npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041
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Article

Research Paper

New Phys.: Sae Mulli 2022; 72: 390-403

Published online May 31, 2022 https://doi.org/10.3938/NPSM.72.390

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Experimental Design and Model of Preservice Physics Teacher on the Phenomenon of Straw Spinner Rotation in Model-based Inquiry

Eunju Kang1*, Jina Kim2†

1Okpo Elementary School, Geoje 53228, Korea
2Department of Physics Education, Pusan National University, Pusan 46241, Korea

Correspondence to:*E-mail: bonee1@hanmail.net
E-mail: mailtojina@pusan.ac.kr

Received: February 21, 2022; Revised: March 11, 2022; Accepted: March 28, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Experimental design and modeling ability are important factors in the inquiry class execution of preservice teachers. This study conducted a model-based inquiry class on the theme of straw spinner, which can be tested according to various variables, and analyzed the experimental design and model characteristics of preservice physics teachers. The preservice physics teachers designed experiments that included various variables, but did not suggest specific details about variable manipulation and methods to obtain consistent data. The initial model of the preservice physics teachers was maintained until the final model or revised after experimentation and peer review. However, the missing part and idealization were overlooked in the experimental design, and the phenomenon was analyzed by applying existing scientific knowledge. Therefore, it is necessary to educate teachers by focusing on the understanding of the experimental design method and the creation of models through the process of evidence-based and justification.

Keywords: Model-Based Inquiry (MBI), Preservice Physics Teacher, Experimental Design, Model

실험설계, 모델링과 관련된 예비교사의 탐구 능력은 탐구 수업 실행에 있어 중요 요인이 될 수 있다. 이에 본 연구는 여러 가지 변인에 따라 다양한 구조로 제작가능한 straw spinner를 주제로 모델기반 탐구 수업을 진행하여 예비 물리교사가 수행한 실험설계와 모델의 특징을 분석하였다. 예비 물리교사들은 다양한 변인을 포함하여 실험을 설계하였으나 변인 조작에 대한 구체적인 내용과 일관된 데이터를 획득하기 위한 방안을 제시하지 않았다. 예비 물리교사들이 생성한 초기 모델은 최종 모델까지 유지되거나 실험 및 동료검토 후에 수정되었다. 그러나 실험설계에서의 누락된 부분과 이상화에 대한 부분을 간과하고, 자신이 알고 있는 물리 이론을 적용하여 현상을 해석하고 있었다. 따라서 모델기반 탐구에서 실험설계방법에 대한 이해와 증거기반 및 정당화의 과정을 통한 모델 생성에 초점을 두어 교사교육이 이루어질 필요가 있다.

Keywords: 모델기반 탐구, 예비 물리교사, 실험설계, 모델

탐구 활동은 과학 교수 학습에서 핵심적인 활동이며[1], 학생들은 탐구 활동을 통해 과학적 개념을 이해하고 적용하며 탐구 과정 기능을 습득하게 된다[2-4]. 그러나 학생들에게 탐구학습의 기회를 제공하는 것만으로 탐구 활동의 효과를 기대하기 어렵다[5-8]. 이는 탐구 활동에 포함된 추론 과정과 지식 구성의 특징을 반영하지 못한 채 탐구 활동이 실행되기 때문이다[9].

모델기반 탐구(MBI: Model-based inquiry)는 현상을 탐구하고 이를 바탕으로 모델을 구성 및 재구성하는 활동에 학생들이 참여하도록 하는 교육 전략으로[10], 탐구를 통해 학생들이 지식을 생성할 수 있도록 해주기 때문에 진정한 탐구 실행을 구현할 수 있도록 해준다[11]. 탐구에서의 모델 생성은 학생들이 이미 알고 있는 것을 나타낼 수 있도록 할 뿐만 아니라 새로운 지식을 생성하는 방법이 될 수 있다[12]. 학생들은 모델기반 탐구에 참여함으로써 자신의 개념적 모델을 수정하고 과학적 지식을 깊이 있게 이해할 수 있다[13]. 이에 차세대 과학교육표준에서도 실천 중 하나로 ‘모델 개발과 사용’을 강조하고 있으며 2015 개정 과학과 교육과정에도 모델의 활용을 강조하고 있다[14,15].

그러나 모델 및 모델링에 대한 교사들의 경험 및 인식 수준은 낮은 편이다[16,17]. Kang (2017)은 교사들의 모델 및 모델링에 대한 이해가 초보적 수준이지만 모델기반 탐구 과정에 초점을 둔 교사 연수를 통해 모델 및 모델링에 대한 이해가 향상될 수 있다고 하였다[18]. 이러한 맥락에서 교사 교육에서 모델의 사용 및 모델링에 대한 내용을 다룰 필요가 있으며[19], 예비 교사들의 역량 신장을 위한 지원이 이루어질 필요가 있다[20].

Smit & Finegold (1995)는 예비 물리교사들의 모델에 대한 인식을 조사한 결과, 예비 물리교사들이 자연 세계에 대한 지식을 획득하기 위한 방법으로 모델을 사용하는 것이 아니라 교수 기법의 하나로서 모델을 이해하고 있음을 확인하였다[21]. 예비 교사들은 모델 및 모델링에 대한 경험과 이해가 부족하지만[21,22], 모델링 수업 참여를 통해 과학에서의 모델 및 모델링의 역할에 대한 이해가 향상될 수 있다[22]. Windschitl & Thompson (2006)은 모델기반 탐구에서 예비교사들의 모델 생성과 논쟁 과정을 조사하여 과학적 모델에 대한 이해와 모델링을 이용한 수업 능력 향상에 긍정적인 영향을 줄 수 있다고 하였다[20]. Arslan & Ogan (2018)은 모델 기반 탐구를 통해 예비 물리교사들이 역학 개념을 더 잘 이해하게 됨을 보여주었다[12].

그러나 예비 교사들이 모델기반 탐구 활동에 참여했을 때 모델을 검증하기 위한 실험설계와 이를 통해 생성한 모델을 분석한 사례는 찾아보기 어렵다. 모델링은 현상에 대한 설명 체계를 만드는 것으로, 경험적 지식과 실험은 모델 구성의 필수적인 부분이다[19]. Giere et al. (2006)는 자연 현상을 설명하기 위해 생성한 모델을 검증하기 위하여 실험이 설계되며, 실험을 통해 얻은 자료와 초기 모델을 비교 및 평가하여 모델을 수정하게 된다고 하였다[23]. 탐구 기반 학습에서 학생들은 실험 활동에 참여하게 되며, 탐구 활동이 유의미하게 이루어지기 위해서 실험설계에 대한 이해는 필수적이다[24]. 그러나 ‘과학탐구실험’ 과목의 7종의 교과서에 제시된 가설 및 모형을 생성하는 활동에서 변인 설정 등 실험설계와 관련된 활동은 매우 적은 편이다[25]. 따라서 학생들의 탐구 능력을 향상시키기 위해서는 변인에 따라 실험을 설계하고, 실험 수행 결과와 자신의 예상을 비교함으로써 경험적 근거를 바탕으로 추론할 수 있도록 지도해야 한다[25]. 이러한 측면에서 미래에 학생들을 지도하게 되는 예비 교사의 실험설계, 모델링과 관련된 탐구 능력은 탐구 수업 실행에 있어 중요 요인이라고 할 수 있다.

Straw spinner는 빨대를 이용하여 간단히 제작할 수 있는 완구로, 회전에 관여하는 여러 가지 변인에 따라 다양한 구조로 제작할 수 있다. 따라서 모델기반 탐구 활동에서 straw spinner 회전 현상에 대한 초기 모델 생성과 이를 검증하기 위한 다양한 실험설계가 가능하다. 본 연구는 모델기반 탐구 활동에서 straw spinner 회전 현상에 대한 예비 물리교사들의 실험설계와 모델의 특징을 알아보고, 이를 통해 예비 교사교육에서 모델기반 탐구 활동을 실행하기 위한 시사점을 얻고자 한다.

1. 연구대상 및 연구 설계

본 연구는 실험설계와 모델의 특징을 살펴보고자 하였기에 Giere et al. (2006)의 과학적 모델에 초점을 두고 진행하였다. Giere et al. (2006)가 제시한 과학적 모델은 현상을 설명하기 위한 모델을 생성한 후, 이를 검증하기 위한 실험이 설계되며 실험과 관찰을 통한 자료와 초기 생성한 모델을 비교하고 수정하는 절차를 통해 생성된다(Fig. 1)[23].

Figure 1. Scientific model of Giere (Giere et al., 2006).

모델기반 탐구는 Neilson, Campbell and Allred (2010)가 제시한 과정에 따라 Fig. 2와 같이 진행되었다[26]. 모델기반 탐구활동에 참여한 예비 교사들은 straw spinner가 돌아가는 현상을 관찰하고, straw spinner 회전 현상에 대한 초기 모델을 구성하였다. 그리고 초기 모델을 검증할 수 있는 실험을 설계하고, 실험 결과 및 결론을 도출하여 모델을 수정하였다. 마지막으로 동료 검토 활동을 통해 한 번 더 모델을 수정하여 최종 모델을 구성하였다.

Figure 2. Model-Based Inquiry process.

연구 참여자는 광역시 소재의 국립대 물리교육과 3학년에 재학중인 12명의 예비 물리교사이다. 이들은 일반물리학과 역학 등을 이수하였으며, 이 연구에서 제시한 문제를 해결하기 위한 관련 개념을 학습하였다. 또한 문제 상황으로 제시한 ‘straw spinner’를 접해본 경험이 없다. 수업 전, 예비 물리교사를 대상으로 모델기반 탐구 절차에 대해 소개하였다. 이후, straw spinner가 회전하는 영상을 제시하고 Fig. 3과 같이 제작 과정을 간단히 안내하였다. Straw spinner는 주름 빨대와 고무밴드, 마분지 조각 등 주위에서 쉽게 구할 수 있는 간단한 재료가 사용된다. Figure 3의 (a)와 같이 ㄱ자로 구부러진 한 개의 주름 빨대의 상단에 마분지로 링 형태를 만들어 끼우고, 앞쪽에 고무밴드를 감아서 마분지 링이 빠지지 않도록 제작한다. 그리고 (b)와 같이 마분지 링이 있는 주름 빨대의 아래쪽에 나머지 주름 빨대를 끼워서 완성한다. 완성된 형태는 (c)와 같으며, 위쪽 빨대에 끼워진 마분지 링을 입술로 물고 빨대에 공기를 불어 넣으면 빨대 전체가 회전하는 것을 관찰할 수 있다.

Figure 3. (Color online) Straw spinner making process.

Straw spinner는 인터넷의 자료를 참고하여 발전시킨 것으로[27], 본 연구에서는 straw spinner 회전 현상을 관찰하고, straw spinner 회전 현상을 설명할 수 있는 초기 모델을 생성하도록 하였다. 그 뒤, 자신이 생성한 초기 모델을 검증할 수 있는 실험을 설계하도록 하였다. 그리고 예비 물리교사들에게 주름 빨대 2종(5 ϕ, 7 ϕ), 일자 빨대(12 ϕ) 고무밴드, 마분지 조각 등을 제시하여 자신이 설계한 실험 수행에 필요한 재료를 선택하여 가져갈 수 있도록 하였다. 관찰 현상에 대한 실험설계의 수는 제한하지 않았으며, 실험 수행 후 실험 결과를 정리하고 이를 바탕으로 모델을 수정하도록 하였다. 이때, 실험설계와 모델링의 전 과정을 확인할 수 있도록 글과 그림으로 자세히 표현하고 실험 장면에 대한 사진도 함께 첨부하도록 요구하였다. 실험 후 생성된 모델은 동료 검토 활동을 통해 공유하고 최종 모델을 생성하도록 하였다. 그리고 예비 물리교사들의 모델기반 탐구 활동이 종료된 뒤, 모델기반 탐구의 교육적 효과와 개선점에 대한 인식을 조사하여 모델기반 탐구 실행에서의 시사점을 도출하였다.

2. 자료 분석

예비 물리교사들이 고안한 실험설계의 특징을 파악하기 위해 Kang and Kim (2021)이 제시한 실험설계 분석틀을 이용하였다[28]. Kang and Kim (2021)이 제시한 분석틀은 Lee and Shim (2014)과 Im and Choi (2017)의 연구에서 제시한 실험설계 분석틀[29,30]을 참고하여 구성한 것으로 실험설계 활동에서 나타날 수 있는 기본적인 요소를 반영하고 있다. 또한 실험설계 활동 요소를 표현한 정도에 따라 점수화되어 있기 때문에 실험설계의 특징을 파악하기 위한 분석틀로 적합하다고 판단하였다. 그러나 Kang and Kim (2021)의 분석틀을 이용하여 예비 분석한 결과, 예비 물리교사들이 제시한 실험설계에 이미 실험기구에 대한 내용이 모두 포함되어 있어 실험설계의 특징 요소라고 보기 어려웠다. 이는 Kang and Kim (2021)의 연구가 프로젝트 학습에서의 실험설계를 분석한 것으로 실험도구의 설정과 관련된 부분이 실험설계의 주요 특징에 해당되는 반면, 본 연구는 straw spinner 회전 현상과 관련한 실험으로서 빨대와 같은 기본적인 실험 재료가 명시되어 있기 때문이다. 따라서 Kang and Kim (2021)의 분석틀에서 실험기구에 대한 범주만 삭제하여 최종 분석틀을 Table 1과 같이 마련하였다. 실험설계의 특징은 크게 변인설정과 실험과정 범주로 나누었다. 변인 설정은 각각 조작 변인, 통제 변인, 종속변인으로 나뉘어지며, 각각 변인이 구체적으로 드러난 정도에 따라 0 - 2점을 부여하였다. 실험과정 범주는 정교성, 일관성, 검증 과정이 구체적으로 드러난 정도에 따라 0 - 2점을 부여하였다. 정교성은 실험 과정의 아이디어를 구체적이고 자세하게 표현한 정도이며, 일관성은 실험 활동을 여러 차례 실시하여 구체적인 자료를 얻을 수 있는 방법을 표현한 정도, 검증과정은 가설을 검증하기 위한 과정을 표현한 정도이다. 예비 물리교사들이 고안한 실험설계의 특징을 점수화하여 비교 분석함으로써 예비 물리교사들의 실험설계에 나타난 개별적인 특징과 전체적인 특징을 파악하고자 하였다.

Table 1 . Experimental design characteristics analysis criteria.

CategoryScoreAnalysis criteria
Variable settingsManipulative variable0No manipulative variables presented
1Manipulative variables are not specifically presented
2Manipulative variables are presented in detail
Control variable0No control variables presented
1Some of the key contents related to control variables are missing or not specific
2Control variables are presented in detail
Dependent variable0Measurement of dependent variable not presented
1Measurement of dependent variable is not specific
2Measurement of the dependent variable is presented in detail
Experiment processElaboration0There are many things missing from the contents that must be carried out in the course of the experiment.
1Some of the contents are missing because it has to be performed during the experiment
2All the contents to be performed during the experiment are presented
Consistency0Designed to conduct one-time experiments
1Designed to conduct multiple experiments
2Designed to obtain specific data, such as conducting an experiment several times and averaging it
Verifying hypothesis0There is no verification process to compare the experimental results with the experimental purpose.
1The verification process for comparing the experimental results with the experimental purpose is omitted.
2The verification process for comparing the experimental results with the experimental purpose is all included.


예비 물리교사들이 생성한 모델은 과학적 개념과 모델링 수행 측면으로 나누어 분석하였다. 모델의 과학적 개념 측면은 실험 전, 실험 후, 상호 검토 활동 후 각각 생성한 모델에 포함된 과학적 개념을 개별 분석하였다. Straw spinner의 회전현상과 관련된 과학적 개념은 예비 물리교사들이 제시한 실험설계에서 나타난 내용을 기준으로 Table 2와 같이 선정하였다. 빨대에 바람을 불어넣었을 때 이에 대한 반작용으로 빨대가 움직이게 되며, 이때 빨대는 원운동을 하게 된다. Straw spinner의 회전 속도는 빨대의 길이 및 질량과 관계된 회전관성과 유체의 양 및 빨대의 각도와 관계된 작용하는 힘의 크기 및 방향에 따라 달라지게 된다. 예비 물리교사들이 생성한 모델에 포함된 과학적 개념은 Table 2에 제시된 회전관성, 작용 반작용, 원운동 개념을 기준으로 분석되었다. 예를 들면, 빨대의 길이에 따른 회전 속도를 모델로 표현한 경우 회전 관성 범주로 분석하였다.

Table 2 . Scientific concepts contained in straw spinner rotation.

Scientific conceptContents
Rotational inertia

The shorter the straw, the faster the straw rotates.

I=13ML2 (L: length of rotating straw, M: mass)

Action and reaction

The more air ejected from the straw, the faster the straw rotates.

(How to increase the amount of air blown out: blow a straw hard or use a thick straw)

The straw rotates in the opposite direction to the direction in which air is ejected from the straw.

FAB=FBA

Circular motion

Circular motion is the motion of an object moving at a constant speed in a circular orbit.

The force that causes an object to move in a circle is the centripetal force.

The closer the bent part of the straw from which the air is ejected to the tangent of the circular motion (closer to 90 degrees), the faster the straw



모델링 수행 측면을 분석하기 위하여 Kang and Kim (2020)의 분석틀[31]을 이용하여 Table 3과 같이 분석 기준을 정리하였다. 모델링 수행 측면은 설명, 비교, 표지의 세가지 차원으로 나누고, 각각 1, 2, 3수준으로 나누었다.

Table 3 . Scientific model analysis criteria (modelling performance aspect).

DomainExplanationComparativenessLabelling
Level
3Presents what causes the straw spinner to spinPresent two situations and explain in which case the straw spinner rotates or rotates quicklyThe direction and speed at which the straw spinner rotates, and all symbols used to explain the cause
2Presents only the process of rotating the straw spinner without causing it to rotateOnly one situation was presented, but in which cases the straw spinner rotates or rotates quicklyThe direction and speed at which the straw spinner rotates, with partial use of symbols to explain the cause
1Neither the cause or process of the spinning of the straw spinner is presented, but onlythe static statePresents only one situation and fails to explain in which cases the straw spinner rotates or rotates rapidlyNo use of symbols


설명 차원에서 1수준은 인과 및 과정적 표현 없이 straw spinner의 형태만 나타내어 정적 상태를 제시한 경우이다. 2수준은 straw spinner의 회전 원인 없이 회전되는 과정만 제시한 경우이며, 3수준은 straw spinner가 회전하는 원인을 제시한 경우이다.

비교 차원에서 1수준은 단일 상황만이 표현되어 어떤 상황에서 빨대의 회전 정도가 달라지는 지를 제시하지 않은 경우이다. 2수준은 단일 상황만 나타내었으나 빨대의 회전 정도가 달라지는 상황에 대한 보충 설명이 제시된 경우이다. 3수준은 빨대의 회전 정도가 다른 두 가지 상황을 비교하여 제시한 것이다.

표지 차원에서 1수준은 모델에 기호 사용이 없는 경우이며, 2수준은 빨대가 회전하는 방향 및 속도 등을 표현하기 위해 부분적으로 기호를 사용한 경우이다. 3수준은 빨대가 회전하는 방향과 속도 등을 표현하기 위해 필요한 기호를 모두 사용한 경우이다.

예비 물리교사들이 작성한 실험설계와 모델의 특징은 2인의 연구자가 각각 분석하여 결과를 비교하고, 일치하지 않는 결과는 일치할 때까지 논의 및 반복적인 검토 과정을 통해 분석의 타당도와 신뢰도를 확보하였다.

모델기반 탐구 수업이 종료된 뒤 예비 물리교사들에게 모델기반 탐구의 교육적 효과와 개선점에 대하여 자유롭게 서술하도록 하였다. 예비 물리교사들이 제시한 주요 용어를 표시하고, 이를 학문적 용어로 변형하여 의미 범주를 도출하였다. 그리고 이를 각각 교육적 효과와 개선점에 대한 의견으로 구분하여 정리하였다. 예컨대, 응답지에서 ‘과학적 개념을 이해하는 데 도움이 되지만, 기본적인 과학적 개념에 대한 이해가 부족할 경우 모델을 만드는 것이 어려울 수 있다’라고 응답했을 경우, 의미 범주를 ‘과학적 개념’으로 추출하였다. 그리고 이를 교육적 효과와 개선점으로 각각 구분하여 ‘과학적 개념 이해에 도움이 될 수 있음’과 ‘모델 생성을 위해 과학적 개념에 대한 이해가 선행되어야 함’으로 재진술하였다. 모델기반 탐구의 교육적 효과와 개선점에 대한 예비 물리교사들의 인식을 추출된 의미 범주별로 정리한 후, 다시 예비 물리교사들의 응답지와 비교하여 확인하는 과정을 통해 분석의 신뢰성을 높이고자 하였다.

1. 예비 물리교사들의 실험설계 특징

Straw spinner 회전 현상에 대한 초기 모델을 검증하기 위해 예비 물리교사들이 고안한 실험설계의 특징을 분석한 결과는 Fig. 4와 같다. 변인 설정 범주의 조작 변인에 대한 내용은 12명의 예비 물리교사들이 모두 제시하였으며, 통제 변인에 대한 것은 9명(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S10, S12)의 예비 물리교사들이 제시하였다. 종속 변인에 대한 것은 8명(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S10, S12)의 예비 물리교사들이 빨대의 회전 속도를 비교하는 것에 대한 내용으로 제시하였다. 그러나 예비 물리교사들은 변인을 통제하기 위한 방안과 변인을 다르게 설정하기 위한 방안을 제시하지 않아서 변인 설정에서 대부분 1점으로 나타났다. 이러한 결과는 예비 과학교사들이 탐구 과정에서 현상과 관련된 다양한 변인을 고려하지만 변인 설정에 대한 내용을 구체적으로 제시하지 않는다는 Lee and Jeong (2016)의 연구[32]와 유사한 결과이다. 또한 Lee and Jeong (2016)은 예비 교사들이 문제를 해결하기 위한 절차를 제시하지만, 자신이 의도한 내용을 구체적으로 표현하는 능력은 부족하다고 하였다. 본 연구에서도 예비 물리교사들이 제시한 실험설계는 실험에서 수행해야 할 것에 대한 내용이 일부 누락되어 정교성에서 1점으로 나타났다. 예비 물리교사들이 제시한 실험설계는 실험 목적에 의거하여 실험 결과를 관찰하는 내용이 포함되어 있으나 증거평가와 같은 확인 과정이 생략되어 검증과정에서 대부분 1점에 분포하였다. 또한 반복 실험을 수행하거나 평균을 내는 등 일관된 데이터를 얻기 위한 방안이 예비 물리교사들이 제시한 실험설계에 포함되지 않아 일관성 부분에서 모두 0점으로 나타났다. 이러한 결과는 예비 교사들이 학부 과정에서 탐구와 관련된 교수 학습에 대해 학습하지만, 스스로 실험을 설계하고 수행하는 등의 진정한 과학적 탐구를 경험하는 일이 드물기 때문이라 판단된다[32,33].

Figure 4. Experimental design characteristic analysis result.

실험설계에서 가장 높은 점수를 보인 3명의 예비 물리교사들(S2, S3, S10)은 변인의 종류에 따른 실험설계 내용은 상이하지만 조작 변인, 통제 변인, 종속 변인의 설정에서 유사한 경향을 보였다(Table 4). 예비 물리교사 S2는 빨대의 길이, 직경, 각도에 대한 3가지 실험을 설계하였으며 S10은 빨대의 길이, 직경에 대한 2가지 실험을 설계하였다. 예비 물리교사 S2와 S3은 각각의 실험에서 조작 변인에 대한 내용을 구체적으로 제시하였다. 예컨대, 예비 물리교사 S2는 빨대의 각도에 따른 straw spinner 회전 속도에 대한 실험설계에서 빨대의 각도를 0, 45, 90, 135, 180로 다르게 하였음을 정량적으로 제시하였으며, S10은 빨대의 직경에 따른 straw spinner 회전 속도에 대한 실험설계에서 빨대의 굵기를 5 ϕ, 7 ϕ로 다르게 하였음을 구체적으로 제시하였다. 예비 물리교사 S2, S3, S10은 동일한 힘으로 straw spinner를 부는 것으로 통제 변인을 제시하였으나, 변인통제의 구체적인 방안을 제시하지 않았다. 또한 예비 물리교사 S2와 S10은 종속 변인으로 straw spinner의 회전 속도를 비교하는 것을 제시하였으나 회전 속도를 비교하기 위한 정량적인 측정 방법은 제시하지 않았다. 반면, 예비교사 S3은 조작 변인에 대한 구체적인 내용을 제시하지 않았으나 종속 변인에 해당되는 straw spinner 회전 속도를 정량적으로 비교하는 방법으로 일정 시간 동안 straw spinner 회전 횟수를 측정하는 방안을 제시하였다.

Table 4 . Experimental design characteristics of the highest scorer in experimental design.

Manipulative variableControl variableDependent variable
Number of variablesRepresentation of variablesPresent control variablesRepresentation of variablesPresent dependent variablesRepresentation of variables
S23 (straw length, diameter, and angle)QuantitativePresentedQualitativePresentedQualitative
S33 (straw length, diameter, and wind strength)QualitativePresentedQualitativePresentedQuantitative
S102 (straw length and diameter)QuantitativepresentedQualitativePresentedQualitative


실험설계에서 가장 낮은 점수를 보인 3명의 예비 물리교사들(S8, S9, S11)은 통제 변인과 종속 변인에 대한 내용을 제시하지 않았으며, 설계한 실험의 수와 종류만 상이하였다. 예비 물리교사 S8는 straw spinner가 회전하는 현상에 대한 초기 모델을 검증하기 위해 4가지의 실험(빨대의 길이, 빨대를 부는 힘, 빨대의 직경, 빨대의 꺾인 부분 각도에 따른 실험)을 설계하고 수행하였다. 각각의 실험에서 조작 변인을 제시했으나 ‘긴 빨대’와 같이 조작 변인을 어느 정도 다르게 설정할 것인지에 대한 구체적인 내용을 제시하지 않았다. 또한 straw spinner를 작동시키기 위해 ‘입으로 분다’라고 제시하였으며 이때, 같게 해야할 조건인 통제 변인과 측정해야할 것이 무엇인지에 대한 종속 변인을 제시하지 않았다. 예비 물리교사 S9는 straw spinner가 회전하는 현상에 대한 초기 모델을 검증하기 위해 빨대의 꺾인 부분 각도에 따른 실험을 설계하였으나 각도의 크기를 제시하지 않았으며 통제 변인과 종속 변인에 대한 내용을 제시하지 않았다. 예비 물리교사 S11은 빨대의 길이와 직경에 따른 실험을 설계하였으나 빨대의 길이와 직경의 크기를 구체적으로 제시하지 않았으며 통제 변인과 종속 변인에 대한 내용도 제시하지 않았다.

2. 예비 물리교사들이 생성한 모델

예비 물리교사들이 생성한 모델을 과학적 개념을 기준으로 분석한 결과는 Table 5와 같다. 예비 물리교사들은 straw spinner 회전 현상에 대한 초기 모델(Model 1)과 실험 후 수정한 모델(Model 2), 동료 검토 활동 후 수정한 최종모델(Model 3)을 회전관성, 작용 반작용, 원운동의 개념을 포함하여 생성하였다.

Table 5 . Changes in scientific concepts included in models created by preservice physics teachers.

▃ : The student who created the model, including the scientific concept

—— : The student whose conception included in the model has changed

( * ) : Scientific concept



Straw spinner 회전 현상을 회전관성 개념으로 설명한 경우는 10명으로 나타났다. 이중 예비 교사 S6을 제외한 9명의 예비 교사는 짧은 빨대로 만든 straw spinner 회전이 빠르다고 초기 모델을 생성하였으며, 실험 후와 동료검토 활동 후에도 모델의 변화는 없었다. 예비 교사 S6은 초기 모델을 긴 빨대로 만든 straw spinner가 회전이 빠르다고 표현하였으나 실험 후 짧은 빨대가 회전이 더 빠르다고 수정하여 과학적 모델로 표현하였다.

작용 반작용 개념으로 설명한 경우는 빨대의 직경과 빨대에 불어 넣는 바람의 세기를 조작 변인으로 설명한 것으로 나누어졌다. 빨대의 직경과 관련하여 설명한 경우는 11명이며, 이중 7명은 초기에 생성한 모델이 수정되지 않고 최종 모델까지 고수되었으며 4명은 초기 모델이 실험 후 또는 동료 검토 후에 수정되었다.

초기 모델에서 수정되지 않는 7명 중 3명의 예비 물리교사들(S4, S7, S10)은 굵은 빨대로 만든 straw spinner가 유체량이 많기 때문에 straw spinner 회전이 빠르다고 표현하였다. 그리고 또 다른 3명의 예비 물리교사들(S1, S5, S12)은 가는 빨대로 만든 straw spinner가 유체의 속도가 크기 때문에 straw spinner 회전이 빠르다고 표현하였다. 이들은 빨대의 직경이 작을수록 유속이 빨라지기 때문이며 이를 베르누이 법칙을 이용하여 설명하고 있었다. 예비 물리교사들은 빨대 직경이 작을 경우, 빨대에서 분출되는 유체량도 적어진다는 것을 파악하지 못하고 자신이 수행한 실험 결과와 관련 이론을 연결하여 모델을 생성하였다. 그 외 예비 물리교사 S11은 빨대의 입구와 출구의 직경이 달라도 straw spinner 회전 속도가 변하지 않는다고 표현하였다.

실험 후 또는 동료 검토 후에 초기 모델이 수정된 4명 중, 예비 교사 S8은 굵은 빨대로 만든 straw spinner 회전이 빠르다고 초기 모델을 생성하였으나 실험 후 가는 빨대로 만든 straw spinner 회전이 빠르다고 수정하였다. 반면, 예비 교사 S2와 예비 교사 S3은 초기 모델을 가는 빨대로 만든 straw spinner 회전이 빠르다고 표현하였으나 실험 후 굵은 빨대로 만든 것이 분출되는 유체량이 많기 때문에 straw spinner 회전이 빠르다고 수정하여 올바른 과학적 개념으로 표현하였다. 예비 물리교사 S6은 빨대의 굵기와 straw spinner 회전 속도는 무관하다고 초기 모델을 생성하고 이는 실험 후에도 수정되지 않았으나 동료 검토 후 베르누이 법칙을 적용하여 가는 빨대로 만든 straw spinner 회전이 빠르다고 최종 생성한 모델을 표현하였다.

빨대에 불어 넣는 바람을 조작 변인으로 설명한 경우는 7명으로 나타났으며, 이들은 모두 빨대에 바람을 세게 불수록 straw spinner 회전이 빠르다는 초기 모델이 실험 및 동료 검토 후에도 수정되지 않고 최종 모델까지 유지되었다.

Straw spinner 회전 현상을 원운동 개념으로 설명한 경우는 5명으로, 공기가 나오는 아래쪽 빨대가 straw spinner가 회전하는 원형 궤도에 접할 때 빨대 스피너가 빠르게 회전한다는 초기 모델이 최종 모델까지 유지되었다.

예비 물리교사들이 생성한 모델을 설명, 비교, 표지 차원으로 이루어진 모델링 수행 측면에서 분석한 결과는 Table 6과 같다. 예비 물리교사들이 생성한 모델은 초기 모델에서부터 현상에 대한 원인이 표현되어 설명 차원에서 대부분 3수준으로 나타났으며(11명), 실험 후에 수정된 모델에서는 12명 모두 3수준으로 나타났다. 이는 예비 물리교사들이 물리 이론에 대한 지식이 많으며 관찰한 현상을 자신이 알고 있는 이론을 적용하여 인과적으로 설명했기 때문으로 사료된다. 비교 차원에서는 초기 모델에서 2수준이 9명, 3수준이 3명이었으나 실험 후 2수준 5명, 3수준 7명으로 변화되었으며 이는 동료검토 후에도 동일하게 나타났다. 표지 차원에서는 초기 모델에서는 1수준 3명, 2수준 8명, 3수준 1명으로 나타났으나, 실험 후 수정된 모델에서는 2수준 9명, 3수준 3명으로 변화되었으며, 동료 검토 후에는 2수준 8명, 3수준 4명으로 나타났다. 예비 교사들은 실험과 동료 검토 활동을 통해 모델을 수정하며 비교 표현과 기호를 더 많이 사용하게 되었음을 확인할 수 있었다.

Table 6 . Number of preservice physics teachers by modelling performance level in MBI.

LevelModel 1 (Initial generative model)Model 2 (Post-experimental modified model)Model 3 (Modified model after peer review)
ExplanationComparativenessLabellingExplanationComparativenessLabellingExplanationComparativenessLabelling
1003000000
2198059058
3113112731274


예비 물리교사들이 생성한 모델의 예시는 Fig. 5, Fig. 6과 같다. Figure 5는 예비 물리교사 S2가 표현한 모델의 변화를 나타낸 것이다. 예비 물리교사 S2는 초기 모델을 빨대의 직경이 작을수록 straw spinner가 빨리 회전하는 것으로 표현하였으나 실험 후 빨대의 직경이 클수록 분출되는 공기양이 많아지기 때문에 더 큰 힘이 발생하게 되어 straw spinner 회전 속도가 빠르다고 수정하였다. 그 외 빨대의 길이와 빨대의 꺾인 부분 각도에 따른 straw spinner의 속도에 대한 내용은 Model 1, Model 2, Model 3에서 모두 동일하게 제시되었다. 예비 물리교사 S2가 초기에 생성한 모델을 모델링의 수행 측면에서 살펴본 결과, 설명 차원에서 초기 모델 Model 1에는 빨대가 회전하는 과정만 제시되고 회전의 원인에 대한 내용이 표현되지 않아 2수준으로 나타났다. 실험 후 수정된 모델 Model 2에는 빨대가 회전하는 속도와 관련된 원인으로 바람의 양 및 힘의 크기를 제시하여 인과적인 부분이 표현되어 3수준으로 변화하였다. 또한 예비 물리교사 S2가 생성한 Model 1, Model 2, Model 3은 비교차원에서 모두 2수준으로 나타났다. 이는 빨대의 직경이 큰 단일 상황만 제시하고 있으나 빨대의 직경이 작은 경우를 내포하여 나타냈기 때문이다. 예컨대, 직경이 클수록 유체량이 증가하여 straw spinner 회전 속도가 다르다는 부연 설명은 직경이 작은 경우에 대한 내용을 내포하고 있다. 예비 물리교사 S2가 초기에 생성한 Model 1에는 기호 사용이 없어 표지 차원에서 1수준이나, 실험 후 생성한 Model 2에는 현상을 설명하기 위한 기호가 부분적으로 사용되어 2수준으로 나타났다.

Figure 5. Changes in the model generated by S2.

Figure 6. Changes in the model generated by S8.

Figure 6은 예비 물리교사 S8이 표현한 모델의 변화를 나타낸 것이다. 예비 물리교사 S8은 초기 모델을 빨대의 직경이 클수록 빨리 회전하는 것으로 표현하였으나 실험 후 빨대의 직경이 작을수록 공기저항을 적게 받기 때문에 straw spinner 회전이 빠르다고 수정하였다. 그리고 동료 검토 후에는 빨대의 굵기가 작은 것이 유속이 빨라지기 때문이라고 원인에 대한 설명을 보충하여 구체적으로 표현하였다. 예비 물리교사 S8은 유체의 양이 동일하기 때문에 빨대의 직경이 작아지면 유속이 빨라진다고 설명하였다. Straw spinner에서 빨대의 직경이 작아지면 유체양도 작아짐에도 이를 고려하지 않고, 베르누이 법칙에 입각하여 모델을 생성하였다. 즉, 현상에 어떤 변인이 관여하는지에 고려 없이 현상을 이론과 매칭하여 모델을 생성하였다. 실제 자연현상에는 복잡한 변인들이 동시에 작용하고 있는 경우가 많기 때문에 가능한 변인을 추출하여 변인을 엄격히 통제하거나 이상화 등을 고려하는 것이 필요하다[34]. 변인설정 및 통제에서 중요 변인을 결정하고 제거되거나 일정하게 유지되어야할 변인을 결정하는 과정에서 이상 조건을 설정하게 된다. 그러나 예비 물리교사 S8은 이상화를 고려하지 않고 실험결과의 일관성을 확보하기 위한 반복 실험과 정량적인 실험이 이뤄지지 않은 채(Fig. 6) 도출된 실험 결과와 이미 알고 있는 물리법칙에 근거하여 모델을 생성하였다.

예비 물리교사 S8이 초기에 생성한 모델을 모델링의 수행 측면에서 살펴본 결과, Model 1에는 빨대가 회전하는 원인에 대한 내용이 표현되어 설명 차원에서 3수준으로 나타났다. 또한, 예비 물리교사 S8이 생성한 Model 1, Model 2, Model 3은 비교차원에서 모두 2수준으로 나타났다. 빨대의 길이가 짧을수록 straw spinner 회전 속도가 빠르다고 표현한 것은 빨대의 길이가 긴 경우를 내포하여 빨대의 회전 정도가 달라지는 상황을 표현했기 때문이다. 표지차원에서 예비 물리교사 S8이 생성한 Model 1, Model 2, Model 3는 모두 3수준으로 나타났다. 예비 물리교사 S8은 straw spinner 회전 방향이나 공기의 이동 방향, 회전의 원인에 대한 기호를 사용하여 모델을 생성하였다.

3. 모델기반 탐구 수업의 효과와 개선점에 대한 인식

모델기반 탐구 실행에서의 시사점을 도출하기 위해 모델기반 탐구의 교육적 효과와 개선점에 대한 인식을 조사한 결과, 개념, 실험설계, 흥미의 의미 범주가 도출되었다(Table 7). 예비 물리교사들은 모델기반 탐구 활동이 관련 개념을 이해하거나 학습하는 데 도움이 될 것이라고 생각하였다(5명). 그 외 예비 물리교사들은 개념을 적용하는 능력 향상(3명), 선개념 및 오개념 파악(1명)을 모델기반 탐구 활동의 효과로 제시하였다. 이러한 결과는 탐구활동에서 모델을 생성하도록 하는 것이 학생들이 이미 알고 있는 것을 표현하도록 할 뿐아니라 개념학습을 촉진한다는 Arslan and Ogan (2018)의 연구 결과와 일치한다[12]. 동시에 모델기반 탐구 활동의 개선점에 대하여 3명의 예비 물리교사들은 개념에 대한 이해가 부족한 학생은 모델을 생성하는 것에 어려움을 겪을 수 있기에 개념 학습이 선행될 필요가 있다고 응답하였다. 예비 물리교사들은 학생들의 과학적 개념이 모델링 능력에 영향을 미친다는 Papaevripidou and Zacharia(2006)의 연구 결과와 같이 학생들이 가진 개념과 모델링 능력이 관련있다고 인식하고 있었다[35].

Table 7 . Preservice teachers' perception of the effects and improvement points of model-based inquiry.

Meaning categoryEducational effectsImprovements
ConceptHelps to understand and learn concepts (S6, S7, S9, S10, S11)There is a difficulty in creating a model if the understanding of the concept is insufficient. Learning about related concepts is required(S3, S7, S10)
Improve ability to apply concepts and theories (S3, S5, S9)
Identify students' preconceptions and misconceptions (S5)
Experimental designHelps to improve experimental design ability (S1, S2, S4, S6, S8, S9, S12)It is necessary to learn about experimental design, such as how to set variables (S5, S7, S8, S9, S10)
Feedback and review on the experimental design process are required(S2, S4, S6)
InterestArouse interest(S6, S8)


실험설계와 관련하여 모델기반 탐구 활동의 효과를 제시한 7명의 예비 물리교사들은 실험설계 능력 향상에 도움이 될 수 있다고 하였으며 5명의 예비 교사들은 변인 설정 방법과 같은 실험설계에 대한 학습이 선행될 필요가 있다고 하였다. 또한 3명의 예비 물리교사들은 실험 후 생성한 모델을 상호 검토하는 것도 중요하지만 실험설계 과정에 대한 피드백과 검토 과정이 필요하다고 하였다. Im, Na and Choi (2021)에 의하면 반성적 사고를 이용한 탐구 경험이 탐구 설계 능력에 효과가 있는 것으로 나타났으며, 예비 물리교사들은 스스로 실험을 설계하고 수행하는 경험이 탐구 설계 능력 향상에 도움이 된다고 인식하고 있었다[36]. 이러한 측면에서 예비 교사들을 대상으로 한 모델기반 탐구 활동은 탐구 설계를 스스로 해보는 기회를 제공할 수 있으며, 이때 반성적 사고를 통해 탐구 설계를 개선할 수 있도록 적절한 피드백 등이 이루어질 필요가 있다고 판단된다. 그 외 2명의 예비 물리교사는 본 활동이 학생의 흥미 유발에 도움이 될 수 있다고 서술하였다.

본 연구는 예비 물리교사를 대상으로 모델 기반 탐구 활동을 진행하고 실험설계의 특징과 모델의 변화를 조사하였다. 예비 물리교사들은 straw spinner가 돌아가는 현상을 관찰하고 초기 모델을 생성한 후, 이를 검증할 수 있는 실험을 설계하고 실험을 수행한 후 모델을 수정하였다. 그리고 동료 검토 활동을 통해 최종 모델을 생성하였다.

모델기반 탐구 활동에서 예비 물리교사들이 계획한 실험설계의 특징은 다음과 같다. 대부분의 예비 물리교사들이 제시한 실험설계는 변인 통제에 대한 부분이 포함되어 있으나 변인을 어떤 방법으로 통제할 것인지에 대한 내용은 구체적으로 나타나지 않았다. 또한 종속 변인에서 측정해야 할 것을 나타내지 않거나, 측정 방법에 대한 부분이 누락되는 경우가 많았다. 특히, 실험과정에서 수행해야할 것을 구체적으로 나타내지 못하였으며 일관성있는 데이터를 획득하기 위한 방안을 제시하지 않았다.

모델기반 탐구 활동에서 예비 물리교사들은 회전관성, 작용 반작용, 원운동의 개념을 포함하여 모델을 생성하였다. Straw spinner 회전 현상에 대하여 회전관성 개념을 포함한 모델을 생성한 예비 물리교사들은 짧은 빨대로 만든 straw spinner 회전이 더 빠르다고 초기 모델을 생성하였으며 초기 모델은 실험 및 동료 검토 활동 뒤에도 수정없이 최종 모델까지 유지되었다. 또한 straw spinner 회전 현상을 원운동 개념으로 설명한 경우도 공기가 나오는 아래쪽 빨대 각도의 방향이 straw spinner가 회전하는 원형 궤도에 접할 때 빨대 스피너가 빠르게 회전한다는 초기 모델이 수정없이 최종 모델까지 유지되는 경향을 보였다. 작용 반작용 개념으로 설명한 경우 중 빨대에 불어 넣는 바람의 세기에 따른 모델을 생성한 예비 물리교사들은 빨대에 바람을 세게 불수록 straw spinner 회전이 빠르다는 초기 모델이 수정없이 최종 모델까지 유지되었다. 이러한 결과는 예비 물리교사들이 회전 관성과 원운동, 작용 반작용에 대한 개념을 잘 이해하고 있으며 이에 대한 확고한 신념이 반영된 것으로 판단된다. 반면, 작용 반작용 개념 중 빨대의 직경에 따른 모델을 생성한 경우는 초기 모델이 수정없이 최종모델까지 유지된 경우, 실험 후 모델이 수정된 경우, 동료검토 후 수정된 경우로 다양하게 나타났다. 일부 예비물리교사들은 straw spinner의 회전에서 빨대의 직경에 따라 분출되는 공기의 양이 달라짐에도 이를 파악하지 못하고, 관찰한 실험 결과를 자신이 알고 있는 과학적 지식에 연결하여 현상을 해석하고 있었다. 예컨대, 빨대의 직경이 작을수록 회전 속도가 빠른 이유가 빨대의 직경이 작을수록 유속이 빨라지기 때문이라고 생각하였으며, 이를 베르누이 법칙을 이용하여 설명하고 있었다. 예비 물리교사들은 빨대 직경이 작을 경우 빨대에서 분출되는 유체량도 적어진다는 것을 파악하지 못했다. 그리고 변인통제가 이루어지 않는 상황에서 얻어진 실험 결과와 자신이 알고 있는 이론을 연결하여 모델을 생성하였다. 이러한 결과는 현상을 설명하기 위한 모델을 생성함에 있어 증거를 수집하는 과정인 실험설계가 제대로 이루어지지 않음을 시사한다. 또한, 증거평가 없이 현상과 일치하는 과학 이론을 연결하는 것은 실험결과와 이론이 반드시 일치해야한다는 예비 물리교사들의 인식이 반영된 것이라 볼 수 있다. 따라서 모델기반 탐구에서 모델의 본성에 대한 이해가 선행될 필요가 있으며, 실험 결과를 바탕으로 현상을 설명하는 과정에서 정당화에 대한 내용이 중요하게 다루어질 필요가 있다.

예비 물리교사들이 생성한 모델을 모델링 수행 측면에서 분석한 결과, 대부분의 예비 물리교사들은 초기 모델에서부터 자신이 알고 있는 이론을 적용하여 인과적으로 설명하였다. 또한 초기 모델에서 실험 및 동료 검토 활동 후에 모델을 수정하며 비교 표현과 기호를 더 많이 사용하게 되었음을 확인할 수 있었다. 연구에 참여한 예비 물리교사들은 현상을 설명하기 위한 모델을 생성함에 있어 다른 사람이 이해할 수 있는 형태로 표현하고자 하였으며, 이는 모델의 의사소통의 기능을 교사들이 잘 파악하고 있다고 볼 수 있다.

모델기반 탐구에 대한 교육적 효과와 개선점에 대한 인식을 조사한 결과, 예비 물리교사들은 모델기반 탐구 활동이 개념이해 및 적용, 실험설계, 흥미 유발에 도움이 될 수 있다고 하였다. 동시에 예비 물리교사들은 개념 이해가 부족하거나 실험설계에 대한 기본적인 이해가 부족할 경우 모델 기반 탐구 활동에 어려움을 겪을 수 있다고 하였다. 이러한 결과는 현상을 설명하기 위한 개념 이해 및 적용, 실험설계에서 발생한 어려움에 대한 예비 교사들의 인식이 반영된 것으로 사료된다. 따라서 전공 과정에서 흔히 이루어지는 개념 확인실험 뿐만 아니라, 구체적인 실험설계 방법을 포함한 모델기반 탐구 활동의 기회를 제공할 필요가 있다.

본 연구는 예비 물리교사 12명이 수행한 실험설계의 특징과 모델의 변화를 분석한 것으로 연구 결과의 일반화에는 한계점이 있다. 그러나 예비교사들이 제시한 실험설계의 특징과 모델의 변화를 분석하여 모델기반 탐구활동에서 실험설계 방법에 대한 이해와 증거기반 및 정당화의 과정을 통한 모델 생성에 초점을 둘 필요가 있음을 시사해준다는 측면에서 의미가 있다.

  1. National Research Council, National science education standards. (National Academy Press, Washington, DC, 1996).
  2. X. S. Apedoe, Sci. Educ. 92, 631 (2008).
    CrossRef
  3. C. S. Wallace, M. Y. Tsoi, J. Calkin and M. Darley, J. Res. Sci. Teach. 40, 986 (2003).
    CrossRef
  4. H. van der Meij, J. van der Meij and R. Harmsen, Educ. Tech. Res. Dev. 63, 381 (2015).
    CrossRef
  5. E. M. Furtak, Sci. Educ. 90, 453 (2006).
    CrossRef
  6. D. O. Maxwell, D. T. Lambeth and J. T. Cox, Asia-Pacific Forum on Sci. Learn. Teach. 16, 1 (2015).
  7. A. Keselman and J. Res, . Sci. Teach. 40, 898 (2003).
    CrossRef
  8. D. D. Minner, A. J. Levy and J. Century, J. Res. Sci. Teach. 47, 474 (2010).
    CrossRef
  9. C. A. Chinn and B. A. Malhotra, Sci. Educ. 86, 175 (2002).
    CrossRef
  10. T. Campbell, P. S. Oh and D. Neilson, Int. J. Sci. Educ. 34, 2393 (2012).
    CrossRef
  11. M. C. Kim, M. J. Hannafin and L. A. Bryan, Sci. Educ. 91, 1010 (2007).
    CrossRef
  12. A. Arslan Buyruk and F. Ogan Bekiroglu, J. Educ. Sci. Environ. Health 4, 93 (2018).
  13. C. V. Schwarz et al, J. Res. Sci. Teach. 46, 632 (2009).
    CrossRef
  14. E. J. Cho, C. J. Kim and S. U. Choe, J. Korean Assoc. Sci. Educ. 37, 859 (2017).
    CrossRef
  15. S. K. Kim, C. Y. Park, H. Choi and S. H. Paik, J. Korean Chem. Soc. 62, 226 (2018).
    CrossRef
  16. R. S. Justi and J. K. Gilbert, Int. J. Sci. Educ. 24, 369 (2002).
    CrossRef
  17. R. Justi and J. Gilbert, Int. J. Sci. Educ. 25, 1369 (2003).
    CrossRef
  18. N. H. Kang and J. Korean, Assoc. Sci. Educ. 37, 143 (2017).
    CrossRef
  19. I. T. Koponen, Sci. Educ. 16, 751 (2006).
    CrossRef
  20. M. Windschitl and J. Thompson, Am. J. Educ. Res. J. 43, 783 (2006).
    CrossRef
  21. J. J. A. Smit and M. Finegold, Int. J. Sci. Educ. 17, 621 (1995).
    CrossRef
  22. B. Crawford and M. Cullin, Int. J. Sci. Educ. 26, 1379 (2004).
    CrossRef
  23. R. N. Giere, J. Bickle and R. F. Mauldin, Understanding scientific reasoning. (Thomson Wadsworth, Belmont, CA, 2006).
  24. D. Kuhn, J. Black, A. Keselman and D. Kaplan, Cogn. Instr. 18, 495 (2000).
    CrossRef
  25. H. G. Jho and J. Res, . Curr. Instr. 22, 3 (2018).
    CrossRef
  26. D. Neilson, T. Campbell and B. Allred, Sci. Teach. 77, 38 (2010).
  27. E. J. Kang and J. N. Kim, J. Gift. Talent. Educ. 31, 553 (2021).
    CrossRef
  28. J. K. Lee and K. C. Shim, Bio. Educ. 42, 208 (2014).
  29. S. B. Im and W. H. Choi, J. Sci. Educ. Gift. 9, 71 (2017).
  30. E. J. Kang and J. N. Kim, New Phys.: Sae Mulli 70, 595 (2020).
    CrossRef
  31. E. S. Lee and E. Y. Jeong, Teach. Educ. Res. 55, 501 (2016).
    CrossRef
  32. L. L. Hahn and P. J. Gilmer, Transforming preservice teacher education programs with science research experiences for prospective science teachers. (In annual meeting of the Southeastern Association for the Education of Teachers in Science, Auburn, AL, 2000).
  33. J. W. Park, B. H. Jeong, S. G. Kwon and J. W. Song, J. Korean Assoc. Sci. Educ. 18, 245 (1998).
  34. M. Papaevripidou and Z. C. Zacharia, J. Comput. Educ. 2, 251 (2015).
    CrossRef
  35. J. H. Im, E. S. Na and W. H. Choi, J. Educ. Dev. 40, 765 (2021).
    CrossRef

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