‘시간 부족’의 3가지 형태로 나타났다. 이는 지도교 사가 고차원적 영재의 기대 충족을 위해서 개별 특성을 면밀히 고려 하는 데 어려움을 겪고 있었으며, 태블릿 수량 부족, 인터넷 서버 접속 불가, 예산 축소의 물리적 환경 자원의 부족과 영재의 개별 특성 파악과 과학 연구 발표 지도 시 효과적인 지도를 위한 시간이 부족하다는 점에서 어려움을 겪고 있다는 것을 알 수 있었다. 이 연구는 한 곳의 영재교육원에서의 과학영재를 지도하는 교사를 대상 으로 한 점에서 연구 결과를 일반화하기에 다소 한계가 있지만 제5차 영재교육진흥종합계획(2023)에서 강조한 영재교육기관 운영의 특성화를 알아보았다는 데 의의가 있다.

페르소나 설정에 따른 GPT의 힘 개념 이해 비교 : 성향, 학습 능력, 오개념을 중심으로

최광현 한국교원대학교 대학원 2025 국내석사

GPT와 같은 언어 모델을 효과적으로 활용하기 위해 페르소나가 주목 받고 있으며, 이때 페르소나란 재현하고자 하는 특성이나 행동 등을 의 미한다. 본 연구는 페르소나 설정에 따른 GPT의 힘 개념 이해의 차이를 파악하는 것에 그 목적이 있다. 이를 위해 힘 개념 검사 문항을 GPT-4-0613 모델에 적용하였으며, 페르소나는 성향과 학습 능력 그리 고 오개념으로 구분하였다. 이에 따른 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 성향에 따른 GPT의 힘 개 념 이해에서 외향 및 내향에 따른 차이는 나타나지 않았지만, 학습 능력 에 따른 비교에서는 학습 능력이 높은 집단이 낮은 집단보다 더 높은 평 균 순위를 보여, 집단 간 유의미한 차이가 있었으며, 성향과 학습 능력이 다른 네 개의 집단을 분석한 결과 외향적이고 학습 능력이 다른 두 집단 사이에서만 차이가 있는 것으로 나타났다. 더불어 힘과 관련된 하위요인 에 따라 분석한 결과, 운동학, 중첩, 힘의 종류와 같은 하위요인에 대해, 외향적이며 학습 능력이 낮은 집단과 내향적이며 학습 능력이 높은 집단 간 차이가 나타났으며, 같은 성향을 설정하였으나 다른 학습 능력을 가 진 각각의 집단 사이에서도 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 둘 째, 뉴턴의 운동 법칙에 대한 오개념을 페르소나로 설정한 집단 사이에 서 힘 개념 이해에 대한 차이는 매우 큰 것으로 나타났다. 특히, 뉴턴 제 2 법칙 오개념을 가진 집단이 다른 두 집단에 비해 유의미하게 높은 평 균 순위를 보였으며, 제3 법칙 오개념을 가진 집단이 가장 낮은 순위를 보인 것으로 나타났다. 하위요인별 분석 결과, 모든 하위요인에서 뉴턴 제3 법칙을 오개념으로 설정한 집단의 순위가 모두 낮았으며, 제2 법칙 집단의 순위가 가장 높았고, 이때 두 집단은 매우 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 페르소나 설정이 GPT의 힘 개념 이해에 영향을 미칠 수 있음을 보여주며, 특히 학습 능력과 오개념 페르소나가 중요한 변수로 작용함을 시사한다. 본 연구는 GPT와 같은 언어 모델의 교육적 활용 가 능성을 높이기 위한 자료를 제공하며, 페르소나 설계를 바탕으로 AI의 다양한 교육적 활용 방법에 대한 논의의 기반을 마련하고자 한다.

역학적 평형 문제에서 지속적 불일치 상황에 대면한 대학생의 사고과정 분석

안준호 한국교원대학교 2017 국내석사

이 연구에서는 역학적 평형 개념을 바탕으로 만든 문항을 활용해 대학생이 지속적 불일치 상황에 대면했을 때의 사고과정을 분석하여 응답 유형과 반응의 원인을 분석하였다. 연구 대상은 청주시와 부산광역시에 위치한 두 대학교의 물리교육과 학생 23명이며, 이 중에서 처음 질문에 대한 예상이 같은 20명의 학생을 분석대상으로 선정하였다. 연구 방법은 지속적 불일치 상황을 유도할 수 있는 검사 도구를 개발하여 개인별로 검사를 시행하였으며, 이후 1대1 면담을 통해 필요한 정보를 수집하였다. 검사 시행 과정에서 학생들이 작성한 질문지 작성 자료와 면담 내용을 분석한 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 불일치 상황을 지속시키기 위해 계속해서 불일치 자료를 제시하였을 때, 학생들의 예상 변화 과정은 다양하게 나타났다. 검사를 시행하는 동안 예상의 변화 과정이 같은 학생을 같은 응답의 유형으로 분류했으며, 이들의 특성이 잘 나타날 수 있도록 응답 유형의 이름을 예상 변화에 따라 A와 B의 조합으로 나타내었다. 지속적 불일치 상황에서의 학생들의 응답 유형은 총 7가지로 나타났다. 둘째, 지속적 불일치 상황에서 응답 유형에 따라 예상 변화 과정이 다른 이유를 분석하기 위해 매 순간 불일치 상황에서 학생의 반응을 확인하였다. 매 순간 불일치 상황에서 학생들은 거부, 보류, 선택, 비판적 수용, 무비판적 수용의 5가지 반응을 나타내었다. 셋째, 지속적 불일치 상황에서 응답 유형에 따른 특징을 분석한 결과, 처음 예상에 대한 확신도가 낮은 학생일수록 불일치 상황에서 예상을 쉽게 바꾸는 경향이 있다는 것을 확인하였다. 그리고 학생들은 자신의 생각을 확증해주는 증거를 더 수용하는 경향이 있었으며, 연구에서 사용된 지속적 불일치 상황이 인지갈등을 일으키는데 효과적이라는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 개념 변화 수업의 학습 과제 개발 및 학생 특성에 맞는 적절한 피드백 선정을 위한 자료로 활용할 수 있다. 그리고 학교 현장에서의 개념 변화 수업을 개발할 때, 본 연구의 방법을 참고하여 개발할 수도 있을 것이다.

2015 개정 교육과정 적용에 따른 고등학생의 과학과 핵심역량 성취와 교사의 수업 적용

김창현 한국교원대학교 2020 국내석사

본 연구의 목적은 2015 개정 과학과 교육과정을 이수함에 따른 학생들의 과학과 핵심역량의 변화와 이에 영향을 끼치는 요소를 파악하고, 과학 교사들이 2015 개정 과학과 교육과정을 수업에 적용하기 위해 어떤 시도를 하였는지 알아보는 것이다. 연구 대상은 고등학교에서 과학 교과를 수강한 2018학년도 2학년 학생 82명과 2019학년도 2학년 학생 129명, 2019학년도 2학년 과학과 교과 수업을 담당한 교사 4명이다. 2015 개정 과학과 교육과정 2학년 과정에 들어가는 학생들을 대상으로 과학과 핵심역량 사전검사를 하고, 학년말에 과학과 핵심역량 사후검사를 실시하였다. 2009 개정 과학과 교육과정 2학년 과정을 이수한 학생들에게도 과학과 핵심역량 검사를 실시하였다. 또한, 2학년 과학 교과 수업을 한 교사를 대상으로 과학과 핵심역량을 수업에 반영하기 위해 어떤 노력을 하였는지에 대해 면담을 실시하였다. 과학과 핵심역량 검사를 통한 결과, 2015 개정 과학과 교육과정을 적용한 학생의 과학적 사고력과 과학적 의사소통 능력이 향상된 것으로 나타났다. 남학생이 여학생보다 과학적 사고력, 과학적 참여와 평생학습능력이 높은 것으로 나타났다. 하지만 2학년 과정을 이수하면서 남학생에게서는 과학과 핵심역량의 유의미한 변화가 없었지만, 여학생에게서는 과학적 탐구능력을 제외한 나머지 모든 과학과 핵심역량에서 유의미한 증가가 나타났다. 활동 중심의 수업이 여학생들의 과학과 핵심역량 향상에 더 큰 효과가 있었다. 성적은 과학과 핵심역량에 다소 높은 상관관계를 가지고 있었으며, 성적 수준 집단에 따른 분석과 상관관계 분석 결과 과학적 문제해결력, 과학적 참여와 평생학습능력에서 특히 관련성이 높은 것으로 분석되었다. 학생들에게 과학과 핵심역량을 설명한 후 자신이 과학과 핵심역량을 물었을 때, 학생들은 자신의 과학과 핵심역량을 잘 인식하고 있다는 것으로 나타났다. 학생의 진로 희망에 따른 과학과 핵심역량 비교에서 이공계열 진로를 희망하는 학생의 과학과 핵심역량들이 모두 높은 것으로 나타났으며, 특히 과학적 문제 해결력, 과학적 참여와 평생학습능력에서 차이가 컸다. 2015 개정 과학과 교육과정을 이수한 학생의 과학과 핵심역량을 2009 개정 과학과 교육과정을 이수한 학생과 비교하였을 때, 과학적 의사소통 능력만 높아진 것으로 나타났다. 교사 면담 결과를 정리하면, 신규 임용된 교사를 제외하고는 과학과 핵심역량에 대한 이해의 정도가 매우 낮은 것으로 나타났으며, 2015 개정 과학과 교육과정이 적용되면서 교사들은 학생 활동 중심의 수업을 늘리고 수행평가 비중을 높혔다. 강의식 위주로 수업을 구성한 한 명의 교사를 제외하고는 발표 수업과 모둠별 토의 활동을 실시하였다. 강의식 위주의 수업한 한 명의 교사를 제외한 나머지 교사들은 자신의 수업에 잘 반영된 과학과 핵심역량으로 과학적 의사소통 능력을 언급하였으며, 이는 학생들의 과학과 핵심역량 검사의 결과와 일치하였다. 수업에 잘 반영되지 않은 과학과 핵심역량에 대해서는 다양한 응답이 있었으나 과학적 문제해결력의 향상을 위한 수업 구성이 어려웠다는 의견을 제시한 경우도 있었다.