An Exploratory Study of Middle School Students' Motivation in Science: Comparing a STEM Education Program in Korea and the USA

Lee, Hyonyong,Longhurst, Max L.,Freeman, Michael K.,Lee, Hyundong Science Education Research Institute Kyungpook Nat 2019 科學敎育硏究誌 Vol.43 No.1

This exploratory study is aimed at exploring the validity of the Science Motivation Questionnaire (SMQ) developed for university students, to measure the science motivation of middle school students and analyze the differences on gender and country factors of SMQ. A total of 371 students participated in this study: 171 middle school students from the USA and 200 secondary students from Korea. All participants were enrolled in the STEM program and activities in Utah, USA (for US students) and at a Korean university institute for gifted and talented students (for Korean students). In this study, exploratory and confirmatory factor analyses and latent mean analysis were used to analyze the gender and country differences. The results indicated that the 25 items of SMQ scale were theoretically meaningful and valid for middle school students. The latent mean difference by gender indicated that male students have higher intrinsic motivation, career motivation, grade motivation, and self-determination than female students. Moreover, a significant difference exists in these factors between the two countries. Further findings reveal that Korean students scored higher than US students in terms of the aforementioned factors. This study will provide significant insights in and contribution to science motivation issues in STEM education and the development of design-based engineering programs.

Earth Systmes Education : An Integrated Science Curriculum Construct for Korea 한국의 통합 과학교육과정 구성

Lee, Hyonyong,Rosanne W. Fortner,Victor J. Mayer 경북대학교 사범대학 부속 중등교육연구소 2004 중등교육연구 Vol.52 No.1

1990년대 초부터 미국에서의 지구시스템교육은 학교 과학교육을 재구성하려는 주요한 노력으로 인식되어져 왔다. 지구시스템교육은 과학자와 과학교육자의 지지와 견고한 이론적 기반을 가지고 있으며, 현장 교육자들로부터 자발적으로 시작되었다. 지구시스템교육은 미국 전역에 많은 학교에서 다른 방식으로 실시되어져 왔다. 현재 미국 이외에 여러 국가에서는 국가 과학교육과정의 개혁을 위해 지구시스템 접근법을 사용하고 있으며, 시도를 하고 있다. 한국에서도 일부 교육과정 개발자나 연구자들이 한국의 국가수준 교육과정의 지구과학 내용에 대한 체계와 틀로서 지구시스템교육에 대해 관심을 보여 왔다. 예를 들어, 제7차 지구과학 Ⅰ의 교과 내용 요소 중 새롭게 바뀐 부분을 검토해보면, '하나뿐인 지구 영역'에서 지구시스템교육의 내용 및 아이디어를 반영하고 있다. 본 연구에서는 지구시스템교육에 관련된 문헌의 내용 분석을 통하여 지구시스템교육의 본질과 구별되는 특징, 역사, 배경, 주요한 이론적 방향 및 최근의 연구에 대해 소개하고 기술하는 것을 주요 목적으로 하고 있다. 연구의 결과, 지구시스템교육은 학생들의 일상생활과 자연환경과의 관련성, 지구 구성요소 사이의 상호작용등의 내용을 포함하는 과학교육과정의 새로운 구성을 위하여 '지구시스템'이란 거시적인 주제와 새로운 목표틀을 사용하고 있다. 구성주의의 원리와 교수학습전략들은 지구시스템을 중심으로 하는 학습 활동의 본질과 과학교육자들의 교수학습활동에 관련된 의사 결정에 영향을 주었다. 본 연구는 새로운 지구환경과 지구촌 시대에 요구되고 있는 통합과학교육과정으로서의 지구시스템교육에 대한 기술적으로 분석적인 정보를 한국의 지구과학교육자들에게 제공할 것이다.

과학과 교육과정에 제시된 개념의 연계성에 대한 국제 비교 연구 -달과 암석의 순환 개념을 중심으로

이효녕 ( Hyonyong Lee ),김진숙 ( Jin Sook Kim ),박병열 ( Byung Yeol Park ),전재돈 ( Jaedon Jeon ) 한국과학교육학회 2015 한국과학교육학회지 Vol.35 No.4

이 연구의 목적은 우리나라를 포함한 6개국(대만, 영국, 핀란드, 미국, 캐나다, 한국)의 과학과 교육과정에 대한 연계성에 초점을 둔 비교분석을 통해서 우리나라 과학과 교육과정의 연계성을 강화할 수 있는 방안과 그 시사점을 도출하는데 있다. 국가교육과정정보센터(NCIC)에서 수집한 각 나라의 교육과정 원문과 국문 번역본을 분석 대상으로 하였고, 교육과정 구성의 특징과 종적·횡적 연계성 요소를 기초로 한 과학과 내의 ‘달’과 ‘암석의 순환’에 대한 내용을 비교 분석하였다. 그 결과, 국제적으로 교육과정의 학년 간 그리고 교과 간 연계의 강화를 위해 빅 아이디어(Big Ideas)나 교차 개념(Crosscutting Concepts) 등과 같은 연결 고리의 역할을 하는 개념을 활용하고 있음을 알 수 있었고, 그 중에서도 시스템의 관점을 중요하게 다루고 있었다. 내용에 대해서는 비교 국가들 중 우리나라는 ‘달’과 ‘암석의 순환’에 대해 가장 높은 빈도로 다루고 있었으나, 달의 내용 중 일부를 초·중·고등학교에서 비슷한 수준으로 동일하게 다루고 있는 단순 반복 현상을 확인할 수 있었다. 반면, 암석의 순환에 대해서는 다른 나라들에 비해 다양한 관점과 수준에서 다루어 비교적 짜임새 있는 조직 구성을 보였다. 결론적으로, 우리나라 교육과정에도 교육과정의 연계성 강화를 위해 이러한 연결 고리 역할을 할 수 있는 적합한 도구가 요구되며, 그 방안으로 시스템적 접근을 활용할 수 있을 것이다. 더욱이 교육과정의 효과적인 적용을 위해 학년 수준에 따른 학습자의 학습 발달 과정에 대한 충분한 이해를 바탕으로 교육과정을 구성하는 것이 무엇보다 중요할 것이다. The purpose of this study is to derive suggestions and implications to strengthen the science curriculum continuity of Korea through comparative analysis with focus on the continuity of science curriculum in six countries (Taiwan, the United Kingdom, Finland, the United States, Canada, Korea). Original and Korean translations of the national curriculums of each country gathered from NCIC comparatively analyzed the contents of the ``Moon`` and ``Rock cycle`` based on features of curriculum configuration, vertical, and lateral connectivity. As a result, it was found that the concepts of Big Ideas or Cross-cutting Concept was utilized internationally to strengthen the linkage between grades or subjects. In particular, dealing with the aspect of the system was important. In the comparison of countries for the content, Korea deals with the most frequency on the ``Moon`` and ``Rock cycle``. The contents of the chapter about the moon were simply repeated from elementary to high school levels with some variation. Korean science curriculum holds different perspectives and contents about the Rock cycle compared to other countries. In conclusion, Korea``s curriculum requires appropriate tools to strengthen curriculum linkage and by doing so, it will be able to take advantage of the systems approach. Moreover, it is important to constitute the curriculum based on a sufficient understanding of the learning development of students according to their grade levels for the effective application of the curriculum.

고등학생들의 시스템 사고 측정을 위한 측정도구 개발과 타당화

이효녕 ( Hyonyong Lee ),권혁수 ( Hyuksoo Kwon ),박경수 ( Kyungsuk Park ),이현동 ( Hyindong Lee ) 한국과학교육학회 2013 한국과학교육학회지 Vol.33 No.5

The purposes of this study were to develop an instrument to measure high school students` systems thinking and 10 validate the scale. The scale of systems thinking was made up for 5 factors - systems thinking, mental model, shared vision, personal mastery, and team learning through analyses of related literature. Six items per factor were constructed and the scale consisted of a total of 30 items for the pretest. After exploratory factor analysis, the number of totaJ items was reduced to 20 items. For the main test, 280 students were sampled from high school and analyzed valid cases were 260 students. The finding of the exploratory factor analysis indicated 5 factors in the model, and 4 items per single factor. The result of confirmatory factor analysis was generally appropriate and acceptable (5 factor model: x2/df=1.275, TLI=.946, CFI=.959, RMSEA=.033). The reliability for 20 items turned out to be reliable because the Cronbach`s alphas were .840 and .604-.723 per each factor. This study should be expanded to various school levels and should be standardized for further research. The subsequent studies regarding diverse leari1ing program development and implementation and the verification on the students` impact within the developed program can be recommended.

의학계열 학생들의 과학 동기, 과학 자기 효능감 및 시스템 사고간의 경로 분석

이효녕(Lee Hyonyong),이현동(Lee Hyundong),오희진(Oh heejin) 학습자중심교과교육학회 2020 학습자중심교과교육연구 Vol.20 No.18

이 연구는 의학계열 학생들 사이에서 과학 동기, 과학 자기 효능감, 시스템 사고와의 관계를 조사하고 유의 한 상관 관계를 분석하고자 하였다. 선행 연구와 문헌 조사 결과를 바탕으로 학 동기 및 과학 자기 효능감이 시스템 사고에 영향을 미칠 것이라는 연구가설을 수립하였다. 연구 대상은 의학계열의 모든 전공을 개설하여 운영하고 있는 P 대학교 의학, 치의학, 한의학을 전공하는 전체 187 명의 학생이 참여했다. 조사 도구는 과학 동기 척도 30 개 항목, 과학 자기 효능감 척도 29 개 항목, 시스템 사고 설문지 20 개 항목으로 구성되었으며, 요인들 간의 구조적 관계를 검증하기 위해 잠정적 경로 모형을 수립하고 적합도 지수와 경로 계수의 통계적 유의성을 고려하여 최종 경로 모형을 결정하고 요인들 간의 상관관계를 조사 하였다. 가설을 검증 한 결과 구조 방정식 모델의 적합도가 적절하게 나타났다 (χ2( df = 1.046, CFI = .999, TLI = .999, RMSEA = .016). 결과적으로 체계적 사고는 과학적 자기 효능감의 선호, 곤란도와 자기 조절 효능감을 통해 과학 동기의 내재적 동기와 자기 결정과 관련이 있었다. 또한, 본 연구는 과학적 자기 효능감의 자기 조절 효과, 과학 동기의 자기 결정 변수를 고려하여 시스템 사고에 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 시스템 사고는, 전문 의학 지식을 활용한 임상추론 역량을 향상시키고 논리적 사고를 조절할 수 있도록 하므로, 임상 현장에서 의료인으로서 역할을 수행하는데 필수적이다. 따라서, 시스템사고는 의학계열 교육과정에서 지속적으로 배양되어야 할 역량이다. This study was to explored the relationship between science motivation, science self-efficacy, and system thinking among medical students and was to analyzed significant correlations. Based on the results of previous studies and literature reviews, the research hypothesis was established as follows : science motivation and science self-efficacy will affect on system thinking. A total of 187 students who major in medicine, dentistry, and korean medicine at P University was participated. The survey consisted of 30 items of science motivational scale, 29 items of science self-efficacy scale, and 20 items of system thinking questionnaires. In order to verify the structural relationships among the factors, a tentative path model was established and the final path model was determined by considering the statistical significance of the goodness of fit index and the path coefficient, and the correlation between the factors was explored. As a result of verifying the hypothesis, the goodness of fit of the structural equation model was appeared appropriate (χ2/ df = 1.046, CFI = .999, TLI = .999, RMSEA = .016). Consequently, system thinking was associated with the intrinsic motivation and self-determination of science motivation through the preference difficulty and self-regulation efficacy of science self-efficacy. Furthermore, this study provides evidence that to improving system thinking depends on considering variable, the self-determination of science motivation and self-regulation efficacy of science self-efficacy. Therefore, system thinking is the ability that should have continuously improved in the medical curriculum.

과학과 교육과정의 연계성 국제 비교: 광합성 개념 중심으로

이효녕 ( Hyonyong Lee ),여채영 ( Chaeyeong Yeo ) 한국과학교육학회 2015 한국과학교육학회지 Vol.35 No.5

우리나라 교육과정은 2007 개정 및 2009 개정 교육과정을 통해 미래사회가 요구하는 인재 양성을 목적으로 개선되고 있다. 이러한 목적을 달성하기 위한 개정 방향은 질 높은 교육과정을 위해 연계성 강화에 초점을 두었다. 교육과정에서 연계성은 미래 사회를 대비하기 위한 교육과정의 설계 기준으로 고려해야 할 요소이다. 연계성에는 계속성 및 계열성을 포함하는 종적 연계성과 통합성에 관한 횡적 연계성이 있다. 계속성과 계열성은 교과 내용이 반복되고 지속되는 위계를 의미하며, 통합성은 교과 간 내용의 수준, 범위, 관련성을 말한다. 이번 연구에서는 연계성을 분석하기 위한 기준을 세워 우리나라 과학과 교육과정의 연계성을 종적 및 횡적으로 분석하였다. 또한 과학교육의 성취 수준이 높고 체계적인 교육과정을 갖춘 국가(영국, 캐나다, 미국, 핀란드, 싱가포르, 대만)들을 대상으로 한 국제 비교를 통해 우리나라 교육과정의 문제점을 발견하고 개선 방안을 모색하였다. 그리고 생명과학 광합성 개념의 연계성을 국제 비교 함으로써 우리나라 과학과 교육과정에서 필요한 연계성 강화 근거를 도출하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 우리나라 과학과 교육과정은 종적 연계성에 초점을 두고 있으며 상대적으로 횡적 연계성에 소홀하다는 문제점이 발견되었다. 이를 보완하기 위해 횡적 연계성이 높은 영국, 미국, 핀란드와 같이 ‘자연’, ‘환경’과 같은 관점을 도입하고 학생의 흥미와 관심을 고려한다. 둘째, 실제 교육 현장에서 개념의 단순 반복 또는 개념의 특정 학년에 집중으로 계속성과 계열성이 결여되어 있었다. 그 대안으로 Big Idea와 같은 내용 체계나 개념 구성의 기준을 마련하고 캐나다, 미국, 싱가포르의 교육과정에서 자주 등장하는 ‘시스템’의 관점 도입을 제안한다. 마지막으로 횡적 및 종적 연계성의 공통 기준으로서 교육과정의 교육 내용이 학생들의 발달이나 수준에 적절한지 확인할 수 있는 근거가 부족하였다. 개념 위계와 교육 순서를 제시하는 근거로 최근 해외에서 학생의 학습발달과정 연구가 증가하고 있는 추세이다. 우리나라 교육 현장에 적용이 가능한 학습발달과정에 대한 연구가 필요하며 그에 따라 교육과정을 개발하여야 할 것이다. The Korean education curriculum is making efforts to improve education to foster competencies that the future society demands through the 2007 and 2009 revised curriculum. The revised curricula focus on enhanced articulation for the quality curriculum. In this study, the curriculum is analyzed for vertical and horizontal articulation. In addition, the study found a problem in Korea``s curriculum through international comparison and sought improvement. Furthermore, the study compared internationally articulation of the concept of photosynthesis, of which the results are as follows. First, our science curriculum focuses on vertical articulation and has relatively neglected the problem of horizontal articulation. To compensate for this problem, curriculum design should introduce aspects of ‘nature’ and ‘environment’ and should consider the interests and concerns of students, as countries with high horizontal articulation do. Second, the actual education field has a problem with the a lack of continuity and sequence because of concentration of concept in a specific grade or simply repeating the concept across multiple grades. These results have led to alternative proposals that should arrange basis of concept configuration such as ‘Big Idea’ and should establish the adoption of ‘systems’ frequently appearing in the other curricula. Finally, there may be mentioned a lack of research on students`` learning progression, which can be a common standard of horizontal and vertical articulation. Research on learning progression has been a trend overseas, but there exists no study to fit Korea``s situation, so education fields need to conduct the appropriate research on learning progression as part of the commitment to high-quality curriculum.

Validation of the Revised Systems Thinking Measuring Instrument(Re_STMI) for High School Students

이현동(Hyundong Lee ),박병열(Byung-Yeol Park ),전재돈(Jaedon Jeon ),이효녕(Hyonyong Lee ) 한국교원대학교 뇌기반교육연구소 2024 Brain, Digital, & Learning Vol.14 No.1

교육격차 해소를 위한 취약계층 학생과 일반 학생의 시스템 사고 비교 분석: 탐색적 연구

이현동 ( Hyundong Lee ),김초복 ( Chobok Kim ),신창환 ( Changhwan Shin ),이우진 ( Woo Jin Lee ),허재홍 ( Jaehong Heo ),이효녕 ( Hyonyong Lee ) 경북대학교 중등교육연구소 2018 중등교육연구 Vol.66 No.1

이 연구는 취약계층 학생과 일반 학생들 사이에서 나타나는 교육의 격차, 학업 성취도 등의 차이를 줄이기 위해 수행되는 종단 연구를 위한 탐색적 연구이다. 이 연구의 목적은 취약계층과 일반 학생들의 비교를 통해 시스템 사고에 영향을 주는 요인을 탐색하고, 앞으로 진행될 연구에 대한 타당성을 확보하는 것이다. 이를 위해 취약계층 학생과 일반 학생, 학업 성취도, 학업 성적 만족도에서 시스템 사고 차이가 있는지에 대하여 분석하였다. 분석을 위해서 광역시 소재 중학교 학생 348명을 대상으로 시스템 사고 척도와 학업성취도, 학업 성적 만족도에 대한 설문을 실시하였으며 설문 결과는 SPSS 23.0 프로그램을 활용하여 평균 비교 및 일원분산분석을 실시하여 결과를 도출하였다. 분석 결과 취약계층 학생과 일반 학생 사이의 시스템 사고에는 유의미한 차이가 나타났다. 또한 학업 성취도와 학업 성적 만족도에서도 시스템 사고에는 유의미한 차이는 나타났으나 가정 소득 유형과 학업 성취도 혹은 학업 성적 만족도 사이에 상호작용 효과는 나타나지 않았다. 이를 통해 학업 성취도 변인과 관련하여 시스템 사고도 취약계층 학생과 일반 학생 사이에 유의미한 차이가 있음을 확인할 수 있었으며 나아가 가정 소득 유형에 따른 학업 성취도 차이를 줄이는데 시스템 사고 향상을 위한 다양한 프로그램이 기여할 것이라는 근거를 제시할 수 있게 되었다. The purposes of this study are to explore the factors that influence students' systems thinking and to secure the validity of future research in order to develop systems thinking-based programs to reduce the difference in academic achievement between the underrepresented and general students. For the study, we analyzed the difference of the Systems Thinking Measuring Instrument(STMI) between the underrepresented students and general students, academic achievement, and academic achievement satisfaction. For the analysis, 348 middle school students in metropolitan city were surveyed about STMI, academic achievement, and academic performance satisfaction. The results were analyzed by the t-test and one-way ANOVA using the SPSS 23.0 program. As a result of the analysis, there was a significant difference in system thinking between the two groups. In addition, there was a significant difference in systems thinking between academic achievement and academic achievement satisfaction. In conclusion, it was found that systems thinking are significantly different between the underrepresented students and general students in relation to academic achievement variables. Moreover, educational programs that are designed to improve students’ systems thinking could contribute to reduce the differences in academic achievement according to students’ socioeconomic status.

고등학생을 위한 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램 개발 및 적용 효과

전재돈 ( Jaedon Jeon ),이효녕 ( Hyonyong Lee ) 한국과학교육학회 2015 한국과학교육학회지 Vol.35 No.6

21세기 지식 기반 정보화 사회에서 융합인재교육이 요구하는 과학기술 인재는 복잡한 문제 현상을 이해하고 해결하기 위해서 시스템사고 능력이 중요하게 요구된다. 이 연구는 시스템 사고를 기반으로한 융합인재교육 프로그램을 개발하고, 고등학생에게 적용하여 시스템 사고에 미치는 효과를 검증하는 데 그 목적이 있다. Park & Lee(2014)의 ADBAS 모형을 적용하고 물레방아를 주제로 개발된 프로그램을 고등학생 60명을 대상으로 투입하여 효과를 검증하였다. 그결과 시스템 사고 능력에 대하여 양적 효과와 질적 효과 모든 측면에서향상된 것을 확인하였다. 따라서 학생들의 시스템 사고 능력과 창의적문제 해결 능력을 위해 시스템 사고 기반의 융합인재교육 프로그램을투입하기에 적절한 것으로 판단되며, 교육 현장에서 융합인재를 양성하는데 활용될 수 있을 것으로 기대 된다. In the 21st century, in a Knowledge-Based Information Society, systems thinking is a very important human resources skill in science and technology, which is required in STEAM education in order to understand and solve complex problems. The purposes of this study are: (1) to develop a STEAM education program based on systems thinking; (2) to investigate the effects of the program on students` systems thinking. The systems thinking-based STEAM education program was developed on the basis of ``ADBAS`` model (Park & Lee, 2013), and focused on the theme of watermill. A total of 60 high school students participated in this study. The results of this study showed that quantitatively as well as qualitatively, systems thinking skills improved after the treatment. In conclusion, the program we developed in this study can contribute in improving high school students` systems thinking skills and creative problem-solving abilities. The findings of this study may provide useful insights into cultivating human resources with systems thinking skills and creative problem-solving abilities.

2009 개정 과학과 교육과정의 지구과학(지권) 영역에 대한 종적 연계성 분석과 미국 차세대과학기준과의 비교

이윤아 ( Yun A Lee ),이효녕 ( Hyonyong Lee ) 경북대학교 중등교육연구소 2016 중등교육연구 Vol.64 No.3

이 연구의 목적은 2009 개정 과학과 교육과정의 지구과학 지권 영역을 중심으로 교육과정 내 종적 연계성을 분석하고 미국 차세대 과학기준(NGSS) 과의 비교를 통하여 우리나라 과학과 교육과정이 나아갈 방향을 제시하는 것이다. 종적 연계성 분석을 위하여 우리나라와 미국의 교육과정 내 지권 영역의 내용을 추출하였다. 이를 바탕으로 우리나라 과학과 교육과정의 지권 영역의 연계성 결여 내용을 중복, 격차, 지도시기 역전의 세 가지로 분석하였다. NGSS의 주요한 핵심개념에 대한 종적 연계성을 분석하였고 우리나라 교육과정과의 연계성을 비교하였다. 그 결과, 2009 개정 과학과 교육과정의 지권영역 내 연계성이 결여된 부분은 총 16곳으로 중복 12 건, 격차 3 건, 지도시기가 역전된 부분은 1 건이다. NGSS는 연계성이 결여된 부분을 찾아보기 힘들고 유치원에서 고등학교까지 내용이 심화되어 있고 체계적으로 구성되어 있다. 우리나라는 초등학교 2학년까지는 교육과정 상에 과학이 명시된 바가 없고 연계성 결여 부분이 분석되었다. 우리나라 과학과 교육과정은 NGSS와 비교하여 종적 연계성 측면에서 상대적으로 체계성이 부족하다. The purposes of this study are to analyze the articulation in the 2009 revised science curriculum focused on the unit of ‘geosphere’ and to compare its findings of articulation with NGSS. The articulation, such as repetition and disparity, was analyzed by using terms extracted from the curriculum. The results indicated that lack of articulation includes 12 repetitions, 3 disparities and 1 reversal of content introduction order. On the other hand, the contents of the NGSS is deepened and extended systematically from pre-school through to high school level. However, there is currently no clear science curriculum in place for students in pre-school through to second grade elementary in Korea. There are cases where the scientific notions go beyond the level of the targeted students. In comparison with NGSS, there is a lack of systemization and articulation in the curriculum.