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한국현장과학교육학회> 현장과학교육> 파이썬 기반 해양 데이터 시각화 수업 자료 개발 - 지구과학 Ⅱ 교과서 조석 위상 지연을 중심으로 -

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파이썬 기반 해양 데이터 시각화 수업 자료 개발 - 지구과학 Ⅱ 교과서 조석 위상 지연을 중심으로 -

Development of Python Instructional Materials for Ocean Data Visualization - Focused on Phase Delay of Tides in Earth Science Ⅱ Textbooks -

김수란 ( Su Ran Kim ) , 박경애 ( Kyung Ae Park )
  • : 한국현장과학교육학회
  • : 현장과학교육 16권4호
  • : 연속간행물
  • : 2022년 10월
  • : 538-557(20pages)
현장과학교육

DOI


목차

서론
연구 자료
연구 방법
연구 결과
결론 및 제언
사사
참고문헌

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이 연구의 목적은 해양 데이터를 활용하여 과학적 모델 유형 중 하나인 시각화 자료를 구성할 수 있는 수업 자료를 개발하는 것이다. 지구과학 과목은 다른 과목에 비해 시각 자료의 비중과 역할이 높은 편이며, 장기간 수집된 빅데이터를 활용해 의미 있는 정보를 도출하려면 데이터 시각화가 필수적이다. 2015 개정교육과정 지구과학 Ⅱ 교과서 분석 결과, 조석 단원에 수록된 실시간 자료 활용 탐구 활동으로 산출되는 시각 자료 중 그래프 형태는 1-D 시계열 형태로 제시되어 있고 다양한 디지털 도구를 활용하는 구체적 활동이 제한되어 있었다. 수업 자료는 PDIE모형을 기반으로 개발하였고, 현직 교사 대상 설문 조사를 통해 자료 개발 방향과 내용 구성에 대한 의견을 수렴하였다. 수업 시간에 교과서와 함께 디지털 도구를 활용하여 데이터 시각화 활동을 할 수 있는 구체적 방법을 제시하였고 탐구 활동에 유연하게 활용할 수 있는 형태로 제작하였다. 수업 자료의 세부 내용은 조위 데이터의 1-D 시계열 형태 시각화, 시간과 일 단위의 2-D 데이터 형태로의 변환 과정과 시각화, 2-D 자료의 패턴 분석을 활용한 조석의 위상 지연에 관한 과학적 탐구 활동이며 파이썬 프로그램으로 구성하였다. 현직 교사를 대상으로 수업 자료 실습 연수를 실시한 결과, 시각화 과정과 탐구 활동을 구성하는 과정에서 효용성이 있음을 확인할 수 있었다. 연구에서 개발된 교수 학습 자료는 조석 단원과 관련된 과학적 개념 형성 및 효과적인 탐구 방법 구현, 온라인 도구를 활용한 데이터 시각화 수업에 널리 활용될 것으로 기대된다.
This study aims to develop educational materials focused on data visualization as one of the types of scientific models using oceanic data. Earth science subjects have a higher proportion and role in data visualization than other subjects. Data visualization in Earth Science has long been essential in deriving meaningful information using extensive databases collected over a long period. As a result of the 2015 Revised National Curriculum Earth Science Ⅱ textbooks' analysis, the inquiry related to tide was limited to presenting a simple form of 1-D time series data. No specific activities using various digital tools have been composed constructively to teach the tide-related contents and classroom activities. This suggests a necessity to develop a data visualization program using real-time oceanic tide data. This study developed a program of specific methods for data visualization based on Python. The detailed program consisted of a few tidal data visualizations such as 1-D time series visualization, converted 2-D data from 1-D time series data, and tidal variations in the form of a Hovmöller diagram with a time(hour)- to-time(day) plot. This plot can be used as scientific inquiry activities to understand tidal phase delay during the day. Considering this, it is expected that the teaching and learning materials developed in this study will be extensively used to form scientific concepts related to tide variations, implement effective inquiry methods, and data visualization using online tools.

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간행물정보

  • : 자연과학분야  > 과학교육
  • : KCI등재
  • :
  • : 연5회
  • : 2093-7407
  • :
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 2007-2022
  • : 423


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16권5호(2022년 12월) 수록논문
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1지구과학 교과 수업을 위한 360도 카메라의 활용 및 VFT 적용 수업에 대한 학습만족도

저자 : 김우겸 ( Woo Kyum Kim )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 572-587 (16 pages)

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본 연구는 지구과학 교과 수업을 위한 방법으로 360도 카메라를 활용하여 PVR 학습자료를 제작하고 이를 지구과학 교과 수업에 적용하여 학습자의 학습만족도를 알아보는데 있다. 이를 위하여 2015 개정 과학과 교육과정의 지질 단원 중에서 핵심 개념 요소를 포함한 지질학습장의 일부를 360도 카메라로 촬영한 후 PVR 학습자료를 제작하였다. D 과학영재학교 1학년 56명의 학생을 대상으로 제작한 PVR 학습자료와 드래곤아이 8K라는 VR 기기를 이용하여 가상야외지질답사 활동(VFT)을 수행하도록 한 후 학생들의 학습에 대한 만족도를 분석하였다. 그 결과 지질 단원 학습에 있어서 교육과정과의 관련성, 학습 내용 이해, 학습 방법, 지구과학 교과에 대한 흥미 영역에서 약 92 % 이상(평균 6.21)의 긍정적인 학습만족도를 보였다. 또한, 자기주도적학습 영역에서 약 98.2 %(평균 6.14)의 긍정적인 학습만족도를 보였고, 과학적 심미안에 대한 정의적 영역에서 94.6 %(평균 6.16)의 긍정적인 학습만족도를 보였다. 이를 통해 지구과학 교과 수업에 360도 카메라를 활용하여 제작한 PVR 학습자료의 적용은 지질단원을 학습하는데 학습자의 학습만족도 향상에 긍정적임을 확인하였다.


The purpose of this study is to investigate the learning satisfaction of learners by making PVR learning materials using a 360-degree camera as a method for earth science subject classes and applying them to earth science subject classes. For this purpose, a part of the geology learning place including key concept elements among the geology units of the 2015 revised science curriculum was photographed with a 360-degree camera and then PVR learning materials were produced. 56 students in the 1st grade of the D Science High School asked to conduct virtual field geological trip (VFT) using PVR learning materials and a VR device called Dragon Eye 8K, and then the students'satisfaction with their learning was analyzed. As a result, in geology unit learning, about 92 % or more (average 6.21) of positive learning satisfaction was shown in the areas of relevance to the curriculum, understanding of learning contents, learning methods, and interest in earth science subjects. In addition, in the self-directed learning area, about 98.2 % (average 6.14) of positive learning satisfaction was shown, and in the affective area of scientific aesthetics, 94.6 % (average 6.16) of positive learning satisfaction was shown. Through this, it was confirmed that the application of PVR learning materials produced using a 360-degree camera to the earth science subject class was positive in improving the learning satisfaction of learners in learning the geological unit.

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2전구의 실온저항이 전구의 전기 및 광학적 특성에 미치는 영향에 대한 분석

저자 : 전성수 ( Seongsoo Jeon )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 588-601 (14 pages)

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이 연구는 전구의 정격규격별 실온저항에 따른 전구의 전기와 광학적 특성을 분석하는데 그 목적이 있다. 현장 과학교육에서 많이 사용하는 1.5 V - 0.3 A, 3.0 V - 0.25 A, 6.0 V - 0.5 A 규격의 전구를 각각 10개씩 무작위로 선정하여 실온저항을 측정하고, 전구의 실온저항에 따른 전기와 광학적 특성을 분석하였다. 이 연구에서는 전구의 전기적 특성으로 전구의 전류(I)-전압(V) 특성 곡선분포와 전구의 정격규격별 전류(I)-전압(V) 특성을 비교하고, 정격전압에서의 전구의 저항을 계산하였다. 또한 전구의 광학적 특성으로는 전구의 발광점에서의 전압 및 전류를 측정하여 발광전력을 계산하고, 전구의 정격전압에서의 색온도와 조도를 측정하여 비교하였다. 이 연구에서는 동일한 정격규격의 전구라도 전구의 실온저항에 따라 전기적 특성과 광학적 특성이 서로 다르게 나타남을 실험적 증거를 통해 확인하였다. 이러한 결과는 전기회로 관련 실험에서의 전구 사용에서 전구의 실온저항을 고려할 필요성을 시사한다.


The purpose of this study is to analyze the electrical and optical properties of the light bulb according to the room temperature resistance for each rated standard of the light bulb. The room temperature resistance was measured by randomly selecting 10 light bulbs of the 1.5 V - 0.3 A, 3.0 V - 0.25 A, 6.0 V - 0.5 A, standard, which are often used in field science education, and the electrical and optical properties of the light bulbs were analyzed for each room temperature resistance. In this study, the current(I)-voltage(V) properties curve distribution of the light bulb and the current(I)-voltage(V) properties for each rated standard of the light bulb were compared as the electric properties of the light bulb, and the resistance of the light bulb was calculated at the rated voltage. In addition, as for the optical properties of the light bulb, the luminous power was calculated by measuring the voltage and current at the luminous point of the light bulb, and the color temperature and illuminance at the rated voltage of the light bulb were measured and compared. In this study, it was confirmed through experimental evidence that electrical and optical properties differed depending on the room temperature resistance of the bulb even with the same rated standard bulb. These results suggest the need to consider the room temperature resistance of light bulbs in light bulb use in electric circuit-related experiments.

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3고등학교 천문학 수업에서 코딩을 활용한 데이터 기반 탐구활동의 활성화 방안 탐색

저자 : 조훈 ( Hoon Jo ) , 손정주 ( Jungjoo Sohn )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 602-618 (17 pages)

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본 연구에서는 고등학교 천문학 교실의 데이터 기반 코딩 활용 탐구활동 콘텐츠를 개발하고, 교사 인터뷰를 통해 이러한 탐구활동의 활성화 방안을 탐색하였다. 교육 콘텐츠는 2015 개정 교육과정 지구과학Ⅰ의 '외계행성계 탐사 프로젝트 조사'와 지구과학Ⅱ의 '구상성단의 분포를 이용한 우리은하의 중심 찾기'라는 2개의 주제 아래, 데이터를 준비하여 구글 코랩에 입력하고, 코딩을 통해 데이터 수집 및 탐색·처리·분석 그리고 시각화하는 과정을 경험할 수 있도록 구성하였다. 현직 교사와의 인터뷰는 코딩 경험이 있는 지구과학교사와 하였으며, 그 결과 코딩을 적용한 데이터 기반의 탐구활동을 포함하는 교원양성·연수 교육과정의 개발, 관련 교과협의회 활동강화, 그리고 정보 교과와 연계한 수업 개발 및 운영을 위한 현장 교육 환경 구축의 필요성이 확인되었다.


In this study, data-based inquiry activity using coding contents for high school astronomy lessons were developed, and ways for activating such inquiry activities were explored through in-service teachers interviews. The educational contents are selected on two topics in the 2015 revised curriculum, 'Investigation of exoplanet exploration projects' in Earth Science I and 'Finding the center of the Milky Way using globular clusters' in Earth Science II. And this contents contained the process from preparing data, input the data into Google Colab and execution to the process of data exploration, processing, analysis and visualization. The interview with in-service teachers was conducted with an earth science teacher who had coding experience. As a result, it was confirmed that it is needed to develop teacher education and training curriculum including data-based inquiry activities using coding, strengthen relevant subject council activities, and establish an on-site education environment for developing and operating classes linked to computing and information subjects.

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4온라인 기반 순환적 학습조력 프로그램을 통한 예비과학교사의 TPACK 향상 분석

저자 : 문수진 ( Su Jin Moon ) , 이지원 ( Ji Won Lee ) , 김중복 ( Jung Bog Kim )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 619-635 (17 pages)

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이 연구는 예비교사들이 순환적 학습조력 프로그램을 통해 예비교사들의 통합적인 TPACK 역량을 함양시키는 것을 목적으로 한다. 물리교육전공의 예비교사 12명은 LA 양성과정을 통해 테크놀로지 관련 교수지식을 학습하고 조력활동을 위한 온라인 기반 교수자료를 제작하였다. 교수자료는 전문가의 피드백을 받아 수정되었고, 예비교사들은 이 자료를 이용하여 LA 참여과정의 학습조력 활동을 진행하였다. 이후 예비교사들은 활동 중 학습자들의 반응과 피드백을 바탕으로 반성적 저널을 작성하였으며, 이를 다음 조력활동에 환류하였다. 이 과정은 총 8회 반복되었다. 예비교사들이 제작한 교수자료와 반성적 저널, 예비교사들이 자기보고식으로 응답한 TPACK 검사지를 분석한 결과 조력활동 경험이 누적됨에 따라 예비교사들의 TPACK 역량이 고루 향상된 것을 확인할 수 있었다. 예비교사들은 조력활동의 횟수가 증가함에 따라 물리 개념을 쉽고 명확하게 설명하기 위해 다양한 테크놀로지 기능을 활용하였으며, 학습자들의 선개념을 고려하고 그들이 단계적으로 개념을 학습할 수 있도록 체계적으로 교수자료를 구성하기도 하였다. 이러한 결과는 교수자료의 개발, 적용, 환류를 여러 번 반복하는 장기적이고 순환적인 과정이 아직 교육학, 내용학적 지식이 충분하지 않은 예비교사들의 통합적인 TPACK 지식의 발달에 효과적임을 밝혀 향후 예비교사 및 교사교육의 방향을 제시하였다는 점에서 그 의의가 있다.


The purpose of this study is to develop the integrated TPACK of pre-service teachers through a cyclical- Learning Assistant program. Twelve pre-service teachers majoring in physics education learned technological knowledge through the LA training course and produced online based teaching materials for assistive activities. The teaching materials were modified with the feedback of the instructors, and pre-service teachers used this material to conduct learning assistance activities in the LA participation process. Afterwards, pre-service teachers wrote reflective journals based on learners' reactions and feedback during the activity, and returned to the next activity. This process was repeated eight times. As a result of analyzing teaching materials, reflective journal, and TPACK pre-post test, it was confirmed that pre-service teachers' TPACK competencies were improved as their assistance activity experience accumulated. Pre-service teachers used various technology functions to easily and clearly explain the physics concept. And they organized the material systematically in consideration of learners' preconception, so that learners could learn the concepts step by step. These results are significant in that a long-term, periodic process of repeating development, application, and feedback is effective in developing the integrated TPACK knowledge of preservice teachers who are still lacking in educational and content knowledge.

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5바이오아트를 활용한 주제 중심 융합교육 프로그램이 고등학생의 생명윤리의식과 과학적 태도에 미치는 영향

저자 : 이진웅 ( Jin Woong Lee )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 636-651 (16 pages)

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본 연구는 생명과학과 다른 여러 교과를 생명 및 생명과학 기술이라는 학습 주제로 융합한 수업을 통해 고등학생의 생명윤리의식과 과학적 태도가 어떻게 달라지는지 알아보는 것을 목적으로 한다. 이러한 연구목적을 위해 바이오아트를 활용한 생명 탐구 융합교육 프로그램을 개발하고 이를 수업에 적용하여 고등학생의 생명윤리의식과 과학적 태도에 미치는 영향을 질적연구방법과 양적연구방법을 혼합하여 분석하였다. 세종특별자치시의 B고등학교 학생들을 대상으로 생명 탐구 융합교육 프로그램을 진행하고 이들의 생명윤리의식과 과학적 태도를 측정하였다. 그리고 융합교육 프로그램 만족도 평가와 학생들의 개별 인터뷰를 추가로 진행했다. 연구 결과, 생명윤리의식과 과학적 태도는 사전 검사보다 융합교육 프로그램을 적용한 사후 검사에서 더 높은 점수를 보여 바이오아트를 활용한 생명 탐구융합교육 프로그램은 고등학생의 생명윤리의식과 과학적 태도 함양에 긍정적인 영향을 준 것으로 판단된다. 융합교육 프로그램에 대한 만족도 평가 결과는 모든 항목이 매우 높은 긍정을 나타내는 4.5점과 비교하여 유의미한 차이를 보이지 않았기 때문에 프로그램 자체의 흥미와 구성내용 모두 부족함은 없는 것으로 판단된다. 또한 학생별 인터뷰 내용을 바탕으로 프로그램을 보완했다. 따라서 고등학교 교육활동에 바이오아트를 활용한 생명 탐구 융합교육 프로그램을 적용한다면 고등학생의 생명윤리의식과 과학적 태도가 함양되고 증진될 것으로 판단된다.


The purpose of this study is to find out how high school students' biological ethics and scientific attitudes change through classes that combine bioscience and various subjects on the topic of life and life sciences technology. For this research purpose, a life inquiry convergence education program using Bio-art was developed and applied to classes to analyze the impact of high school students on bio-ethics consciousness and scientific attitudes by mixing qualitative and quantitative research methods. Life inquiry convergence education program was conducted for B high school students in Sejong Special Self-Governing City, and their bioethical awareness and scientific attitude were measured. In addition, satisfaction evaluation of the convergence education program and individual interviews were conducted. As a result of the study, bioethical consciousness and scientific attitude showed higher scores in the post-test that applied the convergence education program than in the pre-test. It is judged that the life inquiry convergence education program using Bio-art had a positive effect on the cultivation of high school students' bioethical awareness and scientific attitude. The results of the satisfaction evaluation of the convergence education program did not show a significant difference compared to 4.5 points, which showed very high positivity, so it is judged that there is no shortage of interest and composition of the program itself. In addition, the program was supplemented based on the interview contents of each student. Therefore, if the life inquiry convergence education program using Bio-art is applied to high school educational activities, it is judged that the bioethical awareness and scientific attitude of high school students will be cultivated and promoted.

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1J 고등학교 학생들의 과학연구 체험에 대한 현상학적 사례연구

저자 : 홍석영 ( Seok-young Hong )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 439-458 (20 pages)

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본 연구에서는 일반계 고등학교인 J 고등학교 학생들의 과학연구 체험의 의미를 파악하고자 현상학적 접근을 시도 하였다. 이를 위하여 과학과제연구 교과를 수강한 경험이 있는 4명의 학생들과의 면담자료, 수업 관찰자료, 포토저널 등을 검토하여 학생들의 체험에 내재하고 있는 의미들을 포착하고자 하였다. 연구의 결과로서 실존적 주제와 이러한 주제들을 관통하는 과학연구 체험의 본질적인 의미를 도출하였다. 학생들의 체험에서 드러나는 의미를 바탕으로 과학교사로서 나(연구자)의 과학교육 실천에 대한 반성적 성찰을 수행하였으며, 연구중심 교육(R&E) 연구에 대한 시사점을 제안하였다.

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2초등학교 교사의 과학 실험실 활용 수업 실태와 인식 분석, 그리고 증진 방안 탐색

저자 : 임차미 ( Cha-my Lim ) , 양성호 ( Sung Ho Yang )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 459-471 (13 pages)

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과학 교육은 이론 위주의 학습에서 탐구와 실험을 강조하는 하는 방향으로 변화되어 왔고, 이를 지원하기 위하여 과학 실험실을 설치하고 현대화하기 위해 노력해 왔다. 초등학교 교사 163명을 대상으로 학교 과학 실험실 활용 실태와 그에 대한 교사의 인식, 그리고 실험실 활용을 증진하는 방안을 설문을 통하여 조사하였다. 설문지는 실태를 묻고 이에 대한 교사의 의견을 묻는 순서로 구성되었으며, 응답의 빈도와 비율을 구하여 분석하였다. 약 80 %의 교사가 1주일에 1시간 이상 실험 수업을 하고 있으며, 약 48 %의 교사는 1주일에 1시간 이상 실험실을 활용하고 있었다. 약 58 %의 교사가 실험 수업 빈도가 충분하다고 생각하고 있었으며, 약 40 %의 교사가 실험실 활용 빈도가 충분하다고 생각하고 있었다. 실험 수업의 빈도에 비해서 실험실 활용 빈도나 그에 대해 충분하다고 생각하는 정도는 낮은 편이었다. 물질, 운동과 에너지 단원에서 실험실을 주로 활용하였으며, 그에 비해 생명, 지구와 우주 단원은 활용도가 낮았다. 학습 환경, 학생 참여율, 학생들의 동기 유발, 탐구능력 향상 측면에서 실험실 활용 수업이 교실에 비해서 효과적이라고 생각하고 있었으며, 과학적 개념 형성 측면에서는 교실과 실험실의 활용 효과가 비슷하다고 응답하였다. 실험실 활용을 높일 수 있는 방안으로, 과학 전담 교사, 과학 보조 교사, 실험 준비물 예산 증액, 노후 도구 교체, 개인 안전 장비 구비, 교과서의 실험 구성 개선 등이 도출되었다. 나아가, 실험실 활용을 높일 수 있는 방안을 교육 당국, 관리자, 교사 측면에서 나누어 제언하였다.

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3하이드로젤 속 산-염기 반응을 이용한 느린 확산의 시각화 실험 개발

저자 : 박하늘 ( Haneul Park ) , 양성호 ( Sung Ho Yang )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 472-482 (11 pages)

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하이드로젤 내에서의 느린 확산과 산-염기 반응에 따른 지시약의 색 변화를 이용하여 세 가지 학교 실험을 개발하였다. 한 이온 물질과 지시약을 포함하고 있는 하이드로젤로 반대되는 이온을 확산시켰다. 수용액 속 이온의 농도가 높을수록 확산 거리가 증가하였고 확산이 진행됨에 따라 확산 속도는 감소하였다. 이를 통하여 픽의 법칙을 시각적으로 간단하게 보여주었다. 매질의 산과 염기 순서를 뒤바꿔보는 실험을 통해 수소 이온이 수산화 이온보다 빠르게 확산된 것을 확인할 수 있었으며, 수소 이온의 수화 반지름이 수산화 이온의 수화 반지름보다 작은 것을 확인할 수 있다. 또한, 다양한 지시약의 색 변화를 하이드로젤에 공간적으로 나타냄으로써, 지시약의 연속적 변색을 시각적으로 확인할 수 있었다.

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42015 개정 교육과정의 초등 과학 국정교과서와 검정교과서 소단원 구성 체제와 내용 비교·분석 - 지층과 화석 단원 중심으로 -

저자 : 오현석 ( Hyunseok Oh )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 483-502 (20 pages)

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교육부의 교육용 도서 다양화 정책에 따라, 2015 개정 과학과 교육과정의 초등 과학 교과서는 국정에서 검정으로 전환되었다. 본 연구에서는 초등 과학 교과서의 지층과 화석 단원을 중심으로 국정교과서 1종과 검정교과서 7종을 비교·분석하였다. 교과서 간의 소단원의 본문 구성과 내용 그리고 탐구활동을 비교하여 분석하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 국정교과서에 비하여 검정교과서에서 학습자인 초등학교 3~4학년의 인지발달 수준과 동기유발을 고려한 것으로 분석된다. 둘째, 탐구 형태의 변화는 거의 없지만, 국정보다 검정교과서가 교육과정에 제시된 내용에 더 충실하게 구성되어있다. 하지만, 같은 교육과정의 적용이었더라도 일부 교과서에서는 소단원 순서를 바꾸어 탐구활동의 순서를 변화하였고 탐구 과정의 구성에서 차이를 보인다. 따라서, 국정에서 검정교과서로의 전환은 같은 교육과정과 기존 국정교과서라는 제한요소 내에서 각기 다른 구성을 시도한 것으로 보여 교과용 도서 다양화의 초석이 마련된 것으로 판단된다.

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5등속 원운동과 Web VPython으로 우주 망원경의 위치 계산하기 (1) - 라그랑주 L1과 L2 지점을 중심으로 -

저자 : 박일우 ( Park Il-woo )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 503-517 (15 pages)

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본 연구에서는 물리2에서 학습하는 등속 원운동에 간단한 근사를 적용하여 제한된 3입자 계의 5개의 라그랑주 지점 중에서 L1과 L2지점의 위치를 계산하였다. 라그랑주 L2 지점은 우주를 관측하기 위해 보내진 제임스웹 우주 망원경이 헤일로 궤도로 운동하는 중심점이며, L1 지점은 SOHO(Solar and Heliospheric Observatory) 위성이 보내졌던 지점이다. 수식과 간단한 Web VPython 프로그램으로 구한 라그랑주 L1과 L2 지점의 위치는 모두 약 150만 km로 계산되어 서로 잘 일치하였다. 이 내용은 우주 망원경의 위치가 L1과 L2로 결정된 이유 등을 학습할 수 있는 좋은 교수학습자료로 활용될 수 있다. 또한 Web VPython과 같은 프로그래밍을 적용할 수 있는 연습 문제로 활용될 수 있을 것이다.

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6공공 플랫폼 기반 중학교 과학 교과서 해양 조석 데이터 시각화 탐구 활동 개발

저자 : 정인진 ( In Jin Jeong ) , 박경애 ( Kyung-ae Park )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 518-535 (18 pages)

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조석은 해수면이 주기적으로 상승하는 대표적인 해양학적 현상으로서 연안 해역에서 항해, 갯벌, 수산자원 또는 기상에 중요한 영향을 미친다. 한반도 해안은 학생들에게 조수의 중요성을 교육하기에 최적의 환경을 갖추고 있다. 2015 개정 과학과 교육과정 중학교 과학 교과서 5종의 조석 관련 탐구 활동을 분석한 결과, 각 교과서에서는 국립해양조사원 홈페이지의 그래프와 표를 소개하는 등 미흡한 탐구 활동을 제시하고 있었다. 본 연구에서는 해양 데이터 수집, 처리, 분석, 시각화, 해석 등 데이터 활용 능력의 모든 측면을 포함할 수 있도록 조석 데이터를 활용한 중학교 조석 탐구 활동을 제안하였다. 본 연구는 중학생 대상 탐구 활동이기 때문에 복잡한 데이터 처리나 상용 소프트웨어를 배제한 공용 플랫폼을 선택하여 활용하였다. 제안된 탐구 활동은 간단한 프로세스를 사용하여 시간에 따른 조석 데이터를 시각화하도록 설계되었다. 또한 한반도 연안의 조석의 공간적 차별성을 이해하기 위해 버블 맵(풍선 지도)을 디자인하였다. 본 탐구 활동을 통한 탐구 능력 향상 인식 조사 결과, 학생 27명과 교사 53명의 88.9 %, 98.1 %가 긍정적인 응답을 보였다. 본 연구에서 개발된 실측 해양 데이터를 활용한 탐구 활동이 학교 수업에서 광범위하게 활용되어 궁극적으로 학생들의 데이터 리터러시 및 해양 데이터 리터러시 향상에 기여할 것으로 기대된다.

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7파이썬 기반 해양 데이터 시각화 수업 자료 개발 - 지구과학 Ⅱ 교과서 조석 위상 지연을 중심으로 -

저자 : 김수란 ( Su Ran Kim ) , 박경애 ( Kyung Ae Park )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 538-557 (20 pages)

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이 연구의 목적은 해양 데이터를 활용하여 과학적 모델 유형 중 하나인 시각화 자료를 구성할 수 있는 수업 자료를 개발하는 것이다. 지구과학 과목은 다른 과목에 비해 시각 자료의 비중과 역할이 높은 편이며, 장기간 수집된 빅데이터를 활용해 의미 있는 정보를 도출하려면 데이터 시각화가 필수적이다. 2015 개정교육과정 지구과학 Ⅱ 교과서 분석 결과, 조석 단원에 수록된 실시간 자료 활용 탐구 활동으로 산출되는 시각 자료 중 그래프 형태는 1-D 시계열 형태로 제시되어 있고 다양한 디지털 도구를 활용하는 구체적 활동이 제한되어 있었다. 수업 자료는 PDIE모형을 기반으로 개발하였고, 현직 교사 대상 설문 조사를 통해 자료 개발 방향과 내용 구성에 대한 의견을 수렴하였다. 수업 시간에 교과서와 함께 디지털 도구를 활용하여 데이터 시각화 활동을 할 수 있는 구체적 방법을 제시하였고 탐구 활동에 유연하게 활용할 수 있는 형태로 제작하였다. 수업 자료의 세부 내용은 조위 데이터의 1-D 시계열 형태 시각화, 시간과 일 단위의 2-D 데이터 형태로의 변환 과정과 시각화, 2-D 자료의 패턴 분석을 활용한 조석의 위상 지연에 관한 과학적 탐구 활동이며 파이썬 프로그램으로 구성하였다. 현직 교사를 대상으로 수업 자료 실습 연수를 실시한 결과, 시각화 과정과 탐구 활동을 구성하는 과정에서 효용성이 있음을 확인할 수 있었다. 연구에서 개발된 교수 학습 자료는 조석 단원과 관련된 과학적 개념 형성 및 효과적인 탐구 방법 구현, 온라인 도구를 활용한 데이터 시각화 수업에 널리 활용될 것으로 기대된다.

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8예비 초등교사의 과학 수업 준비도에 대한 인식 및 과학 수업 준비도와 참여, 과학 교수 효능감 간의 관계 분석

저자 : 윤회정 ( Heojeong Yoon ) , 방담이 ( Dami Bang ) , 나지연 ( Jiyeon Na )

발행기관 : 한국현장과학교육학회 간행물 : 현장과학교육 16권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 556-571 (16 pages)

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이 연구의 목적은 예비 초등교사들의 과학 수업 준비도에 대한 인식을 탐색하고, 과학 수업 준비도와 참여, 과학 교수 효능감 간의 관계를 파악하는 것이다. 이를 위해 예비 초등교사 81명을 대상으로 PTPE 척도와 STEBI-B 검사 도구를 활용하여 과학 수업 준비도와 참여 및 과학 교수 효능감을 측정하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 예비 초등교사들은 학생의 사회ㆍ문화ㆍ인지ㆍ정서ㆍ신체적 배경 및 특성과 학생의 강점 등과 관련된 지식의 활용에 대해 낮은 준비도 인식을 보였다. 둘째, 예비 초등교사들은 모든 교수 영역에서 소양을 함양할 수 있는 전략 활용에 대해서는 낮은 인식을 보였다. 셋째, 예비 초등교사들은 지식, 전략 범주에 비하여 관계범주에서 낮은 준비도 인식을 나타냈다. 넷째, 예비 초등교사들의 심화전공과 성별에 따른 과학 수업 준비도 인식은 통계적으로 유의미하지 않게 나타났다. 다섯째, 과학 수업 준비도의 세 하위 범주는 모두 참여와 상관이 있었다. 여섯째, 과학 수업 준비도와 과학 교수 개인 효능감(PSTE)에 대해서 남학생이 여학생에 비해 모두 높은 상관을 나타냈다.

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