진화 개념 이해를 위한 논변 활동 과정에서 생물 전공 교사 포함 여부에 따른 진화 개념 및 담화 차이 분석

정선영 한국교원대학교 대학원 2017 국내석사

이 연구는 진화 개념 이해 향상을 위한 프로그램을 이용하여 생물 전공 교사 포함 여부에 따른 소집단 논변활동을 진행하는 과정에서 드러난 담화를 중심으로 소집단 간에 드러난 진화 관련 오개념의 차이를 확인하고, 소집단 별 발언 기능 차이, 주제별 소재에 따른 증거 제시의 차이를 확인하고자 하였다. 연구에서 이용한 논변활동 프로그램은 총 7차시에 걸쳐 진화의 핵심 개념 8가지를 순차적으로 이해시키기 위해 순환학습모형으로 구성이 되었다. 본 연구는 잠정적인 논변 및 소집단 내 논변에서 이루어진 담화를 중점적으로 분석하여 차이를 알아냈다. 생물 전공 교사 포함 여부에 따른 담화의 차이를 확인하고자 소집단 구성은 생물 전공 집단, 전공 혼합 집단, 생물 비전공 집단으로 나누었다. 캠코더 및 녹음기를 설치하여 촬영 및 녹음한 결과를 전사하여 총 303쪽의 전사물을 확보하였다. 소집단별로 드러난 오개념과 발언 기능의 차이는 연구자 및 석사과정 2인이 각각 코딩하여 일치되지 않은 부분은 수차례 논의를 거쳐 최종적으로 과학교육전문가 1인의 검토를 통해 결과를 도출하였다. 연구 결과 생물 교사 포함 정도에 따라 진화 개념을 이해하고 논변을 진행하는 과정 속에서 발언 기능 중 정보 찾기에서 생물 전공 교사 집단은 개념에 대한 정보 요구 발언보다는 구성원 간 견해나 관점을 요구하는 발언을 사용하는 것으로 나타났고, 진화 개념 또는 해결해야하는 과제와 무관한 발언 또한 적게 사용하는 것으로 나타났다. 생물 비전공 교사 집단은 다른 두 집단에 비해 가장 다양한 오개념이 나타났는데, 특히 경쟁 개념에 관한 논변활동에서 목적론적 설명과 내부의지적 설명을 나타냈다. 따라서 목적론적 설명과 내부의지적 설명이 주로 드러나는 경쟁 개념을 일반적인 의미에서의 경쟁 개념과 구분지을 수 있는 교수적 전략 개발이 필요하다. 세 집단에서 공통적으로 드러낸 오개념으로는 정향진화 오개념이 있었는데 긴 시간에 대한 인식이 부족함에 따라 동반된 것으로 해석된다. 전공 교사 및 비전공 교사 모두에게서 드러난 대진화 개념 관련한 긴 시간에 대한 이해를 도울 교수적 전략도 필요하다고 본다. 표면적인 지식을 측정하는 진화 개념 검사지와는 달리 진화 개념 이해에 관한 논변활동은 전공 교사와 비전공 교사 간 개념 이해 정도의 차이가 있기에 좋은 도구가 될 수 있으며, 논변활동 및 진화에 대한 개념 부족 향상을 위한 교사교육 프로그램 개발의 필요를 시사한다고 볼 수 있다.

고등학교 영재 학생을 위한 생물정보학 수업 프로그램 개발 및 적용 : 염기서열 비교를 통한 계통수 작성 활동을 중심으로

박영선 한국교원대학교 대학원 2026 국내석사

고등학교 영재 학생을 위한 생물정보학 수업 프로그램 개발 및 적용 -염기서열 비교를 통한 계통수 작성 활동을 중심으로 박 영 선 한국교원대학교 대학원 생물교육 전공 (지도교수 차 희 영) 진화는 생명과학의 핵심 개념이며, 계통수는 생물 간의 진화적 관계를 공통 조상과 분기 구조로 표현하는 중요한 과학적 모델이다. 그러나 학생들은 진화 를 목적론적이거나 직선적인 과정으로 이해하거나, 계통수를 단순한 분류 도 식으로 인식하는 등 진화 및 계통수 개념에 대해 지속적인 오개념을 지니고 있다. 또한, 국내 고등학교 영재 교육에서는 진화를 과학적으로 접근할 수 있 는 탐구 기반의 생물정보학을 활용한 진화 및 계통수 교육이 제한적으로 이 루어지고 있다. 이에 본 연구는 고등학교 영재 학생을 대상으로 생물정보학 도구를 활용한 계통수 작성 중심의 진화 수업 프로그램을 개발하고, 적용하여 교육적 효과를 검증하는 것을 목적으로 한다. 연구 대상은 강원도 H군 소재 K고등학교 예비 2, 3학년 영재 학생 23명이었으며, 수업 프로그램은 Renzulli 의 삼부심화학습모형을 기반으로 총 12차시로 구성되었다. 학생들은 GenBank 와 MEGA 프로그램을 활용하여 SARS-CoV-2 및 Cytochrome b 염기서열 데이 터를 분석하고, 계통수를 추론·비교·해석하는 탐구 활동을 수행하였다. 연 구 결과 첫째, 개발된 생물정보학 기반 수업 프로그램은 학생들의 자연선택 개념, 진화 개념, 계통수 사고 모두에서 통계적으로 유의미한 향상을 보였다. 특히, 계통수 사고에서 가장 많은 학생의 비율로 향상이 나타났다. 둘째, 자연 선택 개념과 진화 개념 간에는 유의미한 상관관계가 확인되었으나 계통수 사 고는 두 개념과 상관관계가 드러나지 않아 두 개념과는 다른 독립적인 인지 영역임이 확인되었다. 셋째, 학생들은 계통수가 단순한 시각적 표현이나 분류 도식이 아니라, 유전적 데이터를 정량적으로 분석하여 도출된 과학적 사실에 기반한 모형임을 명확히 이해하게 되었다. 본 연구는 계통수 사고에 대한 명 확하고 절차적, 과학적 교육의 필요성을 제시하며, 데이터 기반 과학 탐구를 강조하는 2022 개정 과학과 교육과정의 방향성에 부합하는 교육적 시사점을 제공한다. ※ 이 논문은 2026년 2월 한국교원대학교 대학원 위원회에 제출된 교육학 석사 학위 논문임.

생물 분류 과제의 자기조절 과정에서 나타나는 생물전공 및 비전공 대학생의 두뇌 활성 분석

이수민 한국교원대학교 대학원 2023 국내석사

Self-regulation is the process of seeing an event, maintaining equilibrium, or moving to disequilibrium depending on whether it fits into the current schema or not, and then creating a new schema through feedback to get back to equilibrium. Self-regulation plays an important role, especially when learning life sciences, by having high cognitive flexibility and information processing ability. The purpose of this study is to analyze brain activation using fNIRS the self-regulation and its sub-processes such as assimilation, conflict, and accommodation that occurred in biology major and non-major university students while performing their biological classification tasks, and to compare the differences between groups. fNIRS was used to measure and analyze the brain activation of 18 biology major university students and 21 non-major university students. As a result, it was confirmed that there was a difference in activation of the BA 47 as a result of comparing the two groups in the self-regulation process. This suggests that biology major university students have a high ability to generate and understand linguistic information related to life science. Biology major university students demonstrated greater OFC activation during assimilation than non-major students. This suggests that biology major university students have active motivation and reward systems when learning life sciences. Biology major university students had lower BA 46 and higher BA 47 activation during the conflict process than non-major university students. It seems that the biology major university students performed the task through access to long-term memory, while the non-major university students used recent memory. The right DLPFC and FP revealed low activation during the accommodation process. This shows that non-major university students who have relatively little experience learning life sciences need a high level of understanding to acquire knowledge when learning life sciences. The difference in the learner's major and learning experience can, therefore, be the reason for the difference in brain activation between the two groups during the process of self-regulation. Based on the study results, it is now possible to explain self-regulation systematically and scientifically using neuroscientific methodologies, which was challenging to do using conventional research techniques. In addition, an effective education system can be prepared based on the learner's neuroscientific results and deep learning. 자기조절은 현상 관찰 후 자신의 기존 도식과의 합치 여부에 따라 평형을 유지하거나 비평형으로 변하게 되어 피드백을 통해 새 도식을 형성하여 평형에 이르는 과정이다. 자기조절은 높은 인지적 유연성과 정보 처리 능력을 가짐으로써 특히 생명과학을 학습할 때 중요한 역할을 담당한다. 따라서 본 연구의 목적은 생물전공 및 비전공 대학생이 생물 분류 과제를 수행하는 동안 나타나는 자기조절 과정과 동화, 갈등, 조절 과정에서의 두뇌 활성을 신경과학적으로 분석하고 집단 간 차이를 비교하는 것이다. 생물전공 대학생 18명과 비전공 대학생 21명을 대상으로 fNIRS를 활용하여 두뇌 활성을 측정하고 이를 분석하였다. 그 결과 자기조절 과정에서는 두 집단 비교 결과 BA 47에서 활성 차이가 있음을 확인하였다. 이는 생물전공 대학생이 생명과학과 관련된 언어적인 정보를 생성 및 이해하는 능력이 높다는 것을 알 수 있다. 생물전공 대학생들은 동화 과정에서 비전공 대학생보다 동기와 보상에 관련된 영역인 OFC의 활성이 확인되었다. 이는 생물전공 대학생이 생명과학 학습과 관련된 동기 및 보상체계가 활발하다는 것을 알 수 있다. 갈등 과정에서는 생물전공 대학생이 비전공 대학생에 비해 BA 46의 낮은 활성과 BA 47의 높은 활성이 나타났다. 이는 생물전공 대학생들이 장기 기억에 접근하는 반면 비전공 대학생들은 최근 기억을 활용한 것으로 보인다. 조절 과정에서는 우측 전전두엽의 낮은 활성이 나타났는데, 생명과학과 관련된 학습 경험이 상대적으로 부족한 비전공 대학생이 생명과학을 학습할 때 지식을 얻기 위해 높은 이해가 요구됨을 알 수 있다. 따라서 자기조절 과정에서 두 집단의 두뇌 활성의 차이는 학습자의 전공과 학습 경험 차이에 의해 야기될 수 있음을 뜻한다. 위 연구 결과를 바탕으로 전통적인 연구 방법으로 설명하기 어려웠던 자기조절을 신경과학적 방법을 통해 체계적이며 과학적인 결과를 제시할 수 있다. 또한 학습자의 신경과학적 결과와 딥러닝을 기반으로 효과적인 교육 시스템을 마련할 수 있다.

면역 개념에 대한 현직 생물교사와 예비 생물교사의 개념지위 분석

최진혜 한국교원대학교 대학원 2014 국내석사

면역 개념은 ‘2009 개정 과학과 교육과정’에서 심화․확대 편성되었지만, 오개념이 많고, 교수․학습에 어려움이 나타나는 개념이다. 개념지위 연구는 개념을 이해하고 표현하는 방법, 개념을 설명하고, 다른 상황에 적용하는 방법에 대한 연구이기 때문에 교사들의 인식에 관한 설명을 제공해 줄 수 있다. 현직교사가 예비교사 보다 교육과정의 핵심 개념을 구체적으로 더 많이 알고 있다. 현직 생물교사와 예비 생물교사의 개념지위를 비교분석하여 개념지위의 특징을 알아보면 개념지위가 낮은 원인과 개념지위를 높이는 방안을 찾을 수 있다. 따라서, 본 연구는 현직 생물교사와 예비 생물교사의 개념지위 분석을 통해 교사 교육의 활성화에 도움이 되기 위한 목적으로 진행하였다. 본 연구는 면역 관련 연구 문헌들과 ‘2009 개정 과학과 교육과정’과 대학 교재를 바탕으로 면역 개념을 설정하였다. 설정한 개념의 개념지위를 파악할 수 있도록 면담지를 구성하였고, 현직 생물교사 7명과 예비 생물교사 7명에게 투입하였다. 그리고 수집된 면담 자료를 개념지위 분석틀을 가지고 분석하여 집단별 개념지위의 특징에 대해 알아보았다. 연구 결과 첫째, 이해가능함의 영역에서 예비 생물교사는 선천성 면역과 후천성 면역을 혼동하고 있다는 것을 ‘이미지‘와 ’예시‘를 통해 알 수 있었다. 또한, 현직 생물교사가 예비 생물교사에 비해 과학적 개념을 구체적으로 형성하고 있었고, ‘예시’, ‘용어’가 도움이 된다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 예비 생물 교사의 교사 교육과정에서 선천성 면역과 관련된 다양한 예시를 제시하고, 용어를 명확히 할 수 있도록 학습기회가 주어져야 한다. 둘째, 그럴듯함의 영역에서 예비 생물교사의 비과학적 개념은 ‘경험’과 관련이 있었으며, 인터넷, TV, 과거경험이 그 원인이었다. 따라서, 여러 매체와 개인의 과거 경험에서 온 오개념을 파악하여 교육 과정을 계획해야 한다. 셋째, 유용함의 영역에서 현직 생물교사는 예비 생물교사보다 ‘가능성’의 개념지위가 높았으며, 건강과 관련된 관심과 흥미가 과학적 개념 형성에 도움이 된다는 것을 알 수 있었다. 현직 생물교사와 예비 생물교사는 면역 관련 ‘경쟁’ 개념을 구분하여 사용하는데 어려움이 있었다. 특히, 세균과 곰팡이의 구별과 염증과 고름의 구별을 명확히 하는 교사 교육과정이 필요하다. 이상의 결과로 보아 효과적인 면역 교수․학습을 위해 현직 생물교사와 예비 생물교사의 개념지위를 파악해 어떤 요소가 과학적 개념 형성에 도움이 되었는지 확인 할 수 있었다. 또한, 과학 교사 교육 과정에 참고자료가 되어 과학 교사의 교육학적 개념이 발전되도록 하고 수업을 준비할 수 있게 할 것으로 기대한다. 그리고 학생들의 개념에 대한 지식과 학습의 정도를 점검하는데 개념지위를 이용하여 다양한 개념변화의 기회를 가질 수 있도록 한다.

예비 생물교사의 과학 탐구에 대한 이해 분석

성희수 한국교원대학교 대학원 2017 국내석사

이 연구의 목적은 VASI(View About Scientific Inquiry) 질문지를 이용하여 예비 생물교사의 과학 탐구의 본성에 대한 인식을 조사하는 것이다. 연구를 위해 사범대학에 재학 중인 생물교육전공 1~4학년 예비 생물교사 63명을 대상으로 과학 탐구에 대한 인식을 조사하였다. 과학 탐구의 본성에 대한 예비 생물교사의 이해도를 알아보기 위해, Lederman et al.(2014) 개발한 VASI 질문지를 번안하여 활용하였다. VASI 질문지는 개방형 질문지로서, 과학 탐구에 대한 필수적인 지식으로 제시되는 8가지 하위 측면을 바탕으로 각 측면에 대해 구체적인 사례와 함께 질문을 구성한 검사 도구이다. 과학 탐구에 대한 하위 측면별로 각 응답을 분석하기 전에 학년별, 학년군별 집단 비교 분석을 수행하였다. 학년별 집단 인식 차이의 비교에는 일원 배치 분산 분석을 실시하였고, 그 결과 학년에 따라 과학 탐구의 본성에 대한 인식에는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 반면 1, 2학년과 3, 4학년 집단 간 인식 차이를 비교하기 위해 독립 표본 t-검정을 이용하였다. 그 결과 1, 2학년이 3, 4학년보다 더 많은 하위 측면에서 전문가적 관점을 나타내었고, 두 집단은 유의미한 수준으로 차이가 있었다. 하위 측면별 연구 결과, 초보자적 관점을 갖는 예비 생물교사의 비율이 과학 탐구 본성에 관한 8가지 영역에서 모두 낮게 나타났다. 그러나 8가지 영역 중 (1) 과학 탐구 방법의 다양성, (2) 탐구의 시작, (3) (다른 수집 과정을 거친) 자료의 해석, (4) 자료와 증거, (5) 과학적 설명과 같은 5가지 영역에서 과도기적 관점을 갖는 예비 생물교사의 비율이 높았다. 특히 실험의 의미, 질문의 의미와 기능, 자료 수집 과정이 결론에 미치는 영향, 자료와 증거의 차이, 수집된 자료와 기존 지식을 바탕으로 한 과학적 설명 등을 현대적인 관점으로 이해하지 못하고 다소 제한적인 이해를 나타냈다. 본 연구결과는 과학 탐구의 본성에 대한 이해가 어떠한 요인에 의해 영향을 받는지 근원 정보를 제공하지는 않는다. 그렇지만 학년군에 따른 인식차이를 나타냄으로써 과학교육론 및 생명과학교육론 이수의 여부와 교육과정 상에서 경험할 수 있는 다양한 탐구 활동에의 참여 및 명시적 탐구 학습의 경험이 과학 탐구의 본성을 이해하는 데 영향을 미칠 것으로 판단한다. 또한 기존의 연구가 과학의 본성에 초점을 두어 진행되었기 때문에 과학 탐구를 이해하는 데 소홀한 것이 사실이다. 일부 탐구 측면에 대해서 예비 생물교사가 상충된 인식을 나타냄을 볼 때 구체적인 탐구 특성에 대해 이해하고 이를 재고해 볼 기회가 필요함을 시사한다. 예비 생물교사가 가지는 과학 탐구의 본성에 대한 일부 제한적인 인식을 향상시키기 위해 예비 생물교사 양성 프로그램에서 과학 탐구의 본성에 관한 지속적이고 명시적인 교육이 필요하며, 이에 따른 생물교사 양성 교육과정의 개선이 요구된다.

과학사 기반 호흡 개념 유형 분석 도구 개발

신미진 한국교원대학교 대학원 2009 국내석사

과학사에 나타난 개념발달과정이 학생들에게 어떤 유형으로 나타나는지 알고 이를 다시 교과서나 교육과정에 반영될 수 있도록 하는 것은 과학교육에서 의의가 있음이 여러 가지 연구에서 밝혀지고 있다. 이와 더불어 학생들의 개념유형을 파악하기 위한 정교한 개발과정과 도구의 개발은 우선시 되어야 할 것이다. 이 연구의 목적은 학생들에게 형성되어 있는 과학사적인 호흡에 대한 개념 유형을 분석하기 위한 검사 도구를 개발하는데 있다. Tamayo와 Sanmarti(2007)는 과학사적인 호흡에 대한 설명으로 생기론적모형, 연소모형, 가스교환모형, 분자모형, 산화환원모형의 다섯 가지 모형으로 구분하였다. 이 다섯 가지 모형의 설명 차이에 기초하여 다섯 가지로 구분할 수 있는 호흡 개념유형 분석도구 개발틀를 작성하였는데, 이 분석 기준에는 다음과 같은 세 가지 자료가 활용되었다. 첫째, Tamayo와 Sanmarti(2007)가 논문에서 기준으로 삼은 다섯 가지 모형의 특징을 모형별로 서술해 놓은 내용이었다. 두 번째는 초, 중, 고등학교 및 대학에서 쓰는 교과서의 내용 중 호흡에 관해 기술된 내용을 과학사적으로 다섯 가지 관점에 따라 비교·분석한 내용이었다. 세 번째는 간단한 개방형 검사지를 통해 초, 중, 고등학교 학생들이 현재 가지고 있는 개념들을 수집한 후, 다섯 가지 모형에 따라 개념을 구분한 자료였다. 이와 같은 자료들을 통해 호흡에 대한 설명 범주를 호흡의 정의, 호흡 장소, 호흡의 반응 요소, 호흡 결과로 생성되는 것, 에너지의 근원, 산소의 역할, 영양소의 이용, 운동할 때 호흡이 빨라지는 이유, 호흡의 정의 등의 여덟 가지로 묶었다. 이 여덟 가지 기준에 의거하여 여덟 개의 문항으로 이루어진 검사 도구를 개발하였다. 구성된 검사 문항들은 모두 다섯 가지 답지에서 하나를 선택하는 선택형 문항으로, 세 번의 현장 선행 검사를 통해 수정하여 완성하였다. 구성된 여덟 개의 문항은 전문가들의 평가를 통해 타당한 것으로 판명되었다. 완성된 검사지를 초, 중, 고등학생들에게 시범 투입한 결과 학생들이 가지고 있는 호흡에 대한 개념 유형을 분류할 수 있었다. 초등학생은 호흡개념 발달의 단계상 고대의 생기론적모형을, 중학생은 중세 혹은 근대의 가스교환모형을, 고등학생과 대학생은 근대 혹은 현대의 분자모형과 산화환원모형을 나타내며, 이는 학습 내용의 계열성과 관계가 깊어 검사지의 다양한 활용이 가능함과, 과학사적인 호흡개념 발달과정의 교육과정 도입에의 타당함을 나타낸다. 이 연구에서 개발한 과학사에 기반 한 호흡 개념 유형 분석 유형 평가 도구는 호흡에 관한 생물 교육과정을 구성한다거나 생물교사들이 호흡에 관한 수업계획을 구상하는데 반드시 필요한 기초자료가 될 것으로 기대한다. The purpose of this study is to develop an instrument of examination for analysis of conception type about respiration which has been made in students. Tamayo and Sanmarti divided respiration of history of science into five explanations, that is, vitalism model, combustion model, Exchange gases model, molecular model, Oxidation-reduction model. According to differences of explanations of these five models, analysis standards of conception type models were made, and following three materials were used. First of all, contents which described special features of five models that Tamayo and Sanmarti made was used. Second of all, contents which compared and analyzed contents about respiration that are used in textbooks of elementary school, middle school, high school and college by the five viewpoints of history of science were used. Last of all, conceptions that elementary, middle and high shool students have in present were collected through simple open questionnaires, and then materials which divided conceptions according to five models were used. According to above three contents and materials, explanation categories about respiration were classified into eight groups, that is, respiration place, reaction factor of respiration, products of respiration, energy source, function of Oxidation, function of nutrition, the reason of rapid respiration during exercise, definition of respiration. These eight categories were made into each questionnaires which were selective questionnaires of five answers and were corrected and completed through three field examination in advance. These eight questionnaires were confirmed by evaluations of experts. Completed questionnaires were used in elementary, middle and high school students, and in result conception types about respiration of students could be classified. An instrument of examination for analysis of conception type about respiration based on history of science which is made in this study is expected to be used as an essential basic materials, when biology curriculums about respiration is made or when biology teachers make lesson plan about respiration.

진화개념의 이해 향상을 위한 교사교육용 논변활동 프로그램 개발 및 효과 분석

권지은 한국교원대학교 대학원 2015 국내석사

이 연구는 생물교사들의 진화개념 향상을 위한 논변활동 프로그램을 개발하고 이를 교사교육에 적용하여 진화개념에 대한 논변활동 특성을 분석함으로써 효과를 알아보고자 하는 것이었다. 이를 위해 먼저 진화를 이해하는데 필요한 주요 개념들을 문헌 조사를 통해 추출하여 ‘변이’, ‘변이의 유전’, ‘경쟁’, ‘자연선택과 적응’, ‘차등적 생식력’, ‘개체군 내 개체분포의 변화’, ‘대진화’를 주요개념으로 선정하였다. 진화의 주요개념에 대한 논변활동 질문지를 개발하고 이를 바탕으로 ADI(Argument Driven Inquiry)모형을 변형한 논변활동 프로그램을 개발하여 7회에 걸쳐 운영하였다. 논변활동 프로그램을 교사교육에 적용 시 순환학습모형으로 논변 활동지 확인, 잠정적인 논변활동, 소집단 내 논변활동 정리, 소집단 간의 논변활동, 반성적인 논변활동, 최종 논변 글쓰기, 교수자에 의한 정리의 7단계로 구성된 절차로 운영하였다. 연구의 참여자는 현직 생물교사 4명과 예비 생물교사 2명이었다. 생물교사들의 진화개념에 대한 논변활동을 조사하기 위해 6명을 남, 여 3명씩 두 개의 소집단으로 구성하여 논변활동을 진행하였으며 녹음을 통한 담화와 논변글쓰기의 자료를 수집하였다. 논변글쓰기는 ‘설명의 충분성’, ‘설명의 개념적 수준’, ‘증거의 수준’, ‘정당화의 적절성’의 4가지를 기준으로 분석하여 진화개념의 변화 정도를 확인하였고, 담화분석을 통해 진화개념에 대한 논변활동 특성을 분석하였다. 연구결과 현직 생물교사와 예비 생물교사들은 논변활동 프로그램에 참여한 이후 전반적인 논변글쓰기 수준이 향상되었으며, 선정된 7개의 진화개념에 대해서도 논변글쓰기 수준이 향상되었음을 확인하였다. 논변글쓰기 분석 기준인 4가지 영역 모두 사전에 비해 점수가 향상되었으며, 그 중에서 ‘설명의 충분성’ 부분이 가장 많은 향상을 보였다. 담화분석을 통해 ‘변이’, ‘변이의 유전’, ‘경쟁’, ‘대진화’ 개념들이 다른 개념들에 비해 발언 비율이 상대적으로 높고 부정확한 아이디어가 나타났음을 확인할 수 있었다. 이는 교과서에서 이들 4개 주요개념들에 대한 내용이 부족하여 깊게 생각하고 논의할 수 있는 기회가 제공되지 않았기 때문에 다른 진화개념에 비해 부정확한 아이디어도 많고 개념을 정교화 하는데 많은 발언 수가 필요했던 것으로 보인다. 그러나 최종 논변글쓰기에서는 위와 관련된 오개념이 나타나지 않아 개념에 대한 이해가 향상되었음을 확인할 수 있었다. 7개의 진화개념 중 ‘자연선택’, ‘차등적 생식력’, ‘개체군 내 개체분포의 변화’에 대해서는 논변활동 시작부터 개념에 대한 이해가 정확한 편이었으며, 논변활동을 통해 좀 더 정교화 되었음을 확인하였다. 그러나 생물교사들은 ‘적응’의 과정적인 의미와 ‘대진화’에서 계통도의 해석에 어려움을 느끼므로 생물교사 교육에서 이에 대한 보완도 필요할 것으로 보인다. 논변활동 프로그램의 구성 중 소집단 간 논변활동이나 교수자의 적절한 역할은 진화개념 이해 향상에 도움을 주는 것을 확인하였으며, 반대발언의 경우 부정확한 생각에 대해 비판적인 검토를 할 수 있는 기회를 제공하여 논변활동 프로그램을 통해 진화개념에 대한 목적론적인 사고의 감소와 올바른 진화개념의 형성에 도움을 주는 것을 알 수 있었다. 이 연구 결과는 생물교사들을 위한 효과적인 진화교육 프로그램과 학교현장에서 학생들을 위한 생물수업 프로그램 개발에 대한 방향을 제시할 수 있으며, 진화개념의 올바른 형성을 위한 교육과정 개선점을 제시하고 있다고 볼 수 있다.

진화 교육 연구 경험이 있는 생물교사의 교수 실행 사례 분석

고유선 한국교원대학교 대학원 2015 국내석사

생물학에 있어서 진화는 생명 현상을 아우르는 핵심 개념이자 통합 개념임에도 불구하고, 교육과정 및 교과서에서 단일 개념으로 인식되어 왔다. 이에 따라 많은 생물 교사들이 진화의 중요성을 간과한 채 수업에 임해왔다. 그리하여 이 연구는 생물 교수 실행에 있어서 진화의 중요성을 인식한 교사가 그렇지 않은 교사와 어떤 차이를 나타내는지 알아보는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 진화의 중요성을 인식하였다고 생각되는 교사로 진화 교육에 대한 연구 경험이 있는 교사 두 명과 이에 대한 비교집단으로 진화 교육에 대한 연구 경험이 없는 교사 두 명을 목적 표집하였다. 먼저, 교사들의 배경지식을 수집하기 위해 사전 면담을 실시하였다. 이 과정에서 교수 실행 관찰을 위한 수업으로 진화 단원과 비진화 단원을 2차시씩 선정하였다. 모든 수업은 녹음된 후 전사하였으며, 수업 전・후에 작성한 CoRe, PaP-eRs와 함께 반복적으로 분석되었다. 분석된 내용은 교사들의 진화에 대한 견해 및 교수 실행에 반영된 진화 내용 분석을 위해 사후 면담에 반영되었다. 또한, 과학 교수내용지식 설문지, 진화론의 개념 검사지, 진화론의 수용 검사지를 실시함으로써 분석을 위한 기초 자료로 활용하였다. 연구 결과 교사들의 진화 개념에 대한 이해 수준은 진화의 중요성 인식과는 관련이 없는 것으로 나타났다. 대신 교사 개인의 종교적인 신념 또는 진화의 중요성을 인식하는 것에 대한 필요 자체를 느끼지 못하는 것이 진화의 중요성 인식에 부정적인 영향을 미쳤다. 이 때문에 미경험 교사들은 진화의 중요성을 인식할 수 있는 교사 재교육 기회도 거부하는 경향을 보였다. 또한 미경험 교사들은 교과서 및 교육과정에서 나타난 진화에 대한 평가 및 개선점에 대해 피상적으로만 파악하고 있었다. 미경험 교사들과 경험 교사들의 실제 교수 실행 내용을 분석한 결과에서는 진화 주요 개념 활용 비율이 경험 교사들에게서 더 높게 나타났다. 그리고 미경험 교사와 경험 교사 모두 진화 관련 오개념이 많기 때문에 이에 주의해야함을 인식하고 있었음에도 불구하고, 경험 교사들만이 자신의 교수 실행에서 나타난 오개념을 인지하고 이러한 오개념이 나타나게 된 원인에 대해 설명하였다. 이를 통해 진화의 중요성을 인식한 교사가 진화 주요 개념들을 폭넓게 활용할 뿐만 아니라 진화 관련 오개념 방지에 더 실천적임을 확인하였다. 즉, 생물 교사들이 진화의 중요성을 인식하는 것이 중요함을 알 수 있었다. 그러므로 생물 교육에서 진화의 중요성을 깨닫지 못한 교사들도 쉽게 접할 수 있는 다양한 형태의 명시적이며 실제적인 교사 교육이 필요함을 알 수 있었다. 그리하여 이 연구는 앞으로 다양한 진화 교육 프로그램의 개발 및 검증을 통해 생물 교사들이 진화의 중요성을 인식할 수 있도록 교사 재교육 과정과 교사 양성 과정에 포함시켜야 함을 제안한다. 더 나아가 교사와 학생 모두 생명 현상을 진화를 바탕으로 이해할 수 있도록 교육과정 편성시 진화를 통합 개념으로 생명과학 교수・학습 내용들이 재조직되어야 할 것이다.

Dissociation of the brain activation network associated with hypothesis-generating and hypothesis-understanding in biology learning: Evidence from an fMRI study : 생물 학습에서 가설생성과 가설이해에 관련된 두뇌 활성 네트워크의 분리: fMRI 연구를 통한 증거

이준기 한국교원대학교 대학원 2009 국내박사

이 연구의 목적은 생물학 학습과정에서 나타나는 가설생성과 가설이해의 신경분리 가설, 이의 집단에 따른 차이와 두뇌활성 네트워크의 관계에 관한 가설 그리고 서로다른 교수-학습에 따른 두뇌변화에 대한 가설을 검증하는 것이다. 이를 위해 먼저 생명현상에 관한 가설생성과 가설이해의 기능적 연결에 의한 두뇌활성 네트워크 구조모델을 확인하였다. 이후 이 모델을 통해 집단에 따른 능력차이의 기반과 학습에 따른 두뇌변화에 대한 가설을 검증하였다. 가설생성과 가설이해의 기능적 네트워크 모델을 알아보기 위하여, 생명현상에 관한 fMRI 과제를 R&D 과정을 통해 개발하였으며, 60 명의 피험자들을 통해 측정을 실시하였다. 그 결과 가설생성 과정에서는 좌측 중전두이랑, 좌측 상측두이랑, 좌측 중측두이랑, 좌측 해마옆이랑, 좌측 중후두이랑, 우측 혀이랑, 좌측 조가비핵의 7 개 영역이 의미있는 활성을 나타내었다. 이들은 상호 네트워크를 형성하면서 좌측으로 편측화된 양상을 보였다. 반면 가설이해과정에서는 우측 중전두이랑, 좌특 뇌량, 우측 뇌량, 좌측 두정소엽, 우측 두정소엽, 좌측 상두정소엽, 좌측 혀이랑, 우측 혀이랑의 8 개 영역이 네트워크를 이루었다. fMRI 실험결과 가설생성과 가설이해 간에는 두뇌영역이나 네트워크를 공유하지 않는 신경적 분리 현상이 확인되었다. 이렇게 확인된 신경네트워크 모델을 기준으로 일반고등학교학생, 과학고등학교학생, 생물학 전공 대학생, 생물학을 전공하지 않는 대학생, 생물학자들 간의 차이를 알아보았다. 이를 위해 각 집단별로 12 명의 피험자들을 대상으로 실험을 실시하였다. 그 결과, 방추이랑과 소뇌의 일부 영역에서 차이가 나타나긴 하지만 모든 집단에서 가설생성과 가설이해의 기본 네트워크가 공통적으로 발견되었다. 또한 주요영역의 활성차 면에서는 가설생성시 좌측 중전두이랑과 좌측 조가비핵의 활성이 집단별로 유의미한 차이를 나타내었다. 그러나 가설이해과정에서의 활성은 집단별로 차이가 나타나지 않았다. 신경 네트워크의 연결강도는 가설생성에서는 집단별로 유의미한 차이가 있었으나 가설이해에서는 차이가 없었다. 가설생성의 신경네트워크가 가장 긴밀한 집단은 생물학자 집단이며 그다음이 과학고등학교 학생들이었다. 생물학 학습에서의 가설생성과 가설이해 관련 신경네트워크의 기능적 가소성에 대한 연구에서는 14 명의 과학고등학교 학생들이 참여하였다. 이들은 2 개 반으로 나뉘어 12 주동안 1 주일에 1 개 주제씩 가설생성과 가설이해식 수업을 받았다. 학생들의 정확한 변화를 알기 위하여 수업 전과 후에 이들의 가설생성능력을 지필검사와 fMRI 를 통해 측정하였다. 그 결과 가설생성의 경우, 가설생성형 학습을 경험한 생성반 학생들에게서는 좌측 중전두이랑과 좌측 조가비핵의 활성이 의미있게 증가하했지만 가설이해형 학습을 경험한 이해반 학생들은 의미있는 변화가 없다. 가설이해의 경우에는, 생성반 학생들은 두정엽 영역들의 활성감소가 나타났고 이해반 학생들은 우측 중전두이랑과 양측 뇌량의 활성이 감소되었다. 신경네트워크의 긴밀도에서는 가설생성 네트워크는 생성반 학생들은 증가, 이해반 학생들은 감소되었다. 반면 가설이해 네트워크는 이해반에서 증가, 생성반에서도 증가되었다. 그러나 생성반의 증가가 유의미한 것은 아니었다. 이러한 연구결과는 왜 교사에 의한 설명식 수업만으로는 가설생성능력을 향상시켜 줄수 없는가라는 의문에 대한 보다 환원적인 해답이 될 수 있을 것이다. 또한 생물학자의 신경 네트워크 긴밀도가 가설생성형에서만 다른 집단들과 차이가 난다는 것은 생물학자들이 지식을 잘 암기하는 사람이 아니라는 점에서 생물교육에 시사하는 바가 크다. 마지막으로 서로다른 방식의 교육은 학생들의 두뇌를 서로다른 방식으로 변형시킬 수 있다는 결과는 앞으로의 교수-학습 전략 설계에는 신경 수준의 고려가 반드시 포함되어야 한다는 시사점을 줄 수 있다. The purpose of the present study is to test the hypotheses as follows: 1) what we don’t improve students’ ability of scientific hypothesis-generating by the traditional teacher’s expository style teaching-learning method resulted that they have an dissociating brain network, 2) An ability gap between groups of scientific hypothesis generation on the biological phenomenon resulted from not only activation of the particular region but interconnectionship of functional connectivity network related to network fluidity, and 3) After instruction, students’ improvement of the scientific hypothesis-generating ability as a result of strengthening an interconnectionship of their functional connectivity network. First of all, this study confirmed the brain’s functional connectivity network models of hypothesis-generating and hypothesis-understanding on the biological phenomenon. This study developed fMRI tasks through the R&D procedures to clarify the functional connectivity network. And, the sixty participants were participated in this study. The result of this study, the left middle frontal gyrus, the left superior temporal gyrus, the left middle temporal gyrus, the left parahippocampal gyrus, the left middle occipital gyrus, the right lingual gyrus, and the left putamen were activated during the hypothesis-generating process. They have a left-lateralized feature and made a network by regional interconnections. Whereas the right middle frontal gyrus, the left corpus callosum, the right corpus callosum, the left superior parietal lobule, the left precuneus, the right precuneus, the left lingual gyrus, and the right lingual gyrus were activated during the hypothesis-understanding process. According to the fMRI results and evidences of the previous studies, this study confirmed to the neural dissociation associated with hypothesis-generating and hypothesisunderstanding. Next, this study examined the hypothesis which is related to group (the general high school students, the science high school students, the undergraduate student studying biology, the undergraduate student not studying biology, and biologists) differences of hypothesis-generating and hypothesis-understanding in the neural networks in biology learning by the confirmed models. In this study, twelve participants volunteered per group. The result of this study, neural networks of the hypothesis-generating and hypothesisunderstanding were discovered commonly in all groups. Also, the left middle frontal gyrus and the left putamen were revealed significant differences among five groups in the signal activity differences of the major regions of network. Whereas there was no significant signal activity differences during hypothesis-understanding process. The strength of neural network interconnectionship was significantly different from five groups during the hypothesis-generating. However there was no difference in hypothesis-understanding. The group who has the most closely interconnected brain network was the biologist group and the second was science high school student group. The fourteen science high school students participated in the study of neural network’s functional plasticity associated with hypothesis-generating and hypothesis-understanding in the biology learning. They divided two groups, and they have experienced the hypothesisgenerating or the hypothesis-understanding style learning-programs one topic per week during twelve weeks. To detect changing patterns of students, this study was conducted to them a paper & pencil test and an fMRI measurement twice. The result of this study, the strength of neural network interconnectionship was increased in the generating group’s hypothesis-generating network and decreased in the understanding group’s. However, hypothesis-understanding network was increased in the understanding group and the generating group. The increasing of the generating group was not significant. Therefore the results of this study will be providing the educational implications for biology classroom. This explains why student have difficulty in generating hypothesis about complicated natural phenomena despite many experiences in knowledgeunderstanding ways of learning. Therefore, in the future in scientific classrooms, we need to educate science high school students with a proper curriculum that motivates them to think and study for themselves.

고등학생의 생물 계통수 추론 활동을 활용한 명시적 과학의 본성 수업 프로그램 개발 및 적용

강지은 한국교원대학교 교육대학원 2026 국내석사

본 연구는 고등학생을 대상으로 생물 계통수 추론 활동을 활용한 명시적 과학의 본성 수업 프로그램을 개발하고, 이를 적용하여 학생들의 과학의 본성에 대한 인식론적 견해, 계통수 추론 및 해석 능력, 과학 수업에 대한 즐거움에 미친 영향, 그리고 수업 프로그램에 대한 인식을 분석하였다. 연구 대상은 경기도 소재 일반계 고등학교 2학년 30명이며, 단일 집단 사전‧사후 실험 설계를 적용하였다. 개발한 수업 프로그램은 총 9차시로, 학습 목표는 과학의 본성 중 ‘이론 의존성’, ‘사회문화적 내재성’, ‘상상력과 창의성’, ‘사회적 합의’, ‘잠정성’이다. 수업은 BSCS 5E 수업 모형에 기반하여 설계하였다. 참여 단계에서는 학습 동기를 유발하고, 탐색 단계에서는 생물의 계통수 추론을 중심으로 탐구 활동을 수행한다. 설명 단계에서는 탐구 활동 맥락 속에서 과학의 본성을 명시적으로 제시하고, 이어 정교화 단계에서는 과학사 사례를 활용하여 개념을 심화한다. 평가 단계에서는 반성적 성찰 활동을 통해 학습자가 과학의 본성을 내면화하도록 구성하였다. 활동에 활용된 11종의 사지 동물은 형태적‧서식지 유사성에 근거한 진화 오개념을 교정하고, 과학적 해석의 다양성과 과학 지식의 잠정성을 드러내는 데 적합한 종으로 선정하였다. 또한 동일한 생물을 대상으로 사전 개념, 조사한 정보, 분자 계통학적 방법을 활용하여 계통수 추론을 반복적으로 수행하게 함으로써 개념의 심층적 이해와 장기적 학습 효과를 도모하였다. 대응표본 t-검정 결과, 첫째, 과학의 본성에 대한 인식론적 견해는 유의하게 향상되었으며, 특히 ‘사회문화적 내재성’과 ‘상상력과 창의성’ 요소에서 큰 효과 크기가 나타났다. 둘째, 계통수 추론 및 해석 능력 또한 유의하게 향상되었고, 계통수 관련 오개념이 교정되는 등 진화 개념 이해가 심화되었다. 셋째, 과학 수업에 대한 즐거움 역시 유의하게 향상되었으며, 과학의 본질을 탐구하는 과정 자체를 의미 있는 경험으로 인식하고 과학에 대한 자신감이 증진되는 모습을 보였다. 반면, 일부 학습자는 정답이 명확하지 않은 탐구 활동에 어려움을 느끼거나, 복합적 개념으로 인해 자기효능감 향상으로 이어지지 못한 모습을 보였다. 이러한 결과들을 토대로 교육적 의의를 고찰할 때, 과학의 본성 하위 요소를 개별적으로 제시하기보다 정규 수업 맥락 속에서 유기적으로 연계하여 구현하는 접근이 향후 수업 설계에 있어 시사점을 제공함을 보여준다. 결론적으로, 본 수업 프로그램은 학습자의 과학의 본성에 대한 인식론적 견해, 계통수 추론 및 해석 능력, 과학 수업에 대한 즐거움 향상에 긍정적 영향을 미쳤으며, 학교 현장에서 명시적 교수 전략을 활용한 과학의 본성 수업 프로그램의 교육적 활용 가능성을 보여주었다.