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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.39 No.1 pp.103-116
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2018.39.1.103

Exploring 6th Graders Learning Progression for Lunar Phase Change: Focusing on Astronomical Systems Thinking

Hyunseok Oh1, Kiyoung Lee2*
1Middle School, Seoul National University, Seoul 02796, Korea
2Division of Science Education, Kangwon National University, Gangwon 24341, Korea
Corresponding author: leeky@kangwon.ac.kr+82-33-250-6752+82-33-242-9598
20171114 20180220 20180224

Abstract

The purpose of this study was to explore 6th graders learning progression for lunar phase change focusing astronomical systems thinking. By analyzing the results of previous studies, we developed the constructed-response items, set up the hypothetical learning progressions, and developed the item analysis framework based on the hypothetical learning progressions. Before and after the instruction on the lunar phase change, we collected test data using the constructed-response items. The results of the assessment were used to validate the hypothetical learning progression. Through this, we were able to explore the learning progression of the earth-moon system in a bottom-up. As a result of the study, elementary students seemed to have difficulty in the transformation between the earth-based perspective and the space-based perspective. In addition, based on the elementary school students' learning progression on lunar phase change, we concluded that the concept of the lunar phase change was a bit difficult for elementary students to learn in elementary science curriculum.


달의 위상 변화에 대한 초등학교 6학년 학생들의 학습 발달과정 탐색: 천문학적 시스템 사고를 중심으로

오 현석1, 이 기영2*
1서울대학교 사범대학 부설중학교, 02796, 서울특별시 성북구 월곡로 36
2강원대학교 과학교육학부 24341, 강원도 춘천시 강원대학길 1

초록

이 연구의 목적은 초등학교 6학년 학생들의 달의 위상 변화에 대한 학습 발달과정을 천문학적 시스템 사고를 기반으로 탐색하는 것이다. 선행 연구 결과 분석을 통해 서답형 문항을 개발하고 가설적 학습 발달과정을 설정하였으며, 이를 토대로 문항 분석틀을 개발하였다. 달의 위상 변화에 대한 수업을 실시하기 전과 후에 서답형 문항을 이용한 검 사 자료를 수집하였으며, 평가 결과를 이용하여 가설적 학습 발달과정의 타당성을 검증하였다. 이를 통하여, 상향식으로 지구-달 계에 대한 학습 발달과정을 탐색할 수 있었다. 연구 결과, 초등학생들은 지구 기반 관점과 우주 기반 관점 사 이의 사고 전환에 어려움을 겪는 것으로 보인다. 또한, 달의 위상 변화에 대한 초등학생들의 학습 발달과정을 근거로 할 때, 달의 위상 변화의 개념은 교육과정 상에서 초등학교의 학습 내용으로 다소 높은 수준인 것으로 판단된다.


    National Research Foundation of Korea
    2013S1A5A2A03045004

    서 론

    초등 과학과 교육과정에서 천문학 영역인 달의 위 상 변화는 학생들이 가장 어려워하는 지구과학 주제 중 하나이며, 교사들에게도 가르치기 어렵고 자신 없 어 하는 분야이다(Lee et al., 2005). 특히, 예비교사 들은 교육대학 재학 시절 중에도 달의 위상 변화를 학습하고 초등학생들에게 다시 가르치는 것에 대하여 많은 두려움을 지니고 있는 것으로 밝혀졌다(Oh, 2014). 따라서 중·고등학교 정규 교육과정을 이수하 였고 대학에서도 해당 과정을 이수한 초등 예비교사 들조차 오개념이 포함된 과학적으로 불완전하거나 결 합 있는 정신모형을 지닌 것으로 나타났다(Lee, 2008; Oh, 2014; Oh and Kim, 2006). 중·고등학생 들이 이해하는 달의 위상 변화 모형을 분석한 Lee and Choe (2008)의 연구에서는 올바른 달의 위상 변 화 모형을 지니고 있는 중등학생의 경우가 약 34% 정도이며 나머지의 학생들이 대체 개념(alternative conception)을 포함하고 있다고 밝히고 있다. 또한 중 학교 교과서에 제시된 모형과 중학생의 정신 모형과 비교한 Sung and Choe (2008)의 연구 결과에서도 지식의 통합의 관점에서 달의 위상 변화와 관련된 개념 연결을 강화할 기회가 중학교 교육에서 조차 학생들에 충분하게 제공되지 않았다고 보고하고 있다. 이처럼 달의 위상 변화에 대한 개념 이해나 정신 모 형에 관한 여러 선행 연구들을 통해서도 달의 위상 변화에 대한 개념은 복합적이며, 이들을 연결하기 위 해서는 통합적인 정신 모형(integrated mental model) 이 형성되어야 함을 알 수 있다.

    우리나라에서 과학 교과 내용 중 달의 위상 변화 에 대한 학습 내용은 2009개정 교육과정에서 초등학 교 5-6학년 군과 중학교 3학년에서 제시되어 있다. 초등학교 교과서에서는 “여러 날 동안 관찰한 달의 모양이 달라지는 것을 달의 공전으로 설명할 수 있 다.”가 핵심 성취 기준으로 제시되고 있다. 한편, 미 국의 차세대 과학교육표준(Next Generation Science Standards; NGSS)에서는 ESS1에서 달의 위상 변화 에 대한 학습 내용을 다루고 있는 데, 우리의 중학교 교육과정에 해당하는 학년에 서 태양계와 지구-달 궤 도 모델을 이용하여 달의 위상과 천구 상의 위치 변 화와 같은 천문 관찰을 설명하고 예측하기 위한 시 스템 접근법을 강조한다(National Research Council, 2012). 우리의 초등교육 과정에 해당하는 K-2에서 달 의 운동 양식을 관찰하고 기술하며 예측하는 것을 학습해야 할 기초 개념으로 보고 있고, 3-5에서 달이 지구의 주변을 공전하는 동시에 지구는 남북극을 축 으로 자전하기 때문에 하루 동안의 달의 움직임의 변화의 규칙성을 관찰하는 것을 교과 핵심 아이디어 로 구성하고 있다(National Research Council, 2012). 달의 위상 변화에 대한 관찰 중심의 미국 초등 교육 과정과 비교할 때, 달의 위상 변화의 원인까지 설명 할 수 있어야 하는 우리나라 2009 개정 교육과정의 핵심 성취기준이 요구하는 학습 내용이 다소 어렵다 고 볼 수 있다. 심지어 이 영역에 대한 학생들의 이 해를 조사했던 많은 연구들(Kim and Lee, 1995; Oh and Kim, 2006; Stahly et al., 1999; Trundle et al., 2007)은 학습 초기에 형성된 오개념을 비롯한 대체 개념과 한 번 잘못 형성된 개념의 지속성을 보고한 바 있다. 따라서 달의 위상 변화의 원인까지 설명하 는 달의 위상 변화에 대한 개념의 학습을 초등학교 교육과정에서 다루는 것의 적절성에 대한 논의가 필 요하다.

    한편, 교육과정 구성에서 내용 선정과 체계의 준거 문제의 대안으로 학습 발달과정(learning progressions) 이 제안된다(Seong et al., 2013). 학습 발달과정은 “경 험적 연구에 근거하고, 학습 평가를 통해 검증할 수 있는 가설적 발달경로를 의미한다.”(Corcoran et al., 2009). 따라서 학습 발달과정을 타당한 검사 도구를 이용하여 살펴본다면, 학습자가 학습 발달과정 중 어 느 위치에 도달하였는지 알려주는 증거들을 제공한다 (Maeng et al., 2014). 그래서 학습 발달과정 연구의 경우, 학습자의 개념 이해 수준의 발달 과정을 추적 할 뿐만 아니라 정립한 가설적 경로는 이의 발달을 촉진하는 교수 활동의 근거로 사용될 수 있으며, 평 가의 구성과 활용, 교육 과정의 내용 구성에서 학생 들의 이해 수준에 대한 근거 자료로 활용할 수 있다 (Corcoran et al., 2009). 달의 위상 변화를 교육과정 과 함께 고민하기 위해서는 학생들의 달의 위상 변 화에 대한 학습 발달과정의 연구가 필요하다. 미국의 차세대 과학교육표준에서도 학습 발달 경로와 유사하 게 발달적 진전(developmental progression)으로서의 학습 개념에 기초하여 교과 핵심 아이디어를 학생 사고의 정교성 증가에 따라 학년별로 배열하여 제시 하고 있다(National Research Council, 2012). National Research Council에서 밝히고 있는 미국의 차세대 과 학교육표준 개발의 기본 원리와 준거로 적용된 발달 적 진전의 정의는 학습 발달과정의 정의와 일맥상통 한다(Maeng et al., 2013). 따라서 교육과정 상 초등 학교에서 다루어지고 있는 달의 위상 변화에 대한 개념 수준의 적절성은 달의 위상 변화와 관련되는 지구-달 계(Earth-Moon system)에 대한 학습 발달과 정을 근거로 판단할 필요가 있다.

    최근 과학 교육에서는 학습 발달과정 개발 연구가 활발하고 수행되고 있는데, 우리나라의 경우 지구과 학 영역에서 학습 발달과정 연구는 물의 순환에 대 한 초등학생들의 학습 발달과정을 살펴본 연구 (Seong et al., 2013)와 판구조론의 연구(Maeng and Lee, 2015)가 있으며, 천문 영역에서는 초등학교와 중학교 교육과정을 걸쳐 순위 선다형 문항을 이용한 천문 시스템 학습 발달과정을 살펴본 연구(Maeng et al, 2014)가 있다. 이러한 연구들에서 학습 발달과정 을 탐색하는 주된 연구 방법은 대부분 정신 모형이 나 오개념 분석 등 다양한 연구 자료와 문헌을 분석 하여 연구자들이 추정하는 가설적인 학습 발달과정을 설정하는 것이다. 그 후 순위 선다형(ordered multiplechoice) 등의 평가 문항을 이용하여 설정한 학습 발 달과정의 타당성을 검증하는 방식으로 이루어졌다.

    본 연구는 초등 과학 교육과정에서 달의 위상 변 화에 대한 내용 수준의 적절성을 알아보기 위하여, 가설적인 학습 발달 경로를 설정하고 순위 선다형 문항을 통하여 설정한 학습 발달 경로를 검증하던 하향식(top-down) 연구에서 한 걸음 더 나아가 선행 연구 결과 분석을 통하여 개발한 서답형(constructedresponse) 문항을 이용하여 상향식(bottom-up)으로 지 구-달 계에 대한 학습 발달과정을 탐색하는 연구이다. 이 연구를 통하여 학생들의 실제 인지 수준에 부합 되는 정교화된 학습 발달과정을 파악할 수 있을 것 으로 기대된다. 이 연구를 통하여 탐색될 달의 위상 변화에 대한 학생들의 학습 발달과정은 달의 위상 변화가 교육과정에서 위치해야할 학년과 학교급의 적 합성을 판단하는 준거로 활용될 수 있을 것으로 기 대된다. 또한, 서답형 문항을 이용하여 학습 발달과 정을 상향식으로 파악하는 과정에서 학생들에게 달의 위상 변화를 가르치는 교수법에 대한 아이디어를 얻 을 수 있을 것으로 기대된다. 다시 말해, 달의 위상 변화에 대한 초등학생들의 이해 수준에 따른 학습 발달 경로를 파악하는 것은 학생들의 발달 단계에 적합한 달의 위상 변화에 대한 교수-학습 활동을 실 질적으로 지원할 수 있는 기초 자료가 될 것이다. 이 러한 연구 목적을 달성하기 위한 구체적인 연구 문 제는 다음과 같다.

    첫째, 달의 위상 변화에 대한 초등학생들의 학습 발달과정은 어떻게 나타나는가?

    둘째, 달의 위상 변화에 대한 학습 발달과정에서 나타나는 초등학생들의 개념 이해 특징은 무엇인가?

    연구 방법 및 내용

    연구 절차

    이 연구는 세 단계를 거쳐서 수행되었다. 먼저 달 의 위상 변화에 대한 학습 발달과정을 조사하기 위 해, 선행 연구 결과를 바탕으로 개방형 서답형 평가 문항 개발하고 가설적 학습 발달과정을 설정하여 문 항 분석틀을 개발하였다. 다음 단계에서는 연구 참여 자를 선정하고 달의 위상 변화에 대한 수업을 실시 하기 전과 후에 서답형 평가 문항을 이용한 검사 자 료를 수집하였다. 마지막으로 평가 결과를 이용하여 가설적 학습 발달과정의 검증과 분석을 수행하였다. 연구 절차를 간단하게 나타내면 Fig. 1과 같다.

    평가 문항과 분석틀 개발

    평가 문항의 개발은 선행 연구결과 분석을 통하여 이루어졌다. 이 과정 중에 3명의 중등 지구과학교육 전공 교수와 2명의 교사 경력 10년 이상인 지구과학 교육 전공 교육학 박사들로 구성된 5명의 공동 연구 진은 월 4회의 워크숍을 화상회의와 병행하여 2015 년 9월부터 2016년 2월까지 총 24회의 연구 모임을 수행하였다. 이러한 전문가 집단에서 선행 연구를 바 탕으로 평가 문항과 분석틀을 개발하였다.

    선행 연구에서의 평가 문항은 선택지 중에 정답이 존재하던 기존의 전통적인 선다형 평가 문항과는 달 리, 순위 선다형 문항을 이용하여 선택지에서 자신의 생각과 가장 가까운 것을 고르게 하였다(Maeng et al., 2014). 이러한 순위 선다형 문항을 이용하여 Rasch 분석을 통해 학생들의 개념 수준을 확인하였던 초등 학생과 중학생을 대상으로 수행된 Maeng et al. (2014)의 연구에서 밝혀진 학생들의 지구-달 계에서 의 학습 발달과정은 Table 1과 같다. 선행 연구에서 연구진이 제작한 순위 선다형 문항의 선택지 중에 학생들의 정신 모형과 일치하는 것이 없을 수도 있 기 때문에, 더 정밀한 학습 발달과정을 살펴보기 위 해서는 자유 응답을 위한 개방형 문항이 필요하다. 그래서 학생들의 정신 모형을 바탕으로 학습 발달과 정을 추적하기 위하여 선행 연구(Maeng et al., 2014) 에서 사용한 순위 선다형 문항(9EM, 10EM)을 맥락 을 유지한 채 수정하여 Fig. 2와 같은 서답형 문항을 개발하였다.

    개발된 서답형 평가 문항을 이용한 검사의 결과를 분석하기 위하여, 지구-달 계에서 달의 위상 변화에 대한 가설적 학습 발달과정도 재설정하였다. 순위 선 다형 문항을 이용하여 가설적 학습 발달과정에 대한 타당성을 입증한 Maeng et al. (2014)의 연구 결과와 후속 연구로 수행된 Oh et al. (2015)의 STH 모델을 적용한 시스템 사고의 분석틀에 대한 연구 결과를 바탕으로 달의 위상 변화에 대한 천문학적 시스템 사고의 수준을 설정하였다. 시스템적 실행이 위계적 관계를 형성하며 순차적으로 발달하기에(Be-Zvi Assaraf and Orion, 2005; Orion and Basis, 2008), 날짜에 따라 달의 위상이 변화함을 학생들이 인지하 는 것을 관련 시스템 사고의 수준의 하위 정착점으 로 하고, 사고의 정점인 상위 정착점을 Richmond (2004)의 정신 모형을 구성하여 모의 실현하기에 해 당하는 시스템 모델링으로 설정하였다. 다만, 시스템 의 모델링의 수준을 다시 2개로 분류하였는데, 기존 선행 연구에서는 초등학생과 중학생이 연구 대상이었 던 반면, 이번 연구 대상이 초등학생인 점을 감안하 여 불완전한 시스템 모델링을 수준 4로 선정하여 최 상의 정착점인 수준 5와 구분하였다. 이미 선행 연구 를 통해서 순위 정렬형 선다형 문항을 이용한 천문 시스템 학습 발달과정과 시스템 사고의 수준이 구인 모델링 방식(construct modeling approach, Wilson, 2005)을 적용한 일련의 평가 시스템과 전문가 집단에 의하여 타당성을 확보하였다(Maeng et al., 2014; Oh et al., 2015). 이를 바탕으로, Table 2와 같이 달의 위상 변화의 학습 발달 경로를 가설적으로 설정하였 고 이를 분석틀로 사용하였다.

    자료 수집

    연구를 위해 서울과 경기 그리고 광주 지역에 위 치한 4개의 초등학교를 표집 대상으로 하였다(Table 3). 2016년 1월에 1박 2일 동안 실시한 천문학적 사 고를 반영한 교수 방법 개발 워크샵에 참석하였던 초등학교 교사들 중 연구에 참여를 희망하는 교사들 이 재직 중인 학교를 표집 대상 학교로 선정하였다. 그 결과로 총 4개교에서 77명의 학생의 자료를 수집 하였다. 연구 윤리를 준수하기 위하여 연구 동의서를 이용하여 연구에 동의를 얻었으며 모든 참여자의 자 료는 익명으로 처리하였다. 달의 위상 변화 수업 전 과 후에 각각 개방형 검사지에 대한 학생들의 반응 을 수집하여 총 154개의 검사지 자료를 획득하였다. 학생들의 익명성을 보호하고 자료 분석의 편의성을 위하여 학생의 자료명은 검사 시기와 학교명 그리고 개인별 아이디를 이용하여 코드화하였다. 예를 들어, HJ 초등학교의 AN1의 아이디를 가진 학생의 수업 전 검사자료는 pre-HJ-AN1이다.

    자료 분석

    연구진은 선행 연구 결과를 바탕으로 Table 2와 같 이, 달의 위상 변화의 학습 발달 경로를 가설적으로 설정하였고 이를 분석틀로 사용하였다. 평가 자료의 분석은 열린 응답에 대한 분석의 일관성을 유지하기 위하여, 1차 분석에서 달의 위상 변화의 학습 발달 경로를 이용하여 연구진 중 1명이 77명의 사전과 사 후 검사 결과인 154개의 검사 자료를 분석하였다. 1 차 분석결과에 대하여 5인의 연구진이 1박 2일의 합 숙을 통한 워크숍을 거쳐 분석 결과를 공유하였으며, 연구진 사이에 의견에 차이가 있는 부분을 조율하였 다. 이 결과를 이용하여 1명의 연구원이 2차로 154 개의 자료를 재분석하였으며, 그 결과를 나머지 연구 진으로부터 재검토를 받아 분석 결과와 동일한 것으 로 연구 결과를 산출하였다. 이를 통하여 분석의 타 당도를 확보하였다.

    연구 결과 및 논의

    달의 위상 변화에 대한 학습 발달 경로에 따른 수준 변화 분석

    천문학적 사고를 반영한 교수 방법 개발 워크샵에 참석하였던 초등학교 교사들의 수업을 통해, 연구에 참여한 학생들은 달의 위상 변화에 대하여 교실에서 학습하였다. 학습 후 개방형 문항을 통하여 학생들의 학습 발달 경로에 따른 수준을 살펴보기 위하여, 수 집된 자료를 지구-달 계에서 달의 위상 변화의 가설 적 학습 발달과정의 수준에 따라 분류하였다. Table 4는 사전 검사와 사후 검사 결과의 수준별 사례수와 비율을 정리한 것이다. 수준 1에도 미치지 못하고 있 는 학생들이 수업 전 53%에서 26%로 감소한 것을 알 수 있다. 비록 많은 수의 학생들이 수준 1 이상으 로 학습 발달 경로를 따라 발달하였으나, 여전히 전 체의 25% 정도의 학생들이 날짜의 변화에 따라 달 의 모습이 변화하는 달의 위상 변화에 대하여 인지 를 하지 못하고 있는 것으로 분석된다. 달의 위상 변 화를 인지하는 수준 1과 날짜에 따른 천구상의 달의 위치의 변화를 이해하는 수준 2까지 확대하여 수준 3에 도달하지 못한 비율을 살펴보면, 사전 91%에서 사후 76%로 감소한 것을 볼 수 있다. 이는 달의 위 상 변화에 대한 수업을 수행한 이후에도 많은 수의 학생들이 천구 상의 관찰 결과를 평가지에 제시된 우주 기반 관점의 기능적 구체 모형인 달의 공전 궤 도상에 표현하지 못한다는 것을 의미한다. 즉, 지구 기반 관점에서 우주 기반 관점으로의 관점 전환이 많은 학생에게서 이루어지지 못하고 있음을 뜻한다. 이를 통하여 현재의 초등학교 교육과정에서는 달의 위상 변화에 대한 학습 발달 경로 중 수준 3이상을 성취목표로 설정하기에는 무리가 있음을 짐작할 수 있다. 이밖에도 수준 4만 사전 검사 결과와 동일한 사례수로 등장하고 나머지 수준에서는 모두 사례수가 증가하고 있다. 사전과 사후 검사에서 수준 5는 나타 나지 않고 있다.

    전체 사례의 수준을 분석하여 달의 위상변화에 대 학 학습 내용에 대한 교육과정의 적절성에 대하여 살펴보기 위하여 학습 발달 경로에 따라 사전과 사 후의 변화의 경향을 분석해 보았다. 즉, 현재의 2009 개정 교육과정에서 달의 위상변화에 대한 수업 전과 수업 후의 평가 결과를 비교하여 학습 도달 수준의 변화 여부를 조사하였다. Table 5는 수업 활동 사전 과 사후에 학생들의 수준의 변화를 상향, 중립, 하향 으로 구분하여 정리한 것이다. 달의 위상 변화에 대 한 학습 발달과정에서 설정한 가설적 발달 과정에 따라 수준이 상향 변화된 비율은 52%였으며, 사전과 사후의 변화가 없는 중립의 경우가 39%였다. 오히려 사후에 수준이 하향 변화된 비율은 9%를 차지하였다.

    Table 6은 사전과 사후에 수준의 변화 양상을 사례 별로 나타낸 것이다. 선행 연구인 Lee et al. (2016) 의 연구에서와 같이, 상향 변화를 보인 40개의 사례 와 함께 Table 6의 중립 중 수준 3으로 중립을 보인 경우(2개의 사례)와 수준 4로 중립을 보인 경우(2개 의 사례)들은 모두 달의 위상 변화 학습 발달과정에 서 설정한 가설적 발달 경로를 따라 변화한 것으로 볼 수 있다. 따라서 총 44개의 사례에서 학습 발달과 정에 따라 발전한다고 볼 수 있다. 또한, 상향 변화 를 보인 40개의 사례 중 지구 기반 관점의 수준으로 지구에서 관찰한 달의 위상 변화나 달의 위치 변화 를 인지하는 수준 1과 수준 2에서, 이를 우주 기반의 관점으로 전환하여 달의 운동에 대한 경향성을 파악 하거나 달의 운동을 기능적 구체 모형인 달의 공전 궤도 모형으로 설명할 수 있는 수준 3으로 상향 변 화한 사례는 9개의 경우에 불과하였다. 또한, 수준 2 이하에서 수준 4로 상향 발전한 경우는 없다. 이와 같은 결과는 지구-달 계에서 달의 위상 변화에 대한 초등학교 수업을 통해서 초등학생들이 지구 기반 관 점에서 우주 기반의 관점으로의 관점 전환 및 기능 적 구체 모형인 달의 공전 궤도 모형을 이용하여 달 의 위상 변화 현상을 설명하는 능력을 배양하는 것 이 어렵다는 것을 의미한다.

    Fig. 3는 학생들의 수준 변화 양상을 도표로 나타 낸 것이다. 이와 같은 도표는 Plummer (2014)의 연 구에서 학생들의 수준 변화 양상을 표현한 방법을 차용한 것이다. 도표에서 선의 굵기는 사전 수준에서 사후 수준으로 이동한 학생들의 사례 수를 나타내며, 선이 굵을수록 이동한 학생들의 사례가 많은 것을 의미한다. 즉, 가장 굵은 선으로 나타내어지는 수준 0에서 수준 0으로의 중립 변화와 수준 0에서 수준 1 로의 상향 변화가 압도적으로 가장 많은 사례 수가 나타나고 있음을 알 수 있다. 전체적으로 살펴볼 때, 상향되거나 중립의 변화를 보인 학생들이 많음을 알 수 있고 수준 0에서 수준 2내에서의 변화가 대부분 이며, 다른 수준보다는 수준 2 이하에서 수준 3 이상 의 수준으로의 변화가 상대적으로 적음을 알 수 있 다. 이를 통하여, 현재의 초등학교에서의 수업을 통 해서는 초등학생들이 수준 3이상으로 학습 발달할 것을 기대하는 것이 어렵다고 볼 수 있다. 다시 말해 서, 달의 위상 변화의 가설적인 학습 발달경로의 수 준 3과 수준 4는 초등학생이 도달하기 어려운 학습 발달 수준이라고 볼 수 있다.

    달의 위상 변화에 대한 학습 발달 경로에 따른 사례별 분석

    수업을 통한 달의 위상 변화를 교실에서 학습 전 학습 발달 경로에 따른 수준을 살펴보면, 53% 이상 의 학생들이 수준 1에도 미치지 못하고 수준 0에 머 물러 있다는 것을 알 수 있다. 수준 0인 학생들이 개 방형 평가 문항에서 보여준 반응은 무응답이거나 달 의 위상을 보름으로 표현하여 달의 위상의 변화가 없다고 답한 경우였다. 달의 위상이 변화함을 인지하 지 못하고 있는 수준이거나 달의 위상 변화에 관심 이 없는 경우이다.

    사전 검사 결과가 수준 1인 15명의 사례는 달의 위상은 변하나 천구 상에서 달의 위치가 거의 변하 지 않거나 위치에 대하여는 무응답을 한 경우이다. 해당 사례에서 나타나는 달의 위상도 정확하게 상현 을 표현하기보다는 초승에 가깝거나 하현의 모습을 하는 경우도 있었다. 또한, 달의 위상과 천구 상의 위치가 논리적으로 일치하지 않는 사례도 수준 1로 분석하였다. 예를 들어, 위상은 상현인데 남서쪽 하 늘이 아닌 남동쪽이나 동쪽 하늘에 위치하고 있는 경우는 수준 1로 분류하였다. 수준 1의 또 다른 특징 은 우주적 관점이 전혀 나타나고 있지 않다는 점이 다. 대부분의 수준 1의 학생들은 우주적 관점에서 개 방형 문항에 제시된 달의 공전 궤도에 어떠한 표현 도 하지 못하고 있다. Fig 4와 같이 pre-MS-PARK5 의 사례에서는 관측자를 궤도에 표현하지 않고 응답 지 하단에 표시하여 지구관점으로 보름과 하현의 위 치를 표시하려고 한 것으로 보인다.

    사전 검사 결과가 수준 2인 14명의 사례는 달의 위상이 변하며, 이를 천구 상에서 위치 변화로 일관 성 있게 표현한 경우이다. 일부 지구 기반의 관점을 벗어나 우주 관점인 달의 공전 궤도상에 표현한 경 우도 있지만, 삭과 망을 혼돈하거나 두 날짜의 달의 천구상의 관측과 궤도상의 표현에 경향성이 없는 경 우는 수준 2에 머무르고 있는 것으로 판정하였다. 수 준 2에서는 수준 1에 비하여 우주 기반 관점인 궤도 상에도 달의 위치를 표현한 빈도가 더 증가하였다. 하지만, 여전히 수준 1에서 나왔던 사례처럼 궤도의 안쪽에 표현을 한다거나 천구상의 위치 변화와 궤도 상의 위치가 서로 일관된 경향성을 보여주지 못한다. Fig 5와 같이 pre-JP-JU2의 사례에서는 관측자가 없 이 17일과 24일의 달의 위치가 달의 공전 궤도 안쪽 에 표현되어 있다. 또한 표현된 달이 하현의 위상으 로, 동쪽 하늘에서 남쪽 하늘의 망으로 변화하는 지 구 관점의 천구상 위치 변화가 우주 기반 관점의 달 의 공전 궤도상에 나타난 달의 위치 변화의 경향성 과 일치되지 못하고 있다.

    반면, 사전 검사 결과가 수준 3인 4명의 경우는 위 상의 변화와 지구적 관점에서 천구 상 위치의 변화 를 모두 나타낸다. 다만, 하현의 위상을 나타내거나 상현의 천구상의 위치가 옳지 않다고 하더라도, 지구 적 관점에서 천구상의 위치와 우주적 관점에서 나타 낸 달의 공전 궤도에 표현된 두 날짜 사이의 달의 위치 변화의 패턴이 일반화되어 있다. 물론 수준 3에 서의 공전 궤도는 천구상의 관측 위치 변화와 경향 성만을 일치할 뿐, 위상을 정확히 설명하는 궤도상의 위치는 아니다. 사전 검사에서 나타나는 수준 3의 특 징은 위상에 오류가 있거나 위상과 달의 천구상의 위치가 일치하지는 않는다. 하지만, 천구상의 달의 위치 변화와 공전궤도 상의 달의 이동에 경향성을 보이고 있다는 것이다. 즉, 수준 2가 다소 불완전한 지구 관점을 지닌 상태로 달의 위상 변화의 경향성 을 파악하고 있는 것으로 볼 수 있다. Fig 6과 같이 pre-JP-OH1의 사례에서는 상현의 위상으로 지구 관 점에서는 천구상의 위치를 남동쪽에 나타내고 있다. 하지만, 이 달의 위치가 남동쪽에서 망의 남쪽으로 이동하는 경향이 우주 관점에서 나타낸 달의 공전 궤도상에 동일한 경향성을 지니고 나타내고 있다. 특 이하게 이 사례에서 관측자의 위치는 정남(9시 방향) 을 향하고 있도록 바르게 표현되고 있다.

    수준 4인 3명의 경우 중 2명(pre-JP-CHO3, pre-JPKIm2) 의 사례에서 달의 위상은 상현으로 옳으나 지 구적 관점에서의 천구 상 관측 위치가 상현과 일치 하지 않는다. 하지만, 우주 관점에서의 망의 위치와 상현의 위치가 정확하다. 이는 불완전한 천구 상의 지구 기반 관점을 지닌 상태로 볼 수 있다. 다시 말 해서, 비록 수준 4로 구분을 하였지만 수준 2가 불완 전한 상태인 수준 4라고 할 수 있다. 한편 나머지 한 명(JP-KIM4)의 경우는 Fig. 7과 같이, 위상에 상현달 이라고 써놓고 하현을 그려놓은 것을 제외하고는 학 생의 표현을 상현으로 간주하였을 때의 천구상의 위 치와 우주 기반의 공전 궤도상의 위치가 일관성 있 게 표현되고 있다. 이는 위상 오류로 간주되며, 학생 이 상현의 위상을 좌측 반달로 기억하고 있는 것으 로 보인다. 한편, 수준 4인 3명의 학생은 모두 우주 기반 관점에서 지구상에 관측자의 위치에는 오류를 나타내고 있는데, 9시 방향뿐만 아니라 0시 방향에도 관측자를 나타낸 것은 모든 달의 위상을 관측자 정 면에서 바라본다는 생각이 투영된 것으로 보인다.

    수업 전 검사에서는 초등학교 6학년생들에게 달의 위상 변화의 학습 발달 경로인 수준 5는 나타나고 있지 않다. 대부분의 학생들이 수준 1조차 되지 못하 였으며, 겨우 달의 위상이 바뀌는 정도만을 알고 있 거나 지구 기반 관점에서 관측 위치의 변화까지도 고려하고 있다. 하지만, 일부의 학생들은 달의 위상 이 변하지 않고 단순하게 위치만 이동한 경우도 있 었는데, 이는 지구 자전에 의한 달의 일주 운동의 개 념이 반영된 것으로 판단된다.

    사후 검사에서 수준 3은 총 15개의 사례에서 나타 났다. 이 중 수업을 통해 수준 2 이하에서 수준 3으 로 향상된 사례의 수가 13개로 증가하였다. 사전 검 사와 동일하게 수준 3에 도달한 경우는 지구기반 관 점에서 천구상의 달의 위치 변화와 우주기반 관점에 서 달의 공전 궤도 상의 달의 위치 변화에 일관된 경향성을 나타내고 있을 뿐 달의 위상 변화를 함께 위치 변화를 달의 공전 궤도 모형을 이용하여 설명 하지는 못하고 있다. Fig 8과 같이 수준 1에서 수준 3으로 발전한 JH-JEON1의 경우는 사전 검사에서 달 의 위상을 상현으로 바르게 나타냈으나, 오히려 사후 검사에서는 하현으로 위상이 바뀌었다. 하지만, 사전 에서는 상현의 위상만 인지하고 있을 뿐 지구 기반 관점인 천구상 상현의 관찰 위치를 설명하지 못하였 다. 비록 사후에서 위상이 하현으로 바뀌기는 하였지 만, 달의 위상이 하현의 상태에서는 지구 기반의 천 구상 위치와 우주 기반 관점의 공전 궤도상의 달의 위치 변화과 일치하는 경향성을 보여주고 있다.

    사후 검사에서 나타나는 수준 3의 사례를 살펴본 결과, 달의 공전 방향을 달의 공전 궤도 모형에서 천 구의 북쪽에서 내려 보았을 때, 반시계방향이 아니라 시계방향으로 학생들이 생각하고 있다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 분석 결과는 수업 중에 달의 공전방 향을 학생들이 바르게 인지할 수 있도록, 역할 놀이 나 구체 모형을 이용하여 달의 공전 운동을 인지시 키는 교수 방법을 교수-학습 과정에서 고려해야 할 것임을 시사한다. 또한 사전 검사에 비하여 수준이 발달하여 수준 2와 수준 3에 도달한 학생들의 사례 에서 오히려 상현의 위상에서 하현의 위상으로 변화 한 사례가 등장한다. 이는 달의 위상이 결정되는 복 합적인 광학적인 원리를 정확하게 이해하지 못하기 때문이다. 달의 위상이 변화하는 관찰을 근거로 천구 상에서 위상 변화에 따른 관찰 위치의 변화의 경향 을 파악한 뒤, 그 변화를 설명하기 위한 달의 공전궤 도를 이용한 모델링으로 접근하는 교수 방법을 사용 해야 할 것으로 보인다.

    사후 검사에서 수준 4로 분류되는 3명 중 JPCHO3와 JP-6-KIm2의 경우, 사전 검사에서 위상은 상현으로 옳으나 천구상의 관측 위치가 동쪽(JPCHO3) 이나 남동쪽(JP-6-KIm2)으로 위치해 상현과 일치하지 않았다. 그래서 불완전한 천구 상의 지구 기반 관점을 지닌 상태였다. 그래서 비록 수준 4로 구분을 하였지만 수준 2가 불완전한 상태였다. 사후 검사에서는 JP-CHO3의 경우 천구상의 상현이 관찰 되는 위치가 정확하게 서쪽 하늘로 바뀌어 지구 기 반 관점에서 천구상의 달의 위치가 수정되었다. 비로 써 완벽한 수준 4에 도달한 것으로 보인다. 다만, 관 측자의 위치는 사전이나 사후에 모두 저녁 6시 위치 로 표현하고 있어. 수준 5에 도달하지는 못하였다. JP-6-KIm2의 경우도 사후 검사에서는 천구상의 상현 이 관찰되는 위치가 남서쪽 하늘로 바뀌어 지구 기 반 관점에서 천구상의 위치가 바르게 수정되었다. 하 지만, 사전 검사지에 관측자를 지구상에 18시 위치와 24시 위치에 모두 표현했다가 사후 검사에서는 전혀 표현하지 못하였다.

    한편, JP-KANG1은 사전 검사에서 수준 3이었다가 사후 검사에서는 수준 4로 향상된 사례이다. Fig 9와 같이, 사전 검사에서 위상은 상현이나 천구상의 위치 가 하현의 위치인 동쪽 하늘에 가깝게 남동쪽으로 표현되었다. 그런데, 궤도상에 표현할 때는 하현의 위치로 설명이 될 수 있는 우주 기반 관점을 지니고 있었다. 사후 검사지에서는 상현의 위치를 서쪽 하늘 방향인 남서쪽으로 수정하였고, 이에 따라 우주 기반 인 궤도상의 17일과 24일의 달의 위치도 정확하게 표현하였다. 이로써 수준 4에 도달한 것으로 보인다. 다만, 관측자의 위치는 JP-CHO3와 동일하게 사전이 나 사후에 모두 저녁 6시 위치로 표현하고 있어. 수 준 5에 도달하지는 못하였다. 관측자의 위치가 자정 이 아니라 주로 저녁 6시의 위치가 나타나는 것은 실제의 규모와 거리가 무시된 기능적 구체 모델로 제시되어 있는 달의 궤도상에 천구를 관측하는 관측 자를 반영하지 못하는 것으로, 저녁 6시의 관측자 위 치가 학생들이 검사지와 같은 평면상의 종이에 관측 자인 사람을 표현할 수 있는 일반적인 정자세이기 때문일 것이다. 그래서 5학년 초등학생들에게는 우주 적 기반 관점에서 지구와 달이 나타나 있는 공전 궤 도 모형에 지구의 자전 운동을 고려하는 지구 기반 관점의 지표상 관측자의 위치를 정확하게 인지하지 못하거나 기능적 구체 모형에 표현하기가 어려운 것 으로 해석된다.

    결론 및 제언

    이 연구에서는 초등학생들을 대상으로 이해 수준에 따른 달의 위상변화 개념에 대한 학습 발달과정을 살펴보고, 개방형 문항에 답한 학생들의 사례를 바탕 으로 학습 발달과정 상에 나타나는 학생들의 개념 이해 특징을 살펴보았다. 연구 결과를 바탕으로 다음 과 같은 결론을 도출할 수 있었다.

    첫째, 달의 위상 변화에 대한 초등학생들의 학습 발달 경로를 파악하였다. 지구 기반 관점에서의 달의 위상에 대한 관찰을 바탕으로 매일매일 달의 모양이 바뀐다는 수준 1을 기저로 하여, 매일매일 달의 모양 이 바뀔 뿐만 아니라 다른 날 같은 시각에 관찰되는 달의 위치 또한 바뀐다는 것을 파악하는 수준 2를 거쳐, 날짜에 따른 달의 모양 변화와 위치 변화의 경 향성을 파악하는 수준 3에 이르는 경로를 확인하였 다. 더 상위 수준인 수준 4에서는 달의 모양 변화와 위치 변화를 공전 궤도 상에서 달의 운동으로 불완 전하게 설명할 수 있다. 이는 천구상의 관찰인 지구 기반 관점에서 달의 공전 궤도를 이용하여 관찰 사 실을 설명할 수 있는 우주 기반 관점으로의 관점 전 환이 필요한데, 수준 4에서는 다소 불완전한 형태의 과학적 모델링을 보여주고 있다. 본 연구에서는 사례 로 나타나지는 않았지만, 달의 위상 변화에 대한 학 습 발달 경로의 정점인 수준 5로는 달의 모양 변화 와 위치 변화를 공전 궤도 상에서 달의 운동으로 완 전하게 설명하는 수준이 될 수 있다.

    둘째, 초등학생들은 지구 기반 관점과 우주 기반 관점 사이의 사고 전환에 어려움을 겪는 것으로 파 악된다. 학습 발달 경로를 파악하는 열린 문항을 이 용한 사전과 사후 분석 결과, 상향 변화를 보인 40개 의 사례 중 지구 기반 관점의 수준으로 지구에서 관 찰한 달의 위상 변화나 달의 위치 변화를 인지하는 수준 1과 수준 2에서 이를 우주 기반의 관점으로 전 환하여 경향성을 파악하거나 달의 공전 궤도 모형으 로 설명할 수 있는 수준 3으로 상향 변화한 사례는 9개의 경우에 불과하였다. 또한, 수준 2 이하에서 수 준 4로 상향 변화한 경우는 없었다. 특히, 달의 공전 방향을 달의 공전 궤도 모형에서 천구의 북쪽에서 내려 보았을 때, 반시계방향이 아니라 시계방향으로 학생들이 생각하고 있다는 것은 수업 중에 달의 공 전방향을 학생들이 바르게 인지할 수 있도록 역할 놀이나 구체 모형을 이용하여 달의 공전 운동을 인 지시키는 교수 방법을 교수-학습 과정에서 고려해야 할 것임을 시사한다. 또한 사전 검사에 비하여 수준 이 발달하여 수준 2와 수준 3에 도달한 학생들의 사 례에서 오히려 상현의 위상에서 하현의 위상으로 변 화한 사례가 등장한다. 이는 달의 위상이 결정되는 복합적인 광학적인 원리를 정확하게 이해하지 못하기 때문이다. 달의 위상이 변화하는 관찰을 근거로 천구 상에서 위상 변화에 따른 관찰 위치의 변화의 경향 을 파악한 뒤, 그 변화를 설명하기 위한 달의 공전궤 도를 이용한 모델링으로 접근하는 교수 방법을 사용 해야 할 것으로 보인다. 이는 달의 위상 변화에 대한 초등학교 수업을 통해서 지구 기반 관점에서 우주 기반의 관점으로의 관점 전환 및 달의 공전 궤도 모 형을 이용하여 달의 위상 변화 현상을 설명하는 능 력을 배양하는 것이 어렵다는 것을 의미한다.

    셋째, 달의 위상 변화 개념에 대한 초등학생들의 학습 발달과정을 살펴본 결과, 달의 위상 변화 개념 에 대한 교육과정 상에서 현재의 성취기준이 초등학 교의 학습 내용의 수준보다 다소 높은 수준으로 판 단된다. 학습 발달과정을 파악하는 개방형 서답형 문 항을 이용한 사전과 사후 연구 결과를 전체적으로 살펴볼 때, 수준 0에서 수준 2내에서의 변화가 대부 분이며, 다른 수준보다는 수준 2 이하에서 수준 3 이 상의 수준으로의 변화가 상대적으로 적음을 통하여, 현재의 초등학교에서의 일반적인 수업을 통해서는 초 등학생들이 수준 3이상으로 학습 발달할 것을 기대 하는 것이 어렵다고 볼 수 있다. 다시 말해, 달의 위 상 변화의 가설적인 학습 발달과정의 수준 3과 수준 4는 초등학생이 도달하기 어려운 학습 발달과정의 위 치라고 볼 수 있다. 따라서 연구 결과에 의하면, 미국 의 차세대 교육과정처럼 모델을 이용하여 관찰 사실 을 설명하고 관측 자료에 없는 부분을 예측할 수 있 는 능력을 배양하는 중학교 교육과정에서 달의 위상 변화 개념을 학습하는 것이 더 적절한 것으로 판단 된다.

    위와 같은 연구를 바탕으로 천문 수업에서 효과적 인 시스템 사고의 실행을 위한 제언을 하면 다음과 같다.

    첫째, 시스템 사고를 고려하여 수업 중에 실제 사 용할 수 있는 관찰을 바탕으로 패턴 찾기, 패턴을 일 반화하기, 과학적 모형을 이용하여 일반화된 패턴을 설명하기 등의 단계적인 천문 시스템 교수법을 개발 하여 적용할 필요가 있다. 본 연구에 참여한 학생들 은 천문학적 사고를 반영하는 교수 방법 개발 워크 숍에 참석하였던 교사들로부터 수업을 받았고, 그 영 향이 어느 정도 연구 결과에 반영되었을 것으로 보 인다. 하지만, 1박 2일의 학습 발달과정과 천문학적 사고를 반영한 교수법에 대한 교사 연수에 참여하였 다고 교사들의 역량이 갑자기 증가했을 것으로 기대 하기 어렵다. 따라서 본 연구를 통하여 밝혀진 학생 들의 지구-달 계에서 달의 위상 변화 개념에 대한 학 습 발달과정을 기반으로 천문학적 시스템 사고를 효 과적으로 가르칠 수 있는 현실적인 교수법 개발과 이에 따른 후속적인 연구가 이루어져야 한다. 더불어 천문학적 시스템 사고를 고려하여 학생들의 학습 발 달과정에 따라 달의 위상 변화에 대한 수업을 진행 할 수 있도록 현직 교사들에 대한 교사 재교육이 필 요하다.

    둘째, 달의 위상 변화는 교육 과정상 중학교 수준 으로 변경하거나 현 초등학교 교육과정의 성취 수준 을 조정하는 것이 바람직해 보인다. 성취 수준을 조 정하는 방법으로는 지구 기반 관점만을 초등학교에서 다루고 우주 기반 관점과 관점 전환은 중학교에서 집 중적으로 다루는 것이 연구 결과에 따르면 적절할 것 으로 보인다. 즉 초등학교에서는 현상학적 관점으로 지구에서 관찰되는 현상을 중심으로 달의 위상이 날 짜에 따라 변화하며, 그 변화에는 주기성과 규칙이 있음을 파악하고 여러 날에 걸쳐 같은 시간에 관찰되 는 달의 위치도 변화함을 이해하는 것을 성취기준으 로 설정하여야 한다. 중학교에서는 초등학교에서 학 습한 지구 기반의 관찰 현상을 달의 공전 궤도 모형 을 이용하여 설명할 수 있어야 하며, 이러한 능력의 바탕에는 지구 기반 관점의 관찰과 과학적 모형을 이 용한 우주적 관점에서의 천체의 운동을 연계하는 관 점 전환이 포함된 천문학적 시스템 사고가 필요하다.

    사 사

    이 논문은 2013년 정부(교육부)의 재원으로 한국연 구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(NRF-2013S1A5 A2A03045004).

    Figure

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    The procedure of research.

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    Illustration of constructed-response items used in this study.

    JKESS-39-103_F3.gif

    Student transition. Thickness of the lines stands for the number of cases which moved from one level to another, that is the thicker, the more % points (The way of representation was derived from Plummer, 2014).

    JKESS-39-103_F4.gif

    An illustration of level 1 (case of pre-MS-PARK5).

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    An illustration of level 2 (case of pre-JP-JU2).

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    An illustration of level 3 (case of pre-JP-OH1).

    JKESS-39-103_F7.gif

    An illustration of level 4 (case of pre-JP-KIM4).

    JKESS-39-103_F8.gif

    An illustration of level change 1→3 (case of post- JH-JEON1).

    JKESS-39-103_F9.gif

    An illustration of level change 3→4 (case of JP-KANG1, left: pre-test, right: post-test).

    Table

    Hypothetical learning progressions for Earth-Moon system (from Maeng et al., 2014)

    Hypothetical learning progressions for lunar phase change with astronomical systems thinking

    The number of students participated in this study

    Comparison of level change between pre-test and post-test

    Proportions and number of cases of upward, neutral, and downward transition

    Number of cases of upward, neutral, and downward transitions by the cases

    U: Upward, N: Neutral, D: Downward. (Shaded areas are the signigicant cases for validity evidence)

    Reference

    1. Ben-Zvi AssarafO. OrionN. (2005) Development of system thinking skills in the context of Earth System education. , J. Res. Sci. Teach., Vol.42 ; pp.518-560
    2. CorcoranT. MosherF.A. RogatA. (2009) Learning progressions in science: An evidence based approach to reform. Consortium for Policy Research in Education Report #RR-63, Consortium for Policy Research in Education,
    3. KimC. LeeJ. (1995) The relationship among secondary school students ?(tm) conceptions about the phase change of the moon and light. , Journal of the Korean Earth Science Society, Vol.17 ; pp.8-21[in Korean].
    4. LeeK. (2008) Pre-service teachers ?(tm) understandings on earth science concept needed for an integrated approach: exploring mental models about eclipse phenomena by analyzing phenomenological primitives and facets. , Journal of the Korean Earth Science Society, Vol.29 ; pp.352-362[in Korean].
    5. LeeJ. LeeK. ParkY. MaengS. OhH. (2016) Validation of learning progressions for earth ?(tm)s motion and solar system in elementary grades: focusing on construct validity and consequential validity. , Journal of the Korean Association for Science Education, Vol.36 ; pp.177-190[in Korean].
    6. LeeM. ChoeS. (2008) Complementary models for helping secondary school students to develop their understanding of moon phases. , Journal of the Korean Earth Science Society, Vol.29 ; pp.60-77[in Korean].
    7. LeeY. KwakY. KimD. (2005) Analysis and evaluation of the earth science content relevance in the 7th national science curriculum. , Journal of the Korean Earth Science Society, Vol.26 ; pp.759-770[in Korean].
    8. MaengS. LeeK. (2015) Cross-sectional item response analysis of geocognition assessment for the development of plate tectonics learning progressions: rash model. , Journal of the Korean Association for Science Education, Vol.35 ; pp.37-52[in Korean].
    9. MaengS. LeeK. ParkY. LeeJ. OhH. (2014) Development and validation of a learning progression for astronomical systems using ordered multiple-choice items. , Journal of the Korean Association for Science Education, Vol.34 ; pp.703-718[in Korean].
    10. MaengS. SeongY. JangS. (2013) Present states, methodological features, and an exemplar study of the research on learning progressions. , Journal of the Korean Association for Science Education, Vol.33 ; pp.161-180[in Korean].
    11. National Research CouncilNational Research Council (2012) A framework for k-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. Committee on a Conceptual Framework for New K-12 Science Education Standards. Board on Science Education, Division of Behavioral and Social Sciences and Education., The National Academies Press,
    12. OhH.S. (2014) A case study for mental model change of elementary pre-service teachers through integrated model based instruction, Unpublished Ph.D. dissertation, Seoul National University,
    13. OhH. LeeK. ParkY. MaengS. LeeJ. (2015) An analysis of systems thinking revealed in middle school astronomy classes: the case of science teachers ?(tm) teaching practices for the unit of stars and universe. , Journal of the Korean Earth Science Society, Vol.36 ; pp.591-608[in Korean].
    14. OhJ.Y. KimY.S. (2006) Preservice elementary teacher mental models about astronomical phenomena: seasons and moon phases. , Journal of the Korean Association for Science Education, Vol.26 ; pp.68-87[in Korean].
    15. OrionN. BasisT. (2008) Characterization of High School Students’ System Thinking Skills in the Context of Earth Systems. , Presented in the 2008 NARST Annual Meeting,
    16. PlummerJ.D. (2014) Spatial thinking as the dimension of progress in an astronomy learning progression. , Stud. Sci. Educ., Vol.50 ; pp.1-45
    17. RichmondB. (2004) An introduction to systems thinking., Isee Systems,
    18. SeongY. MaengS. JangS. (2013) A learning progression for water cycle from fourth to sixth graders with ordered multiple-choice items. , Journal of the Korean Elementary Science Education Society, Vol.32 ; pp.139-158[in Korean].
    19. SungN. ChoeS. (2008) A comparative study of knowledge integration in the textbook and students ?(tm) mental model about the phases of the moon. , Journal of the Korean Earth Science Society, Vol.29 ; pp.163-174[in Korean].
    20. StathlyL.L. KrockoverG.H. ShepardsonD.P. (1999) Third grade students ?(tm) ideas about the lunar phases. , J. Res. Sci. Teach., Vol.36 ; pp.159-177
    21. TrundleK.C. AtwoodR.K. ChristopherJ.E. (2007) A longitudinal study of conceptual change: Preservice elementary teacher ?(tm) conceptions of moon phase before and after instruction. , J. Res. Sci. Teach., Vol.44 ; pp.303-326
    22. WilsonM. (2005) Constructing measures; An item response modeling approach., Lawrence Erlbaum Associates,