통합적 접근이 필요한 지구과학 개념에 대한 예비 교사의 이해: 현상론적 초안과 국면 분석을 통한 식 현상에 대한 정신모형 탐색 = Pre-Service Teachers' Understandings on Earth Science Concept needed for an Integrated Approach: Exploring Mental Models about Eclipse Phenomena by Analyzing Phenomenological Primitives and Facets

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study explored pre-service teachers' mental models about eclipse phenomena to investigate their understandings on the earth science concept needed for an integrated approach. We conducted in-depth interviews with two different contexts on 30 secondary and 36 primary pre-service teachers participants, and analyzed phenomenological primitives(p-prims) and facets of causal explanations about eclipses. Based on this study, we identified four different levels of mental models about eclipses. Four mental models were categorized as (1) Screening model, (2) Orbital plane model, (3) Hybrid model, and (4) Shadow cast model. Screening model is a flawed mental model, orbital plane model is an incomplete correct mental model, and shadow cast model is a scientifically correct mental model. Hybrid model, composite of two or more mental models, use multiple mental models simultaneously. Orbital plane model was the most widespread mental model in secondary pre-service teachers group, whereas screening model was used frequently in primary group. It was found that the level of mental model could be determined by the level of facet and p-prims. We confirmed context sensitivity of the mental models and perceived the necessity of integrated approaches to promote progression of mental models. Implications of our findings for enhancing pre-service science teachers' topic-specific pedagogical content knowledge (PCK) associated with eclipse phenomena are also discussed here.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 통합교과적 접근이 필요한 지구과학 개념에 대한 예비 교사들의 이해를 알아보기 위하여 식 현상에 대한 예비 교사들의 정신 모형을 탐색하였다. 본 연구에는 30명의 중등 예비 지구과학 교사와 36명의 초등 예비 교사들이 참여하였다. 정신 모형의 분석을 위해서 서로 다른 맥락의 질문지에 대한 예비 교사들의 응답 및 질문지를 토대로 한 심층 면담 과정에서 나타난 현상론적 초안과 전략적 국면을 분석하였다. 연구 결과, 식 현상에 대해 예비 교사들은 4개의 서로 다른 수준의 정신 모형을 가진 것으로 분석되었다: (1) 차폐 모형, (2) 공전궤도면 모형, (3) 혼성 모형, 그리고 (4) 그림자 모형. 차폐 모형은 결함이 있는 모형이며, 공전궤도면 모형은 불완전한 모형, 그림자 모형은 과학적으로 옳은 모형이다. 혼성 모형은 두 개 이상의 정신 모형을 동시에 사용한다. 중등 예비 교사의 경우는 공전궤도면 모형이 40%로 가장 우세한 반면, 초등 예비 교사의 경우는 차폐 모형이 67%로 가장 많았다. 국면의 수준이 정신 모형의 수준을 결정하며, 국면의 수준은 현상론적 초안에 의해 결정되는 것으로 분석되었다. 이 연구를 통해 정신 모형의 상황 의존성을 확인하였으며, 식 현상에 대한 낮은 수준의 정신 모형들이 개념적 모형으로 바뀌기 위해서는 광학과 기하학이 통합된 새로운 접근이 필요함을 알 수 있었다. 또한 정신 모형의 규명을 통한 예비 과학 교사의 주제 특정적 교과교육학 지식의 향상 가능성을 시사하였다.

참고문헌 (Reference)

1 손연아, "통합과학교육의 방향 설정을 위한 이론적 고찰" 19 : 41-61, 1999

2 오준영, "천문 현상들을 설명하는 예비초등 교사들의 정신모형의 구조: 계절과 달의 위상변화" 한국과학교육학회 26 (26): 68-87, 2006

3 변재성, "지구와 달의 운동에 대한 고등학생들의 생각" 한국지구과학회 25 (25): 519-531, 2004

4 정구송, "지구 내부에 대한 고등학교 학생들의 정신모형 탐색" 한국지구과학회 28 (28): 645-654, 2007

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

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

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

8 diSessa, A.A., "Toward an Epistemology of Physics" 10 : 105-225, 1993

9 Shulman, L.S., "Those who understand; Knowledge growth in teaching" 15 : 4-14, 1986

10 Grossman, P.L., "The making of a teacher: Teacher knowledge and teacher education" Teacher College Press, NY, USA 185-, 1990

11 Redish, E.F., "The implications of cognitive studies for teaching physics" 62 : 796-803, 1994

12 Snow, R.E., "New approaches to cognitive and conative assessment in education" 14 : 455-473, 1990

13 Magnusson, S., "Nature, Sources, and Development of PCK. in Examining Pedagogical Cotent Knowledge" Kluwer Academic Publishers, Netherlands 95-132, 1999

14 Greca, I.M., "Mental, physical, and mathematical models in the teaching and learning of physics" 86 : 106-121, 2002

15 Johnson-Laird, P.N., "Mental models: Towards a cognitive science of language, inference, and consciousness" Harvard University Press, MA, USA 513-, 1983

16 Vosniadou, S., "Mental models of the Earth: A study of conceptual change in childhood" 24 : 535-585, 1992

17 Shulman, L.S., "Knowledge and teaching: Foundations of the new reform" 57 : 1-22, 1987

18 Hall, W.C., "Integrated Science: A patterns approach to science teaching" 7 : 45-47, 1972

19 Minstrell, "Facets of students' knowledge and relevant instruction. in Research in Physics Learning: Theoretical Issues and Empirical Studies." Institute for Science Education at the university of Kiel, Germany 110-128, 1992

20 Schwab, J., "Education and the structure of the discipline. in Science, curriculum and liberal education" University of Chicago, Chicago, USA 229-272, 1978

21 Lillo, J., "An analysis of the annotated drawings of the internal structure of the Earth made by students aged 10-15 from primary and secondary schools in Spain" 19 : 83-89, 1994

22 Barnett, M., "Addressing childrens’ understanding of the Moon’s phases and eclipses" 24 : 859-879, 2002

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