"과학문화교육"

2005-04-25 (Vol 2, No 4)

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과학교육학 학위논문 요약과 종합해설

개별화 웹 에이전트를 탑재한 화학교육 홈페이지의 개발과 온라인 토론에서 상호작용 분석

창의적인 과학기술 인재의 육성을 위한 과학 교육의 강화에서 핵심적인 요소 중의 하나는 학생들의 교육을 직접적으로 담당하고 있는 과학 교사들의 전문성 계발이다. 그러나 교사 연수를 제외하면 급변하는 현실에 대처할 수 있는 전문성 계발을 위한 재교육의 기회가 거의 없을 뿐 아니라, 현행 교사 연수도 내용, 방법, 시기 등 여러 측면에서 문제점이 제기되고 있다. 또한, 이에 대한 대안으로 시도되고 있는 웹기반 교육 및 교육 포털 웹사이트는 사용자의 교육 요구에 부응하지 못하고 있으며, 빠르게 변화하는 사용자들의 관심에 따른 피드백을 제공하지 못하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 사용자의 요구에 기초하여 화학 교육 홈페이지를 개발하고, 시시각각으로 변하는 사용자의 관심에 따라 적절한 정보를 제공하는 사용자 관심 분석 에이전트를 탑재하였다. 또한, 효율적인 온라인 토론 환경 조성을 위한 기초 연구로써 학생들의 온라인 토론 내용을 분석하였다.
연구 I에서는 중등 과학 교사 및 예비 화학 교사의 교육 요구와 오프라인 교육과 온라인 교육 중 선호하는 교육 방법을 조사하였다. 전국 106개 중등학교의 과학 교사 145명과 예비 교사 67명을 대상으로 설문을 실시하였다. 현직 및 예비 교사 모두 모든 교육 내용에 대하여 전반적으로 높은 교육 요구를 보였으며, 학생들의 학습 동기를 유발하는 방법에 대한 요구가 가장 높았다. 현직 교사의 경우 교수․학습 자료에 대한 요구가 높았던 반면, 예비 교사의 경우에는 과학 학습 이론 및 과학사 및 과학 철학 분야에 대한 요구가 높았다. 숙련 교사와 고등학교 교사의 경우 평가 문항 제작에 대한 요구가 높았고, 비숙련 교사는 자신의 수업에 대한 효과성 평가 방법이나 과학에 대한 새로운 지식에 대한 요구가 높았다. 교육 방법의 측면에서는 실험 활동을 제외한 대부분의 교육 내용에 대하여 온라인 교육을 선호하였다.
연구 II에서는 연구 I에서 조사한 과학 교사의 교육 요구와 홈페이지 기획에 대한 의견을 추가로 조사하여 다양한 교수․학습 자료와 강의 자료 제공, 그리고 가상 공동체 구성을 위한 웹 사이트로써 “화학교육 홈페이지”를 개발하였다. 주 메뉴는 ‘강의실’, ‘자료실’, ‘커뮤니티’였으며, 각각의 하위 메뉴는 연구 I의 결과에 기초하여 결정되었다. 웹 서버를 구축한 후, 회원 인증, 게시판, 토론방, 커뮤니티 서비스 등과 같은 프로그램 모듈들을 PHP를 이용하여 코딩하였다. 강의 원고 및 교수․학습 자료들을 개발하고, 인터넷 검색을 통해 추가로 수집하여 웹 사이트에 탑재하였다. 본 사이트는 연구진들에 의해 지속적으로 디버깅되고, 운영될 것이다.
연구 III에서는 화학교육 홈페이지와 같이 방대한 정보를 포함하는 포털 사이트에서 사용자의 브라우징 패턴을 분석하여 각 개인의 관심 분야에 적합한 정보를 제공하는 사용자 관심 분석 에이전트를 개발하였다. 사용자의 관심 영역에 대한 학습에는 신경망의 기본 개념을 적용하여, 에이전트가 제안하는 관심 영역에 대한 사용자의 피드백(감독 학습 방식)과 사용자의 브라우징 내역(비감독 학습 방식)을 동시에 고려하는 하이브리드 학습 방식으로 개발하였다. 이 에이전트는 신경망의 기본 개념이 적용되어 초보적인 수준에서 학습이 이루어지고 있지만, 사용자들의 만족도는 비교적 높은 편이었다.
마지막으로 연구 IV에서는 예비 과학 교사 32명을 대상으로 실시한 온라인 토론의 메시지를 분석하였다. 한 학기 동안 4번의 조별 토론과 5번의 전체 토론이 화학교육 홈페이지내에서 실시되었다. 토론 원고는 프로그램에 의해 자동으로 제작되었으며, 그 중 6개의 원고를 분석하였다. 분석 모델로 Gunawardena 등(1997)의 모델을 사용하였고, 상호작용 지도도 작성하였다. 메시지 분석 결과, ‘정보 공유’ 차원의 메시지들이 가장 많았고, ‘불일치의 발견과 공동의 의미를 구성’하려는 시도들도 활발하게 이루어졌다. 그러나, ‘새롭게 구성된 지식을 평가하고, 적용’하는 메시지는 상대적으로 많지 않았다. 과학 지식의 본성에 대한 토론 내용으로 상호작용 지도를 작성한 결과, 학생들의 토론이 불일치의 확인 수준에 머무르고 있음을 확인할 수 있었다.

주요어: 교사 교육, 과학 교사, 요구 분석, 신경망, 웹 기반 에이전트, 온라인 토론, 메시지 분석, 상호작용 지도

지도교수: 노태희
학위취득: 2003년 2월

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Development of Chemistry Education Homepage with Individualizing Web Agent and Analysis of Interactions in On-line Discussion

To reinforce science education for fostering creative scientists and technologists, it is essential to develop the professionalism of science teachers who are directly responsible for science education. However, there are insufficient in-service education opportunities for the teachers to come up with the rapid change, and there are many problems in current in-service teacher education. Moreover, current web-based education system, an alternative to the in-service education, does not meet user demands and does not provide individualized feedback for rapidly changing user's interest. To overcome this problem, the "Chemistry Education Homepage" with a user-interest analyzing agent providing suitable informations for changing user's interests was developed. Students' messages of online discussion within this site were also analyzed.
In study I, the in-service and pre-service science teachers' professional needs and their preference for training method between off-line and on-line education were investigated. A nation-wide survey was administered to 145 science teachers from 106 secondary schools and 67 pre-service science teachers from 3 universities. Both in-service and pre-service teachers showed high demands on all items, and their prominent need was to motivate students learning science. In-service teachers' needs related to teaching and learning materials were higher than pre-service teachers' need, and pre-service teachers' need for theory of learning science was higher than in-service teachers' need. Veteran teachers and high school teachers had higher demands on designing measurement items, but nonveteran teachers on evaluating the effectiveness of their instruction and updating their scientific knowledge. Teachers preferred the on-line education as a training method for most items except laboratory activities.
Based on the result of needs analysis of study I and additional survey on initial plan for this site, the Chemistry Education Homepage was constructed as a web site for providing various lecture notes, teaching and learning materials, and services of on-line community (study II). Main menus of this site were "Lecture Room", "Material Room", and "Community", and their sub-menus were determined by the results of the study I. After setting Web-server, program modules for user authentication, bulletin board system, discussion forum, and community-related modules were coded with the PHP language. Manuscripts and materials were also prepared, converted into HTML, and then loaded to the site.
In study III, the user-interest-analysing agent was developed, which is providing individualized information appropriate to user's interest based on the analysis of user's browsing pattern on this information-rich portal site. A basic idea of neural network was adapted to the learning system analysing user's interest. A hybrid learning method was used to develop the agent considering both user's feedback to interest domain proposed by the agent (supervised learning method) and user's browsing pattern (unsupervised learning method). The users of this agent were generally satisfied with this agent.
In study IV, on-line discussion of 32 pre-service teachers was analyzed in the aspect of co-construction of knowledge. Throughout a semester, 4 small group discussion and 5 whole class discussion were administered within the Chemistry Education Homepage. Transcripts were automatically prepared by researcher-made program, and 6 of them were analyzed. The model of Gunawardena et al. (1997) was used for analysis, and interaction map was also drawn. As a result of analysis with the message analysis model, 'sharing information' was the most frequent, and 'discovering/exploring dissonance' and 'negotiation of meaning/co-construction of knowledge' were the next. However, the frequency of 'testing and application of newly constructed meaning' were relatively small. This tendency was confirmed by the interaction map of online discussion on the nature of scientific knowledge.

key words: teacher education, science teacher, need analysis, neural network, web-based agent, online discussion, message analysis, interaction map

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"학위 논문 요약" 투고 요청
한국인으로 국내에서 과학교육학 논문으로 박사학위 하신 분은 국문과 영문 요약을 투고 해 주시고, 또 이 요약에 대해 여러분께서는 건설적인 토론의 글을 올려 주시기 바랍니다.
편집 머슴
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차정호
대구대학교 과학교육학부 화학교육전공

과학문화교육연구소