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중학생 대상 귀추적 탐구 중심 야외 지질 답사 교육의 과정 이론과 결과 이론 개발

Title
중학생 대상 귀추적 탐구 중심 야외 지질 답사 교육의 과정 이론과 결과 이론 개발
Other Titles
Development of Process Theory and Outcome Theory for Junior High School Students’ Outdoor Fieldwork Education Focusing on Abductive Inquiry
Authors
정찬미
Issue Date
2018
Department/Major
대학원 과학교육학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Doctor
Advisors
신동희
Abstract
The purpose of this study is to construct a theory that systematically and comprehensively explains the process and results of learners' abductive inquiry from outdoor geologic fieldwork education based on various learning elements and their relations. Authentic geological inquiry needs to be introduced and disseminated into education field to improve problems that have occurred due to the neglect of the nature of abductive inquiry and historical science in the current science education. On the basis of a design-based research approach, this study aims to design and implement the new learning strategies and analyze their teaching-learning process and results. The research questions are as follows. First, which learning elements constitute the performance process of abductive inquiry in outdoor geologic fieldwork education? Second, what are the characteristics of performance results from abductive inquiry in outdoor geologic fieldwork education? Third, how can the performance process and results of abductive inquiry in outdoor geologic fieldwork education be explained based on the relationships between the learning elements? In this study, a program titled ‘Let’s go on a Geo-tour: Finding the history of our land' was developed for students to experience authentic geologic inquiry through 15 in-classroom lessons (60 hours) and six outdoor geologic fieldwork classes (31 hours). And it was applied to nine students in 8-9th grades. This program was revised and supplemented after pilot study, and the researcher participated in the program as a designer as well as an instructor. The common learning procedures for three outdoor geologic fieldworks (a total of six lessons) were developed to repeatedly do the field and summary activities on the same sites, which allowed students not only to lead the abductive inquiry but also to experience the cognitive process of authentic geologic inquiry under the teacher’s guide. Each fieldwork was conducted in a various teaching-learning context where several learning elements with different characteristics, such as the design of class objectives and courses, learners’s cognitive level, teacher’s scaffolding, and the features of field site, were interacting each other. The first fieldwork was conducted at the beginning of the program, prior to explicit teaching-learning activities of geologic knowledge and inquiry. It was a preliminary fieldwork, and the site was Gwanaksan Valley in Seoul. The second and third fieldworks which happened after the explicit learning, were the main fieldwork conducted in the latter part of the program. The locations were the coast of Songdo Peninsula in Busan and Gyeokpo coast in Byunsan Peninsula in North Jeolla Province, respectively. The research data were collected in various ways from the learners, teacher and class observer. Main data analyzed deeply were video/audio recordings and students’ activity sheets collected during the outdoor geologic fieldwork. As supplementary data, students’ program applications, video/audio recordings and students’ activity sheets from classroom instruction, students’ field trip reports, various types of pre- and post- surveys, teacher’s and assistant teacher’s journals were also analyzed. Data analysis was based on the second generation grounded theory practice guidelines which emphasize creative and flexible data analysis. The results of this study were presented by comparing the students’ performance characteristics of abductive inquiry process (catching geologic clues, generating hypotheses of geological event, and evaluating hypotheses of geological event) shown in the preliminary and main fieldworks. During the preliminary fieldwork, students caught clues of low geological importance and used everyday experience and/or general scientific knowledge as a rule when asked to generate hypotheses about the origin of the clues. Also, students evaluated their hypotheses by the scientific accuracy of the rule or their own criterion. Meanwhile, during the main fieldwork, students frequently caught key clues in geologic perspectives and spontaneously generated geological event hypotheses related to the clues by borrowing the geologic knowledge (concept) as a rule. Furthermore, students scientifically evaluated their generated hypotheses based on the consistency of observations (evidence) and rules (science theory). The contents and the process of the in-class learning that were conducted between the preliminary and main fieldworks were also presented to further describe the differences of the performance characteristics in abductive inquiry between them. Through the in-class learning composed of nine and half lessons (a total of 33 hours) between preliminary and main fieldwork, students explicitly learned what the geologic inquiry is, including abductive reasoning as well as geologic knowledge. Based on the analysis of the empirical data, this study constructed an abstract theory on the process and results of learner’s performance during abductive inquiry in outdoor geologic fieldwork context. The main content of the outcome theory is ‘performance level of each abductive process'. Each identification criterion and the four steps of qualitative level corresponding to catching geologic clues, generating hypotheses of geological event, and evaluating hypotheses of geological event were presented. Part of the characteristics of the results of abductive performance that can not be explained as leveling perspective was conceptualized as 'independence of abductive performance' . In addition, the process theory was presented based on discovering learning elements, which were related to the results of these abductive performances, and building their relationship. Three main learning elements that consist of the performance process of abductive inquiry in geologic fieldwork education are the inquirer who is doing the inquiry, the site of geologic fieldwork as an inquiry subject and learning environment, and the teacher who designs and implements the teaching and learning. The inquirer element consists of sub-components, such as inquirer's ability for abductive inquiry and the attitude for doing inquiry. The site of geologic fieldwork element is composed of the attention to geologic clues, the abundance of geologic evidences, and the physical learning environment. The teacher element consists of the design of the geologic fieldwork, the instruction on the geologic fieldwork, and the design and instruction of the in-class learning before the geologic fieldwork. The results of abductive inquiry performance in geologic fieldwork are influenced by the interaction between the inquirer and the geologic fieldwork site in various aspects. The teacher not only interacts with the inquirer and the geologic fieldwork site, but also affects interaction between the two. Through the theory constructed in this study, the results of ‘Let’s go on a Geo-tour’ program can be described as follows. In the main fieldwork, ‘performance level of each abductive process’ was higher than the preliminary fieldwork, because the overall ‘inquirer's ability for abductive performance’ was improved. On the other hand, the difference in 'independence of abductive performance' in two main fieldworks are largely influenced by the fact that ‘openness of geologic inquiry’ were designed differently. Other differences in characteristics of individual student’s abductive performance can be contextually explained based on the difference of various learning (sub-)elements. This study firstly theorized the process and results of abductive inquiry in outdoor geologic fieldwork education, which has significance in that it provides the foundation to disseminate authentic geology inquiry. In conclusion, some instructional implications are proposed such as designing and implementing geologic fieldwork education considering the various learning elements presented in the process theory, especially the ‘attention to geologic clues' and diagnosing the level of learners based on the outcome theory. Follow-up studies on the practical and specific method for introducing abductive inquiry-based outdoor geologic fieldwork education into school settings, and elaborating or generalizing the theory on abductive inquiry performance in geologic fieldwork are required.;본 연구의 목적은 야외 지질 답사 교육에서 나타나는 학습자의 귀추적 탐구 수행 과정과 결과를 다양한 학습 요소 및 그들 간 관계를 바탕으로 체계적·종합적으로 설명하는 이론을 구성하는 것이다. 기존의 과학 교육에서 귀추적 탐구 및 역사 과학의 본성이 간과됨으로써 발생했던 문제들을 개선하기 위해 교육 현장에 실제적 지질학 탐구가 도입 및 확산될 필요가 있다. 이에 본 연구는 설계 기반 연구 접근에 기초해 기존에 없었던 새로운 학습 형태를 설계 및 실행하고 그 교수·학습 과정과 결과를 분석하고자 한다. 연구 문제는 첫째, 야외 지질 답사 교육에서 귀추적 탐구 수행 과정을 구성하는 학습 요소는 무엇인가?, 둘째, 야외 지질 답사 교육에서 나타나는 귀추적 탐구 수행 결과의 특징은 무엇인가?, 셋째, 야외 지질 답사 교육에서 귀추적 탐구 수행 과정과 결과는 학습 요소 간 관계를 바탕으로 어떻게 설명될 수 있는가? 등이다. 본 연구에서는 9개월간 15차시의 교실 수업(60시간)과 6차시의 야외 지질 답사(31시간)를 통해 실제적 지질학 탐구를 교육하는 ‘지오투어를 떠나요: 우리 땅의 역사를 찾아서’ 프로그램을 개발해 중학교 2-3학년 남녀 학생 9명에게 적용했다. 본 프로그램은 예비 연구를 통해 보완된 것이었고, 연구자는 설계자이자 교수자로서 프로그램에 참여했다. 본 프로그램에 포함된 3차례(6차시)의 야외 지질 답사 수업의 공통적 학습 절차는 동일한 현장에 대한 답사 및 정리 활동을 여러 번 반복하도록 개발되어, 학생이 주도적으로 귀추를 수행할 뿐 아니라 교사의 인도를 바탕으로 실제적 지질학 탐구의 인지 과정을 경험할 수 있도록 했다. 각 답사는 서로 다른 특성을 가진 여러 학습 요소(수업 목표 및 과정 설계, 학습자 수준, 교사의 스캐폴딩, 답사 장소 특성 등)가 상호작용하는 다양한 교수·학습 상황에서 수행되었다. 첫 번째 답사는 지질학 지식 및 탐구의 명시적 교수·학습 활동 전인 프로그램 초반부에 수행된 예비 답사로, 장소는 서울 관악산 계곡이었다. 두 번째 및 세 번째 답사는 프로그램의 후반부(명시적 학습 후)에 실행된 본 답사로, 장소는 각각 부산 송도반도 해안과 전북 변산반도 격포 해안이었다. 연구 자료는 학습자, 교사, 수업 관찰자 등으로부터 다양한 방식으로 수집되었다. 주요하게 분석된 자료는 야외 지질 답사 수업 중 수집된 수업 녹화·녹음 자료 및 학생 활동지 등이었다. 이 외에 프로그램 지원서, 교실 수업 녹화·녹음 자료, 집단 면담 자료, 교실 수업 학생 활동지, 야외 지질 답사 보고서, 사전·사후 조사지 및 검사지, 교사 및 보조 교사 수업 일지 또한 보조 자료로 함께 분석되었다. 자료 분석 시 창의적이고 유연한 접근을 강조하는 2세대 근거이론 실천 지침을 따랐다. 연구 결과는 예비 답사와 본 답사에서 귀추적 탐구의 과정(지질 단서의 포착, 지질 사건 가설의 생성, 지질 사건 가설의 평가)별 학생들의 수행 특징을 비교하여 제시되었다. 예비 답사에서 학생들은 지질학적 중요도가 낮은 단서를 포착했고, 해당 단서의 생성 원인에 대한 가설 생성을 요구받자 일상 경험 및 일반 과학 지식을 규칙으로 활용했으며, 생성된 가설을 규칙의 과학성이나 임의적 기준에 의해 평가했다. 한편, 본 답사에서 학생들은 지질학적 핵심 단서를 포착했고, 자발적으로 해당 단서와 관련된 지질학적 사건 가설을 지질학 지식(개념)을 규칙으로 차용해 생성했으며, 생성된 가설을 관찰(증거)와 규칙(과학 이론)의 정합성을 바탕으로 과학적으로 평가했다. 발견된 예비 답사와 본 답사 간 귀추 수행 특징 차이를 설명하기 위해 그 사이에 이루어진 교실 수업의 내용과 과정 또한 함께 제시되었다. 9.5차시(33시간)로 구성된 예비 및 본 답사 사이의 교실 수업을 통해 학생들은 지질학 지식뿐 아니라 귀추적 추론을 포함한 지질학 탐구를 명시적으로 학습했다. 본 연구에서는 경험적 자료에 대한 분석을 바탕으로 야외 지질 답사 상황에서 학습자가 귀추적 탐구를 수행하는 과정과 결과에 대한 추상화된 이론을 형성했다. 결과 이론의 주요 내용은 ‘귀추 과정별 수행 수준’으로, 지질 단서의 포착, 지질 사건 가설의 생성, 지질 사건 가설의 평가 각각에 해당하는 판별 기준과 4단계의 정성적 수준이 제시되었다. 귀추 수행 결과 특징 중 수준 차원으로 설명되기 어려운 부분은 ‘귀추 수행 주체성’으로 개념화되었다. 귀추 수행 결과 특징 중 수준 차원으로 설명되기 어려운 부분은 ‘귀추 수행 주체성’으로 개념화되었다. 또한 이러한 귀추 수행 결과와 관련된 학습 요소 발견 및 이들 간 관계 설정을 바탕으로 과정 이론을 제시했다. 지질 답사 교육에서 귀추적 탐구 수행 과정을 이루는 주요 학습 요소는 탐구 주체인 탐구자, 탐구 대상이자 학습 환경인 지질 답사 현장, 그리고 교수·학습을 설계 및 실행하는 교사 등 세 가지이다. 탐구자 요소는 탐구자의 귀추 수행 역량, 탐구 수행 태도 등의 하위 요소로 구성된다. 지질 답사 현장 요소는 지질 단서의 주목도, 지질 증거의 풍부성, 물리적 학습 환경 등으로 구성된다. 교사 요소는 지질 답사 수업 설계, 지질 답사 수업 지도, 지질 답사 전 교실 수업 설계 및 지도 등으로 구성된다. 지질 답사에서 귀추적 탐구 수행 결과는 다양한 측면에서 탐구자와 지질 답사 현장이 상호작용한 영향을 받으며, 교사는 탐구자 및 지질 답사 현장과 상호작용할 뿐 아니라 또한 그 둘이 상호작용하는 데 영향을 미친다. 본 연구에서 구성된 이론을 통해 ‘지오투어를 떠나요’ 프로그램 적용 결과를 설명하면 다음과 같다. 본 답사에서는 예비 답사보다 ‘귀추 과정별 수행 수준’이 높게 나타났으며, 이는 학생들의 ‘귀추 수행 역량’이 전반적으로 향상되었기 때문이다. 한편, 두 번의 본 답사에서 ‘귀추 수행 주체성’이 다르게 나타난 것은 ‘지질학 탐구 개방 정도’가 다르게 설계되었던 것의 영향이 크다. 이외에 나타난 개별 학생들 간 귀추 수행 특성 차이는 다양한 학습 (하위) 요소 차이를 바탕으로 맥락적으로 설명될 수 있다. 본 연구는 야외 지질 답사 교육에서 귀추적 탐구 수행의 과정과 결과를 이론화한 최초의 연구로, 실제적 지질학 탐구의 확산을 위한 토대를 마련했다는 의미가 크다. 본 연구의 결론으로, 과정 이론에 제시된 다양한 학습 요소, 특히 ‘지질 단서의 주목도’를 고려해 지질 답사 교수·학습을 설계 및 실행할 것, 그리고 결과 이론을 바탕으로 학습자 수준을 진단할 것 등의 교육적 시사점을 제안한다. 귀추적 탐구 기반 야외 지질 답사 교육의 학교 현장 도입을 위한 실질적·구체적 방안 마련 및 지질 답사에서 귀추적 탐구 수행 이론의 정교화 또는 일반화와 관련된 후속 연구 또한 필요하다.
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일반대학원 > 과학교육학과 > Theses_Ph.D
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