판의 경계에 대한 고등학생들의 정신모형 분석 = An Analysis of High School Students' Mental Models on the Plate Boundaries

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 판의 경계에 대한 그리기와 면담의 결과를 바탕으로 정신모형의 유형별 분석 준거를 도출하고 이를 근거로 고등학생들의 정신모형을 밝히는데 있다. 이를 위하여 고등학교 2학년 학생을 대상으로 충돌형, 섭입형, 발산형 판의 경계에 대한 그리기 과제와 개별 면담을 병행하여 실시하고 그 결과를 정성적으로 분석하였다. 본 연구의 결과, 판의 경계에 대한 고등학생들의 정신모형의 유형은 소박한 모형(naive model), 불안정 모형(unstable model), 인과적 모형(causal model), 개념적 모형(conceptual model)의 4가지로 분류되었다. 이러한 정신모형에 대한 분석 준거는 판과 맨틀을 구분하는지, 판과 하부 맨틀의 이동을 파악하는지, 판의 경계 지형의 특징을 인식하는지, 맨틀의 대류와 지형의 특징을 관련짓고 있는지 등의 요인이다. 판의 경계에 대한 ‘소박한 모형’과 ‘불안정 모형’을 지닌 학생들은 맨틀의 대류와 지형의 생성원인을 관련짓지 못한 반면, ‘인과적 모형’과 ‘개념적 모형’을 지닌 학생들은 판의 경계에서 맨틀 대류와 지형의 생성과의 인과 관계를 인식하고 있었다. 정신모형 유형에 따라 지식 획득의 방법에 관한 학생들의 믿음을 조사한 결과, 소박한 모형과 불안정 모형을 지닌 학생들은 외부적인 권위에 의존하는 경향을 나타내었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to derive the criterions of each type of mental models on the plate boundaries and to investigate high school students' mental models on these concepts. The 11th grade student participants were requested to draw the collisional, convergent, and divergent boundaries and were interviewed individually. The drawings and the data gathered through the interviews were analyzed qualitatively. The mental models on the plate boundaries were classified as 'naive model', 'unstable model', 'causal model', and 'conceptual model'. The criterions for analyzing the mental models were the differentiations of the lithospheric plates and the mantle, the explanations of the motion of the plates and lower mantle, the demonstrations of topographical features of the plate boundaries and the causal relationships between the mantle convection and the topographical features. The findings revealed that the students holding 'the naive model' and 'the unstable model' were unable to relate the mantle convection and the three boundaries. In contrast, the students holding 'the causal model' and 'the conceptual model' were able to explain that the mantle convection causes the three boundaries. Also, the types of epistemological belief were different depending on their mental models. Students holding the naive model and the unstable model tended to rely upon the external authorities.

참고문헌 (Reference)

1 정경진, "판구조론에 관한 고등학교 1학년 학생들의 오개념" 한국지구과학회 28 (28): 762-774, 2007

2 정구송, "존재론적 범주와 정신모델에 근거한 지각과 지구 내부에 대한 고등학교 학생들의 대안개념" 한국교원대학교 2006

3 이기영, "상황에 따른 개념 유형의 국면 분석을 통한 중학교 과학 영재아들의 조석에 관한 정신모형 탐색" 한국지구과학회 27 (27): 6-14, 2006

4 이호, "달 크레이터 생성에 대한 대학생들의 정신모형 분석" 한국지구과학회 28 (28): 655-672, 2007

5 이용숙, "교육에서의 질적연구: 방법과 적용" 교육과학사 604-, 1998

6 이경호, "과학수업 후 변하는 것과 변하지 않는 것: 정신모형 이론을 중심으로 한 고등학생의 원운동 학습사례 분석" 한국과학교육학회 26 (26): 475-491, 2006

7 박지연, "과학개념변화 연구에서 학생의 개념에 대한 이해: 오개념(misconception)에서 정신모형(mental model)까지" 한국과학교육학회 24 (24): 621-637, 2004

8 Sibley, D., "Visual abilities and misconceptions about plate tectonics" 53 : 471-477, 2005

9 Gobert, J., "The effects of different learning tasks on model-building in plate tectonics: Diagramming versus explaining" 53 : 444-455, 2005

10 Gilbert, J, "The concepts, misconcepts and alternative conceptions: Changing perspectives in science education" 10 : 1-98, 1983

11 Libarkin, J.C., "Qualitative analysis of college students' ideas about the earth: Interviews and open-ended questionnaires" 53 : 17-26, 2005

12 Johnson-Laird, P.N., "Mental models: Towards a cognitive science of language, inference and consciousness" Cambridge University Press 298-, 1983

13 Samarapungavan, A., "Mental models of the Earth, Sun, and Moon: Indian children's cosmologies" 11 : 491-521, 1996

14 Franco, C, "Grasping mental models. In Developing Models in Science Education" Kluwer Academic Publishers 93-118, 2000

15 Chi, M.T., "From things to processes: A theory of conceptual change for learning science concepts" 4 : 27-43, 1994

16 Beilfuss, M., "Exploring conceptual understanding of ground-water through student's interviews and drawings" 146-, 2004

17 Gobert, J.D, "Effects of student-generated diagrams versus student-generated summaries on conceptual understanding of causal and dynamic knowledge in plate tectonics" 36 : 39-53, 1999

18 Vosniadou, S., "Conceptual change research; State of the art and future direction. In New perspectives on conceptual change" Pergamon 3-13, 1999

19 Skinner, L., "Case studies of middle school students' alternative conceptions and conceptual changes concerning the theory of plate tectonics" Auburn University 2001

20 Gobert, J.D., "A typology of causal models for plate tectonics: Inferential power and barriers to understanding" 22 : 937-977, 2000