화학교사들의 메타모델링 인식 변화를 위한 5E 순환학습 모형 기반 교육프로그램의 효과

서미연; 박주혜; 김기향; 백성혜

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자료유형: 학술저널

저자정보: 서미연 (동방고등학교) 박주혜 (한국교원대학교) 김기향 (세종과학예술영재학교) 백성혜 (한국교원대학교)

저널정보: 대한화학회 대한화학회지 대한화학회지 제68권 제5호

발행연도: 2024.10

수록면: 259 - 273 (15page)

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이 연구는 화학 교사들을 대상으로 산화 환원 모델과 물의 전기분해 실험에 관련된 교사 교육프로그램을 통한 메타모델링 인식의 변화를 알아보고자 하였다. 이를 위하여 8명의 화학교사들을 대상으로 과학 모델 교육프로그램을 개발하였고 10차 시에 걸쳐 총 40시간동안 수업을 진행하였다. 그리고 비맥락적 상황과 맥락적 상황에서 교사의 메타모델링 인식을 알아보는 설 문을 사전과 사후에 투입하였다. 연구 결과, 과학 모델 교육 프로그램을 통해 교사들은 비맥락적 상황과 맥락적 상황 모두에서 교육적 효과가 나타났다. 비맥락적 상황의 경우에는 질문의 종류에 따라 화학 교사들의 과학 메타모델링 지식 발달 단계가 다르게 나왔다. 예를 들어, 모델의 본성이나 목적, 모델링 과정이나 모델의 평가와 개선은 낮은 단계에서 높은 단계로 향상되었으나, 모델의 변화성과 다양성에 대한 인식은 이미 사전에 높은 단계였기 때문에 큰 변화가 없었다. 맥락적 상황의 경우에서는 산화 환원 모델 이론 수업과 물의 전기분해 모델 실험 수업 모두에서 과학 메타모델링 지식 발달 단계가 객관성에서 주관성으로 향상 되었다. 따라서 5E 순환학습모형 기반 교육프로그램을 통해 화학교사들의 메타모델링 인식은 뚜렷하게 향상되었다. 그러나 물의 전기분해 모델 실험 수업에서 나타난 교사들의 모델링 활동은 메타모델링 인식 변화와 다르게 나타났다. 교사들이 모델링을 위해 추가 실험으로 선택한 유형은 2가지로 분석되었다. 첫째 유형은 추가 실험을 통해 수소와 산소 기체의 비율이 2:1에 가깝게 나오는 이상적인 조건을 찾으려는 데 관심을 가진 경우이다. 두 번째 유형은 실험 결과가 왜 그렇게 나오는지에 관심을 가지고 추가 실험을 설계한 경우이다. 두 번째 유형이 모델링을 할 때 필요한 실험이라고 분석하였다. 또한, 모델링 활동은 2가지 유형으로 분석되었다. 첫째는 두 전극에서 물 분자가 직접 분해되어 수소와 산소 기체가 발생하는 유형이었다. 이 유형은 실험 결과와 상관없이 교과서 모델로 회귀한 경우이며, 8명 중에서 6명의 화학교사들이 이 유형으로 분석되었다. 둘째는 (+)극에서 물이 반응하여 다른 물질이 발생하고 (-)극에서 수소 이온이 반응하여 수소 기체가 발생하는 유형이었다. 이러한 모델링 활동을 한 교사들은 추가 실험에서 두 번째 유형에 해당하였으며, 8명 중에서 2명의 화학교사들이 이에 해당하였다. 따라서 메타모델링 지식의 발달과 다르게 모델링 역량을 기르기 위하여 실험을 통해 직접 모델링하는 경험을 제공하는 교육프로그램을 통해 추가 실험 및 모델링의 두 번째 유형에 해당하는 활동의 체험을 제공할 필요가 있다.

This study aimed to investigate changes in metamodeling recognition among chemistry teachers through a teacher educational program related to redox models and water electrolysis experiments. To this end, a science model education pro- gram was developed for 9 chemistry teachers and conducted over 10 lessons for a total of 40 hours. In addition, a pre- and post-survey was administered to determine teachers' metamodeling recognition in non-contextual and contextual situations. As a result of the study, through the science model education program, teachers showed educational effects in both non-contextual and contextual situations. In the case of non-contextual situations, the stages of scientific metamodeling knowledge development of chemistry teachers came out differently depending on the type of question. For example, the nature or purpose of the model, the modeling process, or the evaluation and improvement of the model improved from low to high, but there was no significant change because the perception of model change and diversity was already high in advance. In the case of contextual situations, the stage of scientific metamodeling knowledge development improved from objectivity to subjectivity in both the redox model theory class and the water electrolysis model experiment class. Therefore, through the 5E circular learning model-based education program, chemistry teachers' perception of metamodeling was clearly improved. However, the modeling activities of teachers in the water electrolysis model experiment class were different from the change in metamodeling perception. The types that teachers selected as additional experiments for modeling were analyzed in two ways. The first type is when they are interested in finding an ideal condition in which the ratio of hydrogen and oxygen gas is close to 2:1 through additional experiments. The second type is when additional experiments are designed with interest in why the experimental results are coming out like that. It was analyzed that the second type was the experiment necessary for modeling. In addition, modeling activities were analyzed into two types. The first was a type in which water molecules were directly decomposed in two electrodes to generate hydrogen and oxygen gas. This type was the case of regression to the textbook model regardless of the experimental results, and 6 chemistry teachers out of 8 were analyzed as this type. The second type was the type in which water reacted at the (+) electrode to generate other substances, and hydrogen ions reacted at the (-) electrode to generate hydrogen gas. Teachers who performed these modeling activities corresponded to the second type in additional experiments, and 2 chemistry teachers out of 8 corresponded to this. Therefore, it is necessary to provide an experience of activities corresponding to the second type of experiment and modeling through an educational program that provides an experience of directly modeling through experiments in order to develop modeling capabilities, unlike the development of metamodeling knowledge.

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