Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.40 No.6 pp.639-653
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2019.40.6.639

Science Gifted Students’ Interpretation and Understanding of Concept about T-S Diagram

Eun-Jeong Yu1*, Deuk Sil Jeong2
1Korea Institute for Curriculum and Evaluation, chungchengbuk-do 27873, Korea
2Seoul Gangdong Songpa District Office of Education, Seoul 05502, Korea
Corresponding author: geoscience@kice.re.kr Tel: +82-43-931-0313
October 6, 2019 October 29, 2019 December 26, 2019

Abstract


The purpose of this study is to investigate the science gifted students’ level of interpreting the oceanic graph and of understanding the oceanic physical concept through analyzing the Temperature-Salinity (T-S) diagram and inferring the SOFAR (SOund Fixing And Ranging) channel. A total of 106 gifted students in the 3rd year of a science gifted high school, using T-S diagrams published in one of the journals of Oceanology, developed descriptive questions asking the depth of the SOFAR channel to conduct the quantitative and qualitative analysis of graph interpretation ability. As a result, there was a big difference in the level of graphs interpretation and concepts understanding for each science gifted students such as interpreting, modeling, and converting, and exposed their alternative concepts about water temperature, salinity, and density. The results of this study will be used to understand the levels of science gifted students’ graph interpretation in oceanology, and to provide the basic data for improving the teaching and learning methods of oceanology and also provide basic data for teaching material development related to graph analysis.



과학영재학생의 수온-염분도에 대한 해석과 개념 이해

유 은정1*, 정 득실2
1한국교육과정평가원, 27873, 충청북도 진천군 덕산읍 교학로 8
2서울특별시강동송파교육지원청, 05502, 서울특별시 송파구 잠실로 26

초록


본 연구의 목적은 수온-염분도를 분석하여 음속최소층을 유추하는 과정을 통해 과학영재들의 그래프 해석 능력 과 해양의 물리적 개념 이해 정도를 살펴보는 것이다. 이에 과학영재학교에 재학 중인 3학년 총 106명의 영재학생을 대상으로 해양학 학술지에 게재된 수온-염분도를 이용하여 SOFAR (SOund Fixing And Ranging) channel의 깊이를 추 정하는 논서술형 문항을 만들어 양적, 질적 분석을 수행하였다. 연구결과 수온-염분도를 해석, 모델링, 변환하는 등 과 학영재마다 그래프를 분석하는 수준에서 차이가 나타났으며 수온, 염분, 밀도 등에 관한 대안 개념도 노출되었다. 본 연구 결과는 과학영재들의 그래프 해석 수준을 이해하고, 그 과정에서 나타난 대안 개념을 토대로 해양 분야 교수-학습 방법 개선 프로그램 및 그래프 분석과 관련된 소재 발굴을 위한 기초 자료를 제공할 것이다.



    서 론

    과학 활동의 과정에서 시각자료의 중요성은 점점 더 강조되고 있다. 과학자들은 자신의 주장을 입증하 고 효과적으로 설득하기 위해 여러 물리적 현상들을 다양한 형태의 시각적 표상들로 변환하여 나타내는 데, 그중 그래프는 각종 통계 자료나 변수들 간의 관 계를 나타내는 그래픽 표상(graphic representation)으 로서 자연과학 분야는 물론 인문 사회과학 분야에서 도 폭넓게 사용된다(Yoon, 2018;Lee and Lee, 2007). 그래프는 다양하고 수많은 정보를 압축하여 나타낼 수 있는 중요한 표현 도구이며, 각 개념을 연 결하여 전체적인 흐름을 통합하는데 중요한 역할을 한다(Song and Kwon, 2002). 때문에 자연과학에서 그래프의 사용은 필수적이고, 유용하며, 강력하다. 우 선, 실험결과를 정리하고 경향성을 파악하며 유의미 한 관계를 이끌어내는 과정에서 그래프의 사용은 필 요불가결하며, 복잡한 이론이나 원리를 설명하고 이 해하는 데에 있어 효과적인 수단이 되고, 수집된 광 범위한 데이터를 적합한 형태의 그래프로 나타냄으로 써 유의미한 해석을 얻어내거나 새로운 사실을 발견 하게 해준다(Schwartz, Sears, and Chang, 2007).

    현상학적인 이해를 중요시하는 지구과학에서는 실 제 데이터를 분석하는 것이 다른 과학 과목에서 보 다 중요시되므로 그래프에 담긴 양적, 질적 정보를 시각적으로 추출해 내는 그래프의 인식과정(Cleveland and Mcgill, 1985)이 더욱 강조된다. 과학 교과서에 사용된 그래프의 유형 및 특징을 분석한 선행 연구 (Lee and Lee, 2007)에 의하면 물리, 화학, 생명과학 보다 지구과학 교과서에 그래프의 사용 빈도가 높으 며, 지구과학의 4개의 분야인 지질학, 대기과학, 해양 학, 천문학 중에서도 해양학에서 그래프 이용 빈도가 높음을 발견하였다. 또한 과학 교과서에 가장 많이 사용되는 그래프는 선 그래프이지만 특이하게 지구과 학에서는 선 그래프 유형 중 하나인 YXa) 그래프의 빈도가 높게 나타났으며, 다른 과학 교과에서는 나타 나지 않는 등치선 그래프가 사용되는 것에 주목하였 다. 이처럼 지구과학 그래프의 경우 다른 과학 분야 에서 다루는 그래프와 기본 유형이 다르며, 심지어 기존의 익숙한 그래프들에 대한 이해 방식이 오히려 잘못된 해석을 가져올 수도 있을 만큼 매우 독특한 형태의 그래프가 사용되기도 한다(Kim and Kim, 2009;Lee and Lee, 2007; Kim, 2001).

    국내외 과학 그래프 관련 선행 연구를 살펴보면 학교급에 따라 초등, 중등, 예비교사의 그래프 이해 정도를 살펴보거나(Kim and Kim, 2005; Lee et al., 2010; Perez-Echeverria et al., 2018) 과학 교과별로 물리, 화학, 생명과학, 지구과학 그래프의 특징을 살 펴 본 연구(Forster, 2005;Kim and Lee, 2013; Gultepe, 2015; Kim et al., 2010;Lee and Lee, 2007) 등이 다수 존재한다. 그러나 장차 이공계 인재 로 성장할 과학고나 영재고 학생들을 대상으로, 지구 과학 4개 분야 중 그래프 이용 빈도가 가장 높은 해 양 분야에 초점을 맞추어 실제 현상을 설명하고, 조 직하고, 요약하고, 예측하는 능력을 조명하기 위한 논서술형 문항을 이용한 그래프 관련 연구는 찾아보 기 힘들다. 학생 주도적인 과학 탐구가 강조되는 과 학영재수업에서 과학 내용, 과학적 탐구 기능, 과학 적 사고력에 초점을 맞추는 것도 중요하지만(Lee and Shin, 2017), 논서술형 답안 분석을 통해 과학 개념에 대한 이해 정도와 그 수준을 영재학생들이 메타 인지적으로 살펴볼 기회를 제공해 주는 것도 필요하다.

    과학적 탐구의 본질은 과학자들이 하는 활동으로서 정형화된 절차에 따라 문제를 해결하기 보다는 가용 한 모든 방법을 적절히 활용하고 적용하여 과학자들 이 문제를 해결하는 과정이다(Lee and Shin, 2007). 학생의 과학적 탐구는 과학자가 자연 현상을 연구하 는 방법을 이해하는 것뿐만 아니라 과학적 지식을 이해하고 발달시키는 과학 탐구의 본질을 경험하고 지식을 만들어 가는 과정에 참여하는 것을 의미 한 다(NRC, 1996). 그러므로 과학 수업에서 과학영재들 의 개념이 명백히 드러날 수 있는 기회를 제공하고 과학영재들의 개념이 포함된 설명을 평가하는 것, 즉 논서술형 문항 채점을 통해 영재학생의 의미 생성 과정을 파악하는 것은 매우 중요하다. 왜냐하면 학생 이 직접 논서술형 답안을 작성하는 과정에서 과학적 개념 형성을 위한 비계를 경험하게 되고 이러한 경 험은 과학적 탐구를 더욱 의미 있게 만들 수 있기 때문이다(Fulwier, 2007).

    이에 본 연구에서는 다른 과학 교과와 비교하여 지구과학 교과에서 사용 빈도가 높은 그래프 유형을 우선적으로 살펴보고, 이를 토대로 해양 분야 그래프 해석과 개념 이해에 관한 과학영재들의 자료 해석 방법과 수준을 가늠해 보고자 한다. 이를 위하여 과 학영재학교에 재학 중인 영재학생을 대상으로 해양학 학술지에 게재된 수온-염분도를 이용하여 음속최소층 인 SOFAR(SOund Fixing Ranging) channel의 깊이 를 추정하는 논서술형 문항을 만들어 그래프 해석 능력과 관련된 양적, 질적 분석을 수행하고자 한다. 본 연구 결과는 과학영재들의 해양 분야 그래프 해 석 수준을 이해하고, 그 과정에서 나타난 대안 개념 을 토대로 해양 분야 교수-학습 방법을 개선하는 프 로그램 및 그래프 분석과 관련된 소재 발굴을 위한 기초 자료를 제공할 것이다.

    연구 방법

    1. 연구 참여자

    지구과학 분야 중 해양학 영역에서 과학영재들이 그래프를 어떻게 해석하는지 살펴보기 위하여, 연구 당시 수도권에 위치한 과학영재학교 3학년 7개 분반 총 106명의 과학영재들이 본 연구에 참여하였다. 이 들은 전문교과 중 기본 필수과목b)인 지구과학 III 3 학점 수업을 수강한 졸업반 학생들이다. 기본 필수과 목인 지구과학 III는 일반계 고등학교 수준에서 배우 는 대기과학과 해양학 범위를 과학영재들의 우수한 학습 능력에 적합하게 재구성한 내용으로 이루어져 있다. 3학년 2학기에 주로 수강하며 상호작용하는 대 기와 해양의 순환, 인간 생활과 연관된 자원으로서 대기와 해양의 역할, 우리의 생활에 영향을 끼치는 자연재해에 대한 내용으로 구성되어 있다. Table 1은 지구과학 III에서 해양학 영역에 해당하는 수업 내용 을 나타낸 것이다. 본 연구와 관련된 단원은 2단원으 로 수온, 염분, 밀도 등 해수의 물리적인 성질에 대 한 이해를 바탕으로 수괴의 형성과 이동 및 해수의 음속을 이해하는 것을 목표로 한다.

    2. 지구과학(해양학)에서 사용되는 독특한 그래프 유형 선택

    1) 등치선 그래프: 수온-염분도

    등치선 그래프(contour graph)는 등치선도(contour map, isoplethic map)와 이름은 유사하나 등치선도와 는 달리 이해하기 난해한 그래프이다. 등치선도는 주 로 지리 등의 교과에서 어떤 값이 같은 지점을 연결 한 것을 지도위에 표현한 것으로 실제 지구표면을 축소시킨 지도와 유사하여 이해하기가 상대적으로 용 이하다. 그러나 지구과학 교과에서 특징적으로 사용 하는 등치선 그래프인 수온-염분도는 두 개의 독립변 수 X, Y가 있고, 두 독립변수에 의해 결정되는 나머 지 변수를 Z 값으로 표현하고, Z 값이 같은 지점을 선으로 연결한 그래프로, 학생들에게 매우 낯선 그래 프 중 하나이다(Lee and Lee, 2007). 수온-염분도는 X축을 염분(S), Y축을 수온(T)으로 하여 특정 해역에 서 관측한 수온과 염분 값에 의해 결정된 밀도 값을 종속변수로 하여 그래프 평면 내에 등치선으로 표현 하는 등치선 그래프에 해당한다.

    2) YX 그래프: 깊이에 따른 음속의 변화

    YX 그래프는 선 그래프(line graph)의 세부 유형 중 하나로 분류되지만, 수학, 과학 교과에서 폭넓게 사용되는 선 그래프의 유형과 다른 점은 Y축에 독립 변수, X축에 종속변수를 표현한 그래프라는 점이다. 지구과학 교과에서 변수의 좌표축을 일반적인 선 그 래프와 정반대로 표시하는 YX 그래프를 주로 사용 하는 이유는 그래프 평면이 지구에서 나타나는 현상 과 개념을 효과적으로 설명하기 위한 모형의 역할을 하기 때문이다. YX 그래프의 경우 Y축에 사용되는 변수는 대개 지구에서 실제 공간적인 상하 개념을 나타내는 고도, 수심, 깊이 등이며, X축과 평행한 가 로선은 해수면과 지표면 등을 나타낸다. 따라서 YX 그래프는 지구에서의 실제 공간적인 상하 개념을 나 타내는 고도, 수심, 지하 깊이 등을 연상할 수 있어 학생들이 직관적으로 이해하기 용이한 그래프 유형이 다(Lee and Lee, 2007). 수심에 따른 음속의 변화 그 래프는 바다 속을 쉽게 연상 할 수 있도록 Y축에 수 심(D)을 X축에 음속(C)을 표시한 YX 그래프에 해당 한다.

    3. 지구과학(해양학) 그래프를 이용한 논서술형 문 항 작성 및 분석 방법

    1) 논서술형 문항 작성

    정규교육과정에서 연구논문을 읽고 과제논문, RnE, 졸업논문 등을 쓰고 있는 과학영재의 특수성을 고려 하여 KCI 등재지에 게재된 Son et al.(2015)c)의 논문 을 참고하여 논서술형 문항을 Fig. 1과 같이 구성하 여 학생들에게 일정 시간 동안 서술하도록 하였다. Fig. 1에서 보는 바와 같이 소문항 (1)과 (2)는 지구 과학(해양학) 교과의 그래프 특징이 잘 드러나도록 등치선 그래프인 수온-염분도와 YX 그래프인 깊이에 따른 음속 변화 그래프 모두에 대한 이해를 요구하 는 문제 상황으로 구성하였다. 지구과학 III 수업에서 는 수온-염분도를 읽는 방법과 SOFAR channel에 대 해 각각 따로 학습하였으며, 이 둘을 통합하여 구상 한 Fig. 1과 같은 문제 상황은 학생들이 처음 접하는 것이었다.

    2) 분석 방법

    과학영재들의 그래프 해석 수준과 개념 이해 정도 를 양적, 질적으로 분석하기 위하여 연구 당시 과학 영재학교에 근무하는 지구과학 교사 6인의 검토를 받아 모범답안과 채점기준을 정하였다. 논서술형 답 안지 채점은 2인의 지구과학 교사가 미리 정한 채점 기준과 모범답안에 근거하여 총 7개 분반 중 4분반, 3분반 답안지를 각각 맡아 1차로 채점을 하였다. 그 후 상호 교차검토를 통해 합의가 필요한 답안지는 2 차로 재검토 하였으며, 3차 검토는 1차 채점을 맡은 지구과학 교사의 재검토 과정을 거쳐 최종 점수를 부여하였다. Fig. 2와 Table 2는 소문항 (1)과 (2)에 대한 모범답안과 채점기준을 각각 나타낸 것이다.

    단, 수괴를 식별하는데 사용되는 수온-염분도를 학 생들이 해석하여 소문항 (1)과 (2)를 해결할 때, 다음 과 같은 점은 고려하지 않는다는 전제조건을 사전에 제시하였다. 해수는 첫째, 주변의 물과 열을 교환하 지 않는다. 둘째, 해수 표면으로부터 분리되어 담수 의 유입이나 손실이 일어나지 않는다. 셋째, 다른 수 괴와 혼합이 일어나지 않는다. 넷째, 수괴의 압축 효 과를 고려하지 않는다. 다섯째, 등밀도선에 수압 효 과를 고려하지 않는다.

    본 연구에서 소문항 (1)의 경우 수괴 D의 형성 장 소(용존 산소가 높은 극 침강류)를 학생들이 정확히 유추하기 위해서는 인용 학술지 논문에서 제시된 바 와 같이 용존 산소 그래프를 함께 제공해 주고, 모범 답안에 ‘북태평양의경우는 저온, 고염, 고산소의 저층 수 기원이 없으므로 남극 저층수일 것이다.’라는 논 리적 접근을 추가해야 한다. 그러나 수온-염분도를 해석하는 과정에서 나타나는 그래프 해석 능력과 개 념 이해 정도를 알아보는 것이 연구 목적이므로 용 존 산소와 관련된 내용은 Fig. 2의 모범 답안에 제시 하지 않았다. 또한 소문항 (2)의 경우 수온 약층의 깊이를 정성적으로 판단하여 음속최소층의 깊이를 정 량적으로 제시하도록 모범답안을 구성한 점은 다소 무리가 있다. 그러나 수중에서 음속을 구하는 공식을 정량적으로 사용하지 않고 수온-염분도를 통해 영재 학생들이 논리적인 추론 과정을 거쳐 해수의 물리적 특성에 따른 음속의 변화 경향을 온도, 압력, 염분을 이용하여 설명하고 해수의 온도에 따른 연직 구조에 대한 이해가 포함되어 있는지를 살펴보는 것이 본 연구의 목적이었다. 따라서 제시된 수온-염분도를 토 대로 영구수온약층의 하단부를 논리적으로 찾아가면 서 SOFAR channel의 깊이를 450-700 m 범위에서 추정한 경우는 정답으로, 650 m를 부근을 언급하였어 도 추론 과정이 논리적이지 않은 경우는 Table 2의 채점 기준에 따라 부분점수를 부여하였다.

    또한 학생들의 답안을 질적 분석하기 위하여 그래 프 분석과 개념 이해를 해석(interpretation), 모델링 (modeling), 변환(conversion)의 세 수준으로 나누어 분석하였다(Gultepe, 2015). 해석은 그래프를 보고 분 절된 데이터를 읽고 해석하는 수준으로 낮은 단계에 해당한다. 모델링은 그래프의 분절된 데이터를 단순 히 읽고 해석하는 것에서 나아가 각 데이터를 연결 하여 전체적인 흐름을 통합하여 현상태를 추론하는 수준으로 중간 단계에 해당한다. 변환은 각 데이터를 연결하여 전체적인 흐름을 통합하여 현상태를 추론한 후 주어진 그래프와 동일한 상태를 다른 그래프로 변환하여 나타내는 수준으로 지구과학(해양학) 그래 프를 잘 이해하고 있을 뿐만 아니라 해양학 개념 이 해가 매우 잘 이루어진 경우에 도달할 수 있는 높은 수준에 해당된다. Fig. 3은 분석 과정의 일부를 나타 낸 것이다. 예를 들면, 영재학생들의 답안지를 채점 기준에 의거하여 각 점수를 부여하고, 각 학생이 적 은 소문항 (1)의 수괴의 형성 장소와 소문항 (2)의 음속최소층의 깊이를 기록하고, 그 학생의 그래프 해 석 능력과 해양 개념 이해 정도를 양적·질적 분석 근거를 바탕으로 해석, 모델링, 변환의 세 수준으로 나누어 비고에 기록하였다.

    연구 결과

    본 연구에 참여한 과학영재학교에 재학 중인 3학 년 총 106명의 영재학생을 대상으로 KCI 등재지에 게재된 수온-염분도를 이용하여 SOFAR channel의 깊 이를 추정하는 논서술형 문항을 만들어 그래프 해석 능력과 개념 이해 정도를 살펴본 결과는 Table 3, Fig. 4, 5, 6과 같다.

    Table 3에서 보는 바와 같이 소문항 (1)과 소문항 (2)는 각각 4점 만점에 총점은 8점이다. 영재학생들의 답안을 정량적으로 채점한 결과, 특정 수괴의 수온- 염분도 변수 값을 읽고 그 수괴의 기원을 추론하는 소문항 (1)에 대하여 평균과 표준편차는 각각 2.2점, 01점이었고, 수온-염분도의 변수 값의 변화량을 전체 적으로 해석하여 음속최소층을 찾는 소문항 (2)에 대 하여 평균과 표준편차는 각각 2.1점, 0.7점으로 나타 났다. 두 문항의 난도를 비교하면 소문항 (1)보다 소 문항 (2)가 더 어려울 것으로 예상되었으나 평균만 놓고 보았을 때 소문항 (1)과 (2)는 거의 유사한 점 수가 나타나 합계 점수 8점 만점에 평균 4.3점 표준 편차는 0.7점을 보였다. 그러나 소문항 (2)의 경우 소 문항 (1)과 비교하였을 때, 평균은 0.1점 낮지만 표준 편차는 0.6점 높게 나타난 것은 단순 그래프 해석 능 력을 넘어 해양의 물리적인 성질에 대한 이해를 바 탕으로 실세계를 추론하는 능력을 요구하는 문항으로 구성되었기 때문으로 보인다.

    Fig. 4는 소문항 (1)과 (2)의 총합 8점 만점에 과학 영재학생들이 취득한 합계 점수를 나타낸 것이다. 소 문항 (1)과 (2)를 합쳐서 총 8점 만점에 0점, 1점, 2 점, 3점, 4점, 5점, 6점, 7점, 8점을 맞은 학생들을 순 서대로 나타내면 각각 25명, 4명, 5명, 8명, 7명, 6명, 14명, 23명, 14명이다. 총 106명의 과학영재학생 중 0점을 맞은 학생이 25명이나 나타났는데, 이중 17명 은 무응답 하였다. 무응답한 학생을 제외하면 8명의 학생이 답안을 작성하였으나 0점을 받았고 106명의 학생 중 89명이 논서술형 문항에 대해 답안을 작성 한 학생이다. 답안을 작성한 89명을 기준으로 과학영 재학생들의 점수 분포를 살펴보면, 7점을 받은 학생 이 총 23명(25.8%)으로 가장 많았고, 그 다음으로 8 점과 6점을 받은 학생이 각각 14명으로 각각 15.7% 에 해당되었다. 한편 답안을 작성하였으나 전혀 점수 를 획득하지 못한 0점을 받은 과학영재학생은 8명으 로 9.0%에 해당하였다. 이러한 결과로부터 과학영재 학생들 간의 해양학 그래프 해석과 개념 이해 정도 에 큰 차이가 존재함을 알 수 있다.

    1) 수온-염분도의 변수 값을 읽고 특정 수괴의 형 성 장소 추론: 소문항 (1)

    소문항 (1)의 경우 등치선도인 수온-염분도에서 온 도, 염분, 밀도 값과 깊이를 추가하여 표시한 상황임 에도 불구하고 Fig. 5에서 보는바와 같이, 50% 이상 의 학생들이 수괴 D의 물리량을 읽어내었고, 그러한 값을 갖기 위해서는 충분한 냉각과 결빙에 의한 담 수의 제거가 필요하다는 사실을 추론하여 태양 복사 에너지가 적게 도달하고 결빙 현상에 의해 높은 염 분의 해수가 만들어진 장소로서 남극 등의 고위도 지역임을 인지하였다. 과학영재학생들이 수온-염분도 의 변수인 수온(70명), 염분(65명), 밀도(48명) 값을 읽고 수괴 D의 형성 장소를 추정(51명)하는데 큰 어 려움은 없어 보였다. 다만, 실제 답안을 작성한 89명 에 대해 수온-염분도의 독립변수인 수온과 염분 값을 바르게 읽은 학생은 각각 78.7, 73.0%에 해당하였으 나, 이 두 독립변수에 의해 결정되는 종속변수인 밀 도 값을 읽은 학생은 53.9%로 수온-염분도의 등밀도 선을 간과하는 학생들이 46.1%에 해당되는 것을 알 수 있었다. 소문항 (1)에 대해 4점 만점을 받은 학생 이 42명으로 무응답한 17명을 제외하면 47.2%에 해 당하며, (1)번 문항에서 4점을 받은 학생이 가장 많 은 분포를 보였다.

    무응답한 학생을 제외하면 실제로 소문항 (1)에 대 해 답안을 작성하였으나 0점을 받은 학생은 14명으 로 15.7%에 해당한다. 이들은 수학, 과학 교과와 비 교하여 지구과학(해양학)에서 독특하게 사용하는 등 치선 그래프인 수온-염분도에 대한 이해가 상당히 부 족하다는 점을 확인할 수 있다. Table 4는 소문항 (1)에 대해 0점부터 4점을 받은 학생들의 응답 중 일 부를 예시로 나타낸 것이다.

    한편 소문항 (1)에 대한 학생들의 응답에서 몇 가 지 대안개념이 드러났다. Table 5에서 보는 바와 같 이 생물체에 의해 섭취되어 소멸되거나 해저 화산 등 으로 생성되는 ‘염류’와 해수 표면의 증발과 강수에 의해 상대적으로 보존되는 ‘염분’을 동일시하거나, 염 분의 특성이 해수 표면에서 주로 결정된다는 것을 고 려하지 못해 심해에서 기원한 수괴로 판단하는 경우 도 나타났다. 결국 수괴의 평균적인 염분 값과 밀도 값을 고려하지 않아 수괴 D가 깊은 심해저까지 침강 하는 과정을 설명하지 못한 학생들도 나타났다. 즉, 심해저에 존재하는 차가운 해수는 원래부터 깊은 바 다 속에 위치하고 있는 것으로 생각하고 있었고 전 세계 평균 표층 염분인 35.0psu를 전체 해수의 평균 염분으로 착각하여 34.6psu인 수괴 D의 염분 특성을 ‘저염분’ 또는 ‘평균’이라고 적는 학생도 발견되었다. 또한 수온-염분도의 등밀도선을 근거로 밀도가 매우 큰 수괴라는 것을 읽어내지 못해 결빙에 의해 담수가 제거된 것을 추론하지 못하고 증발의 과정에 의해 염 분이 높아졌다고 판단하여, 수괴 D의 기원이 고위도 가 아닌 중위도로 판단하는 경우도 발견 되었다.

    2) 수온-염분도의 변수 값 변화량을 해석하여 음속 최소층의 깊이 추론: 소문항 (2)

    소문항 (2)의 경우 등치선 그래프인 수온-염분도에 서 변수 값의 변화량을 읽은 뒤, 이를 YX 그래프를 통해 해석할 수 있어야만 해결할 수 있는 문제이다. 때문에 SOFAR Channel의 의미와, 해수의 물리적 특 성에 따른 음속 변화를 명확하게 이해하고 있더라도 타당한 깊이를 추정해 내는 것이 쉽지 않았을 것이 라 예상된다. 그러나 Fig. 6에서 보는 바와 같이, SOFAR Channel의 의미(69명), 해수의 물리적 특성 에 따른 음속 변화(63명), 수온약층 최하단층에 대한 고려(54명)가 명확하게 이루어진 과학영재학생들의 경우 SOFAR channel의 깊이(32명)를 타당하게 추정 하였다. 수온-염분도와 YX 그래프 둘을 통합하여 실 제 상황을 추론하는 능력을 요구하였으나 답안을 작 성한 89명의 학생 중 25명(28.1%)의 학생들이 4점 만점에 4점을 모두 획득하였고, 29명(32.6%)의 학생 들이 1점이 감점된 3점을 받았다. 한편 32명의 학생 들이 답안을 작성하지 못했거나 틀린 답을 작성하여 소문항 (2)에 대하여 0점을 받았다. 논서술형 문항 (1) (2)번 모두에 대해 무응답을 한 17명의 학생을 제외하더라도 15명, 즉 16.9%에 해당하는 학생들이 음속최소층의 타당한 깊이를 추정해 내지 못했을 뿐 만 아니라 SOFAR channel의 의미, 수중에서의 음속 변화, 수온약층 최하단층에 대한 고려 등에 전혀 적 절한 응답을 하지 못해 0점을 받았다.

    Table 6은 소문항 (2)에 대해 0점부터 4점을 받은 학생들의 응답 중 일부를 예시로 나타낸 것이다. 앞 에서 언급한 바와 같이 소문항 (2)의 경우 수온 약층 의 깊이를 정성적으로 판단하여 음속최소층의 깊이를 정량적으로 구하는데 어려움이 있으므로 제시된 수온 -염분도를 토대로 영구수온약층의 하단부를 논리적으 로 찾아가면서 SOFAR channel의 깊이를 450-700 m 범위에서 추정한 경우는 정답으로 인정하였다.

    제시된 그래프 상에서 데이터 값을 고려해 볼 때 SOFAR 층의 깊이는 650 m로 추정하는 것이 타당하 나, 650 m를 추정해낸 학생은 9명에 불과하였다. 450-650 m를 크게 벗어나는 깊이를 적은 학생들은 수온-염분도를 올바르게 이해하지 못한 것으로 간주 하여 깊이 점수 1점을 감점하였다. 아무것도 적지 않 은 경우를 포함해서 값을 추정하지 못한 학생은 전 체 106명 중 32명이었는데, 이는 30.1%에 해당하는 비율로 문항곤란도가 상당히 큰 문제였음을 알 수 있다. 소문항 (2)에 대해 응답한 74명의 학생 중 70 명의 학생들이 SOFAR channel의 깊이를 Table 6과 같이 다양하게 제시하였다. Table 7에서 음영으로 표 시된 부분은 채점 기준에 근거하여 깊이 추정 점수 1점을 부과한 경우에 해당한다.

    Table 7에서 전체적으로 특별히 빈도가 높았던 ㉠- ㉤에 해당하는 학생들의 답안에 대하여 좀 더 자세 히 살펴보고자 한다.

    첫째, ㉠에 속하는 9명의 학생들은 SOFAR channel 의 깊이를 650 m로 추정한 경우이다. 이들은 해당 단원에서 깊이에 따른 해수의 물리적 구조와 이에 따른 음속 변화와의 관계 등 핵심적인 내용을 정확 하게 알고 있을 뿐만 아니라, 수온-염분도의 정확한 해석과 이를 YX 그래프로 변환하는 과정 모두에 대 해 잘 이해하고 있다고 볼 수 있다.

    둘째, ㉡에 속하는 7명의 학생들은 SOFAR channel 의 깊이를 550 m로 추정한 경우이다. 이 학생들은 ㉠의 경우와 비슷한 수준의 이해를 하고 있다고 볼 수 있으나, 특정 구간의 중간 값 또는 평균 값을 임 의로 선택한 경우로서 실제 자연 환경의 복잡성과 역동성을 고려하지 않은 이상적인 접근을 했다고 볼 수 있다. 수학과 물리 영역의 문제해결 경험이 많고, 그쪽 분야로 뛰어나며 많은 훈련을 받은 과학영재들 의 경우, 대략적인 값의 제시나 임의적인 설명, 직접 적인 확인이 어려운 귀추적 사고를 어려워하는 경향 이 있는 것으로 보인다. 제시된 소문항 (2)의 정보로 부터 SOFAR channel이 존재할 수 있는 깊이의 범위 를 최대한 좁혀 추정하는 것은 가능하지만, 특정 깊 이 또는 평균 깊이로 제안하는 것은 논리가 다소 빈 약하다고 할 수 있다.

    셋째, ㉢에 속하는 6명의 학생들은 SOFAR 층이 존재할 것으로 생각되는 구간을 450-650 m로 넓은 범위에 걸쳐 제시한 경우인데, 수괴 C의 전체 수직 길이와 맞먹는 규모이므로, 수온-염분도를 잘못 이해 하여 SOFAR channel의 깊이를 250-450 m로 추정한 ㉤으로 답한 8명의 학생들과 유사한 오류를 범한 학 생들도 일부 섞여있을 것으로 보인다.

    넷째, ㉣에 속하는 7명의 학생들은 SOFAR chennel 의 깊이를 450m로 추정한 학생들로, ㉡에 속하는 7명 의 학생들처럼 음속최소층이 존재할 것으로 생각되는 구간을 분명하게 제시된 깊이로 응답한 경우이다. 본 연구에서 정량적인 계산 값이 아닌 정성적인 분석 값 으로 추정할 것을 요구하고 있기 때문에 논리적인 과 정을 이용하여, 분명하게 언급할 수 있는 깊이로서 450m 부근을 제안한 것으로 보인다. 실제로 수괴 B와 수괴 C는 깊이별 온도 변화 양상은 거의 유사하나 B 의 경우 염분은 일정 비율로 감소한 반면, C의 경우 염분의 변화가 거의 없다는 점이 다르다. 음속은 염분 의 변화에는 거의 영향을 받지 않고, 주로 온도와 압 력의 변화에 의해 결정되는 물리량이라는 점을 고려한 다면 B와 C의 경계 부근에 음속최소층이 형성될 것으 로 추정할 수 있는 근거가 다소 희박해 보인다.

    마지막으로, ㉤에 속하는 8명의 학생들은 SOFAR channel의 깊이를 250-450 m로 추정한 학생들이다. 이 학생들의 경우 명백한 오답이라 판단되어 채점 기준에 근거하여 깊이 점수를 부여하지 않았다. SOFAR chennel 깊이 추정 과정을 서술 답안을 토대 로 살펴보면 수온-염분도를 YX 그래프로 혼동하여 전혀 다른 방식으로 데이터를 해석한 것을 알 수 있 었으며, 그들의 그릇된 사고 과정이 서로 유사하게 나타났다. 190 m로 시작하는 오답을 적은 학생들 또 한 비슷한 오류를 범한 경우인데, 이들은 수온-염분 도에서 가장 기울기가 크게 나타나는 구간, 즉 Y에 대한 X 값의 변화가 가장 큰 구간을 수온약층으로 이해하였고, 그 하단부에 음속최소층이 있을 것으로 추정하였다(Table 8). 그러나 수괴 B의 경우 250 m에 서 450 m로 200 m 깊어지는 동안 약 19°C에서 약 12°C로 7°C만큼 하강하였고, 수괴 C의 경우 450 m에 서 650 m로 200 m 깊어지는 동안 약 12°C에서 5°C 로 7°C만큼 하강하였으므로 깊이에 따른 수온 감소 율이 서로 비슷하다. 한편 수괴 D의 경우 650 m에서 1800 m까지 1150 m 깊어지는 동안 수온은 약 4°C 정도 내려가는 데에 그쳤다. 따라서 C층까지가 수온 약층임을 알 수 있으며, 그 하단부인 650 m 부근이 SOFAR 층이 존재할 것으로 추정되는 가장 유력한 깊이가 된다. Table 8은 ㉤에 속하는 8명의 학생들의 답변 중 일부를 나타낸 것이다. 이들이 음속최소층을 추정하는 과정을 살펴보면, 수온-염분도를 YX 그래 프로 혼동하여 전혀 다른 방식으로 데이터를 해석한 것을 알 수 있다.

    한편, 학생들의 개념 이해 및 그래프 분석 능력 정 도를 해석, 모델링, 변환의 세 수준으로 나누어 질적 으로 살펴보면 다음과 같다.

    첫째, 그래프를 보고 분절된 데이터를 읽고 해석하 는 가장 낮은 단계인 해석 수준에 해당하는 학생들 은 음속최소층을 450-650 m를 크게 벗어나는 깊이를 적은 23명의 학생들로 수온-염분도를 바르게 이해하 지 못한 것으로 보인다. 수온-염분도에서 X축과 Y축 에 대한 각각의 물리량과 단위 및 등치선인 밀도 등 의 여러 그래프 요소를 이해해야 X축 변화량과 Y축 변화량으로 정의되는 기울기, 독립변수과 종속변수의 변화율을 읽어내는 추상적인 사고과정이 가능하므로, 특정 정보를 그래프로 표현하는 방식을 이해하는데 부족한 학생들이다.

    둘째, 그래프의 분절된 데이터를 단순히 읽고 해석 하는 것에서 나아가 각 데이터를 연결하여 전체적인 흐름을 통합하여 현상태를 추론하는 모델링 수준에 해당하는 학생들은 SOFAR chennel의 의미(69명), 음 속의 수중 변화 양상(63명), 수온 약층 하단에 대한 언급(54명), 음속최소층의 깊이 추정(32명)을 각각의 분석 기준에 의거해 해석을 시도한 학생들이다. 이들 은 각 항목에 대해 1점씩을 획득하였으나 전체 데이 터를 통합하여 실제 상황을 논리적으로 추론하는 데 에는 이르지 못한 경우가 많았다. SOFAR 층의 깊이 를 450-700 m 범위로 넓게 추정한 38명의 학생들이 이 수준에 해당하였다.

    셋째, 각 데이터를 연결하여 전체적인 흐름을 통합 적인 관점에서 전체적인 변화 경향을 추론하고 주어 진 그래프와 동일한 상태를 다른 그래프로 변환하여 표현하는 가장 상위 수준인 변환에 해당하는 학생들 도 발견되었다. 등치선 그래프인 수온-염분도와 수심 에 따른 음속 그래프인 YX 그래프를 모두 잘 이해 하고 있을 뿐만 아니라 해양 분야 개념 이해가 견고 한 학생에 해당한다. 음속최소층의 깊이를 650 m로 추정한 9명의 학생들은 해당 단원에서 깊이에 따른 해수의 물리적인 구조와 이에 따른 음속 변화와의 관계 등 핵심적인 내용을 모두 정확하게 알고 있을 뿐만 아니라, 수온-염분도의 정확한 해석과 이를 YX 그래프로 변환하는 능력을 모두 잘 갖추었다고 볼 수 있다. Table 9에 해석, 모델링, 변환 수준에 해당 하는 학생의 답안 일부를 제시하였다.

    결론 및 제언

    본 연구는 선행 연구를 통해 수학, 과학 교과와 비 교하여 주로 지구과학(해양학)에서 특징적으로 사용 하는 그래프 유형을 우선적으로 살펴보고, 이를 토대 로 해양 분야 그래프 해석과 개념 이해에 관한 과학 영재들의 자료 해석 방법과 수준을 가늠해 보고자 하였다. 이를 위하여 등치선 그래프(수온-염분도)와 YX 그래프(깊이에 따른 음속변화) 모두에 대한 이해 를 요구하는 문제 상황을 논서술형 문항으로 구성하 여 과학영재학생들에게 제시하고 이를 채점한 결과를 요약하면 다음과 같다.

    첫째, 대부분의 과학영재학생들은 온도 축과 염분 축으로 구성되고 등밀도선이 등치선으로 연결된 수온 -염분도의 구조를 잘 이해하고 있었으며, 온도, 염분, 밀도 각각의 물리량을 읽어내는데 큰 어려움이 없었 다. 단, 상대적으로 온도와 염분에 의해 결정되는 밀 도 값을 간과하는 경향을 나타냈다. 한편, 일부 과학 영재들의 경우 염분과 염류를 동일시하거나 염분의 특성이 해수 표면에서 주로 결정된다는 것을 고려하 지 못해 심해에서도 고밀도 염분의 수괴가 형성된다 고 판단하는 경우도 있었고, 전 세계 평균 표층 염분 을 전체 해수의 평균 염분으로 착각하여 수온-염분도 에 나타난 특정 수괴의 물리적 특성을 잘못 읽고 해 석하는 경우도 발견되었다.

    둘째, 등치선 그래프인 수온-염분도에서 독립변수 값과 종속변수 값의 변화량을 읽은 뒤, 이를 YX 그 래프를 통해 해석해야 하는 문제 상황에 대해 본 연 구에 참여한 28% 이상의 과학영재들이 정확한 추론 능력을 보여 주었다. 수업에서 직접적으로 다룬 적인 없는 처음 접하는 문제 상황이었음에도 SOFAR Channel의 의미와 해수의 물리적 특성에 따른 음속 변화를 명확하게 이해하고 있었으며, 음속최소층의 타당한 깊이를 추정해 내었다. 비록 동일한 양적 평 가를 받은 학생들이라도 논서술형 답안을 질적으로 살펴보면 과학영재마다 지구과학(해양학) 그래프를 이 해하고 해석하는 수준에서 개인차가 나타났다. 그래 프를 보고 분절된 데이터를 읽고 해석하는 수준에서 부터 전체 데이터를 통합하여 실제 상황을 추론하거 나, 각 데이터를 연결하여 전체적인 흐름을 파악하고 동일한 상태의 다른 그래프로 변환하여 나타내는 수 준까지 과학영재마다 지구과학 그래프를 이해하는 능 력에서 상당히 넓은 스펙트럼을 보여주었다. 특히 수 온-염분도의 독립변수와 종속변수를 제대로 읽지 못 하고 직관적으로 이해하여 YX 그래프와 같은 방식으 로 해석하는 등 그 사고 과정이 유사한 8명의 과학영 재들이 존재하였다. 이들이 보여준 대안 개념을 일반 학생들도 가지고 있을 확률이 높음을 시사한다.

    셋째, 과학영재들이 수학, 과학 교과에 대한 학습 정도가 최상위권에 해당된다는 특징을 고려할 때 지 구과학(해양학) 그래프를 읽고 해석하는데 문항곤란 도가 다소 존재함을 발견할 수 있었다. 해양 분야 개 념을 과학영재 학생들이 상대적으로 많이 접해 보지 못했고, 수온-염분도가 수학, 과학 교과에서 주로 사 용하는 그래프 유형과 달라 읽고 해석하는 것이 쉽 지 않았을 것이다. 따라서 일부 학생들은 자신에게 익숙한 XY 그래프와 같은 방식으로 등치선 그래프 도 직관적으로 해석하려는 오류를 범하기도 하였다. 등치선은 동일한 값이 연결된 선을 의미하므로, 수온 -염분도에서 프로파일은 일정 구간의 깊이로 경계 지 워진 각 공간적 영역에서 각각 수온과 염분을 측정 하여, X와 Y축의 눈금에 따라 점으로 도시한 결과를 나타낸 수많은 점들이 연결된 것이다. 지구과학에서 는 실제 자연 환경으로부터 얻어낸 데이터들의 변화 양상을 해석하는 능력이 타과학 과목보다 중요시되며 자연 환경의 복잡성과 역동성으로 인해 대략적인 값 의 제시나 임의적인 설명, 직접적인 확인이 어려운 귀추적 사고를 요구하기도 한다. 과학영재학생들이 좀 더 유연한 방식으로 논리적인 추론을 할 수 있도 록 지구과학(해양학) 그래프를 활용한 교수·학습 방 법의 개선이 필요할 것으로 보인다.

    Fig. 7은 2016학년도 대학수학능력시험 지구과학Ⅱ 에 출제되었던 15번 문항을 나타낸 것이다. 이 문항 에 제시된 그래프는 1997년부터 1999년까지 관측한 태평양 적도 해역의 해수면 높이 편차(관측 높이-평 년 높이)를 나타낸 것으로, 특정 위도 상에 경도가 독립변수로 주어지고 그에 따른 측정 값인 높이 편 차가 종속변수가 되는 그래프이다. 2년 6개월 동안 6 개월 간격으로 각 데이터 값을 Y축에 표시한 Hovmöller diagram (Robert, 2008; Fig 10.6)d)으로 등 치선 그래프와 유사한 형태의 그래프에 해당한다. 그 동안 학생들이 주로 접해왔던 비슷한 유형의 그래프 가 주로 위도와 경도의 좌표 평면에 표현되는 등치 선도였다는 점에서 학생들에게 Fig. 7의 그래프는 대 단히 낯설고 어렵게 느껴졌을 것으로 판단된다. 학생 들은 우선 A, B, C가 서로 다른 기간을 의미한다는 사실을 인식할 수 있어야 비로소 선지의 옳고 그름 을 판단할 수 있다. 이는 대기대순환의 기본 이해와, 대기와 해양의 상호작용인 엘니뇨 현상, 해수면의 높 이에 따라 연동되는 수온약층의 깊이 변화 등 대기 와 해양 전반에 걸친 이해가 있어야 해결할 수 있는 문항임과 동시에 등치선 그래프에 대한 정확한 해석 이 요구되는 본 연구의 문제 상황과 유사한 그래프 해석과 개념 이해 모두를 요구하는 해양학 분야 그 래프 소재 발굴의 예라 할 수 있다. 이처럼 해양 분 야 교수-학습 방법을 개선하는 프로그램 및 그래프 분석과 관련된 소재 발굴을 위한 노력이 필요할 것 으로 보인다.

    이상을 토대로 결론 및 시사점을 제시하면 다음과 같다.

    첫째, 본 연구 결과에서 보는 바와 같이 그래프 관 련 논서술형 답안을 작성함으로써 과학영재들의 오개 념이나 대안개념이 드러나기도 하였다. 학생이 자유 롭게 자신의 생각을 표현할 수 있는 방법으로 논서 술형 문항이 선택형이나 완결형에 비해서 학생들의 사고 과정에 대한 정보를 풍부하게 제공한다는 Hwang (1998)의 견해와 일치한다. 그래픽 언어는 활자 언어, 수학 언어, 그림 언어, 기호 언어 등과 같이 언어의 한 유형으로 과학을 학습하는데 기본이 된다(Norris and Phillips, 2003), 그래프를 읽고 해석하거나 적절 한 그래프를 선택하여 구성하도록 하는 것은 학생들 에게 자신이 알고 있는 것을 다른 형태로 재구조화 하여 학생의 지식을 새로운 형태로 변환하도록 하거 나(Bereiter and Scardamalia, 1987) 새로운 방식으로 구성하게 한다(Galbraith, 1999). 이런 점에서 그래프 를 이용한 논서술형 답안 작성은 구성주의 학습이론 에서 강조하는 학생의 활발한 지적 참여와 학생의 선행 지식(prior-knowledge)을 노출시켜 개념 변화를 경험할 수 있도록 학습에서 비계를 설정하는 데 중 요한 자원이 될 수 있음을 보여준다. 논서술형 문항 을 활용하여 학생들의 사고 과정과 그 과정에서 범 하는 오류 유형에 관한 유용한 정보를 얻을 수 있도 록 후속 연구가 필요할 것이다.

    둘째, 본 연구를 통해 수학, 과학 교과와 달리 지 구과학 교과에서 특징적으로 사용되는 수온-염분도를 해석하여 모델링하고 YX 그래프로 변환하는데 상당 한 어려움을 겪고 있는 영재학생들을 발견 할 수 있 었다. 본 연구에 참여한 영재학생들은 수학, 물리 문 제로서 주어지는 다양한 그래프에 대해서 일반적인 적용 및 특수한 상황에서의 함의까지도 이끌어내는 학생이 다수이다. 실제로 많은 실험 활동과 보고서 작성을 통하여 데이터를 적절하게 처리하는 훈련이 상당히 이루어지고 있으며, 그래프를 통해 경향성을 파악하고 추가적인 논의를 하는 수준도 높은 편이다. 그럼에도 불구하고 지구과학 교과의 특징적인 자연 환경의 복잡성과 역동성을 이해하는 데 부족함이 노 출되었다. 이러한 복잡성과 역동성을 이해하려면 지 구과학자들이 사용하는 특징적인 그래프를 단순히 해 석하는 수준뿐만 아니라 이를 모델링하여 실세계를 추론하고, 동일한 상태를 다른 그래프로 변환하여 새 로운 지식을 생성해 내는 것이 가능해야 할 것이다. 과학영재들의 진로 정체성에 관한 선행연구(Yu et al., 2016)에 의하면 과학영재들의 대부분이 자연과학 계열로 진로를 고려중이고 특히 수학과 물리에 관심 이 많다는 점을 언급했다. 수학, 과학 분야에서 뛰어 난 과학영재들에게 지구과학(해양학)에서 사용되는 다양한 형태의 그래프를 접할 수 있는 기회를 제공 하여, 실제 자연 환경으로부터 얻어낸 데이터들로 구 성된 복잡하고 역동적인 지구과학(해양학) 그래프를 잘 읽고 해석하여 실세계를 추론해 낼 수 있도록 지 구과학 교수·학습 방안을 모색하고 새로운 지구과학 교육 소재를 발굴하기 위한 후속 연구가 추가적으로 지속되어야 할 것이다.

    Figure

    JKESS-40-6-639_F1.gif

    Essay questions.

    JKESS-40-6-639_F2.gif

    Answer sheet.

    JKESS-40-6-639_F3.gif

    Example of analysis.

    JKESS-40-6-639_F4.gif

    Results of Question (1), (2).

    JKESS-40-6-639_F5.gif

    Results of question (1).

    JKESS-40-6-639_F6.gif

    Results of question (2).

    JKESS-40-6-639_F7.gif

    2016 College Scholastic Ability Questionnaire: Earth Science II-15.

    Table

    Earth Science III: Oceanography contents

    Evaluation criteria of graph interpretation and concept understanding

    Results of graph interpretation and concept understanding (number of students=106)

    Examples of responses: question (1)

    alternative conception of science gifted students

    Examples of responses: question (2)

    Number of students according to estimated depth of SOFAR channel

    Misunderstanding T-S diagram as YX graph

    Comparison of science gifted students’ graph understanding

    Reference

    1. Bereiter, C. , and Scardamalia, M. ,1987, The psychology of written composition. Hillsdale, NJ, Lawrence Erlbaum Associates.
    2. Cho, G.D. , Hong, C.H. , Lee, G.H. , Yoon, J.H. , Yang, S.G. , Choi, Y.G. , Kim, D.S. , Cho, G.W. , Kim, H.D. , and Kim, S.W. ,2005, Descriptive physical oceanography. Pukyong National University Press. (in Korean)
    3. Forster, P.A. ,2004, Graphing in physics: Processes and sources of error in tertiary entrance examinations in western australia. Research in Science Education, 34, 239-265.
    4. Fulwiler, B.R. ,2007, Writing in science: How to scaffold instruction to support learning. Heinemann: Portsmouth, NH.
    5. Galbraith, D. ,1999, Writing as a knowledge-constituting process. In M. Torrance and D. Galbraith (Eds.), Knowing what to write: Conceptual processes in text production (pp. 139-160). Amsterdam: Amsterdam University Press.
    6. Hwang, J.G. ,1998, School learning and educational evaluation. Seoul, Kyoyookbook. (in Korean)
    7. Kim, E.M. ,2001, An empirical in the interpretation and comprehension of line graphs. Master Thesis, Korea National University of Education, Chungbuk, Korea. (in Korean)
    8. Kim, H.K. and Lee, N.R. ,2013, Relationship between high-school student’ science achievement level. New Physics: Sae Mulli, 63(3), 252-258. (in Korean)
    9. Kim, J.H. , and Kim, J.H. ,2009, The effects of learning module for YX graph analysis in earth science. Secondary Education Research, 57(1), 21-42. (in Korean)
    10. Kim, T.S. , and Kim, B.K. ,2005, Analysis of interpretation processes through readers` thinking aloud in sciencerelated line graphs. The Journal of the Korean Association for Science Education, 25(2), 122-132. (in Korean)
    11. Kim, Y.H. , Lim, H.M. , and Kim, Y.S. ,2010, High school students' abilities to comprehend graphs in biology. The Korean Society of Biology Education, 38(1), 184-194. (in Korean)
    12. Lee, J.B , Lee, K.Y. , and Park, Y.S. ,2010, Graph interpretation ability and perception of high school students and preservice secondary teachers in earth science. Journal of the Korean Earth Science Society, 31(4), 378-391. (in Korean)
    13. Lee, J.B. , and Lee, K.Y. ,2007, Analysis of graph types and characteristics used in earth science textbooks. The Journal of the Korean Association for Science Education, 27(4), 285-296. (in Korean)
    14. Lee, S.K. , and Shin, M.K. ,2007, School science education discourse. Bookshill. (in Korean)
    15. National Research Council.1996, National science education standards. Washington, National Academy Press.
    16. Norris, S.P. , and Phillips, L.M. ,2003, How literacy in its fundamental sense is central to scientific literacy. Science Education, 87(2), 224-240.
    17. Perez-Echeverria, M.P. , Postigo, Y. , and Marin, C. ,2018, Understanding of graphs in social science undergraduate students: selection and interpretation of graphs. Irish Educational Studies, 37(1), 89-111.
    18. Robert, H.S. ,2008. Introduction to physical oceanography. Texas A and M University. https://open.umn.edu/opentextbooks/textbooks/introduction-to-physical-oceanography (accessed 1 October 2019).
    19. Schwartz, D.L. , Sears, D. , and Chang, J. ,2007, Reconsidering prior knowledge. In M.C. Lovett, P. Shah, M.C. Lovett, and P. Shah (Eds.), Thinking with data. (pp. 319-344). Mahwah, NJ, Lawrence Erlbaum (Carnegie Mellon symposia on cognition).
    20. Son, J. , Shin, H.R. , Mo, A. , Son, S.K. , Moon, J.W. , and Kim, K.H. ,2015, Dynamic characteristics of water column properties based on the behavior of water mass and inorganic nutrients in the western pacific seamount area. The Korean Society for Marin Environment and Energy. 18(3), 143-156. (in Korean)
    21. Song, J.H. , and Kwon, O.N. ,2002, An analysis of graphing domain in the sixth and the seventh curriculum textbooks. School Mathematics, 4(2), 161-192. (in Korean)
    22. William S. Cleveland, W.S., and McGil, R.,1985, Graphical perception and graphical methods for analyzing scientific data. Science, New Series, 229(4716), 828-833.
    23. Yoon, H.G. ,2018, Development and validation of visual representation competence taxonomy. The Journal of the Korean Association for Science Education, 38(2), 161-170. (in Korean)
    24. Yu, E-J. , Kim, K.H. , Ko, S.Y. , and Jang, S.K. ,2016, Explore vocational identity of science-gifted students by analyzing letters written to myself in the future. The Journal of the Korean Association for Science Education, 36(2), 253-267. (in Korean)
    25. https://en.wikipedia.org/wiki/Hovm%C3%B6ller_diagram (accessed 14 December 2019).
    26. https://en.wikipedia.org/wiki/Temperature%E2%80%93salinity_diagram (accessed 29 September 2019).