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천문학적 사고를 반영한 천문교육 프로그램의 개발 및 적용: 과학관 천체 투영관 수업 사례
최준태,이기영,박재용 한국지구과학회 2019 한국지구과학회지 Vol.40 No.1
이 연구의 목적은 천문학적 사고를 반영한 과학관 천문교육 프로그램을 개발하고, 그 프로그램이 고등학생들의 천문학적 사고 능력의 향상에 미치는 효과를 확인하는 것이다. 문헌 연구를 통해 천문학적 사고의 구성 요소를 선정한 후 사고력 학습 발달 모형을 응용하여 시연과 관찰, 문제 제시와 사고 활동, 지원과 모둠 토의, 시연과 평가의 네 단계로 구성된 천문교육 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램의 효과를 검증하기 위하여 실험군과 대조군의 사전, 사후 검사에 대해 공변량 분석을 실시하였고, 프로그램을 이용한 교수·학습 활동의 사전과 사후에 학생들의 수준 변화를 살펴보았다. 연구 결과, 천문학적 사고를 반영한 과학관 천문교육 프로그램은 학생들의 천문학적 사고를 증진시키는 데 효과가 있는 것으로 확인되었다. 특히 이 프로그램은 천문 영역의 공간적 사고와 관련하여 관측된 천문 현상을 우주에서 보는 관점에서 재구성하여 모델링하는 능력을 신장시키는 데 효과가 있었고, 시스템 사고와 관련하여 천문 시스템을 구성하는 요소들 간의 관계를 파악하여 시스템을 조직할 수 있는 능력을 향상시키는 데 효과가 있었다. 이 연구는 학생들의 천문학적 사고를 발달시키기 위한 구체적인 교수·학습 프로그램을 제시하였다는 데 그 의의가 있다. The purpose of this study is to develop an astronomy education program reflecting astronomical thinking to be used at science museum and to investigate the effect of the program on the improvement of astronomical thinking ability of high school students. After selecting the components of astronomical thinking through literature studies, we developed an astronomy education program consisting of four stages: demonstration and observation, and question and thinking, support and group discussion, demonstration and assessment. In order to verify the effectiveness of the program, we conducted a covariance analysis on the pre- and post-tests of the experimental group and control group to examine the level of students’ thinking before and after using the program in teaching and learning. As a result, it was confirmed that the astronomy education program reflecting astronomical thinking was effective in promoting students’ astronomical thinking ability. In particular, this program was effective in enhancing the ability of modeling by reconstructing the observed astronomical phenomenon from the viewpoint of the universe with respect to spatial thinking in the astronomy domain. It was also effective to improve the ability of organizing the system by grasping the relationship between the elements constituting the astronomical system in relation to the system thinking in the astronomy domain. This study is significant in suggesting a specific teaching and learning program to develop students’ astronomical thinking.
순위 선다형 문항을 이용한 초ㆍ중ㆍ고등학생의 천문학적 사고 분석
최준태,이기영,박재용 대한지구과학교육학회 2018 대한지구과학교육학회지 Vol.11 No.2
이 연구의 목적은 순위 선다형 문항을 이용하여 초·중·고 학생들의 천문학적 사고 수준을 파악하는 것이다. 이를 위하여 각각 3개의 공간적 사고와 시스템 사고 측정 문항으로 구성된 검사지를 구성하고, 이를 강원도 소재 12개 학교 5학년, 8학년, 11학년 학생 총 1,066명을 대상으로 투입하였다. 수집된 학생 응답 자료를 고전 검사 이론의 추리 통계와 문항 반응 이론의 Rasch 모델에 적용하여 분석하였다. 분석 결과는 다음과 같다; 첫째, 천문학적 사고 중 공간적 사고 수준은 천체의 공간 위치와 방향은 파악할 수 있지만 2차원 평면에서의 천체 운동을 3차원으로 변환하지 못하는 것으로 나타났으며, 학년에 따라 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 분석되었다. 둘째, 천문학적 사고 중 시스템 사고 수준은 천체의 운동 시스템을 구성하는 요소와 요소 간 연관은 파악할 수 있으나 시스템의 경향성은 파악하지 못하는 것으로 나타났으며, 공간적 사고와는 달리 학년에 따라 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 분석되었다. 셋째, 특정 상황(내용)에서 발현되는 천문학적 사고가 학년에 관계없이 매우 유사한 것으로 나타났으며, 이를 통해 천문학적 사고의 상황(내용) 의존성을 확인할 수 있었다. 이 연구 결과들은 학교 수업에서 천문학적 사고 수준을 높일 수 있는 방법을 탐색하기 위한 기초 연구 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다. The purpose of this study is to analyze the astronomical thinking level of elementary, middle, and high school students using ordered multiple choice items. For this purpose, we constructed a questionnaire comprising three items about spatial thinking and system thinking. This survey was conducted and applied to 1,066 students in the 5th grade, 8th grade, and 11th grade in 12 schools located in Gangwon Province. The collected student response data were analyzed by applying inferential statistics of classical test theory and Rasch model. The results of the analysis were as follows; First, in the level of spatial thinking, students were able to grasp the spatial location and orientation of the celestial body, but were not able to convert the celestial motion of two-dimensional plane into three-dimensional plane, and it was revealed that there is no statistically significant difference in the spatial thinking of students among grade levels. Second, in the level of system thinking, students were able to identify the components and relationship between components of the celestial motion system, but could not identify the patterns of the system, and it was revealed that there was statistically significant difference among the system thinking of students in different grade levels, unlike in spatial thinking. Third, the astronomical thinking expressed in certain context (content) was very similar regardless of grade level, Through this, we could confirm the context-dependency or content-dependency of the astronomical thinking of students. It is expected that the results of this study can be used as basic data for exploring ways to enhance astronomical thinking level in school science classes.