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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.40 No.5 pp.538-547
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2019.40.5.538

Analysis of the Conceptual Understanding of In-service and Pre-service Earth Science Teachers about ‘Stellar Evolution’

Min-Kyoung Ha, Jungjoo Sohn*
Department of Earth Science Education, Korea National University of Education, Cheongju 28173, Korea
Corresponding author: jjsohn@knue.ac.kr Tel: +82-43-230-3783
October 6, 2019 October 21, 2019 October 29, 2019

Abstract


This study analyzes the conceptual understanding of in-service and pre-service earth science teachers about the H-R diagrams and evolution of stars using conceptual status analysis categories. The results show that (a) many teachers use unscientific language in the Intelligibility range, (b) teachers are categorized in Low scientific inquiry ability related to graph creation and unscientific analogy for scientific concept which is hightly corelated to the possibility of misunderstanding in the teaching process, and (c) pre-service teachers lack the understanding of the secondary science curriculum. It is necessary to develop pre-service curriculum that can be applied to the school site. In the category of Plausibility range, (d) both groups understood the cosmological meaning of stellar evolution. However, pre-service teachers do not specifically explain the mechanism of a star. In the category of Fruitfulness range, in-service teachers come up with educational problems reflecting the academic characteristics of earth science and apply their knowledge to actual problem solving. On the other hand, pre-service teachers show high nonresponse ratio, they do not see the H-R diagram and the evolution of stars as a practical concept. In the analysis process, both groups are found to have many unscientific conceptions about the H-R diagram and evolution of stars. Therefore, it is suggested that caution be used in developing a professional development program of earth science teachers.



현직 및 예비 지구과학교사의 ‘별의 진화’에 대한 개념 이해 분석

하 민경, 손 정주*
한국교원대학교 지구과학교육과, 28173, 충청북도 청주시 흥덕구 강내면 태성탑연로 250

초록


본 연구는 현직 및 예비 지구과학교사의 H-R도와 별의 진화에 대한 개념 이해 상태를 알아보기 위해 개념 지 위 분석틀을 활용하여 수행하였다. 이해 가능성 영역에서 현직교사의 비과학적 용어 사용이 다수 발견되었고, 그래프 작성에서 낮은 과학적 탐구 능력과 개념에 대한 비과학적 비유가 발견되어 교수 과정에서 잘못된 개념 전달의 가능성 이 확인되었다. 예비교사는 중등교육과정 연계 문항에서 다수의 오류를 보였으며, 이와 관련하여 학교 현장에 적용이 더 잘 될 수 있도록 예비교사 교육 과정의 개선이 필요하겠다. 개연성 영역에서, 두 집단 모두 별의 진화가 갖는 우주 론적 의미를 이해하고 있었으나, 예비교사의 별의 실제기작에 대한 설명이 구체적이지 않았다. 유용성 영역에서, 현직교 사는 지구과학의 학문적 특성을 반영한 교육적 고민을 하고 있었고, 지식을 현실 문제해결에 활용, 적용하려는 경향이 높았다. 반면, 예비교사는 높은 무응답률을 보여 H-R도와 별의 진화를 실용적 개념으로 파악하지 않는 것으로 확인되 었다. 결과적으로, 두 집단 모두에서 H-R도와 별의 진화에 대한 비과학적 개념이 다수 발견되어 교사 교육 및 교수 학 습 계획 수립 시 주의가 필요함을 확인할 수 있었다.



    서 론

    지구과학1 교과는 대학수학능력시험에서 채택율이 높은 선택과목으로 지구과학 교사에 의한 교수 빈도 가 높은 과목이다. 2015개정교육과정 지구과학1의 내 용 요소 중에는 H-R도와 별의 진화가 포함되어 있 다. ‘H-R도’는 별의 광도와 온도 사이의 관계를 그래 프로 나타낸 것으로, 천문학자들은 이를 활용하여 별 분류 및 크기, 온도, 진화를 이해하고, 거리를 추론할 수 있다(Riddle, 2017). 즉, ‘H-R도’와 ‘별의 진화’는 천문학에서 중요한 주제이다.

    기존 천문 교육 연구결과물에서는 주로 달의 관찰, 달의 위상 변화 등 달을 주제로 한 연구물은 다수 보고 되었으나(Jo and Sohn 2018), 시공간, 계절 변 화 등 공간지각 능력 기반의 운동을 다루는 연구 (Ryu, 2008;Shin, 2000)등 주로 초등학교교육을 대 상으로 하며, 중등학교대상으로는 투영관을 이용한 천문 교육(Choi, Lee and Park 2019)이나 천체의 실 제 관측(Jeong and Sohn 2016)등이 제한적으로 수행 이 되었고, ‘별의 진화’를 주제로 다룬 현장 교육과 연계된 연구가 미비한 실정이다.

    교수학습의 성패를 평가하기 위해서는 교사 대상 연구가 필요하다. 많은 학생들이 교사와의 교수 학습 활동을 통해 개념을 형성하고(Kwak, 2002), 교사가 교과 내용 지식이 부족한 단원을 가르치는 경우 효 과적인 수업은 이루어지지 않기 때문이다(Childs and McNicholl, 2007). 초중등 교사들은 천문 단원에서 지도의 어려움을 인식하고 있었고(Park and Park, 2018;Shin and Lee, 2011), 교사도 학생과 동일한 대안 개념을 갖고 있는 것으로(Song, 2003) 보고된 바 있다. 이렇게 천문 교과에 대한 교사의 개념을 확 인하는 연구는 필수적이다. 그럼에도 1989년에서 2017년까지 발표된 지구과학 개념변화관련 연구에서 교사 대상 연구는 적었다(Park and Park, 2018).

    교사가 가진 개념이 교육적 목표로 하는 과학적 개념으로 유지, 변경, 대체되기 위해서는 그들의 선 행 개념을 파악해야 한다. 이를 위해 개념 이해 측정 및 개념 변화 확인을 위한 평가 도구로써 개념지위 분석을 활용할 수 있다(Choi and Chun, 2015). 개념 지위(Conceptual Status)란 학습자의 개념망인 개념생 태 안에서 특정 개념이 차지하고 있는 영역, 혹은 개 념의 지적 능력을 말한다(Hewson, P. and Lemberger, 2000). 개념지위 분석은 특정 개념을 표현, 설명, 적 용하는 방법을 분석하는 것이다. 이를 통해 개념 형 성 여부 및 학습 과정에서의 어려움을 파악하고, 교 사는 새로운 교수법 및 평가자료 개발을 위한 자료 를 획득하여 해결방안을 탐색할 수 있다(Hewson, P. and Lemberger, 2000;Choi and Chun, 2015). 마찬 가지로 교사의 개념지위 분석을 통해 이해 역량 진 단과 교수학습 과정의 질적 향상을 위한 자료 제공 을 기대할 수 있다.

    Posner et al.(1982)는 개념변화모델(CCM, Conceptual Change Model)을 설명하며 개념변화가 일어나기 위 해 충족되어야하는 4가지 조건(불만족, 이해가능성, 개연성, 유용성)을 제안했다(Syuhendre, 2017). Tholrey (1996)는 이해 가능성(Intelligibility), 개연성(Plausibility), 유용성(Fruitfulness)과 같은 개념변화모델의 핵심개념 을 표현하기 위해 개념의 표상(Representational)의 예 를 추출하여 과학교실담화에 활용할 수 있는, 개념적 내용 구조화를 위한 분석 목록을 개발하였다(Thorley and Stofflett, 1996). 이때 표상은 생각이나 개념의 소통 방법으로 말, 글, 이미지, 제스처 등의 조합이다 (Tsui and Treagust, 2007).

    Hewson and Lemberger(2000)Thorley(1996)의 개념지위 분석 목록을 바탕으로 Table 1로 재구성했 다. 이를 활용한 경험적 연구를 통해 학습자가 개념 의 구별에 지위를 사용하고, 지위가 선지식의 안정적 평가를 위한 기준 범위를 제공함을 확인하였다. 국내 연구로는 유전에 대한 중등학생들의 개념지위 분석 및 횡단분석 연구(Tsui and Treagust, 2007;Park et al., 2011), 진화에 대한 흥미와 수용에 따른 고등학생 의 개념지위 분석 연구(Ryu, 2012), 면역을 주제로 현직, 예비교사의 개념지위를 비교 분석한 연구(Choi and Chun, 2015) 등이 진행되었다.

    본 연구에서는 현직 및 예비교사의 H-R도와 별의 진화에 대한 개념 이해의 특징은 무엇인지 그리고, 두 집단에서 발견된 비과학적 개념은 무엇인지를 확 인하고자, Hewson과 Lemberger(2000)의 개념지위 분 석 목록을 활용하여 별이 진화에 관련한 지구과학I 교육과정의 핵심 개념을 바탕으로 지구과학교사를 대 상으로 한 문항을 제작하고, 문항 별 답변과 하위 개 념 지위 요소를 연계하여 관련 개념 이해에 대한 결 과 분석을 수행하였다. 결과 분석 과정에서 발견된, 과학적이지 않은 개념을 ‘비과학적 개념(Unscientific Conception)으로 나타내었다. 이를 통해 H-R도와 별 의 진화에 대한 교사들의 개념 이해를 확인하고, 과 학적 교수학습 계획 수립을 위한 정보와 교사 교육 및 천문 교육의 제안점을 찾고자 한다.

    연구 방법

    1. 연구 대상 선정

    연구 대상으로 현직 지구과학교사 7명과 예비 지 구과학교사 10명을 선정하였다. 현직교사의 프로필은 Table 2와 같다. 연구 초반, 현직교사 집단에서 해당 주제에 대한 교수 유무가 결과에 영향이 있을 것으 로 예상하여 질적 분석을 진행하였으나 뚜렷한 인과 관계를 발견할 수 없어 성별, 근무지역, 교수 경험 유무 등의 변인에 따른 결과는 도출하지 않았다.

    예비교사는 K대학교 지구과학교육과 3학년 과정에 재학 중인 10명의 대학생이다. 이들은 모두 고등학교 재학 중에 융합과학, 또는 지구과학2 과목에서 H-R 도와 별의 진화를 학습한 경험이 있었고, 학부 2학년 1학기에 천문학을 수강하여 연구 주제에 대한 기초 수준의 학습 경험이 있었다.

    2. 문항지 개발 및 타당도 확보

    본 연구에서는 2015개정교육과정 지구과학1의 HR도와 별의 진화 영역에 대한 성취기준 및 탐구 활 동 등의 해설을 바탕으로 문항지를 개발했다. H-R도, 별의 진화 과정, 별의 내부구조와 에너지원의 3가지 개념영역을 설정한 후, 세부 내용을 추출하여 하위 문항을 포함하는, 총 11개의 문항을 개발하였다. 이 때 개념지위 하위 요소는 Table 1을 활용하였다. 개 념영역 별로 개발된 문항 각각에 해당되는 개념지위 하위 요소를 선정하고, 하위 요소 개수에 따라 점수 화하였다.

    타당도 검사에 참여한 전문가는 5명으로 경력 15 년 이상 2명, 10~15년 1명, 5~10년 2명이다. 이들의 학력은 박사 2명, 석사 3명으로 지구과학교육 전문가 1명, 현장 전문가 4명이다. 개발 문항과 출제의도, 예 상 답변 및 그에 적합한 개념지위 하위 요소에 대해 2차례 타당도 검사를 진행하였다. 1차 검사에서 교육 과정 위배 여부, 문항 발문 방식, 개념지위 하위 요 소와 적합 유무 등에 대한 의견을 받아 면밀히 협의 하였고, 수정된 문항으로 2차 검사를 진행하여 각 문 항별 타당도 지수(CVI)가 0.85 이상 확보되었다. 이 과정에서 연구 주제 특성 상 모든 하위요소를 담는 것이 어렵다는 의견에 따라 개념 영역별로 개념지위 하위 요소가 모두 반영되지는 않았다.

    예비검사는 총 2차례 이루어졌다. 검사 대상은 1차 타당도 검사 후 현직교사 1명, 2차 타당도 검사 후 지구과학교육 전공 박사과정 2명이다. Table 3은 최 종 개발 문항과 결과 분석 기준수(ACS)를 나타낸 것 이다.

    3. 자료 수집 및 분석

    제공된 문항지는 2015개정교육과정 해설과 성취기 준이 첨부되어, 읽어본 후 답변할 수 있도록 제작되 었다. 연구 대상 선정 후 현직교사는 이메일로 문항 지를 발송하여 4주 이내에 결과물을 받았다. 교사별 로 회신까지 1주일 이내인 경우와 최대 4주까지 소 요된 경우도 있었다. 또한, 회신 후 답변에 대한 추 가 질의응답을 1차례 시행했다. 예비교사는 특정 시 간에 일괄 배부한 설문지를 1일 후 회수하였다.

    결과 분석은 각 문항의 개념지위 하위 요소별로 과학적 답변의 유무를 판단하여 점수화하였다. 하위 요소별 총 분석 기준수에 대해 연구 대상자 집단의 답변 중 과학적으로 판단된 답변 수의 비율, 즉 백분 율 점수로 결과를 산출했다. 또한, 모든 답변을 질적 분석하여 연구 대상자들이 갖는 비과학적 개념 목록 을 만들었다. 이 과정은 K대 지구과학교육과 천문 분야 대학원생 5명과 함께 협의하여 진행하였다.

    연구 결과 및 분석

    1. 개념지위 영역별 분석 결과 및 발견된 비과학 적 개념

    현직교사가 예비교사에 비해 평균적으로 23.3점 더 높은 점수가 나타냈다. 이는, 일반적인 임용 고시 준 비가 학부 4학년에서 집중적으로 이루어지는 것을 감안하여 유의미한 차이가 아닌 것으로 판단하였다. 따라서 두 집단의 점수 차이(△)가 +23.3점 이상인 요소를 중심으로 논의하고자 한다. 또한, 두 집단의 점수는 대체로 이해 가능성, 개연성, 유용성 영역의 순으로 나타났다. 이는, 그럴듯한 개념은 먼저 이해 할 수 있어야 하고, 유용한 개념은 이해할 수 있고 그럴듯한 것이어야 한다는 주장(Duit and Treagust, 2003)과 어느 정도 일치하는 결과이다.

    교사들의 ‘별의 진화’ 개념 이해에 대한 결과와 발 견된 비과학적 개념은 다음과 같다.

    가. 이해 가능성(Intelligibility) 영역

    이해 가능성 영역은 이해하는 것을 표현하는 양식 으로 개념이 뜻하는 바를 이해하여 설명할 수 있는 가를 말한다(Hewson, P. and Lemberger, 2000;Choi and Chun, 2015). 3개의 개념영역(CA)에 대한 이해 가능성 영역의 개념지위 하위 요소별 현직, 예비교사 의 획득 점수는 Table 4와 같다.

    (1) 이해 가능한 비유(Intelligibility Analogy)

    현직교사와 예비교사는 별의 내부구조에 대해 유정 란, 양파 등에 비유하며 구조적, 형태적 비유는 잘하 였지만, H-R도와 별의 에너지원과 같이 과학적 정의 와 의미를 내포하는 개념에 대한 비유에서 다수의 비과학적 개념을 드러내었다. 이들은 자서전, 기찻길 등에 비유하며 H-R도 상에 표시된 다양한 별의 위치 를 어느 한 별이 진화해온 경로라는 잘못된 설명을 하였다. 또한, 별의 에너지원에 대해 핵융합반응이라 는 중요한 개념을 놓치고, 연료, 식량 등 단순 비유 나 용접, 폭죽 등 산화반응과 오해를 유발할 수 있는 비유를 들었다.

    특히, 예비교사는 이해 가능한 비유에 대해 높은 무응답률과 잘못된 비유가 다수 확인되어 H-R도와 별의 에너지원에 대한 개념을 완전히 이해하지 못하 고 있으며, 다른 영역의 것과 비교할 수 있는 능력이 부족하다 볼 수 있다(Kim and Kim, 2007).

    (2) 이미지(Image)

    현직교사는 H-R도상에 주계열 영역과 1태양질량 별의 진화경로를 대체로 잘 나타내었지만 일부 현직 교사와 예비교사에게서 이에 대한 비과학적 개념을 Figure 1과 같이 발견하였다. 현재 태양이 주계열을 벗어나며 주계열을 따라 진행하는 경우(예비교사I, III), 진화 과정 상 꾸준히 광도가 증가하여 백색왜성 의 위치가 잘못된 경우(예비교사II), 태양을 진화의 시작점으로 두지 않는 경우(현직교사C) 등이었다. 특 히, 진화경로를 과학적으로 표현한 예비교사는 10명 중 1명에 불과해 해당 주제에 대해 학습의 어려움을 느끼는 것으로 확인되었다. 또한, 현직교사의 50% 이상이 H-R도상에 태양의 위치를 부정확하게 표현하 여 그래프 작성의 기본을 간과하고, 태양 물리량의 구체적 값을 잘 알지 못하고 있었다.

    두 번째로, 연구 대상자 대부분이 태양 단면의 쌀 알무늬에 대한 대류 방향을 과학적으로 표현하였지만 쌀알무늬에 대한 오개념을 가진 현직교사와 태양 표 면의 색과 온도사이의 관계를 이해하지 못한 예비교 사가 발견되었다(Fig. 2). 특히, 이 현직교사는 식고 있는 팥죽의 울퉁불퉁한 표면이 태양의 쌀알무늬와 같다고 설명하며 온도 차이에 의한 색 차이를 태양 표면의 형태적 차이로 잘못 이해하고 있었다.

    (3) 용어(Language)

    현직교사의 50%가 H-R도에 그려진 1태양질량 별 의 진화 경로에 각 단계를 과학적 용어로 표현하지 못했다. Fig. 3과 같이 모든 현직교사가 수소핵융합 반응을 “연소”로, 초신성잔해를 “초신성”, “초신성폭 발”, “성운” 등 잘못된 용어를 사용하여 예비교사에 비해 비과학적 용어 사용의 빈도가 높았다. Bailey (2007)는 천문학자조차 핵융합 과정을 연소(Burning) 라고 종종 표현하므로 관습적 용어 사용에 주의해야 함을 주장하였다. 따라서, 현직교사는 현장 교수 과 정에서 더욱 정확하고 과학적인 용어 사용에 유의해 야 하겠다.

    나. 개연성(Plausibility) 영역

    개연성 영역은 개념의 일관성을 표현하는 양식으로, 새로운 과학적 개념이 진실이라는 것을 믿고 그것에 대한 확신의 근거로 과거의 경험이나 인식론과 일치 하는지를 발견하여 개념을 일관되게 나타내는가이다 (Hewson P. and Hewson, 1981; Tsui and Treagust, 2004;Choi and Chun, 2015). 2개의 개념영역(CA)에 대한 개연성 영역의 개념지위 하위 요소별 현직, 예 비교사의 획득 점수는 Table 5와 같다.

    (1) 과거의 경험(Past experience)

    H-R도와 별의 진화과정을 주제로 과거의 경험을 들어 설명하기는 다소 어렵다는 전문가 의견이 많았 다. 다만 별의 내부구조 영역에서 에너지 전달 방식 을 설명하는데 대부분의 현직, 예비교사가 실제 경험 을 들어 설명하였다. 현직교사는 다양한 경험을 들었 지만 80%의 예비교사가 물이 끓는 과정의 동일한 경험을 설명하여 예비교사 교육 과정에서 다양한 사 고와 경험을 할 수 있는 기회가 필요함을 확인하였다.

    (2) 인식론(Epistemology)

    인식론은 과학지식, 이론, 생각을 일관되게 표현하 는가를 나타내는 것으로, 별의 질량에 따라 진화과정 이 달라진다는 지식을 여러 문항에서 사용하는지 확 인하였다. 그 결과, 별의 진화과정 영역에 대해 현직, 예비교사 모두 과학적 개념 빈도가 높았다. 특히, 현 직교사는 질량에 따른 별의 수명 예측에서 예비교사 에 비해 수학, 과학적 풀이과정까지 적용하여 더 높 은 개념 이해를 보였다. 또한 일부 예비교사는 Fig. 4와 같이 별 질량과 수명이 반비례관계라는 비과학적 개념을 갖고 있었다.

    별 진화에서 질량기준을 초기 별 질량 대신 핵의 질량이나 한계질량을 사용하는 경우가 발견되었다. 또한 별 진화의 차이를 결정짓는 질량 범위 기준이 교육과정 해설서에 나타나지 않고, 교과서와 교재별 로 그 기준이 달라 교수의 어려움을 호소하는 현직 교사도 있었다.

    (3) 형이상학(Metaphysics)

    형이상학은 창발적 속성이 있거나 서로 독립적 관 계를 나타내는 것으로, 두 집단 모두 별의 진화가 갖 는 창발적 속성을 잘 이해하고 있었다. 이는 2009개 정교육과정의 융합과학에서 해당 주제를 교육 목표로 다루었고, 연구 대상자의 70%이상이 융합과학 교과 의 교수학습 경험이 있었음을 볼 때, 교육과정을 바 탕으로 실제 교수학습 경험이 교사의 개념 이해에 영향을 주었다고 할 수 있다(Lee, 2009).

    (4) 실제기작(Real mechanism)

    실제기작은 인과 메커니즘과 현상에 대한 원인의 추론 과정을 나타내는 것으로, 현직교사는 주계열성 의 내부 대류현상과 에너지 생성 기작, 적색거성의 관측적물리적 변화 기작에 대해 예비교사에 비해 구 체적이고 과학적인 설명을 하였다. 이는 현직교사가 예비교사에 비해 개념에 대한 명확하고 구체적인 설 명을 한다는 연구와 일치하는 결과이다(Lee, 2009). 특히, 예비교사는 별의 실제기작 설명에 H-R도를 거 의 활용하지 않아 2015개정교육과정에 대한 이해가 낮다고 볼 수 있다.

    또한, 별의 진화과정 설명 시 H-R도를 연계하는 과정에서 그래프상 물리량 증감방향과 실제 변화를 잘못 설명하는 경우가 다수 발견되었다. 예비교사 4 명은 H-R도의 X축 물리량이 분광형인 경우, 그 변화 경향을 증가/감소로 잘못 표현하였고, 현직교사 1명 은 X축 물리량이 표면온도의 경우, 적색거성의 표면 온도 감소 시 H-R도의 X축 값 증가라고 설명하였다. 이에 따라, 해당 주제 교수 과정에서 교사의 비과학 적 설명의 가능성이 확인되었다.

    다. 유용성(Fruitfulness)

    유용성 영역은 학습자가 자신이 가진 개념을 유용 하게 사용하는 정도로, 개념에 대한 활용도나 기대에 대한 것이다(Hewson P. and Hewson, 1981; Tsui and Treagust, 2004;Choi and Chun, 2015). 3개의 개념영역(CA)에 대한 유용성 영역의 개념지위 하위 요소별 현직, 예비교사의 획득 점수는 Table 6과 같다.

    (1) 적용력(Power)

    적용력은 개념의 다양한 적용 가능성을 나타낸 것 으로, 본 연구의 전문가 타당도 검사 과정에서 H-R 도와 별의 진화 주제는 실제 상황 적용과 문제해결 활용에 어렵다는 의견이 다수였다. 하지만 7명 중 5 명의 현직교사가 상담이나 인성교육 등 현장 교육, 인문학 이해와 음악 감상 등 일상생활에서 별의 진 화를 적용, 활용하고 있었고 더 높은 수준의 개념 이 해를 위한 방안을 고민하고 있었다(Fig. 5). 다만, HR도, 별 내부 구조 및 별의 에너지원에 대한 적용 빈 도는 낮았다. 하지만 대부분의 예비교사가 적용력의 모든 영역에서 무응답 및 적용할 내용이 없다고 답 했다. 즉, 다수의 현직교사는 현장 교수 경험을 바탕 으로 교육 내용의 의미와 필요성을 공감하고, 전문성 향상을 위해 노력을 기울이고 있었다.

    (2) 가능성(Promise)

    가능성은 새 개념에 대한 흥미와 기대감 표출을 나타낸 것으로, 현직교사와 예비교사는 비슷한 유형 의 고민과 학습 의욕을 보였다. 이들은 초신성, 블랙 홀과 같은 별 종말단계에 대한 높은 흥미와 수업 활 용에 대한 고민을 갖고 있었고, 천체 사진과 내부구 조 그림 등을 H-R도와 직접 연계한 시청각 자료의 필요성을 인식하고 있었다(Fig. 5). 이는 지구과학 교 사들이 교과 특성 상 교수 전략으로 동영상, 이미지, 모형 등을 활용하는 것을 확인한 연구와 일치하는 결과이다(Lee, 2009).

    (3) 경쟁(Compete)

    행성상 성운(이하 PN)과 초신성 잔해(이하 SNR)의 명확한 비교를 나타낸 문항을 통해 두 대립개념에 대한 비과학적 개념을 다수 확인하였다. SNR의 중심 별이 철보다 무거운 원소만을 형성함, PN 중심별이 철 원소까지 형성할 수 있음, 두 천체의 형성 원소에 헬륨을 언급하지 않음 등이 있었고, 그밖에 개념에 대한 이해 부족으로 잘못된 표현을 한 사례도 있었 다. 두 대립개념의 비교 과정에서 교사들의 비과학적 개념을 다수 발견하였고, 학습자의 학습 곤란 사항을 확연히 드러낼 수 있어, 이를 활용한 효과적 교육의 가능성을 확인하였다.

    결론 및 제언

    본 연구는 개념지위 분석틀을 활용하여 현직 및 예비교사의 H-R도와 별의 진화에 대한 개념 이해를 확인하였다. 문항 제작을 위해 개념지위 하위요소를 활용하여 2015개정교육과정을 바탕으로 11개 문항을 개발했다. 2차례 전문가타당도 검사를 거쳐 타당도를 확보했다. 현직교사 7명, 예비교사 10명을 대상으로 결과를 분석한 결론은 다음과 같다.

    첫째, 이해 가능성 영역에서 현직교사의 비과학적 용어 사용이 다수 발견되었고, 그래프 작성과 관련하 여 낮은 과학적 탐구 능력과 개념에 대한 비과학적 비유가 발견되어 교수 과정에서 잘못된 개념전달 가 능성이 확인되었다. 예비교사는 중등교육과정 연계 문항에서 개념 이해가 낮아 학교 현장에 적용 가능 한 예비교사 교육 과정 개발이 요구되었다.

    둘째, 개연성 영역에서 두 집단 모두가 별의 진화 가 갖는 우주론적 의미를 이해하고 있었으나, 예비교 사는 별의 실제기작에 대한 설명이 구체적이지 않았 다. 또한, 별의 진화를 결정짓는 질량기준, H-R도에 서 분광형 변화에 대한 명확한 표현 등을 사용하도 록 교육과정에 제시하거나 교사 대상의 연수나 재교 육 과정이 필요하겠다.

    셋째, 유용성 영역에서 현직교사들은 지구과학의 학문적 특성을 반영한 교육적 고민을 하고 있었고, 지식을 현실 문제해결에 활용, 적용하려는 경향이 높 았다. 반면 예비교사는 높은 무응답률을 보여 H-R도 와 별의 진화를 실용적 개념으로 파악하지 못하고 있었다.

    넷째, 분석 과정에서 두 집단 모두 H-R도와 별의 진화에 대한 비과학적 개념이 다수 발견되었다. 즉, 현직, 예비교사 모두 해당 주제에 대해 과학적으로 정확한 이해를 못하고 있고, 이는 학습자에게 잘못된 교육이 이루어질 수 있는 중대한 문제이다. 연구 결 과를 바탕으로 현직, 예비교사에 대한 현실적 지원과 연수 및 교육이 필요하다.

    다섯째, 위 결론을 바탕으로 교육과정 및 현장 사 례 중심의 예비교사 교육과정 개발이 필요하고, 현직 교사는 교수과정에서 정확한 용어 사용 및 과학적인 표현을 통해 스스로 수업에 신뢰성을 확립하여야 한 다. 또한 교사들이 가질 수 있는 천문 관련 비과학적 개념을 바탕으로 교사 연수 등 구체적 노력을 기울 여야 하겠다.

    이상의 연구 결론을 바탕으로, 후속 연구를 위한 제언은 다음과 같다.

    본 연구는 문항지에 서술된 답변을 통해 교사의 개념 이해와 비과학적 개념을 확인하였으나 실제 교 실 수업 상황에서 교사들의 이해역량이 어떻게 발현 되고 표현되는지에 대한 연구를 통해 비과학적 개념 에 대한 심층적 분석과 실제 현장에서의 교사의 언 어, 비언어적 영향에 대한 연구가 요구된다. 또한 본 연구 결과가 반영된 교수학습 과정을 현장에 적용하 여 효과를 확인해보고, 학습자의 H-R도와 별의 진화 개념에 대한 교사의 이해 역량의 중요성을 입증하는 과정이 필요하다.

    그동안 교육 내용에 대해 교사가 정확하게 이해하 는 것은 당연한 것으로 여겨져 이를 분석하거나 연 구하는 데에 부담과 우려를 가진 것이 사실이다. 하 지만 제대로 된 학습자 교육을 위한 가장 첫 단추는 교사의 교육 내용에 대한 이해이다. 교사의 이해역량 에 대한 현실과 사태를 직시하고, 그 원인을 정확하 게 분석하여 문제를 수정, 보완하고 개선해 나가야 하겠다.

    Figure

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    Unscientific Conceptions on H-R diagram

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    Unscientific Conceptions about energy flow direction in inner sun

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    Explanation of the red giant stars (A~G: In-service Teacher).

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    Unscientific Conceptual of Mass-Age relationships in stars (Pre-service T.V)

    JKESS-40-5-538_F5.gif

    Answer of In-service teacher in fruitfulness area.

    Table

    Status analysis categories (Hewson and Lemberger 2000)

    Profile of In-service teachers

    Developed Questions & Analysis Criteria Score

    Score of each ‘components of status’ in Intelligibility area (%)

    Score of each ‘components of status’ in Plausibility area (%)

    Score of each ‘components of status’ in Fruitfulness area (%)

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